CN115128623A - 激光测距方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种激光测距方法和装置。该激光测距方法包括：设有第一存储空间，设有调整差值，第一存储空间用于存储一个数据；激光曝光开始，将TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较，根据比较结果，将第一数据加减调整差值作为更新的数据保存在第一存储空间内，其中，第一数据预设有初始值，直至曝光结束，停止执行比较步骤；根据第一数据的值，确定物体距离测量值。该激光测距方法能够减少存储器的使用，使得测距芯片的面积显著减少。

Description

激光测距方法和装置

技术领域

本申请涉及光学测距技术领域，尤其涉及一种激光测距方法和装置。

背景技术

目前，在基于dTOF(Directtimeofflight，直接飞行时间)测量的激光雷达测量系统中，通常包括发射器和接收器，其中，接收器通常采用SPAD(Single Photon AvalancheDiode，单光子雪崩二极管)阵列来接收返回的光信号，并且通过TDC(Time-to-DigitalConverter，时间数字转换器)将时间信息转换成量化的多比特数字信号，进而再经过长时间的曝光和TDC触发累计值来绘制出基于距离的统计直方图，从而根据统计直方图得出物体的距离信息。然而，该种激光测距方法一般一个像素就需要一份完整的统计直方图，随着面阵激光雷达的分辨率越来越高，后级处理的TDC阵列和存储器(如SRAM(静态随机存取存储器，Static Random-Access Memory))规模就越大，这导致了测距芯片的芯片面积过大。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种激光测距方法和装置，用以解决传统采用的统计直方图实现激光测距方法出现的芯片面积过大的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种激光测距方法，所述方法包括：

设有第一存储空间，设有调整差值，所述第一存储空间用于存储一个数据；

激光曝光开始，将TDC实时输出的数据和所述第一存储空间内的第一数据进行比较，根据比较结果，将所述第一数据加减所述调整差值作为更新的数据保存在所述第一存储空间内，其中，所述第一数据预设有初始值，直至曝光结束，停止执行比较步骤；

根据所述第一数据的值，确定物体距离测量值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述方法还包括：

设有第二存储空间，所述第二存储空间的存储容量比所述第一存储空间多；

将所述第一数据加减所述调整差值作为更新的数据保存在所述第一存储空间内，并同时保存在所述第二存储空间内，曝光结束时，第二存储空间的存储容量保存有N个所述第一数据的历史值，其中，所述N为正整数，所述N的值小于所述TDC的最大量程；

计算得到N个所述第一数据的历史值的平均值；

根据所述N个所述第一数据的历史值的平均值，确定所述物体距离测量值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一存储空间是所述第二存储空间的一部分，所述第二存储空间是一个能够存储N个数据的移位寄存器，所述第一存储空间占用所述第二存储空间的第一个位置或者最后一个位置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述将TDC实时输出的数据和所述第一存储空间内的第一数据进行比较，根据比较结果，将所述第一数据加减所述调整差值作为更新的数据保存在所述第一存储空间内，包括：

将所述TDC实时输出的数据和所述第一存储空间内的所述第一数据进行比较；

若所述第一数据小于所述TDC实时输出的数据，则所述第一数据加上所述调整差值得到更新的数据，存入所述第一存储空间；

若所述第一数据大于所述TDC实时输出的数据，则所述第一数据减去所述调整差值得到所述更新的数据，存入所述第一存储空间；

若所述第一数据等于所述TDC实时输出的数据，则所述第一数据依然保存在所述第一存储空间。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述第一数据预设的所述初始值为所述TDC的量程范围的中间值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述调整差值包括第一调整差值和第二调整差值，所述第一调整差值的数值大于所述第二调整差值的数值，所述调整差值根据所述TDC接收的次数更改，其中，当比较的次数达到预设阈值时，所述第一调整差值更改为所述第二调整差值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，通过增加N的个数，或者减小所述调整差值，提高所述物体距离测量值的精准度。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，N的个数范围为2-30 个，所述调整差值的范围为0.5-10。

第二方面，本申请实施例提供了一种激光测距装置，所述装置包括：

激光发射器，用于发射激光；

SPAD阵列，用于接收光信号；

TDC阵列，用于将光信号飞行的时间值转换为数字信号；

比较器，用于将其中一个TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较；

加/减计数器，用于根据比较结果，将第一数据加减调整差值作为更新的数据保存在所述第一存储空间内，其中，所述调整差值为预先设置的；

第一存储空间，用于保存第一数据，对第一数据预设有初始值；

处理电路，用于根据第一数据，确定物体距离测量值。

进一步地，所述装置还包括第二存储空间和计算单元，其中，所述第二存储空间的存储容量比所述第一存储空间多；

所述加/减计数器，还用于将所述第一数据加减所述调整差值作为更新的数据保存在所述第一存储空间内，并同时保存在所述第二存储空间内，曝光结束时，第二存储空间的存储容量保存有N个所述第一数据的历史值，其中，所述N为正整数，所述N的值小于所述TDC的最大量程；

所述计算单元，用于计算得到N个所述第一数据的历史值的平均值；

所述处理电路，还用于根据所述N个所述第一数据的历史值的平均值，确定所述物体距离测量值。

在本申请实施例中，设有第一存储空间、调整差值，第一存储空间用于存储一个数据，可利用调整差值对第一存储空间的数据进行收敛性的调整更新，以使得第一存储空间的第一数据更加接近实际的物体距离测量值；具体地，激光曝光开始，将TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较，根据比较结果，将第一数据加减调整差值作为更新的数据保存在第一存储空间内，其中，第一数据预设有初始值，直至曝光结束，停止执行比较步骤，通过每次TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较，可利用TDC输出的数据符合泊松分布的特性，通过每次的数值比较不断地更新调整第一数据，使得第一数据在初始值时通过数值比较快速收敛至实际的物体距离测量值附近；最后根据第一数据的值，确定物体距离测量值，当TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据比较次数足够后，最后得到的第一数据与实际的物体距离测量值误差较小，基本等同于实际的物体距离测量值。采用该种激光测距方法时，在测距芯片内部无需保存统计直方图数据，可以减少或不使用SRAM来保存数据，测距芯片的面积显著减少。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术中实现光学测距的结构示意图；

图2是现有技术中采用光学测距方法实现直方图统计的流程示意图；

图3是本申请实施例中一种激光测距方法的流程图；

图4是本申请实施例中实现光学测距的结构示意图；

图5是本申请实施例中实现光学测距的流程示意图。

具体实施方式

为了更好的理解本申请的技术方案，下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的相同的字段，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，尽管在本申请实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本申请实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

图1是现有技术中实现光学测距的结构示意图。如图1所示，激光雷达装置100包括激光发射装置110、控制模块120、SPAD模块140、TDC模块150和存储器160。在实现光学测距时，激光发射装置110发射出激光，通过透镜将光子照射在目标物体130上，目标物体130持续曝光。在目标物体130曝光期间，通过反射将光子通过透镜照射回激光雷达装置100。激光雷达装置100通过SPAD模块140接收返回的光信号，并通过TDC模块150将时间信息转换成量化的多比特数字信号，进而基于长时间的曝光和TDC触发累计值来绘制出基于距离的动态直方图，从而得出目标物体130的距离信息。其中，控制模块120用于控制SPAD模块140、 TDC模块150和存储器160完成统计直方图数据的存储。

可以理解地，SPAD模块140中包括很多个SPAD单元，每个SPAD单元都可实现光子的感应检测，其中，SPAD模块140中SPAD阵列的大小(包含的SPAD单元个数)表征了测距芯片的分辨率，例如320*240，或者640*480，当分辨率越高时，后级完成直方图统计的TDC 模块150、存储器160所要求规模、存储容量就越高。一般地，一个SPAD单元对应一完整的统计直方图。在统计直方图(histogram)中，横坐标代表时间(也可代表距离，且D＝C*TOF/2，其中D表示距离，TOF为根据时间信息转换成表征时间的数字信息，C代表光速)，其中，横坐标上的最小刻度代表一个time bin(时间箱)，与TDC的最小精度相对应；纵坐标代表每个time bin在一段时间内的累加计数值。由此可知，对于测距芯片的存储要求来说，要实现长距离的激光测距，要求存储器的深度足够大(可以存储足够多的timebin个数)；要达到高信噪比，则要求存储器的比特位足够宽(可以存储更大的累加计数值)。假设有一个dTOF接收器为80x60＝4800个像素(SPAD单元)，TDC数据位宽为10比特，最小精度为0.1ns(对应距离1.5cm)，每个time bin用8比特计数值表示(最大计数值为255)，对于最远探测距离为6m(对应400个time bin，400*1.5cm＝6m)的需求，一帧图像要求的最小存储器大小为： 400*8*4800＝15.36Mbit＝1.92Mbyte，若分辨率变为320x240＝76800，最远探测距离仍为6m，则一帧图像要求的存储器大小变为：400*8*76800＝245.76Mbit＝30.72Mbyte，可见，随着面阵激光雷达的分辨率越来越高，后级处理的TDC阵列和存储器规模就越大，测距芯片的芯片面积也会随之增大。

图2是现有技术中采用光学测距方法实现直方图统计的流程示意图。如图2所示，对于 SPAD(单元)1，其通过TDC(单元)1，利用寻址的方式确定该SPAD1需要在Memory1(存储单元1)中的累计计数位置。其中，Memory1中具体可包括1024个10比特位宽的timebin，在物体持续曝光时，Memory1将对SPAD1上接收到的光信号进行计数，最后将统计的数据作为实际结果输出，以timebin作为横坐标上的最小刻度，以纵坐标作为每个timebin在一段曝光时间内的累加计数值的方式生成统计直方图。类似地，Memoryn(第n个存储单元)可包括1024个10比特位宽的timebin，在物体曝光期间，Memory1将对SPADn(第n个SPAD单元) 上接收的光信号进行计数，并将该SPADn对应的统计直方图输出。

可以理解地，由于该测距方法采用直方图统计的方式，在实现长距离激光测距或分辨率较高的情况下，激光雷达装置100的存储器160的规模会变得很大，对激光雷达装置100的存储要求高，这将导致测距芯片的芯片面积过大。

鉴于以上采用的统计直方图实现激光测距方法出现的芯片面积过大的问题，本申请提出一种激光测距方法和激光测距装置。

图3是本申请实施例中一种激光测距方法的流程图。如图3所示，该激光测距方法包括如下步骤：

S10：设有第一存储空间，设有调整差值，第一存储空间用于存储一个数据。

其中，该第一存储空间存储的数据的单位为一个，该一个数据占有的存储容量应理解为至少包括一个TDC的比特位宽的容量，例如，若一个TDC的比特位宽为10，则本申请中的该第一存储空间存储的数据的比特位宽至少为10。本申请实施例中，设有第一存储空间，该第一存储空间存储的第一数据用于数值比较，该进行数值比较的数据还包括实时输入、随时间变化的经TDC转换后的数据。本申请中还设有调整差值，该调整差值用于第一存储空间在进行数值比较后对比较结果进行调整，以使得在多次调整后得到的值更接近实际的物体距离测量值。

S20：激光曝光开始，将TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较，根据比较结果，将第一数据加减调整差值作为更新的数据保存在第一存储空间内，其中，第一数据预设有初始值，直至曝光结束，停止执行比较步骤。

其中，在每次TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据比较后，将根据比较结果，结合调整差值对第一存储空间内的第一数据进行更新。具体地，将根据TDC实时输出的数据相较于第一存储空间的第一数据的数值差距对第一存储空间的数值相应的进行补偿，该补偿的数值为调整差值，其中，该补偿可以是正补偿或者负补偿，也即第一数据更新时可增加或减去调整差值。

其中，第一数据预设有初始值，该初始值在经过多次TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据比较后，将会收敛至实际的物体距离测量值附近。

对于dTOF激光雷达，其对应的统计直方图满足泊松分布。这些看似离散的统计直方图的值大部分会集中在某个固定值附近，而这个固定值即物体所对应的距离值，从统计直方图上来看，波峰的位置就代表物体所对应的距离。本申请实施例中，利用该不断更新的第一存储空间内的第一数据和调整差值，使得最终得到的第一数据接近采用统计直方图采集方式采集到的波峰对应的数值。具体地，本申请弃用传统的统计直方图统计方式，无需记录每个SPAD通过 TDC转换的表示物体测量距离的数据及光子计数的值，而是在每次得到TDC实时输出的数据时，将该输出的数据与第一存储空间内的第一数据进行比较，基于统计直方图的值大部分会集中在某个固定值的特点，将TDC实时输出的数据与第一存储空间内的第一数据进行比较后的数值差异，采用调整差值的方式对第一数据进行补偿，使得比较后得到的更新的第一数据的值越来越向统计直方图中峰值对应的timebin值靠近，这样，在经过多次TDC实时输出的数据与第一存储空间内的第一数据数值比较后，第一存储空间内的第一数据将更新至越来越接近实际的物体距离测量值。

S30：根据第一数据的值，确定物体距离测量值。

在一实施例中，曝光结束后，TDC实时输出的数据与第一存储空间内的第一数据进行比较的步骤也会停止，此时可将最后更新得到的存储在第一存储空间内的第一数据作为物体距离测量值。

可以理解地，在经过多次(次数由曝光时间内SPAD的触发次数决定)比较后，最终得到的第一数据将非常接近实际的物体距离测量值。与采用统计直方图的方式相比，本申请实施例采用的该种激光测距方法无需配备存储每个SPAD单元的统计直方图的存储器，仅采用第一存储空间作为第一数据的存储单元，可省去大量中间需要存储的TDC实时输出数据对应的光子计数值的存储容量，可减少存储器(如大量的SRAM)的使用，使测距芯片的面积显著减少。

步骤S10-S30中，设有第一存储空间、调整差值，通过第一存储空间内的第一数据与TDC 实时输出的数据进行数值比较的方式，利用调整差值对第一存储空间的数据进行收敛性的调整更新，以使得第一存储空间的第一数据更加接近实际的物体距离测量值，在曝光结束后，根据最后得到的第一数据，即可确定物体距离测量值，该最后得到的第一数据与实际的物体距离测量值误差较小，基本等同于实际的物体距离测量值。本申请的激光测距方法，在测距芯片内部无需保存统计直方图数据，可以有效减少存储需求，使得测距芯片的面积显著减少。

进一步地，在步骤S20中，即将TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较，根据比较结果，将第一数据加减调整差值作为更新的数据保存在第一存储空间内，具体包括如下步骤：

S21：将TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较。

在一实施例中，第一存储空间内的第一数据可称为PEAK_BIN，表示该第一数据对应直方统计图中的峰值所对应的timebin(值)。可以理解地，当TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较的初始阶段，PEAK_BIN还未完全收敛，PEAK_BIN实际上不接近直方统计图中的峰值，但是，随着比较次数的增多直至结束，最终PEAK_BIN将无限接近实际的物体距离测量值。

进一步地，第一数据预设的初始值可以是TDC量程范围的中间值。例如，TDC的量程范围为10的比特位宽时，其TDC量程范围为1024个timebin时，取中间值可取第512个timebin。本申请实施例中，将第一数据的初始值预设为TDC量程范围的中间值，可以让第一数据尽快收敛至统计直方图中的峰值所对应的timebin。例如，假设物体距离测量值为第150个timebin 单位对应的距离，则当第一数据预设的初始值为TDC量程范围的中间值(如512个timebin 单元)时，第一数据在经多次更新后将会从TDC量程范围的中间值收敛至150个timebin单元的附近。

S22：若第一数据小于TDC实时输出的数据，则第一数据加上调整差值得到更新的数据，存入第一存储空间。

S23：若第一数据大于TDC实时输出的数据，则第一数据减去调整差值得到更新的数据，存入第一存储空间。

S24：若第一数据等于TDC实时输出的数据，则第一数据依然保存在第一存储空间。

步骤S22-S24中，可以表示为：当TDCdata(TDC实时输出的数据)>PEAK_BIN时，PEAK_BIN(new)＝PEAK_BIN(old)+delta；当TDCdata<PEAK_BIN时，PEAK_BIN(new) ＝PEAK_BIN(old)-delta；当TDCdata＝PEAK_BIN时，PEAK_BIN保持不变，其中，PEAK_BIN (new)是指比较后更新的第一数据，PEAK_BIN(old)是指比较时的第一数据，delta表示调整差值。

步骤S21-S24中，用户可通过调整差值delta根据TDCdata和PEAK_BIN的比较结果对 PEAK_BIN进行更新，以使得PEAK_BIN在经多次更新后更加接近统计直方图中与峰值对应的timebin，即更加接近实际的物体检测距离。

进一步地，调整差值包括第一调整差值和第二调整差值，第一调整差值的数值大于第二调整差值的数值，调整差值根据TDC接收的次数更改，其中，当比较的次数达到预设阈值时，第一调整差值更改为第二调整差值。

在一实施例中，设置有delta1和delta2，其中，delta1的数值大于delta2的数值，在比较的起始阶段，可采用数值较大的delta1使第一数据快速进行收敛，在比较的中间阶段或后期阶段，为了第一数据更加稳定地进行收敛接近实际的物体检测距离，可采用数值较小的delta2，这样，可以进一步提高第一数据更新的效率，以及使得第一数据与实际的物体检测距离之间的差距更小。其中，预设阈值可根据比较的次数确定，如预设阈值取总比较次数的1/5或1/4，即在比较的前1/5或1/4阶段，采用数值较大的delta1，在后面的阶段，采用数值较小的delta2。进一步地，调整差值的范围为0.5-10，例如，delta1具体设为5，delta2具体设为1。

进一步地，该激光测距方法还包括如下步骤：

S40：设有第二存储空间，第二存储空间的存储容量比第一存储空间多。

在一实施例中，为了进一步提高最终的物体距离测量值的精准度，可在第一存储空间的基础上扩展为第二存储空间。该第二存储空间的存储容量可以是第一存储空间的存储容量的N 倍。该第二存储空间中可存储部分较新的、刚通过更新后替换的PEAK_BIN，也即，可理解为该第二存储空间可存储N个历史记录的PEAK_BIN。

进一步地，第一存储空间是第二存储空间的一部分，第二存储空间是一个能够存储N个数据的移位寄存器，第一存储空间占用第二存储空间的第一个位置或者最后一个位置。在一实施例中，第一存储空间是第二存储空间的一部分，且设置在第二存储空间两端中的一端。这样，可利用移位寄存器的特性，在每次更新PEAK_BIN后，将刚更新完的PEAK_BIN(new)作为第一数据存储在第一存储空间中，将刚更新完的PEAK_BIN(old)移入到第一存储空间的下一存储空间中，第二存储空间的其他存储部分也随之进行移位替换，当第二存储空间存储满时，最早存储的第N+1个PEAK_BIN将移除掉，也即理解为，第二存储空间最大可存储N个最新的PEAK_BIN，第一存储空间存储的为较近数值比较历史中更新得到的PEAK_BIN。

S50：将第一数据加减调整差值作为更新的数据保存在第一存储空间内，并同时保存在第二存储空间内，曝光结束时，第二存储空间的存储容量保存有N个第一数据的历史值，其中， N为正整数，N的值小于TDC的最大量程。

在一实施例中，更新的数据(即通过比较更新后的PEAK_BIN)将保存在第一存储空间内，并同时保存在第二存储空间内。可以理解地，第一存储空间可设置为第二存储空间的一部分，或者第二存储空间中包括与第一存储空间存储内容相同的存储空间，在第一存储空间数据更新时，第二存储空间中也更新保存。

第二存储空间可存储N个与第一数据大小的值，在曝光结束时，第二存储空间保存了N 个最新的PEAK_BIN，也即较近数值比较中的N个第一数据的历史值。可以理解地，由于光测的距离范围是有限制的，N的值应限制在小于TDC的最大量程。

S60：计算得到N个第一数据的历史值的平均值。

S70：根据N个第一数据的历史值的平均值，确定物体距离测量值。

在一实施例中，步骤S40-S70与步骤S10-S30相比，其在第一存储空间的基础上扩展出第二存储空间，该第二存储空间可存储有最新的N个第一数据的历史值，即第二存储空间存储的值为最后N次比较后更新得到的第一数据。本申请实施例中，根据N个第一数据的历史值的平均值，可采用该平均值取整确定物体距离测量值，这样，相比于步骤S10-S30步骤采用最后一次的第一数据确定物体距离测量值，更具有容错性，使得得到的物体距离测量值更加接近实际的物体距离测量值。

图4是本申请实施例中实现光学测距的结构示意图。如图4所示，激光雷达装置100包括激光发射装置110、控制模块120、SPAD模块140、TDC模块150、比较器160、加/减计数器170、寄存器180、求均值电路190。在实现光学测距时，激光发射装置110发射出激光，通过透镜将光子照射在目标物体130上，目标物体130持续曝光。在目标物体130曝光期间，通过反射将光子通过透镜照射回激光雷达装置100。激光雷达装置100通过SPAD模块140接收返回的光信号，并通过TDC模块150将时间信息转换成量化的多比特数字信号并实时输出到比较器160。比较器160将TDC实时传输的数据与存储在寄存器180中的第一数据进行比较，并通过加/减计数器170对比较结果进行调整差值的更改，将更改后的第一数据存储在寄存器180中，其中，该寄存器180可包括包含第一存储空间的第二存储空间。最后通过求均值电路190将N个历史的第一数据做求均值计算，得到物体的距离信息。其中，控制模块120用于控制SPAD模块140、TDC模块150，使得TDC模块150上的数据能够按照SPAD接收光信号实时将数据反馈到比较器160中。

图5是本申请实施例中实现光学测距的流程示意图。如图5所示，SPAD(单元)1在接收光信号后将信号发送到TDC(单元)1进行转换并将转换得到的数据实时发送到比较器1中进行比较并通过加/减计数器电路1完成数值更新，其中，另一个用于比较的数据从寄存器中寻找，寻找的是寄存器中第一存储空间中的第一数据。曝光结束后，寄存器中会存有第一数据的多个(例如N＝20)历史数据，也即较近的刚更新过的多个历史数据，将这些第一数据的历史数据发送到求均值电路1中去，将得到timebin值M1，类似地，SPADn表示的是SPAD模块中第n个SPAD单元，其光学测距的流程与SPAD1类似，在此不再赘述。

将图4、图5和图1、图2进行比较，可以看到原本占据芯片中大部分面积的存储器和存储器控制电路将被比较器、加/减计数器及求均值电路所代替，由此带来的收益包括但不限于：

芯片内部无需保存统计直方图数据，可不再使用SRAM存储器保存数据，用很小的寄存器即可，芯片面积显著减小；芯片面积减小的同时，芯片功耗和成本显著下降；相比于SRAM 存储器至少需要2拍完成一次数据累加(读取一拍，写入一拍)，加减计数器电路可以在一拍实现数据加或减值计算，从而整个TDC模块数据处理速度提高一倍，即整个芯片数据吞吐量提升一倍；由于不再使用统计直方图来计算深度值，而是芯片端直接输出深度数据(timebin 值)，因此芯片的数据输出量，以及统计直方图的后级运算量(例如匹配滤波+寻峰算法等) 都将显著减少，可提高芯片的处理效率。

进一步地，N的个数具体可设为2-30个。

进一步地，本申请实施例中通过增加N的个数，或者减小调整差值，能够有效提高物体距离测量值的精准度。在一实施例中，当需要进一步提高物体距离测量值的精准度时，可提前将N的个数设高点，这样得到的N个第一数据的历史值的平均值更加接近实际的物体距离测量值，或者，可减小调整差值，让第一数据收敛时精度更高，能够得到更准确的物体距离测量值。

在本申请实施例中，设有第一存储空间、调整差值，第一存储空间用于存储一个数据，可利用调整差值对第一存储空间的数据进行收敛性的调整更新，以使得第一存储空间的第一数据更加接近实际的物体距离测量值；具体地，激光曝光开始，将TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较，根据比较结果，将第一数据加减调整差值作为更新的数据保存在第一存储空间内，其中，第一数据预设有初始值，直至曝光结束，停止执行比较步骤，通过每次TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较，可利用TDC输出的数据符合泊松分布的特性，通过每次的数值比较不断地更新调整第一数据，使得第一数据在初始值时通过数值比较快速收敛至实际的物体距离测量值附近；最后根据第一数据的值，确定物体距离测量值，当TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据比较次数足够后，最后得到的第一数据与实际的物体距离测量值误差较小，基本等同于实际的物体距离测量值。采用该种激光测距方法时，在测距芯片内部无需保存统计直方图数据，可以减少或不使用SRAM来保存数据，测距芯片的面积显著减少。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本申请实施例提供一种激光测距装置。该激光测距装置包括：

激光发射器，用于发射激光；

SPAD阵列，用于接收光信号；

TDC阵列，用于将光信号飞行的时间值转换为数字信号；

比较器，用于将其中一个TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较；

加/减计数器，用于根据比较结果，将第一数据加减调整差值作为更新的数据保存在第一存储空间内，其中，调整差值为预先设置的；

第一存储空间，用于保存第一数据，对第一数据预设有初始值；

处理电路，用于根据第一数据，确定物体距离测量值。

进一步地，该激光测距装置还包括：

第二存储空间和计算单元，其中，第二存储空间的存储容量比第一存储空间多；

加/减计数器，还用于将第一数据加减调整差值作为更新的数据保存在第一存储空间内，并同时保存在第二存储空间内，曝光结束时，第二存储空间的存储容量保存有N个第一数据的历史值，其中，N为正整数，N的值小于TDC的最大量程；

计算单元，用于计算得到N个第一数据的历史值的平均值；

处理电路，还用于根据N个第一数据的历史值的平均值，确定物体距离测量值。

在本申请实施例中，设有第一存储空间、调整差值，第一存储空间用于存储一个数据，可利用调整差值对第一存储空间的数据进行收敛性的调整更新，以使得第一存储空间的第一数据更加接近实际的物体距离测量值；具体地，激光曝光开始，将TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较，根据比较结果，将第一数据加减调整差值作为更新的数据保存在第一存储空间内，其中，第一数据预设有初始值，直至曝光结束，停止执行比较步骤，通过每次TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较，可利用TDC输出的数据符合泊松分布的特性，通过每次的数值比较不断地更新调整第一数据，使得第一数据在初始值时通过数值比较快速收敛至实际的物体距离测量值附近；最后根据第一数据的值，确定物体距离测量值，当TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据比较次数足够后，最后得到的第一数据与实际的物体距离测量值误差较小，基本等同于实际的物体距离测量值。采用该种激光测距方法时，在测距芯片内部无需保存统计直方图数据，可以减少或不使用SRAM来保存数据，测距芯片的面积显著减少。

进一步地，本申请实施例中还可在第一存储空间的基础上扩展出第二存储空间，该第二存储空间可存储有最新的N个第一数据的历史值，即第二存储空间存储的值为最后N次比较后更新得到的第一数据。本申请实施例中，根据N个第一数据的历史值的平均值，可采用该平均值取整确定物体距离测量值，这样，相比于步骤S10-S30步骤采用最后一次的第一数据确定物体距离测量值，更具有容错性，使得得到的物体距离测量值更加接近实际的物体距离测量值。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光测距方法，其特征在于，包括：

设有第一存储空间，设有调整差值，所述第一存储空间用于存储一个数据；

激光曝光开始，将TDC实时输出的数据和所述第一存储空间内的第一数据进行比较，根据比较结果，将所述第一数据加减所述调整差值作为更新的数据保存在所述第一存储空间内，其中，所述第一数据预设有初始值，直至曝光结束，停止执行比较步骤；

根据所述第一数据的值，确定物体距离测量值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

设有第二存储空间，所述第二存储空间的存储容量比所述第一存储空间多；

将所述第一数据加减所述调整差值作为更新的数据保存在所述第一存储空间内，并同时保存在所述第二存储空间内，曝光结束时，第二存储空间的存储容量保存有N个所述第一数据的历史值，其中，所述N为正整数，所述N的值小于所述TDC的最大量程；

计算得到N个所述第一数据的历史值的平均值；

根据所述N个所述第一数据的历史值的平均值，确定所述物体距离测量值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一存储空间是所述第二存储空间的一部分，所述第二存储空间是一个能够存储N个数据的移位寄存器，所述第一存储空间占用所述第二存储空间的第一个位置或者最后一个位置。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将TDC实时输出的数据和所述第一存储空间内的第一数据进行比较，根据比较结果，将所述第一数据加减所述调整差值作为更新的数据保存在所述第一存储空间内，包括：

将所述TDC实时输出的数据和所述第一存储空间内的所述第一数据进行比较；

若所述第一数据小于所述TDC实时输出的数据，则所述第一数据加上所述调整差值得到更新的数据，存入所述第一存储空间；

若所述第一数据大于所述TDC实时输出的数据，则所述第一数据减去所述调整差值得到所述更新的数据，存入所述第一存储空间；

若所述第一数据等于所述TDC实时输出的数据，则所述第一数据依然保存在所述第一存储空间。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一数据预设的所述初始值为所述TDC的量程范围的中间值。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整差值包括第一调整差值和第二调整差值，所述第一调整差值的数值大于所述第二调整差值的数值，所述调整差值根据所述TDC接收的次数更改，其中，当比较的次数达到预设阈值时，所述第一调整差值更改为所述第二调整差值。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过增加N的个数，或者减小所述调整差值，提高所述物体距离测量值的精准度。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，N的个数范围为2-30个，所述调整差值的范围为0.5-10。

9.一种激光测距装置，其特征在于，包括：

激光发射器，用于发射激光；

SPAD阵列，用于接收光信号；

TDC阵列，用于将光信号飞行的时间值转换为数字信号；

比较器，用于将其中一个TDC实时输出的数据和第一存储空间内的第一数据进行比较；

加/减计数器，用于根据比较结果，将第一数据加减调整差值作为更新的数据保存在所述第一存储空间内，其中，所述调整差值为预先设置的；

第一存储空间，用于保存第一数据，对第一数据预设有初始值；

处理电路，用于根据第一数据，确定物体距离测量值。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，还包括第二存储空间和计算单元，其中，所述第二存储空间的存储容量比所述第一存储空间多；

所述加/减计数器，还用于将所述第一数据加减所述调整差值作为更新的数据保存在所述第一存储空间内，并同时保存在所述第二存储空间内，曝光结束时，第二存储空间的存储容量保存有N个所述第一数据的历史值，其中，所述N为正整数，所述N的值小于所述TDC的最大量程；

所述计算单元，用于计算得到N个所述第一数据的历史值的平均值；

所述处理电路，还用于根据所述N个所述第一数据的历史值的平均值，确定所述物体距离测量值。

Images