CN116136598A - 一种消除像素间串扰的探测方法 - Google Patents
一种消除像素间串扰的探测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116136598A CN116136598A CN202111359843.7A CN202111359843A CN116136598A CN 116136598 A CN116136598 A CN 116136598A CN 202111359843 A CN202111359843 A CN 202111359843A CN 116136598 A CN116136598 A CN 116136598A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- crosstalk
- pixels
- peripheral pixels
- pixel
- influence
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 61
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 30
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 24
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 11
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
本申请实施例提供的一种消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，包括：确定对特定像素产生串扰的周边像素的范围；确定所述周边像素对特定像素的串扰率，吸收率以及扩散时间；根据所述串扰率，吸收率以及扩散时间得到所述周边像素对所述特定像素的串扰电子数以及周边像素串扰对距离的影响；根据所述周边像素的所述串扰电子数以及所述周边像素串扰对距离的影响，得到所述周边像素串扰对测距的整体影响，通过本发明的方案，可以便捷，有效的提高测距精度，满足测距需求。
Description
技术领域
本申请涉及探测技术领域，特别涉及一种消除像素串扰的探测方法。
背景技术
作为一种在场景中测量与物体相距距离的方法，飞行时间(TOF)技术被开发出来。这种TOF技术可以应用于各种领域，如汽车工业、人机界面、游戏、机器人和安防等等。一般来说，TOF技术的工作原理是用光源发出的已调制光照射场景，并观察场景中物体反射的反射光。而在现有探测系统中为了保证探测过程中可以获得更高的探测效率同时也保证探测系统具有更宽广的视野，目前采用较多的是一种阵列型接收模块，阵列型接收模块中可以有成千上万的像素单元，每个像素单元可以为电荷耦合半导体CCD或者互补金属氧化物半导体CMOS型等等类型的二极管，此处并不限定只以此两种类型二极管组成阵列型接收模块。
探测阵列由成千上万的像素单元组成，在测距过程中不同的相邻像素之间在激光雷达测距过程中，像素的电串扰会给测距带来了很大的影响，通常采用改变像素结构的方法减少串扰的影响，比如设置深层p型阱、减薄外延层、保护环等方式，然而这种改变像素结构的方式较为复杂，成本也较高，所以亟需提出一种够便捷、准确地去除掉串扰对测距结果的影响的方法。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种消除像素间串扰的探测方法，便捷，有效的提高测距精度。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
1.本申请实施例提供了一种消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，包括：
确定对特定像素产生串扰的周边像素的范围；
确定所述周边像素对特定像素的串扰率，吸收率以及扩散时间；
根据所述串扰率，吸收率以及扩散时间得到所述周边像素对所述特定像素的串扰电子数以及周边像素串扰对距离的影响；
根据所述周边像素的所述串扰电子数以及所述周边像素串扰对距离的影响，得到所述周边像素串扰对测距的整体影响。
可选的，所述周边像素的范围通过实验或理论方法获得。
可选的，周边像素对特定像素的串扰率，吸收率以及扩散时间通过实验方法获得。
可选的，所述周边像素串扰对测距的整体影响，通过对所述周边像素的所述串扰电子数以及所述周边像素串扰对距离的影响加权平均获得。
可选的，通过所述周边像素处于的位置与所述扩散时间获得所述周边像素串扰对距离的影响。
可选的，所述周边像素的范围是一维方向上的范围或二维方向上的范围。
可选的，所述串扰率为49.5％。
可选的，所述吸收率为64％。
可选的，所述扩散时间为0.76ns。
本申请的有益效果是：
本申请实施例提供的一种消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，包括：
确定对特定像素产生串扰的周边像素的范围；
确定所述周边像素对特定像素的串扰率，吸收率以及扩散时间；
根据所述串扰率，吸收率以及扩散时间得到所述周边像素对所述特定像素的串扰电子数以及周边像素串扰对距离的影响；
根据所述周边像素的所述串扰电子数以及所述周边像素串扰对距离的影响，得到所述周边像素串扰对测距的整体影响，通过本发明的方案，可以便捷，有效的提高测距精度，满足测距需求。
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，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种阵列型接收模块示意图；
图2a-图2b为本申请实施例提供的一种相邻像素之间电串扰的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种一维方向上电子串扰示意图；
图4为本申请实施例提供的一种提高测距精度的探测方法；
图5为本申请实施例提供的理论仿真与实测结果的对比示意图。。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
目前采用的探测系统基本包括：光源模块、处理模块、以及光接收模块，光源模块包括但不仅限于半导体激光器、固体激光器、也可包括其他类型的激光器，当采用半导体激光器作为光源时，可以采用垂直腔面发射激光器VCSEL(Vertical-cavity surface-emitting laser)或者边发射半导体激光器EEL(edge-emitting laser)，此处仅为示例性说明并不作具体限定，光源模块发射出正弦波或者方波或者三角波，或者脉冲波等等，在测距应用中多为具有一定波长的激光，例如950nm等等的红外激光(最优地为近红外激光)，发射光被投射向视场内，视场内存在的被探测物可以反射投射的激光进而形成返回光，返回光进入探测系统中被光接收模块捕获，所述光接收模块可以包含光电转化部，例如CMOS、CCD等等组成的阵列型传感器，还可以包含多个镜头可以形成多于一个的像平面，也就是接收模块包含了多于一个的像平面，接收模块的光电转化部位于之一的像平面处。
接收模块可以采用如图1所示的阵列型接收模块，阵列型接收模块中包含二极管组成的像素单元，在实际的实现中可以采用M*N个像素单元组成阵列型接收模块的有源区，其组成的像素单元可以为上万数万乃至数十万等等的量级，此处并不限定，阵列型接收模块可以包含透镜部101和探测单元基体部，透镜部包含多个透镜单元，透镜单元可以为具有预定曲率的微透镜单元组成，当然为了保证对于返回光的最大限度的利用透镜部也可以包含多于1层的结构，此处并不限定具体的实现方案，在更优的情况下基体部可以设置于透镜部对应的焦平面位置，这样可以保证探测像素单元能够最大限度地获取准确的返回光信息，在此情况下透镜部的透镜能构建一个光通道，使得探测单元的光敏部接收的信号处于相应的焦点位置附近，探测单元基体部中包含阵列型布置的光敏像素阵列，光敏像素可以通过在半导体基体部上掺杂形成CCD或者CMOS等等类型的光敏单元，同时半导体基体部还可以包含在像素单元读出中使用的所有模拟信号处理电路，像素电平控制电路和模数转化电路(ADC)等等，在电路与光敏单元的位置关系布置时，可以采用沿返回光传播方向上光敏单元的上游布置电路层的前照工艺，或者在沿返回光传播方向上光敏单元的下游布置电路层的背照工艺，此处并不限定具体的实现方式。
图2a-图2b为本申请实施例提供的一种相邻像素之间电串扰的示意图；如图2a所示假设A像素无电子，B像素向A像素串扰电子。
串扰电子经过扩散时间Δt到达A像素，使得A像素在t时间后测得电子。
A像素对应的距离为d1＝Δt/2*c，这个距离代表B像素的串扰引起的A像素的测距影响，乘上其影响权重，为其实际对A像素测距距离的影响，大小如公式(1)所示。
如图2b所示，假设B像素在后，A像素在前。
串扰电子在距离导致的延迟时间t后，经过扩散时间Δt到达A像素，使得A像素在Δt+t时间后测得电子。
A像素对应的距离为d1'＝Δt/2*c+t/2*c，d1'＝d1+Δd，得到不同深度下像素串扰导致A像素的测距误差的大小，如公式(2所示)。
从公式(1)与公式(2)可以得出像素串扰的影响等效于周边像素对于研究像素串扰影响的加权平均和如公式(3)所示。
式(3)中di代表周边某像素串扰对距离的影响，
代表周边某像素串扰影响的权重，Qi代表周边某像素串扰的电子数。
图3为本申请实施例提供的一种一维方向上电子串扰示意图。像素电子串扰带来的延迟影响，对应为电子的扩散时间。像素串扰的电子数与像素的串扰率(crosstalk)和串扰电子每经过一个像素被吸收的概率(absorption)相关，考虑一维方向串扰如图3所示，像素产生的电子到达相邻第N个像素的串扰电子数为：
Qi＝Q*crosstalk*(1-absorption)N-1*absorption (4)
由于串扰范围主要与像素的吸收率相关，根据黑白板串扰实验的串扰范围确定吸收率的粗略值，而串扰区的幅值比例和大小与串扰率和扩散时间相关，结合实验结果调节串扰率和扩散时间使得仿真结果与串扰结果相同，进一步在改变实验条件的情况下结果仍相同，最终确定出像素的串扰率为49.5％，吸收率为64％，扩散时间为0.76ns。通过实验得到的串扰率。吸收率，扩散时间，就可以通过公式(4)得到Qi，通过扩散时间与像素的位置就可以得到di，根据公式(3)就可以得到相邻像素对于某个特定像素的串扰对测距的影响，将串扰对测距的影响在测距过程中补偿进去就能提高测距精度。
在图3所示的周边像素中N的取值到达一定的范围之后对特定像素的串扰就可以忽略不计，N的取值可以通过实验手段获得，也可以通过理论计算获得。本发明对此不作限制。
图4为本申请实施例提供的一种提高测距精度的探测方法。图4所示的探测方法包括如下步骤：
S401：确定对特定像素产生串扰的周边像素的范围；也就是确定图3所示实施例中的N的范围，N的范围的确定可以通过实验数据获得也可以通过理论计算获得。图3所示的实施例中只给你了在一维方向上的周边像素，实际的探测过程中，周边像素也可以是在其他方向上的，例如二维的周边像素，二维的周边像素可以如图2b所示的情况，也可以是其他的情况，图2a-2b与图3只是为了实例性的说明，并不做具体的限制。
S402：确定周边像素对特定像素的串扰率，吸收率，扩散时间。周边像素对特定像素的串扰范围主要与像素的吸收率相关，根据黑白板串扰实验的串扰范围确定吸收率的粗略值，而串扰区的幅值比例和大小与串扰率和扩散时间相关，结合实验结果调节串扰率和扩散时间使得仿真结果与串扰结果相同，进一步在改变实验条件的情况下结果仍相同，最终确定出像素的串扰率，吸收率为，扩散时间。不同的探测阵列通过实验手段获得的串扰率，吸收率为，扩散时间会不同。
S403：根据串扰率，吸收率，扩散时间得到周边像素对特定像素的串扰电子数以及周边像素串扰对距离的影响。确定了根据串扰率，吸收率通过公式(4)就可以获得周边像素对特定像素的串扰电子数；确定了扩散时间就可以根据扩散时间以及周边像素处于的位置获得周边像素串扰对距离的影响。
S404：根据周边像素的串扰电子数以及周边像素串扰对距离的影响，通过加权平均得到周边像素串扰对测距的整体影响。通过公式(3)可以获得周边像素串扰对测距的整体影响。
S405：根据周边像素串扰对测距的整体影响对测距结果进行校正，得到高精度的测距结果。这样就可以提高测距精度。
图5为本申请实施例提供的理论仿真与实测结果的对比示意图。如图5所示，使用图4所示的探测方法与黑白板串扰实验结果相比对，仿真的串扰结果与实验结果吻合较好，从而验证了图4所示探测方法的有效性。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，包括：
确定对特定像素产生串扰的周边像素的范围；
确定所述周边像素对特定像素的串扰率，吸收率以及扩散时间；
根据所述串扰率，吸收率以及扩散时间得到所述周边像素对所述特定像素的串扰电子数以及周边像素串扰对距离的影响；
根据所述周边像素的所述串扰电子数以及所述周边像素串扰对距离的影响，得到所述周边像素串扰对测距的整体影响。
2.如权利要求1所述的消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，所述周边像素的范围通过实验或理论方法获得。
3.如权利要求1所述的消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，周边像素对特定像素的串扰率，吸收率以及扩散时间通过实验方法获得。
4.如权利要求1所述的消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，所述周边像素串扰对测距的整体影响，通过对所述周边像素的所述串扰电子数以及所述周边像素串扰对距离的影响加权平均获得。
5.如权利要求1所述的消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，通过所述周边像素处于的位置与所述扩散时间获得所述周边像素串扰对距离的影响。
6.如权利要求1所述的消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，所述周边像素的范围是一维方向上的范围或二维方向上的范围。
7.如权利要求1所述的消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，所述串扰率为49.5％。
8.如权利要求1所述的消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，所述吸收率为64％。
9.如权利要求1所述的消除像素间串扰的探测方法，其特征在于，所述扩散时间为0.76ns。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111359843.7A CN116136598A (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 一种消除像素间串扰的探测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111359843.7A CN116136598A (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 一种消除像素间串扰的探测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116136598A true CN116136598A (zh) | 2023-05-19 |
Family
ID=86334356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111359843.7A Pending CN116136598A (zh) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 一种消除像素间串扰的探测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116136598A (zh) |
-
2021
- 2021-11-17 CN CN202111359843.7A patent/CN116136598A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109557522B (zh) | 多射束激光扫描仪 | |
| KR102637658B1 (ko) | 눈-안전 장거리 고체 상태 lidar 시스템 | |
| US11448733B2 (en) | Measuring apparatus for geometric 3D scanning of surroundings with a multiplicity of transmission channels and semiconductor photomultiplier sensors | |
| EP3639057B1 (en) | Time-of-flight apparatus | |
| CN107148580A (zh) | 基于一维光学发射器的二维扫描的三维激光雷达传感器 | |
| EP4024631A1 (en) | Vcsel array and lidar device using same | |
| KR20220038691A (ko) | 고-해상도 솔리드-상태 lidar 송신기 | |
| US20220365221A1 (en) | Time-of-flight tof sensor module and electronic device | |
| EP3611533B1 (en) | Apparatus for providing a plurality of light beams | |
| US11287514B2 (en) | Sensor device | |
| CN108828559B (zh) | 激光雷达装置和激光雷达系统 | |
| CN116136598A (zh) | 一种消除像素间串扰的探测方法 | |
| EP3226024A1 (en) | Optical 3-dimensional sensing system and method of operation | |
| US10353055B2 (en) | 3D laser scanning apparatus and 3D laser scanning system including the same | |
| CN112367482B (zh) | 一种感光器件及飞行时间测距系统 | |
| US11555900B1 (en) | LiDAR system with enhanced area coverage | |
| US20240061121A1 (en) | Integrated lidar transmitter and receiver | |
| CN219302660U (zh) | 一种扫描式激光雷达 | |
| US20240219527A1 (en) | LONG-RANGE LiDAR | |
| US12123975B2 (en) | Apparatus providing a plurality of light beams | |
| US20220050183A1 (en) | Intertwined detector array for an optical sensing system | |
| US20240159875A1 (en) | Systems, methods, and devices for combining multiple optical component arrays | |
| CN113009499A (zh) | 一种复合型阵列探测器与使用其的探测系统 | |
| WO2023059766A1 (en) | Hybrid lidar system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |