CN116859402A - 一种像素数据的校正方法、装置、设备及介质 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供的一种像素数据的校正方法，其特征在于，至少包括如下步骤：通过每个像素的光子数以及光生电子数获取每个像素的量子效率；通过所述量子效率的众数与所述量子效率获取校正系数；通过所述校正系数与所述像素的本底电子数获取本底校正值；通过所述校正系数与所述本底校正值获取校正值，通过本发明的方案，可以校正占空比不一致在测距过程中导致的测距准度降低的问题，以提高测距准度。

Description

一种像素数据的校正方法、装置、设备及介质
技术领域
本申请涉及探测技术领域，特别涉及一种像素数据的校正方法、装置、设备及介质。
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。
为了获得距离信息，在TOF进行探测中的间接先获得发射光和返回光的延时信息，进而获得延时相位或者称为相位偏移，再将相位偏移转化为最终的结果信息，这种方法将被探测物的距离信息转化为返回光和发射光相位偏移而非直接给出距离结果，此方案称为间接飞行时间测距(ITOF)。在实际的使用中可以使用互补相位接收返回光信号，进而获得距离信息此种方法称为两相位方案，也有利用四相位0°、90°、180°和270°的四相位获取目标距离的方案，当然也有文献尝试3相位甚至5相位方案获取被探测物距离的方案，获得相位偏移的电信号，需要对于该电信号经过处理单元进行处理得到最终的距离信息。但是在多相位接收的时候，不同相位的理想接收波形应该为占空比相同的方波，但是因为设计因素或者电信号的不稳定性，导致不同相位接收信号的方波波形占空比不一致，这就会影响探测的准度，如果消除不同相位接收信号的方波波形占空比不一致是亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种像素数据的校正方法、装置、设备及介质，以校正占空比不一致在测距过程中导致的测距准度降低的问题，以提高测距准度。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
本申请实施例提第一方面供了一种像素数据的校正方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
通过每个像素的光子数以及光生电子数获取每个像素的量子效率；
通过所述量子效率的众数与所述量子效率获取校正系数；
通过所述校正系数与所述像素的本底电子数获取本底校正值；
通过所述校正系数与所述本底校正值获取校正值。
可选地，所述量子效率、所述校正系数、以及所述校正值分别与不同相位差对应。
可选地，所述校正系数为所述量子效率的众数与所述量子效率的比值。
可选地，所述本底电子数通过将无光条件下的电子值转换为ADC输出量化值得到。
可选地，所述本底校正值通过所述校正系数与所述本底电子数相乘获得。
可选地，所述校正值通过将所述像素的电子数与所述系统相乘减去所述所述本底校正值获得。
可选地，所述像素接收的光为未经过镜头的均匀光。
本申请实施例的第二方面提供了一种像素数据的校正系统，其特征在于，包括：光源发射模块，用于发射均匀探测光；像素接收单元，用于接收未经过镜头的均匀探测光；数据处理单元，用于处理并校正所述像素单元接收到的信号。
本申请实施例的第三方面还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的像素数据的校正方法的步骤。
本申请的有益效果是：
本申请实施例提供的一种像素数据的校正方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
通过每个像素的光子数以及光生电子数获取每个像素的量子效率；
通过所述量子效率的众数与所述量子效率获取校正系数；
通过所述校正系数与所述像素的本底电子数获取本底校正值；
通过所述校正系数与所述本底校正值获取校正值，通过本发明的方案，可以校正占空比不一致在测距过程中导致的测距准度降低的问题，以提高测距准度。
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为现有技术提供的一种探测系统工作原理的示意图；
图2示意了一种发射波为方波的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种四相位接收示意图；
图4为本申请实施例提供的一种占空比不一致情况下的测距误差示意图；
图5为本申请实施例提供的一种不同相位占空比接收到的电子数比值的示意图；
图6为本申请实施例提供的一种校正后的测距误差示意图；
图7为本申请实施例提供的一种占空比校正的流程示意图。
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：光发射模块、处理模块、以及光接收模块，此处以ITOF测距为例进行说明，光发射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，光发射模块发射出正弦波或者方波或者三角波等等，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，其可以最常用的四相位方案接收而获得0°、90°、 180°和270°的延时接收信号，利用四相为的距离计算方案此处以正弦波的方法为示例进行说明，在四个等距点(例如90°或1/4λ的间隔)测量接收信号的幅度：
A1和A3的差值与A2和A4的差值的比等于相位角的正切值。ArcTan 实际上是双变量反正切函数，可映射至适当的象限，当A2＝A4并且A1>A3 或A3>A1时，分别定义为0°或180°。
到目标物的距离由以下公式确定：
至此，还需要确定发射激光的频率即可来进行距离测算，其中c是光速，是相位角(以弧度来度量)，f是调制频率。通过上述的方案可以实现对于视场内被探测物的距离探测的效果，这一方案被称为四相位延时方案获得探测结果，当然接收模块光电转化生成不同的信息，在某些情况下也使用0°和180°两相位方案实现被探测物的信息获取，也有文献公开了 0°、120°和240°三相位获得目标信息，甚至有文献也公开了五相位差延时方案，本发明并不具体限定，在实际测量中也有使用方波进行探测的，其机理与正弦波类似，只是计算公式有差异此处不再详细赘述。
图2示意了一种发射波为方波的示意图，探测系统发出发射光，其中不同区域示意出发射光颜色不同，实际使用中发射光可以为均匀光也可以为非均匀光，此处不限定，但是实际采用的发射光波长变化较小，并不体现出颜色的差异，更进一步，实际使用的发射光为人眼安全性更高的红外激光，其波长范围可以为900nm～1000nm，此处并不限定，发射光经过被探测物的反射，从而形成返回光，图2给出了发射光(1)和返回光(2)的相位偏移，其实际上代表着距离相关的飞行时间相位偏移，只要能够获取该相位偏移则可以得到距离信息。
图3为本申请实施例提供的一种四相位接收示意图。如图3所示，301 为发射出的探测光信号的示意图，302为经被探测物体反射回来的回波信号，303为与探测信号302相位差为0°的接收信号，304为与探测信号302 相位差为180°的接收信号，305为与探测信号302相位差为90°的接收信号，306为与探测信号302相位差为270°的接收信号。四相位接收信号按照如图2所示的实施例的方法对被探测物体进行测距。但是由于电路，温度等影响会导致四相位接收信号的占空比不同，导致背景光无法消除，进一步会导致测距准度下降，所以亟需一种技术解决四相位接收信号的占空比不同的问题，以提高测距准度。其中三相位、五相位差的方案类似，本发明并不具体限定。
图4为本申请实施例提供的一种占空比不一致情况下的测距误差示意图。如图4可以看出在接收波形的占空比不一致的情况下，实际距离与测量距离的准度差别高达80％。可以看出占空比不一致导致的测距误差的问题比交严重，所以亟需一种解决方案来解决该问题。
图5为本申请实施例提供的一种不同相位占空比接收到的电子数比值的示意图。在图5所示的实施例中分别用四相位的去接收回波信号，积分得到四相位的光生电子数。图5所示的为相位差为0°分别与相位差为 90°、180°、270°的比值。在不同相位差方波占空比一致的情况下，得到的比值应该为1。但是从图5可以看出不同相位差积分得到的光生电子数因为占空比不一致的问题比值波动比较大，所以所以亟需一种解决方案来解决占空比不一致的问题。
在本发明的实施例中采用如下方法来解决占空比不一致的问题。首先在均匀光条件下，遍历积分时间，使用四相位去接收光生电子，而且要求四相位的电子数都不能饱和。描绘曲线，其中横坐标为光子数，纵坐标为四相位接收到的光生电子数，则曲线的斜率应该为量子效率。在四相位的占空比一致的情况所述斜率应该固定，但是由于占空比不一致的问题，所描绘出的曲线斜率并不是固定的。所以需要根据接收到的数据将所述描绘出的曲线进行拟合。本实施例采用如下的方法线性拟合所述曲线的斜率，首先记录像素区域各个像素的量子效率η0、η90、η180、η270的值，统计像素区域各个像素的η0、η90、η180、η270的众数η。用η/η0＝k0、
η/η90＝k90、η/η180＝k180、η/η270＝k270，分别得到系数k0、k90、k180、 k270。其中k0、k90、k180、k270分别为相位差为0°、90°、180°、270°的所述曲线的斜率。线性拟合中的截距为本底电子数(无光条件的电子值)。将本底电子数转换为本底DN(ADC输出的量化值)值为b0、b90、b180、b270后，分别乘以k0、k90、k180、k270，得到B0、B90、B180、B270。将积分接收得到的四相位电子数的值分别乘以k0、k90、k180、k270分别减去B0、B90、B180、 B270就可以完成占空比不一致的校正过程。
图6为本申请实施例提供的一种校正后的测距误差示意图。从图6可以看出经过上述实施例所述方法对占空比不一致问题进行校正后，测距准度有了大幅度提升，解决了占空比不一致带来的测距误差问题。
图7为本申请实施例提供的一种占空比校正的流程示意图。如图7所示的实施例包括如下步骤：
S701：未安装镜头的Sensor芯片。不能安装镜头的原因是为了让各个像素收到的光是均匀的。
S702：恒定光功率的均匀光光源，记录其光功率密度；将光功率密度和积分时间转化为光子数。
S703：遍历Sensor积分时间，采集t个积分时间下，解调相位φ个图像数据(LSB)；将图像数据(LSB)转化为光生电子数。
S704：每个像素绘制φ个光子数与光生电子数曲线，线性拟合后曲线斜率为量子效率η，截距为本底电子数e，将本底电子数转化为本底图像数据(LSB)。
S705：统计各个像素的量子效率的众数η0，存储各个像素中φ个KΦ＝η0/ηΦ以及BΦ＝KΦ*LSBΦ
S706：将每个像素得到的图像数据经过线性校正KΦ和BΦ后，即完成校正。
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 (10)

1.一种像素数据的校正方法，其特征在于，至少包括如下步骤：
通过每个像素的光子数以及光生电子数获取每个像素的量子效率；
通过所述量子效率的众数与所述量子效率获取校正系数；
通过所述校正系数与所述像素的本底电子数获取本底校正值；
通过所述校正系数与所述本底校正值获取校正值。
2.如权利要求1所述的像素数据的校正方法，其特征在于，所述量子效率、所述校正系数、以及所述校正值分别与不同相位差对应。
3.如权利要求1所述的像素数据的校正方法，其特征在于，所述校正系数为所述量子效率的众数与所述量子效率的比值。
4.如权利要求1所述的像素数据的校正方法，其特征在于，所述本底电子数通过将无光条件下的电子值转换为ADC输出量化值得到。
5.如权利要求1述的像素数据的校正方法，其特征在于，所述本底校正值通过所述校正系数与所述本底电子数相乘获得。
6.如权利要求1述的像素数据的校正方法，其特征在于，所述校正值通过将所述像素的电子数与所述系统相乘减去所述本底校正值获得。
7.如权利要求1述的像素数据的校正方法，其特征在于，所述像素接收的光为未经过镜头的均匀光。
8.一种像素数据的校正系统，其特征在于，包括：光源发射模块，用于发射均匀探测光；像素接收单元，用于接收未经过镜头的均匀探测光；数据处理单元，用于处理并校正所述像素单元接收到的信号。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的像素数据的校正方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，
所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的像素数据的校正方法的步骤。
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