飞行时间测距系统、方法、测距传感器和相机技术方案

本发明专利技术公开了一种飞行时间测距系统、方法、测距传感器和相机，所述测距系统包括：光源调制模块，光源调制模块包括多个调制波输出端口，用于输出不同频率的多个调制波信号至多个调制波输出端口；多个调制光源，分别用于对相应的调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体；光源解调模块，用于对多个不同频率的红外发射信号遇到被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号；信号处理模块，用于根据多个不同频率的红外发射信号和多个不同频率的红外反射信号获取被测物体的距离。该系统通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高。

【技术实现步骤摘要】
飞行时间测距系统、方法、测距传感器和相机
本专利技术涉及测量
，特别涉及一种飞行时间测距系统、一种测距传感器、一种相机和一种飞行时间测距方法。
技术介绍
TOF(TimeofFlight，飞行时间)传感器的原理是传感器发出经调制的近红外光，遇物体后反射，传感器通过计算光线发射与反射之间的时间差或者相位差来获得物体的距离，以产生深度信息，获得3D图像。TOF传感器的感测能力可应用于防撞系统、汽车自动驾驶系统、手势识别及接近检测等，在计算机、家用电器、消费电子、工业自动化以及服务机器人等领域潜力巨大。目前，TOF测距主要是基于光线发射与反射之间的相位差实现，但是相位每2π就会重叠，这就意味着测量距离会混叠，发生混叠的测量距离称之为damb(也就是最大有效测量距离)，damb＝c/(2f)，其中，c为光速，f为调制波信号的频率。而如果希望扩展可测量的距离，则可以降低调制波信号的频率f，以增加非混叠的范围，从而增加可测量的距离。但是，由于调制波信号的频率越小，测量距离的精度就会越小，所以这样做会牺牲距离测量的精度。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的第一个目的在于提出一种飞行时间测距系统，通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。本专利技术的第二个目的在于提出一种测距传感器。本专利技术的第三个目的在于提出一种相机。本专利技术的第四个目的在于提出一种飞行时间测距方法。为实现上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种飞行时间测距系统，包括：光源调制模块，所述光源调制模块包括多个调制波输出端口，所述光源调制模块用于输出不同频率的多个调制波信号至所述多个调制波输出端口；多个调制光源，所述多个调制光源与所述多个调制波输出端口对应相连，所述多个调制光源分别用于对相应的调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体；光源解调模块，所述光源解调模块用于对所述多个不同频率的红外发射信号遇到所述被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号；以及信号处理模块，所述信号处理模块分别与所述光源调制模块和所述光源解调模块相连，所述信号处理模块用于根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离。根据本专利技术实施例的飞行时间测距系统，通过光源调制模块输出不同频率的多个调制波信号至多个调制波输出端口，并通过多个调制光源分别对相应的调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体。然后，通过光源解调模块对多个不同频率的红外发射信号遇到被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号，最后通过信号处理模块根据多个不同频率的红外发射信号和多个不同频率的红外反射信号获取被测物体的距离。该系统通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。根据本专利技术的一个实施例，所述光源解调模块为多个滤波片，所述多个滤波片中的每个滤波片所能通过的信号的频率不同且与所述红外发射信号的频率相对应。根据本专利技术的一个实施例，所述信号处理模块根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离时，其中，所述信号处理模块先根据相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值获取该频率下的所有距离值，再获取不同频率下的所有距离值中的相同距离值，以获得所述被测物体的距离。根据本专利技术的一个实施例，所述信号处理模块包括多个信号处理子模块，其中，每个信号处理子模块包括：光电转换单元，所述光电转换单元分别与所述光源调制模块和所述光源解调模块相连，所述光电转换单元用于将相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值转换为模拟电压信号；模数转换单元，所述模数转换单元与所述光电转换单元相连，所述模数转换单元用于将所述模拟电压信号转换为数字信号；计算单元，所述计算单元与所述模数转换单元相连，所述计算单元用于根据所述数字信号计算该频率下的所有距离值。根据本专利技术的一个实施例，所述光电转换单元包括：光敏二极管，所述光敏二极管的阳极接地；选择开关，所述选择开关的固定端与所述光敏二极管的阴极相连；第一电容，所述第一电容的一端通过第一复位开关与预设电源相连，所述第一电容的一端还通过第一电压读取开关与所述模数转换单元相连，所述第一电容的另一端接所述地；第二电容，所述第二电容的一端通过第二复位开关与所述预设电源相连，所述第二电容的一端还通过第二电压读取开关与所述模数转换单元相连，所述第二电容的另一端接所述地，其中，所述选择开关的选择端还与所述第一电容的一端或者所述第二电容的一端相连。根据本专利技术的一个实施例，通过以下公式计算获得不同频率下的所有距离值：其中，d为所述距离值，c为光速，f为所述红外发射信号的频率，Q1为所述第一电容的电荷量，Q2为所述第二电容的电荷量，且Q1和Q2与所述红外发射信号与所述红外反射信号之间的相位差值相关。为实现上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了一种测距传感器，其包括上述的飞行时间测距系统。本专利技术实施例的测距传感器，通过上述的飞行时间测距系统，能够通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。为实现上述目的，本专利技术第三方面实施例提出了一种相机，其包括上述的测距传感器。本专利技术实施例的相机，通过上述的测距传感器，能够通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。为实现上述目的，本专利技术第四方面实施例提出了一种飞行时间测距方法，包括以下步骤：输出不同频率的多个调制波信号；对所述多个调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体；对所述多个不同频率的红外发射信号遇到所述被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号；以及根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离。根据本专利技术实施例的飞行时间测距方法，首先输出不同频率的多个调制波信号，并对多个调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体，然后，对多个不同频率的红外发射信号遇到被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号，最后根据多个不同频率的红外发射信号和多个不同频率的红外反射信号获取被测物体的距离。该方法通过多个不同频率的调制波信号对被测物体的距离进行测量，从而在不牺牲精度的情况下使得测量范围得到显著提高，而且通过多个不同频率的调制波信号进行同时测量，可有效提高测量速度。根据本专利技术的一个实施例，所述根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离，包括：先根据相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞行时间测距系统，其特征在于，包括：光源调制模块，所述光源调制模块包括多个调制波输出端口，所述光源调制模块用于输出不同频率的多个调制波信号至所述多个调制波输出端口；多个调制光源，所述多个调制光源与所述多个调制波输出端口对应相连，所述多个调制光源分别用于对相应的调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体；光源解调模块，所述光源解调模块用于对所述多个不同频率的红外发射信号遇到所述被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号；以及信号处理模块，所述信号处理模块分别与所述光源调制模块和所述光源解调模块相连，所述信号处理模块用于根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离。

【技术特征摘要】
1.一种飞行时间测距系统，其特征在于，包括：光源调制模块，所述光源调制模块包括多个调制波输出端口，所述光源调制模块用于输出不同频率的多个调制波信号至所述多个调制波输出端口；多个调制光源，所述多个调制光源与所述多个调制波输出端口对应相连，所述多个调制光源分别用于对相应的调制波信号进行电光转换以输出多个不同频率的红外发射信号至被测物体；光源解调模块，所述光源解调模块用于对所述多个不同频率的红外发射信号遇到所述被测物体反射回来的信号进行分离，以获得多个不同频率的红外反射信号；以及信号处理模块，所述信号处理模块分别与所述光源调制模块和所述光源解调模块相连，所述信号处理模块用于根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离。2.如权利要求1所述的飞行时间测距系统，其特征在于，所述光源解调模块为多个滤波片，所述多个滤波片中的每个滤波片所能通过的信号的频率不同且与所述红外发射信号的频率相对应。3.如权利要求1或2所述的飞行时间测距系统，其特征在于，所述信号处理模块根据所述多个不同频率的红外发射信号和所述多个不同频率的红外反射信号获取所述被测物体的距离时，其中，所述信号处理模块先根据相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值获取该频率下的所有距离值，再获取不同频率下的所有距离值中的相同距离值，以获得所述被测物体的距离。4.如权利要求3所述的飞行时间测距系统，其特征在于，所述信号处理模块包括多个信号处理子模块，其中，每个信号处理子模块包括：光电转换单元，所述光电转换单元分别与所述光源调制模块和所述光源解调模块相连，所述光电转换单元用于将相同频率下的红外发射信号与红外反射信号之间的相位差值转换为模拟电压信号；模数转换单元，所述模数转换单元与所述光电转换单元相连，所述模数转换单元用于将所述模拟电压信号转换为数字信号；计算单元，所述计算单元与所述模数转换单元相连，所述计算单元用于根据所述数字信号计算该频率下...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚慧君，刘坤，毛水江，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44