一种TOF传感器的距离计算方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种TOF传感器的距离计算方法及系统，方法包括：根据TOF传感器采样信号的振幅、振幅均方差以及信噪比判断是否开始进行测量距离计算，若是，则执行下一步骤；根据TOF传感器采样信号在笛卡尔坐标体系中采用基于采样信号差分的方法来进行测量距离计算；其中，测量距离为TOF传感器与目标间的距离，TOF传感器采样信号的每个像素对应有一对用于进行光电转换的电荷存储池，且该像素在距离测量结束后读取该对电荷存储池的差分信号作为输出。本发明专利技术通过信号差分有效抑制了环境光的干扰，从而能在室外使用TOF传感器；通过采样信号的振幅、振幅均方差以及信噪比进一步提升了测量计算的精度，可广泛应用于距离测量领域。

【技术实现步骤摘要】
一种TOF传感器的距离计算方法及系统
本专利技术涉及距离测量领域，尤其是一种TOF传感器的距离计算方法及系统。
技术介绍
TOF是飞行时间(TimeofFlight)技术的缩写，即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和反射时间差或相位差来换算被拍摄景物的距离，以产生深度信息，此外再结合传统的相机拍摄，就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。TOF技术在三维视觉、无人机、三维人脸识别、机器人等领域得到了广泛的应用，成为将会成为实现我们未来智能社会生活环境的最基础技术之一。现有的TOF传感器是光谱型传感器，即对从可见光到红外波段都很敏感，因此其难以实现户外和环境光较强场景下的应用。故像无人坦克、无人装甲等对室外环境要求较高的设备将不得不使用基于双目视觉技术的双目摄像头来取代TOF传感器，然而双目摄像头成本高且在昏暗环境下以及特征不明显的情况下并不适用。为此，有必要设计一种能在室外使用且精度高的TOF传感器测距方案。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于：提供一种能在室外使用且精度高的TOF传感器的距离计算方法及系统。本专利技术所采取的第一技术方案是：一种TOF传感器的距离计算方法，包括以下步骤：根据TOF传感器采样信号的振幅、振幅均方差以及信噪比判断是否开始进行测量距离计算，若是，则执行下一步骤；反之，则进行光电转换时间调整；根据TOF传感器采样信号在笛卡尔坐标体系中采用基于采样信号差分的方法来进行测量距离计算；其中，测量距离为TOF传感器与目标间的距离，TOF传感器采样信号的每个像素对应有一对用于进行光电转换的电荷存储池，且该像素在距离测量结束后读取该对电荷存储池的差分信号作为输出。进一步，所述根据TOF传感器采样信号的振幅、振幅均方差以及信噪比判断是否开始进行测量距离计算，若是，则执行下一步骤；反之，则进行光电转换时间调整这一步骤，具体包括：TOF传感器进行飞行时间测量；判断TOF传感器采样信号是否满足预设的振幅要求，若是，则执行下一步骤，反之，则增加或减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤；计算TOF传感器采样信号的振幅均方差；根据计算的振幅均方差判断TOF传感器采样信号是否满足振幅均方差要求，若是，则执行下一步骤，反之，则增加或减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤；计算TOF传感器采样信号的信噪比；根据计算的信噪比判断TOF传感器采样信号是否满足信噪比要求，若是，则执行根据TOF传感器采样信号在笛卡尔坐标体系中采用基于采样信号差分的方法来进行测量距离计算这一步骤，反之，则增加TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤。进一步，所述判断TOF传感器采样信号是否满足预设的振幅要求，若是，则执行下一步骤，反之，则增加或减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤，这一步骤具体包括：判断TOF传感器当前的采样像素是否已饱和，若是，则减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤，反之，则执行下一步骤；判断TOF传感器当前的采样信号的振幅最小值是否大于2000LSB，若是，则减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤；反之，则执行下一步骤；判断TOF传感器采样信号的振幅是否小于25LSB，若是，则增加TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤；反之，则执行计算TOF传感器采样信号的振幅均方差的步骤。进一步，所述计算TOF传感器采样信号的振幅均方差这一步骤，具体为：TOF传感器获取一个采样周期内的4个差分采样信号对应的振幅；根据获取的振幅计算振幅均方差，所述振幅均方差ATOF的计算方式为：其中，|DCS0|、|DCS1|、|DCS2|和|DCS3|分别为DCS0、DCS1、DCS2和DCS3的采样振幅，DCS1比DCS0的相位大90°，DCS2比DCS1的相位大90°，DCS3比DCS1的相位大90°，DCS0和DCS2属于TOF传感器当前采样像素对应的一对差分采样信号，DCS1和DCS3属于TOF传感器下一采样像素对应的一对差分采样信号。进一步，所述根据计算的振幅均方差判断TOF传感器采样信号是否满足振幅均方差要求，若是，则执行下一步骤，反之，则增加或减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤，这一步骤具体为：若计算的振幅均方差大于2000LSB，则减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤；若计算的振幅均方差小于25LSB，则增加TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤；若计算的振幅均方差大于等于25LSB且小于等于2000LSB，则执行计算TOF传感器采样信号的信噪比的步骤。进一步，所述计算TOF传感器采样信号的信噪比这一步骤，具体为：计算调制光与环境光的比值，并将调制光与环境光的比值作为TOF传感器采样信号的信噪比，所述TOF传感器采样信号的信噪比AMR的计算公式为：其中，EBW和ETOFPP分别为环境光的功率与调制光的功率。进一步，所述根据TOF传感器采样信号在笛卡尔坐标体系中采用基于采样信号差分的方法来进行测量距离计算这一步骤，具体包括：根据TOF传感器采样信号在笛卡尔坐标体系中采用基于采样信号差分的方法计算测量距离，所述测量距离的计算公式为：其中，C为光速，atan2函数为四象限的反正切函数，fLED为测距光源的调制频率，DOFFSET为距离偏移量；判断是否需要继续流程，若是，则执行下一步骤，反之，则结束流程；判断此时TOF传感器采样信号的振幅均方差ATOF是否小于100LSB，若是，则增加TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤，反之，则直接返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤。本专利技术所采取的第一技术方案是：一种TOF传感器的距离计算系统，包括：判断模块，用于根据TOF传感器采样信号的振幅、振幅均方差以及信噪比判断是否开始进行测量距离计算，若是，则执行测量距离计算模块；反之，则进行光电转换时间调整；测量距离计算模块，用于根据TOF传感器采样信号在笛卡尔坐标体系中采用基于采样信号差分的方法来进行测量距离计算；其中，测量距离为TOF传感器与目标间的距离，TOF传感器采样信号的每个像素对应有一对用于进行光电转换的电荷存储池，且该像素在距离测量结束后读取该对电荷存储池的差分信号作为输出。进一步，所述判断模块包括：飞行时间测量单元，用于TOF传感器进行飞行时间测量；第一判断单元，用于判断TOF传感器采样信号是否满足预设的振幅要求，若是，则转到振幅均方差计算单元，反之，则增加或减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回飞行时间测量单元；振幅均方差计算单元，用于计算TOF传感器采样信号的振幅均方差；第二判断单元，用于根据计算的振幅均方差判断TOF传感器采样信号是否满足振幅均方差要求，若是，则转到信噪比计算单元，反之，则增加或减少TOF传感器采样的光电转换时间后飞行时间测量单元；信噪比计算单元，用于计算T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TOF传感器的距离计算方法，其特征在于：包括以下步骤：根据TOF传感器采样信号的振幅、振幅均方差以及信噪比判断是否开始进行测量距离计算，若是，则执行下一步骤；反之，则进行光电转换时间调整；根据TOF传感器采样信号在笛卡尔坐标体系中采用基于采样信号差分的方法来进行测量距离计算；其中，测量距离为TOF传感器与目标间的距离，TOF传感器采样信号的每个像素对应有一对用于进行光电转换的电荷存储池，且该像素在距离测量结束后读取该对电荷存储池的差分信号作为输出。

【技术特征摘要】
1.一种TOF传感器的距离计算方法，其特征在于：包括以下步骤：根据TOF传感器采样信号的振幅、振幅均方差以及信噪比判断是否开始进行测量距离计算，若是，则执行下一步骤；反之，则进行光电转换时间调整；根据TOF传感器采样信号在笛卡尔坐标体系中采用基于采样信号差分的方法来进行测量距离计算；其中，测量距离为TOF传感器与目标间的距离，TOF传感器采样信号的每个像素对应有一对用于进行光电转换的电荷存储池，且该像素在距离测量结束后读取该对电荷存储池的差分信号作为输出。2.根据权利要求1所述的一种TOF传感器的距离计算方法，其特征在于：所述根据TOF传感器采样信号的振幅、振幅均方差以及信噪比判断是否开始进行测量距离计算，若是，则执行下一步骤；反之，则进行光电转换时间调整这一步骤，具体包括：TOF传感器进行飞行时间测量；判断TOF传感器采样信号是否满足预设的振幅要求，若是，则执行下一步骤，反之，则增加或减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤；计算TOF传感器采样信号的振幅均方差；根据计算的振幅均方差判断TOF传感器采样信号是否满足振幅均方差要求，若是，则执行下一步骤，反之，则增加或减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤；计算TOF传感器采样信号的信噪比；根据计算的信噪比判断TOF传感器采样信号是否满足信噪比要求，若是，则执行根据TOF传感器采样信号在笛卡尔坐标体系中采用基于采样信号差分的方法来进行测量距离计算这一步骤，反之，则增加TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤。3.根据权利要求2所述的一种TOF传感器的距离计算方法，其特征在于：所述判断TOF传感器采样信号是否满足预设的振幅要求，若是，则执行下一步骤，反之，则增加或减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤，这一步骤具体包括：判断TOF传感器当前的采样像素是否已饱和，若是，则减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤，反之，则执行下一步骤；判断TOF传感器当前的采样信号的振幅最小值是否大于2000LSB，若是，则减少TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤；反之，则执行下一步骤；判断TOF传感器采样信号的振幅是否小于25LSB，若是，则增加TOF传感器采样的光电转换时间后返回TOF传感器进行飞行时间测量的步骤；反之，则执行计算TOF传感器采样信号的振幅均方差的步骤。4.根据权利要求2所述的一种TOF传感器的距离计算方法，其特征在于：所述计算TOF传感器采样信号的振幅均方差这一步骤，具体为：TOF传感器获取一个采样周期内的4个差分采样信号对应的振幅；根据获取的振幅计算振幅均方差，所述振幅均方差ATOF的计算方式为：其中，|DCS0|、|DCS1|、|DCS2|和|DCS3|分别为DCS0、DCS1、DCS2和DCS3的采样振幅，DCS1比DCS0的相位大90°，DCS2比DCS1的相位大90°，DCS3比DCS1的相位大90°，DCS0和DCS2属于TOF传感器当前采样像素对应的一对差分采样信号，DCS1和DCS3属于TOF传感器下一采样像素对应的一对差分采样信号。5.根据权利要求2所述的一种TOF传感器的距离计算方法，其特征在于：所述根据计算的振幅均方差判断TOF传感器采样信号是否满足振幅均方差要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：余晓智，
申请(专利权)人：余晓智，
类型：发明
国别省市：广东,44