时间飞行深度相机及单频调制解调的距离测量方法技术

本发明专利技术提供一种时间飞行深度相机及单频调制解调的距离测量方法，时间飞行深度相机包括发射模组，包括光源，用于向待测物发射脉冲光束；采集模组，包括由至少一个像素组成的图像传感器，每个像素包括至少3个抽头，抽头用于采集由待测物反射回的反射脉冲光束所产生的电荷信号或背景光的电荷信号；处理电路，用于接收至少3个抽头的电荷信号的数据；对电荷信号的数据进行判断以确定电荷信号的数据中是否包含反射脉冲光束的电荷信号；根据判断结果计算脉冲光束的飞行时间和/或待测物的距离。只需要一次曝光输出三个抽头的信号量即可获得一帧深度信息，因而显著降低了整体的测量功耗并提高了测量帧频。

Distance measurement method for time-of-flight depth camera and single-frequency modulation and demodulation

【技术实现步骤摘要】
时间飞行深度相机及单频调制解调的距离测量方法
本专利技术涉及光学测量领域，尤其涉及一种时间飞行深度相机及单频调制解调的距离测量方法。
技术介绍
ToF的全称是Time-of-Flight，即飞行时间，ToF测距法是一种通过测量光脉冲在发射/接收装置和目标物体间的往返飞行时间来实现精确测距的技术。在ToF技术中直接对光飞行时间进行测量的技术被称为dToF(direct-TOF)；对发射光信号进行周期性调制，通过对反射光信号相对于发射光信号的相位延迟进行测量，再由相位延迟对飞行时间进行计算的测量技术被成为iToF(Indirect-TOF)技术。按照调制解调类型方式的不同可以分为连续波(ContinuousWave，CW)调制解调方式和脉冲调制(PulseModulated，PM)调制解调方式。目前，CW-iToF技术主要应用于基于两抽头传感器构建的测量系统，核心测量算法是一种四相位的调制解调方式，至少需要进行两次曝光(为了保证测量精度，通常需要进行四次曝光)才能完成对四个相位数据的采集输出一帧深度图像，因而难以获得较高的帧频。PM-iToF调制技术主要应用于四抽头传感器(三个抽头用于信号的采集和输出，一个抽头用于对无效电子进行释放)，这一测量手段的测量距离目前受限于调制解调信号的脉宽，当需要进行远距测量时，需要延长调制解调信号的脉宽，而调制解调信号脉宽的延长会导致功耗的增加和测量精度的下降，因而也无法满足市场需求。针对目前两种调制解调方式存在的缺点，这里提出一种新的调制解调方式对iToF技术方案进行优化。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的问题，提供一种时间飞行深度相机及单频调制解调的距离测量方法。为了解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下所述：一种时间飞行深度相机，包括：发射模组，包括光源，用于向待测物发射脉冲光束；采集模组，包括由至少一个像素组成的图像传感器，每个所述像素包括至少3个抽头，所述抽头用于采集由所述待测物反射回的反射脉冲光束所产生的电荷信号或背景光的电荷信号；处理电路，用于接收所述至少3个抽头的电荷信号的数据；对所述电荷信号的数据进行判断以确定所述电荷信号的数据中是否包含所述反射脉冲光束的所述电荷信号；根据所述判断结果计算所述脉冲光束的飞行时间和/或所述待测物的距离。在本专利技术的一种实施例中，所述处理电路根据下式计算所述脉冲光束的飞行时间：其中，QA是经过所述判断之后获取的第一个所述抽头采集到的包含所述反射脉冲光束的所述电荷信号的电荷量；QB是经过所述判断之后获取的第二个所述抽头采集到的包含所述反射脉冲光束的所述电荷信号的电荷量；QO是所述抽头采集的仅包含所述背景光的电荷信号的电荷量；m＝n-1，其中n是所述QA所对应抽头的序号；Th是各抽头的脉冲采集信号的脉冲宽度。所述判断包含单抽头最值法，即通过依序查找并获取所述至少3个抽头中电荷信号的电荷量最大的第一抽头，若所述第一抽头之前的第二抽头比所述第一抽头之后的第三抽头的电荷信号的电荷量大，则第二抽头、第一抽头采集到的电荷信号的电荷量分别为所述QA、所述QB；若所述第一抽头之前的第二抽头比所述第一抽头之后的第三抽头的电荷信号的电荷量小，则第一抽头、第三抽头采集到的电荷信号的电荷量按抽头序号先后顺序分别为所述QA、所述QB。所述判断包含相邻抽头和最值法，即依序计算相邻抽头的电荷信号的电荷量之后并查找其中的最大值项，所述最大值项对应的两个抽头采集到的电荷信号的电荷量分别为所述QA、所述QB。所述QO通过以下方式中的至少一种方式获取：取所述QB对应的所述抽头的后面的一个抽头的采集到的电荷信号的电荷量；或，取所述QA对应所述抽头的前面一个抽头采集到的电荷信号的电荷量；或，取所述QA、所述QB对应的所述抽头之外的所有所述抽头采集到的电荷信号的电荷量的均值；或，取所述QA、所述QB对应的所述抽头以及所述QB对应的所述抽头后面一个所述抽头之外所有所述抽头采集到的电荷信号的电荷量的均值。本专利技术还提供一种单频调制解调的距离测量方法，包括：利用光源用于向待测物发射脉冲光束；利用包括由至少一个像素组成的图像传感器采集由所述待测物反射回的反射脉冲光束的电荷信号，每个所述像素包括至少3个抽头，所述抽头用于采集所述电荷信号或背景光的电荷信号；接收所述至少3个抽头的所述电荷信号的数据；对所述电荷信号的数据进行判断以确定所述电荷信号的数据中是否包含所述反射脉冲光束的所述电荷信号；根据所述判断结果计算所述脉冲光束的飞行时间和/或所述待测物的距离。在本专利技术的一种实施例中，所述飞行时间根据下式计算：其中，QA是经过所述判断之后获取的第一个所述抽头采集到的包含所述反射脉冲光束的所述电荷信号的电荷量；QB是经过所述判断之后获取的第二个所述抽头采集到的包含所述反射脉冲光束的所述电荷信号的电荷量；QO是所述抽头采集的仅包含所述背景光的电荷信号的电荷量；m＝n-1，其中n是所述QA所对应抽头的序号；Th是各抽头的脉冲采集信号的脉冲宽度。所述判断包含单抽头最值法，即通过依序查找并获取所述至少3个抽头中电荷信号的电荷量最大的第一抽头，若所述第一抽头之前的第二抽头比所述第一抽头之后的第三抽头的电荷信号的电荷量大，则第二抽头、第一抽头采集到的电荷信号的电荷量分别为所述QA、所述QB；若所述第一抽头之前的第二抽头比所述第一抽头之后的第三抽头的电荷信号的电荷量小，则第一抽头、第三抽头采集到的电荷信号的电荷量分别为所述QA、所述QB。所述判断包含相邻抽头和最值法，即依序计算相邻抽头的电荷信号的电荷量之后并查找其中的最大值项，所述最大值项对应的两个抽头采集到的电荷信号的电荷量按抽头序号先后顺序分别为所述QA、所述QB。所述QO通过以下方式中的至少一种方式获取：取所述QB对应的所述抽头的后面的一个抽头的采集到的电荷信号的电荷量；或，取所述QA对应所述抽头的前面一个抽头采集到的电荷信号的电荷量；或，取所述QA、所述QB对应的所述抽头之外的所有所述抽头采集到的电荷信号的电荷量的均值；或，取所述QA、所述QB对应的所述抽头以及所述QB对应的所述抽头后面一个所述抽头之外所有所述抽头采集到的电荷信号的电荷量的均值。本专利技术的有益效果为：提供一种时间飞行深度相机及单频调制解调的距离测量方法，相对于现有的PM测量方案在相同脉宽的情况下扩展了测量距离；相对于CW-iToF测量方案，只需要一次曝光输出三个抽头的信号量即可获得一帧深度信息，因而显著降低了整体的测量功耗并提高了测量帧频。附图说明图1是根据本专利技术实施例的一种时间飞行深度相机原理示意图。图2是根据本专利技术实施例的一种时间飞行深度相机光信号发射与采集方法示意图。图3是根据本专利技术另一实施例的一种时间飞行深度相机的光信号发射与采集示意图。具体实施方式为了使本专利技术实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接即可以是用于固定作用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时间飞行深度相机，其特征在于，包括：发射模组，包括光源，用于向待测物发射脉冲光束；采集模组，包括由至少一个像素组成的图像传感器，每个所述像素包括至少3个抽头，所述抽头用于采集由所述待测物反射回的反射脉冲光束所产生的电荷信号或背景光的电荷信号；处理电路，用于接收所述至少3个抽头的电荷信号的数据；对所述电荷信号的数据进行判断以确定所述电荷信号的数据中是否包含所述反射脉冲光束的所述电荷信号；根据所述判断结果计算所述脉冲光束的飞行时间和/或所述待测物的距离。

【技术特征摘要】
1.一种时间飞行深度相机，其特征在于，包括：发射模组，包括光源，用于向待测物发射脉冲光束；采集模组，包括由至少一个像素组成的图像传感器，每个所述像素包括至少3个抽头，所述抽头用于采集由所述待测物反射回的反射脉冲光束所产生的电荷信号或背景光的电荷信号；处理电路，用于接收所述至少3个抽头的电荷信号的数据；对所述电荷信号的数据进行判断以确定所述电荷信号的数据中是否包含所述反射脉冲光束的所述电荷信号；根据所述判断结果计算所述脉冲光束的飞行时间和/或所述待测物的距离。2.如权利要求1所述的时间飞行深度相机，其特征在于，所述处理电路根据下式计算所述脉冲光束的飞行时间：其中，QA是经过所述判断之后获取的第一个所述抽头采集到的包含所述反射脉冲光束的所述电荷信号的电荷量；QB是经过所述判断之后获取的第二个所述抽头采集到的包含所述反射脉冲光束的所述电荷信号的电荷量；QO是所述抽头采集的仅包含所述背景光的电荷信号的电荷量；m＝n-1，其中n是所述QA所对应抽头的序号；Th是各抽头的脉冲采集信号的脉冲宽度。3.如权利要求2所述的时间飞行深度相机，其特征在于，所述判断包含单抽头最值法，即通过依序查找并获取所述至少3个抽头中电荷信号的电荷量最大的第一抽头，若所述第一抽头之前的第二抽头比所述第一抽头之后的第三抽头的电荷信号的电荷量大，则第二抽头、第一抽头采集到的电荷信号的电荷量分别为所述QA、所述QB；若所述第一抽头之前的第二抽头比所述第一抽头之后的第三抽头的电荷信号的电荷量小，则第一抽头、第三抽头采集到的电荷信号的电荷量按抽头序号先后顺序分别为所述QA、所述QB。4.如权利要求2所述的时间飞行深度相机，其特征在于，所述判断包含相邻抽头和最值法，即依序计算相邻抽头的电荷信号的电荷量之后并查找其中的最大值项，所述最大值项对应的两个抽头采集到的电荷信号的电荷量分别为所述QA、所述QB。5.如权利要求2所述的时间飞行深度相机，其特征在于，所述QO通过以下方式中的至少一种方式获取：取所述QB对应的所述抽头的后面的一个抽头的采集到的电荷信号的电荷量；或，取所述QA对应所述抽头的前面一个抽头采集到的电荷信号的电荷量；或，取所述QA、所述QB对应的所述抽头之外的所有所述抽头采集到的电荷信号的电荷量的均值；或，取所述QA、所述QB对应的所述抽头以及所述QB对应的所述抽头后面一个所述抽头之外所有所述抽头采集到的电荷信号的电荷量的均值。6.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小龙，朱亮，
申请(专利权)人：深圳奥比中光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44