一种基于时间分段的3D成像系统及成像方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于时间分段的3D成像系统，包括：发射器，用于朝向目标区域发射激光光束；检测器单元，用于接收从目标区域反射回的回波信号，并进行处理输出目标区域的TOF值；控制和处理电路，用于根据预定义的时间窗格控制检测器单元进行相应的处理输出TOF值，接收所述TOF值以对目标区域内的指定距离范围内的场景进行3D成像。本发明专利技术通过采用时间分段的方式对所需要的距离范围进行选择，进而实现对指定距离范围内场景的三维成像，从而可以有效利用数据，提高成像系统的效率。

A 3D imaging system and method based on time segmentation

【技术实现步骤摘要】
一种基于时间分段的3D成像系统及成像方法
本专利技术涉及三维成像
，尤其涉及一种基于时间分段的3D成像系统及成像方法。
技术介绍
基于光子飞行时间(Time-Of-Flight，TOF)的三维(3D)成像系统主要是根据朝向目标场景发射激光脉冲并测量激光脉冲从发射到返回成像系统所需要的时间计算系统和目标场景之间的距离。此外，成像系统还可以获得每个像素的强度值，根据强度值和距离信息生成目标区域的三维图像。在传统的3D成像中，如果需要对特定距离范围内的场景进行成像，通常是对整个成像距离范围内的场景完成3D成像之后，数据读出到外部FPGA后再做处理和筛选，保留特定距离范围内的3D数据，剔除掉范围外的3D数据。基于这种方式3D成像产生了数据的浪费也导致成像系统效率较低，而且由于3D成像的数据量巨大，难以将全部数据实时读出到片外FPGA上进行处理。目前常采用的方法是将数据先在芯片内的直方图单元进行处理后再输出到外部FPGA，可以降低数据量。但如果不采用任何特殊的设计，在数据处理过程中需要大量的时间数字转换器(TDC)用于数据处理，且在直方图单元处理的数据量依然非常大，导致成像系统更复杂且效率低。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于时间分段的3D成像系统及成像方法，以解决上述
技术介绍
问题中的至少一种。为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：一种基于时间分段的3D成像系统，包括：发射器，用于朝向目标区域发射激光光束；检测器单元，用于接收从目标区域反射回的回波信号，并进行处理输出目标区域的TOF值；控制和处理电路，用于根据预定义的时间窗格控制检测器单元进行相应的处理输出TOF值，接收所述TOF值以对目标区域内的指定距离范围内的场景进行3D成像。在一些实施例中，所述检测器单元包括门控电路、复位猝灭电路、SPAD单元、TDC、直方图单元、以及检测单元处理电路；其中，所述门控电路发送门控信号到复位猝灭电路，控制在预定义的时间窗格内对应的SPAD单元工作，以接收从目标区域反射回的一部分回波信号。在一些实施例中，所述控制和处理电路控制激光器朝向目标区域发射激光光束，同时根据预定义的时间窗格发送控制指令到门控电路。在一些实施例中，所述SPAD单元输出响应信号到TDC，TDC接收到响应信号后测量发射激光光束与SPAD检测到信号时的时间间隔并将其输入到直方图单元，在直方图单元内构建光子随时间分布的直方图，所述检测单元处理电路接收直方图并进行处理输出指定距离范围内像素点的TOF值。在一些实施例中，所述检测器单元包括复位猝灭电路、SPAD单元、TDC、直方图单元、检测单元处理电路以及数据选择电路；所述控制和处理电路控制激光器朝向目标区域发射激光光束，同时控制驱动SPAD单元检测从目标区域反射的回波信号并输出响应信号到TDC，TDC接收到响应信号后测量发射激光光束到SPAD单元检测到信号的时间间隔。在一些实施例中，所述控制和处理电路根据预定义的时间窗格发送控制指令到数据选择电路，数据选择电路对TDC内测量的时间间隔进行筛选，控制TDC输出指定的时间间隔到直方图单元内构建光子随时间分布的直方图；所述检测单元处理电路接收直方图并进行处理输出TOF值，控制和处理电路接收到检测单元处理电路输出的TOF值以对目标区域内的指定距离范围内的场景进行3D成像。本专利技术的另一技术方案为：一种基于时间分段的3D成像方法，包括如下步骤：S1、控制激光器朝向目标区域发射激光光束；S2、通过检测器单元接收从目标区域反射的回波信号中的一部分回波信号，并输出TOF值，其中所述的一部分回波信号是根据预定义的时间窗格调控而得；S3、根据所述TOF值生成指定距离范围内场景的三维图像。优选地，在步骤S2中，通过控制和处理电路根据预定义的时间窗格发送控制指令到门控电路，由门控电路发送门控信号到复位猝灭电路，控制在预定义的时间窗格内对应的SPAD单元工作，保证SPAD单元只接收到指定区域范围内的回波信号并触发输出响应信号。本专利技术的又一技术方案为：一种基于时间分段的3D成像方法，包括如下步骤：S10、通过激光器朝向目标区域发射激光光束；S11、控制检测器单元接收从所述目标区域反射的回波信号并输出指定距离范围的TOF值；其中，所述指定距离范围由预定义的时间窗格决定；S12、根据所述TOF值生成指定距离范围内场景的三维图像。优选地，在步骤S11中，通过控制和处理电路控制驱动SPAD单元检测从目标区域反射的回波信号并输出响应信号到TDC，TDC接收到响应信号后测量发射激光光束到SPAD单元检测到信号的时间间隔，控制和处理电路根据预定义的时间窗格发送控制指令到数据选择电路，通过数据选择电路对TDC内测量的时间间隔进行筛选，控制TDC输出指定的时间间隔到直方图单元内构建光子随时间分布的直方图，通过检测单元处理电路接收直方图并进行处理输出TOF值：本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术通过采用时间分段的方式对所需要的距离范围进行选择，进而实现对指定距离范围内场景的三维成像，从而可以有效利用数据，提高成像系统的效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是根据本专利技术一实施例基于时间分段的3D成像系统的结构示意图；图2是根据本专利技术一实施例基于时间分段的3D成像系统的检测器单元的示意图；图3是根据本专利技术另一实施例基于时间分段的3D成像系统的检测器单元的示意图；图4是根据本专利技术又一个实施例基于时间分段的3D成像方法的流程图示；图5是根据本专利技术又一个实施例基于时间分段的3D成像方法的流程图示。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也可以是用于电路连通作用。需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于时间分段的3D成像系统，其特征在于，包括：/n发射器，用于朝向目标区域发射激光光束；/n检测器单元，用于接收从目标区域反射回的回波信号，并进行处理输出目标区域的TOF值；/n控制和处理电路，用于根据预定义的时间窗格控制检测器单元进行相应的处理输出TOF值，接收所述TOF值以对目标区域内的指定距离范围内的场景进行3D成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于时间分段的3D成像系统，其特征在于，包括：
发射器，用于朝向目标区域发射激光光束；
检测器单元，用于接收从目标区域反射回的回波信号，并进行处理输出目标区域的TOF值；
控制和处理电路，用于根据预定义的时间窗格控制检测器单元进行相应的处理输出TOF值，接收所述TOF值以对目标区域内的指定距离范围内的场景进行3D成像。


2.根据权利要求1所述的基于时间分段的3D成像系统，其特征在于：所述检测器单元包括门控电路、复位猝灭电路、SPAD单元、TDC、直方图单元、以及检测单元处理电路；其中，所述门控电路发送门控信号到复位猝灭电路，控制在预定义的时间窗格内对应的SPAD单元工作，以接收从目标区域反射回的一部分回波信号。


3.根据权利要求2所述的基于时间分段的3D成像系统，其特征在于：所述控制和处理电路控制激光器朝向目标区域发射激光光束，同时根据预定义的时间窗格发送控制指令到门控电路。


4.根据权利要求2所述的基于时间分段的3D成像系统，其特征在于：所述SPAD单元输出响应信号到TDC，TDC接收到响应信号后测量发射激光光束与SPAD检测到信号时的时间间隔并将其输入到直方图单元，在直方图单元内构建光子随时间分布的直方图，所述检测单元处理电路接收直方图并进行处理输出指定距离范围内像素点的TOF值。


5.根据权利要求1所述的基于时间分段的3D成像系统，其特征在于：所述检测器单元包括复位猝灭电路、SPAD单元、TDC、直方图单元、检测单元处理电路以及数据选择电路；所述控制和处理电路控制激光器朝向目标区域发射激光光束，同时控制驱动SPAD单元检测从目标区域反射的回波信号并输出响应信号到TDC，TDC接收到响应信号后测量发射激光光束到SPAD单元检测到信号的时间间隔。


6.根据权利要求5所述的基于时间分段的3D成像系统，其特征在于：所述控制和处理电路根据预定义的时间窗格发送控制指令到数据选择电路，数据选择电路对TDC...

【专利技术属性】
技术研发人员：何燃，朱亮，王瑞，
申请(专利权)人：深圳奥锐达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44