一种平衡资源与定位精度的测距方法技术

本发明专利技术公开了一种平衡资源与定位精度的测距方法，用于d‑ToF测距系统中，该系统包括控制器，该测距方法包括：S1、基于系统的测距范围与精度要求，并结合系统的TDC的输出字长及系统需满足的内存要求，控制器确定构建粗、细层直方图的可用时间窗个数及各层时间窗宽度，初始化粗层直方图配置参数；S2、基于控制器确定的可用时间窗个数和各层时间窗宽度，以及初始化的粗层直方图配置参数，构建光子统计的粗层直方图；S3、基于构建的粗层直方图，进行粗峰查找；S4、基于粗峰查找结果确定细层直方图的有效时间窗；S5、控制器根据有效时间窗构建细层直方图并进行细峰搜索，输出最终的峰值索引，得到距离信息。

【技术实现步骤摘要】
一种平衡资源与定位精度的测距方法
本专利技术属于激光
，具体涉及一种平衡资源与定位精度的测距方法。
技术介绍
目前市场上较为成熟的光学技术解决方案包括双目立体视觉法(StereoVision)、结构光法(StructuredLight)和飞行时间法(TimeofFlight，ToF)。其中，飞行时间法(Time-of-Flight，ToF)经过技术的不断完善，具备了成本适中、设备体积小、功耗低、响应速度快、工作距离远等综合优势，在多种技术解决方案中脱颖而出，获得主流智能终端厂商的追捧。ToF是一种利用光飞行时间的技术，ToF系统主要包括发射端和接收端，其传感器给出光源驱动芯片调制信号，调制信号控制激光器发出高频调制的近红外光，遇到物体漫反射后，接收端通过发射光与接收光的相位差或时间差来计算深度信息。ToF技术可分为直接飞行时间法(direct-ToF，d-ToF)和间接飞行时间法(indirect-ToF，i-ToF)两种。其中，d-ToF发送的是离散的激光脉冲，可达到超低的占空比，相比i-ToF更省电、成像速度更快，但是技术壁垒较高、对硬件的要求较高。由于d-ToF相比i-ToF在信息快速获取、抗干扰、成像清晰度等方面具有优势，伴随算法技术、硬件设备的不断成熟与完善，d-ToF有望成为深感影像技术的主流解决方案。d-ToF技术直接测量光脉冲的发射和接收的时间差，采用SPAD(单光子雪崩二极管)来实现高灵敏度的光探测，并且采用时间相关单光子技术方法(Time-CorrelatedSingle-PhotonCounting,TCSPC)来实现皮秒级的时间精度。光脉冲的第一个被SPAD捕获的光子即可触发SPAD，产生电流脉冲信号。系统的时间数字转换器(Time-to-DigitalConverter,TDC)可以转换这个电流脉冲相对于发射时间的延时。因此，d-ToF重复很多次(比如数千次)发射和探测相同的脉冲信号即可获得每次探测的电流脉冲延时的统计分布。这个统计直方图即恢复了发射脉冲能量随着时间的变化，进而得到了脉冲来回的飞行时间，最后根据飞行时间计算物体距离信息。然而，如果由于环境因素等产生突发噪声，而突发噪声触发SPAD，引发光子计数，则可能导致原本呈泊松分布的光子计数直方图中，某段时间内有均匀突起的光子计数(噪底)，造成该段时间内由噪声引起的光子计数总值偏高，但无明显尖峰，而真实的粗主峰不被搜索得到。为了抵抗这种突发噪声造成主峰错位，可以进一步增加次峰的搜索，但又由于粗峰是分段构造，真实峰值可能处于主峰或次峰边界。对此，可以对每一个TDC输出分配内存进行其出现次数的光子计数统计来找到峰值位置，固然内存非常大，当TDC输出字长很大时，这是不太实际的。一方面希望保证系统定位的准确度，一方面希望控制内存等资源不至于过大，降低系统整体功耗，并能提高定位帧率，需设计具有一定抵抗噪声干扰能力，且在测距精度与资源占用两方面有一个良好平衡的算法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种平衡资源与定位精度的d-ToF测距优化算法，为了抵抗突发噪声，并基于系统内存满足一定要求的前提下，构造粗—细直方图获得最终峰值位置，实现定位精度与资源的平衡。为达上述目的，本专利技术实施例提供以下技术方案：一种平衡资源与定位精度的测距方法，用于d-ToF测距系统中，该系统包括控制器，该测距方法包括如下步骤：S1、基于系统的测距范围与精度要求，并结合系统的时间数字转换器TDC的输出字长Np以及系统需满足的内存要求，控制器确定构建粗、细层直方图的可用时间窗个数以及各层时间窗宽度，并初始化粗层直方图配置参数；S2、基于步骤S1中控制器确定的所述可用时间窗个数和各层时间窗宽度，以及初始化的所述粗层直方图配置参数，构建光子统计的粗层直方图；S3、基于步骤S2构建的所述粗层直方图，进行粗峰查找；S4、基于步骤S3的粗峰查找结果确定细层直方图的有效时间窗；S5、控制器根据所述有效时间窗构建细层直方图并进行细峰搜索，输出最终的峰值索引，得到距离信息。进一步地，步骤S1中粗层直方图配置参数包括：粗层标志，粗峰索引，细峰索引，TDC输出数据计数，TDC输出数据量，各粗时间窗起始值和时间窗内光子计数。进一步地，步骤S1中粗层直方图配置参数的初始化如下：粗层标志L_flag＝0，粗峰索引包含主峰索引CoarsePeak1Idx＝0和次峰索引CoarsePeak2Idx＝0，细峰索引PeakIdx＝0，TDC输出数据计数Input_cnt＝0，TDC输出数据量Pop的初始化值根据系统需求设置，各粗时间窗起始值bin_start[i]＝0，时间窗内光子计数count[i]＝0；其中i＝0～bin_num-1，i表示第i个粗时间窗，bin_num表示所述可用时间窗个数。进一步地，步骤S3粗峰查找包括：同时搜索粗峰的主峰与次峰，分别获得对应的峰值位置，控制器根据主峰与次峰的分布以及对应的粗时间窗内光子计数总值，同时选择主峰位置与次峰位置作为粗峰查找结果，或者仅选择主峰位置作为粗峰查找结果。进一步地，步骤S1中，系统需满足的内存要求是指物理内存Nb与TDC输出字长Np之间满足：进一步地，步骤S1中控制器确定的构建粗、细层直方图的可用时间窗个数以及各层时间窗宽度如下：粗层直方图、细层直方图的可用时间窗个数均为Nb是指系统的物理内存；细层直方图的时间窗宽度为k1Δt，k1取值1或2，Δt为一个基础时间窗；粗层直方图的时间窗宽度为k2k1Δt，k2≥2且为整数。进一步地，步骤S4包括：根据步骤S3的粗峰查找结果，控制器进行系数动态分配，将步骤S3查找到的粗峰对应的粗时间窗与相邻粗时间窗一并作为细层直方图的有效时间窗，并更新计算有效时间窗个数和有效时间窗的起始值；所述系数是指额外分配的细层直方图的时间窗宽度占粗层直方图的时间窗宽度的比例。进一步地，步骤S5中控制器根据所述有效时间窗个数和所述有效时间窗的起始值，构建所述细层直方图。进一步地，步骤S4中控制器可基于不同的系统需求进行所述粗时间窗系数动态分配，所述系统需求包括：最大化内存利用率以提高定位精确度，或最小化功耗以提高帧率。进一步地，当基于最大化内存利用率的需求时，根据粗峰查找结果、同时满足跨粗时间窗的要求，分配系数完全利用可用的时间窗个数；当基于最小化功耗的需求时，根据粗峰查找结果、同时满足跨粗时间窗的要求，动态分配粗时间窗系数，可完全或部分利用可用的时间窗个数。本专利技术的有益效果在于：1)在进行d-ToF测距时，由于环境因素会产生一定的突发噪声，这种突发噪声会使得光子计数总值高于实际主峰所在宽时间窗内光子计数总值，导致主峰查找出错。而本专利技术的方法增加对粗次峰的搜索，控制器根据粗主峰与粗次峰分布情况与光子计数总值支持仅选择主峰位置或同时选择主次峰位置，可有效抵抗一定的噪声影响，有效查找真实峰值；2)基于不同的系统需求，根据粗峰查找结果，控制器支持系数的动态分配，跨越相邻的粗时间窗边界搜索局本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种平衡资源与定位精度的测距方法，其特征在于：用于d-ToF测距系统中，该系统包括控制器，该测距方法包括如下步骤：/nS1、基于系统的测距范围与精度要求，并结合系统的时间数字转换器TDC的输出字长N

【技术特征摘要】
1.一种平衡资源与定位精度的测距方法，其特征在于：用于d-ToF测距系统中，该系统包括控制器，该测距方法包括如下步骤：
S1、基于系统的测距范围与精度要求，并结合系统的时间数字转换器TDC的输出字长Np以及系统需满足的内存要求，控制器确定构建粗、细层直方图的可用时间窗个数以及各层时间窗宽度，并初始化粗层直方图配置参数；
S2、基于步骤S1中控制器确定的所述可用时间窗个数和各层时间窗宽度，以及初始化的所述粗层直方图配置参数，构建光子统计的粗层直方图；
S3、基于步骤S2构建的所述粗层直方图，进行粗峰查找；
S4、基于步骤S3的粗峰查找结果确定细层直方图的有效时间窗；
S5、控制器根据所述有效时间窗构建细层直方图并进行细峰搜索，输出最终的峰值索引，得到距离信息。


2.如权利要求1所述的平衡资源与定位精度的测距方法，其特征在于，步骤S1中粗层直方图配置参数包括：粗层标志，粗峰索引，细峰索引，TDC输出数据计数，TDC输出数据量，各粗时间窗起始值和时间窗内光子计数。


3.如权利要求2所述的平衡资源与定位精度的测距方法，其特征在于，步骤S1中粗层直方图配置参数的初始化如下：
粗层标志L_flag＝0，粗峰索引包含主峰索引CoarsePeak1Idx＝0和次峰索引CoarsePeak2Idx＝0，细峰索引PeakIdx＝0，TDC输出数据计数Input_cnt＝0，TDC输出数据量Pop的初始化值根据系统需求而设置，各粗时间窗起始值bin_start[i]＝0，时间窗内光子计数count[i]＝0；其中i＝0～bin_num-1，i表示第i个粗时间窗，bin_num表示所述可用时间窗个数。


4.如权利要求1所述的平衡资源与定位精度的测距方法，其特征在于，步骤S3粗峰查找包括：同时搜索粗峰的主峰与次峰，分别获得对应的峰值位置，控制器根据主峰与次峰的分布以及对应的粗时间窗内光子计数总值，同时选择主峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳市力合微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44