环境光干扰抑制方法、装置及其应用制造方法及图纸

本申请提出了环境光干扰抑制方法、装置及其应用，包括以下步骤：S00、以固定的第一周期间隔发射设定数量的激光脉冲；S10、以固定的第二周期间隔开窗SPAD，以使得SAPD仅在使能时间段响应光子产生脉冲，并触发TDC输出时间信息；S20、将TDC的计时起始与激光脉冲的发射周期的起始同步，并使得TDC的计时终止时间由每个发射周期对应的首光子事件触发，同时将测得的时间差作为事件时间；S30、根据每个采样周期获得的事件到达时间做统计直方图并找到峰值时刻，通过该峰值时刻和光子飞行时间求得目标距离。本申请可优化信号处理和算法复杂度，实现更高精度、更远距离的单光子计数直接飞行时间测距。距。距。

【技术实现步骤摘要】
环境光干扰抑制方法、装置及其应用


[0001]本申请涉及光学
，特别是涉及环境光干扰抑制方法、装置及其应用。

技术介绍

[0002]近年来，基于单光子雪崩二极管和精密计时器件的直接飞行时间测距系统，由于其精度高，工作距离远，对信号敏感度高等优点，日益引起激光雷达相关产业的重视。该方案利用精密计时器件TDC记录多个激光窄脉冲的发射时间与光电敏感器件SPAD被入射光子触发的时间差。在多次重复测量中，环境光的干扰通常表现为时间上的随机分布；而从特定目标反射回来的激光脉冲信号，由于飞行时间相同，则体现出则应该体现出时间上的相关性。由此可以通过多次测量，将出现最多的时间点作为实际目标距离对应的激光飞行时间，并由此反演出目标距离。
[0003]由于单光子器件本身是一个二值器件只能以0，1的输出形式表征是否被触发，而对应的TDC计时器件TDC将记录该单光子器件被触发的时间。由于计时器在半导体内所占面积较大，功耗较高，在响应一次事件并输出时间信息后需要一个较长的时间来复位。所以在实际的单光子器件中测量应用中，一个SPAD像素通常连接一个TDC。由于TDC一个计时周期内只能被触发停止一次，而SPAD能被反复触发多次，这种情况下TDC在一个测量周期通常用于记录第一个一次SPAD的触发事件的时间。该种通常响应一次SPAD的触发事件称为计数事件，而这个事件一般约定为周期中的第一次触发。这种方法又被称为首光子触发机制。这种方式的缺陷在于：如图5所示，直方图中反映的每个周期的光子到达时间不仅仅包含信号脉冲的光子，也包含了噪声误触发的光子。因为到达时间越早的光子越容易触发SPAD，并被记录为该周期的首个光子事件，所以噪声本身在时间轴上呈现出左高右低的趋势。
[0004]如图6
‑
图7所示，当环境光变强，首个触发TDC的脉冲是噪声的可能性变大，其中图6中弱强环境光，小噪声事件概率，信号光事件触发事件显著，图7中强环境光，大噪声事件概率，造成噪声堆积。造成本次测距周期资源和信息的浪费。同时噪声事件在直方图上呈现左高右低的趋势也会更剧烈，甚至导致直方图中噪声的幅值高过信号。
[0005]此外如果目标距离更远，有效信号到达的时间更长，TDC就有更高的概率有可能先被噪声触发，导致有效测距结果的出现概率大大降低，也增大了远距离测距结果的误差和抖动。
[0006]在以上条件下，为了使信号在直方图中的峰值足够大，就需要增加输出每一个深度信息所需要的采样周期，此时整个直方图的数据量会随之增大，且距离输出帧率也会降低。
[0007]因此，亟待一种适用于时间相关单光子技术直接飞行时间测距法的环境光干扰抑制方法、装置及其应用，以解决现有技术存在的问题。

技术实现思路

[0008]本申请实施例提供了环境光干扰抑制方法、装置及其应用，针对目前技术强环境光造成的首光子触发造成的直方图左侧噪声堆积等问题。
[0009]本专利技术核心技术主要是从光子事件检出概率在时间轴上的衰减，与事件时间跟SPAD开窗起始时刻时间差之间的依赖关系出发，通过对多个采样周期的特殊安排，平均掉这种衰减调制。
[0010]第一方面，本申请提供了环境光干扰抑制方法，所述方法包括以下步骤：S00、以固定的第一周期间隔发射设定数量的激光脉冲；其中每个激光脉冲的脉冲周期作一个采样周期，并将采样周期的起始作为每次TDC计时的起始时刻；S10、以固定的第二周期间隔开窗SPAD，以使得SAPD仅在使能时间段响应光子产生脉冲，并触发TDC输出时间信息；其中，第一周期间隔和第二周期间隔的长度不同，使得目标回波到达时间相对激光脉冲周期起始存在时间差；S20、将TDC的计时起始与激光脉冲的发射周期的起始同步，并使得TDC的计时终止时间由每个发射周期对应的首光子事件触发，同时将测得的时间差作为事件时间；S30、根据每个采样周期获得的事件到达时间做统计直方图并找到峰值时刻，通过该峰值时刻和光子飞行时间求得目标距离。
[0011]进一步地，S10步骤中，每个激光脉冲周期里，根据目标回波的光子所在的周期序号i，表示目标回波的光子能被作为首光子被收到并触发事件的概率为：p(t),p(t
‑△
t),p(t
‑
2*
△
t),p(t
‑
3*
△
t),
……
p(t
‑
i*
△
t),
……
p(t
‑
L*
△
t)；其中，t为目标回波到达时间相对激光脉冲周期起始的时间差，
△
t为第一周期间隔和第二周期间隔的长度差，L为SPAD的开窗周期的数量L。
[0012]进一步地，当 t
‑
i*
△
t＜0时，在负数值上加上第一周期间隔，以进行时间周期平移转换为正数。
[0013]进一步地，S20步骤中，每个采样周期的第二周期间隔与激光脉冲的第一周期间隔的差值与SPAD的开窗周期的数量L满足（第二周期间隔
‑
第一周期间隔）*L接近或等于第一周期间隔的整数倍。
[0014]第二方面，本申请提供了一种环境光干扰抑制装置，包括：发射模块，以固定的第一周期间隔发射设定数量的激光脉冲；其中每个激光脉冲的脉冲周期作一个采样周期，并将采样周期的起始作为每次TDC计时的起始时刻；开窗模块，以固定的第二周期间隔开窗SPAD，以使得SAPD仅在使能时间段响应光子产生脉冲，并触发TDC输出时间信息；其中，第一周期间隔和第二周期间隔的长度不同，使得目标回波到达时间相对激光脉冲周期起始存在时间差；计算模块，将TDC的计时起始与激光脉冲的发射周期的起始同步，并使得TDC的计时终止时间由每个发射周期对应的首光子事件触发，同时将测得的时间差作为事件时间；根据每个采样周期获得的事件到达时间做统计直方图并找到峰值时刻，通过该峰值时刻和光子飞行时间求得目标距离；
输出模块，输出目标距离。
[0015]第三方面，本申请提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述的环境光干扰抑制方法。
[0016]第四方面，本申请提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，过程包括根据上述的环境光干扰抑制方法。
[0017]本专利技术的主要贡献和创新点如下：1、与现有技术相比，本申请等于对任意时刻的光子在每个周期的触发概率通过异步周期实现了一个以
△
t为步长的离散遍历。而且
△
t越小，相应地就会让分布在是时间轴上越“均匀”，当然同时产生的代价就是需要更多个周期来完成测距，以使得信号光子的相对到达时间在更小的步进下遍历完一个采样周期的时间长度；而噪声光子产生的光子事件在整个时间轴上分布相对均匀。同时，信号光子只要信号回波功率相同，直方图上对应的回波峰的幅值都不会随着目标距离远近发生变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.环境光干扰抑制方法，适用于时间相关单光子技术直接飞行时间测距法，其特征在于，包括以下步骤：S00、以固定的第一周期间隔发射设定数量的激光脉冲；其中每个激光脉冲的脉冲周期作一个采样周期，并将采样周期的起始作为每次TDC计时的起始时刻；S10、以固定的第二周期间隔开窗SPAD，以使得所述SAPD仅在使能时间段响应光子产生脉冲，并触发TDC输出时间信息；其中，所述第一周期间隔和所述第二周期间隔的长度不同，使得目标回波到达时间相对激光脉冲周期起始存在时间差；S20、将所述TDC的计时起始与激光脉冲的发射周期的起始同步，并使得所述TDC的计时终止时间由每个发射周期对应的首光子事件触发，同时将测得的时间差作为事件时间；S30、根据每个采样周期获得的事件到达时间做统计直方图并找到峰值时刻，通过该峰值时刻和光子飞行时间求得目标距离。2.如权利要求1所述的环境光干扰抑制方法，其特征在于，S10步骤中，每个激光脉冲周期里，根据目标回波的光子所在的周期序号i，表示目标回波的光子能被作为首光子被收到并触发事件的概率为：p(t),p(t
‑△
t),p(t
‑
2*
△
t),p(t
‑
3*
△
t),
……
p(t
‑
i*
△
t),
……
p(t
‑
L*
△
t)；其中，t为目标回波到达时间相对激光脉冲周期起始的时间差，
△
t为所述第一周期间隔和所述第二周期间隔的长度差，L为SPAD的开窗周期的数量L。3.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宁，沈锴，何梦凡，丁卓龙，潘仁奇，
申请(专利权)人：杭州宇称电子技术有限公司，
类型：发明
国别省市：