[發明專利]一種基于TOF相機的車載立體視覺系統

在審

• 申請號: 201710698209.3
• 申請日: 2017-08-15
• 公開（公告）號: CN107462893A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 余曉智;韓輔華;吳輝;張新河;李中延;常嵩;湯春微;張濤;李容;任樸
• 申請（專利權）人: 東莞市邁科新能源有限公司;東莞市邁科科技有限公司;東莞市邁科鋰離子電池工業節能技術研究院
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S17/10;H04N13/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 潘俊達

技術領域

本發明屬于車載立體視覺系統技術領域,尤其涉及一種基于TOF相機的車載立體視覺系統。

背景技術

TOF是Time of Flight(飛行時間)技術的縮寫，即傳感器發出經調制的近紅外光，遇物體后反射，傳感器通過計算光線發射和反射時間差或相位差，來換算被拍攝景物的距離，以產生深度信息，此外再結合傳統的相機拍攝，就能將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的地形圖方式呈現出來；目前其可以應用于人體骨骼跟蹤、俯拍數人頭、物體3D測量、3D拍攝建模等需要使用到距離(深度數據)的場景。

其中，傳感器的每個像素點，除了記錄光線強度信息之外，也記錄下來光線從光源到該像素點的時間，因此TOF相機一般需要使用特定紅外光源主動向被測量物體發射紅外光，在原理上類似激光雷達，但激光雷達發送出的是激光點，需要機械裝置進行上下左右掃描來對測量面進行成像；而TOF相機則是直接對整個面進行成像，不需要機械裝置，但這同時也限制了TOF相機的測量距離和分辨率。

現有的TOF相機測距產品多為草帽頂的LED和光電二極管的發射接收組合，沒有配套的光學設計，工作距離和抗環境光干擾能力均有待提高；因此，目前市面上的TOF相機距離測量范圍都在10米左右甚至更短，并且在室外強環境光下使用會出現數據偏差大，數據丟失等問題，因而無法應用于車輛行駛立體視覺系統。

發明內容

本發明的目的在于：針對現有的TOF相機測量距離短，易受環境光干擾，數據偏差大，測量準確度不高的缺陷，而提供一種基于TOF相機的車載立體視覺系統，以實現TOF相機室外遠程立體視覺成像。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于TOF相機的車載立體視覺系統，包括車載鋰電池模組、TOF相機模組、脈沖光源模組、中央處理單元和圖像顯示器，所述TOF相機模組、所述脈沖光源模組和所述中央處理單元分別通過電壓保護模塊與所述車載鋰電池模組電性連接，所述TOF相機模組、所述脈沖光源模組和所述圖像顯示器分別與所述中央處理單元電性連接；

所述脈沖光源模組包括脈沖光源驅動模塊、LED光照模塊和溫度傳感器，所述脈沖光源驅動模塊和所述溫度傳感器分別與所述LED光照模塊電性連接；

所述TOF相機模組包括TOF傳感器、窄帶濾光片和電切換偏振片，所述窄帶濾光片用于過濾掉環境光中的可見光，只通過與脈沖光源模組主動發射的波長相同或相近的光線；所述電切換偏振片用于過濾掉同波長光線中非脈沖光源模組主動發射的光線。

其中，系統各模組的功能作用如下：

1)車載鋰電池模組：是整個系統的電力來源，采用適合在-20℃～60℃的溫度下使用的鋰電池以滿足在足夠小的體積下瞬時大電流的需求；其中，電池組通過車載發電機進行充電，由于平均消耗電流不大，因此對整車動力影響很小。

2)電壓保護模塊：使鋰電池模組具備電壓過低/過高保護功能，確保在突發大電流輸出的情況下不會對輸出電壓造成影響。

3)TOF相機模組：是整個系統的核心模塊，通過計算反射光的飛行時間來計算被檢測物體到系統的距離。其中，TOF傳感器的每個像素會收集解調后光電效應所產生的電荷；在同一個快門同樣收集時間控制下，不同距離物體反射回來的光子數量不同從而導致激發出不同的電荷數；TOF傳感器利用AD轉換電荷數為二進制數據，通過差分計算出飛行時間(TOF)，再結合光速計算每個像素點到對應被測量物體的距離。

由于室外環境光中包含各種波長和形態的光線，有效抑制環境光的影響是整個系統可以滿足使用要求的最重要條件。本發明采用了窄帶濾光片過濾掉環境光中的可見光，只通過和系統主動發射光源波長接近的光線；同時采用了電切換偏振片，有效過濾掉同波長光線中非本系統主動發射的光線。因此，通過雙重過濾加上集成的調制解調機制實現對環境光的有效抑制，從而保障TOF傳感器在室外環境下的有效測距。

4)脈沖光源模組：是系統的主動光源的來源。其中，脈沖光源驅動模塊用于給發射光源器件LED提供穩定、大功率、高頻可調的電力供應。在現有的短距離TOF測距應用中，由于光源所需電流不大，驅動電路設計比較容易。而本發明所需光源強度遠遠高于目前市面的TOF系統，功率輸出要求達到60～120W。因此，本發明采用高頻大功率MOS場效應管作為高頻開關，為了確保所有的LED光源同步發光或關閉，本發明設計了低延時大電流同步脈沖給各個高頻MOS場效應管的柵極，以保證足夠快速的開關速度，這樣在確保能快速驅動60～120W LED光源的需求下，通過占空比減小了整個系統的平均能耗，從而滿足車載要求。