[發明專利]一種深度測量系統及方法

有效

• 申請號: 201911192599.2
• 申請日: 2019-11-28
• 公開（公告）號: CN111025315B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 馬宣;孫飛;孫瑞;楊神武;周興;崔東曜;方兆翔;王兆民
• 申請（專利權）人: 奧比中光科技集團股份有限公司
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10;G01S17/894;G01S7/484
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 孟學英

本發明提供一種深度測量系統及方法，系統包括：發射模組，包括光源，用于向目標物體發射功率?時間波形被調制的脈沖光束；采集模組，包括由至少一個像素組成的圖像傳感器，用于采集由所述目標物體反射的脈沖光束并生成灰度圖像；控制與處理電路，用于提供所述光源發射所述脈沖光束所需的調制信號并控制脈沖光束的占空比和上升/下降沿時間，同時控制所述采集模組接收所述脈沖光束，基于所述灰度圖像計算出所述脈沖光束的飛行時間和/或所述目標物體的距離；所述脈沖光束的占空比和所述上升/下降沿時間相互匹配用于降低系統誤差。通過設置相互匹配的脈沖光束的占空比和上升/下降沿時間，降低系統誤差，提高測量精度。

技術領域

本發明涉及深度測量技術領域，尤其涉及一種深度測量系統及方法。

背景技術

ToF的全稱是Time-of-Flight，即飛行時間，ToF測距技術是一種通過測量光脈沖在發射/接收裝置和目標物體間的往返飛行時間來實現精確測距的技術。在ToF技術中直接對光飛行時間進行測量的技術被稱為d-ToF(direct-ToF)；對發射光信號進行周期性調制，通過對反射光信號相對于發射光信號的相位延遲進行測量，再由相位延遲對飛行時間進行計算的測量技術被成為iToF(Indirect-ToF)技術。按照調制解調類型方式的不同可以分為連續波(Continuous Wave，CW)調制解調方法和脈沖調制(Pulse Modulated，PM)調制解調方法。

連續波調制通常將發射光波率譜調制為強度變化的方波，解調端檢測經目標物體反射后的波形相位變化，這種測量方法首先將光飛行距離信息與光強變化的相位信息進行綁定，再將相位信息轉換為光電探測器可檢測的光強信息，間接實現了光飛行時間的測量。

光源向目標物體發射功率隨時間變化的正弦波，ToF圖像傳感器采集目標物體返回來的信號以計算光飛行距離。然而，這對光源以及驅動電路的要求十分苛刻，因此在實際中是以方波代替正弦波進行發射光功率的調制，這必然會由于光源發射光功率譜波形不理想而引起系統誤差(wiggling)。

發明內容

本發明為了解決現有的問題，提供一種深度測量系統及方法。

為了解決上述問題，本發明采用的技術方案如下所述：

一種深度測量系統，包括：發射模組，包括光源，用于向目標物體發射功率-時間波形被調制的脈沖光束；采集模組，包括由至少一個像素組成的圖像傳感器，用于采集由所述目標物體反射的脈沖光束并生成灰度圖像；控制與處理電路，用于提供所述光源發射所述脈沖光束所需的調制信號并控制脈沖光束的占空比和上升/下降沿時間，同時控制所述采集模組接收所述脈沖光束，基于所述灰度圖像計算出所述脈沖光束的飛行時間和/或所述目標物體的距離；所述脈沖光束的占空比和所述上升/下降沿時間相互匹配用于降低系統誤差。

在本發明的一種實施例中，所述相互匹配包括：在所述上升/下降沿時間固定的情況下，所述脈沖光束的占空比配置為最優占空比，所述最優占空比為極值最小的占空比，所述極值是實際光飛行距離對應的最大系統誤差與實際光飛行距離對應的最小系統誤差之差。所述占空比的范圍是1～99％。所述脈沖光束的占空比和所述上升/下降沿時間被配置成滿足關系式：

其中，t_rise/fall表示上升/下降沿時間，DR表示占空比，T表示所述脈沖光束的調制周期，B表示一個數值代號。

在本發明的另一種實施例中，每個所述像素包括四個抽頭，所述抽頭用于在單個幀周期內的不同時間段分別采集由所述目標物體反射的脈沖光束所產生的電信號。四個所述抽頭采集間隔的時間為T/4，所述抽頭的初始采集時間為T內的任意時間，所述T是所述脈沖光束的調制周期。