[發明專利]一種平衡資源與定位精度的測距方法

在審

• 申請號: 202010954832.2
• 申請日: 2020-09-11
• 公開（公告）號: CN112099033A
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 深圳市力合微電子股份有限公司
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

本發明公開了一種平衡資源與定位精度的測距方法，用于d?ToF測距系統中，該系統包括控制器，該測距方法包括：S1、基于系統的測距范圍與精度要求，并結合系統的TDC的輸出字長及系統需滿足的內存要求，控制器確定構建粗、細層直方圖的可用時間窗個數及各層時間窗寬度，初始化粗層直方圖配置參數；S2、基于控制器確定的可用時間窗個數和各層時間窗寬度，以及初始化的粗層直方圖配置參數，構建光子統計的粗層直方圖；S3、基于構建的粗層直方圖，進行粗峰查找；S4、基于粗峰查找結果確定細層直方圖的有效時間窗；S5、控制器根據有效時間窗構建細層直方圖并進行細峰搜索，輸出最終的峰值索引，得到距離信息。

技術領域

本發明屬于激光技術領域，具體涉及一種平衡資源與定位精度的測距方法。

背景技術

目前市場上較為成熟的光學技術解決方案包括雙目立體視覺法(StereoVision)、結構光法(Structured Light)和飛行時間法(Time of Flight，ToF)。其中，飛行時間法(Time-of-Flight，ToF)經過技術的不斷完善，具備了成本適中、設備體積小、功耗低、響應速度快、工作距離遠等綜合優勢，在多種技術解決方案中脫穎而出，獲得主流智能終端廠商的追捧。ToF是一種利用光飛行時間的技術，ToF系統主要包括發射端和接收端，其傳感器給出光源驅動芯片調制信號，調制信號控制激光器發出高頻調制的近紅外光，遇到物體漫反射后，接收端通過發射光與接收光的相位差或時間差來計算深度信息。

ToF技術可分為直接飛行時間法(direct-ToF，d-ToF)和間接飛行時間法(indirect-ToF，i-ToF)兩種。其中，d-ToF發送的是離散的激光脈沖，可達到超低的占空比，相比i-ToF更省電、成像速度更快，但是技術壁壘較高、對硬件的要求較高。由于d-ToF相比i-ToF在信息快速獲取、抗干擾、成像清晰度等方面具有優勢，伴隨算法技術、硬件設備的不斷成熟與完善，d-ToF有望成為深感影像技術的主流解決方案。

d-ToF技術直接測量光脈沖的發射和接收的時間差，采用SPAD(單光子雪崩二極管)來實現高靈敏度的光探測，并且采用時間相關單光子技術方法(Time-CorrelatedSingle-Photon Counting,TCSPC)來實現皮秒級的時間精度。光脈沖的第一個被SPAD捕獲的光子即可觸發SPAD，產生電流脈沖信號。系統的時間數字轉換器(Time-to-DigitalConverter,TDC)可以轉換這個電流脈沖相對于發射時間的延時。因此，d-ToF重復很多次(比如數千次)發射和探測相同的脈沖信號即可獲得每次探測的電流脈沖延時的統計分布。這個統計直方圖即恢復了發射脈沖能量隨著時間的變化，進而得到了脈沖來回的飛行時間，最后根據飛行時間計算物體距離信息。

然而，如果由于環境因素等產生突發噪聲，而突發噪聲觸發SPAD，引發光子計數，則可能導致原本呈泊松分布的光子計數直方圖中，某段時間內有均勻突起的光子計數(噪底)，造成該段時間內由噪聲引起的光子計數總值偏高，但無明顯尖峰，而真實的粗主峰不被搜索得到。為了抵抗這種突發噪聲造成主峰錯位，可以進一步增加次峰的搜索，但又由于粗峰是分段構造，真實峰值可能處于主峰或次峰邊界。對此，可以對每一個TDC輸出分配內存進行其出現次數的光子計數統計來找到峰值位置，固然內存非常大，當TDC輸出字長很大時，這是不太實際的。一方面希望保證系統定位的準確度，一方面希望控制內存等資源不至于過大，降低系統整體功耗，并能提高定位幀率，需設計具有一定抵抗噪聲干擾能力，且在測距精度與資源占用兩方面有一個良好平衡的算法。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種平衡資源與定位精度的d-ToF測距優化算法，為了抵抗突發噪聲，并基于系統內存滿足一定要求的前提下，構造粗—細直方圖獲得最終峰值位置，實現定位精度與資源的平衡。

為達上述目的，本發明實施例提供以下技術方案：

一種平衡資源與定位精度的測距方法，用于d-ToF測距系統中，該系統包括控制器，該測距方法包括如下步驟：