[發明專利]一種可自動調節曝光時間的TOF成像系統及其自動曝光方法

在審

• 申請號: 202110395704.3
• 申請日: 2021-04-13
• 公開（公告）號: CN113194226A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 劉立林;賀文
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04N5/225
• 分類號: H04N5/225;H04N5/235;H04N5/355
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 黃志鋮

1.一種可自動調節曝光時間的TOF成像系統，其特征在于，包括數據采集模塊、與所述數據采集模塊連接的Zynq開發平臺控制模塊和與所述Zynq開發平臺控制模塊通訊連接的上位機模塊；所述數據采集模塊包括用于數據采集的TOF傳感器；所述Zynq開發平臺控制模塊包括可編程邏輯單元和處理器單元，所述可編程邏輯單元用于獲取所述TOF傳感器的數據并將數據傳輸至處理器單元中緩存；所述處理器單元用于與所述上位機模塊通訊、對TOF傳感器進行配置和調節曝光時間。

2.根據權利要求1所述的一種可自動調節曝光時間的TOF成像系統，其特征在于，所述處理器單元設置有用于與所述上位機模塊通信的千兆網口；所述處理器單元設置有用于TOF傳感器進行配置的寄存器配置單元。

3.根據權利要求2所述的一種可自動調節曝光時間的TOF成像系統，其特征在于，所述數據采集模塊還包括電源管理電路、TOF傳感器外圍電路、TOF相機鏡頭、LED驅動電路和晶振時鐘電路。

4.根據權利要求2所述的一種可自動調節曝光時間的TOF成像系統，其特征在于，所述上位機模塊包括數據處理單元和顯示單元；所述數據處理單元用于對接受到的數據進行解析和濾波處理；顯示單元用于將處理完成的數據進行實時的圖片顯示。

5.根據權利要求1-4任一所述的一種可自動調節曝光時間的TOF成像系統，其特征在于，所述TOF傳感器為OPT8320圖像傳感器。

6.一種TOF成像系統的自動曝光方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：設置初始參數值：根據實際應用場景設置對應的一個范圍閾值，設置一個閾值D_T和步長μ，設置初始曝光時間t₀；計算第一幀平均幅值A_0av與最優幅值A_op之間的偏差D₀，D₀＝A_0av-A_op；如果D₀的絕對值小于閾值D_T，第一幀曝光時間是曝光時間，此時t₀為曝光時間，如果D₀的絕對值大于D_T，則進行下一步驟；

步驟二：計算范圍閾值內當前幀的平均幅值A_nav與最優幅值A_op之間的偏差D_n，D_n＝A_nav-A_op；若D_n絕對值小于D_T，D_n對應的當前幀的曝光時間t_n即為曝光時間；若D_n的絕對值大于D_T，則進行下一步驟；

步驟三：利用步驟二中的偏差D_n，結合t_n+1＝t_n-μD_n迭代公式，來調節下一幀的曝光時間t_n+1，并把下一幀的曝光時間t_n+1當作當前幀曝光時間t_n，執行步驟二。

7.根據權利要求6所述的一種TOF成像系統的自動曝光方法，其特征在于，在步驟二和步驟三中，若應用場景發生變化，則對應范圍閾值的幅值發生變化，以變化前的曝光時間作為初始曝光時間，重新執行步驟一。

8.根據權利要求6所述的一種TOF成像系統的自動曝光方法，其特征在于，范圍閾值是指設置數據采集模塊與物體的距離范圍。

9.根據權利要求8所述的一種TOF成像系統的自動曝光方法，其特征在于，近距離為0-2米。

10.根據權利要求6所述的一種TOF成像系統的自動曝光方法，其特征在于，所述最優幅值Aop通過在設定好的標準環境下進行測試獲得。