[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

本發明涉及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,系統包括數據采集模塊、Zynq開發平臺控制模塊和上位機模塊；數據采集模塊包括用于數據采集的TOF傳感器；Zynq開發平臺控制模塊包括可編程邏輯單元和處理器單元，可編程邏輯單元用于獲取TOF傳感器的數據并將數據傳輸至處理器單元中緩存；處理器單元用于與上位機模塊通訊、對TOF傳感器進行配置和調節曝光時間，通過設置自動曝光算法，令TOF傳感器能夠在動態環境下及時調整自動曝光時間。自動曝光方法包括三個步驟，其步驟更簡單，涉及參數更少，令該方法能夠簡單、快速、穩定且能夠適用于動態環境中對曝光時間的自動調整，令搭載該曝光方法的系統能夠更加穩定運行。

技術領域

本發明涉及飛行時間(TOF)傳感器領域，更具體地，涉及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。

背景技術

飛行時間(Time-of-Flight,TOF)技術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和反射時間差或相位差，進而換算被拍攝對象的距離，以產生深度信息，即物體與攝像頭的距離信息，也就提供詳細的空間位置關系。TOF技術在無人機飛行避障、人機交互和手勢識別、機器定位和智能導航、人體檢測和物體探測、工業自動化以及無人駕駛領域得到廣泛應用。由于所使用的TOF傳感器分辨率越來越高、幀率越來越高，同時處理的TOF傳感器數量越來越多，對多個TOF傳感器數據的采集、傳輸和處理的數據量必將是越來越大，難度也會越來越大，如何高速的采集、傳輸這些TOF傳感器數據成為系統的設計關鍵所在。

公開號為“CN109819174A”，公開日為2019年5月8日的中國專利文件中公開了一種基于TOF成像系統的自動曝光方法及自動曝光時間計算方法和TOF相機，所述自動曝光時間計算方法以被測物體的幅度信息為依據計算一參考曝光時間，所述TOF成像系統獲取所述參考曝光時間后，將所述參考曝光時間與原始曝光時間比對以獲取一自動曝光時間，并且所述TOF成像系統依據所述自動曝光時間曝光。設置所述自動曝光方法的所述TOF成像系統可方便地獲取所述被測物體的清楚的三維圖像。

但在上述的技術方案中，無法在動態范圍內獲得合適的曝光時間，因為在不同的環境中，其自動曝光時間的計算不能保證此時沒有曝光不足或者過度，曝光時間通過自動增益值結合參考曝光時間來直接按比例放大縮小是不行的，這不是一個簡單的比例問題，在拍攝環境中有不同反射率、不同距離的物體時都會對曝光時間造成影響，而這影響作為其中的一個因數，并非是按照比例放大或縮小能夠進行推斷的，因此該方法不適合動態拍攝的環境。

發明內容

本發明為克服上述現有技術中不能用于動態拍攝環境的問題，提供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，在動態拍攝環境中，TOF成像系統的能夠簡單、快速和穩定地對曝光時間的調節。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：一種可自動調節曝光時間的TOF成像系統，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，其通過FIFO跨時鐘域數據采集和VDMA高速數據傳輸實現；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。

在上述的技術方案中，TOF傳感器采集到的圖像信息傳入Zynq開發平臺控制模塊中，Zynq開發平臺控制模塊既具有FPGA可編程的靈活性，同時也包含了ARM，具有更多資源更多接口的優勢，使得TOF成像系統具有高性能和高擴展性。Zynq開發平臺控制模塊將TOF傳感器采集的數據進行緩存，同時將數據發送至上位機中顯示，處理器單元中設置有自動曝光算法，能夠將計算得到的曝光時間配置給TOF傳感器，令TOF傳感器能夠在動態環境下及時調整自動曝光時間。