[發明專利]一種激光測距方法及激光測距芯片

在審

• 申請號: 202210400118.8
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN114814881A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 唐佳捷;張超
• 申請（專利權）人: 深圳市靈明光子科技有限公司
• 主分類號: G01S17/894
• 分類號: G01S17/894;G01S17/14
• 代理公司: 廣東良馬律師事務所 44395
• 代理人: 鄧天祥

本發明公開了一種激光測距方法及激光測距芯片，方法包括：進行第一次曝光，檢測到目標物體反射回的光子信號，通過TDC轉換，構建第一直方圖，獲得目標物體的初測距離，第一直方圖的每個時間箱寬度是L1；判斷初測距離是否小于預設值；若不小于，則將初測距離作為目標物體的實際距離；若小于，則進行第二次曝光，檢測到目標物體反射回的光子信號，通過TDC轉換，構建第二直方圖，獲得目標物體的細測距離，將細測距離作為目標物體的實際距離，第二直方圖的每個時間箱寬度是L2，L2小于L1。本發明實施例在用于存儲直方圖的存儲模塊資源有限的前提下，可同時兼顧激光探測遠距離和高精度，而且成本較低，測距效果好。

技術領域

本發明涉及激光測距技術領域，尤其涉及一種激光測距方法及激光測距芯片。

背景技術

激光雷達通過測量光束在空間中的飛行時間來計算物體的距離，由于其具有精度高、測量范圍大等優點被廣泛應用于消費電子、自動駕駛、遙感探測、AR/VR等領域。

現有技術中有兩種不同的飛行時間測量方法，分別是直接方法(DirectTOF，dTOF)和間接方法(IndirectTOF，iTOF)。在目前基于dTOF的激光雷達測量系統中，通常包括發射模塊和接收模塊。其中發射模塊可以是EEL，VCSEL，皮秒激光器等；接收模塊通常采用單光子雪崩二極管陣列(SPADARRAY)來接收返回的光信號，并且通過TDC(Time-to-DigitalConverter)將時間信息轉換成量化的多比特數字信號，進而再經過長時間的曝光和TDC觸發累計值來繪制出基于距離的動態直方圖，從而得出目標物體的距離信息。

在基于時間相關單光子累積(Time Correlated Single Photon Counting，TCSPC)的方法中，histogram直方圖的timebin時間箱個數(bin numbers)與timebin寬度(binwidth)決定了TOF系統所能探測的最遠距離和精度。

對于TCSPC方法來講，更小的histogram binwidth(W)意味著更高的距離探測精度，而更大的bin number(N)則意味著更遠的探測距離，但是從硬件的角度，更大的binnumber則意味著需要更多的存儲空間，而芯片上的存儲空間總是寶貴且一定的。因此當binnumber固定的情況下，精度和距離成為了一對矛盾。即當binwidth(W)越小(測距精度越高)時，最遠探測距離d也相應變小；反之若增大binwidth，雖然最遠探測距離相應變大，但是距離探測精度卻變低。

現有技術中為了平衡激光雷達遠距離測距、高精度與存儲資源空間有限的矛盾，通常采用由粗直方圖到細直方圖進行兩次曝光的方法、或者采用分距離histogram或者采用多次rolling方法進行解決。

由粗直方圖到細直方圖進行兩次曝光的方法具體為：將一次完整的fullhistogram分成2次histogram。第一次稱為coarsehistogram，即binwidth較大(例如4ns)。先對coarsehistogram進行分析，找到感興趣的bin再進行更高精度binwidth(例如250ps)的展開，即finehistogram階段。例如4nscoarsebin可以展開成16個(4ns/0.25ns＝16)finebin(binwidth＝250ps)。由于coarse和finehistogram發生在不同的時間階段，因此TOFsensor芯片中的SRAM是可以做到分時復用的。這樣的話，相當于既兼顧了最遠測距距離的要求(由coarsehistogram決定)，有滿足了測距精度的要求(由finehistogram決定)。

但是coarse-finehistogram也有明顯的缺陷：

(1)由于finehistogram得到的只是某一個或幾個coarsebin展開并再次曝光后的統計數據，無法看到整個測距范圍內的全貌(fullhistogram)信息，即數據是有損失的；