[发明专利]直方图可调的飞行时间距离测量系统及测量方法

说明书

本发明公开了一种直方图可调的飞行时间距离测量系统，包括：发射器，经配置以发射脉冲光束；采集器，经配置以采集被物体反射回的脉冲光束中的光子并形成光子信号；处理电路，与发射器以及采集器连接，包括TDC电路以及直方图电路，其中所述TDC电路用于接收和计算光子信号的时间间隔，并将所述时间间隔转化成时间码；所述直方图电路基于所述时间码在内部相应的时间单元上进行计数，经过多次测量后将所有时间单元内的光子计数进行统计以绘制直方图。所述时间单元的地址可以动态调整以使得直方图的时间分辨率和/或时间区间宽度进行动态调整。通过对飞行时间距离测量系统中的直方图进行动态的粗‑细调整来实现大范围、高精度的飞行时间测量。

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种直方图可调的飞行时间距离测量系统及测量方法。

背景技术

飞行时间(Time of flight,TOF)法通过测量光束在空间中的飞行时间来计算物体的距离，由于其具有精度高、测量范围大等优点被广泛应用于消费电子、无人架驶、AR/VR等领域。

基于飞行时间原理的距离测量系统比如飞行时间深度相机、激光雷达等系统往往包含一个光源发射端以及接收端，光源向目标空间发射光束以提供照明，接收端接收由目标反射回的光束，系统再通过计算光束由发射到反射接收所需要的时间来计算物体的距离。

目前基于飞行时间法的激光雷达主要有机械式与非机械式两种，机械式通过旋转基座来实现360度大视场的距离测量，优点是测量范围大，但存在功耗高、分辨率及帧率低等问题。非机械式中面阵激光雷达在一定程度上可以解决机械式激光雷达的问题，其通过一次向空间上发射一定视场的面光束，并通过面阵接收器进行接收，因此其分辨率及帧率均得到了提升，另外由于无需旋转部件，更易于安装。尽管如此，面阵激光雷达仍面临一些挑战。

面阵激光雷达的分辨率越高，有效信息也越全面，另外动态测量对帧率及测量精度也有较高的要求。然而，分辨率、帧率以及精度的提升往往需要依托于接收端的电路规模、调制解调方式的改善，但增加电路规模会增加功耗、信噪比以及成本；另外也会增加片上存储量，给量产带来了严重的挑战；当前的调制解调方式也难以实现高精度、低功耗等要求。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种直方图可调的飞行时间距离测量系统及测量方法，以解决前述背景技术中所述问题中的至少一种。

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种直方图可调的飞行时间距离测量系统，包括：

发射器，经配置以发射脉冲光束；

采集器，经配置以采集被物体反射回的所述脉冲光束中的光子并形成光子信号；

处理电路，与所述发射器以及所述采集器连接，包括TDC电路以及直方图电路，其中所述TDC电路用于接收和计算所述光子信号的时间间隔，并将所述时间间隔转化成时间码；所述直方图电路基于所述时间码在内部相应的存储单元上进行计数，经过多次测量后将所有存储单元内的光子计数进行统计以绘制直方图；其中，所述存储单元的地址被设置为可动态调整，以使得所述直方图的时间分辨率和/或时间区间宽度进行动态调整。

在一些实施例中，系统还包括：确定所述直方图中的脉冲波形对应的时间；根据所述脉冲波形对应的时间确定所述脉冲光束的飞行时间。

在一些实施例中，所述采集器包括单光子雪崩光电二极管(SPAD)。