[发明专利]一种深度测量系统及方法

说明书

本发明提供一种深度测量系统及方法，系统包括：发射模组，包括光源，用于向目标物体发射功率‑时间波形被调制的脉冲光束；采集模组，包括由至少一个像素组成的图像传感器，用于采集由所述目标物体反射的脉冲光束并生成灰度图像；控制与处理电路，用于提供所述光源发射所述脉冲光束所需的调制信号并控制脉冲光束的占空比和上升/下降沿时间，同时控制所述采集模组接收所述脉冲光束，基于所述灰度图像计算出所述脉冲光束的飞行时间和/或所述目标物体的距离；所述脉冲光束的占空比和所述上升/下降沿时间相互匹配用于降低系统误差。通过设置相互匹配的脉冲光束的占空比和上升/下降沿时间，降低系统误差，提高测量精度。

技术领域

本发明涉及深度测量技术领域，尤其涉及一种深度测量系统及方法。

背景技术

ToF的全称是Time-of-Flight，即飞行时间，ToF测距技术是一种通过测量光脉冲在发射/接收装置和目标物体间的往返飞行时间来实现精确测距的技术。在ToF技术中直接对光飞行时间进行测量的技术被称为d-ToF(direct-ToF)；对发射光信号进行周期性调制，通过对反射光信号相对于发射光信号的相位延迟进行测量，再由相位延迟对飞行时间进行计算的测量技术被成为iToF(Indirect-ToF)技术。按照调制解调类型方式的不同可以分为连续波(Continuous Wave，CW)调制解调方法和脉冲调制(Pulse Modulated，PM)调制解调方法。

连续波调制通常将发射光波率谱调制为强度变化的方波，解调端检测经目标物体反射后的波形相位变化，这种测量方法首先将光飞行距离信息与光强变化的相位信息进行绑定，再将相位信息转换为光电探测器可检测的光强信息，间接实现了光飞行时间的测量。

光源向目标物体发射功率随时间变化的正弦波，ToF图像传感器采集目标物体返回来的信号以计算光飞行距离。然而，这对光源以及驱动电路的要求十分苛刻，因此在实际中是以方波代替正弦波进行发射光功率的调制，这必然会由于光源发射光功率谱波形不理想而引起系统误差(wiggling)。

发明内容

本发明为了解决现有的问题，提供一种深度测量系统及方法。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：

一种深度测量系统，包括：发射模组，包括光源，用于向目标物体发射功率-时间波形被调制的脉冲光束；采集模组，包括由至少一个像素组成的图像传感器，用于采集由所述目标物体反射的脉冲光束并生成灰度图像；控制与处理电路，用于提供所述光源发射所述脉冲光束所需的调制信号并控制脉冲光束的占空比和上升/下降沿时间，同时控制所述采集模组接收所述脉冲光束，基于所述灰度图像计算出所述脉冲光束的飞行时间和/或所述目标物体的距离；所述脉冲光束的占空比和所述上升/下降沿时间相互匹配用于降低系统误差。

在本发明的一种实施例中，所述相互匹配包括：在所述上升/下降沿时间固定的情况下，所述脉冲光束的占空比配置为最优占空比，所述最优占空比为极值最小的占空比，所述极值是实际光飞行距离对应的最大系统误差与实际光飞行距离对应的最小系统误差之差。所述占空比的范围是1～99％。所述脉冲光束的占空比和所述上升/下降沿时间被配置成满足关系式：

其中，t_rise/fall表示上升/下降沿时间，DR表示占空比，T表示所述脉冲光束的调制周期，B表示一个数值代号。

在本发明的另一种实施例中，每个所述像素包括四个抽头，所述抽头用于在单个帧周期内的不同时间段分别采集由所述目标物体反射的脉冲光束所产生的电信号。四个所述抽头采集间隔的时间为T/4，所述抽头的初始采集时间为T内的任意时间，所述T是所述脉冲光束的调制周期。