[发明专利]一种平衡资源与定位精度的测距方法

说明书

本发明公开了一种平衡资源与定位精度的测距方法，用于d‑ToF测距系统中，该系统包括控制器，该测距方法包括：S1、基于系统的测距范围与精度要求，并结合系统的TDC的输出字长及系统需满足的内存要求，控制器确定构建粗、细层直方图的可用时间窗个数及各层时间窗宽度，初始化粗层直方图配置参数；S2、基于控制器确定的可用时间窗个数和各层时间窗宽度，以及初始化的粗层直方图配置参数，构建光子统计的粗层直方图；S3、基于构建的粗层直方图，进行粗峰查找；S4、基于粗峰查找结果确定细层直方图的有效时间窗；S5、控制器根据有效时间窗构建细层直方图并进行细峰搜索，输出最终的峰值索引，得到距离信息。

技术领域

本发明属于激光技术领域，具体涉及一种平衡资源与定位精度的测距方法。

背景技术

目前市场上较为成熟的光学技术解决方案包括双目立体视觉法(StereoVision)、结构光法(Structured Light)和飞行时间法(Time of Flight，ToF)。其中，飞行时间法(Time-of-Flight，ToF)经过技术的不断完善，具备了成本适中、设备体积小、功耗低、响应速度快、工作距离远等综合优势，在多种技术解决方案中脱颖而出，获得主流智能终端厂商的追捧。ToF是一种利用光飞行时间的技术，ToF系统主要包括发射端和接收端，其传感器给出光源驱动芯片调制信号，调制信号控制激光器发出高频调制的近红外光，遇到物体漫反射后，接收端通过发射光与接收光的相位差或时间差来计算深度信息。

ToF技术可分为直接飞行时间法(direct-ToF，d-ToF)和间接飞行时间法(indirect-ToF，i-ToF)两种。其中，d-ToF发送的是离散的激光脉冲，可达到超低的占空比，相比i-ToF更省电、成像速度更快，但是技术壁垒较高、对硬件的要求较高。由于d-ToF相比i-ToF在信息快速获取、抗干扰、成像清晰度等方面具有优势，伴随算法技术、硬件设备的不断成熟与完善，d-ToF有望成为深感影像技术的主流解决方案。

d-ToF技术直接测量光脉冲的发射和接收的时间差，采用SPAD(单光子雪崩二极管)来实现高灵敏度的光探测，并且采用时间相关单光子技术方法(Time-CorrelatedSingle-Photon Counting,TCSPC)来实现皮秒级的时间精度。光脉冲的第一个被SPAD捕获的光子即可触发SPAD，产生电流脉冲信号。系统的时间数字转换器(Time-to-DigitalConverter,TDC)可以转换这个电流脉冲相对于发射时间的延时。因此，d-ToF重复很多次(比如数千次)发射和探测相同的脉冲信号即可获得每次探测的电流脉冲延时的统计分布。这个统计直方图即恢复了发射脉冲能量随着时间的变化，进而得到了脉冲来回的飞行时间，最后根据飞行时间计算物体距离信息。

然而，如果由于环境因素等产生突发噪声，而突发噪声触发SPAD，引发光子计数，则可能导致原本呈泊松分布的光子计数直方图中，某段时间内有均匀突起的光子计数(噪底)，造成该段时间内由噪声引起的光子计数总值偏高，但无明显尖峰，而真实的粗主峰不被搜索得到。为了抵抗这种突发噪声造成主峰错位，可以进一步增加次峰的搜索，但又由于粗峰是分段构造，真实峰值可能处于主峰或次峰边界。对此，可以对每一个TDC输出分配内存进行其出现次数的光子计数统计来找到峰值位置，固然内存非常大，当TDC输出字长很大时，这是不太实际的。一方面希望保证系统定位的准确度，一方面希望控制内存等资源不至于过大，降低系统整体功耗，并能提高定位帧率，需设计具有一定抵抗噪声干扰能力，且在测距精度与资源占用两方面有一个良好平衡的算法。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种平衡资源与定位精度的d-ToF测距优化算法，为了抵抗突发噪声，并基于系统内存满足一定要求的前提下，构造粗—细直方图获得最终峰值位置，实现定位精度与资源的平衡。

为达上述目的，本发明实施例提供以下技术方案：

一种平衡资源与定位精度的测距方法，用于d-ToF测距系统中，该系统包括控制器，该测距方法包括如下步骤：