基于飞行时间的测距方法及测距系统

摘要

本发明涉及一种基于飞行时间的测距方法及系统，所述方法包括：光发射器发射探测光；打开第一感应区接收被目标物体反射的探测光；分别获取第一感应区中各感应分区的感测信号；根据感测信号得到各感应分区的有效峰信号区间；确定目标物体的飞行时间范围以及第二感应区；光发射器再次发射探测光；打开第二感应区接收被目标物体再次反射的探测光，获取飞行时间范围内的感测信号；根据飞行时间范围内的感测信号得到目标物体的距离。本申请测得的目标物体的距离较为准确，并且精测的功耗较低。

说明书

技术领域

本发明涉及电磁波测距，特别是涉及一种基于飞行时间的测距方法，还涉及一种基于飞行时间的测距系统。

背景技术

飞行时间(Time of Flight,ToF)技术是一种从发射器发射探测光，并使探测光经过目标物体反射回到接收器，从而能够根据探测光在此传播路程中的传播时间来获取物体到传感器的空间距离的3D成像技术。

在基于发射端和接收端分开布置的ToF方案中，发射端和接收端存在视差。因此，发射端发出的激光束在不同距离的反射信号会照射到图像传感器的不同像素上。在ToF方案中，当发射端的激光按照散点分布的时候，有效的激光混杂在大量环境光中。示例性地，可以对接收器像素(每个SPAD)进行选择性打开，再接受触发，否则会得到很低的信噪比，或者探测不到信号，造成距离估计的错误。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够获得目标物体的准确距离的基于飞行时间的测距方法。

一种基于飞行时间的测距方法，包括：光发射器发射探测光；打开感测模块中的第一感应区接收被目标物体反射的探测光；所述第一感应区包括至少一个感应分区，每个所述感应分区包括至少一个感应单元；分别获取所述第一感应区中各感应分区的第一感测信号；所述第一感测信号包含各感应分区感测到的信号强度与时间的对应关系；根据所述第一感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间；基于各个感应分区的所述有效峰信号区间以及感应单元与飞行时间的对应关系，确定目标物体的飞行时间范围以及第二感应区；所述第二感应区为所述第一感应区的一部分；光发射器再次发射探测光；打开感测模块中的第二感应区接收被所述目标物体再次反射的探测光，获取所述飞行时间范围内的第二感测信号；根据所述飞行时间范围内的第二感测信号得到所述目标物体的距离。

在其中一个实施例中，所述第一感应区在第一方向上的尺寸大于或者等于每个感应分区在所述第一方向上的尺寸，所述第一方向垂直于所述感测模块与所述光发射器的连线方向。

所述第一感应区在第二方向上的尺寸大于在所述第一方向上的尺寸；所述第二方向平行于所述感测模块与所述光发射器的连线方向。

在其中一个实施例中，还包括将所述感测模块进行条状分区形成各感应分区。

在其中一个实施例中，所述感测模块包括单光子雪崩二极管阵列，每个单光子雪崩二极管为一感应单元。

在其中一个实施例中，所述根据所述第一感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间的步骤包括：过滤掉信噪比低于预设信噪比阈值的信号尖峰后得到所述有效峰信号区间。

在其中一个实施例中，所述根据所述第一感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间的步骤包括：通过滤波去除干扰光形成的信号尖峰后得到所述有效峰信号区间。

在其中一个实施例中，所述分别获取所述第一感应区中各感应分区的第一感测信号的步骤包括：得到所述各感应分区的第一感测信号对应的第一直方图；所述根据所述飞行时间范围内的第二感测信号得到所述目标物体的距离步骤包括：根据所述飞行时间范围确定第二感测信号的时间窗口，进行直方图统计从而得到第二直方图，并根据所述第二直方图得到所述目标物体的距离。

在其中一个实施例中，所述得到各感应分区的第一感测信号对应的第一直方图的步骤包括：每个感应分区通过连接的一时间数字转换器得到对应的第一直方图。

在其中一个实施例中，所述得到各感应分区的第一感测信号对应的第一直方图的步骤包括：每个感应分区通过将与每个感应单元一一对应连接的时间数字转换器的输出信号加和以构建对应的第一直方图。

在其中一个实施例中，所述第二直方图的时间箱数量大于或等于每个感应分区的第一直方图的时间箱数量。

在其中一个实施例中，每个所述感应分区为一行或一列单光子雪崩二极管，所述根据所述第一感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间的步骤包括：对所述各感应分区的第一感测信号的尖峰进行时间-空间的二维聚类分析。

在其中一个实施例中，若所述根据所述第一感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间的步骤得到的有效峰信号区间对应的散点数量为N个，则所述基于各个感应分区的所述有效峰信号区间以及感应单元与飞行时间的对应关系，确定目标物体的飞行时间范围以及第二感应区的步骤包括：确定出N个飞行时间范围以及第二感应区；N为大于1的整数；所述根据所述飞行时间范围内的第二感测信号得到所述目标物体的距离的步骤包括：得到N个目标物体的距离。

上述基于飞行时间的测距方法，由多个感应分区分别得到感测信号，并根据这些感测信号分别得到对应的感应单元和对应的飞行时间范围，作为粗测的结果；然后再次发射探测光进行精测，精测时只打开所述对应的感应单元并只统计所述飞行时间范围内的感测信号。因此该测距方法测得的目标物体的距离较为准确，并且精测的功耗较低。

还有必要提供一种基于飞行时间的测距系统。

一种基于飞行时间的测距系统，其特征在于，包括：光发射器；感测模块，包括多个感应单元，用于接收被目标物体反射的探测光；控制模块，用于控制所述光发射器发射探测光，并打开感测模块中的第一感应区接收被目标物体反射的探测光，然后分别获取所述第一感应区中各感应分区的第一感测信号，根据所述第一感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间，并基于各个感应分区的所述有效峰信号区间以及感应单元与飞行时间的对应关系，确定目标物体的飞行时间范围以及第二感应区；所述控制模块还用于控制所述光发射器再次发射探测光，并打开感测模块中的第二感应区接收被所述目标物体再次反射的探测光，获取所述飞行时间范围内的第二感测信号，并根据所述第二感测信号得到所述目标物体的距离；其中，所述第一感应区包括至少一个感应分区，每个感应分区包括至少一个感应单元，所述第二感应区为所述第一感应区的一部分，所述第一感测信号包含各感应分区感测到的信号强度与时间的对应关系。

在其中一个实施例中，所述控制模块包括多个时间数字转换模组，每个时间数字转换模组用于对一感应分区输出的电信号进行处理，从而得到与感应分区的数量相等的第一感测信号。

在其中一个实施例中，每个时间数字转换模组包括一时间数字转换器，每个时间数字转换器的输出用于构建对应的感应分区的直方图。

在其中一个实施例中，每个时间数字转换模组包括与对应的感应分区中的感应单元一一对应连接的时间数字转换器，每个数字转换模组的各时间数字转换器输出的信号通过加和构建对应的感应分区的直方图。

在其中一个实施例中，所述感测模块用于接收被多个目标物体反射的探测光，所述控制模块用于得到所述多个目标物体的距离。

在其中一个实施例中，所述感测模块包括单光子雪崩二极管阵列，每个单光子雪崩二极管为一感应单元。

还有必要提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：控制光发射器发射探测光；打开感测模块中的第一感应区接收被目标物体反射的探测光；所述第一感应区包括至少一个感应分区，每个所述感应分区包括至少一个感应单元；分别获取所述第一感应区中各感应分区的第一感测信号；所述第一感测信号包含各感应分区感测到的信号强度与时间的对应关系；根据所述第一感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间；基于各个感应分区的所述有效峰信号区间以及感应单元与飞行时间的对应关系，确定目标物体的飞行时间范围以及第二感应区；所述第二感应区的感应单元数量小于或者等于所述第一感应区的感应单元数量；控制光发射器再次发射探测光；打开感测模块中的第二感应区接收被所述目标物体再次反射的探测光，获取所述飞行时间范围内的第二感测信号；根据所述飞行时间范围内的第二感测信号得到所述目标物体的距离。

在其中一个实施例中，所述第一感应区在第一方向上的尺寸大于或者等于每个感应分区在所述第一方向上的尺寸，所述第一方向垂直于所述感测模块与所述光发射器的连线方向。

在其中一个实施例中，还包括将所述感测模块进行条状分区形成各感应分区。

在其中一个实施例中所述根据所述第一感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间的步骤包括：过滤掉信噪比低于预设信噪比阈值的信号尖峰后得到所述有效峰信号区间。

在其中一个实施例中，所述根据所述第一感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间的步骤包括：通过滤波去除干扰光形成的信号尖峰后得到所述有效峰信号区间。

在其中一个实施例中，所述分别获取所述第一感应区中各感应分区的第一感测信号的步骤包括：得到所述各感应分区的第一感测信号对应的第一直方图；所述根据所述飞行时间范围内的第二感测信号得到所述目标物体的距离步骤包括：根据所述飞行时间范围确定第二感测信号的时间窗口，进行直方图统计从而得到第二直方图，并根据所述第二直方图得到所述目标物体的距离。

在其中一个实施例中，每个所述感应分区为一行或一列单光子雪崩二极管，所述根据所述第一感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间的步骤包括：对所述各感应分区的第一感测信号的尖峰进行时间-空间的二维聚类分析。

在其中一个实施例中，所述打开感测模块中的第一感应区接收被目标物体反射的探测光的步骤包括：接收被多个目标物体反射的探测光；所述打开感测模块中的第二感应区接收被所述目标物体再次反射的探测光的步骤包括：接收被所述多个目标物体再次反射的探测光；所述根据所述飞行时间范围内的第二感测信号得到所述目标物体的距离的步骤包括：得到所述多个目标物体的距离。

还有必要提供一种计算机可读存储介质，其上存储有前述任一实施例所述的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例的方法中的步骤。

还有必要提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有前述任一实施例所述的计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现如前述任一实施例所述的方法中的步骤。

附图说明

为了更好地描述和说明这里公开的那些发明的实施例和/或示例，可以参考一幅或多幅附图。用于描述附图的附加细节或示例不应当被认为是对所公开的发明、目前描述的实施例和/或示例以及目前理解的这些发明的最佳模式中的任何一者的范围的限制。

图1是不同距离的目标物体反射的激光束照射在接收端不同位置的原理图；

图2a是不同距离的目标物体反射的激光束在接收端上的位置示意图，图2b是不同距离的目标物体反射的激光束的时间-行编号曲线；

图3是本申请提供的一种基于飞行时间的测距方法的流程图；

图4是一实施例中散点照射在感测模块上的示意图；

图5是图4所示的8个TDC进行直方图统计后各自得到的直方图；

图6是一实施例中基于飞行时间的测距系统的结构示意图；

图7是一实施例中本申请的计算机程序执行的方法流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

在ToF散点方案中，由于视差的原因，同一个激光束在不同距离的反射信号会照射到图像传感器的不同像素上，参见图1。根据发射端与接收端的基线距离，可以计算出不同距离的目标物体在接收端(传感器)的成像坐标。图2a是不同距离的目标物体反射的激光束在接收端上的位置示意图，图2a中数字1-8表示像素(pixel)——即单光子雪崩二极管——的行编号。由于目标物体的距离与飞行时间成正比，因此可以相应得到时间-行编号曲线，如图2b所示，可以看出当目标物体距离传感器超过一定距离后，散点的坐标几乎就固定了。因此，通过目标物体的距离与传感器成像坐标的关系，我们可以创建时间与传感器成像坐标的对应关系，并在测距时作为预定义的对应关系，从而可以对散点照射到接收端的位置有一定的估计。

基于上述理论，一种示例性方案是利用第一批次激光束照射得到粗糙的深度信息，配合最初标定的散点位置，以及已知的预设的光学模型(描述散点移动和距离的关系)，获得预设的散点照射到的像素位置。然而，这一方法的主要问题有：1.第一步获得粗糙的深度信息对于判断最终的位置的精准度不足；2.温度和震动会造成最初标定的散点位置移动，导致估计的位置也不准确；3.光学结构的组装误差会导致预设的光学模型和真实的光学特性有一定差别，导致位置估计不准确。

另一种示例性的方案是利用SPAD像素的触发数量来判断光点的位置，例如利用触发数量寻址方案来确定一个移动的光斑的位置。该方法的本质是利用第一批激光束照射到像素后统计预设的超像素上收集的触发数量，和之前预设的统计数量对比，如果不足，就调整预设的超像素的位置，从而实现对超像素的位置的调整和变化。该方法的问题是，当有另外一个机器发射的散点照到这个接收端时,会造成多机器干扰问题，而基于触发的寻址办法本身无法解决。第二，当镜头出现眩光现象的时候，眩光会影响根据触发数得到的位置判断精度。第三，在同一个激光束的照射下，多个目标的反射会导致传感器阵列上出现多个光斑，该方案无法区分多目标导致的散点光斑分布。

本申请提供一种基于飞行时间的测距方法，如图3所示，包括以下步骤：

S310，光发射器发射探测光。

光发射器可以采用激光光源，例如脉冲激光器(术语“光”在本申请中用于指代任何种类的光学辐射，包括可见光、红外线和紫外线范围内的辐射等)。光发射器还可以包括光学单元，光学单元包括透镜、振镜、扫描镜、反射镜中的至少一种，光学单元用于减小光束的发散角、调整光束的偏转角等；光学单元还可以包括衍射光学元件(DiffractiveOptical elements,DOE)，用于光束的复制。

S320，打开第一感应区接收被目标物体反射的探测光。

来自包括一个或多个脉冲激光器的激光光源的光束或多个光束被引导到目标物体或视场，在目标物体或视场上形成照明斑点。打开感测模块中的第一感应区，第一感应区接收并检测从目标物体或视场反射的探测光。感测模块包括多个感应单元，第一感应区包括多个感应单元。在本申请的一个实施例中，第一感应区包括感测模块所有的感应单元。

在本申请的一个实施例中，感测模块包括SPAD阵列，每个感应单元为一单光子雪崩二极管。每个SPAD还可包括相关联的偏置和/或控制电路元件，诸如连接至SPAD的淬灭(Quench)电路。SPAD，也称为盖革模式雪崩光电二极管(GAPD)，是能够以非常高的到达时间分辨率捕获单个光子的检测器，其数量级为几十皮秒，可用专用半导体工艺或标准CMOS工艺制造。单个SPAD可以看作为一个1bit的超高速ADC(模数转换器)，连接一个简单的反向器即可直接产生数字信号，如“无信号”时输出“0”，“有信号”时输出“1”。在其他实施例中，感应单元还可以是光电倍增管、电荷耦合器件等将光信号转化为电信号的元器件。

S330，分别获取各感应分区的感测信号。

感测模块的每个感应分区包括至少一个感应单元。可以对感测模块进行条状分区形成各感应分区。参见图4，图4中斜线填充的圆形为散点光斑。在一个实施例中，第一感应区为图4所示的8×6个像素(感应单元)，每个感应分区为一整行像素，即图4中有1-8共8个感应分区，相应获取8个感测信号。在其他实施例中，也可以是一列像素作为一个感应分区。感测信号包含感应分区感测到的信号强度与时间的对应关系。在本申请的一个实施例中，感测信号可以用横坐标为时间(或时间箱time bin)、纵坐标为感测到的信号强度的二维坐标系表示，在信号强度较大处会形成尖峰(peak)。在本申请的一个实施例中，是通过时间数字转换器(Time-to-Digital Converter,TDC)对各感应分区的输出的信号进行处理，得到触发数，然后对每一整行的SPAD经过大量的触发得到的直方图(histogram)进行统计，得到各感应分区的感测信号对应的直方图(每一感应分区得到一直方图)。在本申请的一个实施例中，纵坐标表示接收到的光子数；在本申请的另一个实施例中，纵坐标表示SPAD的触发次数。TDC是实现时间到数字信号转换的器件，是一种可以精确测量开始脉冲信号和停止脉冲信号之间时间间隔的电路结构。参见图4，每个时间数字转换模组用于对一感应分区输出的电信号进行处理，即TDC1至TDC8各对应连接一感应分区，从而得到与感应分区的数量相等的感测信号。在本申请的一个实施例中，每个时间数字转换模组包括一个时间数字转换器，每个感应分区的所有感应单元输出的信号均给到单一的时间数字转换器；在另一个实施例中，每个时间数字转换模组的时间数字转换器的数量与其连接的感应分区的感应单元的数量相等，即时间数字转换器与感应单元一一对应连接，每个时间数字转换模组的时间数字转换器的输出加和之后，并入histogram统计，时间数字转换模组中的各时间数字转换器通过共用直方图单元(histogrammer)这种方式，事实上实现了感应分区的binning。在其他实施例中，感测模块的感应单元也可以是其他的感光元件(例如iToF的CMOS传感器)。当采用散点照明测距的方式时，采用CMOS传感器或其他感光元件也可以得到每个感应分区里的感光元件接收到的信号强度与时间值的对应关系，或者以此推断出来的飞行时间的置信度与时间值的对应关系，最后以此来判断散点的位置。

S340，根据感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间。

可以通过习知的技术手段过滤掉因噪声、干扰等因素形成的尖峰，剩余的尖峰作为有效尖峰，得到有效峰信号区间并进行记录。参见图5，斜线填充的尖峰为有效尖峰，每个尖峰记为(a，b)，其中a为感应分区的编号，b为横坐标(代表尖峰对应的时间)。我们可以通过分析尖峰的信噪比，确认哪些是有效的尖峰。在本申请的一个实施例中，可以设置一定的信噪比阈值，过滤掉信噪比低于该信噪比阈值的尖峰。

我们认为各个感应分区的有效峰信号区间在时间上邻近，并且空间上也临近，图5中有效尖峰所在的时间箱(time bin)都是处在j位置上，并且有效的尖峰的行数都是接近的，也就是意味着空间上的临近。可以基于此进一步过滤掉无效尖峰，例如对尖峰进行时间-空间的二维聚类分析。利用histogram的信息而不是触发数来做散点的定位，对于其他机器发射的散点照射到感测模块上造成多机干扰的问题，由于其他机器的激光重频和本机器不同，在统计直方图中不会体现为一个集中的尖峰，因此通过过滤掉不集中的尖峰，可以在寻址时避免多机干扰造成对散点位置判断的误导。

实际可能存在由于一些误差导致的time bin的偏移(shift)，其他由于环境光和眩光导致的无效尖峰可以由相应的滤波算法去除，所以可以得到一个有效尖峰的列表peak(i，j)，避免寻址时镜头眩光对散点位置判断的误导。

S350，确定目标物体的飞行时间范围以及第二感应区。

根据前述，通过目标物体的距离与传感器成像坐标的关系，我们可以创建飞行时间与感应单元的对应关系，并作为预定义的对应关系。本步骤中基于该对应关系，根据步骤S340中得到的有效峰信号区间对应的时间，可以得到该时间对应的第二感应区。即根据各个感应分区的有效峰信号区间以及感应单元与飞行时间的对应关系，确定目标物体的飞行时间范围以及第二感应区。具体地，对有效尖峰的列表peak(i，j)做滤波和数据处理，可以得到需要的散点对应在芯片上的子分区编号I，即对应的感应单元，并得到每一个直方图中有效尖峰的time bin J。至此，我们认为散点寻址完成，将步骤S310至S350称为粗测过程。将粗测的time bin的数量记为N1。

S360，光发射器再次发射探测光。

如前述，步骤S310至S350为粗测流程，通过粗测可以确定散点大致的位置和时间范围，步骤S360至S380在粗测的基础上再次发射探测光进一步进行精测。步骤S360的具体做法可以参照步骤S310，此处不再赘述。

S370，打开第二感应区接收被目标物体再次反射的探测光，获取飞行时间范围内的感测信号。

打开感测模块中的第二感应区，接收被目标物体再次反射的探测光，获取飞行时间范围内的感测信号。第二感应区包括步骤S340得到的所有感应单元，且第二感应区为第一感应区的一部分。在本申请的一个实施例中，第二感应区包括步骤S340得到的感应单元所在的感应分区的全部感应单元。具体地，对于步骤S340初步选定的子分区编号I，打开对应的子分区(I,I+1)，即打开第二感应区，此时同步打开第二感应区对应的时间数字转换器，即TDC(I,I+1)，以及打开histogrammer(I,I+1)，围绕步骤S350确定的飞行时间范围time bin J，建立感兴趣的时间窗口T，进行直方图统计，得到飞行时间范围内的感测信号，即得到飞行时间范围内的感测信号对应的直方图。在本申请的一个实施例中，步骤S370得到的time bin的数量可以为N1(即与粗测相同)；在本申请的另一个实施例中，time bin的数量为N2(N2>N1)。采用这种方式，我们能够获得很高的时间精度。

S380，根据飞行时间范围内的感测信号得到目标物体的距离。

根据步骤S370得到的感测信号，可以得到横坐标为时间箱(time bin)、纵坐标为各时间箱对应的光信号强度的直方图。直方图上的尖峰(peak)即为目标物体对应的飞行时间，可以根据该飞行时间计算目标物体的距离，完成测距。即对于飞行时间t，可以通过光速c来获得探测光的飞行距离s＝ct，目标物体的距离为1/2ct。

上述基于飞行时间的测距方法，由多个感应分区分别得到感测信号，并根据这些感测信号分别得到对应的感应单元和对应的飞行时间范围，作为粗测的结果；然后再次发射探测光进行精测，精测时只打开所述对应的感应单元并只统计所述飞行时间范围内的感测信号。因此该测距方法测得的目标物体的距离较为准确，并且精测的功耗较低。粗测-精测与散点定位的过程相结合，通过选择性地打开感应单元(粗测只打开第一感应区，精测只打开第二感应区)，没有浪费激光能量，因此装置的功耗较低。

在本申请的一个实施例中，步骤S330的各感应分区均位于第一感应区中。

在本申请的一个实施例中，第一感应区在第一方向上的尺寸大于每个感应分区在第一方向上的尺寸，第一方向垂直于感测模块与光发射器的连线(即基线)方向。在其他实施例中，第一感应区在第一方向上的尺寸也可以等于每个感应分区在第一方向上的尺寸。

参见图4，在本申请的一个实施例中，第一感应区在第二方向(即图4中纵向)上的尺寸大于在第一方向(即图4中横向)上的尺寸；第二方向平行于感测模块与光发射器的连线方向。由于散点的随机移动大部分都是对称的，只有在视差方向上移动是有方向性的，因此设计视差方向的像素数量大于非视差方向。

在对列表peak(i，j)的分析过程中，如果我们选择多个peak位置，那么可以保证对多个目标反射的激光光点进行追踪，即实现多目标的距离检测。在本申请的一个能够实现多目标的距离检测的实施例中，如果目标物体有N个(N≥2)，则步骤S340得到的有效峰信号区间对应的散点(可以是通过聚类分析获得)数量也为N个。相应地，在步骤S350中确定出N个飞行时间范围和N个第二感应区；步骤S370打开N个第二感应区，并获取N个第二感测信号；步骤S380是得到N个目标物体的距离。

本申请还相应提供一种基于飞行时间的测距系统，如图6所示，所述基于飞行时间的测距系统包括光发射器110，感测模块210及控制模块230，控制模块230与感测模块210电性连接。

控制模块230用于实现前述任一实施例所述的基于飞行时间的测距方法中的步骤。在本申请的一个实施例中，控制模块230用于控制光发射器110发射探测光，并打开感测模块210中的第一感应区接收被目标物体反射的探测光，然后分别获取感测模块210中各感应分区的第一感测信号，根据感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间，并基于各个感应分区的所述有效峰信号区间以及感应单元与飞行时间的对应关系，确定目标物体的飞行时间范围以及第二感应区；在得到所述飞行时间范围和第二感应区后，控制模块230还用于控制光发射器110再次发射探测光，并打开感测模块210中的第二感应区接收被目标物体再次反射的探测光，获取所述飞行时间范围内的第二感测信号，并根据所述第二感测信号得到所述目标物体与光发射器110的间距。

其中，所述第一感应区包括至少一个感应分区，每个感应分区包括至少一个感应单元，所述第二感应区的感应单元数量小于或等于所述第一感应区的感应单元数量，所述第一感测信号包含感应分区感测到的信号强度与时间的对应关系。

在本申请的一个实施例中，感测模块包括SPAD阵列，每个感应单元为一单光子雪崩二极管。每个SPAD还可包括相关联的偏置和/或控制电路元件，诸如连接至SPAD的淬灭(Quench)电路。SPAD，也称为盖革模式雪崩光电二极管(GAPD)，是能够以非常高的到达时间分辨率捕获单个光子的检测器，其数量级为几十皮秒，可用专用半导体工艺或标准CMOS工艺制造。单个SPAD可以看作为一个1bit的超高速ADC(模数转换器)，连接一个简单的反向器即可直接产生数字信号，如“无信号”时输出“0”，“有信号”时输出“1”。在其他实施例中，感应单元还可以是光电倍增管、电荷耦合器件等将光信号转化为电信号的元器件。

在本申请的一个实施例中，控制模块230包括多个时间数字转换模组，每个时间数字转换模组用于对一感应分区输出的电信号进行处理，从而得到与感应分区的数量相等的感测信号。

在本申请的一个实施例中，每个时间数字转换模组包括一时间数字转换器，每个时间数字转换器的输出用于构建对应的感应分区的直方图；在另一个实施例中，每个时间数字转换模组包括与对应的感应分区中的感应单元一一对应连接的时间数字转换器，每个数字转换模组的各时间数字转换器输出的信号通过加和构建对应的感应分区的直方图。在本申请的一个实施例中，感测模块210用于接收被多个目标物体反射的探测光，控制模块230用于得到所述多个目标物体与光发射器110的间距。

本申请相应提供一种计算机程序产品，包括计算机程序。参见图7，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

S710，控制光发射器发射探测光。

光发射器可以采用激光光源，例如脉冲激光器(术语“光”在本申请中用于指代任何种类的光学辐射，包括可见光、红外线和紫外线范围内的辐射等)。光发射器还可以包括光学单元，光学单元包括透镜、振镜、扫描镜、反射镜中的至少一种，光学单元用于减小光束的发散角、调整光束的偏转角等。

S720，打开第一感应区接收被目标物体反射的探测光。

来自包括一个或多个脉冲激光器的激光光源的光束或多个光束被引导到目标物体或视场，在目标物体或视场上形成照明斑点。打开感测模块中的第一感应区，第一感应区接收并检测从目标物体或视场反射的探测光。感测模块包括多个感应单元，第一感应区包括多个感应单元。在本申请的一个实施例中，第一感应区包括感测模块所有的感应单元。

在本申请的一个实施例中，感测模块包括SPAD阵列，每个感应单元为一单光子雪崩二极管。每个SPAD还可包括相关联的偏置和/或控制电路元件，诸如连接至SPAD的淬灭(Quench)电路。SPAD，也称为盖革模式雪崩光电二极管(GAPD)，是能够以非常高的到达时间分辨率捕获单个光子的检测器，其数量级为几十皮秒，可用专用半导体工艺或标准CMOS工艺制造。单个SPAD可以看作为一个1bit的超高速ADC(模数转换器)，连接一个简单的反向器即可直接产生数字信号，如“无信号”时输出“0”，“有信号”时输出“1”。在其他实施例中，感应单元还可以是光电倍增管、电荷耦合器件等将光信号转化为电信号的元器件。

S730，分别获取各感应分区的感测信号。

感测模块的每个感应分区包括至少一个感应单元。可以对感测模块进行条状分区形成各感应分区。参见图4，在一个实施例中，第一感应区为图4所示的8×6个像素(感应单元)，每个感应分区为一整行像素，即图4中有1-8共8个感应分区，相应获取8个感测信号。在其他实施例中，也可以是一列像素作为一个感应分区。感测信号包含感应分区感测到的信号强度与时间的对应关系。在本申请的一个实施例中，感测信号可以用横坐标为时间(或时间箱time bin)、纵坐标为感测到的信号强度的二维坐标系表示，在信号强度较大处会形成尖峰(peak)。在本申请的一个实施例中，是对每一整行的SPAD触发得到的直方图(histogram)进行统计，得到各感应分区的感测信号对应的直方图(每一感应分区得到一直方图)。在本申请的一个实施例中，纵坐标表示接收到的光子数；在本申请的另一个实施例中，纵坐标表示SPAD的触发次数。

在本申请的一个实施例中，通过TDC对各感应分区的输出的信号进行处理。TDC是实现时间到数字信号转换的器件，是一种可以精确测量开始脉冲信号和停止脉冲信号之间时间间隔的电路结构。参见图4，每个时间数字转换模组用于对一感应分区输出的电信号进行处理，即TDC1至TDC8各对应连接一感应分区，从而得到与感应分区的数量相等的感测信号。在本申请的一个实施例中，每个时间数字转换模组包括一个时间数字转换器，每个感应分区的所有感应单元输出的信号均给到单一的时间数字转换器；在另一个实施例中，每个时间数字转换模组的时间数字转换器的数量与其连接的感应分区的感应单元的数量相等，即时间数字转换器与感应单元一一对应连接，每个时间数字转换模组的时间数字转换器的输出加和之后，并入histogram统计，时间数字转换模组中的各时间数字转换器通过共用直方图单元(histogrammer)这种方式，事实上实现了感应分区的binning。

S740，根据感测信号得到各个感应分区的有效峰信号区间。

可以通过习知的技术手段过滤掉因噪声、干扰等因素形成的尖峰，剩余的尖峰作为有效尖峰，得到有效峰信号区间并进行记录。参见图5，斜线填充的尖峰为有效尖峰，每个尖峰记为(a，b)，其中a为感应分区的编号，b为横坐标(代表尖峰对应的时间)。我们可以通过分析尖峰的信噪比，确认哪些是有效的尖峰。在本申请的一个实施例中，可以设置一定的信噪比阈值，过滤掉信噪比低于该信噪比阈值的尖峰。我们认为各个感应分区的有效峰信号区间在时间上邻近，图5中有效尖峰所在的时间箱(time bin)都是处在j位置上，可以基于此过滤掉无效尖峰，例如对尖峰进行时间-空间的二维聚类分析。实际可能存在由于一些误差导致的time bin的偏移(shift)，其他由于环境光和眩光导致的无效尖峰可以由相应的滤波算法去除，所以可以得到一个有效尖峰的列表peak(i，j)。

S750，确定目标物体的飞行时间范围以及第二感应区。

根据前述，通过目标物体的距离与传感器成像坐标的关系，我们可以创建飞行时间与感应单元的对应关系，并作为预定义的对应关系。本步骤中基于该对应关系，根据步骤S740中得到的有效峰信号区间对应的时间，可以得到该时间对应的第二感应区。即根据各个感应分区的有效峰信号区间以及感应单元与飞行时间的对应关系，确定目标物体的飞行时间范围以及第二感应区。具体地，对有效尖峰的列表peak(i，j)做滤波和数据处理，可以得到需要的散点对应在芯片上的子分区编号I，即对应的感应单元，并得到每一个直方图中有效尖峰的time bin J。至此，我们认为散点寻址完成，将步骤S710至S750称为粗测过程。将粗测的time bin的数量记为N1。

S760，控制光发射器再次发射探测光。

如前述，步骤S710至S750为粗测流程，通过粗测可以确定散点大致的位置和时间范围，步骤S760至S780在粗测的基础上再次发射探测光进一步进行精测。步骤S760的具体做法可以参照步骤S710，此处不再赘述。

S770，打开第二感应区接收被目标物体再次反射的探测光，获取飞行时间范围内的感测信号。

打开感测模块中的第二感应区，接收被目标物体再次反射的探测光，获取飞行时间范围内的感测信号。第二感应区包括步骤S740得到的所有感应单元，且第二感应区的感应单元数量小于第一感应区的感应单元数量。在本申请的一个实施例中，第二感应区包括步骤S740得到的感应单元所在的感应分区的全部感应单元。具体地，对于步骤S740初步选定的子分区编号I，打开对应的子分区(I,I+1)，即打开第二感应区，此时同步打开第二感应区对应的时间数字转换器，即TDC(I,I+1)，以及打开histogrammer(I,I+1)，围绕步骤S750确定的飞行时间范围time bin j，建立感兴趣的时间窗口T，进行直方图统计，得到飞行时间范围内的感测信号，即得到飞行时间范围内的感测信号对应的直方图。在本申请的一个实施例中，步骤S770得到的time bin的数量可以为N1；在本申请的另一个实施例中，timebin的数量为N2(N2>N1)。采用这种方式，我们能够获得很高的时间精度。

S780，根据飞行时间范围内的感测信号得到目标物体的距离。

根据步骤S770得到的感测信号，可以得到横坐标为时间箱(time bin)、纵坐标为各时间箱对应的光信号强度的直方图。直方图上的尖峰(peak)即为目标物体对应的飞行时间，可以根据该飞行时间计算目标物体的距离，完成测距。即对于飞行时间t，可以通过光速c来获得探测光的飞行距离s＝ct。

在本申请的一个实施例中，步骤S730的各感应分区均位于第一感应区中。

在本申请的一个实施例中，第一感应区在第一方向上的尺寸大于每个感应分区在第一方向上的尺寸，第一方向垂直于感测模块与光发射器的连线(即基线)方向。在其他实施例中，第一感应区在第一方向上的尺寸也可以等于每个感应分区在第一方向上的尺寸。在对列表peak(i，j)的分析过程中，如果我们选择多个peak位置，那么可以保证对多个目标反射的激光光点进行追踪，即实现多目标的距离检测。据此，在本申请的一个实施例中，步骤S720包括接收被多个目标物体反射的探测光；步骤S770包括接收被所述多个目标物体再次反射的探测光；步骤S780包括得到所述多个目标物体各自与所述光发射器的间距。

应该理解的是，虽然图3和图7的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3和图7中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、磁带、软盘、闪存或光存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)或外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)等。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有前述任一实施例所述的计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例所述的方法中的步骤。

本申请还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有前述任一实施例所述的计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现如前述任一实施例所述的方法中的步骤。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。