TOF距离传感器、传感阵列及基于TOF距离传感器的测距方法技术

本发明专利技术提供了一种TOF距离距离传感器及基于距离传感器的测距方法，该传感器包括：电子装置，用于产生调制信号以及i个解调信号组和1个复位信号；辐射源，用于发射辐射；接收装置，用于接收由对象反射的辐射；判定修正装置，用于使所接收的辐射与解调信号中的相应一个相关，形成多个相关值；获取多个相关值中最大的相关值所对应的解调信号的上升沿与调制信号的发射起点之间的时间，将该时间作为解调信号发射起点的时延，并减小解调信号当前的脉宽；循环装置，用于循环通过判定修正装置对解调信号的发射起点进行时延，直至解调信号的当前脉宽为设定阈值时为止；相关装置，获取最终用于计算的多个相关值；计算装置，计算距对象的距离。

【技术实现步骤摘要】
TOF距离传感器、传感阵列及基于TOF距离传感器的测距方法
本专利技术属于激光雷达
，具体涉及一种TOF距离传感器、传感阵列及基于TOF距离传感器的测距方法。
技术介绍
随着激光技术、嵌入式技术和集成光学的发展，激光测距正朝着数字化、自动化、低成本、小型化的方向发展。激光测距雷达具有精度高，系统体积小，测量迅速的优点，有着广泛的应用前景。传统激光雷达探测器大多采用单点或多线扫描测量方式，其需要配置机械扫描装置，扫描速度缓慢，图像空间分辨率低。在进行距离测量时一般采用TOF(time-of-flight)技术，这种技术能够应用在汽车、人工智能、游戏、机器视觉等行业领域，采用激光发射器发射主动光源投射到待测物体表面，利用光学反射在接收器端接收回波信号，通过测算光的折返飞行时间，确定物体距离。TOF测距方式中的像元在工作时不仅接收来自反射激光的光强信号，同时，环境光也作为输入光信号的直流噪声分量在像元内完成光电转换和电荷存储。因此，在实际应用中，采用CMOS工艺制程的TOF传感器，为了规避像元光敏区在可见光波段的高量子效率，通常将激光波长设定在大气光谱能量较弱的近红外波段(850nm～1100nm)，加上远距离测距、低功率激光测距、焦平面成像测距等使用限制，又进一步削弱了进入单个像元内部的激光回波能量。虽然增大感光面和积分时间都会改善激光回波的量子收集效率，但大尺寸光敏区的寄生效应影响带宽，而长积分周期引入的无法从存储读出节点分离直流背景光信号，都会严重影响TOF的测距精度与测量范围，很难在“高精度测距测不远”与“长距离测距误差大”间平衡，同时无调制与解调机制的TOF测距方式，造成了激光测距设备间的相互干扰。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种TOF距离传感器、传感阵列及基于TOF距离传感器的测距方法，通过缩短解调信号的积分时间，探测相同的信号，减少噪声积分和背景光直流积分，提高信噪比与探测距离。本专利技术提供了一种TOF距离传感器，包括电子装置，该电子装置用于产生调制信号以及i个解调信号组和1个复位信号，每个解调信号组包括N个解调信号，所述复位信号与解调信号互补，解调信号相对于彼此相移并且具有与调制信号共同的发射起点，并且解调信号具有相同脉宽；调制信号包括i个状态，i为大于等于2的整数。该传感器进一步包括辐射源，其用于发射辐射，该辐射通过调制信号来调制。该传感器进一步包括接收装置，其与辐射源具有预设的空间关系，用于接收由对象反射的辐射。该传感器进一步包括判定修正装置，用于使所接受的辐射与所有解调信号中的相应一个相关，以便形成多个相应的相关值；获取多个相关值中最大的相关值所对应的解调信号的上升沿与调制信号的发射起点之间的时间，将该时间作为解调信号发射起点的时延，并减小所述解调信号的当前脉宽。该传感器进一步包括循环装置，其用于循环通过判定修正装置对解调信号的发射起点进行时延，直至所述解调信号的当前脉宽为设定阈值时为止，该阈值大于等于小于1。该传感器进一步包括相关装置，用于获取当解调信号的当前脉宽为设定阈值时，接收的辐射分别与所有解调信号相关后形成的多个相关值；计算装置，通过所述多个相关值计算距所述对象的距离。其优点在于，逐次缩短解调信号的脉宽，使其在探测的接收信号并没有减少的同时，减少噪声积分和背景光积分，提升整个测距装置的信噪比。特别地，对象可以是人或可移动或固定的物体。每个解调信号组内的N个解调信号的脉宽总和必须与接收辐射的脉宽T1相等，所以每个解调信号的脉宽阈值T2的范围应该为辐射源优选是半导体辐射源，可以是LED(发光二极管)或LD(激光二极管)。所发射的辐射可以是可见或不可见的光，例如IR(红外线)、VIS(可见光)或UV辐射(紫外线)。特别地，所发射的辐射可以基本上是单色的，即采用小于10％的半最大值全宽度，更特别的是小于5％的半最大值全宽度，更特别的是小于2％的半最大值全宽度，更特别的是小于1％的半最大值全宽度，更特别的是小于0.1％的半最大值全宽度。调制信号、解调信号的波形为线性和/或非线性组合的一定波形。特别地，调制信号、解调信号的波形可以为三角形形状，可以为具有大部分垂直侧面的锯齿形状，可以为梯形形状或矩形形状。特别地，调制信号的波形可与解调信号的波形不同。特别地，调制信号可以是正弦信号。特别地，解调信号可以具有周期性在阈值上方和下方交替的波形。当调制信号、解调信号的波形为非矩形分布时，可以在计算中采用小误差或计算装置通过校正函数或校正表来补充。特别地，复位信号与解调信号互补，例如对于矩形信号来说，当解调信号取值均为0时，复位信号取值为1；解调信号至少有一个取值为1时，复位信号取值为0。预定的空间关系指在接收时光源和接收传感器以确定的空间关系进行设置，可以共同设置在一个载体上，也可分别固定在不同的载体上且保持确定的空间关系。相关通常为在一个周期或若干周期中两个信号的卷积。相关值最大所对应的解调信号是接收辐射强度的时间分布值最大的相应的解调信号。本专利技术中的上升沿是指信号从低电平变为高电平的时刻，即上升沿指的是一个时刻，由于在初始状态时，解调信号与调制信号有相同的发射时刻，故该相关值最大所对应的解调信号的上升沿距离调制信号的发射时刻会有一个Δt存在，该Δt就是解调信号均需要相移的时延。脉宽是指信号脉冲的宽度，若信号为方波信号时，则脉宽为方波信号在取值为1时的时间宽度，若信号为正弦信号时，则脉宽为正弦信号幅值大于0时的时间宽度，若信号为三角波信号时，与正弦信号同理。本专利技术中解调信号、发射的辐射、调制信号均具有不同的脉宽，其中发射的辐射和调制信号的脉宽是恒定不变的，而解调信号的脉宽每进行一次Δt的时延就需要减小一次，一直到预先设定的脉宽阈值为止。相移指信号相对于彼此具有时间偏移分布。距离的计算可以是与距离等同的变量的计算，例如发射辐射相对于接收辐射之间的相移或在发射和接收的辐射之间的时间偏移的计算。用于表示函数单元的术语“装置”不一定指空间单元，而是更特别地指函数关系。调制信号为伪随机码序列，包括i个状态，i为大于等于2的整数。其中，伪随机码序列是结构可以预先确定，可重复产生和复制，具有某种随机序列随机特性的序列码。其优点在于，伪随机码序列为随机信号，故可以避免干扰。伪随机序列是具有类似于随机序列基本特性的确定序列。广泛应用于二进制序列：有0和1两种元素。其中，包括m序列，Gold序列，GMW序列，Bent序列等。常用的伪随机码为m序列码和Gold码。在所有的伪随机序列中，m序列是最重要、最基本的一种伪随机序列，它容易产生、规律性强、有很好的自相关性和较好的互相关特性。m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称，它是由多级移位寄存器或其他延迟单元通过线性反馈产生的最长码序列，若级数为n，产生的最大长度的码序列为2n-1。Gold码序列是一种基于m序列的码序列，具有较优良的自相关和互相关特性，产生的序列数多。Gold码的自相关性不如m序列，互相关性比m序列要好，但还没有达到最佳。n级移位寄存器可以产生2n+1个Gold序列。还可以为多元伪随机序列，如：p元m序列(p是素数)，p元Gold序列，p元GMW序列，广义Bent序列等等。具体地，解调信号组的数量为i个，且每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于TOF距离传感器的测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，从光源中发射辐射，所述辐射通过调制信号调制，所述调制信号包括i个状态，i为大于等于2的整数；步骤2，接收所发射的辐射，所述发射的辐射经过对象反射后通过接收传感器进行接收，所述光源和接收传感器之间具有预设的空间关系；步骤3，形成i个解调信号组和1个复位信号，每个解调信号组分别由调制信号的一个状态进行对应调制，每个解调信号组包括N个解调信号，所述复位信号与解调信号互补，解调信号之间具有固定的相位差，解调信号具有与调制信号共同的发射起点；步骤4，设解调信号的脉宽为当前脉宽，使接收的辐射分别与所有解调信号进行相关以形成多个相关值；获取多个相关值中最大的相关值所对应的解调信号的上升沿与调制信号的发射起点之间的时间，将该时间作为解调信号发射起点的时延，并减小所述解调信号的当前脉宽；步骤5，将减小后的解调信号的脉宽作为当前脉宽，重复步骤4，直至所述解调信号的当前脉宽为设定阈值时为止，所述阈值大于等于

【技术特征摘要】
1.一种基于TOF距离传感器的测距方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，从光源中发射辐射，所述辐射通过调制信号调制，所述调制信号包括i个状态，i为大于等于2的整数；步骤2，接收所发射的辐射，所述发射的辐射经过对象反射后通过接收传感器进行接收，所述光源和接收传感器之间具有预设的空间关系；步骤3，形成i个解调信号组和1个复位信号，每个解调信号组分别由调制信号的一个状态进行对应调制，每个解调信号组包括N个解调信号，所述复位信号与解调信号互补，解调信号之间具有固定的相位差，解调信号具有与调制信号共同的发射起点；步骤4，设解调信号的脉宽为当前脉宽，使接收的辐射分别与所有解调信号进行相关以形成多个相关值；获取多个相关值中最大的相关值所对应的解调信号的上升沿与调制信号的发射起点之间的时间，将该时间作为解调信号发射起点的时延，并减小所述解调信号的当前脉宽；步骤5，将减小后的解调信号的脉宽作为当前脉宽，重复步骤4，直至所述解调信号的当前脉宽为设定阈值时为止，所述阈值大于等于小于1；步骤6，当解调信号的当前脉宽为设定阈值时，获取接收的辐射分别与所有解调信号相关后形成的多个相关值；步骤7，通过步骤6获取的所述多个相关值计算距所述对象的距离。2.根据权利要求1所述的测距方法，其特征在于，所述调制信号为伪随机码序列。3.根据权利要求1或2所述的测距方法，其特征在于，所述解调信号具有相同脉宽。4.根据权利要求1或2所述的测距方法，其特征在于，每个解调信号组中的解调信号之间的相位关系为解调信号的当前脉宽。5.根据权利要求1或2所述的测距方法，其特征在于，步骤4中将该时间作为解调信号发射起点的时延，并将所述解调信号的脉宽减小为当前脉宽的6.根据权利要求1或2所述的测距方法，其特征在于，步骤5中具体为直至所述解调信号的当前脉宽为发射辐射脉宽的时为止。7.根据权利要求1或2所述的测距方法，其特征在于，所述解调信号组的数量为2个，接收的辐射分别与所有解调信号相关后形成4个相关值。8.根据权利要求7所述的测距方法，其特征在于，通过4个相关值计算距所述对象的距离包括：相应的2个相关值相减得到2个差相关值；所述2个差相关值通过线性相关性计算距所述对象的距离。9.根据权利要求8所述的测距方法，其特征在于，根据所述2个差相关值的大小关系，采用4个不同线性相关性中的一个进行计算。10.一种TOF距离传感器，用于测量距对象的距离，该传感器包括：电子装置，用于产生调制信号以及i个解调信号组和1个复位信号，每个解调信号组包括N个解调信号，所述复位信号与解调信号互补，解调信号相对于彼此相移并且具有与调制信号共同的发射起点，并且解调信号具有相同脉宽；所述调制信号包括i个状...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷述宇，
申请(专利权)人：宁波飞芯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33