一种减少眩光的激光测距方法及激光测距芯片与流程

1.本发明涉及测距技术领域，尤其涉及一种减少眩光的激光测距方法及激光测距芯片。


背景技术：

2.激光雷达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、自动驾驶、遥感探测、 ar/vr等领域。
3.在激光雷达测距方法，通过中通常采用spad(单光子雪崩二极管)来接收返回的光信号，测距时基于tcspc(timecorrelatedsingle photon counting，基于时间相关单光子累积)的方法，是一种dtof(directtof，直接方法)的测距方法。
4.激光雷达在测距过程中，需要形成直方图，然后对直方图进行信号处理，以便得到目标信息.但由于眩光，模组内+盖板反光等干扰，都会导致部分 pixel像素的测距过程中，在直方图中引入多峰。在单峰case处理中，常用的办法是选择信噪比最高的峰作为提取目标距离信息的，但是一旦出现多峰且目标对应的峰的信噪比较弱的情况下，会导致距离感知出错，造成距离测量错误；
5.现有技术中当激光雷达在测距时，接收的光子信号出现多峰的情况下，采用图像滤波的方法来进行，但是滤波效果较差，较容易出现距离计算错误的情况，距离测量误差较大。
6.因此，现有技术还有待于改进和发展。


技术实现要素：

7.鉴于上述现有技术的不足，本发明提供了一种减少眩光的激光测距方法及激光测距芯片，旨在解决现有技术中的当激光雷达在测距时，接收的光子信号出现多峰的情况下，采用图像滤波的方法来进行，但是滤波效果较差，较容易出现距离计算错误的情况，距离测量误差较大问题。
8.本发明的技术方案如下：
9.本发明第一实施例提供了一种减少眩光的激光测距方法，方法包括：
10.获取目标物体反射回的光子信号，基于光子信号构建直方图；
11.获取每一个像素的直方图，根据所述直方图计算每一个像素的反射率，生成第一向量；
12.计算每一个像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，所述第二向量集包括多个子向量；
13.将第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算，获取相似度最小的值对应的第二子向量，将所述第二子向量对应的时间箱记为目标时间；
14.根据目标时间生成物体的目标距离。
15.进一步地，所述获取每一个像素的直方图，根据所述直方图计算每一个像素的反
射率，生成第一向量，包括：
16.获取照射区域内的每一个像素spad对应的直方图，所述直方图为去除噪声后的直方图；
17.将每一个像素的直方图的光子数叠加，得到每一个像素对应的反射率，生成第一向量。
18.进一步地，所述计算每一个像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，所述第二向量集包括多个子向量，包括：
19.对每一个直方图进行解析，获取所有的像素数据，所述所有像素数据包括 m个单峰的像素和n个多峰的像素，每个多峰像素对应了至少2个时间箱的值；
20.计算每一像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，所述第二向量集至少包括2n个子向量集，每个子向量集都包括所有像素峰值对应时间箱的值。
21.进一步地，所述第一向量的内部元素的位置与第二向量集中的每个子向量内部元素的位置一一对应。
22.进一步地，所述计算每一个像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，所述第二向量集包括多个子向量后，还包括：
23.获取预设的分区，根据预设的分区进行曝光，将每个分区内的第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算；
24.获取相似度最小的值对应的第二子向量，将所述第二子向量对应的时间箱记为每个分区的目标时间。
25.进一步地，所述将第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算，包括：
26.基于预设的相似度公式将第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算，所述预设的相似度公式为余弦距离计算公式或是皮尔逊相关系数计算公式。
27.本发明的另一实施例提供了一种减少眩光的激光测距芯片，芯片包括：
28.接收模块，用于获取目标物体反射回的光子信号，
29.存储模块，用于基于光子信号构建直方图；
30.控制器，用于获取每一个像素的直方图，根据所述直方图计算每一个像素的反射率，生成第一向量；计算每一个像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，所述第二向量集包括多个子向量；将第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算，获取相似度最小的值对应的第二子向量，将所述第二子向量对应的时间箱记为目标时间；根据目标时间生成物体的目标距离。
31.进一步地，所述主控制器具体用于：
32.获取照射区域内的每一个像素spad对应的直方图，所述直方图为去除噪声后的直方图；
33.将每一个像素的直方图的光子数叠加，得到每一个像素对应的反射率，生成第一向量。
34.进一步地，所述主控制器还用于：
35.对每一个直方图进行解析，获取所有的像素数据，所述所有像素数据包括 m个单峰的像素和n个多峰的像素，每个多峰像素对应了至少2个时间箱的值；
36.计算每一像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，所述第二向量集至少包括
2n个子向量集，每个子向量集都包括所有像素峰值对应时间箱的值。
37.进一步地，所述第一向量的内部元素的位置与第二向量集中的每个子向量内部元素的位置一一对应。
38.有益效果：本发明实施例通过获取目标物体反射的光子信号，通过计算像素的反射率与像素峰值对应的时间箱的值的相似度，将相似度最小的像素峰值对应的时间箱作为目标时间，计算目标物体的距离，可有效的减少由于眩光引起的多峰现象，提升测距精度。
附图说明
39.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
40.图1为本发明一种激光测距方法的较佳实施例的流程图；
41.图2为本发明一种激光测距芯片的较佳实施例的硬件结构示意图。
具体实施方式
42.为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
43.以下结合附图对本发明实施例进行介绍。
44.针对上述问题，本发明实施例提供了一种减少眩光的激光测距方法，请参阅图1，图1为本发明一种减少眩光的激光测距方法较佳实施例的流程图。如图1所示，其包括：
45.步骤s100、获取目标物体反射回的光子信号，基于光子信号构建直方图；
46.步骤s200、获取每一个像素的直方图，根据直方图计算每一个像素的反射率，生成第一向量；
47.步骤s300、计算每一个像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，第二向量集包括多个子向量；
48.步骤s400、将第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算，获取相似度最小的值对应的第二子向量，将第二子向量对应的时间箱记为目标时间；
49.步骤s500、根据目标时间生成物体的目标距离。
50.具体实施时，本发明实施例的测距方法可用于解决不在同一个射线路径上的多峰现象即在同一个像素上，接收到多个路径的目标反射信号，该目标反射信号可能是由于镜头内多次反射信号造成的。
51.本发明实施例基于直接的飞行时间测量方法进行测距。激光发射模块包括但不限于eel、vcsel、皮秒激光器中的一种。采用spad作为接收模块，其中 eel为边发射激光器，边发射激光器发射的光线沿平行于衬底表面发出，vcsel 为面发射激光器，面发射激光器出光方向垂直至衬底表面。spad array工作在盖革(geiger)模式。spad理论上可实现单光子探测，探测灵敏度最高。
52.发射模块向目标物体发射脉冲激光，通过接收模块获取目标物体反射回光子信号，基于光子信号构建直方图。
53.无论有多少flare眩光干扰，但是干扰后的intensity反射率的值，与干扰前的intensity的值变化不大，所以可用intensity的值作为参照物进行比较，与intensity的值接近的bin就是信号峰，与intensity的值差异大的 bin就是flare引起的，要消除。
54.不同的像素对应不同的直方图，获取每一个像素的直方图，将根据直方图计算每一个像素的反射率，生成第一向量；
55.获取每一个像素峰值对应时间箱的值，将每一个像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，第二向量集里面包含了多个子向量，每个子向量与第一向量的向量维度相同；
56.获取第二向量集中的每一个子向量，将每一个子向量分别与第一向量计算相似度，获取相似度最小的值对应的第二子向量，将第二子向量对应的时间箱记为目标时间，根据目标时间计算物体的目标距离。
57.通过比较两个向量内部元素的分布趋势，例如第一向量是x(i1,...i21) 第二向量是y1(t1,...t21)...y64(t1,...t21)，虽然x是反射率值，y 是bin值，两个值不同，但是通过相似度公式，可以比较x和y内部的分布，分布一致的，xy的相似度值最小，从64个y中选出一个作为目标时间。
58.目标距离记为d,相似度最小的时间箱的值记为t,则d＝ct/2,其中c为光速，一般记为3*108m/s。
59.在一个实施例中，获取每一个像素的直方图，根据直方图计算每一个像素的反射率，生成第一向量，包括：
60.获取照射区域内的每一个像素spad对应的直方图，直方图为去除噪声后的直方图；
61.将每一个像素的直方图的光子数叠加，得到每一个像素对应的反射率，生成第一向量。
62.具体实施时，照射区内部采用intensity的方法来处理多峰问题，具体如下：利用照射区内部的每一个像素的hist分布计算反射率
63.intensity(x,y)＝sum(hist(x,y))-sum(noise(x,y))。
64.从而得到照射区域内每一个像素spad对应的直方图，且该直方图为去除噪声后的直方图。将每一个像素的直方图的光子数叠加，得到每一个像素对应的反射率，生成第一向量。
65.在一个实施例中，计算每一个像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，第二向量集包括多个子向量，包括：
66.对每一个直方图进行解析，获取所有的像素数据，所有像素数据包括m 个单峰的像素和n个多峰的像素，每个多峰像素对应了至少2个时间箱的值；
67.计算每一像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，第二向量集至少包括2n个子向量集，每个子向量集都包括所有像素峰值对应时间箱的值。
68.具体实施时，对每一个直方图进行像素滤波操作后，获取所有的像素数据，所有像素数据包括多峰和单峰数据，例如所有像素数据包括m个单峰的像素和 n个多峰的像素，每个多峰像素对应了至少2个时间箱的值，并记录下单峰的像素的坐标和多峰的像素的坐标。
69.计算每一像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，第二向量集至少包括2n个子向量集，每个子向量集都包括所有像素峰值对应时间箱的值。第二向量中的子向量与第一向量的向量维度相同。
70.在一个实施例中，第一向量的内部元素的位置与第二向量集中的每个子向量内部元素的位置一一对应。
71.具体实施时，为了计算第一向量与第二向量集中的每个子向量的相似度，为防止记错分布有关系，需要保证第一向量的内部元素的位置与第二向量集中的每个子向量内部元素的位置一一对应，从而实现最终准确的查找到相似度最小的时间箱。
72.在一个实施例中，计算每一个像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，第二向量集包括多个子向量后，还包括：
73.获取预设的分区，根据预设的分区进行曝光，将每个分区内的第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算；
74.获取相似度最小的值对应的第二子向量，将第二子向量对应的时间箱记为每个分区的目标时间。
75.具体实施时，采用分区照射结合分区接收，能有效减少镜头外的多径和镜头内的多径问题，因此可以采用预设照射区的方法来解决眩光现象。
76.预设的照射区记为预设的分区，获取预设的分区后，在预设的分区内进行曝光，接收分区内部的每一个像素返回的光子信号生成的直方图。
77.并将每个分区内的第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算，获取相似度最小的值对应的第二子向量，第二子向量对应的时间箱记为每个分区的目标时间。
78.以分区照射为例，计算分区里的所有spad的intensity，比如分区有21 个像素spad；计算21个像素的intensity，即下表1所示：
79.表1
80.i1i2i3i4i5i6i7i8i9i10i11i12i13i14i15i16i17i18i19i20i21
81.由表1可知，intensity计算＝全his图中所有的count数累加，(已减掉噪声)；从每个spad的直方图，获取count数，即使有双峰，也要把双峰的count值全部相加。计算21个像素的bin值，如下表2所示：
82.表 2
83.t1t2(a2，b2)t3t4t5(a5，b5)t6t7t8(a8，b8)t9(a9，b9)t10t11t12t13(a13，b13)t14t15t16t17t18(a18，b18)t19t20t21
84.从表2中找出单峰的像素，如t1、t4、t7。。。等，共15个，获得每个峰的bin值；找出多峰的像素，如t2、t8、t9。。。等，共6个，获得每个峰的bin值；从多峰的像素可以获得每个单峰的bin值，即(a2_bin，w2)、 (b2_bin，w2)，w2指的是spad单元的位置；即多峰像素中有至少2个单峰，但哪一个单峰才是需要的，哪个单峰是flare现象引起的，并不清楚。从每个 pad的直方图，获取每个峰对应的bin值。
85.计算相似度值，计算结果如表3所示，其中计算过程中把表1整体作为一个向量x，记为第一向量；把表2整体作为一个向量y，记为第二向量集；
86.但是双峰中2个峰的选择，会使向量y发生变化，如表2有6个spad是双峰，则21个spad组成的向量可能会产生64个y，即y1...y64；
87.把(x，y1)(x，y2)....(x，y64)都代入公式f，求相似度值，得到64个f，即f1，f2，....f64；f值越小越相似，所以取最小的值，如f5最小，则 f5对应的y5的向量bin，即飞
行时间，用来计算距离。
88.最终留下y5对应的组合bin，如表3所示；
89.表3
90.t1t2(a2)t3t4t5(b5)t6t7t8(a8)t9(a9)t10t11t12t13(b13)t14t15t16t17t18(b18)t19t20t21
91.由表3可知，双峰值已经去除了一个峰，留下的峰值对应的bin就是目标时间。
92.在一个实施例中，将第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算，包括：
93.基于预设的相似度公式将第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算，预设的相似度公式为余弦距离计算公式或是皮尔逊相关系数计算公式。
94.具体实施时，计算第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算时，可采用余弦距离计算公式或是皮尔逊相关系数计算公式。采用余弦距离计算公式时，是采用一个向量空间中两个向量夹角间的余弦值作为衡量两个个体之间差异的大小，余弦值接近1，夹角趋于0，表明两个向量越相似，余弦值接近于0，夹角趋于90度，表明两个向量越不相似。余弦距离计算公式为现有技术，此处不再对公式进行举例说明。
95.皮尔逊相关系数计算公式先计算分子xy变量的协方差，然后计算分母x 和y的标准差，最终得到皮尔逊相关系数。皮尔逊相关系数计算公式为现有技术，此处不再对公式进行举例说明。
96.需要说明的是，上述各步骤之间并不必然存在一定的先后顺序，本领域普通技术人员，根据本发明实施例的描述可以理解，不同实施例中，上述各步骤可以有不同的执行顺序，亦即，可以并行执行，亦可以交换执行等等。
97.本发明另一实施例提供一种减少眩光的激光测距芯片，如图2所示，芯片 1包括：
98.接收模块11，用于获取目标物体反射回的光子信号，
99.存储模块12，用于基于光子信号构建直方图；
100.控制器13，用于获取每一个像素的直方图，根据直方图计算每一个像素的反射率，生成第一向量；计算每一个像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，第二向量集包括多个子向量；将第一向量和第二向量集的每一个子向量做相似度计算，获取相似度最小的值对应的第二子向量，将第二子向量对应的时间箱记为目标时间；根据目标时间生成物体的目标距离。
101.具体实施时，接收模获取目标物体反射回的光子信号，存储模块基于光子信号构建直方图。
102.控制器获取每一个像素的直方图，将根据走方图计算每一个像素的反射率，生成第一向量；
103.获取每一个像素峰值对应时间箱的值，将每一个像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，第二向量集里面包含了多个子向量，每个子向量与第一向量的向量维度相同；
104.获取第二向量集中的每一个子向量，将每一个子向量分别与第一向量计算相似度，获取相似度最小的值对应的第二子向量，将第二子向量对应的时间箱记为目标时间，根据目标时间计算物体的目标距离。
105.通过比较两个向量内部元素的分布趋势，例如第一向量是x(i1,...i21) 第二向
量庥是y1(t1,...t21)...y64(t1,...t21)，虽然x是反射率值，y 是bin值，两个值不同，但是通过相似度公式，可以比较x和y内部的分布，分布一致的，xy的相似度值最小，从64个y中选出一个作为目标时间。
106.目标距离记为d,相似度最小的时间箱的值记为t,则d＝ct/2,其中c为光速，一般记为3*108m/s。
107.在一个实施例中，主控制器具体用于：
108.获取照射区域内的每一个像素spad对应的直方图，直方图为去除噪声后的直方图；
109.将每一个像素的直方图的光子数叠加，得到每一个像素对应的反射率，生成第一向量。
110.具体实施时，照射区内部采用intensity的方法来处理多峰问题，具体如下：利用照射区内部的每一个像素的hist分布计算反射率
111.intensity(x,y)＝sum(hist(x,y))-sum(noise(x,y))。
112.从而得到照射区域内每一个像素spad对应的直方图，且该直方图为去除噪声后的直方图。将每一个像素的直方图的光子数叠加，得到每一个像素对应的反射率，生成第一向量。
113.在一个实施例中，主控制器还用于:
114.对每一个直方图进行解析，获取所有的像素数据，所有像素数据包括m 个单峰的像素和n个多峰的像素，每个多峰像素对应了至少2个时间箱的值；
115.计算每一像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，第二向量集至少包括2n个子向量集，每个子向量集都包括所有像素峰值对应时间箱的值.
116.具体实施时，对每一个直方图进行像素滤波操作后，获取所有的像素数据，所有像素数据包括多峰和单峰数据，例如所有像素数据包括m个单峰的像素和 n个多峰的像素，每个多峰像素对应了至少2个时间箱的值，并记录下单峰的像素的坐标和多峰的像素的坐标。
117.计算每一像素峰值对应时间箱的值，生成第二向量集，第二向量集至少包括2n个子向量集，每个子向量集都包括所有像素峰值对应时间箱的值。第二向量中的子向量与第一向量的向量维度相同。
118.在一个实施例中，第一向量的内部元素的位置与第二向量集中的每个子向量内部元素的位置一一对应。
119.具体实施时，为了计算第一向量与第二向量集中的每个子向量的相似度，为防止记错分布有关系，需要保证第一向量的内部元素的位置与第二向量集中的每个子向量内部元素的位置一一对应，从而实现最终准确的查找到相似度最小的时间箱。
120.具体实施方式见方法实施例，此处不再赘述。
121.本发明另一实施例提供一种电子设备其包括：
122.一个或多个处理器，以及存储器，以一个处理器为例进行介绍，处理器和存储器可以通过总线或者其他方式连接。
123.处理器用于完成电子设备的各种控件逻辑，其可以为通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、单片机、 arm(acorn risc machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件控件或者这些部件的
任何组合。还有，处理器还可以是任何传统处理器、微处理器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，dsp 和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合dsp核、或任何其它这种配置。
124.存储器作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的减少眩光的激光测距方法对应的程序指令。处理器通过运行存储在存储器中的非易失性软件程序、指令以及单元，从而执行设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的减少眩光的激光测距方法。
125.存储器可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作芯片、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据设备使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
126.一个或者多个单元存储在存储器中，当被一个或者多个处理器执行时，执行上述任意方法实施例中的减少眩光的激光测距方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤s100至步骤s600。
127.本发明实施例提供了一种非易失性计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤s100至步骤s600。
128.作为示例，非易失性存储介质能够包括只读存储器(rom)、可编程rom (prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦rom(eeprom)或闪速存储器。易失性存储器能够包括作为外部高速缓存存储器的随机存取存储器(ram)。通过说明并非限制，ram可以以诸如同步ram(sram)、动态ram、(dram)、同步dram (sdram)、双数据速率sdram(ddr sdram)、增强型sdram(esdram)、synchlinkdram(sldram)以及直接rambus(兰巴斯)ram(drram)之类的许多形式得到。本文中所描述的操作环境的所公开的存储器控件或存储器旨在包括这些和/或任何其他适合类型的存储器中的一个或多个。
129.本发明的另一种实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被处理器执行时，使处理器执行上述方法实施例的减少眩光的激光测距方法。例如，执行以上描述的图1中的方法步骤s100至步骤s600。
130.以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
131.通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施例可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存在于计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以
使得一台计算机芯片(可以是个人计算机，服务器，或者网络芯片等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
132.除了其他之外，诸如"能够'、"能"、"可能"或"可以"之类的条件语言除非另外具体地陈述或者在如所使用的上下文内以其他方式理解，否则一般地旨在传达特定实施方式能包括(然而其他实施方式不包括)特定特征、元件和/或操作。因此，这样的条件语言一般地还旨在暗示特征、元件和/或操作对于一个或多个实施方式无论如何都是需要的或者一个或多个实施方式必须包括用于在有或没有输入或提示的情况下判定这些特征、元件和/或操作是否被包括或者将在任何特定实施方式中被执行的逻辑。
133.已经在本文中在本说明书和附图中描述的内容包括能够提供减少眩光的激光测距方法及芯片的示例。当然，不能够出于描述本公开的各种特征的目的来描述元件和/或方法的每个可以想象的组合，但是可以认识到，所公开的特征的许多另外的组合和置换是可能的。因此，显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下能够对本公开做出各种修改。此外，或在替代方案中，本公开的其他实施例从对本说明书和附图的考虑以及如本文中所呈现的本公开的实践中可能是显而易见的。意图是，本说明书和附图中所提出的示例在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。尽管在本文中采用了特定术语，但是它们在通用和描述性意义上被使用并且不用于限制的目的。