光学感测设备、电子设备及光学感测设备的干扰抑制方法与流程

1.本技术实施例涉及传感器领域，尤其涉及一种光学感测设备、应用光学感测设备的电子设备和光学感测设备的干扰抑制方法。


背景技术：

2.目前飞行时间(time of flight，tof)传感器技术正在快速发展，已经广泛使用在手机等设备上用于激光对焦、存在识别等，未来更将广泛用于增强现实(augmented reality，ar)、三维建模、实景导航等领域。随着tof传感器的广泛使用，设备之间的互相干扰问题就不得不考虑，因为来自其他光发射器周期发射的信号也有可能被接收并计数，这些计数在直方图里形成另一个峰，会导致错误的测距结果。例如，在测量同一个物体时，有两个光学感测设备在进行工作，其中，第一光学感测设备测距的同时，如果同型号的第二光学感测设备也在正常使用，其反射光线也被第一光学感测设备接收到，则会对第一光学感测设备测距产生干扰。
3.因此，如何抑制其他光学感测设备对本光学感测设备的干扰是亟需解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术提供一种光学感测设备的干扰抑制方法、感测模组、光学感测设备以及电子设备，可以抑制其他光学感测设备对本光学感测设备的干扰。
5.第一方面，本技术实施例提供一种光学感测设备，该光学感测设备包括：
6.光发射器，经配置按照随机间隔发射光脉冲；
7.光接收器，包括多个像素，每个像素用于接收被物体反射回来的光脉冲并将接收的光脉冲转换为对应的电信号；
8.处理模块，与光发射器和光接收器电性连接，用于根据电信号获得深度信息。
9.第二方面，本技术实施例提供一种应用光学感测设备的电子设备，该电子设备包括主体以及设置于主体包含一个或者多个上述的光学感测设备。
10.第三方面，本技术实施例提供一种光学感测设备的干扰抑制方法，该光学感测设备包括多个像素，光学感测设备的干扰抑制方法包括：
11.控制光光发射器按照随机间隔发射包含光子的光脉冲；
12.利用像素接收被物体反射回来的光脉冲并将接收的光脉冲转换为对应的电信号；以及
13.根据电信号获得深度信息。
14.上述的光学感测设备、应用光学感测设备的电子设备和光学感测设备的干扰抑制方法，通过将光学感测设备的发射光脉冲的周期控制在一定动态随机范围内，打乱干扰光脉冲信号的积累，来抑制其他光学感测设备的干扰。光学感测设备自己发射的光脉冲触发的计数信号在直方图中可以正确的累积为信号峰，其他光学感测设备的干扰信号在直方图中会分散开，从而可以抑制其他的光学感测设备的信号干扰。光光学感测设备、应用光学感
测设备的电子设备和光学感测设备的干扰抑制方法保证光学感测设备测量数据的准确性，提高光学感测设备的精度。
附图说明
15.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
16.图1为本技术第一实施例提供的光学感测设备内部结构示意图。
17.图2为本技术第一实施例提供的光学感测设备的处理模块内部结构示意图。
18.图3为本技术第一实施例提供的光学感测设备的干扰抑制方法的流程图。
19.图4为本技术第二实施例提供的光学感测设备内部结构示意图。
20.图5为本技术第三实施例提供的光学感测设备的处理模块的内部结构示意图。
21.图6为本技术第一实施例提供的应用光学感测设备的电子设备示意图。
22.图7为本技术第一实施例提供的光学感测设备的干扰抑制方法的计数示意图。
23.本技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
24.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.需要说明的是，在本技术中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本技术要求的保护范围之内。
27.请结合参看图1，其为本技术第一实施例提供的光学感测设备100的内部结构示意图。本技术第一实施例提供的光学感测设备100包括光发射器110、光接收器120和处理模块130。其中，光发射器110、光接收器120分别和处理模块130电性连接。
28.其中，光发射器110经配置按照随机间隔发射光脉冲。进一步地，随机间隔为预设
范围内的任意一个数值。更进一步地，相邻的随机间隔之间的差值大于或等于预设的最小间隔差值。
29.本技术实施例中光学感测设备的随机间隔为预设范围内的任意一个数值。具体地，默认的随机间隔基础值为50ns，实际的随机间隔在默认的随机间隔基础值上随机变化
±
5ns的范围。进一步地，相邻的随机间隔之间的差值大于或等于预设的最小间隔差值。具体地，可以设定随机间隔之间最小间隔差值为0.1ns。其中，纳秒(nanosecond，ns)为一秒的十亿分之一，等于10的负9次方秒(1ns＝10-9
s)。
30.光接收器120包括多个像素，每个像素用于接收被物体反射回来的光脉冲并将接收的光脉冲转换为对应的电信号。光接收器120接收反射回来的光脉冲与光发射器110发射光脉冲保持同步，亦即光接收器120按照与光发射器110相同的随机间隔接收反射回来的光脉冲。在本技术实施例中，多个像素是按照阵列状排列的。
31.处理模块130与光发射器和光接收器电性连接，用于根据电信号获得深度信息。其中，处理模块130包括时间数字转换器(time-to-digital converter，tdc)电路131、统计模块132和生成模块133。tdc电路131、统计模块132和生成模块133电性连接。请结合参看图2。
32.tdc电路131用于计算电信号的时间间隔，并将时间间隔转换为时间戳。
33.统计模块132基于时间戳在与时间戳对应的时间单元上进行计数并生成计数结果。统计模块包括直方图电路，计数结果用直方图表示，直方图包括分箱，分箱与时间单元相对应，直方图电路基于时间戳在与时间戳对应的分箱上进行计数。直方图电路包括计数器，计数器用于计数。
34.生成模块133用于根据计数结果生成深度信息。
35.请结合参看图4，本技术第二实施例提供的光学感测设备与本技术第一实施例提供的光学感测设备的差别在于本技术第二实施例提供的光学感测设备还包括随机数发生器140，随机数发生器140用于将时间、设备编号和光学感测设备参数中的任意两者或者两者以上进行组合作为种子以获取随机间隔的数值；或者用于根据预设的伪随机数以获取随机间隔的数值；或者用于将预设的随机编码序列作为随机间隔的数值。
36.例如，随机间隔的数值，亦即随机种子(random seed)，是计算机专业术语，为一种以随机数作为对象的以真随机数(种子)为初始条件的随机数。一般计算机的随机数都是伪随机数，以一个真随机数(种子)作为初始条件，然后用一定的算法不停迭代产生随机数。具体地，在一些实施例中，随机数发生器140可以将时间、设备编号和光学感测设备参数中的任意两者或者两者以上进行组合作为种子以获取随机间隔。例如，光学感测设备参数可以为光学感测设备的最远可测距离，设备编号可以为光学感测设备的身份标识号(identity document，id)。
37.在另一些实施例中，还可以根据预设的伪随机数获取随机间隔。具体地，随机间隔可以是出厂固定的伪随机数。
38.在另一些实施例中，还可以将预设的随机编码序列作为随机间隔的数值。具体地，在每个光学感测设备出厂时写入一个预设的随机编码序列，光学感测设备运行时直接读取随机编码序列作为随机数，不需要实时生成。
39.请结合参看图5，本技术第三实施例提供的光学感测设备与本技术第一实施例提供的光学感测设备的差别在于本技术第三实施例提供的光学感测设备的处理模块130还包
括检测模块1134，检测模块134用于当直方图达到预设条件时，输出控制指令以控制直方图电路输出直方图；预设条件为计数时间达到预设统计周期，或者计数时间未达到预设统计周期但直方图信噪比大于预设阈值。
40.在本技术实施例中，光学检测设备为直接飞行时间(direct time of flight,dtof)传感器。
41.请结合参考图6，其为本技术第一实施例提供的电子设备示意图，电子设备200包括主体201以及设置于主体201的一个或者多个光学感测设备100。在本技术第一实施例中电子设备200为机器人，例如，学习机机器人、扫地机机器人。在一些实施例中，电子设备200还可以是智能终端等。
42.由于不同的光学感测设备可以采用一样的发射和接收周期，他们在检测范围内一起使用时会互相干扰。在本实施例中，为方便示意，使用tof1表示第一光学感测设备，使用tof2表示第二光学感测设备。比如tof1和tof2这两个光学感测设备放在一起使用，每个光学感测设备除了可以接收自己发出的光脉冲产生的回波信号外，还可以接收到另一个光学感测设备发出的光脉冲产生的回波信号，一般情况下他们发射光脉冲的时间不一样，但是由于发射时间间隔和对应的感测时间间隔是固定的，tof1接收到的tof2发出的光脉冲产生的回波信号也会在多个感测时间间隔内的同一个时刻多次叠加，从而在直方图中形成另一个信号峰，这会导致测距结果出错，甚至无法正常测距。
43.本技术提出一种利用随机动态调整脉冲发射周期来实现抑制光学感测设备间互相干扰的方案。由于光学感测设备自己的接收与发射是同步的，回波信号可以正确地在直方图中累积，从而可以获取准确的飞行时间。当其他光学感测设备发射的光脉冲，经过反射到达本光学感测设备的光接收器时，由于不同的光学感测设备之间发射光脉冲的时间不同步，以及发射光脉冲的周期每次都在随机动态地改变，会导致其他光学感测设备的回波信号在本光学感测设备的直方图中会被分散开来在不同的分箱计数，不会累积形成一个单独的信号峰，从而不会造成错误的飞行时间。
44.光学感测设备如何达到抑制设备之间的干扰的效果，保证光学感测设备测量数据的准确性，提高光学感测设备的精度，将在下文详细描述。
45.请结合参看图3，其为本技术第一实施例提供的光学感测设备的干扰抑制方法的流程图。其中，光学感测设备包括多个像素，第一实施例提供的光学感测设备的干扰抑制方法具体包括下面步骤。
46.步骤s101，控制光发射器按照随机间隔发射包含光子的光脉冲。进一步地，随机间隔为预设范围内的任意一个数值。更进一步地，相邻的随机间隔之间的差值大于或等于预设的最小间隔差值。本技术实施例中光学感测设备的干扰抑制方法的随机间隔为预设范围内的任意一个数值。具体地，默认的随机间隔基础值为50ns，实际的随机间隔在默认的随机间隔基础值上随机变化
±
5ns的范围。进一步地，相邻的随机间隔之间的差值大于或等于预设的最小间隔差值。具体地，可以设定随机间隔之间最小间隔差值为0.1ns。其中，纳秒(nanosecond，ns)为一秒的十亿分之一，等于10的负9次方秒(1ns＝10-9
s)。
47.步骤s102，利用像素接收被物体反射回来的光脉冲并将接收的光脉冲转换为对应的电信号。在本技术实施例中，多个像素是按照阵列状排列的。
48.步骤s103，根据电信号获得深度信息。其中，利用tdc电路计算电信号的时间间隔，
并将时间间隔转换为时间戳。基于时间戳在与时间戳相对应的时间单元上进行计数得到感测数据。可选地，利用直方图电路进行计数得到感测数据，直方图包括多个分箱，每个分箱与一个时间单元对应，其中，基于时间戳在与时间戳相对应的时间单元上进行计数得到感测数据为：利用直方图电路基于时间戳在与时间戳相对应的分箱上进行计数。分箱根据光脉冲的光子往返光学感测设备的最远可测距离所需的最长传播时间按照预设间隔设置得到，所述最长传播时间根据光学感测装置的最远可测距离和所述光子的飞行速度得到。在申请本实施例中，直方图用于生成深度图像，直方图可以用于计算待测物体的距离，直方图可以用于获取不同信号之间的分布差异。其中，每接收到一个光子，在对应的分箱自增数值。计数为每接收一个光子自增一个数值。在本技术实施例中光学感测设备的干扰抑制方法的数值为任意正数。具体地，数值为1。在一些实施例中，数值还可以为2或者其他数值。这里的数值仅作示例，不做限定。
49.本技术第二实施例提供的光学感测设备的干扰抑制方法与本技术第一实施例提供的光学感测设备的干扰抑制方法的差别在于本技术第四实施例提供的光学感测设备的干扰抑制方法还包括将时间、设备编号和光学感测设备参数中的任意两者或者两者以上进行组合作为种子获取随机间隔的数值；或者用于根据预设的伪随机数获取随机间隔的数值；或者用于将预设的随机编码序列作为随机间隔的数值。
50.例如，随机间隔的数值，亦即随机种子(random seed)，是计算机专业术语，为一种以随机数作为对象的以真随机数(种子)为初始条件的随机数。一般计算机的随机数都是伪随机数，以一个真随机数(种子)作为初始条件，然后用一定的算法不停迭代产生随机数。具体地，在一些实施例中，可以将时间、设备编号和光学感测设备参数中的任意两者或者两者以上进行组合作为种子以获取随机间隔。例如，光学感测设备参数可以为光学感测设备的最远可测距离，设备编号可以为光学感测设备的身份标识号(identity document，id)。
51.在另一些实施例中，还可以根据预设的伪随机数获取随机间隔。具体地，随机间隔可以是出厂固定的伪随机数。
52.在另一些实施例中，还可以将预设的随机编码序列作为随机间隔的数值。具体地，在每个光学感测设备出厂时写入一个预设的随机编码序列，光学感测设备运行时直接读取随机编码序列作为随机数，不需要实时生成。
53.本技术第三实施例提供的光学感测设备的干扰抑制方法与本技术第一实施例提供的光学感测设备的干扰抑制方法的差别在于本技术第三实施例提供的光学感测设备的干扰抑制方法还包括检测直方图是否达到预设条件。当直方图达到预设条件时，输出控制指令以控制直方图电路输出直方图。预设条件为直方图的计数时间达到总统计周期，或者计数时间未达到总统计周期但直方图的信噪比大于预设阈值。
54.在本技术的一些实施例中，总统计周期的时间长度例如为30ms，就判断总统计周期的时间长度是否到达30ms。统计周期的时间长度到达30ms时，判断出直方图满足预设条件。直方图信噪比是衡量图像质量高低的重要指标。在本技术的一些实施例中，直方图的信噪比计算公式为snr＝s/σ，其中snr为直方图信噪比，s为有效的信号强度，σ为噪声的涨落(标准差)。
55.请结合参看图7，其为采用本技术第一实施例提供的光学感测设备的干扰抑制方法的计数示意图。本实施例中画了三个光脉冲发射周期：第一周期1、第二周期2、第三周期
3，tof1和tof2发射光脉冲的周期都是在一个设定值的附近一定范围内随机变化的。比如，默认发射周期为50ns，随机间隔的变化范围为
±
5ns，随机间隔之间的最小间隔差值为0.1ns，随机间隔可以是出厂固定的伪随机数，或者可以是以设备编号和时间等为种子的随机间隔。
56.由于tof1自己发射光脉冲的时间与接收光脉冲回波信号的时间同步，即使光脉冲的发射间隔随机变化，经过物体反射回来的光脉冲的回波信号被接收的时间相对于光脉冲的发射时间的时间差是固定的，因此经过tdc后的光子计数在直方图的同一个分箱处累积，从而形成深度图像中固定的信号峰501。而来自tof2的光脉冲的回波信号，虽然也会被tof1所接收，但是因为每次光脉冲的发射间隔的随机变化，导致每次接收到tof2发出的回波信号的时间相对于tof1的发射时间都是随机变化的，这会导致tof2的回波信号的计数502在tof1的直方图中每次被分散到了不同的分箱中，从而无法在tof1的直方图中形成固定的信号峰，也就不会造成飞行时间获取错误。
57.上述的光学感测设备的干扰抑制方法通过采用光学感测设备发射光脉冲的间隔在一定范围内动态随机变化的方式来抑制其他光学感测设备的信号干扰。光学感测设备自己发射的光脉冲触发的计数信号在直方图中可以累积成信号峰，其他光学感测设备的干扰回波信号在直方图中会被分散开计数，从而可以抑制不同的光学感测设备之间的信号干扰。光学感测设备的干扰抑制方法可以保证测量数据的准确性，提高光学感测设备的精度。其中，每个周期tdc输出的是光子到达时间(time of arrival，toa)，可以是光脉冲，可以是噪声，toa为每次的接收时间与自身的光脉冲发射时间的差值。tof是最后测出的被物体反射回来的光脉冲的飞行时间。
58.更进一步的，本技术提供的光学感测设备中每个像素的直方图包括多个分箱，每个分箱与一段飞行时间相对应，飞行时间为根据光子最大的飞行时间按照预设时间间隔划分而成，其中，计数单元根据每个像素在预设统计周期内接收光子的情况对每个像素对应的直方图进行计数，具体包括，根据每个像素在预设统计周期内接收光子的时间在对应的分箱进行计数，其中，每接收到一个光子，在对应的分箱自增数值。具体地，预设时间间隔可以是1ns、2ns、3ns等。
59.本技术还提供一种应用光学感测设备的电子设备，电子设备包括主体以及设置于主体包含一个或者多个光学感测设备。
60.所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考上述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
61.在本技术所描述的许多功能单元已经作为模块被标注，以便更具体地强调他们的独立实施。例如，模块可以作为硬件电路而被实施，其中所述硬件电路包括定制的超大规模集成(vlsi)电路或门电路阵列、现成的半导体，诸如逻辑芯片、晶体管、或其他分立元件。模块还可以在可编程的硬件设备内被实施，诸如现场可编程门阵列、可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备等等。
62.模块也可以在软件中被实施以便被各种类型的处理器执行。识别的可执行代码的模块可以，例如，包括一个或多个计算机指令的物理或逻辑块，其中物理或逻辑块可以例如被作为对象、程序、或功能而被组织。然而，识别的模块的可执行文件不需要物理上位于一起，但是可以包括储存在不同位置的不同的指令，当逻辑上结合到一起时，其包括模块且实
现模块的规定的目标。
63.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的光学感测设备的干扰抑制方法的实施例仅仅是示意性的，例如，该单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
64.该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。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
65.另外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
66.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘且本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。
67.以上所列举的仅为本技术较佳实施例而已，当然不能以此来限定本技术之权利范围，因此依本技术权利要求所作的等同变化，仍属于本技术所涵盖的范围。