环境光干扰抑制方法、装置及其应用与流程

本技术涉及光学，特别是涉及环境光干扰抑制方法、装置及其应用。

背景技术：

1、近年来，基于单光子雪崩二极管和精密计时器件的直接飞行时间测距系统，由于其精度高，工作距离远，对信号敏感度高等优点，日益引起激光雷达相关产业的重视。该方案利用精密计时器件tdc记录多个激光窄脉冲的发射时间与光电敏感器件spad被入射光子触发的时间差。在多次重复测量中，环境光的干扰通常表现为时间上的随机分布；而从特定目标反射回来的激光脉冲信号，由于飞行时间相同，则体现出则应该体现出时间上的相关性。由此可以通过多次测量，将出现最多的时间点作为实际目标距离对应的激光飞行时间，并由此反演出目标距离。

2、由于单光子器件本身是一个二值器件只能以0，1的输出形式表征是否被触发，而对应的tdc计时器件tdc将记录该单光子器件被触发的时间。由于计时器在半导体内所占面积较大，功耗较高，在响应一次事件并输出时间信息后需要一个较长的时间来复位。所以在实际的单光子器件中测量应用中，一个spad像素通常连接一个tdc。由于tdc一个计时周期内只能被触发停止一次，而spad能被反复触发多次，这种情况下tdc在一个测量周期通常用于记录第一个一次spad的触发事件的时间。该种通常响应一次spad的触发事件称为计数事件，而这个事件一般约定为周期中的第一次触发。这种方法又被称为首光子触发机制。这种方式的缺陷在于：

3、如图5所示，直方图中反映的每个周期的光子到达时间不仅仅包含信号脉冲的光子，也包含了噪声误触发的光子。因为到达时间越早的光子越容易触发spad，并被记录为该周期的首个光子事件，所以噪声本身在时间轴上呈现出左高右低的趋势。

4、如图6-图7所示，当环境光变强，首个触发tdc的脉冲是噪声的可能性变大，其中图6中弱强环境光，小噪声事件概率，信号光事件触发事件显著，图7中强环境光，大噪声事件概率，造成噪声堆积。造成本次测距周期资源和信息的浪费。同时噪声事件在直方图上呈现左高右低的趋势也会更剧烈，甚至导致直方图中噪声的幅值高过信号。

5、此外如果目标距离更远，有效信号到达的时间更长，tdc就有更高的概率有可能先被噪声触发，导致有效测距结果的出现概率大大降低，也增大了远距离测距结果的误差和抖动。

6、在以上条件下，为了使信号在直方图中的峰值足够大，就需要增加输出每一个深度信息所需要的采样周期，此时整个直方图的数据量会随之增大，且距离输出帧率也会降低。

7、因此，亟待一种适用于时间相关单光子技术直接飞行时间测距法的环境光干扰抑制方法、装置及其应用，以解决现有技术存在的问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了环境光干扰抑制方法、装置及其应用，针对目前技术强环境光造成的首光子触发造成的直方图左侧噪声堆积等问题。

2、本发明核心技术主要是从光子事件检出概率在时间轴上的衰减，与事件时间跟spad开窗起始时刻时间差之间的依赖关系出发，通过对多个采样周期的特殊安排，平均掉这种衰减调制。

3、第一方面，本技术提供了环境光干扰抑制方法，所述方法包括以下步骤：

4、s00、以固定的第一周期间隔发射设定数量的激光脉冲；

5、其中每个激光脉冲的脉冲周期作一个采样周期，并将采样周期的起始作为每次tdc计时的起始时刻；

6、s10、以固定的第二周期间隔开窗spad，以使得sapd仅在使能时间段响应光子产生脉冲，并触发tdc输出时间信息；

7、其中，第一周期间隔和第二周期间隔的长度不同，使得目标回波到达时间相对激光脉冲周期起始存在时间差；

8、s20、将tdc的计时起始与激光脉冲的发射周期的起始同步，并使得tdc的计时终止时间由每个发射周期对应的首光子事件触发，同时将测得的时间差作为事件时间；

9、s30、根据每个采样周期获得的事件到达时间做统计直方图并找到峰值时刻，通过该峰值时刻和光子飞行时间求得目标距离。

10、进一步地，s10步骤中，每个激光脉冲周期里，根据目标回波的光子所在的周期序号i，表示目标回波的光子能被作为首光子被收到并触发事件的概率为：

11、p(t),p(t-△t),p(t-2*△t),p(t-3*△t),……p(t-i*△t),……p(t-l*△t)；

12、其中，t为目标回波到达时间相对激光脉冲周期起始的时间差，△t为第一周期间隔和第二周期间隔的长度差，l为spad的开窗周期的数量l。

13、进一步地，当 t-i*△t＜0时，在负数值上加上第一周期间隔，以进行时间周期平移转换为正数。

14、进一步地，s20步骤中，每个采样周期的第二周期间隔与激光脉冲的第一周期间隔的差值与spad的开窗周期的数量l满足（第二周期间隔-第一周期间隔）*l接近或等于第一周期间隔的整数倍。

15、第二方面，本技术提供了一种环境光干扰抑制装置，包括：

16、发射模块，以固定的第一周期间隔发射设定数量的激光脉冲；其中每个激光脉冲的脉冲周期作一个采样周期，并将采样周期的起始作为每次tdc计时的起始时刻；

17、开窗模块，以固定的第二周期间隔开窗spad，以使得sapd仅在使能时间段响应光子产生脉冲，并触发tdc输出时间信息；

18、其中，第一周期间隔和第二周期间隔的长度不同，使得目标回波到达时间相对激光脉冲周期起始存在时间差；

19、计算模块，将tdc的计时起始与激光脉冲的发射周期的起始同步，并使得tdc的计时终止时间由每个发射周期对应的首光子事件触发，同时将测得的时间差作为事件时间；根据每个采样周期获得的事件到达时间做统计直方图并找到峰值时刻，通过该峰值时刻和光子飞行时间求得目标距离；

20、输出模块，输出目标距离。

21、第三方面，本技术提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述的环境光干扰抑制方法。

22、第四方面，本技术提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，过程包括根据上述的环境光干扰抑制方法。

23、本发明的主要贡献和创新点如下：1、与现有技术相比，本技术等于对任意时刻的光子在每个周期的触发概率通过异步周期实现了一个以△t为步长的离散遍历。而且△t越小，相应地就会让分布在是时间轴上越“均匀”，当然同时产生的代价就是需要更多个周期来完成测距，以使得信号光子的相对到达时间在更小的步进下遍历完一个采样周期的时间长度；而噪声光子产生的光子事件在整个时间轴上分布相对均匀。同时，信号光子只要信号回波功率相同，直方图上对应的回波峰的幅值都不会随着目标距离远近发生变化。

24、2、与现有技术相比，本技术可改善强环境光造成的首光子触发造成的直方图左侧噪声堆积，尤其噪声避免高于信号的峰值，使通过信号峰值位置判定目标距离的直方图寻峰算法变得简单；同时改善强环境光下，噪声触发造成的采样周期浪费，增加信号光检出概率，提高距离信息的输出帧率。并从而减小整个直方图的数据量，从而避免为了减少需要记录和处理整个量程的完整直方图统计带来的算力和存储空间的浪费。

25、3、与现有技术相比，本技术在同等采样周期数量下，提高了信号光在直方图中的幅值，即信号强度，从而可以适配更远的测距量程或者更微弱的反射率目标；在同等采样周期数量下，提高了信号光在直方图中的幅值，即信号强度，从而可以适配更远的测距量程或者更微弱的反射率目标；在消除直方图噪声堆积现象之后，显著改善了实际使用时的直方图寻峰的复杂度。从而最终减小对芯片设计的面积和功耗需求以及数字电路的复杂度；从而避免远距离目标在直方图中对应峰的幅值随着距离变化加速衰减，以致需要增加采样周期才能获得显著的峰，甚至无法看到峰的情况。

26、4、与现有技术（采用多周期采样时itof引用常规方法，如cn109696690b飞行时间传感器及其发光检测方法）相比，本技术通过抓取每个周期内特定时事件发生的瞬时时间点信息，完全不记录且不关注每个周期的能量信号，也不关心对能量记录的精度，因此本技术也不涉及功率测量器件。相对操作更为简单，且成本更低。

27、本技术的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本技术的其他特征、目的和优点更加简明易懂。