DTOF芯片、SPAD像素的输出控制方法及摄像设备与流程

本发明涉及3d视觉，尤其涉及一种dtof芯片、spad像素的输出控制方法及摄像设备。

背景技术：

1、目前，在现有的应用需求中，需要在一颗dtof(direct time-of-flight，直接飞行时间法)芯片上同时实现不同分辨率输出，以满足对不同场景的输出需求。比如扫地机器人上用一颗dtof芯片同时实现导航和避障等功能，需要dtof芯片能间隔输出导航帧和避障帧。避障帧要求近距离大视场角测试，此时可以配置dtof芯片全分辨率输出；导航帧需要远距离测试对视场角要求较避障帧小，此时可以配置dtof芯片输出部分像素来增加单帧时间内有效spad(single photon avalanche diode，单光子雪崩二极管)像素的测量次数，从而增加远距离的测量精度。

2、但是，目前现有的dtof芯片方案存在以下问题，给dtof芯片动态切换分辨率带来了困难：现有的dtof芯片输出不同像素分辨率图像时，需要通过i2c(inter-integratedcircuit，双向二线制同步串行总线)或spi(serial peripheral interface，串行外设接口)接口进行寄存器配置，分辨率寄存器配置时间较长，且在配置期间，dtof芯片需要处于非工作状态，寄存器配置完成后，dtof芯片才能继续按照对应的分辨率配置测量输出数据，导致不能实现帧与帧之间像素分辨率的动态切换。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种dtof芯片、spad像素的输出控制方法及摄像设备，旨在解决现有dtof芯片不能实现帧与帧之间像素分辨率的动态切换的技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种dtof芯片，所述dtof芯片包括系统控制模块、状态控制模块、像素阵列行扫描模块、像素使能控制模块和spad像素阵列；所述系统控制模块与所述状态控制模块电连接；所述状态控制模块分别与所述像素阵列行扫描模块、所述像素使能控制模块和所述spad像素阵列电连接；所述像素阵列行扫描模块、所述像素使能控制模块与所述spad像素阵列电连接；当spad像素所在行被选中时，spad像素阵列中的所述spad像素处于盖格模式；

3、所述系统控制模块用于，发送帧开始信号至所述状态控制模块；

4、所述状态控制模块用于，在接收到所述帧开始信号之后，发送当前帧的行选通信号至所述像素阵列行扫描模块和所述像素使能控制模块，以使所述像素阵列行扫描模块和所述像素使能控制模块根据所述行选通信号在所述spad像素阵列中确定目标像素的起始扫描行和终止扫描行。

5、进一步地，所述状态控制模块还用于，在接收到所述帧开始信号之后，发送列选通信号至所述spad像素阵列，以在所述spad像素阵列中确定目标像素所在列；

6、其中，当spad像素所在行和所在列均被选中时，spad像素阵列中的所述spad像素处于盖格模式。

7、进一步地，所述dtof芯片，还包括时序控制模块，所述系统控制模块与所述时序控制模块电连接；所述时序控制模块分别与所述像素阵列行扫描模块和像素使能控制模块电连接；

8、所述时序控制模块用于，在接收到所述帧开始信号之后，发送行扫描控制信号至所述像素阵列行扫描模块，以使所述像素阵列行扫描模块在接收到所述行扫描控制信号之后，调整所述行选通信号对应行的spad像素的电平高低；

9、所述时序控制模块还用于，在接收到所述帧开始信号之后，发送像素使能信号至所述像素使能控制模块，以使所述像素使能控制模块在接收到所述像素使能信号之后，调整所述行选通信号对应行的spad像素的脉冲信号使能。

10、进一步地，所述dtof芯片，还包括，列选通控制模块、时间数字转换器组和直方图处理电路组，所述列选通控制模块分别与所述系统控制模块、所述状态控制模块、所述时间数字转换器组和所述直方图处理电路组电连接，所述时间数字转换器组和所述直方图处理电路组电连接；

11、所述系统控制模块还用于，发送tdc使能信号和直方图处理电路片选信号至所述列选通控制模块；

12、所述状态控制模块还用于，在接收到所述帧开始信号之后，发送列选通信号至所述列选通控制模块；

13、所述列选通控制模块用于，在接收到所述tdc使能信号和所述直方图处理电路片选信号之后，选通所述tdc使能信号对应的时间数字转换器组，以及所述直方图处理电路片选信号对应的直方图处理电路组；

14、所述列选通控制模块还用于在接收所述列选通信号之后，根据所述列选通信号开启目标像素所在列的时间数字转换器组和直方图处理电路组，并关闭非目标像素所在列的时间数字转换器组和直方图处理电路组。

15、进一步地，所述spad像素阵列由spad像素或者spad像素列组所组成；当所述spad像素阵列由spad像素列组所组成时，每个spad像素列组由1至x个spad像素组成，x为大于1且小于spad像素阵列像素列数的整数，

16、每个时间数字转换器组由1至x个时间数字转换器组成，时间数字转换器组中的时间数字转换器与所述spad像素阵列中的spad像素一一对应，

17、每个直方图处理电路组由1至x个直方图处理电路组成，直方图处理电路组中的直方图处理电路与所述时间数字转换器组中的时间数字转换器一一对应。

18、为实现上述目的，本发明提供一种spad像素的输出控制方法，所述spad像素的输出控制方法应用于如上任一项所述的dtof芯片，包括以下步骤：

19、状态控制模块在接收到系统控制模块发送的帧开始信号之后，根据帧间预设分辨率转换关系确定当前帧的行选通信号；

20、像素阵列行扫描模块和像素使能控制模块根据行选通信号在spad像素阵列中确定目标像素的起始扫描行和终止扫描行；

21、dtof芯片输出所述起始扫描行和所述终止扫描行确定的目标像素的测量值得到当前帧。

22、进一步地，所述像素阵列行扫描模块和像素使能控制模块根据行选通信号在spad像素阵列中确定目标像素的起始扫描行和终止扫描行的步骤，包括：

23、所述状态控制模块在接收到所述系统控制模块发送的帧开始信号之后，发送行选通信号至像素阵列行扫描模块和像素使能控制模块；

24、时序控制模块在接收到所述系统控制模块发送的帧开始信号之后，发送行扫描控制信号至像素阵列行扫描模块、发送像素使能信号至像素使能控制模块；

25、所述像素阵列行扫描模块在接收到行扫描控制信号之后，调整行选通信号对应行的spad像素的电平高低；

26、所述像素使能控制模块在接收到像素使能信号之后，调整行选通信号对应行的spad像素的脉冲信号使能；

27、在spad像素阵列中将处于预设电平高低状态和预设脉冲信号使能状态的像素行确定为目标像素所在行。

28、进一步地，所述spad像素的输出控制方法，还包括：

29、状态控制模块在接收到系统控制模块发送的帧开始信号之后，根据帧间预设分辨率转换关系确定当前帧的列选通信号，并根据所述列选通信号在spad像素阵列中确定目标像素所在列；

30、所述dtof芯片输出所述起始扫描行、所述终止扫描行和所述目标像素所在列确定的目标像素的测量值得到当前帧。

31、进一步地，所述根据所述列选通信号在spad像素阵列中确定目标像素所在列的步骤，包括：

32、所述状态控制模块在接收到所述系统控制模块发送的帧开始信号之后，发送所述列选通信号至spad像素阵列，在spad像素阵列中确定所述列选通信号对应的列为目标像素所在列。

33、进一步地，dtof芯片输出目标像素的测量值得到当前帧的步骤之前，还包括：

34、所述系统控制模块发送tdc使能信号和直方图处理电路片选信号至列选通控制模块，选通所述tdc使能信号对应的时间数字转换器组，以及所述直方图处理电路片选信号对应的直方图处理电路组；

35、所述列选通控制模块根据接收到所述状态控制模块发送的列选通信号开启目标像素所在列的时间数字转换器组和直方图处理电路组，并关闭非目标像素所在列的时间数字转换器组和直方图处理电路组。

36、进一步地，dtof芯片输出目标像素的测量值得到当前帧的步骤之后，还包括：

37、在分辨率转换周期内，以帧开始信号作为节拍，执行所述根据帧间预设分辨率转换关系确定当前帧的行选通信号的步骤；

38、其中，所述预设分辨率转换关系为不同帧之间目标像素所在行和/或目标像素所在列的选择规则。

39、此外，为实现上述目的，本发明还提供一种摄像设备，所述摄像设备包括如上任一项所述的dtof芯片，所述摄像设备被使用时执行如上任一项所述的spad像素的输出控制方法。

40、本发明提出的dtof芯片、spad像素的输出控制方法及摄像设备，所述dtof芯片包括系统控制模块、状态控制模块、像素阵列行扫描模块、像素使能控制模块和spad像素阵列；所述系统控制模块与所述状态控制模块电连接；所述状态控制模块分别与所述像素阵列行扫描模块、所述像素使能控制模块和所述spad像素阵列电连接；所述像素阵列行扫描模块、所述像素使能控制模块与所述spad像素阵列电连接；当spad像素所在行被选中时，spad像素阵列中的所述spad像素处于盖格模式；所述系统控制模块用于，发送帧开始信号至所述状态控制模块；所述状态控制模块用于，在接收到所述帧开始信号之后，发送当前帧的行选通信号至所述像素阵列行扫描模块和所述像素使能控制模块，以使所述像素阵列行扫描模块和所述像素使能控制模块根据所述行选通信号在所述spad像素阵列中确定目标像素的起始扫描行和终止扫描行。

41、所述spad像素的输出控制方法应用于dtof芯片，包括以下步骤：状态控制模块在接收到系统控制模块发送的帧开始信号之后，根据帧间预设分辨率转换关系确定当前帧的行选通信号；像素阵列行扫描模块和像素使能控制模块根据行选通信号在spad像素阵列中确定目标像素的起始扫描行和终止扫描行；dtof芯片输出所述起始扫描行和所述终止扫描行确定的目标像素的测量值得到当前帧。

42、通过在现有dtof芯片的基础上增加帧开始信号作为节拍信号，通过状态控制模块在收到帧开始信号之后直接输出行选通信号，在spad像素阵列中确定目标像素的起始扫描行和终止扫描行，以此通过不同节拍信号直接动态切换分辨率，实现帧与帧之间分辨率切换，从而在分辨率切换时无需使dtof芯片处于非工作状态去等待分辨率寄存器长时间配置之后再读取该分辨率寄存器。通过在一颗dtof芯片上实现不同分辨率输出的动态切换可以兼容近距离和远距离等不同分辨率对应的应用场景，大大降低产品的成本，提高产品的市场竞争力。