本發(fā)明涉及tof成像，具體而言，涉及一種3d-tof成像方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，萬物互聯(lián)已經(jīng)走進(jìn)千家萬戶。物聯(lián)網(wǎng)是指各種物理設(shè)備、傳感器和電子設(shè)備互連起來，通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和智能控制。物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品不僅需要具有高清晰度的成像，還需要運(yùn)動捕捉、溫度濕度監(jiān)控、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ苄枨蟆?/p>

2、tof是time?of?flight的縮寫，又稱飛行時(shí)間法3d成像。這種成像技術(shù)通過向目標(biāo)發(fā)射連續(xù)的特定波長的紅外光線脈沖，通過特定傳感器接收待測物體傳回的光信號，計(jì)算光線往返的飛行時(shí)間或相位差得到待測物體的3d深度信息，tof相機(jī)的亮度圖像可以通過模型迅速連接起來。

3、然而，當(dāng)前全球市面上現(xiàn)有的tof成像設(shè)備由于普遍存在測量距離較常規(guī)測量儀器短：一般不超過10米；測量結(jié)果受被測物性質(zhì)的影響；大多數(shù)tof成像機(jī)器的測量結(jié)果受外界環(huán)境干擾較為明顯，尤其是受外界光源干擾；分辨率相對較低，系統(tǒng)誤差及隨機(jī)誤差對結(jié)果影響明顯，需要進(jìn)行后期數(shù)據(jù)處理等現(xiàn)象，因此現(xiàn)有的3d-tof成像系統(tǒng)難以避免地存在功能單一化、性能差、可靠性低、功耗高、使用壽命短等缺陷問題，用戶體驗(yàn)感較低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種3d-tof成像方法及系統(tǒng)，對成像系統(tǒng)進(jìn)行多功能優(yōu)化，使用mcu主控芯片控制圖像傳感器拍攝環(huán)境中圖像，采用同步動態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存sdram作為存儲器，采用3d-tof成像芯片輸出成像數(shù)據(jù)，以及搭配藍(lán)牙傳輸，不僅可進(jìn)行傳感器的讀取還可進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，實(shí)現(xiàn)高速、高性能、最佳實(shí)時(shí)響應(yīng)，適用于低功耗、高靈敏、多場景的成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性、高壽命的產(chǎn)品使用性能，滿足用戶日益增長的體驗(yàn)需求。

2、本發(fā)明提供一種3d-tof成像方法，包括以下步驟：

3、對各應(yīng)用場景下的環(huán)境進(jìn)行拍攝，獲取該環(huán)境中的原始圖像；

4、具體地，由mcu主控芯片通過ddr高速信號與成像芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與控制，mcu主控芯片通過i2c集成電路總線與成像芯片進(jìn)行存儲內(nèi)容讀取。

5、讀取環(huán)境光強(qiáng)弱，根據(jù)目標(biāo)人或物的遠(yuǎn)近以及光線強(qiáng)弱，通過調(diào)節(jié)pwm占空比控制輸出電壓反饋的fb參考電壓，通過fb參考電壓調(diào)節(jié)輸出電壓值，從而調(diào)節(jié)控制照明系統(tǒng)的led電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)led照明強(qiáng)度，對所述原始圖像進(jìn)行補(bǔ)償處理，并將經(jīng)補(bǔ)償處理后的圖像數(shù)據(jù)無線傳輸發(fā)送到用戶終端；

6、優(yōu)選地，所述成像芯片包括三種工作模式，可實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下的低功耗，主要包括：照明調(diào)制模式、距離測量模式與非距離測量模式。

7、其中，照明調(diào)節(jié)模式包括：通過環(huán)境光傳感器讀取環(huán)境光強(qiáng)弱，由mcu主控芯片通過pwm占空比，調(diào)節(jié)控制輸出電壓（psu_vsel）反饋到降壓型dcdc芯片的fb參考電壓，調(diào)節(jié)降壓型dcdc芯片的輸出電壓值（vdd_led），從而調(diào)節(jié)控制led電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)led照明強(qiáng)度。根據(jù)具體環(huán)境做相應(yīng)的照明補(bǔ)償。

8、示例性地，所述pwm占空比的調(diào)節(jié)檔位包括：0%、20%、40%、60%、80%、100%，控制輸出電壓（psu_vsel）的檔位包括：0v、0.12v、0.24v、0.36v、0.48v、0.6v，調(diào)節(jié)控制led電壓（vdd_led）的檔位包括：4.98v、4.7028v、4.4256v、4.1484v、3.8712v、3.594v，如表2所示：

9、表2

10、

11、?????????????????????????????????。

12、距離測量模式包括以下幾種分辨速率的全像素場下的測量：

13、（1）39?fps?3d?tof，4x?dcs?幀，全像素場；

14、（2）79?fps?3d?tof，具有?2x?dcs?幀，全像素場；

15、（3）158?fps?3d?tof，滾動讀出?4x?dcs?幀，全像素場；

16、通過減少像素場的roi?，可實(shí)現(xiàn)超快速測量；

17、通過shutter?快門釋放，可實(shí)現(xiàn)精確地啟動/停止和單次/連續(xù)測量控制。

18、可通過檢查dcs值進(jìn)行距離測量的檢測，dcs?值不僅包含距離信息，還包含接收光信號的質(zhì)量和有效性（置信度）。接收信號的信號幅度越高，距離測量就越好、越精確。每個(gè)像素的每次距離測量都有其自身的有效性和質(zhì)量。測量距離的數(shù)據(jù)的主要質(zhì)量指標(biāo)是接收到的調(diào)制光?atof?的振幅，振幅與距離噪聲直接相關(guān)。

19、示例性地，振幅可以按以下方式計(jì)算（如表1所示）：

20、表1

21、

22、表1中，amplitudeatof為振幅，classification為分類，action為作用。

23、非距離測量模式（灰度模式）包括：

24、環(huán)境光測量（無照明的灰度圖像），或，具有主動照明的灰度圖像；

25、灰度模式允許將成像芯片epc660?用作灰度成像器，可以在沒有?led/ld?照明的情況下用于?ambient-light?測量，或使用?led/ld?對場景進(jìn)行主動照明?；叶葴y量使用差分庫倫光譜dcs?測量，使用全局光照算法mga通過差分讀數(shù)執(zhí)行，mga?保持所有積分時(shí)間，數(shù)據(jù)輸出格式為有符號整數(shù)?12?位：±?2'047?lsb。有效數(shù)據(jù)范圍為?0?...?+2'047。由于系統(tǒng)噪聲接近零，讀數(shù)可能顯示較小的負(fù)數(shù)。由于距離測量結(jié)果會受到環(huán)境光的影響，因此無照明的灰度測量可以用作距離測量的重要質(zhì)量和校正參數(shù)。

26、在灰度模式下計(jì)算像素表面灰度信號的輻照度?ebw，可以根據(jù)直流靈敏度?sbw（使用積分時(shí)間）計(jì)算得出白平衡tint-bw、參考白平衡?tint-ref-bw?和灰度信號的?dcs0，然后計(jì)算得出輻照度?ebw：

27、ebw?=?sbw?（tint-ref-bw/tint-bw）?dcs0?。

28、進(jìn)一步地，當(dāng)環(huán)境溫濕度、加速度，以及外部供電發(fā)生變化時(shí)，實(shí)時(shí)將環(huán)境數(shù)據(jù)變化信息發(fā)送給用戶終端進(jìn)行檢查與圖像處理，使圖像成像保持高清時(shí)效要求。

29、示例性地，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化（如因外部電源發(fā)生變化等情況而引發(fā)環(huán)境溫度變化）時(shí)，由所述mcu主控芯片將數(shù)據(jù)變化信息傳送到低功耗藍(lán)牙ble芯片，通過所述低功耗藍(lán)牙ble芯片將數(shù)據(jù)變化信息發(fā)送給用戶終端進(jìn)行查看與維修，使成像達(dá)到高清時(shí)效要求。

30、優(yōu)選地，也可通過usb接口、jtag接口以及3.3v串口連接3d-tof成像系統(tǒng)中的設(shè)備，對整個(gè)3d-tof成像系統(tǒng)進(jìn)行檢查與圖像處理。

31、本發(fā)明還提供一種3d-tof成像系統(tǒng)，執(zhí)行如上述所述的3d-tof成像方法，包括：傳感器系統(tǒng)、成像芯片、電源系統(tǒng)（為系統(tǒng)供電）、mcu主控芯片、低功耗藍(lán)牙ble芯片、sdram存儲器；所述電源系統(tǒng)分別與所述傳感器系統(tǒng)、所述成像芯片、?mcu主控芯片、低功耗藍(lán)牙ble芯片電性連接；所述mcu主控芯片、低功耗藍(lán)牙ble芯片分別與所述sdram存儲器信號連接；

32、優(yōu)選地，所述成像芯片采用epc660芯片，所述mcu主控芯片采用arm?cortex_m7芯片。

33、優(yōu)選地，所述電源系統(tǒng)包括三路電源，所述三路電源分別為：主電源、太陽能充電電源、電池；本發(fā)明采用三路電源，即使在不具備主電源供電的工況下，也可單獨(dú)由電池提供系統(tǒng)供電，或者由太陽能充電電源為系統(tǒng)供電以及為電池充電，從而實(shí)現(xiàn)清潔能源的使用，減少二氧化碳的排放。

34、所述傳感器系統(tǒng)包括：圖像傳感器、加速度傳感器、溫濕度傳感器；所述圖像傳感器與所述成像芯片信號連接；所述加速度傳感器、溫濕度傳感器分別通過i2c集成電路總線與所述mcu主控芯片和所述低功耗藍(lán)牙ble芯片信號連接。

35、具體地，所述加速度傳感器、溫濕度傳感器將收集的環(huán)境信息數(shù)據(jù)通過i2c集成電路總線傳送給mcu主控芯片與低功耗藍(lán)牙ble芯片；成像芯片在不需圖像采集的特定情況下進(jìn)行睡眠設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)低功耗，從而延長電池壽命，并可通過藍(lán)牙設(shè)備進(jìn)行信息傳輸?shù)浇K端使用，使用者可隨時(shí)監(jiān)控?cái)z像信息。

36、優(yōu)選地，mcu主控芯片通過ddr高速信號與成像芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸與控制，通過i2c集成電路總線與成像芯片進(jìn)行存儲內(nèi)容讀?。怀上裥酒ㄈN工作模式，可實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境下載低功耗實(shí)現(xiàn)，三種工作模式包括：照明調(diào)制模式、距離測量模式與非距離測量模式。

37、具體地，在正常使用狀況下，mcu主控芯片通過與成像芯片之間的數(shù)據(jù)通信，進(jìn)行各場景下的拍攝，并根據(jù)遠(yuǎn)近、光線強(qiáng)弱等進(jìn)行補(bǔ)償，并可通過藍(lán)牙進(jìn)行無線傳輸，獲取當(dāng)前環(huán)境狀態(tài)與人像采集信息；在睡眠狀況下，系統(tǒng)處于低功耗狀態(tài)，加速度傳感器以及其他傳感器也處于低功耗模式非關(guān)機(jī)狀態(tài)。

38、進(jìn)一步地，所述3d-tof成像系統(tǒng)包括：電池管理芯片，所述低功耗藍(lán)牙ble芯片通過i2c集成電路總線與所述電池管理芯片信號連接，所述電池管理芯片與所述主電源、太陽能充電電源、電池電性連接。

39、具體地，使用低功耗藍(lán)牙ble芯片通過i2c對電池管理芯片進(jìn)行主電源、電池兩路電源的判斷選擇，以及對電池充電的控制，并輸出4.5v（主電源）或4.2v（電池）的系統(tǒng)電壓，提高電源利用效率；

40、進(jìn)一步地，所述3d-tof成像系統(tǒng)還包括：低壓差線性穩(wěn)壓ldo芯片、降壓型dcdc芯片、升降壓型dcdc芯片；所述低壓差線性穩(wěn)壓ldo芯片與所述電池管理芯片電性連接，所述降壓型dcdc芯片與所述電池管理芯片電性連接；所述升降壓型dcdc芯片與所述成像芯片電性連接；

41、通過ldo（低壓差線性穩(wěn)壓器）將系統(tǒng)電壓降到3.3v，供3d加速度傳感器、環(huán)境光傳感器、溫濕度傳感器、藍(lán)牙使用；

42、使用降壓型dcdc芯片將系統(tǒng)電壓降為5.3v，并通過dcdc升降壓型電源芯片產(chǎn)生±10v電壓為成像芯片供電，并將5.3v電壓轉(zhuǎn)換成3.3v電壓為mcu主控芯片與sdram存儲器供電；

43、低壓差線性穩(wěn)壓ldo芯片、降壓型dcdc芯片、升降壓型dcdc芯片各芯片都帶有使能腳，通過mcu的使能可實(shí)現(xiàn)不使用時(shí)即關(guān)電的低功耗模式與低功耗睡眠狀態(tài)。

44、進(jìn)一步地，所述3d-tof成像系統(tǒng)配置有根據(jù)環(huán)境光可調(diào)節(jié)的照明系統(tǒng)，所述照明系統(tǒng)包括兩路：一路是環(huán)境光傳感器，所述環(huán)境光傳感器與所述mcu主控芯片信號連接，根據(jù)環(huán)境光的強(qiáng)弱，由mcu主控芯片控制照明燈的電壓高低，實(shí)現(xiàn)燈光的強(qiáng)度高低改變，從而滿足應(yīng)用在不同環(huán)境光下的照明調(diào)節(jié)；另一路為照明補(bǔ)償器，所述照明補(bǔ)償器的內(nèi)部設(shè)置有成像玻璃芯片，所述成像玻璃芯片實(shí)現(xiàn)成像的高清與流暢。

45、進(jìn)一步地，所述3d-tof成像系統(tǒng)配置有usb接口、jtag接口、3.3v串口，所述usb接口、jtag接口均與所述mcu主控芯片電連接；所述3.3v串口與所述低功耗藍(lán)牙ble芯片電連接。

46、具體地，通過所述usb接口進(jìn)行mcu的主控芯片的調(diào)試，使用jtag進(jìn)行軟件下載，安全穩(wěn)定。優(yōu)選地，usb接口為提高穩(wěn)定性和可靠性，可適配usb2.0、usb3.0各種類型。ble芯片使用串口3.3v進(jìn)行調(diào)試、jtag接口進(jìn)行軟件下載；優(yōu)選地，搭配nodic的天線調(diào)配芯片進(jìn)行天線調(diào)配，可實(shí)現(xiàn)功率強(qiáng)、信號傳播距離遠(yuǎn)等最佳性能。

47、進(jìn)一步地，所述電池采用5200mah?充電鋰錳電池。搭配高容量5200mah電池與太陽能充電，能夠?qū)崿F(xiàn)室外自動充電與充電器充電的多種功能。5200mah?充電鋰錳電池具有高能量密度，?相比其他充電式電池，?鋰錳電池能夠提供更長時(shí)間的使用；?壽命長，?由于采用錳酸鋰作為正極材料，?不易發(fā)生膨脹和溶解，?因此電池壽命長；低自放電率，?即使長時(shí)間不使用也能保持較長時(shí)間的電量；環(huán)保性能優(yōu)良，不含重金屬等有害物質(zhì)，?對環(huán)境友好；價(jià)格低廉，?正極活性物質(zhì)采用電解二氧化錳，?是鋰電池正極活性物質(zhì)中比較廉價(jià)的一種，?可以大量推廣應(yīng)用；電性能優(yōu)良：?其比能量是干電池的5～10倍，?負(fù)荷電壓為2.8v，?放電電壓比較平穩(wěn)，?可以在-40～+50℃范圍內(nèi)工作；貯存壽命長：?在常溫條件下電池貯存壽命超過10年，?年容降約1%；安全可靠，?在貯存和放電過程中無氣體析出，?安全性好。

48、進(jìn)一步地，所述3d-tof成像系統(tǒng)預(yù)留有負(fù)載電源接口，所述負(fù)載電源接口根據(jù)實(shí)際需求連接所需要的負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)更加豐富產(chǎn)品功能與應(yīng)用形態(tài)。

49、進(jìn)一步地，所述3d-tof成像系統(tǒng)的外殼上設(shè)置有多個(gè)（優(yōu)選4個(gè)）固定連接孔位，所述3d-tof成像系統(tǒng)通過多個(gè)（優(yōu)選4個(gè)）螺絲固定連接到相應(yīng)的使用區(qū)域，很大程度提高了使用的便利性，并且安裝操作簡單，并且可以進(jìn)行運(yùn)動的監(jiān)控，使用加速度傳感器可以在運(yùn)動或者靜止條件下動態(tài)調(diào)整攝像狀態(tài)與機(jī)器性能。

50、進(jìn)一步地，所述3d-tof成像系統(tǒng)的外部設(shè)置有外殼，所述外殼的結(jié)構(gòu)整體全密閉，優(yōu)選地，達(dá)到ip67級防水、防塵，防靜電。

51、優(yōu)選地，所述溫濕度傳感器與所述電池管理芯片信號連接。使用溫濕度傳感器對環(huán)境溫濕度進(jìn)行監(jiān)控，包括對充電溫度進(jìn)行監(jiān)控，例如，環(huán)境溫度高于45℃不充電，低于則恢復(fù)充電，溫度高于85℃則系統(tǒng)主動進(jìn)行斷電不工作模式，保護(hù)系統(tǒng)與設(shè)備，提高設(shè)備的可靠性與壽命。

52、本發(fā)明3d-tof成像系統(tǒng)使用壽命可達(dá)到10年?；趦?yōu)良的芯片處理性能，有效延長了設(shè)備的使用時(shí)間，并且根據(jù)需求可調(diào)節(jié)電源環(huán)境，可靠性高，適用于絕大部分高低溫、全球化的使用場景。并且可根據(jù)用戶使用需求，定制化完成對傳輸速率、訪問動態(tài)的設(shè)置，傳輸速率至少可達(dá)600?mhz，并可根據(jù)用戶的狀態(tài)應(yīng)用不同的電源環(huán)境。

53、本發(fā)明3d-tof成像系統(tǒng)可應(yīng)用于通過物聯(lián)網(wǎng)控制實(shí)現(xiàn)對環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測的場景，可充電使用，操作簡單，具有高性能，高速率，高效率，壽命長等優(yōu)勢。

54、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計(jì)算機(jī)程序，所述程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述所述的3d-tof成像方法的步驟。

55、本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)設(shè)備，所述計(jì)算機(jī)設(shè)備包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如上述所述的3d-tof成像方法的步驟。

56、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

57、本發(fā)明提供的3d-tof成像方法及系統(tǒng)通過對成像系統(tǒng)進(jìn)行多功能優(yōu)化，使用mcu主控芯片控制圖像傳感器拍攝環(huán)境中圖像，采用同步動態(tài)隨機(jī)存取內(nèi)存sdram作為存儲器可搭配高速小信號，采用成像芯片輸出成像數(shù)據(jù)，可搭配高速信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，以及搭配藍(lán)牙傳輸，不僅可進(jìn)行傳感器的讀取還可進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，實(shí)現(xiàn)高速、高性能、最佳實(shí)時(shí)響應(yīng)的低功耗、高靈敏適用于多場景的成像系統(tǒng)；可搭配高容量5200mah電池與太陽能充電，能夠?qū)崿F(xiàn)室外自動充電與充電器充電的多種功能，實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性、高壽命的產(chǎn)品使用性，滿足用戶日益增長的體驗(yàn)需求；并且開發(fā)簡單高效，配置靈活，對于多應(yīng)用場景的適用面更廣泛，系統(tǒng)可維護(hù)性和穩(wěn)定性好，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。