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CN109100702A - 用于测量到对象的距离的光电传感器和方法 - Google Patents

用于测量到对象的距离的光电传感器和方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及用于测量到对象的距离的光电传感器和方法。提出测量到监测区域中的对象的距离的光电传感器，具有：光发射器，用于将单光脉冲发射到监测区域中；光接收器，具有在盖革模式下操作的至少一个雪崩光电二极管，用于接收从对象反射或漫反射的单光脉冲；单光飞行时间测量单元，用于确定作为相应的单光脉冲的发送时刻和其在雪崩光电二极管上的接收时刻之间的持续时间的单光脉冲的单光飞行时间；以及评估单元，被构造用于，根据多个单光飞行时间确定距离的共同测量值并估计在时间间隔中因背景事件预期有多少单光飞行时间，其中假定背景事件有呈指数下降的频率，且从其中有比预期显著更多的单光飞行时间的时间间隔中确定共同测量值。

Description

用于测量到对象的距离的光电传感器和方法
本发明分别涉及根据权利要求1或14的前序部分所述的用于测量到监测区域中的对象的距离的光电传感器和方法。
在测量距离的光电传感器中，除了单纯的对象检测之外，还确定到对象的距离。当传感器具有空间分辨率时，借助距离信息也会检测到三维图像或所谓的深度图。为此，扫描仪通过光束扫描监测区域，而3D相机也为其每个像素不是确定亮度信息而是确定距离信息或者除了亮度信息之外也确定距离信息。同时，像素也可以分别具有多个光敏元件，这些光敏元件共同对距离值做出贡献。
常见的用于距离测量的方法是光飞行时间测量。在这种情况下，发射短的光脉冲并测量直到接收到光脉冲的漫反射(Remission)或反射的时间。为了相对干扰事件和噪音影响获得较高的鲁棒性，例如从DE 10 2007 013 714 A1中已知，依次发射多个单光脉冲，将随后产生的接收信号集中在直方图中，然后共同进行评估，例如通过寻找直方图中的最大值，从该最大值推导出接收时刻。
这种直方图评估需要许多存储空间，因为测量区域中预期的总的光飞行时间被划分成箱子(Bins)，这些箱子的宽度至少接近期望的测量分辨率。如果距离测量将像3D相机中那样是有空间分辨率的，则该存储空间需求还会随着像素数量成比例增减，或者检测时间会因顺序地处理像素而大大增加以避免存储空间需求增加。特别地，这对发展诸如ASIC(专用集成电路)形式的低成本的集成评估模块是有阻碍的。大量的存储单元在所阐述的通过直方图的计数过程中是区域决定的并且也是速度限制的。
简单的光电二极管的检测灵敏度在许多应用中是不够的。在雪崩光电二极管(APD，Avalanche Photo Diode)中，入射光触发受控的雪崩击穿(雪崩效应)。因此，由入射光子产生的载流子成倍增加，并产生光电流，该光电流与光接收强度成比例，但比在简单的PIN二极管中的大得多。在所谓的盖革模式(Geiger-Modus)中，雪崩光电二极管被偏压(vorspannen)到击穿电压以上，使得即使由单光子释放的唯一一个载流子也可以触发雪崩，该雪崩然后由于场强高而招来所有可用的载流子。因此，雪崩光电二极管如所命名的盖革计数器一样计数单一事件。盖革模式下的雪崩光电二极管也被称为SPAD(单光子雪崩二极管)。
SPAD的高灵敏度也随之带来了缺点，因为在极限情况下，即使是单个干扰的光子或内部噪声事件也会提供如明显的有效信号一样的信号。此外，SPAD随后在一定的死区时间内不能响应，其中该死区时间在光飞行时间测量的短的时间尺度上实际上意味着，SPAD随后又在测量重复时才可用。用于光飞行时间测量的常规方法不考虑SPAD的这些特点。因此，虽然它们可以转移到SPAD光接收器上，但在此，通过SPAD的改善潜力仍未被使用。
因此，本发明的任务在于，改进使用SPAD光接收器进行的光飞行时间测量。
该任务通过根据权利要求1或14所述的用于测量到监测区域中的对象的距离的光电传感器和方法得以解决。使用光发射器发射单光脉冲，该单光脉冲在对象上反射或漫反射后在光接收器中被再次接收，并确定单光飞行时间。光接收器具有在盖革模式下操作的至少一个雪崩光电二极管或SPAD。为了获得可靠的距离测量值，测量多个单光飞行时间，并由此确定共同测量值。通过时间和/或地点获得统计数据，即通过使用多个连续的单光脉冲重复测量或通过具有在盖革模式下的多个雪崩光电二极管的光接收器，来获得统计数据。
本发明基于这一基本思想，即在区分测量事件和背景事件时考虑SPAD的特别的统计行为。在这种情况下，测量事件是由单光脉冲的光子引起的，而背景事件是雪崩的所有其他触发者，诸如暗噪声或外来光接收。在估计有多少单光飞行时间因背景事件而落入时间间隔中时，假定仍然可用的雪崩光电二极管呈指数下降。然后，剩余的雪崩光电二极管处于其死区时间中，雪崩光电二极管在该死区时间中还未充分从雪崩中恢复过来。为共同测量值所寻求的接收时刻位于具有比预期因背景事件引起的显著更多的单光飞行时间的时间间隔内。从而，首先使用对应于时间间隔的宽度的测量分辨率来确定共同测量值。在其它的评估步骤中可以细化测量分辨率。
本发明的优点在于，非常精确且与实际的外来光条件相协调地找到寻求的测量事件所位于的时间间隔。通常情况下，为此引入了静态阈值，该阈值相应地保守设置并因此导致灵敏度和射程宽度(Reichweite)有显著损失。测量的鲁棒性不仅针对外来光有所提高，而且对在传感器的生产和操作中遭受其它波动的传感器属性(诸如孔径、光发射器的强度)有所提高，从而对单光脉冲等有所提高。因此，开关型传感器对故障切换的倾向性降低。
如果多个依次布置的半透明的对象(诸如，玻璃板后面的对象)的距离大于所考虑的时间间隔，则可以将这些对象分辨出。也防止了当前景中的对象的光子和位于其后面的对象的光子落在光接收器时，距离值在有多个半透明或多个部分照明的对象的情况下，诸如在对象的边缘处失真。
此外，例如在ASIC中简化积分，并在那里占用更少的空间。除了明显降低的存储要求外，还可以依次确定并因此有效且准确地确定用于表征背景和接收时刻的基本参数。
优选地，评估单元被构造用于将发射单光脉冲之后的测量周期划分为多个时间间隔。这些时间间隔可以被理解成直方图的箱子(Bin)。优选地，这些箱子长度均等，以便简化模型化和计算。根据本发明，找出测量事件必须位于其中的时间间隔，因为在那里有比基于背景事件在统计上所预期的显著更多的单光飞行时间。在半透明的对象或箱子边缘处的测量事件的情况下，也可以给出多个这样的时间间隔。
时间间隔的持续时间或箱子宽度是能够在测量准确和成本之间找到平衡的参数。除了存储和计算成本外，还要考虑用于传输单光飞行时间以进一步评估所需的带宽。根据本发明的方法可以在这种传输之前使用，然后根据箱子宽度的设置实现大幅度的数据压缩。如已经提到的，可以在下游更准确地在所找到的时间间隔内确定接收时刻。通过快速找到相关区域，在同等的总计算能力下，提供了更多时间用于这种下游的细化评估，从而可以实现非常良好的整体性能。可替代地，在快速评估时会有非常高的测量速率。
优选地，评估单元被构造用于使用伯努利模型来估计单光飞行时间在时间间隔中的预期数量，其中给出了时间间隔中可能的单光飞行时间的最大数量和单光飞行时间由于背景事件而位于时间间隔内的背景概率。根据所考虑的关于发送时刻的时间间隔的开始，一定比例的雪崩光电二极管不再可用。在该时间间隔内，剩余的雪崩光电二极管有一定的概率仅因背景事件而激活。总共仍然可用的雪崩光电二极管和所提到的概率是伯努利模型的参数。预期值可以直接计算为其乘积。因此，根据伯努利模型，由于时间间隔中的背景事件预计会有很多单光飞行时间。
优选地，评估单元被构造用于根据伯努利模型计算标准偏差并从而评估时间间隔中是否有比预期显著更多的单光飞行时间。为了避免根计算，也可以使用方差来处理，该方差在这种背景下被理解成与标准偏差同义。使用上段中提到的两个参数可以非常简单地计算标准偏差。从中也可以得出与预期的显著偏差为标准偏差的多倍的鲁棒性标准。该标准动态且局部地适应于时间间隔，因此可以实现特别敏感且同时有鲁棒性的测量。
优选地，评估单元被构造用于通过将在时间间隔中所测量的单光飞行时间的数量与根据伯努利模型预期的时间间隔中的单光飞行时间的数量进行比较，来评估时间间隔中是否有比预期显著更多的单光飞行时间。在此，在时间间隔中所测量的单光飞行时间对应于在该时间间隔内所测量的触发概率，并且时间间隔中的单光飞行时间的预期数量对应于从伯努利模型导出的背景的触发概率。在该实施方式中，直接基于事件评估偏差的显著性(Signifikanz)。这样比使用标准偏差或方差更加不准确，但计算成本较低。
优选地，当在时间间隔中至此为止未确定比相对情况显著更多的单光飞行时间并且现在将确定比相对情况显著更多的单光飞行时间时，评估具有要求更强的显著性的滞后。这可以例如在开关型传感器上最好地理解，该传感器在一定距离范围内存在对象时切换。然后，对于从关闭(OFF)到打开(ON)的转换，相较于相反的转换，要求更大倍数的标准偏差，或者要求在时间间隔中所测量的事件和预期的事件之间的差异更大。
优选地，评估单元被构造用于，共同评估至少两个相邻的时间间隔以考虑接近时间间隔的边界的距离中的对象。测量结果也会遭受一定的变化(Streuung)，因此可以随机地在相邻的时间间隔中做出贡献(beitragen)。如果考虑到这种情况，则测量会变得更加具有鲁棒性。
优选地，评估单元被构造用于发射具有延迟的单光脉冲，以便在初始阶段内排除该单光脉冲的接收并估计在时间间隔中因背景事件预期有多少单光飞行时间。对此，通过测量来对假设关于背景事件的呈指数下降的频率参数化。延迟确保了在测量周期的初始时间段只有背景事件。这也可以通过在传感器前方的近场中考虑所有对象的最小距离来确保。另一种可替代方案是在未激活的光发射器上进行背景测量。
优选地，评估单元被构造用于确定描述在多个时间间隔内背景事件呈指数下降的频率的参数，确定这些参数的分位数，特别是中位数，以及基于对应于该分位数的参数进一步估计背景事件的频率。该方法的优点在于，在没有任何特别措施的情况下估计背景，通过这些措施排除测量事件。因此，没有附加测量或不受测量事件影响的时间段。
为此，确定用于表征多个箱子或者甚至全部箱子或者测量周期的时间间隔中的背景的至少一个参数。为了进行表征得出指数下降的时间常数或与其对应的变量。参数也直接决定了伯努利模型的背景概率。对于具有测量事件的箱子，参数部分地大大失真。如果单光脉冲的光斑仅可以落在部分雪崩光电二极管上，则测量事件绝不会涉及所有的雪崩光电二极管。因此，可以通过顺序统计，即在分位数且特别是中位数处截断(abschneiden)，来排除被测量事件失真的参数。在这种情况下必须确保，在评估中不考虑这样的时间间隔，即在其端部例如当外来光过高时或当信号强度非常高时可用的雪崩光电二极管的数量过少。
优选地，时间间隔中的参数根据在时间间隔中所测量的单光飞行时间与时间间隔中可能的单光飞行时间的最大数量的比来确定。在没有测量事件的情况下，在基于指数函数特性的理想的背景行为中，触发的雪崩光电二极管与每个时间间隔中仍然可用的雪崩光电二极管的比例是恒定的。具有测量事件的时间间隔通过分位数或中位数被排除在外，同时与单次测量相比，误差明显降低。因此，这是用于估计时间常数或与之等效的参数的简单且具有鲁棒性的方法。
优选地，光接收器具有在盖革模式下操作的多个雪崩光电二极管和与雪崩光电二极管单独或成组相关联的多个单光飞行时间测量单元。优选地，在这种情况下，雪崩光电二极管以线形或矩阵形布置。那么就有不同的互连变型。总的来说，雪崩光电二极管可以提供共同测量值。但也可以通过多个雪崩光电二极管成组分别确定共同测量值来获得空间分辨率。那么得出3D图像传感器，其有效的空间分辨率对应于组的数量，其中组的大小使空间分辨率、距离确定的准确性和测量时间的关系能够互换。在这种情况下，可选地针对每个雪崩光电二极管或只共同针对多个雪崩光电二极管测量单光飞行时间。单光飞行时间测量单元可以与某些雪崩光电二极管固定或可变地相关联。
优选地，单光飞行时间测量单元具有TDC(时间数字转换器)。这是已知的且相对简单的组件，该组件可以以高的时间分辨率来确定单光飞行时间。优选地，TDC在发送时刻启动，并在接收时刻被接收到的单光脉冲停止。
优选地，评估单元被构造用于为至少一些时间间隔确定相应的时间间隔中的单光飞行时间的平均值。该平均值可以用于改进在后续评估步骤中的测量分辨率。
优选地，评估单元被构造用于递归地通过细化其中有比预期显著更多的单光飞行时间的时间间隔，来以不断细化的分辨率确定共同测量值。通过根据本发明找出具有测量事件的时间间隔，在第一步骤中将测量分辨率限于时间间隔的宽度。通过仅在至此为止的共同测量值的局部环境中重复该方法，可以递归地提高测量分辨率。由此，只需对较小的时间范围进行评估，并将它用于此目的，即反过来用更细化的时间间隔进行处理，由此逐渐地提高测量分辨率。递归例如可以在预先给定数量的步骤或测量之后或者当实现期望的测量分辨率时中止。
根据本发明的方法可以以类似的方式进一步发展并同时显示出类似的优点。这种有利的特征在从属于独立权利要求的从属权利要求中示例性地但不详尽地进行描述。
附图说明
下面将示例性地根据实施方式并参考附图对本发明的其它特征和优点进行更详细的阐述。图中示出：
图1是用于根据一系列单光脉冲确定光飞行时间的测量核心的框图；
图2是使用单光脉冲测量的多个光飞行时间的示例性直方图；以及
图3是与背景事件的预期分布(白色)相比的、测量中的单光飞行时间的分布的示例性直方图(黑色)。
图1示出了用于通过测量光飞行时间来确定到监测区域12中的对象的距离的传感器10的简化框图。在图1中，传感器10在图1中被划分成上发送路径14和下接收路径16。这种划分不应隐含任何技术特征。本发明主要涉及接收路径16，从而对发送路径14可以设想任何已知的实现方式。发送路径14的元件可以是单独的组件，但也可以与接收路径16的元件一起集成在共同的组件上。
在发送路径14中使用脉冲发生器18产生短的单脉冲。脉冲形式、脉冲间歇和脉冲长度在此可以改变，例如用于编码或适配于周围环境条件。但为了本发明的利益，较简单地介绍均匀序列的单脉冲就足够了，这些单脉冲彼此间有足够的时间间隔，以便测量不会相互影响。光发射器20，例如LED或激光二极管，从电子发射信号产生相应的单光脉冲22，这些单光脉冲被发射到监测区域12中。如果单光脉冲22在那里遇到对象，则相应的反射的或漫反射的单光脉冲24返回到传感器10并落到光接收器26上，该光接收器从中产生电子的接收信号。
光接收器26具有未示出的雪崩光电二极管，特别是大量线形布置或矩阵布置的雪崩光电二极管。在这种情况下，可以获得空间分辨率并得出3D图像传感器，其中通过共同评估多个雪崩光电二极管可以在更准确地测量距离时实现空间分辨率减小。在极端情况下，所有雪崩光电二极管元件都用于确定共同测量值。如前简要所述，雪崩光电二极管在盖革模式下操作并且也被称为SPAD。雪崩光电二极管或APD(Avalanche Photo Diode)被偏压超过其击穿电压时，并且雪崩电流可以由单个光子触发。因此，SPAD极其敏感，但同时也容易产生测量误差，因为由SPAD确定的飞行时间可能会错误地归因于暗噪声或外来光光子的记录，然后可能会与对象的距离完全不相关。此外，雪崩后的雪崩光电二极管在死区时间内不再可用。用于通过表征和区分背景事件来评估多个背景事件的、根据本发明的统计方法适用于SPAD的这些特性。
作为第一评估步骤，单光飞行时间测量单元28确定在发射单光脉冲22和接收相关联的漫反射的单光脉冲24之间的各个单光飞行时间。可以设置多个单光飞行时间测量单元28，这些单光飞行时间测量单元固定地或动态地与特定的雪崩光电二极管或它们的组相关联。例如，为此设置了TDC块(时间数字转换器)，其中相应的TDC通过发射单光脉冲来启动并通过由相关联的雪崩光电二极管中的雪崩的产生的信号停止。TDC的操作方式是不固定的，例如，另一种可能的操作方式是所谓的共同停止模式(common stop mode)，其中雪崩光电二极管的信号启动相应的TDC并使所有的TDC例如在测量周期结束时被一起停下来。
其它的评估步骤在图1中未完整地示出，并且将在下面进一步参考图3进行更详细的阐述。大体上，首先将单光飞行时间集合在存储器30中。这已经可以综合性地完成，例如在具有箱子宽度的直方图中完成，该箱子宽度是在考虑到期望的分辨率和存储需求的情况下选择的，或直接连续地形成一定的统计变量，诸如平均值、每个箱子的平均值或单光飞行时间的数量等。然后，单光飞行时间一起在测量值块32中进行评估，以便最终获得到对象的距离。
在优选的实施方式中，至少接收路径16被集成在ASIC上。在这种情况下，可以一方面设置用于光接收器26的几个块并在另一方面设置评估电路28、30、32。然而，优选地，至少相应的单光飞行时间测量单元28被直接布置在光接收器26上，并且使用各个雪崩光电二极管或它们的组形成智能像素。累加器30和测量值块32也可以被集成到这些像素中。然后，上级控制装置决定是否以及如何空间分辨地使用像素的测量结果或再次将其平均。在另一实施方式中，使用FPGA(现场可编程门阵列)，在该FPGA上实现累加器30和/或测量值块32，并且在需要时也实现单光飞行时间测量单元28。
图1仅示出了与实际测量相关的光电传感器10的组件。其它在实践中需要的且自身已知的元件，如发送光学器件或接收光学器件，为了清楚起见已省略。传感器10可以是简单的扫描仪，该扫描仪在轴上测量对象距离，然后例如输出关于距离的连续的数值，或者传感器10充当开关，该开关的开关状态根据在预先给定的距离范围内存在或不存在的对象而切换。扫描仪的轴可以通过相应的旋转镜或作为整个旋转的测量头在旋转移动上偏移，然后形成扫描仪。传感器10的另一示例性的实施方式是3D相机。
图2示出了多个单光飞行时间的示例性直方图以进行图示。在此，X轴上的箱子是可能的光飞行时间的时间间隔，在这里是任意单位和高分辨率的时间间隔，即具有小的箱子宽度的时间间隔。Y轴表示检测到的单光飞行时间的相关数量。因此，总之，该直方图是测量的单光飞行时间的分布。
在本实施例中，直方图示出了清楚的最大值，该最大值用肉眼识别出大约在第270个箱子中并且清晰地从由暗噪声、外来光和其它干扰影响引起的单光飞行时间的背景中突出出来。可以通过阈值评估找到最大值，并从中确定对象的距离。然而，高分辨率的直方图需要相当大的存储要求，特别是在设想这样的直方图必须对于每个像素被存储在3D图像传感器中的情况下。此外，图2中的情况非常简单，因为最大值非常明显地从背景中突显出来。在实际测量中，特别是当对象漫反射弱或距离遥远时，就绝不是这种情况了。
因此，根据本发明，进行特别的评估，该评估在考虑到SPAD的特别性质的情况下表征背景并在与该背景有显著偏差的基础上定位测量事件。优选地，这也不在完整的高分辨率的直方图上完成，以便可以使用明显较少的资源(诸如存储空间、计算能力和用于数据传输的带宽)来执行评估。然后，首先仅使用对应于较大箱子宽度的分辨率来确定测量值。可选地，然后可以仅在测量值的局部环境中进行其他测量和/或评估，以提高分辨率。例如，可以递归地应用根据本发明的方法，其中在步骤k中所发现的范围是第(k+1)次测量的总范围，如有必要增加安全缓冲。
图3示出了示例性的直方图，该直方图不以其全部分辨率存储，而是仅以测量周期被粗略地划分为的NS个时间间隔或箱子存储。在该示例中，NS＝8是从ti到ti+1的不相交的等距的时间范围。对于每个箱子，至少存储单光飞行时间或事件的数量Ni+1，0≤i<NS，它们落入到箱子中并从而落入从ti到ti+1的时间间隔中。该数量也是在图3中Y轴上绘制的变量，其中黑色条示出了具有对象的示例性测量，而相比之下，白色条示出了无对象或无从光发射器20发射的单光脉冲22的测量，即示出了背景。可以对箱子确定并存储其它变量，例如箱子中的单光飞行时间的平均值mi+1。
直方图产生自数量为NM的测量，其中分别发射单光脉冲22并接收漫反射的单光脉冲24，更确切地说是在NP个雪崩光电二极管中进行，使得总共高达N0＝NMNP个测量事件的池是可用的。相应的单光飞行时间被分配给箱子并在那里增加数量(频率、计数)。
如在图3的示例中可以清楚地看到的那样，测量信号增加相关联的箱子(这里是第三箱子)中的数量。然而，绝对数量几乎不比第一箱子中高，测量信号对此根本没有贡献。因此，绝对阈值可能不是使用测量信号找到箱子的好方法。因此，根据本发明，估计并考虑每个箱子的预期背景。因此，评估必须有两个主要步骤：表征背景和识别与预期背景的显著偏差。由此，在图3的示例中可以追踪第三箱子。因此，在箱子的时间边界内得出关于检测到的对象的距离的测量值。也可以设想在所找到的箱子内加入更准确的测量或评估。
为了表征背景，假定诸如图3中的白色条所示的呈指数下降。为了确定呈指数下降的参数，可以在关闭的光发射器20中引入局部模型或测量，这将在下面进行更详细的阐述。因此，呈指数下降引起SPAD在雪崩后有死区时间，因此分别可用于相关联的箱子的剩余部分和后续箱子的雪崩光电二极管的总量(Population)相应地减小。在这种情况下，除了用于在雪崩后进行恢复的实际未激活的时间外，死区时间还可以有电路技术的原因，诸如光飞行时间测量的配置(具有“先存储事件直到复位”的TDC)。
为此，如果对背景有期望，则可以识别出箱子中的单光飞行时间增加的数量Ni并以参数Si的形式来量化。如果Si超过优选在箱子内单独确定的阈值SD，则在相应的箱子中检测到对象。也可以有多个Si≥SD的节段。那么，这对应于在边缘命中(Kantentreffern)或半透明的对象情况下的多目标检测，并且优选地只进一步考虑子集，诸如最大的Si，其满足条件Si≥SD(“最强对象信号”)，或者只考虑具有最小索引i的Si，其满足条件Si≥SD(“最接近的对象”)。测量信号的最大值紧靠在两个箱子的边界旁边或边界上，并因此对两个相邻的箱子提供贡献。因此优选地，对相邻的箱子一起进行考虑，以便即使在这种情况下也确保稳定的评估和高的准确度。这可以早在计算参数Si时就考虑到了。
若如图3中所见，在最大值之后的第四箱子中的单光飞行时间的数量急剧减少并且明显位于背景之下。这是因为检测到最大值的雪崩光电二极管在这之后由于已经提到的死区时间而不再可用。接着是在其它箱子上的对应于背景的呈指数下降，但下降到较低的水平。因此，可替代地或另外地，具有最大值的箱子也可以被识别为其中光飞行时间的数量急剧下降到背景之下的箱子(这里指第四箱子)的先行者。
为此，粗略地解阐述了表征背景和识别显著偏差这两个主要步骤。结果是识别出接收时刻落入其中的箱子(ROI，感兴趣的区域)。因此，通过箱子的时间边界也在直方图的分辨率的范围内确定光飞行时间。接下来可以是基于找到的箱子和可能该箱子的邻居的信息的更准确的评估，以便在迭代或非迭代的方法中在测量技术或计算上更准确地确定接收时刻。为此，例如可以使用所找到的箱子及其邻居的信息Ni，Ni+1，mi和mi+1。在可能的实施中，例如可以将所找到的箱子i的平均值mi用作距离值。因此，测量值块32或另一评估电路应该也可以确定这些平均值。也可以继续测量或重复测量，但现在仅在先前测量的距离的环境下并以更好的分辨率来形成直方图。在确定了对象距离的共同测量值之后可以接着测量重复，以便随后从n个测量值形成平均值或中值。
下面将在示例性的实施方式中详细地介绍这两个主要步骤。
表征背景
由于SPAD的死区时间，假定背景至少部分地遵循指数分布。其参数应从单光飞行时间并且特别从直方图中来确定，如图3中示例性所示。
一种方法在于确保直方图的至少一些箱子没有测量事件。为此，可以在未激活的光发射器20上执行单独的测量。然后，所有的NS个箱子只包含关于背景的信息。为了避免单独的测量，还可以设想首先以相对于光接收器26的一定的延迟来激活光发射器20，然后以此确保第一箱子仅检测背景事件。通过对象必须遵守到传感器10的定义的最小距离可以实现相同的结果，然后可以省略光发射器20的延迟激活。
在这种情况下，隐含地假定雪崩光电二极管分别仅针对测量而被激活，例如仅通过施加高于击穿电压的偏置电压来激活。否则，即使在测量开始时，不容忽视的部分雪崩光电二极管也处于死区时间阶段中。为此，测量和这里描述的方法仍然是可能的，但是可用的雪崩光电二极管的总量NP可能会有效地降低，并且传感器10可能不必要地失去灵敏性。
虽然从仅由背景事件填充的箱子来确定背景在概念上特别合理。但也可以从具有测量事件的直方图中来估计背景，这样做的优点是，不需要用于确定背景的单独测量时间。此外，在短时间尺度上的任何背景波动都会失去影响，因为背景的确定和测量均基于相同的数据。
在用于动态背景估计的相应实施方式中，对NB(NB≤NS)个箱子的背景参数进行估计，首先不管来自具有测量事件的箱子的背景参数本身对此不适合这一事实。NS表示所有箱子的数量。NB的选择是背景估计的准确性和计算成本之间权衡的结果。NB个箱子的准确选择不重要：例如，经常选择NS个箱子的每第q(1≤q)个箱子，或选择前q个箱子。为了表征背景，使用顺序统计。具体来说，可以为针对背景估计的参数的NB形成分位数。例如，假设由光发射器20发射的单光脉冲22作用在其上的NB个箱子的部分小于NB/2，则可以通过形成关于背景的所有NS个估计的值的中值来确定背景。如果期望一定比例a的NB区域由于监测区域12中的对象的存在而不仅只被背景影响，则也可以选择不是中位数的另一个分位数，例如选择(50％-a/2)-分位数，以便对该比例a进行补偿。优选地，在该方法中应排除这些区域，在这些区域的时间终点处例如由于有效信号或外来光过强而不再有足够的雪崩光电二极管可用于局部的背景估计。
无信号光子的背景通过以下指数分布来描述：
F(Bin)＝N0exp(-decayBackground*Bin)，
其参数N0＝NMNP从一开始就已知为发射的单光脉冲22的数量NM和同时可用多个雪崩光电二极管确定的单光飞行时间的数量NP的乘积。参数decayBackground，即呈指数下降的时间常数，由诸如暗噪声和外来光的因素决定，并由直方图确定。在这一点上应该指出的是，箱子的时间划分不必是固定的，而是可以自适应地进行调整，而且在整个背景中也不必全局地采用相同的分布函数。只有这一点是决定性的，即可以局部地(即在少数几个箱子的环境中)通过几个参数来表征背景，并且可以根据上述的测量场景来确定这些参数。
也可以设想直接估计decayBackground并使用它，但这样做的缺点是，需要进行复杂的对数计算。由于指数分布，由背景事件触发的雪崩和仍然可用的雪崩光电二极管的比例一直都是恒定的(指数函数的标度自由度)。即使在相应的箱子中，这也适用于等距的时间划分，噪声和离散化伪像除外。该比例可以通过对每个箱子进行非常少的工作来计算，以便局部地表征指数分布并因此优选使用。
因此，Fi是在ti-1时刻之前还未激活的雪崩光电二极管的数量。这对应于箱子中的最大可能的测量事件的数量N0减去以前箱子的累计的数量。然后，为每个箱子计算表征指数下降的比例：
pTrigger[Bin]＝(Anzahl[Bin]+Regularisierung)/Fi[Bin]。
为避免除法，可以将查找表与乘法结合使用。附加项“Regularisierung(正规化)≥0”用于减少离散化伪像。在实践中，可以选择“Regularisierung＝1”或该数量级的值。
如上所述，可以应用也包含测量事件的直方图。然后优选地，通过矩阵pTrigger[Bin]形成分位数，特别是中值pTriggerMedian。如果只有无测量事件的箱子，则也可以替代性地使用诸如平均值的另一共同度量，并且原则上每个单独的pTrigger[Bin]是用于表征背景的估计值。
识别与背景的显著差异
评估与背景的差异的基础是实际上在箱子内测量的单光飞行时间的数量与基于背景预期的单光飞行时间的数量的差异。这在图3的示例中可以立即理解为黑色条区分于白色条的部分。但是这种考虑也可以同时延伸到一些相邻的箱子上。背景的比较值(白色条)可以源自在未激活的光发射器20上进行的参考测量，或者根据前面部分所阐述的指数分布来估计背景的比较值。具体而言，为此仅必须计算pTriggerMedian*Fi[Bin]。
在简单的实施方式中，可以将相应的差异与绝对阈值进行比较。更准确的是相对阈值，该相对阈值例如要求一定比例的N0，Fi[Bin](白色条)或Anzahl[Bin](黑色条)。
然而优选地，该评估基于伯努利模型。光接收器26被理解成统计系统，其雪崩光电二极管被指定了二进制状态，即它们是否触发了雪崩。伯努利模型的参数n、p是已知的，因为总共在箱子中仍然有Fi[Bin]个雪崩光电二极管可用，并且它们分别以概率pTriggerMedian被激活。
因此，平均值expValue和标准偏差stdev计算如下：
expValue(i)＝pTriggerMedian*Fi[Bin]；
stdev(i)＝sqrt(Fi[Bin]*pTriggerMedian*(1-pTriggerMedian))；
为了进行有效的计算，可以借助查找表来确定Fi[Bin]的根。项sqrt(pTriggerMedian*(1-pTriggerMedian))独立于各个箱子，因此仅必须计算一次。
为此，现在通过标准偏差提供动态调整的局部的阈值标准。还必须预先给定统计相关性sigmaPrefactor，即对应于期望的显著性的标准偏差的倍数。然后，局部阈值在Si＝expValue(i)+sigmaPrefactor*stdev(i)处。如果没有超过阈值的箱子，则将其评估为无对象的监测区域12。
为了减少计算成本，可以将该方法简化：例如，可以将预期值和/或第一箱子的标准偏差用于所有箱子来确定阈值，从而得出Si＝expValue(i)+sigmaPrefactor*stdev(i＝1)、Si＝expValue(i＝1)+sigmaPrefactor*stdev(i)或者Si＝expValue(i＝1)+sigmaPrefactor*stdev(i＝1)为可能的阈值。最后的情况对应于每次测量的动态调整的阈值，但它对于所有箱子来说都是相同的。
在更进一步简化的实施方式中，省略标准偏差的计算，并且该阈值仅基于伯努利模型的参数预期值expValue(i)和触发概率pTrigger[bin]以及背景触发概率pTriggerMedian来确定。对显著性的定义可以在该简化中例如是Si＝(pTrigger[Bin]–pTriggerMedian)/(pTriggerMedian+Regularisierung)，这通过乘以Fi[Bin]等价于Si＝(Anzahl[Bin]–expValue(i))/(expValue(i)+Regularisierung)，或差值Si＝pTrigger[Bin]-pTriggerMedian。
然而，优选的实施方式是基于预期值expValue(i)和标准偏差stdev(i)的每个箱子的所描述的动态阈值，因为只有在这种情况下才正确考虑了可用的雪崩光电二极管Fi的减少以及与之相关联的统计波动的调整。
特别是在根据是否在一定的距离范围内检测到对象而变换二进制的开关状态的开关型传感器10中，可以使统计相关性sigmaPrefactor仍然取决于之前是否检测到了对象。这对应于确保具有鲁棒性的开关行为的开关滞后。因此，根据当前状态ON＝“检测到对象”或OFF＝“未检测到对象”使用SIGMA-OFF-TO-ON或SIGMA-ON-TO-OFF来替代统一的sigmaPrefactor。典型值是大约为12的SIGMA-OFF-TO-ON，大约为6的SIGMA-ON-TO-OFF。对其它所描述的无sigmaPrefactor的Si的实施方式来说，滞后可以直接涉及Si。
已经多次提到，测量事件的最大值可以接近两个箱子之间的边界。因此，在优选的实施方式中，一起评估两个或更多个相邻的箱子。然后，为了比较，将所测量的一起考虑的箱子的单光飞行时间加起来。此外，pTriggerMedian用值2*pTriggerMedian–pTriggerMedian*pTriggerMedian来替代或者在较粗略的近似中简单地用2*pTriggerMedian来替代。后面的值适用于两个相邻的箱子，并且在更多共同评估的箱子的情况下相应地进行修改。顺便说一下，多个箱子的平均值可以非常简单地计算为各个箱子的相应参数Ni和mi的加权的平均值。因此，如果将相邻的箱子一起进行评估，则平均值也可用于可能的下游更准确的评估。
至此为止，主要在伯努利模型的框架内讨论了背景。然而，在不考虑伯努利模型的情况下来确定测量值也是可能的，例如通过与呈指数背景进行比较。在这种情况下，可能的实施方式是应用时间常数decayBackground的和值Fi。在这里，Fi不仅包括背景，而且还包括潜在的测量事件，此外还类似于如上来进行定义。在考虑两个相邻的节段时，借助参数S(i)＝-(2decayBackground+log(Fi+1/Fi-1))或S(i)＝-(2decayBackground+log(Fi+1/Fi-1))/(2decayBackground+Regularisierung)获得例如质量标准。decayBackground前面的因子2对应于所考虑的范围的宽度，该宽度又被发现作为指数i+1和i-1的差。如果Si超过阈值SD，则在箱子i的环境中检测到对象，并从而确定测量值。在此，阈值优选被设计为具有对应于先前的检测状态的滞后。
在此，参数S(i)没有考虑在Fi变小时对商Fi+1/Fi-1的统计波动的增加。因此，将统计波动的变化作为Fi变化结果计算在内的表征是优选的，正如上面描述的伯努利模型，但如上所述不是唯一的可行方案。

Claims (14)

1.一种用于测量到监测区域(12)中的对象的距离的光电传感器(10)，所述光电传感器具有：光发射器(20)，其用于将单光脉冲(22)发射到所述监测区域(12)中；光接收器(26)，其具有在盖革模式下操作的至少一个雪崩光电二极管，用于接收从对象反射或漫反射的单光脉冲(24)；单光飞行时间测量单元(28)，其用于确定作为相应的单光脉冲(22)的发送时刻和该相应的单光脉冲在雪崩光电二极管上的接收时刻之间的持续时间的单光脉冲(22，24)的单光飞行时间；以及评估单元(30，32)，所述评估单元被构造用于，根据多个单光飞行时间确定所述距离的共同测量值，
其特征在于，
所述评估单元(30，32)还被构造用于估计在时间间隔中因背景事件预期有多少单光飞行时间，其中，假定背景事件有呈指数下降的频率，并且从其中有比预期显著更多的单光飞行时间的时间间隔中确定所述共同测量值。
2.根据权利要求1所述的传感器(10)，其中，所述评估单元(30，32)被构造用于，将在发射单光脉冲(22)之后的测量周期划分成多个时间间隔。
3.根据权利要求1或2所述的传感器(10)，其中，所述评估单元(30，32)被构造用于，使用伯努利模型估计时间间隔中预期的单光飞行时间的数量，在所述伯努利模型中引入了所述时间间隔中可能的单光飞行时间的最大数量和单光飞行时间由于背景事件而位于所述时间间隔中的背景概率。
4.根据权利要求3所述的传感器(10)，其中，所述评估单元(30，32)被构造用于，根据所述伯努利模型计算标准偏差并从而评估时间间隔中是否有比预期显著更多的单光飞行时间。
5.根据权利要求3所述传感器(10)，其中，所述评估单元(30，32)被构造用于，通过将在时间间隔中所测量的单光飞行时间的数量与根据所述伯努利模型预期的在时间间隔中的单光飞行时间的数量进行比较来评估时间间隔中是否有比预期显著更多的单光飞行时间。
6.根据权利要求4或5所述的传感器(10)，其中，当在时间间隔中至此为止还未确定比相对情况显著更多的单光飞行时间，并且现在将确定比相对情况显著更多的单光飞行时间时，所述评估具有要求更强的显著性的滞后。
7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述评估单元(30，32)被构造用于，共同评估至少两个相邻的时间间隔以考虑在接近时间间隔的边界的距离处的对象。
8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述评估单元(30，32)被构造用于，发射具有延迟的单光脉冲(22)，以便在初始阶段排除所述单光脉冲的接收并估计在时间间隔中因背景事件预期有多少单光飞行时间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述评估单元(30，32)被构造用于，确定用于描述背景事件在多个时间间隔内呈指数下降的频率的参数，确定这些参数的分位数，特别是中位数，以及将对应于所述分位数的参数作为背景事件的频率的进一步估计的基础。
10.根据权利要求9所述的传感器(10)，其中，时间间隔中的所述参数根据在所述时间间隔中所测量的单光飞行时间与在所述时间间隔中可能的单光飞行时间的最大数量的商来确定。
11.根据前述权利要求任一项所述的传感器(10)，其中，所述光接收器(26)具有在盖革模式下操作的多个雪崩光电二极管和与所述雪崩光电二极管单独或成组方式相关联的多个单光飞行时间测量单元(28)，所述单光飞行时间测量单元特别地具有至少一个TDC。
12.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述评估单元(30，32)被构造用于，针对至少几个时间间隔确定相应的时间间隔中的所述单光飞行时间的平均值。
13.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述评估单元(30，32)被构造用于，递归地通过细化其中有比预期显著更多的单光飞行时间的时间间隔来以不断细化的分辨率确定所述共同测量值。
14.一种用于测量到监测区域(12)中的对象的距离的方法，其中，将单光脉冲(22)发射到所述监测区域(12)中，使用光接收器(26)的在盖革模式下操作的至少一个雪崩光电二极管再次接收从所述对象反射或漫反射的单光脉冲(24)，测量作为单光脉冲(22)的发送时刻和该单光脉冲在雪崩光电二极管上的接收时刻之间的持续时间的单光飞行时间，以及根据多个单光飞行时间确定所述距离的共同测量值，
其特征在于，
估计在时间间隔中因背景事件预期有多少单光飞行时间，其中，假定背景事件有呈指数下降的频率，并且从其中有比预期显著更多的单光飞行时间的时间间隔中确定所述共同测量值。
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Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110221272A (zh) * 2019-05-09 2019-09-10 深圳奥比中光科技有限公司 时间飞行深度相机及抗干扰的距离测量方法
CN110596725A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 深圳奥锐达科技有限公司 基于插值的飞行时间测量方法及测量系统
CN110596724A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 深圳奥锐达科技有限公司 动态直方图绘制飞行时间距离测量方法及测量系统
CN110596723A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 深圳奥锐达科技有限公司 动态直方图绘制飞行时间距离测量方法及测量系统
CN111521991A (zh) * 2019-01-17 2020-08-11 意法半导体(格勒诺布尔2)公司 接近检测设备和方法
CN111751831A (zh) * 2019-03-27 2020-10-09 Ibeo汽车系统有限公司 用于光学距离测量的方法及设备
CN112255638A (zh) * 2020-09-24 2021-01-22 奥诚信息科技(上海)有限公司 一种距离测量系统及方法
CN112558096A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 深圳市灵明光子科技有限公司 一种基于共享内存的测距方法、系统以及存储介质
CN113614567A (zh) * 2019-04-30 2021-11-05 宝马股份公司 用于确定从发射器至接收器的距离的装置
CN113631956A (zh) * 2019-03-22 2021-11-09 ams国际有限公司 飞行时间到距离计算器
CN113661407A (zh) * 2019-04-02 2021-11-16 ams国际有限公司 测量飞行时间传感器中的光学串扰的方法和对应的飞行时间传感器
WO2021248892A1 (zh) * 2020-06-12 2021-12-16 深圳奥锐达科技有限公司 一种距离测量系统及测量方法
CN114729998A (zh) * 2019-10-17 2022-07-08 阿尔戈人工智能有限责任公司 包括具有多次返回能力的像素的基于盖革模式雪崩光电二极管的接收器的lidar系统

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017113675B4 (de) * 2017-06-21 2021-11-18 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Messung der Entfernung zu einem Objekt
EP3683599B1 (de) * 2019-01-16 2022-06-22 Ibeo Automotive Systems GmbH Verfahren und vorrichtung zur optischen abstandsmessung
US11733384B2 (en) 2019-02-20 2023-08-22 Samsung Electronics Co., Ltd. Single pass peak detection in LIDAR sensor data stream
US11579256B2 (en) * 2019-07-11 2023-02-14 Microvision, Inc. Variable phase scanning lidar system
US11644553B2 (en) 2020-04-17 2023-05-09 Samsung Electronics Co., Ltd. Detection of reflected light pulses in the presence of ambient light
DE102022113233A1 (de) 2021-06-02 2022-12-08 Ifm Electronic Gmbh Lichtlaufzeitkamera mit SPAD-Lichtlaufzeitpixel
JP2024120613A (ja) * 2023-02-24 2024-09-05 キヤノン株式会社 測距装置、測距方法及びプログラム

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007013714A1 (de) * 2007-03-22 2008-10-02 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Messung einer Entfernung oder einer Entfernungsänderung
CN102576071A (zh) * 2009-09-11 2012-07-11 罗伯特·博世有限公司 具有可活动抑制的光子敏感元件、尤其spad的光子探测器、以及具有这种光子探测器的距离测量设备
CN102667521A (zh) * 2009-12-22 2012-09-12 莱卡地球系统公开股份有限公司 高精度距离测量装置
JP2014077658A (ja) * 2012-10-09 2014-05-01 Toyota Central R&D Labs Inc 光学的測距装置
CN105043539A (zh) * 2014-04-23 2015-11-11 罗伯特·博世有限公司 用于运行光电探测器的方法和装置
US20160033644A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Stmicroelectronics (Research & Development) Ltd. Time of flight determination

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010149593A1 (en) * 2009-06-22 2010-12-29 Toyota Motor Europe Nv/Sa Pulsed light optical rangefinder
GB2486668A (en) * 2010-12-22 2012-06-27 St Microelectronics Res & Dev Real-time processing method and system for an optical range finder
EP2469301A1 (en) * 2010-12-23 2012-06-27 André Borowski Methods and devices for generating a representation of a 3D scene at very high speed
US10721171B2 (en) * 2013-06-24 2020-07-21 Vecima Networks Inc. Data transfer system and corresponding methods
EP3185038B1 (de) * 2015-12-23 2018-02-14 Sick Ag Optoelektronischer sensor und verfahren zur messung einer entfernung
DE102017113675B4 (de) * 2017-06-21 2021-11-18 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Messung der Entfernung zu einem Objekt
DE102017113674B4 (de) * 2017-06-21 2019-03-28 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Messung der Entfernung zu einem Objekt
US10637485B2 (en) * 2018-03-30 2020-04-28 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne (Epfl) Oscillator arrangement for time-to-digital converter for large array of time-of-flight image sensor devices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007013714A1 (de) * 2007-03-22 2008-10-02 Sick Ag Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Messung einer Entfernung oder einer Entfernungsänderung
CN102576071A (zh) * 2009-09-11 2012-07-11 罗伯特·博世有限公司 具有可活动抑制的光子敏感元件、尤其spad的光子探测器、以及具有这种光子探测器的距离测量设备
CN102667521A (zh) * 2009-12-22 2012-09-12 莱卡地球系统公开股份有限公司 高精度距离测量装置
JP2014077658A (ja) * 2012-10-09 2014-05-01 Toyota Central R&D Labs Inc 光学的測距装置
CN105043539A (zh) * 2014-04-23 2015-11-11 罗伯特·博世有限公司 用于运行光电探测器的方法和装置
US20160033644A1 (en) * 2014-07-31 2016-02-04 Stmicroelectronics (Research & Development) Ltd. Time of flight determination

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ADAM B. MILSTEIN等: "Acquisition algorithm for direct-detection ladars with Geiger-mode avalanche photodiodes", 《APPLIED OPTICS，OPTICAL SOCIETY OF AMERICA》 *
MAIK BEER等: "Dead Time Effects in the Indirect", 《2017 IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON CIRCUITS AND SYSTEMS》 *

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111521991A (zh) * 2019-01-17 2020-08-11 意法半导体(格勒诺布尔2)公司 接近检测设备和方法
CN113631956A (zh) * 2019-03-22 2021-11-09 ams国际有限公司 飞行时间到距离计算器
CN111751831A (zh) * 2019-03-27 2020-10-09 Ibeo汽车系统有限公司 用于光学距离测量的方法及设备
CN113661407A (zh) * 2019-04-02 2021-11-16 ams国际有限公司 测量飞行时间传感器中的光学串扰的方法和对应的飞行时间传感器
CN113614567A (zh) * 2019-04-30 2021-11-05 宝马股份公司 用于确定从发射器至接收器的距离的装置
CN110221272A (zh) * 2019-05-09 2019-09-10 深圳奥比中光科技有限公司 时间飞行深度相机及抗干扰的距离测量方法
CN110596725A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 深圳奥锐达科技有限公司 基于插值的飞行时间测量方法及测量系统
CN110596724A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 深圳奥锐达科技有限公司 动态直方图绘制飞行时间距离测量方法及测量系统
CN110596723A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 深圳奥锐达科技有限公司 动态直方图绘制飞行时间距离测量方法及测量系统
CN110596723B (zh) * 2019-09-19 2023-03-14 深圳奥锐达科技有限公司 动态直方图绘制飞行时间距离测量方法及测量系统
CN110596725B (zh) * 2019-09-19 2022-03-04 深圳奥锐达科技有限公司 基于插值的飞行时间测量方法及测量系统
CN114729998A (zh) * 2019-10-17 2022-07-08 阿尔戈人工智能有限责任公司 包括具有多次返回能力的像素的基于盖革模式雪崩光电二极管的接收器的lidar系统
WO2021248892A1 (zh) * 2020-06-12 2021-12-16 深圳奥锐达科技有限公司 一种距离测量系统及测量方法
CN112255638A (zh) * 2020-09-24 2021-01-22 奥诚信息科技(上海)有限公司 一种距离测量系统及方法
CN112255638B (zh) * 2020-09-24 2024-05-03 奥诚信息科技(上海)有限公司 一种距离测量系统及方法
CN112558096B (zh) * 2020-12-11 2021-10-26 深圳市灵明光子科技有限公司 一种基于共享内存的测距方法、系统以及存储介质
CN112558096A (zh) * 2020-12-11 2021-03-26 深圳市灵明光子科技有限公司 一种基于共享内存的测距方法、系统以及存储介质

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