[0001] 本实用新型涉及数据压缩领域，特别是涉及D TOF数据压缩系统。

[0002] 随着3D、AR等技术发展，D TOF(Lidar，激光探测及测距系统)成为主流应用在安卓等各种手机。由于D TOF的原理是TCSPC(时间相关单光子计数法)，需要对每个SPAD像素进行千万次的触发信号采集，最终累积的数据在直方图进行处理。

[0003] 如果需要达到一定的距离精度，就需要非常多的数据进行直方图处理，而考虑到芯片里存储空间限制，数据传输时间帧率限制、功耗的限制，需要找到新的方法来压缩数据，否则会带来芯片面积过大，芯片内数据传输功耗过大，传输带来的芯片内部电信号噪声过大，芯片总功耗过大等一系列问题，存在一定缺陷。实用新型内容

[0004] 本实用新型的目的在于，提供D TOF数据压缩系统，实现对数据进行压缩，减小数据量。

[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型提供D TOF数据压缩系统，包括TDC(Time‑to‑Digital Converter，时间数字转换器)模块，所述TDC模块内部设有计数(Counter)模块与编码器(Encoder)模块，所述TDC模块内部设有多个VCO(压控振荡器)单元，所述VCO单元之间依次连接，且第一个所述VCO单元与最后一个所述VCO单元连接，所述VCO单元上均连接有可调偏置模块，所述可调偏置模块输入端连接有直方图、DSP模块，所述直方图、DSP模块输入端与所述TDC模块输出端连接。

[0006] 所述TDC模块上连接有用于向目标物体发射光信号的信号发射端，所述TDC模块上连接有用于接收目标物体反射回的光信号的信号发射端，所述TDC模块上连接有用于接收目标物体反射回的光信号的信号收集端，所述TDC模块上连接有用于对所述光信号进行处理的信号处理端。

[0007] 所述信号处理端根据光信号发出到收回的时间以及对应光信号强度构建直方图，所述直方图中光信号强度峰值为真实距离值。

[0008] 进一步的，所述VCO单元上设有至少5个引脚，分别为Vct端、Vin端、Von端、Vip端以及Vop端，所述Vct端与所述可调偏置模块输出端连接，所述Vct端连接有第一PMOS管，所述第一PMOS管的源极电源负极，所述第一PMOS管的漏极分别连接有两个第二PMOS管，两个所述第二PMOS管的栅极分别连接有Vop端与Von端，两个所述第二PMOS管的漏极分别连接有两个NMOS管，两个所述NMOS管的漏极均接地，两个所述NMOS管的栅极分别连接有Vin端与Vip端。

[0009] 进一步的，位于前一个所述VCO单元的Von端与下一个所述VCO单元的Vip端连接，且位于前一个所述VCO单元的Vop端与下一个所述VCO单元的Vin端连接。

[0010] 进一步的，所述可调偏置模块为带隙电压基准电路或低压差线性稳压器。

[0011] 本实用新型提供的D TOF数据压缩系统，实现对数据进行压缩，减小数据量。避免芯片面积过大、芯片内数据传输功耗过大、传输带来的芯片内部电信号噪声过大以及芯片总功耗过大。

[0023] 下面将结合示意图对本实用新型的D TOF数据压缩系统进行更详细的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

[0024] 在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

[0025] 如图1所示，本实用新型实施例提出了D TOF数据压缩系统，包括TDC模块1，所述TDC模块1内部设有Counter模块2与Encoder模块3，所述TDC模块1内部设有多个VCO单元4，所述VCO单元4之间依次连接，且第一个所述VCO单元4与最后一个所述VCO单元4连接，4个所述VCO单元4上均连接有可调偏置模块5，所述可调偏置模块5输入端连接有直方图、DSP模块6，所述直方图、DSP模块6输入端与所述TDC模块1输出端连接。

[0026] 图1中示意的VCO单元4的数量为4个，可以理解的是，根据实际需要，可以灵活调整其数量，本实用新型对此不做特别限定。

[0027] 由此，TDC模块1中多个VCO单元相连，行成多级电路，产生振荡，通过直方图、DSP模块6对peak值进行计算，根据peak值对可调偏置模块5进行调节，可调偏置模块5的输出电压进行调节，可调偏置模块5的输出电压输入至VCO单元4，对VCO单元4的频率进行控制，Counter模块2即为计数器模块，计数器是数字电路系统中最基本的功能模块之一，下载验证时的计数时钟可选用连续或单脉冲，并用数码管显示计数值；Encoder模块3即为编码器模块，可将信号(如比特流)或数据进行编制、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式，二者结合实现TDC的高、低位分辨率，避免了在目前的直方图中，时间轴每段分辨率都采用最高分辨率，芯片的存储空间与传输数据量巨大，导致芯片面积大、功耗过大、发热严重等问题。

[0028] 所述TDC模块1上连接有用于向目标物体发射光信号的信号发射端，所述TDC模块1上连接有用于接收目标物体反射回的光信号的信号收集端，所述TDC模块1上连接有用于对所述光信号进行处理的信号处理端。在本实施例中，信号发射端包括激光发射器，信号收集端包括SPAD阵列或硅光电倍增管，SPAD是一种具有高增益、高灵敏度等优点的探测器，广泛应用于核医学、高能物理、精密分析、激光探测与测量(Lidar)等领域，信号处理装置包括信号转换单元、用于将传感器阵列接收的光信号转换为模拟电信号的模拟前端以及用于对信号处理装置进行控制的控制单元。

[0029] 所述信号处理端根据光信号发出到收回的时间以及对应光信号强度构建直方图，所述直方图中光信号强度峰值为真实距离值。在本实施例中，信号处理端对光信号发出到收回的时间进行探测，并将其分为若干个时间区间，每个时间区间包括至少一个时间箱，同一时间区间内的时间箱相同，不同时间区间内的时间箱呈梯度式变化，按时序依次探测并处理各时间区间的光信号，根据时间箱以及各时间箱对应的光信号强度构建直方图，根据直方图中光信号强度峰值对应的时间箱，确定目标物体的真实距离值。

[0030] 所述VCO单元4上设有5个引脚，分别为Vct端、Vin端、Von端、Vip端以及Vop端，所述Vct端与所述可调偏置模块5输出端连接，所述Vct端连接有第一PMOS管7，所述第一PMOS管7的源极电源负极，所述第一PMOS管7的漏极分别连接有两个第二PMOS管8，两个所述第二PMOS管8的栅极分别连接有Vop端与Von端，两个所述第二PMOS管8的漏极分别连接有两个NMOS管9，两个所述NMOS管9的漏极均接地，两个所述NMOS管9的栅极分别连接有Vin端与Vip端。在本实施例中，如图2和图3所示，VCO单元4通过第一PMOS管7、第二PMOS管8以及NMOS管9的配合，从而形成环形振荡器，可通过Vct的调节实现VCO振荡频率的调节。

[0031] 位于前一个所述VCO单元4的Von端与下一个所述VCO单元4的Vip端连接，且位于前一个所述VCO单元4的Vop端与下一个所述VCO单元4的Vin端连接。在本实施例中，通过将4个VCO单元4首尾相连，使电路能产生振荡。

[0032] 所述可调偏置模块5为带隙电压基准电路、低压差线性稳压器、buffer(缓冲器)电路或DAC(数模转换电路)。在本实施例中，可调偏置模块5便于根据直方图、DSP模块6的计算结果对输出电压(即Vct)进行控制、调节，以便对VCO单元4的振荡频率进行调节。

[0033] Counter模块2、Encoder模块3和直方图、DSP模块6可以采用现有技术的产品，可以理解的是，本领域技术人员可以根据实际需要选择具体的型号。

[0034] 如图5与图6所示，苹果公司产品在进行数据传输时，在直方图中，时间轴每段分辨率都采用最高分辨率，芯片的存储空间与传输数据量巨大，导致芯片面积大、功耗过大、发热严重等问题，由此，采用相邻的小区域像素共用基底直方图，而细节直方图每个像素单独保存，D TOF中，只有peak值左右的信息是有效信息，peak值附近的完整数据对最终的2D、3D算法拟合起到有效帮助，因此将该段(如图7中的T0段)分辨率用最高分辨率存储、传输，是对系统有促进用处的，如图7中，peak值就是真实距离位置，该点所处的时间段T0段分辨率最高，因此具有最高的精度。在T0相邻的T1a、T1b时间段，分辨率稍微差点，因此可以减小数据量。再往两侧扩，T2a、T2b时间段，分辨率再变差，因此数据量更小，依次类推，距离peak值越远的时间段如T3a、T3b等，分辨率变得更差，所以存储数据量更小，避免了数据量过大，导致芯片面积过大，芯片内数据传输功耗过大，传输带来的芯片内部电信号噪声过大，芯片总功耗过大等问题。

[0035] 具体操作步骤如图4所示：先制作基底直方图：在像素阵列中选取若干个像素共用一套基底直方图；再制作细节直方图：对直方图中的真实距离peak值处附近的完整数据采用最高分辨率存储、传输；最后进行细节直方图叠加：对多个细节直方图进行平移叠加，共享存储空间。

[0036] 在制作基底直方图时，可使用行列数量相同的若干个相邻spad像素共用一套基底直方图，如图9所示，对于高分辨率TOF，通常相邻像素的直方图基底是一样的，只是细节有所不同，因此本发明采用相邻的小区域像素共用基底直方图，而细节直方图每个像素单独保存，因此既减小了存储空间，又不牺牲精度，图10所示为细节直方图；在制作细节直方图时，通过调节TDC频率实现直方图分辨率的调节，如图1所示，直方图、DSP模块6对peak值进行计算，根据peak值对可调偏置模块5进行调节，可调偏置模块5的输出电压进行调节，可调偏置模块5的输出电压输入至VCO单元4，对VCO单元4的频率进行控制，最终调整直方图不同时间段的不同分辨率，通过Counter模块2与Encoder模块3结合实现TDC的高、低位分辨率；在进行细节直方图叠加中，将每3*3个像素一组进行直方图平移、叠加，平移是不同时间点平移发射vcsel开启信号来实现错位，减小相应的存储空间(SRAM)，因此缩小了芯片面积。

[0037] 在工作时，通过直方图、DSP模块6对peak值进行计算，根据peak值对可调偏置模块5进行调节，可调偏置模块5的输出电压进行调节，可调偏置模块5的输出电压输入至VCO单元4，对VCO单元4的频率进行控制，再通过Counter模块2与Encoder模块3对peak值附近的数据调节至高频率，采用最高分辨率存储、传输，其余部分依次降低分辨率，减少芯片的存储量与传输功耗，同时保证传输的精度与分辨率，再将若干个细节直方图进行平移叠加，减少芯片的存储空间与芯片面积，避免数据传输时功耗过大等问题。

[0038] 显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。