基于皮秒级精度可编程延时控制器的新型3D-TOF CMOS视觉传感系统关键问题的研究

项目名称： 基于皮秒级精度可编程延时控制器的新型3D-TOF CMOS视觉传感系统关键问题的研究

项目编号： No.61273284

项目类型： 面上项目

立项/批准年度： 2013

项目学科： 自动化技术、计算机技术

项目作者： 徐和根

作者单位： 同济大学

项目金额： 80万元

中文摘要： 本研究提出了一种基于皮秒级精度可编程延时控制器的新型3D-TOF CMOS视觉传感系统，与传统3D-TOF视觉传感器相比，该方案可将距离测量精度到提高到1mm、并有效提高3D成像速度、缓解数据传输带宽瓶颈、消除距离测量精度与测量范围之间相互制约、减少背景光及图像传感器光电特性的非线性对成像质量的影响、减小系统的电路规模、降低成本。课题将对该系统中的诸于皮秒级精度可编程延时控制器的实现、3D-TOF CMOS图像传感像素单元的结构、增加填充因子、提高灵敏度、消除FPN噪声、片段帧生成及3D图像的合成方式等关键问题和技术难点进行深入分析和研究，同时展开前端传感模块的IC电路设计、版图设计及工程样片流片，系统电路板设计、布局布线及制作，搭建实验平台对IC样品及系统进行综合性能测试，并对该方案进行验证和评定。本研究对推动3D-TOF视觉传感器的发展，促进在3D影像领域的广泛应用具有重要意义。

中文关键词： 光飞行时间；3D视觉；同时定位与地图构建；多机器人；路径规划

英文摘要： This project proposes a novel concept of 3D-TOF CMOS vision sensing system based on a programmable time delay controller with picosecond precision. Compared with conventional 3D-TOF vision sensing system, this scheme aims for effectively improving the 3D imaging speed, alleviating the bottleneck of data transmission bandwidth, eliminating the restriction between distance measuring accuracy and measuring range, reducing the influence on the imaging quality of background light and the photoelectric nonlinearity of image sensor, decreasing die size of the circuit, reducing the cost of the system and increasing the accuracy of distance measurements of 3D-TOF sensor to 1mm. Some key problems and technical difficulties of the system, such as the realization the picosecond precision of the programmable time delay controller, the design of 3D-TOF CMOS image sensor pixel unit structure and readout circuit, the increase in the fill factor, the improvement of the sensitivity, elimination of FPN noise, slice frame capture and 3D image synthesis method, etc. will be intensively analyzed and studied in this project. The implementation of design, mask physical layout and prototype tapeout of the front-end ASIC module will be carried out as well, and then the experiment platform will be set up for a comprehensive functional val

英文关键词： Time of Flight (TOF)；3D vision；SLAM；multi-robot；path planning