CN103308921B - 一种测量物体距离的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种测量物体距离的装置，包括：脉冲产生器，以固定的频率依次发出电脉冲至光学发射单元；光学发射单元，每次接收到电脉冲时均实时发出光脉冲信号，其中一部分作为参考信号直接进入光学接收单元，另一部分作为测量信号经待测区域反射后进入光学接收单元；光学接收单元，将参考信号和测量信号实时发送至测量单元；测量单元，将待测区域中有目标障碍物时的测量信号减去前一时刻无目标障碍物时的测量信号，以得出无背景干扰的测量信号，并根据其与参考信号实时得出与目标障碍物之间的距离。相应地，提供一种测量物体距离的方法。本发明所述装置和方法能够减小或者消除温度及背景干扰信号对距离测量精度的影响，且距离测量精度较高。
Description
技术领域
本发明属于距离测量技术领域，具体涉及一种测量物体距离的装置及方法。
背景技术
激光距离测量系统一般包括脉冲产生器、光学镜片、激光器和光电探测器，所述激光距离测量系统是以激光器作为光源进行距离测量的系统，其工作原理为：脉冲产生器发出电触发信号脉冲（即电脉冲）至激光器，触发激光器发出光脉冲信号（即激光脉冲信号），所述光脉冲信号经目标障碍物反射后被光电探测器接收，则激光距离测量系统与目标障碍物之间的理论距离为，光脉冲信号往返时间与光速乘积的一半，所述往返时间指的是从激光器发出光脉冲信号直至光电探测器接收到经目标障碍物反射的光脉冲信号（即返回的光脉冲信号）所经历的时间。
现有激光距离测量系统的距离测量误差一般由系统中的计时电路（用于计算所述往返时间，一般以脉冲产生器发出电脉冲的时刻为计时起点，以光电探测器接收到经目标障碍物反射回的光脉冲信号的时刻为计时终点）的计时误差，电子元件、激光器和光电探测器等器件的信号延时特性引起。其中，电子元件、激光器和光电探测器对信号的延时受温度变化的影响非常大。例如，在车载环境温度变化范围内，激光距离测量系统与目标障碍物之间保持同样距离时，从脉冲产生器发出电脉冲至激光器，到激光器发出光脉冲信号的时间在100至200纳秒，也就是说，该时间随车载温度的变化漂移了100纳秒，而光在真空中每纳秒传播的距离是0.3m，故100纳秒对应着15米左右的测量误差。
为了解决上述问题，脉冲激光测距仪采用一个光机械装置将激光器发出的激光束部分分光，将从激光束中分出的一小部分激光信号传送到光电探测器上，这个光路通常称为内光路，以这个被分出来的激光信号作为光脉冲在空气中传输时间的计时起点，被分光之后的激光信号经过目标障碍物反射后被光电探测器探测到，这个被探测器探测到的激光信号作为计时终点，脉冲激光测距仪根据所述计时起点和计时终点就可计算出与目标障碍物之间的距离。现有技术中还有另一种时域分光测距法，首先使激光器发出一序列的光脉冲信号，该序列光脉冲信号具有非常稳定的周期，然后通过一种光机械装置将激光器发出的序列光脉冲信号中的一个或者几个光脉冲完全反射，使其直接传送到光电探测器上并被其接收，该接收时刻为计时起点，所形成的光路为内光路，未经全反射的光脉冲信号经目标障碍物反射后被所述光电探测器接收，该接收时刻为计时终点，所形成的光路为外光路，激光距离测量系统根据序列光脉冲信号的时间关系以及所测时间就可计算出与目标障碍物的距离。采用上述距离测量方法能够消除因温度变化而产生的时间延时所导致的距离测量误差，但是，当激光器发出的光脉冲信号的宽度较宽，例如达到几十个纳秒时，会导致较大的距离测量盲区，并且，当激光器发出的光脉冲信号宽度的一半与光速乘积大于目标障碍物与光电探测器之间的距离时，内、外光路返回的光脉冲信号在光电探测器上会发生时域重叠，导致无法精确确定激光距离测量系统与目标障碍物之间的距离，因此该方法不适用于近距离测量。同时，新增的用于分光的光机械装置会降低激光距离测量系统的可靠性。
为了克服上述距离测量盲区的缺陷而出现了这样一种距离测量方法，采用两个光电探测器分别接收内光路返回的光脉冲信号和外光路返回的光脉冲信号，避免了内、外光路返回的光脉冲信号在光电探测器上发生时域重叠，解决了因激光器发出的光脉冲信号的宽度过宽而导致的距离测量盲区的问题。
虽然上述方案解决了距离测量盲区的问题，但是，激光距离测量系统的距离测量精度还会受到车载外部环境噪声（即除了目标障碍物之外的地面和其它背景障碍物等）的干扰，目前的解决方法是采用带通滤光镜片来降低外部环境噪声的干扰，该带通滤光镜片仅使激光器发出的激光波长范围内的光通过，这种方法在激光器发出点脉冲（将激光器发出的激光脉冲信号的发散角压缩到只有一个或几个毫弧度，使得激光脉冲信号照射在物体上会形成一个很小的光斑，故这种激光脉冲信号被称为点脉冲）时测量精度较高，但是，对于某些特殊的应用场合，例如为增大探测区域，使激光器发出的激光脉冲信号发散成一个很大的角度，以探测该角度范围内是否存在目标障碍物，此时，位于光接收端的聚光镜片的视场角很大，使得激光器发出的激光脉冲信号中的一部分投射到目标障碍物上，另一部分则会投射到该目标障碍物所在待测区域中的地面或其它背景障碍物上，这些投射到地面上或其它背景障碍物上的光经过聚光镜片被光电探测器接收时，形成很强的背景噪声。另外，由于太阳光光谱覆盖了近红外波长，当激光器发出的激光脉冲信号的波长在太阳光红外光谱范围内时，与激光器发出的激光脉冲信号的波长处于同一波段的太阳光红外光谱成分无法被带通滤光镜片滤除，也形成了很强的背景噪声，从而影响了距离测量精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中所存在的上述缺陷，提供一种能够减小或者消除温度及背景干扰信号对距离测量精度的影响，且具有较高距离测量精度的测量物体距离的装置及方法。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
所述测量物体距离的装置包括：脉冲产生器、光学发射单元、光学接收单元及测量单元；
所述脉冲产生器用于以固定的频率依次发出电脉冲至光学发射单元；
所述光学发射单元用于每次接收到脉冲产生器发出的电脉冲时均实时发出光脉冲信号，所述光脉冲信号包括两部分，一部分光脉冲信号作为参考信号直接进入光学接收单元，另一部分光脉冲信号作为测量信号被发送至待测区域，并经过待测区域反射后进入光学接收单元；
所述光学接收单元用于将接收的所述参考信号和待测区域反射回的测量信号实时发送至测量单元；
所述测量单元用于将待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号减去前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号，以得出无背景干扰的测量信号，并根据所述无背景干扰的测量信号和所述参考信号实时得出与目标障碍物之间的距离。
优选地，所述测量单元包括处理子单元、提取子单元和计算子单元；
所述处理子单元用于实时获取光学接收单元发送的待测区域反射回的测量信号，并将待测区域中有目标障碍物时反射的测量信号减去前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射的测量信号，以得出无背景干扰的测量信号，同时将其发送至提取子单元；
所述提取子单元用于实时获取脉冲产生器发出至光学发射单元的电脉冲、光学接收单元发送的参考信号和处理子单元发送的无背景干扰的测量信号，然后提取待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号所对应的电脉冲的上升沿所处时刻、该电脉冲对应的参考信号的峰值点所处时刻和该电脉冲对应的无背景干扰的测量信号的峰值点所处时刻，并将提取的时刻发送至计算子单元；
所述计算子单元用于将所述电脉冲的上升沿所处时刻作为计时起点，将所述参考信号的峰值点所处时刻作为第一计时终点，将所述无背景干扰的测量信号的峰值点所处时刻作为第二计时终点，并根据式（1）实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D=(t1-t0)*C/2 （1）
式（1）中，t0为第一计时终点与计时起点之差，t1为第二计时终点与计时起点之差，C为光在空气中的传播速度。
优选地，所述计算子单元内预设有距离测量误差补偿量Δt，则计算子单元根据式（2）实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D=(t1-t0+Δt)*C/2 （2）
优选地，所述测量单元还包括判断子单元，其内预设有内光路传输时间标准值t0'和内光路传输时间阈值ts；
所述计算子单元还用于将所述第一计时终点与计时起点之差t0作为内光路传输时间发送至判断子单元；
所述判断子单元用于判断计算子单元发送的内光路传输时间t0是否在其预设的内光路传输时间阈值ts之内，如是，则将内光路传输时间t0发送至计算子单元，如否，则将其内预设的内光路传输时间标准值t0'作为内光路传输时间t0发送至计算子单元；
所述计算子单元还用于根据判断子单元发送的内光路传输时间t0计算与目标障碍物之间的距离D。
优选地，所述光学发射单元包括激光器；
所述光学接收单元包括内光路光电探测器、一个或多个外光路光电探测器以及一个或多个外光路聚光镜片，且每个外光路聚光镜片均对应一个外光路光电探测器；
所述激光器发射的光脉冲信号中的一部分作为参考信号直接被内光路光电探测器接收，另一部分作为测量信号被发送至待测区域，所述待测区域为一个或多个，每个待测区域均对应一个外光路光电探测器，所述测量信号经各个待测区域反射再经各个外光路聚光镜片进行聚光处理后，被对应的外光路光电探测器接收。
优选地，所述光学发射单元还包括发射光学镜片，所述发射光学镜片用于将激光器发射的光脉冲中的一部分作为参考信号反射至内光路光电探测器。
优选地，所述内光电探测器用于将其接收的参考信号发送至测量单元，所述一个或多个外光电探测器用于将各自接收的对应待测区域反射回的测量信号发送至测量单元；
或者，所述光学接收单元还包括红外发光二极管，所述内光路光电探测器用于将其接收的参考信号发送至红外发光二极管，并激发红外发光二极管以参考信号的脉冲频率发出红外光脉冲信号至任一个外光路光电探测器；所述一个或多个外光电探测器用于将各自接收的对应待测区域反射回的测量信号，和将接收的与参考信号脉冲频率相同的红外光脉冲信号作为参考信号发送至测量单元。
本发明同时提供一种测量物体距离的方法，包括如下步骤：
1）以固定的频率激发产生光脉冲信号，并将每次产生的光脉冲信号分成两部分，使其中一部分光脉冲信号作为参考信号，另一部分光脉冲信号作为测量信号被发送至待测区域，且经过待测区域反射回来；
2）实时获取所述参考信号和经过待测区域反射回来的测量信号，将待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号减去前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号，以得出无背景干扰的测量信号，并根据所述无背景干扰的测量信号和所述参考信号实时得出与目标障碍物之间的距离。
优选地，所述步骤2）中，根据所述无背景干扰的测量信号和所述参考信号实时得出与目标障碍物之间的距离具体为：
将激发产生光脉冲信号的时刻作为计时起点，将该光脉冲信号对应的参考信号的峰值点所处时刻作为第一计时终点，将该光脉冲信号对应的无背景干扰的测量信号的峰值点所处时刻作为第二计时终点，并根据式（1）实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D=(t1-t0)*C/2 （1）
式（1）中，t0为第一计时终点与计时起点之差，t1为第二计时终点与计时起点之差，C为光在空气中的传播速度。
优选地，所述步骤2）还包括：设定距离测量误差补偿量为Δt，则根据式（2）实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D=(t1-t0+Δt)*C/2 （2）
优选地，所述步骤2）还包括：设定内光路传输时间标准值为t0'、内光路传输时间阈值为ts；将所述第一计时终点与计时起点之差t0作为内光路传输时间，判断所述内光路传输时间t0是否在设定的内光路传输时间阈值ts之内，如是，则将内光路传输时间t0返回，如否，则将设定的内光路传输时间标准值t0'作为内光路传输时间t0返回，然后根据该返回的内光路传输时间t0实时计算得出与目标障碍物之间的距离D。
有益效果：
1）本发明所述测量物体距离的装置和方法通过将所述光脉冲信号分成两部分，使其中一部分光脉冲信号作为参考信号，另一部分光脉冲信号作为测量信号，并根据所述参考信号和测量信号实时得出（所述测量物体距离的装置）与目标障碍物之间的距离，因而能够减小或者消除温度对距离测量精度的影响；
2）本发明所述测量物体距离的装置的光学接收单元包括用于接收参考信号的内光路光电探测器和用于接收测量信号的（一个或多个）外光路光电探测器，避免了内、外光路返回的光脉冲信号在一个光电探测器上发生时域重叠，解决了当激光器发出的光脉冲信号的宽度较宽时会导致较大的距离测量盲区的问题，适用于近距离测量；
3）本发明所述测量物体距离的装置的光学发射单元中采用发射光学镜片将光脉冲中的一部分作为参考信号反射至内光路光电探测器，与现有技术采用额外的光机械装置来进行分光相比，结构简单、可靠性高；
4）本发明所述测量物体距离的装置和方法通过将待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号减去前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号得出无背景干扰的测量信号，并根据该无背景干扰的测量信号和参考信号得出与目标障碍物之间的距离，能够减小或消除背景干扰信号（包括地面、其它背景障碍物等非目标障碍物和太阳光红外光谱所形成的干扰信号）对距离测量精度的影响，且距离测量精度较高。
附图说明
图1为本发明实施例1中测量物体距离的装置的结构示意图；
图2为图1中测量单元的一种结构示意图；
图3为图1中测量单元的另一种结构示意图；
图4为本发明实施例2中测量物体距离的装置的结构示意图；
图5为图4所示测量物体距离的装置的测量方法流程图；
图6为光脉冲信号的波形图；
其中：图6-1为内光路光电探测器接收的参考信号的波形图；
图6-2为外光路光电探测器接收的待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号的波形图；
图6-3为外光路光电探测器接收的待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号的波形图；
图6-4为测量单元得出的无背景干扰的测量信号的波形图；
图7为本发明实施例3中测量物体距离的装置的结构示意图；
图8为本发明实施例4中测量物体距离的方法的流程图。
图中：1－脉冲产生器；2－光学发射单元；21－激光器；22－发射光学镜片；3－光学接收单元；31－内光路光电探测器；；32－外光路光电探测器；33－外光路聚光镜片；34－红外发光二极管；4－测量单元。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明测量物体距离的装置及方法作进一步详细描述。
实施例1：
如图1所示，本实施例提供一种测量物体距离的装置，包括脉冲产生器、光学发射单元、光学接收单元及测量单元。
所述脉冲产生器用于以固定的频率依次发出电脉冲至光学发射单元，即以相同的时间间隔依次发出电脉冲至光学发射单元。
所述光学发射单元用于每次接收到脉冲产生器发出的电脉冲时均实时发出光脉冲信号，所述光脉冲信号包括两部分，一部分光脉冲信号作为参考信号直接进入光学接收单元，另一部分光脉冲信号作为测量信号被发送至待测区域，并经过待测区域反射后进入光学接收单元。也就是说，脉冲产生器发出的每个电脉冲均对应光学发射单元发出的一个光脉冲信号，也对应该光脉冲信号所分成的一个参考信号和一个测量信号。所述待测区域中存在目标障碍物、地面及其它背景障碍物。
所述光学接收单元用于将接收的所述参考信号和待测区域反射回的测量信号实时发送至测量单元。
所述测量单元用于将待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号减去前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号（也可称为背景干扰信号），以得出无背景干扰的测量信号，并根据所述无背景干扰的测量信号和所述参考信号实时得出与目标障碍物之间的距离。可见，由于测量单元滤除了背景干扰信号（其包括地面、其它背景障碍物和太阳光红外光谱所形成的干扰信号），因而能够实时滤除背景干扰信号，减小甚至消除了背景干扰信号对距离测量精度的影响，提高了所述测量物体距离的装置的测量精度和可靠性。当然，如果因为某些原因而无法获取所述前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号时，可在测量单元内预设背景干扰信号的方式，即通过将待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号减去所述预设在测量单元中的背景干扰信号来得出所述无背景干扰的测量信号。
由于现有技术中已经有根据内光路返回的光脉冲信号（即参考信号）和外光路返回的光脉冲信号（即经过待测区域反射回的测量信号，包括待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号和无目标障碍物时反射回的测量信号）得出与待测区域之间的距离的方案，如背景技术中提到的时域分光测距法，因此结合背景技术和本实施例中测量单元得出的无背景干扰的测量信号就能得出与目标障碍物之间的距离，故对于如何根据所述无背景干扰的测量信号得出所述装置与目标障碍物之间的距离的详细方法不再赘述。
优选地，如图2所示，所述测量单元包括处理子单元、提取子单元和计算子单元。
所述处理子单元用于实时获取光学接收单元发送的待测区域反射回的测量信号，并将待测区域中有目标障碍物时反射的测量信号减去前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射的测量信号，以得出无背景干扰的测量信号，同时将其发送至提取子单元。
所述提取子单元用于实时获取脉冲产生器发出至光学发射单元的电脉冲、光学接收单元发送的参考信号和处理子单元发送的无背景干扰的测量信号，然后提取待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号所对应的电脉冲的上升沿所处时刻、该电脉冲对应的参考信号的峰值点所处时刻和该电脉冲对应的无背景干扰的测量信号的峰值点所处时刻，并将提取的时刻发送至计算子单元。需要说明的是，由于脉冲产生器以固定的频率不停地发送电脉冲至光学发射单元，每个电脉冲均对应光学发射单元发出的一个参考信号和一个测量信号，而待测区域中可能存在目标障碍物，也可能不存在目标障碍物，故光学接收单元所接收的测量信号可能是待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号，也可能是待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号，即背景干扰信号，并且本发明中测量与目标障碍物之间距离的首要前提是需要获取无背景干扰的测量信号，因此提取子单元不需要提取脉冲产生器发出的所有电脉冲的上升沿所处时刻，只需要提取待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号所对应的电脉冲的上升沿所处时刻、所述电脉冲对应的参考信号的峰值点所处时刻以及所述电脉冲对应的无背景干扰的测量信号的峰值点所处时刻即可。这里，所述电脉冲与无背景干扰的测量信号相对应的原因是，只有当待测区域有目标障碍物时才能根据待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号减去前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号得出无背景干扰的测量信号，而所述电脉冲与待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号相对应，待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号对应产生无背景干扰的测量信号，因此所述电脉冲也与无背景干扰的测量信号相对应。
所述计算子单元用于将所述电脉冲的上升沿所处时刻作为计时起点，将所述参考信号的峰值点所处时刻作为第一计时终点，将所述无背景干扰的测量信号的峰值点所处时刻作为第二计时终点，并根据式（1）实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D=(t1-t0)*C/2 （1）
式（1）中，t0为第一计时终点与计时起点之差，t1为第二计时终点与计时起点之差，C为光在空气中的传播速度。
优选地，所述计算子单元内预设有距离测量误差补偿量Δt，则计算子单元根据式（2）实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D=(t1-t0+Δt)*C/2 （2）
所述距离测量误差补偿量Δt的值可由本领域技术人员根据实际情况自行设定。
更优选地，如图3所示，所述测量单元还包括判断子单元，其内预设有内光路传输时间标准值t0'和内光路传输时间阈值ts。
所述计算子单元还用于将所述第一计时终点与计时起点之差t0作为内光路传输时间发送至判断子单元。
所述判断子单元用于判断计算子单元发送的内光路传输时间t0是否在其预设的内光路传输时间阈值ts之内，如是，则将内光路传输时间t0发送至计算子单元，如否，则将其内预设的内光路传输时间标准值t0'作为内光路传输时间t0发送至计算子单元。
所述计算子单元还用于根据判断子单元发送的内光路传输时间t0计算与目标障碍物之间的距离D。也就是说，上述式（1）和（2）中的t0不再采用所述第一计时终点与计时起点之差，而是采用判断子单元发送至计算子单元的内光路传输时间。
这里，通过设置判断子单元，既可保证式（1）/（2）中t0的值始终在正常工作范围内，从而保证距离测量精度，又可诊断光学发射单元是否正常工作，即如果计算子单元发送至判断子单元的内光路传输时间t0不在预设的内光路传输时间阈值ts之内时，证明光学发射单元出现了故障。所述内光路传输时间标准值t0'和内光路传输时间阈值ts的值或范围可由本领域技术人员根据实际情况自行设定。
实施例2：
本实施例提供一种测量物体距离的装置。其中，
所述光学发射单元包括激光器和发射光学镜片，所述发射光学镜片用于将激光器发射的光脉冲中的一部分作为参考信号反射至内光路光电探测器。
所述光学接收单元包括内光路光电探测器、一个或多个外光路光电探测器以及一个或多个外光路聚光镜片，且每个外光路聚光镜片均对应一个外光路光电探测器。
所述激光器发射的光脉冲信号中的一部分作为参考信号直接被内光路光电探测器接收，另一部分作为测量信号被发送至待测区域，所述待测区域为一个或多个，每个待测区域均对应一个外光路光电探测器，所述测量信号经各个待测区域反射再经各个外光路聚光镜片进行聚光处理后，被对应的外光路光电探测器接收。所述内光电探测器用于将其接收的参考信号发送至测量单元，所述一个或多个外光电探测器用于将各自接收的对应待测区域反射回的测量信号（包括待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号和待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号）发送至测量单元。
所述测量单元用于获取内光电探测器发送的参考信号和一个或多个外光电探测器发送的对应待测区域反射回的测量信号，将各个待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号分别减去对应的前一时刻各个待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号，以得出一个或多个无背景干扰的测量信号，并根据所述一个或多个无背景干扰的测量信号和所述参考信号实时得出与各个待测区域中的目标障碍物之间的距离。
这里，与外光路光电探测器一一对应的待测区域为多个可以同时测量更大范围内的目标障碍物与所述装置之间的距离，增大了所述装置的探测区域。不过，当需要探测的区域较小时，例如所述装置应用于车载时，采用一个待测区域（对应一个外光路光电探测器）即可，下面以采用一个待测区域为例详细描述本实施例所述测量物体距离的装置的结构及其测量方法。
如图4所示，所述测量物体距离的装置包括脉冲产生器1、光学发射单元2、光学接收单元3及测量单元4。
所述光学发射单元2包括激光器21和发射光学镜片22；所述光学接收单元3包括内光电探测器31、外光路光电探测器32和外光路聚光镜片33；所述测量单元4包括处理子单元、提取子单元、计算子单元和判断子单元（详见图3）。
如图5所示，所述测量物体距离的装置的测量方法具体为：
s101.脉冲产生器1发出电脉冲至激光器21和提取子单元。
s102.所述激光器21接收到脉冲产生器1发出的电脉冲时发出光脉冲信号，所述光脉冲信号的一部分经发射光学镜片22反射后作为参考信号被发送至内光路光电探测器31，另一部分作为测量信号被发送至待测区域，经待测区域反射后进入外光路聚光镜片33。
s103.所述内光电探测器31接收所述参考信号并将其发送至提取子单元，所述参考信号的波形如图6-1中的波形a，所述外光路聚光镜片33将经待测区域反射后的测量信号进行聚光处理后发送至外光路光电探测器32，所述外光路光电探测器32接收所述测量信号并将其发送至处理子单元。
s104.所述提取子单元提取脉冲产生器1发出的电脉冲的上升沿所处时刻以及内光电探测器31发送的参考信号的峰值点所处时刻，并将提取的时刻发送至计算子单元，所述计算子单元将所述电脉冲的上升沿所处时刻作为计时起点，将所述参考信号的峰值点所处时刻作为第一计时终点，根据第一计时终点与计时起点之差计算出内光路传输时间t0，并将其发送至判断子单元。
s105.所述判断子单元判断计算子单元发送的内光路传输时间t0是否在其预设的内光路传输时间阈值ts之内（即判断内光路传输时间t0是否有效），如是，则将内光路传输时间t0发送至计算子单元并执行步骤s107，如否，执行步骤s106。
s106.判断子单元将其内预设的内光路传输时间标准值t0'作为内光路传输时间t0（即将t0'赋值给t0）发送至计算子单元并执行步骤s107。
s107.所述处理子单元获取外光路光电探测器32发送的测量信号，为方便描述，将该信号称为信号B。
s108.所述处理子单元判断所述信号B是否为噪声信号，如是，执行步骤s109，如否，执行步骤s110。本领域技术人员根据观察信号B的波形即可得出其是否为噪声信号。
s109.所述处理子单元将信号B标记为信号B0，并存储信号B0，即信号B0为待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号，也称为噪声信号，然后返回步骤s101。所述信号B0的波形如图6-2中的波形b。
s110.所述处理子单元将信号B标记为信号B1，并存储信号B1，即信号B1为待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号。所述信号B1的波形如图6-3中的波形c。
s111.所述处理子单元将信号B1减去信号B0得出信号B2，即信号B2为无背景干扰的测量信号，并将其发送至提取子单元。所述信号B2的波形如图6-4中的波形d。
s112.所述提取子单元提取处理子单元发送的无背景干扰的测量信号（即信号B2）的峰值点所处时刻，并将提取的时刻发送至计算子单元，所述计算子单元将所述无背景干扰的测量信号的峰值点所处时刻作为第二计时终点，根据第二计时终点与步骤s104得出的计时起点之差计算出外光路传输时间t1。
s113.所述计算子单元根据步骤s104得出的内光路传输时间t0、步骤s112得出的外光路传输时间t1以及其内预设的距离测量误差补偿量Δt，计算得出与目标障碍物之间的距离D=(t1-t0+Δt)*C/2（C为光在空气中的传播速度），然后返回步骤s101。
本实施例中的其它结构以及作用都与实施例1相同，这里不再赘述。
实施例3：
如图7所示，本实施例与实施例2的区别在于：
所述光学接收单元3还包括红外发光二极管34，所述内光路光电探测器31用于将其接收的参考信号发送至红外发光二极管34，并激发红外发光二极管34以参考信号的脉冲频率发出红外光脉冲信号至外光路光电探测器32；所述外光电探测器32用于将其接收的待测区域反射回的测量信号和与参考信号脉冲频率相同的红外光脉冲信号作为参考信号发送至测量单元。
由于需要对光脉冲信号（包括参考信号和测量信号）进行处理后才能发送至测量单元，故内/外光路光电探测器中都具有放大、滤波和鉴别电路，而本实施例中由于采用了红外发光二极管（LED），并激发红外发光二极管以参考信号的脉冲频率发出红外光脉冲信号至外光路光电探测器，以通过所述红外光脉冲信号还原参考信号，并通过外光路光电探测器对所述红外光脉冲信号进行处理，使得内光路光电探测器中可不具备放大、滤波和鉴别电路，因此简化了电路设计，提高了所述装置的可靠性。
本实施例中的其它结构以及作用都与实施例2相同，这里不再赘述。
实施例4：
如图8所示，本实施例提供一种测量物体距离的方法，包括如下步骤：
s201.以固定的频率（即以相同的时间间隔）激发产生光脉冲信号，并将每次产生的光脉冲信号分成两部分，使其中一部分光脉冲信号作为参考信号，另一部分光脉冲信号作为测量信号被发送至待测区域，且经过待测区域反射回来。所述待测区域中存在目标障碍物、地面及其它背景障碍物。
s202.实时获取所述参考信号和经过待测区域反射回来的测量信号，将待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号减去前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号（也可称为背景干扰信号），以得出无背景干扰的测量信号，并根据所述无背景干扰的测量信号和所述参考信号实时得出与目标障碍物之间的距离。
可见，本实施例所述方法由于滤除了背景干扰信号（其包括地面、其它背景障碍物和太阳光红外光谱所形成的干扰信号），因而能够实时滤除背景干扰信号，减小甚至消除了背景干扰信号对距离测量精度的影响，精度和可靠性较高。
由于现有技术中已经有根据内光路返回的光脉冲信号（即参考信号）和外光路返回的光脉冲信号（即经过待测区域反射回的测量信号，包括待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号和无目标障碍物时反射回的测量信号）得出与待测区域之间的距离的方案，如背景技术中提到的时域分光测距法，因此结合背景技术和本实施例中得出的无背景干扰的测量信号就能得出与目标障碍物之间的距离，故对于如何根据所述无背景干扰的测量信号得出与目标障碍物之间距离的详细方法不再赘述。
优选地，所述步骤s202中，根据所述无背景干扰的测量信号和所述参考信号实时得出与目标障碍物之间的距离具体为：
将激发产生光脉冲信号的时刻作为计时起点，将该光脉冲信号对应的参考信号的峰值点所处时刻作为第一计时终点，将该光脉冲信号对应的无背景干扰的测量信号的峰值点所处时刻作为第二计时终点，并根据式（1）实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D=(t1-t0)*C/2 （1）
式（1）中，t0为第一计时终点与计时起点之差，t1为第二计时终点与计时起点之差，C为光在空气中的传播速度。
更优选地，所述步骤s202还包括：设定距离测量误差补偿量为Δt，则根据式（2）实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D=(t1-t0+Δt)*C/2 （2）
优选地，所述步骤s202还包括：设定内光路传输时间标准值为t0'、内光路传输时间阈值为ts；将所述第一计时终点与计时起点之差t0作为内光路传输时间，判断所述内光路传输时间t0是否在设定的内光路传输时间阈值ts之内，如是，则将内光路传输时间t0返回，如否，则将设定的内光路传输时间标准值t0'作为内光路传输时间t0返回，然后根据该返回的内光路传输时间t0实时计算得出与目标障碍物之间的距离D。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种测量物体距离的装置，其特征在于，包括：脉冲产生器、光学发射单元、光学接收单元及测量单元；所述测量单元包括处理子单元、提取子单元和计算子单元；
所述脉冲产生器用于以固定的频率依次发出电脉冲至光学发射单元；
所述光学发射单元用于每次接收到脉冲产生器发出的电脉冲时均实时发出光脉冲信号，所述光脉冲信号包括两部分，一部分光脉冲信号作为参考信号直接进入光学接收单元，另一部分光脉冲信号作为测量信号被发送至待测区域，并经过待测区域反射后进入光学接收单元；
所述光学接收单元用于将接收的所述参考信号和待测区域反射回的测量信号实时发送至测量单元；
所述测量单元用于将待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号减去前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号，以得出无背景干扰的测量信号，并根据所述无背景干扰的测量信号和所述参考信号实时得出与目标障碍物之间的距离；
所述处理子单元用于实时获取光学接收单元发送的待测区域反射回的测量信号，并将待测区域中有目标障碍物时反射的测量信号减去前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射的测量信号，以得出无背景干扰的测量信号，同时将其发送至提取子单元；
所述提取子单元用于实时获取脉冲产生器发出至光学发射单元的电脉冲、光学接收单元发送的参考信号和处理子单元发送的无背景干扰的测量信号，然后提取待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号所对应的电脉冲的上升沿所处时刻、该电脉冲对应的参考信号的峰值点所处时刻和该电脉冲对应的无背景干扰的测量信号的峰值点所处时刻，并将提取的时刻发送至计算子单元；
所述计算子单元用于将所述电脉冲的上升沿所处时刻作为计时起点，将所述参考信号的峰值点所处时刻作为第一计时终点，将所述无背景干扰的测量信号的峰值点所处时刻作为第二计时终点，并根据式(1)实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D＝(t1-t0)*C/2 (1)
式(1)中，t0为第一计时终点与计时起点之差，t1为第二计时终点与计时起点之差，C为光在空气中的传播速度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述计算子单元内预设有距离测量误差补偿量Δt，则计算子单元根据式(2)实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D＝(t1-t0+Δt)*C/2 (2)
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，
所述测量单元还包括判断子单元，其内预设有内光路传输时间标准值t0'和内光路传输时间阈值ts；
所述计算子单元还用于将所述第一计时终点与计时起点之差t0作为内光路传输时间发送至判断子单元；
所述判断子单元用于判断计算子单元发送的内光路传输时间t0是否在其预设的内光路传输时间阈值ts之内，如是，则将内光路传输时间t0发送至计算子单元，如否，则将其内预设的内光路传输时间标准值t0'作为内光路传输时间t0发送至计算子单元；
所述计算子单元还用于根据判断子单元发送的内光路传输时间t0计算与目标障碍物之间的距离D。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，
所述光学发射单元包括激光器；
所述光学接收单元包括内光路光电探测器、一个或多个外光路光电探测器以及一个或多个外光路聚光镜片，且每个外光路聚光镜片均对应一个外光路光电探测器；
所述激光器发射的光脉冲信号中的一部分作为参考信号直接被内光路光电探测器接收，另一部分作为测量信号被发送至待测区域，所述待测区域为一个或多个，每个待测区域均对应一个外光路光电探测器，所述测量信号经各个待测区域反射再经各个外光路聚光镜片进行聚光处理后，被对应的外光路光电探测器接收。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述光学发射单元还包括发射光学镜片，所述发射光学镜片用于将激光器发射的光脉冲中的一部分作为参考信号反射至内光路光电探测器。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述内光电探测器用于将其接收的参考信号发送至测量单元，所述一个或多个外光电探测器用于将各自接收的对应待测区域反射回的测量信号发送至测量单元；
或者，所述光学接收单元还包括红外发光二极管，所述内光路光电探测器用于将其接收的参考信号发送至红外发光二极管，并激发红外发光二极管以参考信号的脉冲频率发出红外光脉冲信号至任一个外光路光电探测器；所述一个或多个外光电探测器用于将各自接收的对应待测区域反射回的测量信号，和将接收的与参考信号脉冲频率相同的红外光脉冲信号作为参考信号发送至测量单元。
7.一种测量物体距离的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)以固定的频率激发产生光脉冲信号，并将每次产生的光脉冲信号分成两部分，使其中一部分光脉冲信号作为参考信号，另一部分光脉冲信号作为测量信号被发送至待测区域，且经过待测区域反射回来；
2)实时获取所述参考信号和经过待测区域反射回来的测量信号，将待测区域中有目标障碍物时反射回的测量信号减去前一时刻待测区域中无目标障碍物时反射回的测量信号，以得出无背景干扰的测量信号，并根据所述无背景干扰的测量信号和所述参考信号实时得出与目标障碍物之间的距离；
其中，根据所述无背景干扰的测量信号和所述参考信号实时得出与目标障碍物之间的距离具体为：
将激发产生光脉冲信号的时刻作为计时起点，将该光脉冲信号对应的参考信号的峰值点所处时刻作为第一计时终点，将该光脉冲信号对应的无背景干扰的测量信号的峰值点所处时刻作为第二计时终点，并根据式(1)实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D＝(t1-t0)*C/2 (1)
式(1)中，t0为第一计时终点与计时起点之差，t1为第二计时终点与计时起点之差，C为光在空气中的传播速度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤2)还包括：设定距离测量误差补偿量为Δt，则根据式(2)实时计算得出与目标障碍物之间的距离D：
D＝(t1-t0+Δt)*C/2 (2)
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤2)还包括：设定内光路传输时间标准值为t0'、内光路传输时间阈值为ts；将所述第一计时终点与计时起点之差t0作为内光路传输时间，判断所述内光路传输时间t0是否在设定的内光路传输时间阈值ts之内，如是，则将内光路传输时间t0返回，如否，则将设定的内光路传输时间标准值t0'作为内光路传输时间t0返回，然后根据该返回的内光路传输时间t0实时计算得出与目标障碍物之间的距离D。
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