CN104749577B - 激光雷达装置和对象检测方法 - Google Patents

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Abstract

激光雷达装置和对象检测方法。该激光雷达装置包括：投影部，其用于在具有预定第一长度的测量时段中重复地执行将是脉冲激光光束的测量光投影到预定监测区的处理，在具有预定第二长度的检测时段中将所述处理重复c个循环(c≧2)；光接收器，其包括n1(n1≧2)个光接收元件并且用于在相互不同的方向上接收所述测量光的反射光；选择器，其用于在各测量时段中选择所述n1个光接收元件的光接收信号并且输出n2(n2≧2)个光接收信号；采样部，其用于每当所述测量光被投影时对从所述选择器输出的所述光接收信号采样s(s≧2)次；以及检测器，其用于基于采样值，按照以所述检测时段为基准的周期进行检测对象的处理。

Description

激光雷达装置和对象检测方法
技术领域
本公开涉及激光雷达装置和对象检测方法，特别地，涉及用于提高对象检测精度的激光雷达装置和对象检测方法。
背景技术
传统上，在激光雷达装置中提出提高检测精度的各种技术，激光雷达装置将属于脉冲激光束的测量光束投影到预定的监测区，以使用多个光接收元件在多个方向上同时接收反射光。
例如，在所提出的技术之一中，以任何组合选择多个光接收元件，从所选择的光接收元件输出的光接收信号在被相加的同时输出，从而增强光灵敏度。已经提出，通过每当投影测量光束时切换光接收元件的选择来限制由于添加了多个光接收信号而使水平方向上的分辨率降低(例如，参见日本未经审查的专利公开No.7-191148)。
例如，在所提出的技术之一中，用于检测对象的光接收信号基于转向角选自光接收元件的光接收信号，使用所选择的光接收信号检测对象，以减小电路规模或者减少测量光接收值所需的算术处理。已经提出，通过相对于多个测量光束将相同的光接收元件的光接收信号积分来增强光灵敏度(例如，参见日本未经审查的专利公开No.2012-242218)。
例如，在所提出的技术之一中，以预定采样时间间隔，对各光接收元件的光接收信号进行采样，相对于多个测量光束将各采样时钟时间的相同光接收元件的光接收信号的采样值进行积分，从而增强各光接收元件的各采样时钟时间的光灵敏度(例如，参见日本未经审查的专利公开No.2013-33024)。
发明内容
本公开的一个或多个实施方式提供激光雷达装置和对象检测方法，其能够在使用多个光接收元件在多个方向上同时接收多个反射光束的情况下在电路规模或算术量受到限制时提高对象检测精度。
根据本公开的一个或多个实施方式的激光雷达装置包括：投影部，其被构造成在具有预定第一长度的测量时段中重复地执行将是脉冲激光光束的测量光投影到预定监测区的处理，在具有预定第二长度的检测时段中将所述处理重复c个循环(c≧2)；光接收器，其包括n1(n1≧2)个光接收元件并且被构造成在相互不同的方向上接收所述测量光的反射光；选择器，其被构造成在各测量时段中选择所述n1个光接收元件的光接收信号并且输出n2(n2≧2)个光接收信号；采样部，其被构造成每当所述测量光被投影时对从所述选择器输出的所述光接收信号采样s(s≧2)次；以及检测器，其被构造成基于通过采样得到的采样值，按照以所述检测时段为基准的周期进行检测对象的处理。
在根据本公开的一个或多个实施方式的激光雷达装置中，在具有预定第一长度的测量时段中重复地执行将是脉冲激光光束的测量光投影到预定监测区的处理，在具有预定第二长度的检测时段中将所述处理重复c个循环(c≧2)，n1(n1≧2)个光接收元件在相互不同的方向上接收所述测量光的反射光，在各测量时段中选择所述n1个光接收元件的光接收信号并且输出n2(n2≧2)个光接收信号，在每当投影所述测量光时对从所述选择器输出的光接收信号采样s(s≧2)次，基于通过采样得到的采样值以基于检测时段的周期执行检测对象的处理。
因此，在使用多个光接收元件在多个方向上同时接收多个反射光束的情况下，可在电路规模或算术量被约束的同时自由地改变集中监测方向，可提高对象检测精度。
例如，投影部利用驱动电路、发光元件、投影光学系统来构造。例如，光接收器利用光接收光学系统和光接收元件来构造。例如，选择器利用多路复用器来构造。例如，采样部利用A/D转换器来构造。例如，检测器利用诸如微计算机和各种处理器的算术装置来构造。
在激光雷达装置中，选择器可从多个光接收元件选择所述光接收信号，将多个所选择的光接收信号相加，并且输出相加后的光接收信号。
因此，可在组合多个光接收元件的检测方向的同时检测对象。
所述激光雷达装置还可包括：积分器，其被构造成对来自同一光接收元件的所述光接收信号的采样值积分，所述采样值是在所述检测时段中在同一采样时钟时间采样得到的。此时，所述投影部在所述测量时段中将所述测量光投影多次。
因此，可进一步增强各光接收元件的光灵敏度，可提高对象检测精度。
例如，积分器利用诸如微计算机和各种处理器的算术装置来构造。
在激光雷达装置中，积分器可在多个检测时段中对采样值积分。
因此，例如，可增强特定方向上的光灵敏度，而不降低各方向上的光灵敏度，可提高特定方向上的对象检测精度，而不降低各方向上的对象检测精度。
在激光雷达装置中，所述选择器可以从n2个组中的每一组中的所述光接收信号中进行选择并且输出每一组中的一个光接收信号，所述n1个光接收元件被划分成所述n2个组。
因此，例如，所述选择器利用n1个多路复用器来构造。
在激光雷达装置中，可保持n1≦c×n2。
因此，可在一个检测时段中测量各光接收元件的光接收值。
在激光雷达装置中，采样部可包括n2个A/D转换器，所述A/D转换器被构造成对从选择器输出的所述n2个光接收信号同时进行采样。
因此，采样处理的速度增强。
所述激光雷达装置可以设置在车辆中，并且当所述车辆的速度大于或等于预定阈值时，所述选择器可以增加选择从所述车辆的行进方向接收反射光的所述光接收元件的所述光接收信号的频率。
因此，可在高速行驶期间更快速地检测较远的对象。
所述激光雷达装置可以设置在车辆中，并且当所述检测器没有检测到所述对象时，所述选择器可以交替地重复第一选择处理和第二选择处理，所述第一选择处理均匀地选择每一个所述光接收元件的所述光接收信号，在所述第二选择处理中，增加选择从所述车辆的行进方向接收反射光的所述光接收元件的所述光接收信号的频率，当所述检测器检测到所述对象时，所述选择器可以重复所述第一选择处理。
因此，可在监测区中在各方向上快速检测对象，在检测到对象之后可确实地跟踪被检测到的对象。
根据本公开的一个或多个实施方式的一种对象检测方法，该对象检测方法包括：投影步骤，其中，在具有预定第一长度的测量时段中重复地执行将是脉冲激光光束的测量光投影到预定监测区的处理，在具有预定第二长度的检测时段中将所述处理重复c个循环(c≧2)；光接收步骤，其中，n1(n1≧2)个光接收元件在相互不同的方向上接收所述测量光的反射光；选择步骤，其中，在各测量时段中选择所述n1个光接收元件的光接收信号并且输出n2(n2≧2)个光接收信号；采样步骤，其中，每当所述测量光被投影时对从所述选择器输出的所述光接收信号采样s(s≧2)次；以及检测步骤，其中，基于采样得到的采样值，按照以所述检测时段为基准的周期进行检测对象的处理。
在根据本公开的一个或多个实施方式的对象检测方法中，在具有预定第一长度的测量时段中重复地执行将是脉冲激光光束的测量光投影到预定监测区的处理，在具有预定第二长度的检测时段中将所述处理重复c个循环(c≧2)，n1(n1≧2)个光接收元件在相互不同的方向上接收所述测量光的反射光，在各测量时段中选择所述n1个光接收元件的光接收信号并且输出n2(n2≧2)个光接收信号，在每当投影所述测量光时对从所述选择器输出的光接收信号采样s(s≧2)次，基于通过采样得到的采样值以基于检测时段的周期执行检测对象的处理。
因此，在使用多个光接收元件在多个方向上同时接收多个反射光束的情况下，可在电路规模或算术量被约束的同时自由地改变集中监测方向，可提高对象检测精度。
例如，通过驱动电路、发光元件和投影光学系统执行投影步骤。例如，通过光接收光学系统和光接收元件执行光接收步骤。例如，通过多路复用器执行选择步骤。例如，通过A/D转换器执行采样步骤。例如，通过诸如微计算机和各种处理器的算术装置执行检测步骤。
根据本公开的一个或多个实施方式，在使用多个光接收元件在多个方向上同时接收多个反射光束的情况下，可在电路规模或算术量被约束的同时提高对象检测精度。
附图说明
图1是示出根据本公开的一个或多个实施方式的激光雷达装置的框图；
图2是示出测量光投影仪的构造示例的框图；
图3是示出检查光发射部和光接收器的构造示例的框图；
图4是示出测量部的构造示例的框图；
图5是示出多路复用器的功能的构造示例的框图；
图6是示出计算器的功能的构造示例的框图；
图7是示出对象检测处理的流程图；
图8是示出对象检测处理的时序图；
图9是示出光接收值积分处理的示图；
图10是示出被分配到测量时段的光接收元件的组合的第一示例的示图；
图11是示出车辆检测方法的示例的示图；
图12是示出被分配到测量时段的光接收元件的组合的第二示例的示图；
图13是示出被分配到测量时段的光接收元件的组合的第三示例的示图；
图14是示出根据修改形式的测量部的框图；
图15是示出根据修改形式的多路复用器的功能的构造示例的框图；
图16是示出计算机的构造示例的框图。
具体实施方式
将参照附图描述本公开的实施方式。在本公开的实施方式中，为了提供对本发明的更彻底理解，阐述了众多具体细节。然而，本领域的普通技术人员将清楚，可在没有这些具体细节的情况下实践本发明。在其它情形下，没有详细地描述熟知的特征，以避免混淆本发明。按以下次序提供描述。
1.实施方式
2.修改形式
<1.实施方式>
(激光雷达装置11的构造示例)
图1是示出根据本公开的一个或多个实施方式的激光雷达装置11的构造示例。
例如，在车辆中设置激光雷达装置11，以检测在车辆的行进方向上存在的对象。下文中，其中激光雷达装置11可检测到对象的区域被称为监测区。下文中，其中设置激光雷达装置11的车辆被称为自身车辆，需要将自身车辆与其它车辆区分开。下文中，与自身车辆的左右方向(车辆宽度方向)平行的方向被称为水平方向。
激光雷达装置11包括控制器21、测量光投影仪22、检查光发射部23、光接收器24、测量部25和计算器26。
控制器21基于来自车辆控制装置12的命令和信息，控制激光雷达装置11的各部。
测量光投影仪22将测量光投影到监测区，测量光是用于检测对象的脉冲激光束(激光脉冲)。
检查光发射部23将用于在光接收器24和测量部25中进行检查的检查光向光接收器24发射。
光接收器24接收检查光或测量光的反射光，在水平方向上检测来自不同方向的反射光或检查光的强度(亮度)。光接收器24从各个方向输出是与反射光或检查光的强度对应的电信号的多个光接收信号。
测量部25基于光接收器24提供的光接收信号来测量光接收值，并且将测量结果提供到计算器26。
计算器26基于测量部25提供的光接收值的测量结果检测监测区中的对象，将检测结果提供到控制器21和车辆控制装置12。
例如，车辆控制装置12利用ECU(电子控制单元)构造，基于监测区中的对象的检测结果来执行自动刹车控制或者向驾驶员发出警报。
(测量光投影仪22的构造示例)
图2示出激光雷达装置11的测量光投影仪22的构造示例。测量光投影仪22包括驱动电路101、发光元件102和投影光学系统103。
驱动电路101在控制器21的控制下控制发光元件102的发光强度和发光时间。
例如，发光元件102利用激光二极管构造，在驱动电路101的控制下发射测量光(激光脉冲)。从发光元件102发射的测量光通过利用透镜等构造的投影光学系统103被投影到监测区。
(检查光发射部23和光接收器24的构造示例)
图3示出激光雷达装置11的检查光发射部23和光接收器24的构造示例。检查光发射部23包括驱动电路151和发光元件152。光接收器24包括光接收光学系统201和光接收元件202-1至202-16。
下文中，光接收元件202-1至202-16被简称为光接收元件202，除非需要将光接收元件202-1至202-16相互区分开。
驱动电路151在控制器21的控制下控制发光元件152的发光强度和发光时间。
例如，发光元件152利用LED(发光二极管)构造，并且在驱动电路151的控制下发射由脉冲LED光构成的检查光。直接用从发光元件152发射的检查光来照射各光接收元件202的光接收表面，所述检查光是在没有通过诸如透镜的光学系统的情况下进入的。
光接收光学系统201利用透镜等构造，并且被安装使得光接收光学系统201的光轴在车辆的前后方向上。被监测区中的对象等反射的测量光的反射光入射到光接收光学系统201，反射光通过光接收光学系统201入射到各光接收元件202的光接收表面。
例如，各光接收元件202利用光电二极管构造，该光电二极管将入射的光电荷光电转换成与光电荷的光量对应的电流值的光接收信号。在入射到光接收光学系统201的反射光被聚焦的位置处，光接收元件202被设置成垂直于光接收光学系统201的光轴并且平行于自身车辆的车辆宽度方向(也就是说，水平方向)地排列。入射到光接收光学系统201的反射光入射到光接收元件202，同时根据相对于水平方向的到光接收光学系统201的入射角被分配到各光接收元件202。因此，各光接收元件202从被监测区反射的光中在水平方向上接收来自不同方向的反射光。因此，监测区在水平方向上被划分成多个方向上的多个区域(下文中，被称为检测区)，各光接收元件202分别从对应的检测区接收反射光。光接收元件202将接收到的反射光光电转换成与反射光的光接收量对应的电流值的光接收信号，并且将得到的光接收信号提供到测量部25。
光接收元件202将来自发光元件152的检查光光电转换成与检查光的光接收量对应的电流值的光接收信号，并且将得到的光接收信号提供到测量部25。
(测量部25的构造示例)
图4示出激光雷达装置11的测量部25的构造示例。测量部25包括选择器251、电流-电压转换器252、放大器253和采样部254。选择器251包括多路复用器(MUX)261-1至261-4。电流-电压转换器252包括互阻抗放大器(TIA)262-1至262-4。放大器253包括可编程增益放大器(PGA)263-1至263-4。采样部254包括A/D转换器(ADC)264-1至264-4。
下文中，MUX 261-1至261-4、TIA 262-1至262-4、PGA 263-1至263-4和ADC264-1至264-4被简称为MUX 261、TIA 262、PGA 263和ADC 264，除非需要将MUX261-1至261-4、TIA262-1至262-4、PGA 263-1至263-4和ADC 264-1至264-4中的每个相互区分开。
在控制器21的控制下，MUX 261-1选择从光接收元件202-1至202-4提供的光接收信号中的至少一个，并且将所选择的光接收信号提供到TIA 262-1。当选择多个光接收信号时，MUX 261-1将所选择的光接收信号彼此相加，并且将相加后的光接收信号提供到TIA262-2。
在控制器21的控制下，MUX 261-2选择从光接收元件202-5至202-8提供的光接收信号中的至少一个，并且将所选择的光接收信号提供到TIA 262-2。当选择多个光接收信号时，MUX 261-2将所选择的光接收信号彼此相加，并且将相加后的光接收信号提供到TIA262-2。
在控制器21的控制下，MUX 261-3选择从光接收元件202-9至202-12提供的光接收信号中的至少一个，并且将所选择的光接收信号提供到TIA 262-3。当选择多个光接收信号时，MUX 261-3将所选择的光接收信号彼此相加，并且将相加后的光接收信号提供到TIA262-3。
在控制器21的控制下，MUX 261-4选择从光接收元件202-13至202-16提供的光接收信号中的至少一个，并且将所选择的光接收信号提供到TIA 262-4。当选择多个光接收信号时，MUX 261-4将所选择的光接收信号彼此相加，并且将相加后的光接收信号提供到TIA262-4。
因此，光接收元件202被划分成包括光接收元件202-1至202-4的第一组、包括光接收元件202-5至202-8的第二组、包括光接收元件202-9至202-12的第三组、包括光接收元件202-13至202-16的第四组。MUX 261-1选择第一组的光接收元件202，并且输出所选择的光接收元件202的光接收信号。MUX 261-2选择第二组的光接收元件202，并且输出所选择的光接收元件202的光接收信号。MUX 261-3选择第三组的光接收元件202，并且输出所选择的光接收元件202的光接收信号。MUX 261-4选择第四组的光接收元件202，并且输出所选择的光接收元件202的光接收信号。
在控制器21的控制下，各TIA 262执行从MUX 261提供的光接收信号的电流-电压转换。也就是说，各TIA 262将是输入电流的光接收信号转换成是电压的光接收信号，并且以由控制器21设置的增益来放大转换后的光接收信号的电压。各TIA 262将放大后的光接收信号提供到后续PGA 263。
在控制器21的控制下，各PGA 263以由控制器21设置的增益来放大从TIA 262提供的光接收信号的电压，并且将放大后的光接收信号提供到后续ADC 264。
各ADC 264执行光接收信号的A/D转换。也就是说，在控制器21的控制下，各ADC264通过对PGA 263提供的模拟光接收信号进行采样来测量光接收值。各ADC264将指示光接收值的采样结果(测量结果)的数字光接收信号提供到计算器26。
(MUX 261的构造示例)
图5示意性示出MUX 261的功能的构造示例。
MUX 261包括解码器271、输入端IN1至IN4、接触器C1至C4、输出端OUT1。接触器C1至C4的端部连接到输入端IN1至IN4，接触器C1至C4的其它端部连接到输出端OUT1。
下文中，输入端IN1至IN4和接触器C1至C4被简称为输入端IN和接触器C，除非需要将输入端IN1至IN4和接触器C1至C4中的每个相互区分开。
解码器271解码从控制器21提供的选择信号，根据解码后的选择信号的内容独立地在各接触器C的接通状态和断开状态之间切换。选择并且从输出端OUT1输出被输入到如下的输入端IN的光接收信号，即，该输入端IN连接至处于接通状态的接触器C。在多个接触器C处于接通状态的情况下，多个所选择的光接收信号被相加并且从输出端OUT1输出。
(计算器26的构造示例)
图6示出计算器26的构造示例。
计算器26包括积分器301、检测器302和通知部303。检测器302包括峰值检测器311和对象检测器312。
积分器301对各采样时钟时间内的相同光接收元件202的光接收值积分，并且将积分后的值(下文中，被称为积分后的光接收值)提供到峰值检测器311。
基于各光接收元件202的积分后的光接收值(反射光的强度)，峰值检测器311检测测量光的反射光的强度的水平方向和时间方向(距离方向)上的峰值，并且将检测结果提供到对象检测器312。
基于积分后的光接收值的在水平方向和时间方向(距离方向)上的分布和峰值的检测结果，对象检测器312检测监测区中的对象，并且将检测结果提供到控制器21和通知部303。
通知部303将监测区中的对象的检测结果提供到车辆控制装置12。
(对象检测处理)
以下，将参照图7中的流程图描述通过激光雷达装置11执行的对象检测处理。
在步骤S1中，各MUX 261选择光接收元件202。具体地，在控制器21的控制下，各MUX261在输入到MUX 261的光接收信号中选择将被提供到后续TIA 262的光接收信号。在下面的处理中，测量输出所选择的光接收信号的光接收元件202的光接收值。换句话讲，测量从所选择的光接收元件202的检测区反射的光的强度。
在步骤S2中，测量光投影仪22投影测量光。具体地，在控制器21的控制下，驱动电路101使得发光元件102发射脉冲测量光。从发光元件102发射的测量光通过投影光学系统103投影到整个监测区。
在步骤S3中，光接收器24根据反射光产生光接收信号。具体地，各光接收元件202在通过步骤S2中的处理而投影的测量光的反射光中，通过光接收光学系统201接收在对应方向上从检测区反射的光。光接收元件202将接收到的反射光光电转换成是与反射光的光接收量对应的电信号的光接收信号，并且将得到的光接收信号提供到后续MUX 261。
在步骤S4中，测量部25对光接收信号进行采样。具体地，在控制器21的控制下，各TIA 262执行从MUX 261提供的光接收信号的电流-电压转换，并且以由控制器21设置的增益放大光接收信号的电压。各TIA 262将放大后的光接收信号提供到后续PGA 263。
在控制器21的控制下，各PGA 264以由控制器21设置的增益放大从TIA 262提供的光接收信号的电压，并且将放大后的光接收信号提供到后续ADC 264。
在控制器21的控制下，各ADC 264对从PGA 263提供的光接收信号进行采样，并且执行光接收信号的A/D转换。各ADC 264将AD转换后的光接收信号提供到积分器301。
随后，参照图8详细描述光接收信号采样处理。
在步骤S5中，积分器301将直至前一时间的光接收值和当前光接收值积分。因此，同一采样时钟时间的来自同一光接收元件202的光接收值被积分，如随后参照图9描述的。
在步骤S6中，控制器21确定是否测量光接收值达预定的次数(例如，100次)。当控制器21确定没有测量光接收值达预定次数时，处理返回步骤S2。
然后，重复执行步骤S2至S6中的几个处理，直到在步骤S6中控制器21确定测量光接收值达预定次数。因此，在(将描述的)预定长度测量时段中，重复投影测量光以测量所选择的光接收元件202的光接收值的处理达预定次数。对测得的光接收值积分。
另一方面，当在步骤S6中控制器21确定测量光接收值达预定次数时，处理前进至步骤S7。
在步骤S7中，控制器21确定重复测量时段达预定次数。当控制器21确定测量时段没有重复达预定次数时，处理前进至步骤S1。
然后，重复执行步骤S1至S7中的几个处理，直到在步骤S7中控制器21确定重复测量时段达预定次数。也就是说，在(将描述的)预定长度的检测时段中，重复测量时段达预定次数。在各测量时段中，选择作为光接收值的测量目标的光接收元件202，切换作为反射光的强度的测量目标的检测区。
另一方面，当在步骤S7中控制器21确定重复测量时段达预定次数时，处理前进至步骤S8。
以下，将参照图8至图10描述步骤S1至S7中的多个处理的具体示例。
图8是示出光接收信号采样处理的具体示例的时序图。在图8中，各级的水平轴指示时间。
图8中的最上一级示出测量光的发光时间。检测时段TD1、TD2、…是其中均执行对象检测处理的最小单元的时段，在一个检测时段中执行对象检测处理一次。
各检测时段包括4循环测量时段TM1至TM4和暂停时段TB。测量时段是其中测量光接收值的光接收元件202被切换的最小单元。可在各测量时段之前选择光接收元件202，而在测量时段期间不可改变光接收元件202。因此，在一个测量时段中测量同一种光接收元件202的光接收值。因此，能够以测量时段为单元，切换作为反射光的强度的测量目标的检测区。
图8中的第二级是检测时段TD1中的测量时段TM2的放大图。如图8中所示，在1循环测量时段中，以预定时间间隔将测量光投影预定次数(例如，100次)。
图8中的第三级示出指定ADC 264的采样时间的触发信号的波形，第四级示出ADC264中的光接收信号采样时间。第四级的垂直轴指示光接收信号的值(电压)，光接收信号上的多个黑圈指示采样点。因此，彼此相邻的黑圈之间的时间是采样时间间隔。
在自投影测量光起过去预定时间之后，控制器21将触发信号提供到各ADC 264。各ADC 264在自输入触发信号起过去预定时间之后以预定采样频率(例如，几十至几百兆赫)对光接收信号进行采样达预定次数(例如，32次)。也就是说，每当投影测量光时，以预定采样时间间隔对通过MUX 261选择的光接收信号进行采样达预定次数。
例如，假设ADC 264具有100MHz的采样频率，以10ns为采样时间间隔执行采样。在距离方面，以大约1.5m为间隔对光接收值进行采样。也就是说，针对各检测区，测量在从自身车辆的距离方向上以大约1.5m为间隔的地点处的反射光的强度。
各ADC 264将数字光接收信号提供到积分器301，该数字光接收信号基于触发信号(输入触发信号的时钟时间被设置成0)指示各采样时钟时间的采样值(光接收值)。
因此，每当投影测量光时，对通过MUX 261选择的光接收元件202的光接收信号进行采样。因此，以预定距离为单元，在所选择的光接收元件202的检测区中检测反射光的强度。
另一方面，在暂停时段TB中，中断测量光的投影和光接收值的测量。执行基于测量时段TM1至TM4中的光接收值的测量结果的对象检测处理以及测量光投影仪22、光接收器24和测量部25的设置、调节和测试。
以下，参照图9描述光接收值积分处理的具体示例。图9示出对于在1循环测量时段中将测量光投影100次的情况下从光接收元件202输出的100次的光接收信号的积分处理的示例。在图9中，水平轴指示基于触发信号被输入的时间(时钟时间0)的时钟(采样时钟时间)，垂直轴指示光接收值(采样值)。
如图9中所示，相对于第1个至第100个测量光束，在采样时钟时间t1至ty对光接收信号进行采样，对同一采样时钟时间的光接收值积分。例如，相对于第1个至第100个测量光束，对采样时钟时间t1的光接收值积分。因此，对来自同一光接收元件202的光接收信号的光接收值积分，在检测时段中在同一采样时钟时间对光接收值进行采样。在下面的处理中使用积分后的值。
例如，独立于来自光接收元件202-1和202-2中的一个的光接收信号的光接收值，对光接收值积分，在各光接收值中，将来自光接收元件202-1和202-2的光接收信号相加。换句话说，其中每一个均将来自光接收元件202-1和202-2的光接收信号相加的光接收值与作为不同种类的光接收值的来自光接收元件202-1和202-2中的一个的光接收信号的光接收值分开，并且被单独积分。
通过积分处理，即使在一次测量光的光接收信号的低S/N比下，放大信号分量，并且对随机噪声求平均以及降低随机噪声。结果，容易将接收到的信号划分成信号分量和噪声分量，这样允许光灵敏度显著增加。因此，例如，提高了远处对象或具有低反射率的对象的检测精度。
下文中，在1循环测量时段中执行的一组预定次数(例如，100次)的测量处理和积分处理被称为测量积分单元。
图10示出在各测量时段中的MUX 261的光接收元件202的选择组合的示例。在图10中，MUX 261-1至261-4被简称为MUX 1至4。在图10中，方框中的数字指示通过MUX 261-1至261-4中的每个选择的光接收元件202的编号。也就是说，分别用数字1至16指示光接收元件202-1和202-16。
例如，在测量时段TM1中，分别通过MUX 261-1至261-4选择光接收元件202-1、202-5、202-9和202-13，并且测量所选择的各光接收元件202的光接收值。在测量时段TM2中，分别通过MUX 261-1至261-4选择光接收元件202-2、202-6、202-10和202-14，并且测量所选择的各光接收元件202的光接收值。在测量时段TM3中，分别通过MUX 261-1至261-4选择光接收元件202-3、202-7、202-11和202-15，并且测量所选择的各光接收元件202的光接收值。在测量时段TM4中，分别通过MUX261-1至261-4选择光接收元件202-4、202-8、202-12和202-16，并且测量所选择的各光接收元件202的光接收值。
因此，在一个检测时段中，测量所有光接收元件202的光接收值。换句话说，在一个检测时段中，测量来自监测区中的所有检测区中的每个检测区的反射光的强度。
参照图7，在步骤S8中，峰值检测器311检测峰值。具体地，积分器301将一个检测时段中的光接收元件202的积分后的光接收值提供到峰值检测器311。基于在光接收元件202的各采样时钟时间中的积分后的光接收值的分布，峰值检测器311在检测时段中检测反射光的强度在水平方向和时间方向(距离方向)上的峰值。
具体地，峰值检测器311检测在各光接收元件202中积分后的光接收值被最大化的采样时钟时间。因此，在各检测区中，检测在从自身车辆的距离方向上反射光的强度最大的地点。换句话说，在各检测区中，检测自身车辆和其中反射光的强度最大的地点之间的距离。
峰值检测器311检测其中在各采样时钟时间积分后的光接收值最大的光接收元件202(检测区)。因此，在从自身车辆的距离方向上，以预定间隔(例如，每大约1.5m)检测其中反射光的强度最大的在水平方向上的位置(检测区)。
峰值检测器311将指示检测结果的信息提供到对象检测器312。
可采用任何方法作为峰值检测器311的用于检测峰值的方法。
在步骤S9中，对象检测器312检测对象。具体地，在检测时段中，对象检测器312基于反射光的强度在水平方向和时间方向上的分布和峰值的检测结果，检测监测区中的诸如其它车辆、行人和障碍物之类的对象的存在与否以及对象的种类、方向和与对象的距离。对象检测器312将指示检测结果的信息提供到控制器21和通知部303。
可采用任何方法作为其中对象检测器312检测对象的方法。
将参照图11描述对象检测方法的示例。
图11中的曲线例示在车辆351在自身车辆前方前行的情况下大致在被车辆351反射的光返回时的采样时钟时间的积分后的光接收值的在水平方向上的分布。在图11的曲线图中，采样时钟时间的光接收元件202的积分后的光接收值以光接收元件202在水平方向上排列的次序排列在水平轴方向上。
测量光被车辆351反射并且被光接收元件202接收，在光投影和光接收之间产生时间差。因为时间差与激光雷达装置11和车辆351之间的距离成正比，所以从车辆351反射的光被测量为在与时间差一致的采样时间(采样时钟时间tn)的光接收值。因此，在包括车辆351的检测区中，在光接收元件202的积分后的光接收值中，积分后的光接收值尤其在采样时钟时间tn处增加。
在自身车辆前方存在车辆351的情况下，因为从车辆351反射的光被光接收元件202接收，所以在检测区中的包括车辆351的光接收元件202的积分后的光接收值增加。因为车辆351后部的左反射器352L和右反射器352R处反射率增加，所以在检测区中包括反射器352L和352R的光接收元件202的积分后的光接收值尤其增加。
因此，如图11的曲线图中所示，在水平方向上，在积分后的光接收值的分布中出现两个主峰值P1和P2。由于还检测到被反射器352L和352R之间的车辆主体反射的光，因此相比于其它区域的值，峰值P1和P2之间的积分后的光接收值也较高。可通过检测积分后的光接收值在同一采样时钟时间在水平方向上的分布中的两个主峰值来检测前方的车辆。
在步骤S10中，通知部303以需要为基础将对象检测结果通知外部。例如，通知部303周期性将对象检测结果提供到车辆控制装置12，而不管对象存在与否。另选地，例如，只有当自身车辆有与前方车辆相撞的风险时，通知部303才将对象检测结果提供到车辆控制装置12。
在步骤S11中，控制器21等待预定时间。也就是说，控制器21等待，不投影测量光，直到图8中的暂停时段TB结束。
然后，处理返回到步骤S1，重复地执行步骤S1至S11中的多个处理。也就是说，基于积分后的光接收值，在各检测时段中重复检测对象的处理。
如上所述，对各采样时钟时间的光接收元件202的光接收值积分以检测对象，使得反射光的灵敏度可增加，以提高监测区中的对象检测精度。
4循环测量时段设置在一个检测时段中，以切换测量光接收值的光接收元件202，使得可在各检测时段中从监测区中的检测区检测到对象，而TIA 262、PGA 263和ADC264的数量受到限制。因此，需要测量光接收值并且对光接收值积分的电路规模和计算量可受到限制。
在以上描述中，举例来说，以预定序列重复地测量光接收元件202的光接收值，其中在一个检测时段中将一个测量时段分配给各光接收元件202。换句话说，举例来说，在各个检测时段中针对各光接收元件202执行一次测量积分单元。在这种情况下，可广泛且均匀地监测整个监测区。
另一方面，如上所述，各MUX 261可自由地选择光接收信号，可自由地设置测量光接收值的光接收元件202的组合。也就是说，在各光接收元件202中，可执行测量积分单元达4次，或者在一个检测时段中可不执行测量积分单元。
因此，可根据用于监测各检测区的需要来调节针对各光接收元件202执行的测量积分单元的频率。可增加测量积分单元的性能的频率，以相对于监测需要高的检测区(诸如，检测到对象的区域、很可能存在对象的区域、具有高风险的区域)来增加光接收值的积分次数，这样允许集中地监测检测区。另一方面，测量积分单元的执行频率可减小，以相对于监测需要低的检测区(诸如，没有检测到对象的区域、很可能不存在对象的区域、具有低风险的区域)来减小光接收值的积分次数，这样允许间歇地监测检测区。
因此，可通过相对于光接收元件202(检测区)中的每个适当地调节测量积分单元的执行频率，更有效地使用激光雷达装置11的硬件和软件资源。
在图12的示例中，在检测时段TD1中，不针对光接收元件202-14至202-16执行测量积分单元，但针对光接收元件202-13执行测量积分单元4次。因此，相比于测量积分单元执行一次的情况，光接收元件202-13的积分光接收值变成4倍，光接收元件202-13的光灵敏度可增强。
如上所述，可自由地改变在各测量时段中分配光接收元件202的方法。例如，如同检测时段TD2，可为光接收元件202-7分配中间测量时段TM2和TM3，可为与MUX 261-3连接的光接收元件202-9和202-10分别分配测量时段TM1和TM2的序列和测量时段TM3和TM4的序列。例如，如同检测时段TD3，可不连续地为光接收元件202-4分配测量时段。
如上所述，各MUX 261可在将光接收信号相加的同时输出至少两个光接收信号。例如，如同图12中的检测时段TD4，可将光接收元件202-9和202-10的光接收信号相加，以执行测量积分单元。因此，尽管水平分辨率降低，但相对于其中组合了光接收元件202-9和202-10的检测区的区域，积分后的光接收值增加，并且针对组合区域的光灵敏度可提高。
如上所述，独立于来自于光接收元件202-9和202-10中的一个的光接收信号的光接收值，对如下的光接收值积分，即，在每一个该光接收值中，均将来自光接收元件202-9和202-10的光接收信号相加。
在以上描述中，举例来说，以检测时段为单元，执行光接收值积分处理。另选地，可在整个多倍的检测时段中，执行光接收值积分处理。
例如，如图13中所示，在各检测时段中针对各光接收元件202执行测量积分单元一次的同时，可对整个4倍的检测时段中的光接收元件202-8的光接收值积分。具体地，例如，在检测时段TD4中，可对检测时段TD1至TD4中的光接收元件202-8的光接收值积分。因此，相比于在各检测时段中执行光接收值积分处理的情况，光接收元件202-8的积分光接收值是4倍，光接收元件202-8的光灵敏度可增强。
在图12的检测时段TD4中的示例和图13的示例中，对4循环测量时段中的光接收元件202-8的光接收值积分。在图12的示例中，在较短时段中，对光接收值积分达更多次，使得在检测区中可增强光接收元件202-8的对象检测速度。另一方面，在图13的示例中，针对其它接收元件202，连续地执行测量积分单元，使得在其它光接收元件202的光灵敏度不降低的情况下，可增强光接收元件202-8的光灵敏度。
以下，将描述用于针对各光接收元件202切换测量积分单元的执行频率的方法的具体示例。具体地，将通过举例描述切换广泛监测和行进方向监测的情形。在广泛监测中，均匀地监测整个检测区，如图10的示例中所示。在行进方向监测中，集中监测车辆行进方向(车辆前方中心)上的多个检测区。
在广泛监测中，例如，选择器251(各MUX 261)均匀地选择光接收元件202，因此均匀地监测检测区。另一方面，例如，在行进方向监测中，在选择器251(各MUX 261)中增强从车辆行进方向接收反射光的光接收元件202的选择的频率，因此，集中监测光接收元件202的检测区。
例如，当车辆在小于预定阈值的低速下行驶时，执行广泛监测，当车辆以大于或等于预定阈值的高速行驶时，执行行驶方向监测。因此，在高速行驶期间，可更快速检测较远的对象。在高速行驶期间执行行进方向监测的情况下，理想的是，以预定时间间隔执行广泛监测或除了行进方向之外的方向上的监测。
例如，可交替地执行广泛监测和行进方向监测，直到检测到对象，可在检测到对象之后重复地执行广泛监测。因此，可在监测区中在各个方向上快速检测对象。另外，在检测到对象之后重复广泛监测，这样允许确实地跟踪检测到的对象。
<2.修改形式>
以下，将描述示例性实施方式的修改形式。
激光雷达装置11的构造不限于图1中的示例，但可以需要为基础进行各种改变。
例如，可组合控制器21和计算器26，或者可改变控制器21和计算器26的功能的分配。
例如，光接收元件202、MUX 261、TIA 262、PGA 263和ADC 264的数量可以需要为基础增大或减小。
例如，光接收元件202的数量可增加，以加宽监测区或者将监测区中的检测区分段。另一方面，光接收元件202的数量可减小，以缩窄监测区或组合监测区中的检测区。
例如，可通过改变MUX 261、TIA 262、PGA 263和ADC 264的组合的数量，增加或减少同时被采样的光接收信号的数量。
例如，可改变连接到一个MUX 261的光接收元件202的数量。例如，连接到MX 261的光接收元件202的数量不一定彼此相等。
例如，连接到各MUX 261的光接收元件202的组合不限于以上示例。例如，光接收元件202-1、202-5、202-9和202-13可连接到MUX 261-1，光接收元件202-2、202-6、202-10和202-14可连接到MUX 261-2，光接收元件202-3、202-7、202-11和202-15可连接到MUX 261-3，光接收元件202-4、202-8、202-12和202-16可连接到MUX 261-4。因此，在1循环测量时段中，可针对彼此相邻的四个光接收元件202同时执行测量积分单元。例如，彼此相邻的光接收元件202-5至202-8的检测区可被集中监测。
MUX的输出的数量可被设置成至少两个。也就是说，MUX可从输入的光接收信号中选择至少两个光接收信号并且分别输出所述光接收信号。将参照图14和图15描述包括至少两个输出的MUX的具体构造的示例。
图14示出可用来替代图4中的测量部25的测量部401的构造示例。在图14中，用相同的标号指明与图4中的组件等同的组件。
测量部401与图4中的测量部25的不同之处在于，设置替代选择器251的选择器411。选择器411包括MUX 421。
图15示意性示出MUX 421的功能的构造示例。
MUX 421包括解码器431、输入端IN1至IN16、接触器C1-1至C1-16、接触器C2-1至C2-16、接触器C3-1至C3-16、接触器C4-1至C4-16、输出端OUT1至OUT4。接触器C1-i至C4-i(i＝1至16)中的每个的一端连接到输入端INi。在接触器Cj-1至Cj-16(i＝1至4)中，与连接到输入端IN1至IN16中的每个的一端不同的一端连接到输出端OUTj。
输入端IN1至IN16连接到光接收元件202-1至202-16，输出端OUT1至OUT4连接到TIA 262-1至262-4。
下文中，输入端IN1至IN16和接触器C1至C4被简称为输入端IN和接触器C，除非需要将输入端IN1至IN16和接触器C1至C4中的每个相互区分开。下文中，接触器C1-1至C1-16、接触器C2-1至C2-16、接触器C3-1至C3-16、接触器C4-1至C4-16被简称为接触器C1、接触器C2、接触器C3和接触器C4，除非需要将接触器C1-1至C1-16、接触器C2-1至C2-16、接触器C3-1至C3-16、接触器C4-1至C4-16中的每个相互区分开。
解码器431解码从控制器21提供的选择信号，并且根据解码后的选择信号的内容独立地在各接触器的接通状态和断开状态之间切换。选择并且从输出端OUT1输出被输入到如下的输入端IN的光接收信号，即，该输入端IN连接至处于接通状态的接触器C1。在多个接触器C1处于接通状态的情况下，将所选择的多个光接收信号相加并且从输出端OUT1输出。因此，从光接收元件202-1至202-16选择至少任一个光接收元件202，可从输出端OUT1输出所选择的光接收元件202的光接收信号。
类似地，解码器431可通过根据解码后的选择信号的内容独立地在各接触器C2的接通状态和断开状态之间切换来从光接收元件202-1至202-16选择至少任一个光接收元件202，解码器431可从输出端OUT2输出所选择的光接收元件202的光接收信号。解码器431可通过根据解码后的选择信号的内容独立地在各接触器C3的接通状态和断开状态之间切换，从光接收元件202-1至202-16选择至少任一个光接收元件202，解码器431可从输出端OUT3输出所选择的光接收元件202的光接收信号。解码器431可通过根据解码后的选择信号的内容独立地在各接触器C4的接通状态和断开状态之间切换，从光接收元件202-1至202-16选择至少任一个光接收元件202，解码器431可从输出端OUT4输出所选择的光接收元件202的光接收信号。
因此，可从输出端OUT1至OUT4输出光接收元件202的光接收信号的任何组合，相比于MUX 261-1至261-4的情况，可选择光接收元件202的更自由组合。因此，可更灵活地组合将被监测的检测区，并且可提高对象检测精度。
可使用包括多个输出的至少两个MUX 421。
假设n1是光接收元件202的数量，n2是选择器251的输出的数量或选择器411的输出的数量的总和，c是一个检测时段中测量时段的循环次数，期望地，各值被设置成使得保持n1≦c×n2。因此，在一个检测时段中，可针对所有光接收元件202执行测量积分单元。
在以上描述中，举例来说，在每个检测时段中执行一次对象检测处理。另选地，例如，以需要为基础，可在至少两个时段中对光接收值积分，并且可每至少两个检测时段执行一次对象检测处理。
本公开的一个或多个实施方式可不仅应用于在一个测量时段中投影测量光多次的情况，而且还应用于在一个测量时段中投影测量光一次的情况。
本公开的一个或多个实施方式还可应用于在除了车辆外的其它应用中使用的激光雷达装置。
[计算机的构造示例]
可用硬件和软件执行多个处理的以上序列。在用软件执行多个处理的序列的情况下，构成软件的程序被安装在计算机中。此时，计算机的示例包括并入专用硬件中的计算机和可通过在其中安装各种程序来执行各种功能的通用个人计算机。
图16是例示使用程序执行多个处理的序列的计算机的计算机硬件的构造示例的框图。
在计算机中，CPU(中央处理单元)601、ROM(只读存储器)602、RAM(随机存取存储器)603通过总线604相互连接。
输入和输出接口605还连接到总线604。输入部606、输出部607、存储器608、通信部609和驱动器610连接到输入和输出接口605。
例如，输入部606利用键盘、鼠标和麦克风来构造。例如，输出部607利用显示器和扬声器来构造。例如，存储器608利用硬盘和非易失性存储器来构造。例如，通信部609利用网络接口来构造。驱动器610驱动诸如磁盘、光盘、磁光盘和半导体存储器之类的可拆卸介质611。
在具有以上构造的计算机中，例如，CPU 601通过输入和输出接口605和总线604将存储在存储器608中的程序加载到RAM 603中，并且执行程序，从而执行这多个处理的序列。
例如，可提供由计算机(CPU 601)执行的程序，同时将其记录在作为封装介质的可拆卸介质611中。还可通过诸如局域网、互联网、数字卫星广播的有线或无线传输介质来提供程序。
在计算机中，通过将可拆卸介质611附连驱动器610，可通过输入和输出接口605将程序安装在存储器608中。程序可由通信部609通过有线或无线传输介质来接收，并且被安装在存储器608中。另外，程序可之前被安装在ROM 602或存储器608中。
由计算机执行的程序可以是顺着示例性实施方式中描述的次序按时序执行多个处理的程序、同时执行多个处理的程序、或在诸如时间要求被执行的必要时间执行多个处理的程序。
虽然已经参照有限数量的实施方式描述了本发明，但受益于本公开的优点的本领域的技术人员应该理解，可设想到不脱离本文公开的本发明的范围的其它实施方式。因此，本发明的范围应该只受随附权利要求书的限制。
本申请是基于2013年12月27日在日本专利局提交的日本专利申请No.2013-273067，该日本专利申请的全部内容以引用方式并入本文。

Claims (9)

1.一种设置在车辆中的激光雷达装置，所述激光雷达装置包括：
投影部，其被构造成在具有预定第一长度的测量时段中重复地执行将是脉冲激光光束的测量光投影到预定监测区的处理，在具有预定第二长度的检测时段中将所述处理重复c个循环，其中c≧2；
光接收器，其包括n1个光接收元件并且被构造成在相互不同的方向上接收所述测量光的反射光，其中n1≧2；
选择器，其被构造成在各测量时段中选择所述n1个光接收元件的光接收信号并且输出n2个光接收信号，其中n2≧2；
采样部，其被构造成每当所述测量光被投影时对从所述选择器输出的所述光接收信号采样s次，其中s≧2；以及
检测器，其被构造成基于通过采样得到的采样值，按照以所述检测时段为基准的周期进行检测对象的处理，
其中，当所述检测器没有检测到所述对象时，所述选择器交替地重复第一选择处理和第二选择处理，所述第一选择处理是均匀地选择每一个所述光接收元件的所述光接收信号，在所述第二选择处理中，增加选择从所述车辆的行进方向接收反射光的所述光接收元件的所述光接收信号的频率，当所述检测器检测到所述对象时，所述选择器重复所述第一选择处理。
2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其中，所述选择器从所述n1个光接收元件选择所述光接收信号，将多个所选择的光接收信号相加，并且输出相加后的光接收信号。
3.根据权利要求1所述的激光雷达装置，所述激光雷达装置还包括：
积分器，其被构造成对来自同一光接收元件的所述光接收信号的采样值进行积分，所述采样值是在所述检测时段中在同一采样时钟时间采样得到的，
其中，所述投影部在所述测量时段中将所述测量光投影多次。
4.根据权利要求3所述的激光雷达装置，其中，所述积分器在多个所述检测时段的范围中对所述采样值进行积分。
5.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其中，所述选择器从n2个组中的每一组中的所述光接收信号中进行选择并且输出每一组中的一个光接收信号，所述n1个光接收元件被划分成所述n2个组。
6.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其中，保持n1≦c×n2。
7.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其中，所述采样部包括对从所述选择器输出的所述n2个光接收信号同时进行采样的n2个A/D转换器。
8.根据权利要求1所述的激光雷达装置，
其中，当所述车辆的速度大于或等于预定阈值时，所述选择器增加选择从所述车辆的行进方向接收反射光的所述光接收元件的所述光接收信号的频率。
9.一种在车辆中提供的对象检测方法，该对象检测方法包括：
投影步骤，其中，在具有预定第一长度的测量时段中重复地执行将是脉冲激光光束的测量光投影到预定监测区的处理，在具有预定第二长度的检测时段中将所述处理重复c个循环，其中c≧2；
光接收步骤，其中，n1个光接收元件在相互不同的方向上接收所述测量光的反射光，其中n1≧2；
选择步骤，其中，在各测量时段中选择所述n1个光接收元件的光接收信号并且输出n2个光接收信号，其中n2≧2；
采样步骤，其中，每当所述测量光被投影时对从所述选择步骤输出的所述光接收信号采样s次，其中s≧2；以及
检测步骤，其中，基于采样得到的采样值，按照以所述检测时段为基准的周期进行检测对象的处理，
其中，当所述检测步骤没有检测到所述对象时，所述选择步骤交替地重复第一选择处理和第二选择处理，所述第一选择处理是均匀地选择每一个所述光接收元件的所述光接收信号，在所述第二选择处理中，增加选择从所述车辆的行进方向接收反射光的所述光接收元件的所述光接收信号的频率，当所述检测步骤检测到所述对象时，所述选择步骤重复所述第一选择处理。
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