CN105518484A - 利用光信号的距离测定方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用光信号位相差的距离测定方法及装置，距离测定方法包括通过快门动作以不同位相为基准接收测定对象反射的至少两个信号的阶段；基于以不同位相为基准接收的所述至少两个信号计算输出信号和接收信号的位相差的阶段；基于所述位相差计算测定对象和距离测定装置之间距离的阶段，所述至少两个信号具有相同频率及相同振幅。通过准确计算输出信号和接收信号之间的位相差来准确测定距离测定装置和物体之间的距离。

Description

利用光信号的距离测定方法及装置
技术领域
本发明涉及一种距离测定方法及其装置，特别是一种利用光信号的距离测定方法及其装置。
背景技术
激光雷达（LIDAR:light detection and ranging）传感器是将激光照射至目标物以感应到物体的距离、方向、速度、温度、物质分布及浓度特性等的传感器。
激光雷达传感器利用激光可生成高能量密度和短周期脉冲或矩形波信号的的特点，常用于更加精密地观测空气的物性、测定距离等。
激光传感器技术首现于1930年代，主要用于通过探照灯光线的散射强度分析空中空气密度。但是激光传感器技术正式进入开发阶段则是在1960年代发明出激光之后。1970年代后，随着激光光源技术的不断发展，开发出了适用于各种领域的激光传感器技术。
利用激光雷达的传感器安装于飞机、卫星等，作为重要的观测技术，用于精密空气分析及地球环境观测。另外，激光传感器还可以安装于宇宙飞船及勘测机器人，用于弥补照相机功能，测定到一个物体的距离等。
在地面上，激光雷达传感器技术普遍应用于远距离测定、车速违章查处等。近几年作为用于3D反向工程（3D reverse engineering）及无人汽车的激光扫描仪（laser scanner）及3D照相机的核心技术，其使用性和重要性日渐显现。
现有激光雷达技术的研究目的主要是气象观测及距离测定。而近年，开始研究卫星气象观测、无人机器人传感器及影像3D建模技术。
激光雷达传感器系统的结构根据应用领域不同而有所不同，有时其结构十分复杂。主要由激光传送部、激光检测部、信号接收及处理部及数据传送部构成。
激光雷达传感器根据激光信号的调制方法可分为飞行时间（time-of-flight, TOF）方式和相移（phase-shift）方式。
飞行时间方式，通过测量激光发射的脉冲或矩形波信号从在测定范围内的物体反射并到达接收器的时间，测定被测物体和测定装置之间的距离。
相移方式，通过发射具有特定频率并可连续调制的激光束，测量从在测定范围内的物体反射回的信号位相变化量，以此计算时间及距离。
现有的相移方式，通过在一个信号的一个周期波长内开闭多次快门来获得每个位相的信号，以此计算输送信号和接收信号之间位相差。
此时，为了确保快门能在一个周期波长内多次开闭，需要高速的快门，导致照相机的价格上升，并且，进行高速拍摄时常常无法在信号所需位相上进行拍摄。
发明内容
本发明的目的是弥补现有技术的不足，提供一种在具有低速快门的照相装置也能优化输出光信号和接收光信号之间的位相差而测定距离的方法。
本发明的另一目的是提供一种在具有低速快门的照相装置也能优化输出光信号和接收光信号之间的位相差而测定距离的装置。
为了达到上述目的本发明采用的技术方案如下：
本发明利用光信号的距离测定方法，它利用光信号的位相差测定距离，包括通过快门动作以不同位相为基准接收测定对象反射的具有相同频率及相同振幅的至少两个信号的阶段；基于以不同位相为基准接收的所述至少两个信号计算输出信号和接收信号的位相差的阶段；基于所述位相差计算测定对象和距离测定装置之间距离的阶段。
通过快门动作以不同位相为基准接收测定对象反射的至少两个信号的阶段包括：通过第一快门动作以第一位相为基准接收所述测定对象反射的第一信号的阶段；通过第二快门动作以第二位相为基准接收所述测定对象反射的第二信号的阶段；通过第三快门动作以第三位相为基准接收所述测定对象反射的第三信号的阶段；通过第四快门动作以第四位相为基准接收所述测定对象反射的第四信号的阶段。
基于以不同位相为基准接收的所述至少两个信号计算输出信号和接收信号的位相差的阶段包括：计算在所述第一位相接收的所述第一信号振幅信息的阶段；计算在所述第二位相接收的所述第二信号振幅信息的阶段；计算在所述第三位相接收的所述第三信号振幅信息的阶段；计算在所述第四位相接收的所述第四信号振幅信息的阶段；及基于所述第一信号振幅信息、第二信号振幅信息、第三信号振幅信息、第四信号振幅信息，计算所述输出信号和接收信号位相差的阶段。
所述第一信号、第二信号、第三信号、第四信号为依次接收的正弦波、脉冲或矩形波信号，所述第一位相为0度，所述第二位相为90度，所述第三位相为180度，所述第四位相为270度。
基于以不同位相为基准接收的所述至少两个信号计算输出信号和接收信号的位相差的阶段包括：计算在所述第一位相接收的所述第一信号的光电池内光量的阶段；计算在所述第二位相接收的所述第二信号的光电池内光量的阶段；计算在所述第三位相接收的所述第三信号的光电池内光量的阶段；计算在所述第四位相接收的所述第四信号的光电池内光量的阶段；基于所述第一信号、第二信号、第三信号及第四信号的每个光电池内的光量计算所述输出信号和所述接收信号的位相差的阶段。
还包括将所述至少两个信号依次发射到所述测定对象的阶段，所述至少两个信号为第一信号、第二信号、第三信号、第四信号，是根据接收所述第一信号、第二信号、第三信号、第四信号的快门速度依次发射的信号。
本发明利用光信号的距离测定装置包括用于输出具有相同频率及相同振幅的至少两个信号的信号输出部；通过快门动作，以不同位相为基准，接收从测定对象反射的所述至少两个信号的信号接收部；利用以所述不同位相为基准接收的至少两个信号计算输出信号和接收信号的位相差，并根据所述位相差计算所述测定对象和距离测定装置之间距离的控制部。
所述信号接收部通过第一快门动作以第一位相为基准接收所述测定对象反射的第一信号，通过第二快门动作以第二位相为基准接收所述测定对象反射的第二信号，通过第三快门动作以第三位相为基准接收所述测定对象反射的第三信号，通过第四快门动作以第四位相为基准接收所述测定对象反射的第四信号。
所述控制部计算在所述第一位相接收的第一信号的振幅信息、在所述第二位相接收的第二信号的振幅信息、在所述第三位相接收的第三信号的振幅信息、在所述第四位相接收的第四信号的振幅信息，并基于所述第一信号的振幅信息、第二信号的振幅信息、第三信号的振幅信息和第四信号的振幅信息计算所述输出信号和所述接收信号的位相差。
所述第一信号、第二信号、第三信号、第四信号为依次被接收的正弦波、脉冲或矩形波信号，所述第一位相为0度、第二位相为90度、第三位相为180度、第四位相为270度。
所述控制部计算在所述第一位相接收的所述第一信号的光电池内光通、计算在所述第二位相接收的所述第二信号的光电池内光量、计算在所述第三位相接收的所述第三信号的光电池内光量、计算在所述第四位相接收的所述第四信号的光电池内光量，基于所述第一信号、第二信号、第三信号及第四信号的每个光电池内光通计算所述输出信号和所述接收信号的位相差。
所述信号输出部将所述至少两个信号依次发射至所述测定对象，所述至少两个信号为所述第一信号、第二信号、第三信号、第四信号，是根据接收所述第一信号、第二信号、第三信号、第四信号的快门速度依次发射的信号。
本发明利用多个光信号的距离测定方法及装置的有益效果是：距离测定装置即使具有低速快门，也能准确计算输出信号和接收信号之间的位相差，从而可准确测出距离测定装置和物体之间的距离。
附图说明
图1是本发明距离测定方法的第一实施方式示意图。
图2是本发明距离测定方法的第二实施方式示意图。
图3是本发明基于输出信号和接收信号的位相差测定距离的方法示意图。
图4是本发明利用矩形波的距离测定方法示意图。
图5是本发明的测定光电池内光通量的APS电路图。
图6是本发明利用光电池内光通量的距离测定方法示意图。
图7是本发明测定部到测定目标的距离测定方法的第一实施方式示意图。
图8是本发明测定部到测定目标的距离测定方法的第二实施方式示意图。
图9是本发明测定部到测定目标的距离测定方法的第三实施方式示意图。
图10是本发明测定部到测定目标的距离测定方法的第四实施方式示意图。
图11是本发明距离测定方法的第三实施方式示意图。
图12是本发明距离测定装置的结构框图。
图13是本发明测定目标的距离测定方法流程图。
图14是本发明基于测定目标的距离测定方法测定车辆之间距离的方法示意图。
具体实施方式
本发明可做多种修改，并可以以多种方式实施。本发明结合附图在说明书中对特定实施方式进行详细说明。但是，本发明保护范围并不限定于所述特定实施方式。在权利要求书和说明书及其附图所示的范围之内通过一些修改，可实现不同的实施方式，而这种修改应属于本发明的范围。对类似的构成要素使用了类似标号。
第一、第二等用语可用于说明多种部件，但所述部件不限定于上述用语，上述用语只用于区别各部件。例如，在不超出本发明权利要求范围的前提下可将第一部件命名为第二部件，同样，也可将第二部件命名为第一部件。“及/或”表示多个所记载的相关项目的组合或多个所记载的相关项目中的任意一个。
本申请中使用的用语只用于说明特定实施方式，并非限定本发明。单数的表述，只要未从文字上另作明确说明则包括多数。本申请中的“包括”或“具有”等用语用于表示存在说明书中记载的特征、数字、阶段、动作、构成要素、零部件及其组合，应理解为不排除存在或可附加一个或多个其它特征、数字、阶段、动作、构成要素、零部件或其组合的可能性。
下面结合附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。附图中对相同部件使用了相同的标号，并省略了对相同部件的重复说明。
本发明实施方式中用于距离测定的光源为激光光源，可使用在250nm至11㎛波长内具有物定波长或可改变波长的激光光源。例如，主要可使用小型、低功率发光二极管（lightemitting diode）、激光二极管（laser diode）等半导体激光二极管。
图1是本发明距离测定方法的第一实施方式示意图。
如图1所示，距离测定装置100的信号输出部120可以将多个信号160、170、180、190每隔一定时间输出至测定对象。信号160、170、180、190可以是光源产生的光信号。下面，通过实施例对本发明测定距离测定装置100和测定对象150之间距离的方法进行说明。所述方法基于由信号输出部120依次输出的四个光信号160、170、180、190从测定对象150反射后被距离测定装置100信号接收部140接收的光信号160-1、170-1、180-1、190-1来测定距离测定装置100和测定对象150之间距离。四个光信号160、170、180、190为随机数量，即不一定是四个，只要是依次输出的多个光信号，均属于本发明的保护范围。
本发明实施例以0度、90度、180度、270度四个位相为基准接收反射的光信号160-1、170-1、180-1、190-1信息，所述四个位相基准也可以采用任意个位相为基准，可基于不同的位相基准接收光信号，这种实施方式也属于本发明的保护范围。
多个光信号160、170、180、190输出后，以不同的位相，对测定对象150反射的信号160-1、170-1、180-1、190-1进行快门操作，使信号接收部140接收信号。所述信号接收部140可根据以不同位相为基准接收的信号算出输出信号和接收信号之间的位相差。计算出的输出信号和接收信号之间的位相差信息可用于计算测定对象150和距离测定装置100之间距离。
本发明的输出多个信号的方法与在一个周期的波长内对一个信号进行多次快门开闭动作而获得不同位相信号并计算输出信号和接收信号位间相差的方法具有相同的使用效果。即，不必安装高速快门，无需在一个周期的波长内以高速快门速度进行多次操作，只通过低速快门动作也能根据以多个位相为基准算得的信号信息计算出输出信号和接收信号之间的位相差。
下面对本发明在信号接收部接收信号输出部输出的多个输出信号（第一信号、第二信号、第三信号、第四信号）的反射信号并通过快门的开闭计算每个位相的接收信号信息的方法进行说明。
图2是本发明距离测定方法的第二实施方式示意图。
如图2的A所示，所述信号输出部可在第一时间把特定频率的第一信号发射至测定对象，发射至测定对象的信号在测定对象反射后重新输入至信号接收部。图2的A所示的是第一信号在测定对象反射后输入至信号接收部的信号210。
信号接收部以接收信号的特定位相为基准，在特定时点操作第一快门215，接收测定对象反射的第一信号210。以特定的位相为基准算出的信号信息可用于计算输出信号和接收信号之间位相差。根据测定对象反射的接收信号和信号输出部输出的输出信号的位相差可计算距离测定装置和测定对象之间的距离。
图3是本发明基于输出信号和接收信号的位相差测定距离的方法示意图。
如图3所示，把波长的周期设为T，把光源速度设为c，图3的A所示的是输出的信号随时间变化的信号大小，图3的B所示的是接收的信号随时间变化的信号大小。图3的A和图3的B发生ø大小的位相差，基于该位相差可计算形成光源的距离测定装置和测定对象之间的距离。数学式1表示往返时间。
<数学式1>
数学式1中的表示往返时间的变数。根据输出信号和测定目标反射的接收信号的位相差ø和信号的频率f可计算信号的往返时间。通过数学式1算出的往返时间乘以信号的速度（例如，信号为光线时为光的速度）得出信号移动的往返距离，往返距离除以2即可得出距离测定装置和测定目标之间的距离。数学式2表示距离测定装置和测定目标之间的距离。
<数学式2>
数学式2中的R表示距离测定装置和测定目标之间的距离变数。可根据光源一次产生的光发射至测定对象，并基于反射信号的位相差计算距离测定装置和测定目标之间的距离。为了更加准确地测定距离可使用在接收信号的一个周期内多次测定信号大小而计算位相差的方法。
如图2所示，信号接收部通过开／关（on/off）快门以不同的位相接收多个信号，从而计算输出信号和接收信号之间的位相差。
图2的B、图2的C、图2的D是本发明为了基于多个信号计算出位相差而反射的信号示意图。
例如，所述信号输出部的光源可在第一时间之后的规定时间，即第二时间，将与第一信号具有相同性质（振幅、频率）的第二信号再次输出至测定对象。经测定对象反射后被信号接收部接收的第二信号220在与第一信号测定位相不同的位相通过第二快门动作225而接收信号信息。例如，如果以位相0度为基准，通过第一快门动作215接收了反射的第一信号210信息，那么可以位相90度为基准，通过第二快门动作225接收反射的第二信号220信息。
同样，信号生成部可在第二时间之后的第三时间产生第三信号，第三时间之后的第四时间产生第四信号。如图2的C所示，以位相180度为基准，第三信号通过第三快门动作235接收经测定对象反射的第三信号230；如图2的D所示，以位相270度为基准，第四信号通过第四快门动作245接收经测定对象反射的第四信号240。
根据在不同位相测得的第一信号、第二信号、第三信号、第四信号的大小，并利用数学式3计算位相差。
<数学式3>
数学式3中，将第一信号A1和第三信号A3大小的差作为分子，第二信号A2和第四信号A4大小的差作为分母，利用反正切函数值计算出位相差。
此时检测的信号大小可以是快门由开（on）转到关（off）时的信号大小，或是开（on）快门时的信号大小，也可以是快门从开到关所需时间的1/2时的信号大小。但是，由于需要测定第一信号至第四信号，因此，如果第一信号的大小是在快门由开到关时测定的，那么第二信号、第三信号、第四信号的大小也要在快门由开到关时测定。
将算出的位相差代入数学式2，可以计算出距离测定装置和测定对象之间的距离。
本发明的另一实施方式，当信号输出部输出的信号为矩形波或脉冲（square wave orpulse）时，也能通过操作多个信号的不同位相的快门计算距离测定装置和测定对象之间的距离。
图4是本发明利用矩形波的距离测定方法示意图。
图4的A所示的是输出信号的波形。假设将输出信号的波形以0度、90度、180度、270度的位相为基准，有脉冲或矩形波时设为‘1’，没有脉冲或矩形波时设为‘0’，边界设为‘1’，那么根据每个位相所测定的值为‘1110’。
图4的B所示的是接收信号的波形。假设接收的接收信号与输出信号（或基准信号）相差tx时，那么以0度、90度、180度、270度位相为基准所测定的值为‘0110’。即，在基准信号位相为0度至90度的波长之间接收输出信号时，测定值均为‘0110’。也就是，可根据基于四个位相测定的脉冲或矩形波振幅值的变化来测定距离。
用于数学式3的信号大小为矩形波或脉冲的大小，因此，可以理解为A1＝0，A2＝1，A3＝1，A4＝0。
本发明的位相信号的大小，如上所述，当信号为正弦波时，可通过测定在快门从开on到关off的同一时间测得的反射信号的振幅大小来确定；当信号为脉冲或矩形波时，可将反射的脉冲或矩形波大小作为振幅大小来测定。
如图5所示，无论是正弦波信号还是矩形波信号，均可利用有源像素传感器（ActivePixel Sensor）和照相机光电池内的光量求出位相差。
图6是本发明位相信号大小测定方法的另一实施方式示意图。
当快门处于开on的状态时光电池可以充光能，正弦波时是在全部位相上充光能（或反充），而矩形波时则只在位相1充光能。
充在光电池内的光量达到最大时，其值为4。如同反射的第一信号或反射的第二信号，当充有的光量为快门处于开on状态时的3/4时，其信号值为3；如同反射的第三信号或反射的第四信号，充有的光量为快门处于开on状态时的1/4时，其信号值为1。
图7是本发明测定测定部到测定目标之间距离的方法的一实施方式示意图。
如图7所示，测定部生成的信号可以为脉冲或矩形波信号，与图1所示的正弦波或正弦曲线不相同。与正弦波或正弦信号相比，脉冲或矩形波信号更容易生成，更易使快门速度和波形同步。
如图7所示，假设快门开启后运行的时间为Ts，那么信号测定装置将生成周期为2Ts的信号并输出至测定对象。生成的信号在Ts周期（半波长）内的振幅为A，在其余Ts周期（另一半波长）内的振幅为0。
图7的A是在信号接收部通过第一快门动作515接收在第一时间生成的第一信号从测定目标反射的第一信号510的方法示意图。信号接收部的快门通过第一快门动作515在反射的第一信号510的0度位相接收反射的第一信号510后可关闭。即，用于接收反射的第一信号510的信号接收部可接收以0度位相为基准反射的第一信号510。
图7的B是在信号接收部通过第二快门动作525接收在第二时间生成的第二信号从测定目标反射的第二信号520的方法示意图。第二信号可以在生成第一信号后过一定时间之后生成。通过信号接收部的快门动作可以90度位相为基准接收反射的第二信号520。
如图7的C所示，通过第三快门动作535、以180度位相为基准接收在第三时间生成的第三信号从测定目标反射的第三信号530。如图7的D所示，通过第四快门动作545、以270度位相为基准接收在第四时间生成的第四信号从测定目标反射的第四信号540，如图3的C及图3的D。
通过上述方法，无需另提升快门速度，基于每个位相测定信号的变化，就如同以一个信号的四个位相为基准测定距离测定装置和测定对象之间距离。
如图7所示，信号的一个波长变长时也可以利用相同方法以四个位相为基准接收每个信号。
图8是本发明测定部到测定目标之间距离测定方法的第二实施方式示意图。
图8是信号波长增大2倍、快门速度为图3的1/2时的示意图。当信号的一个波长变长时，快门速度会降低，可使用强度为图5的1/2的信号进行距离测定。所述信号输出部可以把具有各种波长的信号发射至测定对象。
如同图7，在图8中，信号输出部在第一时间、第二时间、第三时间、第四时间生成信号后发射至测定目标，信号接收部以90度的位相差，即，在0度位相通过操作快门，接收第一信号从测定目标反射的第一信号610；在90度位相通过操作快门，接收第二信号在测定目标反射的第二信号620；在180度位相通过操作快门，接收第三信号在测定目标反射的第三信号630；在270度位相通过操作快门，接收第四信号在测定目标反射的第四信号640。
图9是本发明测定部到测定目标之间距离测定方法的第三实施方式示意图。
图9和图7相比，图9的信号的波长为图7的3倍、快门速度为图7的1/3时的示意图
如图9的A至图9的D所示，就如同图7及图8所示，信号接收部分别在0度、90度、180度、270度的位相接收第一信号、第二信号、第三信号及第四信号从测定目标反射的第一信号710、第二信号720、第三信号730、第四信号740。
图10是本发明测定部到测定目标之间距离测定方法的第四实施方式示意图。
图10与图7相比，图10的信号波长为图7的4倍、快门速度为图7的1/4。
采用如上所述的方式，快门速度和信号的波长可以发生变化。信号接收部根据变化的快门速度和信号波长接收生成的信号，计算输出信号和接收信号的位相差，并根据位相差测定信号输出部和测定目标之间的距离。
图11是本发明的距离测定方法示意图。
如图11所示，以相当于正弦波振幅的脉冲或矩形波驱动快门的驱动信号，通过测定接收光线的强度来测定光线强度值和周期，从而计算位相差。
如图11所示，向快门输入振幅相当于正弦波振幅的脉冲或矩形波900、920、930、940驱动信号而驱动快门时，可以输入脉冲或矩形波信号900、920、930、940的周期接收反射的信号。接收的信号大小呈正弦波状，可根据所述正弦波振幅值计算出输出信号和接收信号之间的位相差。
图12是本发明距离测定装置的结构框图。
图12所示的距离测定装置采用生成所述正弦波信号及/或脉冲或矩形波信号，将其发射至测定对象，并接收反射来的信号的方法测量距离。
本发明实施方式中所示的分离构件组件是按功能随意分离的，可以将一个组件分为多个组件，也可以将多个组件合并为一个组件，这些均属于本发明的保护范围。
距离测定装置包括控制部1040、信号输出部1000、信号接收部1050。
包括于控制部1040、信号输出部1000、信号接收部1050的部分组件可以是现场可编程阵列（field-programmable gate array）。
信号输出部1000包括位相调节器1005、余弦器1015、脉冲或矩形波生成部1010、D/A变压器1020、驱动电路1020、光源1030。
位相调节器1005用于调节生成信号的位相，并可向信号输出部提供基准信号。信号接收部1050基于位相调节器1005提供的基准信号在多个位相接收输出信号。
余弦器1015及D/A变压器1020确定基于信号位相的振幅值，用于生成正弦波信号。不使用正弦波信号而利用所述脉冲或矩形波信号时，所述脉冲或矩形波生成部1010产生脉冲或矩形波信号。
余弦器1015、D/A变压器1020、脉冲或矩形波生成部1010设置于一个信号输出部1000，可根据信号输出部1000生成的信号有选择地使用。但是，当一个信号输出部1000只生成正弦波信号时，可省略脉冲或矩形波生成部1010；当信号输出部1000只生成脉冲或矩形波信号时，可省略余弦器1015及D/A变压器1020。
驱动电路1025可基于原有电路生成的数字信号生成用于驱动光源的模拟信号。
光源1030的形状多种多样，用于生成发射至测定目标的光线。例如，使用激光光源时，可以是具有250nm至11㎛波长内的特定波长或可变波长的激光光源。光源1030主要可使用小型、低功率发光二极管（light emitting diode）、激光二极管（laser diode）等半导体激光二极管。
光源1030可将多个性质相同的信号发射至测定目标。具有相同性质的多个信号可以是第一信号、第二信号、第三信号、第四信号，可将每个信号按一定间隔依次发射至测定目标。
控制部1040可基于信号输出部1000生成的信息来控制信号接收部1050。例如，控制部1040可基于信号输出部生成的输出信号控制设置于信号接收部的照相机1060快门的开闭。并且，控制部1040可生成控制信号，用于控制所述信号输出部1000及信号接收部1050执行的动作。
信号接收部1050包括照相机1060、位相检测部1070、测距计数器1080。
照相机1060设有快门，可接收从测定对象反射的信号。设置于照相机1060的快门以基于特定快门速度而接收的信号的特定位相为基准进行开闭。如上所述，照相机1060的快门以一定位相为基准接收相同性质的多个信号，以此计算输出信号和接收信号之间的位相差。照相机1060以特定位相为基准，基于从控制部1040接收的基准信号信息接收信号。
位相检测部1070用于检测照相机1060接收的多个信号的位相。
测距计数器1080利用时间戳等信号比较信息计算通过位相检测部1070检测的接收信号与输出信号之间的位相差。本发明实施方式中，位相检测部1070根据基于多个信号、按位相分别算出的信号信息检测输出信号和接收信号之间的位相变化，从而计算距离测定装置和测定对象之间的距离。
为了便于说明，图12假设信号输出部1000、控制部1040、信号接收部1050设置于一个装置内。但是，所述信号输出部1000、控制部1040和信号接收部1050可以是独立结构。
图13是本发明测定目标距离测定方法的流程图。
如图13所示，第1阶段S1100，以第一位相为基准接收从测定对象反射的第一信号。
信号接收部以第一位相（比如0度）为基准接收信号输出部的光源在第一时间生成的第一信号从测定目标反射的第一信号。信号接收部以接收的第一信号的第一位相为基准打开快门，接收信号。
第1-1阶段S1110，以第二位相为基准收接从测定目标反射的第二信号。
信号接收部以第二位相为基准，接收信号输出部的光源在第二时间生成的第二信号从测定目标反射的第二信号。信号输出部根据快门速度，在第一信号生成一定时间之后输出第二信号，信号接收部以接收的第二信号的第二位相为基准，打开快门，接收信号。
第1-2阶段S1120，以第三位相为基准收接从测定目标反射的第三信号。
信号接收部以第三位相为基准接收信号输出部的光源在第三时间生成的第三信号从测定目标反射的第三信号。考虑到快门速度，在第二信号生成一定时间之后输出第三信号，信号接收部以接收的第三信号的第三位相为基准打开快门，接收信号。
第1-3阶段S1130，以第四位相为基准收接从测定目标反射的第四信号。
信号接收部以第四位相为基准，接收信号输出部的光源在第四时间生成的第四信号从测定目标反射的第四信号，考虑到快门速度，在第三信号生成一定时间之后输出第四信号，信号接收部以接收的第四信号的第四位相为基准，打开快门，接收信号。
第1-4阶段S1140，基于接收的第一反射信号、第二反射信号、第三反射信号、第四反射信号的位相信息，计算位相差。
对以每个位相为基准接收的第一信号、第二信号、第三信号、第四信号进行处理，使其与在一个信号周期的不同位相通过操作快门而接收的信号信息相同，并用于计算输出信号和接收信号之间位相差。计算输出信号和接收信号之间位相差的方法可采用各种数学处理方法，并不局限于本发明的实施方式。例如，信号为正弦波或正弦曲线时，根据信号在每个位相上的振幅值计算输出信号和接收信号的位相差；信号为脉冲或矩形波时，将根据每个信号计算的位相值作为四位字节信息计算位相差。
第1-5阶段S1150，根据输出信号和接收信号的位相差计算距离测定装置和测定对象之间的距离。
利用在S1130阶段计算的输出信号和接收信号之间的位相差信息计算距离测定装置和测定对象之间的距离。例如，利用数学式2，并根据接收信号之间的位相差信息计算距离测定装置和测定对象之间距离。
图14是本发明利用测定目标距离的测定方法测定车辆之间距离的方法示意图。
图14所示的是将近距离激光雷达焦平面阵列（focal plane array）传感器1200设置于车辆，感知固定障碍物或移动障碍物的方法，距离激光焦平面阵列传感器1200可适用图1至图13所述的方法。
在道路上行驶的车辆驾驶员利用本发明的激光雷达传感器1200，可以自己的车辆为基准，确认自己车辆和另一车辆间的距离。
激光雷达传感器1200以一定的时间间隔向测定对象1250发射多个信号1220，并以一定的位相差接收多个信号1220，以测定与测定对象1250的距离。用于距离测定的信号被调制生成各种频率及振幅后发射至测定对象1250。
车辆的控制部监测激光雷达传感器1200感应的车辆之间的距离信息，当感应到危险时根据监测信息发出警报或控制车辆行驶。
图14是应用本发明的激光雷达传感器的一个实施方式，可以将激光雷达传感器应用于各种输送工具、距离测定装置等。
上述的说明仅是根据附图对本发明优选实施方式进行的详细描述，但本发明保护范围并不限定于上述实施方式。在权利要求书和说明书及其附图所示的范围之内通过一些修改，可实现不同的实施方式，而这种修改应属于本发明的范围。

Claims (12)

1.一种利用光信号的距离测定方法，它利用光信号的位相差测定距离，其特征在于：包括通过快门动作以不同位相为基准接收测定对象反射的具有相同频率及相同振幅的至少两个信号的阶段；基于以不同位相为基准接收的所述至少两个信号计算输出信号和接收信号的位相差的阶段；基于所述位相差计算测定对象和距离测定装置之间距离的阶段。
2.根据权利要求1所述的利用光信号的距离测定方法，其特征在于：通过快门动作以不同位相为基准接收测定对象反射的至少两个信号的阶段包括：通过第一快门动作以第一位相为基准接收所述测定对象反射的第一信号的阶段；通过第二快门动作以第二位相为基准接收所述测定对象反射的第二信号的阶段；通过第三快门动作以第三位相为基准接收所述测定对象反射的第三信号的阶段；通过第四快门动作以第四位相为基准接收所述测定对象反射的第四信号的阶段。
3.根据权利要求2所述的利用光信号的距离测定方法，其特征在于：基于以不同位相为基准接收的所述至少两个信号计算输出信号和接收信号的位相差的阶段包括：计算在所述第一位相接收的所述第一信号振幅信息的阶段；计算在所述第二位相接收的所述第二信号振幅信息的阶段；计算在所述第三位相接收的所述第三信号振幅信息的阶段；计算在所述第四位相接收的所述第四信号振幅信息的阶段；及基于所述第一信号振幅信息、第二信号振幅信息、第三信号振幅信息、第四信号振幅信息，计算所述输出信号和接收信号位相差的阶段。
4.根据权利要求2所述的利用光信号的距离测定方法，其特征在于：所述第一信号、第二信号、第三信号、第四信号为依次接收的正弦波、脉冲或矩形波信号，所述第一位相为0度，所述第二位相为90度，所述第三位相为180度，所述第四位相为270度。
5.根据权利要求2所述的利用光信号的距离测定方法，其特征在于：基于以不同位相为基准接收的所述至少两个信号计算输出信号和接收信号的位相差的阶段包括：计算在所述第一位相接收的所述第一信号的光电池内光量的阶段；计算在所述第二位相接收的所述第二信号的光电池内光量的阶段；计算在所述第三位相接收的所述第三信号的光电池内光量的阶段；计算在所述第四位相接收的所述第四信号的光电池内光量的阶段；基于所述第一信号、第二信号、第三信号及第四信号的每个光电池内的光量计算所述输出信号和所述接收信号的位相差的阶段。
6.根据权利要求1所述的利用光信号的距离测定方法，其特征在于：还包括将所述至少两个信号依次发射到所述测定对象的阶段，所述至少两个信号为第一信号、第二信号、第三信号、第四信号，是根据接收所述第一信号、第二信号、第三信号、第四信号的快门速度依次发射的信号。
7.一种利用光信号的距离测定装置，其特征在于：包括用于输出具有相同频率及相同振幅的至少两个信号的信号输出部；通过快门动作，以不同位相为基准，接收从测定对象反射的所述至少两个信号的信号接收部；利用以所述不同位相为基准接收的至少两个信号计算输出信号和接收信号的位相差，并根据所述位相差计算所述测定对象和距离测定装置之间距离的控制部。
8.根据权利要求7所述的利用光信号的距离测定装置，其特征在于：所述信号接收部通过第一快门动作以第一位相为基准接收所述测定对象反射的第一信号，通过第二快门动作以第二位相为基准接收所述测定对象反射的第二信号，通过第三快门动作以第三位相为基准接收所述测定对象反射的第三信号，通过第四快门动作以第四位相为基准接收所述测定对象反射的第四信号。
9.根据权利要求8所述的利用光信号的距离测定装置，其特征在于：所述控制部计算在所述第一位相接收的第一信号的振幅信息、在所述第二位相接收的第二信号的振幅信息、在所述第三位相接收的第三信号的振幅信息、在所述第四位相接收的第四信号的振幅信息，并基于所述第一信号的振幅信息、第二信号的振幅信息、第三信号的振幅信息和第四信号的振幅信息计算所述输出信号和所述接收信号的位相差。
10.根据权利要求8所述的利用光信号的距离测定装置，其特征在于：所述第一信号、第二信号、第三信号、第四信号为依次被接收的正弦波、脉冲或矩形波信号，所述第一位相为0度、第二位相为90度、第三位相为180度、第四位相为270度。
11.根据权利要求8所述的利用光信号的距离测定装置，其特征在于：所述控制部计算在所述第一位相接收的所述第一信号的光电池内光通、计算在所述第二位相接收的所述第二信号的光电池内光量、计算在所述第三位相接收的所述第三信号的光电池内光量、计算在所述第四位相接收的所述第四信号的光电池内光量，基于所述第一信号、第二信号、第三信号及第四信号的每个光电池内光通计算所述输出信号和所述接收信号的位相差。
12.根据权利要求7所述的利用光信号的距离测定装置，其特征在于：所述信号输出部将所述至少两个信号依次发射至所述测定对象，所述至少两个信号为所述第一信号、第二信号、第三信号、第四信号，是根据接收所述第一信号、第二信号、第三信号、第四信号的快门速度依次发射的信号。
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