CN108196242B - 基于边沿检测的激光雷达计时方法及数据处理单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供基于边沿检测的激光雷达计时方法及数据处理单元，方法包括：接收高速ADC发送的对从信号调理电路处理的回波信号进行模数转换得到的数字信号并滤除噪声得到信号S2；对S2进行差分处理得到表征信号变化速度的差分信号S3；对信号S2和差分信号S3进行检测，获取上升沿点集U；对信号S2和差分信号S3进行检测，获取下降沿点集D；在U上进行直线拟合得直线L1，在D上进行直线拟合得直线L2；计算L1和L2的交点及该交点的AD值A1；将A1乘以预设系数得A2；在S2上寻找AD值等于A2的点并获取该点对应时间作为回波信号接收时间点。本发明具有高精度、快速、适应高动态范围、稳定性高、应用难度小等优点。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种基于边沿检测的激光雷达计时方法及数据处理单元。
背景技术
激光雷达是一种通过激光扫描器产生激光束扫描被测目标，用光电探测器接收反射光束，并通过测量激光飞行时间计算目标距离的测量仪器。激光雷达在军事领域、大地测量等领域已取得广泛应用。在交通领域，激光雷达已成为无人驾驶技术中用于距离探测的重要手段之一；激光雷达在交通流量调查、车型检测等应用方面也取得长足进步。随着激光雷达应用领域越来越广泛，对激光雷达的测距精度、多维测距能力、测距速度以及测距稳定性提出更高的要求。与此同时，数字化信号处理技术在激光雷达领域越来越受到重视，特别是基于高速模拟数字转换器(Analog-to-digital converter，简称ADC)的多线激光雷达已成为研究和应用重点。
激光雷达计时方法是基于高速ADC的多线激光雷达设计中的关键技术。基于高速ADC的激光雷达特点是通道多、采集数据量大，这就要求必须使用一种简单、快速的数据处理方法，同时保证其计时精度。然而，这部分技术内容公开讨论较少。
鉴于此，如何提供一种高精度、快速的激光雷达计时方法成为目前需要解决的技术问题。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提供一种基于边沿检测的激光雷达计时方法及数据处理单元，能够提供一种高精度、快速的激光雷达计时方法，具有适应高动态范围、稳定性高、应用难度小等优点。
第一方面，本发明提供一种基于边沿检测的激光雷达计时方法，包括：
接收高速ADC发送的数字信号，所述数字信号是所述高速ADC采集由信号调理电路处理的回波信号后进行模数转换而得到的；
对所述数字信号进行预处理，滤出所述数字信号中的干扰噪声；
对预处理后的数字信号进行差分处理，得到表征信号变化速度的差分信号；
对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取上升沿点集；
对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取下降沿点集；
在所述上升沿点集上进行直线拟合得到直线L1，在所述下降沿点集上进行直线拟合得到直线L2；
计算直线L1和L2的交点并求得所述交点的AD值A1，其中所述交点对应的时间点为回波信号强度最大点时刻；
将所述A1乘以预设系数，得到数字量A2；
在所述预处理后的数字信号上寻找AD值等于A2的点，并获取该点对应的时间作为回波信号接收时间点。
可选地，所述对所述数字信号进行预处理，滤出所述数字信号中的干扰噪声，包括：
对所述数字信号进行中值滤波，滤出所述数字信号中的干扰噪声。
可选地，所述对预处理后的数字信号进行差分处理，包括：
将预处理后的数字信号上的后一个点减去其相邻前一个点。
可选地，所述对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取上升沿点集，包括：
遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上 的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第一阈值，则将该点加入点集U1；
遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第二阈值，则将该点加入点集U2；
计算所述U1和U2的交集，该交集为上升沿点集U。
可选地，所述对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取下降沿点集，包括：
遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第三阈值，则将该点加入点集D1；
遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均小于等于预设第四阈值，则将该点加入点集D2；
计算所述D1和D2的交集，该交集为下降沿点集D。
可选地，所述在所述上升沿点集上进行直线拟合得到直线L1，在所述下降沿点集上进行直线拟合得到直线L2，包括：
通过求第一方程在最小二乘意义下的解，获得上升沿拟合直线L1；
通过求第二方程在最小二乘意义下的解，获得下降沿拟合直线L2；
其中，所述第一方程为：
Y1＝R1×X1；
R1为直线L1方程参数矩阵，Y1为所述预处理后的数字信号上所有加入上升沿点集的点的数字量的齐次坐标矩阵，X1为所述预处理后的数字信号上所有加入上升沿点集的点的时间值的齐次坐标矩阵；
所述第二方程为：
Y2＝R2×X2；
R2为直线L2方程参数矩阵，Y2为所述预处理后的数字信号上所有加入下降沿点集的点的数字量的齐次坐标矩阵，X2为所述预处理后的数字信号上所有加入下降沿点集的点的时间值的齐次坐标矩阵。
可选地，所述预设系数为小于1的常数，所述预设系数是根据动态范围进行设置的。
可选地，所述在所述预处理后的数字信号上寻找AD值等于A2的点，还包括：
如果所述预处理后的数字信号上没有AD值等于A2的点，则在所述预处理后的数字信号上寻找两点Q1和Q2，其中点Q1的AD值大于A2，点Q2的AD值小于A2；
利用线性插值方法，在Q1与Q2之间寻找AD值等于A2的点。
第二方面，本发明提供一种数据处理单元，包括：
接收模块，用于接收高速ADC发送的数字信号，所述数字信号是所述高速ADC采集由信号调理电路处理的回波信号后进行模数转换而得到的；
第一处理模块，用于对所述数字信号进行预处理，滤出所述数字信号中的干扰噪声；
第二处理模块，用于对预处理后的数字信号进行差分处理，得到表征信号变化速度的差分信号；
第一检测模块，用于对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取上升沿点集；
第二检测模块，用于对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取下降沿点集；
直线拟合模块，用于在所述上升沿点集上进行直线拟合得到直线L1，在所述下降沿点集上进行直线拟合得到直线L2；
第一计算模块，用于计算直线L1和L2的交点并求得所述交点的AD值A1，其中所述交点对应的时间点为回波信号强度最大点时刻；
第二计算模块，用于将所述A1乘以预设系数，得到数字量A2；
寻找模块，用于在所述预处理后的数字信号上寻找AD值等于A2的点，并获取该点对应的时间作为回波信号接收时间点。
可选地，所述第一检测模块，具体用于
遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第一阈值，则将该点加入点集U1；
遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第二阈值，则将该点加入点集U2；
计算所述U1和U2的交集，该交集为上升沿点集U；
和/或，
所述第二检测模块，具体用于
遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第三阈值，则将该点加入点集D1；
遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均小于等于预设第四阈值，则将该点加入点集D2；
计算所述D1和D2的交集，该交集为下降沿点集D。
由上述技术方案可知，本发明的基于边沿检测的激光雷达计时方法及数据处理单元，通过接收高速ADC发送的对从信号调理电路处理的回波信号进行模数转换得到的数字信号并滤出噪声得到信号S2； 对信号S2进行差分处理得到表征信号变化速度的差分信号S3；对信号S2和差分信号S3进行检测，获取上升沿点集U；对信号S2和差分信号S3进行检测，获取下降沿点集D；在U上进行直线拟合得直线L1，在D上进行直线拟合得直线L2；计算L1和L2的交点及该交点的AD值A1；将A1乘以预设系数得A2；在信号S2上寻找AD值等于A2的点并获取该点对应时间作为回波信号接收时间点，由此，能够提供一种高精度、快速的激光雷达计时方法，具有适应高动态范围、稳定性高、应用难度小等优点。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的基于边沿检测的激光雷达计时方法的流程示意图；
图2为采用数字化技术的激光雷达信号处理系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的回波信号上升沿点集检测结果示意图；
图4为本发明实施例提供的回波信号下降沿点集检测结果示意图；
图5为本发明实施例提供的在回波信号边沿点上进行直线拟合及求交点结果示意图；
图6为本发明实施例提供的在回波信号上寻找的最终回波接收点示意图；
图7为本发明实施例提供的基于边沿检测的激光雷达计时方法应用于饱和信号的示意图；
图8为本发明一实施例提供的数据处理单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明一实施例提供的基于边沿检测的激光雷达计时方法的流程示意图，本实施例中，所述基于边沿检测的激光雷达计时方法应用于数据处理单元，如图1所示，本实施例的基于边沿检测的激光雷达计时方法如下所述。
101、接收高速ADC发送的数字信号，所述数字信号是所述高速ADC采集由信号调理电路处理的回波信号后进行模数转换而得到的。
102、对所述数字信号进行预处理，滤出所述数字信号中的干扰噪声。
在具体应用中，所述步骤102可以通过对所述数字信号进行中值滤波，滤出所述数字信号中的干扰噪声。
103、对预处理后的数字信号进行差分处理，得到表征信号变化速度的差分信号。
在具体应用中，所述步骤103对预处理后的数字信号进行差分处理，可以具体包括：
将预处理后的数字信号上的后一个点减去其相邻前一个点，所以得到的差分信号的点数比预处理后的数字信号的点数少1。
104、对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取上升沿点集。
在具体应用中，可参考图3，所述步骤104，可以包括图中未示出的步骤104a-104c：
104a、遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第一阈值T1，则将该点加入点集U1。
具体地，可以预先选定第一阈值T1，对预处理后的数字信号S2中任意两连续点P1和P2(假定P1在前)，如满足如下条件：
则把点P1加入点集U1中，其中S2(P1)表示点P1的数字值，S2(P2)表示点P2的数字值；遍历信号S2，得到包含所有满足条件(a)的点集U1。
104b、遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第二阈值T2，则将该点加入点集U2。
具体地，可以预先选定第二阈值T2，对差分信号S3中任意两连续点P3和P4(假定P3在前)，如满足如下条件：
则把点P3加入点集U2中，其中S3(P3)表示点P3的差分，S3(P4)表示点P4的差分；遍历差分信号S3，得到包含所有满足条件(b)的点集U2。
104c、计算所述U1和U2的交集，该交集为上升沿点集U＝U1∩U2。
105、对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取下降沿点集。
在具体应用中，可参考图4，所述步骤105，可以包括图中未示出的步骤105a-105c：
105a、遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第三阈值T3，则将该点加入点集D1。
具体地，可以预先选定第三阈值T3，对预处理后的数字信号S2中任意两连续点P5和P6(假定P5在前)，如满足如下条件：
则把点P5加入点集D1中，其中S2(P5)表示点P5的数字值，S2(P6)表示点P6的数字值；遍历信号S2，得到包含所有满足条件(c)的点集D1。
105b、遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均小于等于预设第四阈值T4，则将该点加入点集D2。
具体地，可以预先选定第四阈值T4，对差分信号S3中任意两连续点P7和P8(假定P7在前)，如满足如下条件：
则把点P7加入点集D2中，其中S3(P7)表示点P7的差分，S3(P8)表示点P8的差分；遍历差分信号S3，得到包含所有满足条件(d)的点集U2。
105c、计算所述D1和D2的交集，该交集为下降沿点集D＝D1∩D2。
106、在所述上升沿点集上进行直线拟合得到直线L1，在所述下降沿点集上进行直线拟合得到直线L2。
在具体应用中，可参考图5，所述步骤106，可以包括图中未示出的步骤106a和106b：
106a、通过求第一方程在最小二乘意义下的解，获得上升沿拟合直线L1。
其中，所述第一方程为：
Y1＝R1×X1；
R1为直线L1方程参数矩阵，Y1为所述预处理后的数字信号上所有加入上升沿点集的点的数字量的齐次坐标矩阵，X1为所述预处理后的数字信号上所有加入上升沿点集的点的时间值的齐次坐标矩 阵。
具体地，所述步骤106a可以设所述点集U点数为N1，点集U的数字值对应齐次坐标矩阵为Y1，维数为2×N1；点集U的时间值对应其次坐标矩阵为X1，维数为2×N1，通过下式得上升沿拟合直线L1方程参数矩阵R1：
R1＝(X1·X1T)·(Y1·X1T)-1 (e)
其中，R1为2×2矩阵。
106b、通过求第二方程在最小二乘意义下的解，获得下降沿拟合直线L2。
其中，所述第二方程为：
Y2＝R2×X2；
R2为直线L2方程参数矩阵，Y2为所述预处理后的数字信号上所有加入下降沿点集的点的数字量的齐次坐标矩阵，X2为所述预处理后的数字信号上所有加入下降沿点集的点的时间值的齐次坐标矩阵。
具体地，所述步骤106b可以设所述点集D点数为N2，点集D的数字值对应齐次坐标矩阵为Y2，维数为2×N2；点集D的时间值对应其次坐标矩阵为X2，维数为2×N2，通过下式得上升沿拟合直线L2方程参数矩阵R2：
R2＝(X2·X2T)·(Y2·X2T)-1 (f)
其中，R2为2×2矩阵。
107、计算直线L1和L2的交点并求得所述交点的AD值A1，其中所述交点对应的时间点为回波信号强度最大点时刻。
具体地，直线L1和L2的交点P＝L1∩L2。
在具体应用中，可参考图5，所述步骤107可以包括：
对直线方程L1的参数矩阵R1和直线方程L2的参数矩阵R2作差，得到差值矩阵R3：
R3＝R1-R2 (g)
直线L1和L2的交点P对应时间t满足下式：
其中，R3(1,2)表示矩阵R3中第1行第2列的元素，R3(1,1)表示矩阵R3中第1行第1列的元素；
交点P的AD值A1满足下式：
108、将所述A1乘以预设系数，得到数字量A2。
在具体应用中，所述预设系数为小于1的常数，所述预设系数是根据动态范围进行设置的。
109、在所述预处理后的数字信号上寻找AD值等于A2的点，并获取该点对应的时间作为回波信号接收时间点。
在具体应用中，由于预处理后的数字信号是离散信号，在所述预处理后的数字信号上可能没有一点AD值恰好等于A2的点，因此，可参考图6，所述步骤109中，还可以包括：
如果所述预处理后的数字信号上没有AD值等于A2的点，则在所述预处理后的数字信号上寻找两点Q1和Q2，其中点Q1的AD值大于A2，点Q2的AD值小于A2；
利用线性插值方法，在Q1与Q2之间寻找AD值等于A2的点。
本实施例可参考图2，图2中回波信号由经过调理电路处理，被高速ADC采集为数字信号，数字信号在数据处理单元进行处理，最终得到表征回波接收时刻。
在一具体实验中，本实施例让激光雷达对固定位置物体进行探测，修改回波信号接收端的光阑，以在不同强度信号下进行采集。每种强度下，重复采样多次。在不同强度下实验的目的仿真不同物体反 射率导致回波信号强度不同的情况。在本实验中，实验编号的不同表示强度不同，其中有信号饱和强度情况和微弱信号情况，从编号1—14强度逐渐减弱。ADC采样率为2.5Gsps。
在上述实验中，在不同强度下，计时标准差基本都在0.01ns以下，对应的测距误差为3mm；当回波信号比较弱时，计时标准差会变大，达到0.1ns—0.26ns，对应测距误差为3cm—6cm。
本实施例的基于边沿检测的激光雷达计时方法，在数据处理单元中实现，应用于激光雷达测距，通过高速ADC采集激光回波信号，转化为数字波形，然后在数字处理单元中通过检测回波信号的上升沿和下降沿并通过数据处理，得到对应的回波时刻点，能够提供高精度、稳定的计时结果，具有适应高动态范围、稳定性高、速度快、应用难度小等优点。
本实施例所述方法选用信号边沿上多个点做数据处理，可以有效提高数据利用率，抵抗了随机噪声的干扰；由于回波信号经过放大电路处理，可能出现饱和信号，而本实施例所述方法并不区分信号是否饱和，可以应用于高动态范围激光雷达应用；本方法数据处理过程简单，没有复杂计算，加快了激光雷达数据处理速度。
图8示出了本发明一实施例提供的数据处理单元的结构示意图，如图8所示，本实施例的数据处理单元，包括：接收模块81、第一处理模块82、第二处理模块83、第一检测模块84、第二检测模块85、直线拟合模块86、第一计算模块87、第二计算模块88和寻找模块89；其中：
接收模块81，用于接收高速ADC发送的数字信号，所述数字信号是所述高速ADC采集由信号调理电路处理的回波信号后进行模数转换而得到的；
第一处理模块82，用于对所述数字信号进行预处理，滤出所述数字信号中的干扰噪声；
第二处理模块83，用于对预处理后的数字信号进行差分处理，得到表征信号变化速度的差分信号；
第一检测模块84，用于对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取上升沿点集；
第二检测模块85，用于对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取下降沿点集；
直线拟合模块86，用于在所述上升沿点集上进行直线拟合得到直线L1，在所述下降沿点集上进行直线拟合得到直线L2；
第一计算模块87，用于计算直线L1和L2的交点并求得所述交点的AD值A1，其中所述交点对应的时间点为回波信号强度最大点时刻；
第二计算模块88，用于将所述A1乘以预设系数，得到数字量A2；
寻找模块89，用于在所述预处理后的数字信号上寻找AD值等于A2的点，并获取该点对应的时间作为回波信号接收时间点。
在具体应用中，所述第一检测模块84，可具体用于
遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第一阈值，则将该点加入点集U1；
遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第二阈值，则将该点加入点集U2；
计算所述U1和U2的交集，该交集为上升沿点集U。
在具体应用中，所述第二检测模块85，可具体用于
遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上 的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第三阈值，则将该点加入点集D1；
遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均小于等于预设第四阈值，则将该点加入点集D2；
计算所述D1和D2的交集，该交集为下降沿点集D。
在具体应用中，所述直线拟合模块86，可具体用于
通过求第一方程在最小二乘意义下的解，获得上升沿拟合直线L1；
通过求第二方程在最小二乘意义下的解，获得下降沿拟合直线L2；
其中，所述第一方程为：
Y1＝R1×X1；
R1为直线L1方程参数矩阵，Y1为所述预处理后的数字信号上所有加入上升沿点集的点的数字量的齐次坐标矩阵，X1为所述预处理后的数字信号上所有加入上升沿点集的点的时间值的齐次坐标矩阵；
所述第二方程为：
Y2＝R2×X2；
R2为直线L2方程参数矩阵，Y2为所述预处理后的数字信号上所有加入下降沿点集的点的数字量的齐次坐标矩阵，X2为所述预处理后的数字信号上所有加入下降沿点集的点的时间值的齐次坐标矩阵。
具体地，所述直线拟合模块86可以设所述点集U点数为N1，点集U的数字值对应齐次坐标矩阵为Y1，维数为2×N1；点集U的时间值对应其次坐标矩阵为X1，维数为2×N1，通过下式得上升沿拟合直线L1方程参数矩阵R1：
R1＝(X1·X1T)·(Y1·X1T)-1 (e)
其中，R1为2×2矩阵；
具体地，所述直线拟合模块86可以设所述点集D点数为N2，点集D的数字值对应齐次坐标矩阵为Y2，维数为2×N2；点集D的时间值对应其次坐标矩阵为X2，维数为2×N2，通过下式得上升沿拟合直线L2方程参数矩阵R2：
R2＝(X2·X2T)·(Y2·X2T)-1 (f)
其中，R2为2×2矩阵。
具体地，所述第一计算模块87可以对直线方程L1的参数矩阵R1和直线方程L2的参数矩阵R2作差，得到差值矩阵R3：
R3＝R1-R2 (g)
直线L1和L2的交点P对应时间t满足下式：
其中，R3(1,2)表示矩阵R3中第1行第2列的元素，R3(1,1)表示矩阵R3中第1行第1列的元素；
交点P的AD值A1满足下式：
在具体应用中，本实施例所述预设系数为小于1的常数，所述预设系数是根据动态范围进行设置的。
在具体应用中，所述寻找模块89，还可用于
如果所述预处理后的数字信号上没有AD值等于A2的点，则在所述预处理后的数字信号上寻找两点Q1和Q2，其中点Q1的AD值大于A2，点Q2的AD值小于A2；
利用线性插值方法，在Q1与Q2之间寻找AD值等于A2的点。
本实施例的数据处理单元，应用于激光雷达测距，通过高速ADC 采集激光回波信号，转化为数字波形，然后在数字处理单元中通过检测回波信号的上升沿和下降沿并通过数据处理，得到对应的回波时刻点，能够提供高精度、稳定的计时结果，具有适应高动态范围、稳定性高、速度快、应用难度小等优点。
在本实施例数据处理单元中选用信号边沿上多个点做数据处理，可以有效提高数据利用率，抵抗了随机噪声的干扰；由于回波信号经过放大电路处理，可能出现饱和信号，而本实施例所述数据处理单元并不区分信号是否饱和，可以应用于高动态范围激光雷达应用；本实施例数据处理单元的数据处理过程简单，没有复杂计算，加快了激光雷达数据处理速度。
本实施例的数据处理单元，可以用于执行前述方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解 上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而能够理解的是，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。本发明并不局限于任何单一的方面，也不局限于任何单一的实施例，也不局限于这些方面和/或实施例的任意组合和/或置换。而且，可以单独使用本发明的每个方面和/或实施例或者与一个或更多其他方面和/或其实施例结合使用。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (10)
1.一种基于边沿检测的激光雷达计时方法，其特征在于，包括：
接收高速ADC发送的数字信号，所述数字信号是所述高速ADC采集由信号调理电路处理的回波信号后进行模数转换而得到的；
对所述数字信号进行预处理，滤出所述数字信号中的干扰噪声；
对预处理后的数字信号进行差分处理，得到表征信号变化速度的差分信号；
对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取上升沿点集；
对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取下降沿点集；
在所述上升沿点集上进行直线拟合得到直线L1，在所述下降沿点集上进行直线拟合得到直线L2；
计算直线L1和L2的交点并求得所述交点的AD值A1，其中所述交点对应的时间点为回波信号强度最大点时刻；
将所述A1乘以预设系数，得到数字量A2；
在所述预处理后的数字信号上寻找AD值等于A2的点，并获取该点对应的时间作为回波信号接收时间点。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述数字信号进行预处理，滤出所述数字信号中的干扰噪声，包括：
对所述数字信号进行中值滤波，滤出所述数字信号中的干扰噪声。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对预处理后的数字信号进行差分处理，包括：
将预处理后的数字信号上的后一个点减去其相邻前一个点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取上升沿点集，包括：
遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第一阈值，则将该点加入点集U1；
遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第二阈值，则将该点加入点集U2；
计算所述U1和U2的交集，该交集为上升沿点集U。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取下降沿点集，包括：
遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第三阈值，则将该点加入点集D1；
遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均小于等于预设第四阈值，则将该点加入点集D2；
计算所述D1和D2的交集，该交集为下降沿点集D。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述上升沿点集上进行直线拟合得到直线L1，在所述下降沿点集上进行直线拟合得到直线L2，包括：
通过求第一方程在最小二乘意义下的解，获得上升沿拟合直线L1；
通过求第二方程在最小二乘意义下的解，获得下降沿拟合直线L2；
其中，所述第一方程为：
Y1＝R1×X1；
R1为直线方程L1的参数矩阵，Y1为所述预处理后的数字信号上所有加入上升沿点集的点的数字量的齐次坐标矩阵，X1为所述预处理后的数字信号上所有加入上升沿点集的点的时间值的齐次坐标矩阵；
所述第二方程为：
Y2＝R2×X2；
R2为直线方程L2的参数矩阵，Y2为所述预处理后的数字信号上所有加入下降沿点集的点的数字量的齐次坐标矩阵，X2为所述预处理后的数字信号上所有加入下降沿点集的点的时间值的齐次坐标矩阵。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设系数为小于1的常数，所述预设系数是根据动态范围进行设置的。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述预处理后的数字信号上寻找AD值等于A2的点，还包括：
如果所述预处理后的数字信号上没有AD值等于A2的点，则在所述预处理后的数字信号上寻找两点Q1和Q2，其中点Q1的AD值大于A2，点Q2的AD值小于A2；
利用线性插值方法，在Q1与Q2之间寻找AD值等于A2的点。
9.一种数据处理单元，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收高速ADC发送的数字信号，所述数字信号是所述高速ADC采集由信号调理电路处理的回波信号后进行模数转换而得到的；
第一处理模块，用于对所述数字信号进行预处理，滤出所述数字信号中的干扰噪声；
第二处理模块，用于对预处理后的数字信号进行差分处理，得到表征信号变化速度的差分信号；
第一检测模块，用于对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取上升沿点集；
第二检测模块，用于对所述预处理后的数字信号和所述差分信号进行检测，获取下降沿点集；
直线拟合模块，用于在所述上升沿点集上进行直线拟合得到直线L1，在所述下降沿点集上进行直线拟合得到直线L2；
第一计算模块，用于计算直线L1和L2的交点并求得所述交点的AD值A1，其中所述交点对应的时间点为回波信号强度最大点时刻；
第二计算模块，用于将所述A1乘以预设系数，得到数字量A2；
寻找模块，用于在所述预处理后的数字信号上寻找AD值等于A2的点，并获取该点对应的时间作为回波信号接收时间点。
10.根据权利要求9所述的数据处理单元，其特征在于，所述第一检测模块，具体用于
遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第一阈值，则将该点加入点集U1；
遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第二阈值，则将该点加入点集U2；
计算所述U1和U2的交集，该交集为上升沿点集U；
和/或，
所述第二检测模块，具体用于
遍历所述预处理后的数字信号，针对所述预处理后的数字信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均大于等于预设第三阈值，则将该点加入点集D1；
遍历所述差分信号，针对所述差分信号上的任意一点，如果该点与其相邻下一个点的AD值均小于等于预设第四阈值，则将该点加入点集D2；
计算所述D1和D2的交集，该交集为下降沿点集D。
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