CN108401444B - 一种激光雷达以及基于激光雷达的时间测量方法 - Google Patents

Abstract

提供一种激光雷达，包括：光敏传感器(110)、放大电路(120)、比较电路(130)、及控制器(140)，其中，光敏传感器用于接收光脉冲信号，将光脉冲信号转换为电信号及将电信号输出给放大电路；放大电路用于将从光敏传感器输入的电信号放大运算并将放大运算后的电信号输出到比较电路；比较电路用于将从放大电路输入的电信号与预设阈值进行比较运算，提取与电信号对应的时间信息；控制器用于调整光敏传感器的增益或调整比较电路的预设阈值，以使噪声信号低于预设阈值。还提供一种基于激光雷达的时间测量方法。可以避免在噪声信号的强度超过预设阈值时，噪声信号触发比较电路所引起的测量到的时间信息的失真，提高时间测量的准确性。

Description

一种激光雷达以及基于激光雷达的时间测量方法

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达以及基于激光雷达的时间测量方法。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。激光雷达的光敏传感器可以将获取到的光脉冲信号转变为电信号，基于比较器获取该电信号对应的时间信息，从而得到激光雷达与目标物之间的距离信息。

然而，激光雷达工作的环境情况复杂，其获取的电信号的强度具有较大的动态变化范围，电信号中包括的噪声信号也或强或弱。基于比较器采集时间信息的方式，电压阈值固定不变，宽动态电信号中包括的噪声信号可能触发比较器，造成测量到的时间信息的失真。

发明内容

第一方面，本发明实施例提供了一种激光雷达，包括：光敏传感器、放大电路、比较电路、以及控制器；其中，

所述光敏传感器用于，接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号，将所述电信号输出给所述放大电路；

所述放大电路用于，将从光敏传感器输入的电信号放大运算，并将放大运算后的电信号输出到比较电路；

所述比较电路用于，将从放大电路输入的电信号与预设阈值进行比较运算，提取与所述电信号对应的时间信息；

所述控制器用于，调整所述光敏传感器的增益，或调整比较电路的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值。

相较于现有技术，本发明提供激光雷达通过调整光敏传感器的增益或调整比较电路的预设阈值，避免在噪声信号的强度超过预设阈值时，噪声信号触发比较电路所引起的测量到的时间信息的失真，提高时间测量的准确性。

可选地，所述比较电路包括至少一个比较器，所述比较器的第一输入端用于接收所述从放大电路输入的电信号，所述比较器的第二输入端用于接收所述预设阈值，所述比较器的输出端用于输出比较运算的结果，其中，所述比较运算的结果中包含与所述电信号对应的时间信息。

可选地，所述比较电路还包括时间数字转换器，所述时间数字转换器与所述比较器的输出端电连接，用于根据所述比较器输出的比较运算的结果，提取与所述电信号对应的时间信息。

可选地，根据噪声信号的强度确定预设阈值，使得所述预设阈值高于所述噪声信号且所述预设阈值与所述噪声信号的最大值之差不大于预设值。

可选地，所述激光雷达还包括数模转换器，所述控制器通过所述数模转换器与所述比较器的第二输入端连接，并通过控制所述数模转换器的输出电压的大小来调整所述比较电路的预设阈值。

可选地，所述激光雷达还包括比较阈值调整电路，所述比较阈值调整电路包括多个电阻，所述多个电阻的一端共同连接至所述比较器的第二输入端，多个电压信号输入到所述多个电阻的另一端，用于通过所述多个电阻向所述比较器的第二输入端提供所述预设阈值，通过调整所述多个电阻的组成结构，调整输入到所述比较电路的第二输入端的所述预设阈值。

可选地，所述激光雷达还包括电源管理电路，所述电源管理电路与所述控制器及所述光敏传感器电连接，所述电源管理电路用于为所述光敏传感器提供工作电压，所述控制器通过控制所述电源管理电路改变所述工作电压来调整所述光敏传感器的增益。

可选地，所述光敏传感器包括雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管的阴极与所述电源管理电路电连接，用于从所述电源管理电路获取工作电压，所述雪崩光电二极管的阳极与所述放大电路的输入端连接，所述雪崩光电二极管用于接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号，并将所述电信号输出给所述放大电路。

可选地，所述噪声信号包括光噪声信号和电子噪声信号，所述控制器还用于获取并比较所述光噪声信号的强度和所述电子噪声信号的强度，并在所述光噪声信号的强度小于所述电子噪声信号的强度时，调整所述比较电路的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。

可选地，所述控制器还用于获取所述噪声信号的强度，在所述噪声信号的强度小于预设噪声阈值时，调整所述比较电路的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。

可选地，所述噪声信号包括光噪声信号和电子噪声信号，所述控制器还用于获取并比较所述光噪声信号的强度和所述电子噪声信号的强度，并在所述光噪声信号的强度大于所述电子噪声信号的强度时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。

可选地，所述控制器还用于获取所述噪声信号的强度，在所述噪声信号的强度大于预设噪声阈值时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。

可选地，所述控制器还用于判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值。

可选地，所述控制器还用于：

获取所述激光雷达生成的初始图像中的随机噪点数，并判断所述随机噪点数是否高于预设噪点数阈值；所述初始图像为所述控制器根据所述从放大电路输入的电信号和调整前的预设阈值生成初始图像；

若所述随机噪点数高于预设噪点数阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。

可选地，所述激光雷达还包括均方根检波器，所述控制器通过所述均方根检波器与所述放大电路电连接，用于检测所述噪声信号在预设频率范围内的功率信息，并将所述功率信息输出给所述控制器，所述控制器还用于：

判断所述均方根检波器输入的功率信息是否超过预设功率阈值；

若所述功率信息超过所述预设功率阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。

可选地，所述比较电路包括多个比较器以及多个TDC，所述TDC与所述比较器一一对应连接，所述多个比较器的第一输入端用于接收所述从放大电路输入的电信号，所述多个比较器的第二输入端与所述控制器电连接，分别用于接收阈值；所述多个比较器的输出端分别通过与所述与比较器一一对应连接的TDC与所述控制器电连接，所述比较器向所述TDC输出比较结果，所述多个TDC根据所述比较结果测量时间信息以及向所述控制器输出所述时间信息；所述控制器还用于：

计算并比较所述多个比较器中第一阈值的比较器对应的第一时间信息与第二阈值的比较器对应的第二时间信息；其中，所述第一阈值小于所述第二阈值；

若所述第一时间信息与所述第二时间信息之差为随机值，且所述第一时间信息与所述第二时间信息之差大于预设时间阈值，则判断所述噪声信号高于所述第一阈值。

可选地，所述控制器还用于：选定高于所述噪声信号的阈值中最小的阈值作为所述预设阈值。

可选地，所述控制器还用于：根据多个时间数字转换器测得的时间信息拟合输入所述比较器的电信号的波形，根据该拟合的波形计算该电信号对应的时间信息。

相较于现有技术，本发明实施例提供的激光雷达通过光敏传感器接收接收光脉冲信号，以及将光脉冲信号转换为电信号，通过放大电路将电信号进行放大运算，调整光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值；噪声信号为放大运算后的电信号中包含的噪声信号，以及通过比较电路将放大运算后的电信号与预设阈值进行比较运算，并提取与电信号对应的时间信息，进而避免在噪声信号的强度超过预设阈值时，噪声信号触发比较电路所引起的测量到的时间信息的失真。

而且，激光雷达可根据噪声信号的强度动态调节光敏传感器的增益或比较电路的预设阈值，进而在预设阈值大于噪声信号的前提下尽量减小预设阈值，时间测量的精确度高。

第二方面，本发明实施例还提供了一种基于激光雷达的时间测量方法，包括：

通过光敏传感器接收接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号；

将所述电信号进行放大运算；

调整所述光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值；所述噪声信号为放大运算后的电信号中包含的噪声信号；

将所述放大运算后的电信号与所述预设阈值进行比较运算，并提取与所述电信号对应的时间信息。

可选地，所述调整比较运算的预设阈值包括：根据噪声信号的强度确定预设阈值，使得所述预设阈值高于所述噪声信号且所述预设阈值与所述噪声信号的最大值之差不大于预设值。

可选地，所述噪声信号包括光噪声信号和电子噪声信号；所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值包括：

获取并比较所述光噪声信号的强度和所述电子噪声信号的强度；

在所述光噪声信号的强度小于所述电子噪声信号的强度时，调整所述比较运算的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值；

在所述光噪声信号的强度大于所述电子噪声信号的强度时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。

可选地，所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值包括：

获取放大运算后的电信号中噪声信号的强度；

在所述噪声信号的强度小于预设噪声阈值时，调整所述比较运算的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值；

在所述噪声信号的强度大于预设噪声阈值时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。

可选地，所述将所述电信号进行放大运算之后，所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值之前；所述方法还包括：

判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值；

在所述噪声信号高于所述预设阈值时，执行所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值的步骤。

可选地，所述判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值包括：

获取所述激光雷达生成的初始图像中的随机噪点数，并判断所述随机噪点数是否高于预设噪点数阈值；所述初始图像为所述激光雷达根据所述放大运算后的电信号以及调整之前的预设阈值生成的；

若所述随机噪点数高于预设噪点数阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。

可选地，所述判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值包括：

检测所述噪声信号在预设频率范围内的功率信息；

若所述功率信息超过所述预设功率阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。

可选地，激光雷达包括多个比较器以及多个时间数字转换器，所述比较器与所述时间数字转换器一一对应连接，所述判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值包括：

将所述放大运算后的电信号与所述多个比较器的阈值进行比较运算，并通过所述多个时间数字转换器测量与所述多个比较器对应的时间信息；

计算并比较预设阈值的比较器对应的第一时间信息与第一阈值的比较器对应的第二时间信息；其中，所述预设阈值小于所述第一阈值；

若所述第一时间信息与所述第二时间信息之差为随机值，且所述第一时间信息与所述第二时间信息之差大于预设时间阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。

可选地，判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值之后，所述调整比较运算的预设阈值之前，所述方法还包括：选定高于所述噪声信号的阈值中最小的阈值作为所述预设阈值。

可选地，所述将所述放大运算后的电信号与所述预设阈值进行比较运算，并提取与所述电信号对应的时间信息包括：

将所述放大运算后的电信号与所述多个比较器的阈值分别进行比较运算，并通过所述多个时间数字转换器测量所述多个比较器对应的时间信息；

根据所述多个时间数字转换器测得的时间信息拟合所述放大运算后的电信号的波形，根据拟合的波形计算所述电信号对应的时间信息。

本发明实施例中激光雷达通过光敏传感器接收接收光脉冲信号，以及将光脉冲信号转换为电信号，将电信号进行放大运算，动态调整光敏传感器的增益，或动态调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值，噪声信号为放大运算后的电信号中包含的噪声信号；以及将放大运算后的电信号与预设阈值进行比较运算，并提取与电信号对应的时间信息，进而避免在噪声信号的强度超过预设阈值时，噪声信号触发比较电路所引起的测量到的时间信息的失真。

而且，激光雷达可根据噪声信号的强度动态调节光敏传感器的增益或比较电路的预设阈值，进而在预设阈值大于噪声信号的前提下尽量减小预设阈值，时间测量的精确度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种激光雷达的示意性框架图；

图2是本发明实施例提供的另一种激光雷达的示意性框架图；

图3是本发明实施例提供的第一种避免噪声信号触发比较电路的原理示意图；

图4是本发明实施例提供的第二种避免噪声信号触发比较电路的原理示意图；

图5是本发明实施例提供的一种时间提取方法的原理示意图；

图6是本发明实施例提供的调整预设阈值的第一种实现方式的电路示意图；

图7是本发明实施例提供的调整预设阈值的第二种种实现方式的电路示意图；

图8是本发明实施例提供的又一种激光雷达的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的一种雪崩光电二极管APD增益的调整电路的电路示意图；

图10是本发明实施例提供的一种基于激光雷达的时间测量方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例的技术方中案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，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实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1是本发明实施例提供的一种激光雷达的示意性框架图。该激光雷达可以包括：光敏传感器110、放大电路120、比较电路130以及控制器140等。光敏传感器110的一端与放大电路120的第一端电连接，光敏传感器的另一端与控制器140电连接；放大电路120的第二端分别与比较电路130与控制器140电连接；控制器140与比较电路130电连接。其中，

光敏传感器110用于：获取光脉冲信号，以及将光脉冲信号转换为第一电信号；将电信号输出给放大电路120；

放大电路120用于，将从光敏传感器110输入的电信号放大运算，并将放大运算后的电信号输出到比较电路130；

比较电路130用于，将从放大电路120输入的电信号与预设阈值进行比较运算，提取与电信号对应的时间信息；

控制器140用于，调整光敏传感器110的增益，或调整比较电路130的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值。

其中，噪声信号为放大运算后的电信号中携带的噪声。

可以理解，上述激光雷达通过调整光敏传感器110的增益或调整比较电路130的预设阈值，避免在噪声信号大于预设阈值时，噪声信号触发比较电路所引起的测量到的时间信息的失真。

本发明一实施例中，比较电路130包括至少一个比较器，请参阅图2，图2是本发明实施例提供的另一种激光雷达的示意性框架图。如图2所示，比较器1301的第一输入端用于接收从放大电路120输入的电信号，也即放大运算后的电信号，比较器1301的第二输入端用于接收预设阈值，比较器1301的输出端用于输出比较运算的结果，其中，比较运算的结果中包含与电信号对应的时间信息。可以理解，比较器1301的第二输入端接收的预设阈值可以是强度为预设阈值的电信号。比较运算的结果可以是放大运算后的电信号对应的数字信号。

可选地，比较电路130还包括时间数字转换器(Time-to-Digital Converter，TDC)1302，时间数字转换器1302与比较器1301的输出端电连接，用于根据比较器1301输出的比较运算的结果，提取与电信号对应的时间信息。

可选地，控制器140还用于获取时间信息，计算时间信息对应的距离信息以及根据该距离信息生成图像等，本发明不作限制。

可以理解，电信号中包括噪声，进而放大运算后的电信号中也包括噪声信号。

可以通过两种方式来避免噪声信号触发比较电路130。方法一：通过调节比较电路的预设阈值，即比较器的预设阈值。请参阅图3，图3是本发明实施例提供的第一种避免噪声信号触发比较电路的原理示意图。输入到比较器第一输入端的电信号310包括电脉冲信号U1以及噪声信号U2，当预设阈值为阈值V1时，噪声信号的强度超过阈值V1，噪声信号触发比较器输出高电平信号，导致比较器输出信号的失真，进一步导致提取的时间信息的错误；可以增大预设阈值，如将该预设阈值调整为阈值V2，噪声信号的强度小于阈值V1，进而避免噪声信号U2触发比较器。

方法二：通过调整光敏传感器(比如APD)的增益来调节电信号的强度，使得从放大电路输入的电信号，即放大运算后的电信号中噪声信号的强度低于预设阈值。请参阅图4，图4是本发明实施例提供的第二种避免噪声信号触发比较电路的原理示意图。实线所示的电信号410为在调整光敏传感器的增益前输入到比较器第一输入端的电信号，电信号410包括电脉冲信号U1以及噪声信号U2，当预设阈值为阈值V1时，噪声信号的强度超过阈值V1，噪声信号触发比较器输出高电平信号，导致比较器输出信号的失真。此时，可以降低光敏传感器的增益，光敏传感器的增益降低后，调整光敏传感器的增益后输入到比较器第一输入端的电信号(即虚线所示的电信号420)相对于电信号410同比例降低，电信号420中电脉冲信号U1’以及噪声信号U2’的强度降低，使得噪声信号U2’小于预设阈值V1，进而避免噪声信号U2’触发比较器。

本发明一实施例中，在第一种避免噪声信号触发到预设阈值方法中，控制器140还用于：根据噪声信号的强度调节预设阈值，使得预设阈值小于噪声信号的强度，可以实现在宽动态光脉冲信号下，根据放大运算后的电信号中噪声信号的强度动态调节比较电路的预设阈值。

请参阅图5，图5是本发明实施例提供的一种时间提取方法的原理示意图。如图5，所示，输入比较电路的电信号510与预设阈值V1进行比较运算，获得如虚线所示的第一方波信号520，第一方波信号520的跳变沿的时间T1可以认为是电信号510穿越比较器时的时间。同理，输入比较电路的电信号510与预设阈值V2进行比较运算，获得如虚线所示的第二方波信号530，第二方波信号530的跳变沿的时间T2可以认为是电信号510穿越比较器时的时间，而T0是电信号510穿越比较器时的真实时间，可见，预设阈值越小，跳变沿时间更接近放大运算后的电信号穿越比较器时的真实时间。

可选地，控制器140还用于：根据噪声信号的强度确定预设阈值，使得预设阈值高于噪声信号且预设阈值与噪声信号的最大值之差不大于预设值，比如0.1V、0.2A等，实现激光雷达根据噪声信号的强度确定比较电路130的最合适的预设阈值，在预设阈值大于噪声信号的前提下尽量减小预设阈值，使得比较电路130提取的时间信息更接近从放大电路输入的电信号穿越比较电路130时的真实时间，避免信号幅度的变化对时间信息的采集带来的误差，时间测量的精确度高。

本发明一实施例中，调整预设阈值的第一种实现方式可以参阅图6，图6是本发明实施例提供的调整预设阈值的第一种实现方式的电路示意图。激光雷达还可以包括数模转换器150，如图6所示，控制器140可以通过数模转换器150与比较电路130的第二输入端连接，并通过控制数模转换器150的输出电压的大小来调整比较电路的预设阈值。

本发明一实施例中，调整预设阈值的第二种实现方式可以是：激光雷达还可以包括比较阈值调整电路，比较阈值调整电路包括多个电阻，多个电阻的一端连接至比较器的第二输入端，多个电压信号输入到多个电阻的另一端，用于通过多个电阻向比较器的第二输入端提供预设阈值，通过调整多个电阻的组成结构，调整输入到比较电路的第二输入端的预设阈值。

例如，请参阅图7，图7是本发明实施例提供的调整预设阈值的第二种实现方式的电路示意图。该比较阈值调整电路160包括多个电阻，比如第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3等。其中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3等第一端共同连接比较器1301的第二输入端，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3等另一端分别与控制器140的多个同一输入输出接口1601一一对应连接，控制器140通过控制多个同一输入输出接口1601输出电平的高低来调整比较电路130的预设阈值。

本发明一实施例中，在第二种避免噪声信号触发到预设阈值方法中，请参阅图8，图8是本发明实施例提供的又一种激光雷达的结构示意图。激光雷达还可以包括电源管理电路170，电源管理电路170与控制器140及光敏传感器110电连接，电源管理电路170用于为光敏传感器110提供工作电压，控制器140通过控制电源管理电路170改变工作电压来调整光敏传感器110的增益。

例如，请参阅图图9，图9是本发明实施例提供的一种雪崩光电二极管APD增益的调整电路的电路示意图。光敏传感器110包括雪崩光电二极管1101，雪崩光电二极管1101的阴极与电源管理电路170电连接，用于从电源管理电路170获取工作电压，雪崩光电二极管1101的阳极与放大电路的输入端连接，雪崩光电二极管1101用于接收光脉冲信号，以及将光脉冲信号转换为电信号，并将电信号输出给放大电路120。

可以理解，工作电压越大APD的增益越大，APD获取的光光脉冲信号和噪声信号越大。

可选地，控制器140还可以根据噪声信号的强度确定光敏传感器110的工作电压。可以理解，大的噪声信号对应较小的工作电压，相反，第一噪声信号对应较高的工作电压。

需要说明的是，激光雷达可以选择采用方法一或方法二来避免噪声信号触发到预设阈值。可以理解，该噪声信号可以包括电子噪声信号以及光噪声信号。

本发明实施例中，控制器140还用于获取并比较光噪声信号的强度和电子噪声信号的强度，并在光噪声信号的强度小于电子噪声信号的强度时，即电子噪声占主导时，通过上述方法一，即调整比较电路130的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值；在光噪声信号的强度大于电子噪声信号的强度时，即光噪声占主导时，通过上述方法二，即调整光敏传感器110的增益，以使得噪声信号低于预设阈值。

可以理解，对于既定的电子设备，电子学噪声的强度比较稳定，而光噪声的强度受环境影响较大，环境中光强度越高，光噪声的强度越高。因此可以测定噪声信号的强度来表征光噪声的强度。

本发明实施例中，控制器140还用于获取噪声信号的强度，在噪声信号的强度小于预设噪声阈值时，通过上述方法一，即调整比较电路130的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值；在噪声信号的强度大于预设噪声阈值时，通过上述方法二，即调整光敏传感器110的增益，以使得噪声信号低于预设阈值。

本发明实施例中，控制器140也可以在检测到噪声信号触发比较电路130时，触发通过上述方法一对的预设阈值进行调整或通过上述方法二对的光敏传感器110的增益进行调整。

其中，控制器140还可以用于判断噪声信号是否高于预设阈值，在噪声信号高于预设阈值时，触发控制器调整光敏传感器110的增益，或调整比较电路130的预设阈值；否者，控制器140不进行光敏传感器110的增益或比较电路130的预设阈值的调整。

控制器140判断噪声信号是否高于预设阈值的第一种实施方式可以是：控制器140获取激光雷达生成的初始图像中的随机噪点数，并判断随机噪点数是否高于预设噪点数阈值，初始图像为控制器140根据从放大电路输入的电信号和调整前的预设阈值生成初始图像，若随机噪点数高于预设噪点数阈值，则判断噪声信号高于预设阈值；否则判断噪声信号低于预设阈值。

控制器140判断噪声信号是否高于预设阈值的第二种实施方式可以是：激光雷达还包括均方根检波器，控制器140通过均方根检波器与放大电路120电连接，用于检测噪声信号在预设频率范围内的功率信息，并将功率信息输出给控制器140，控制器140还用于：判断均方根检波器输入的功率信息是否超过预设功率阈值，若功率信息超过预设功率阈值，则判断噪声信号高于预设阈值；否则判断噪声信号低于预设阈值。

控制器140判断噪声信号是否高于预设阈值的第三种实施方式可以是：比较电路130包括多个比较器与多个TDC，其中TDC与比较器一一对应连接，多个比较器的第一输入端用于接收从放大电路120输入的电信号，多个比较器的第二输入端控制器140电连接，分别用于接收阈值；多个比较器的输出端分别通过TDC与控制器电连接，比较器向TDC输出比较结果，TDC根据比较结果测量时间信息以及向控制器输出时间信息；控制器140还用于：计算并比较多个比较器1301中预设阈值的比较器130对应的第一时间信息与第一阈值的比较器对应的第二时间信息，其中，预设阈值小于第一阈值，若第一时间信息与第二时间信息之差为随机值，且第一时间信息与第二时间信息之差大于预设时间阈值，则判断噪声信号高于预设阈值；否则，判断噪声信号低于预设阈值。

可选地，在激光雷达包括多个比较器以及多个TDC时，控制器140还用于：选定高于噪声信号的阈值中最小的阈值作为预设阈值，进而，获取高于噪声信号的阈值中最小的阈值与从放大电路输入的电信号通过比较电路输出的时间信息，进而在预设阈值大于噪声信号的前提下尽量减小预设阈值，使得比较电路130提取的时间信息更接近从放大电路120输入的电信号穿越比较电路130时的真实时间，减少信号幅度的变化对时间信息的采集带来的误差，时间测量的精确度高

可选地，在激光雷达包括多个比较器以及多个TDC时，多个比较器的阈值可以相同，控制器140还用于：根据多个TDC测得的时间信息计算电信号对应的时间信息，比如，取该TDC测得的时间信息的平均值作为电信号对应的时间信息，进而对电信号对应的时间信息进行校准，使得测量的时间精度更高。

可选地，在激光雷达包括多个比较器以及多个TDC时，多个比较器的阈值可以不同，控制器还用于：根据多个TDC测得的时间信息拟合输入比较器的电信号的波形，根据该拟合的波形计算该电信号对应的时间信息，可参见图5，T0可以认为是电信号对应时间信息，进而更加精确的测量时间。

需要说明的是，光脉冲信号可以由其他设备发射，也可以是本发明的激光雷达发射的。在光脉冲信号由其他设备(比如激光雷达绑定的激光器)时，该激光器可以与激光雷达进行通信，以使得激光雷达可以获知激光发射器的发射功率、发射激光的波长、发射方向等控制参数中的至少一种，并基于该控制参数而获知与障碍物的方向等信息。

可以理解，激光雷达除包括图1、图2或图8所示的各个器件外，还可以包括激光发射器，发射驱动器等，控制器140可以向发射驱动器发送驱动信号。发射驱动器根据接收到的驱动信号对激光发射器的发射功率、发射激光的波长、发射方向等控制参数中的至少一种进行控制。激光发射器受发射驱动器的控制，可以向特定方向发射光脉冲信号。光脉冲信号遇到障碍物后，障碍物对该光脉冲信号进行反射，光敏传感器110接收反射的光脉冲信号，并将该接收到的光脉冲信号转化为电信号。该电信号可以是电压信号或电流信号。

与上述技术方案一致的，请参阅图10，图10是本发明实施例提供的一种基于激光雷达的时间测量方法的流程示意图。需要注意的是，虽然本方法实施例公开的信号处理方法能够基于图1、图2或图8所示的激光雷达实现，但上述示例激光雷达不构成对本发明方法实施例公开的信号处理方法的唯一限定。该信号处理方法可以包括如下步骤：

步骤S1010：通过光敏传感器接收接收光脉冲信号，以及将光脉冲信号转换为电信号。

步骤S1020：将电信号进行放大运算。

步骤S1030：调整光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值；噪声信号为放大运算后的电信号中包含的噪声信号。

可以理解，当激光雷达调整光敏传感器的增益后，激光雷达可以丢弃当前的电信号，重新通过光敏传感器接收接收光脉冲信号，以及将光脉冲信号转换为电信号，并执行步骤S1040。

步骤S1040：将放大运算后的电信号与预设阈值进行比较运算，并提取与电信号对应的时间信息。

可以理解，步骤S1040之后，激光雷达还可以根据时间信息，计算时间信息对应的距离信息以及根据该距离信息生成图像等，本发明不作限制。

请参阅上述图3和图4描述的避免噪声信号触发比较电路的原理。激光雷达可以通过两种方式来避免噪声信号触发到预设阈值。方法一：通过调节比较电路的预设阈值，即比较器的预设阈值，当比较电路的预设阈值低于噪声信号的强度时，提高预设阈值，可避免噪声信号触发到预设阈值。方法二：通过调整光敏传感器(比如APD)的增益来调节电信号的强度，使得从放大电路输入的电信号，即放大运算后的电信号中噪声信号的强度低于预设阈值。

可选地，激光雷达调整比较运算的预设阈值的一种实施方式可以是：激光雷达根据噪声信号的强度调节预设阈值，使得预设阈值小于噪声信号的强度，可以实现在宽动态光脉冲信号下，根据放大运算后的电信号中噪声信号的强度动态调节比较电路的预设阈值。

可选地，激光雷达调整比较运算的预设阈值的另一种实施方式可以是：激光雷达根据噪声信号的强度调整预设阈值，使得预设阈值高于噪声信号且预设阈值与噪声信号的最大值之差不大于预设值，实现激光雷达根据噪声信号的强度确定比较算法的最合适的预设阈值，在预设阈值大于噪声信号的前提下尽量减小预设阈值，使得比较算法提取的时间信息更接近放大运算后的电信号穿越提供比较算法的比较电路时的真实时间，避免信号幅度的变化对时间信息的采集带来的误差，时间测量的精确度高。

可选地，激光雷达调整光敏传感器的增益的一种实施方式可以是：控制器还可以根据噪声信号的强度确定光敏传感器的工作电压。可以理解，大的噪声信号对应较小的工作电压，相反，第一噪声信号对应较高的工作电压。

其中，调整预设阈值的具体的实施方式可以参见上述装置实施例中图6或图7所示的调整预设阈值的实现方式；调整光敏传感器的增益具体的实施方式可以参见上述装置实施例中图8或图9所示的调整光敏传感器的增益的实现方式，本发明不在赘述。

需要说明的是，激光雷达可以选择采用方法一或方法二来避免噪声信号触发到预设阈值。可以理解，该噪声信号可以包括电子噪声信号以及光噪声信号。

本发明实施例中，步骤S1030可以包括：激光雷达获取并比较光噪声信号的强度和电子噪声信号的强度；在光噪声信号的强度小于电子噪声信号的强度时，激光雷达调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值；在光噪声信号的强度大于电子噪声信号的强度时，激光雷达调整光敏传感器的增益，以使得噪声信号低于预设阈值。

可以理解，对于既定的电子设备，电子学噪声的强度比较稳定，而光噪声的强度受环境影响较大，环境中光强度越高，光噪声的强度越高。因此可以测定噪声信号的强度来表征光噪声的强度。

本发明实施例中，步骤S1030可以包括：激光雷达获取放大运算后的电信号中噪声信号的强度；在噪声信号的强度小于预设噪声阈值时，激光雷达调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值；在噪声信号的强度大于预设噪声阈值时，激光雷达调整光敏传感器的增益，以使得噪声信号低于预设阈值。

本发明实施例中，步骤S1020之后，步骤S1030之前；方法还包括：激光雷达判断噪声信号是否高于预设阈值；在噪声信号高于预设阈值时，激光雷达执行步骤S1030；否者，激光雷达不进行光敏传感器的增益或较电路的预设阈值的调整，执行步骤S1040。

其中，激光雷达判断噪声信号是否高于预设阈值的第一种实施方式可以是：激光雷达获取激光雷达生成的初始图像中的随机噪点数，并判断随机噪点数是否高于预设噪点数阈值，该初始图像为激光雷达根据放大运算后的电信号以及调整之前的预设阈值生成的，若随机噪点数高于预设噪点数阈值，则判断噪声信号高于预设阈值，激光雷达可以执行步骤S1030；否者，激光雷达不进行光敏传感器的增益或较电路的预设阈值的调整，执行步骤S1040。

激光雷达判断噪声信号是否高于预设阈值的第二种实施方式可以是：激光雷达检测噪声信号在预设频率范围内的功率信息，若功率信息超过预设功率阈值，则判断噪声信号高于预设阈值，激光雷达可以执行步骤S1030，否则，激光雷达不进行光敏传感器的增益或较电路的预设阈值的调整，执行步骤S1040。

激光雷达判断噪声信号是否高于预设阈值的第三种实施方式可以是：激光雷达可以包括多个比较器以及多个TDC，其中TDC与比较器一一对应连接，激光雷达将放大运算后的电信号与多个比较器的阈值进行比较运算，并提取多个TDC测得的时间信息，计算并比较预设阈值对应的第一时间信息与第一阈值的对应的第二时间信息，其中，预设阈值小于第一阈值，若第一时间信息与第二时间信息之差为随机值，且第一时间信息与第二时间信息之差大于预设时间阈值，则判断噪声信号高于预设阈值。激光雷达可以执行步骤S1030，否则，激光雷达不进行光敏传感器的增益或较电路的预设阈值的调整，执行步骤S1040。

可选地，判断噪声信号是否高于预设阈值之后，调整比较运算的预设阈值之前，该方法还包括：选定高于噪声信号中最小的阈值作为预设阈值，进而，获取高于噪声信号中最小的阈值与放大运算后的电信号通过比较电路输出的时间信息，进而在预设阈值大于噪声信号的前提下尽量减小预设阈值，使得通过比较算法提取的时间信息更接近放大运算后的电信号获取的真实时间，避免信号幅度的变化对时间信息的采集带来的误差，时间测量的精确度高。

可选地，当激光雷达包括多个比较器以及多个TDC，且TDC与比较器一一对应连接时，多个比较器的阈值可以相同，步骤S1040可以包括：激光雷达将放大运算后的电信号与多个比较器的阈值进行比较运算，并提取多个TDC测得的时间信息(比如，t1、t2、t3、t4、t5)；根据该多个TDC测得的时间信息计算电信号对应的时间信息，计算的方法可以是取t1、t2、t3、t4、t5的平均值作为电信号对应的时间信息。

可选地，当激光雷达包括多个比较器以及多个TDC，且TDC与比较器一一对应连接时，多个比较器的阈值可以不同，步骤S1040可以包括：激光雷达将放大运算后的电信号与多个比较器的阈值分别进行比较运算，并通过所述多个TDC测量所述多个比较器对应的时间信息，比如，(v1，t1)、(v2，t3)、(v3，t3)、(v4，t4)、(v5，t5)，进而根据多个TDC测得的时间信息拟合放大运算后的电信号的波形，根据该拟合的波形计算电信号对应的时间信息，可参见图5，T0可以认为是电信号对应时间信息。

本发明实施例中，激光雷达通过光敏传感器接收接收光脉冲信号，以及将光脉冲信号转换为电信号，将电信号进行放大运算，调整光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于预设阈值；噪声信号为放大运算后的电信号中包含的噪声信号，以及将放大运算后的电信号与预设阈值进行比较运算，并提取与电信号对应的时间信息，进而避免在噪声信号的强度超过预设阈值时，噪声信号触发比较电路所引起的测量到的时间信息的失真。

而且，激光雷达可根据噪声信号的强度动态调节光敏传感器的增益或比较电路的预设阈值，进而在预设阈值大于噪声信号的前提下尽量减小预设阈值，时间测量的精确度高。

本发明实施例中所使用的技术术语仅用于说明特定实施例而并不旨在限定本发明。在本文中，单数形式“一”、“该”及“所述”用于同时包括复数形式，除非上下文中明确另行说明。进一步地，在说明书中所使用的用于“包括”和/或“包含”是指存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件和/或构件。

在所附权利要求中对应结构、材料、动作以及所有装置或者步骤以及功能元件的等同形式(如果存在的话)旨在包括结合其他明确要求的元件用于执行该功能的任何结构、材料或动作。本发明的描述出于实施例和描述的目的被给出，但并不旨在是穷举的或者将被发明限制在所公开的形式。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，多种修改和变形对于本领域的一般技术人员而言是显而易见的。本发明中所描述的实施例能够更好地揭示本发明的原理与实际应用，并使本领域的一般技术人员可了解本发明。

本发明中所描述的流程图仅仅为一个实施例，在不偏离本发明的精神的情况下对此图示或者本发明中的步骤可以有多种修改变化。比如，可以不同次序的执行这些步骤，或者可以增加、删除或者修改某些步骤。本领域的一般技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (25)

1.一种激光雷达，特征在于，包括：光敏传感器、放大电路、比较电路、以及控制器；其中，

所述光敏传感器用于，接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号，将所述电信号输出给所述放大电路；

所述放大电路用于，将从光敏传感器输入的电信号放大运算，并将放大运算后的电信号输出到比较电路；

所述比较电路用于，将从放大电路输入的电信号与预设阈值进行比较运算，提取与所述电信号对应的时间信息；

所述控制器用于，调整所述光敏传感器的增益，或调整比较电路的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值，

其中，所述噪声信号包括光噪声信号和电子噪声信号，所述控制器还用于获取并比较所述光噪声信号的强度和所述电子噪声信号的强度，并在所述光噪声信号的强度小于所述电子噪声信号的强度时，调整所述比较电路的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值，并在所述光噪声信号的强度大于所述电子噪声信号的强度时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述比较电路包括至少一个比较器，所述比较器的第一输入端用于接收所述从放大电路输入的电信号，所述比较器的第二输入端用于接收所述预设阈值，所述比较器的输出端用于输出比较运算的结果，其中，所述比较运算的结果中包含与所述电信号对应的时间信息。

3.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述比较电路还包括时间数字转换器，所述时间数字转换器与所述比较器的输出端电连接，用于根据所述比较器输出的比较运算的结果，提取与所述电信号对应的时间信息。

4.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述控制器还用于：根据噪声信号的强度确定预设阈值，使得所述预设阈值高于所述噪声信号且所述预设阈值与所述噪声信号的最大值之差不大于预设值。

5.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括数模转换器，所述控制器通过所述数模转换器与所述比较器的第二输入端连接，并通过控制所述数模转换器的输出电压的大小来调整所述比较电路的预设阈值。

6.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括比较阈值调整电路，所述比较阈值调整电路包括多个电阻，所述多个电阻的一端共同连接至所述比较器的第二输入端，多个电压信号输入到所述多个电阻的另一端，用于通过所述多个电阻向所述比较器的第二输入端提供所述预设阈值，通过调整所述多个电阻的组成结构，调整输入到所述比较电路的第二输入端的所述预设阈值。

7.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括电源管理电路，所述电源管理电路与所述控制器及所述光敏传感器电连接，所述电源管理电路用于为所述光敏传感器提供工作电压，所述控制器通过控制所述电源管理电路改变所述工作电压来调整所述光敏传感器的增益。

8.如权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述光敏传感器包括雪崩光电二极管，所述雪崩光电二极管的阴极与所述电源管理电路电连接，用于从所述电源管理电路获取工作电压，所述雪崩光电二极管的阳极与所述放大电路的输入端连接，所述雪崩光电二极管用于接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号，并将所述电信号输出给所述放大电路。

9.如权利要求1至6任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述控制器还用于获取所述噪声信号的强度，在所述噪声信号的强度小于预设噪声阈值时，调整所述比较电路的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。

10.如权利要求1、7、8任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述控制器还用于获取所述噪声信号的强度，在所述噪声信号的强度大于预设噪声阈值时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。

11.如权利要求1至8任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述控制器还用于判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值。

12.如权利要求11所述的激光雷达，其特征在于，所述控制器还用于：

获取所述激光雷达生成的初始图像中的随机噪点数，并判断所述随机噪点数是否高于预设噪点数阈值；所述初始图像为所述控制器根据所述从放大电路输入的电信号和调整前的预设阈值生成的；

若所述随机噪点数高于预设噪点数阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。

13.如权利要求11所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括均方根检波器，所述控制器通过所述均方根检波器与所述放大电路电连接，用于检测所述噪声信号在预设频率范围内的功率信息，并将所述功率信息输出给所述控制器，所述控制器还用于：

判断所述均方根检波器输入的功率信息是否超过预设功率阈值；

若所述功率信息超过所述预设功率阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。

14.如权利要求11所述的激光雷达，其特征在于，所述比较电路包括多个比较器以及多个时间数字转换器（Time-to-Digital Converter，TDC），所述比较器与所述时间数字转换器一一对应连接，所述多个比较器的第一输入端用于接收所述从放大电路输入的电信号，所述多个比较器的第二输入端与所述控制器电连接，分别用于接收阈值；所述多个比较器的输出端分别通过与所述多个比较器一一对应连接的时间数字转换器与所述控制器电连接，所述比较器向所述时间数字转换器输出比较结果，所述时间数字转换器根据所述比较结果测量时间信息以及向所述控制器输出所述时间信息；所述控制器还用于：

计算并比较所述多个比较器中第一阈值的比较器对应的第一时间信息与第二阈值的比较器对应的第二时间信息；其中，所述第一阈值小于所述第二阈值；

若所述第一时间信息与所述第二时间信息之差为随机值，且所述第一时间信息与所述第二时间信息之差大于预设时间阈值，则判断所述噪声信号高于所述第一阈值。

15.如权利要求14所述的激光雷达，其特征在于，所述控制器还用于：

选定高于所述噪声信号的阈值中最小的阈值作为所述预设阈值。

16.如权利要求14所述的激光雷达，其特征在于，所述控制器还用于：根据多个时间数字转换器测得的时间信息拟合输入所述比较器的电信号的波形，根据该拟合的波形计算该电信号对应的时间信息。

17.一种基于激光雷达的时间测量方法，特征在于，包括：

通过光敏传感器接收光脉冲信号，以及将所述光脉冲信号转换为电信号；

将所述电信号进行放大运算；

调整所述光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值；所述噪声信号为放大运算后的电信号中包含的噪声信号；

将所述放大运算后的电信号与所述预设阈值进行比较运算，并提取与所述电信号对应的时间信息，

其中，所述噪声信号包括光噪声信号和电子噪声信号；所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值包括：

获取并比较所述光噪声信号的强度和所述电子噪声信号的强度；

在所述光噪声信号的强度小于所述电子噪声信号的强度时，调整所述比较运算的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值；

在所述光噪声信号的强度大于所述电子噪声信号的强度时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述调整比较运算的预设阈值包括：根据噪声信号的强度确定预设阈值，使得所述预设阈值高于所述噪声信号且所述预设阈值与所述噪声信号的最大值之差不大于预设值。

19.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值，以使得噪声信号低于所述预设阈值包括：

获取放大运算后的电信号中噪声信号的强度；

在所述噪声信号的强度小于预设噪声阈值时，调整所述比较运算的预设阈值，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值；

在所述噪声信号的强度大于预设噪声阈值时，调整所述光敏传感器的增益，以使得所述噪声信号低于所述预设阈值。

20.如权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述将所述电信号进行放大运算之后，所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值之前；所述方法还包括：

判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值；

在所述噪声信号高于所述预设阈值时，执行所述调整所述光敏传感器的增益，或调整比较运算的预设阈值的步骤。

21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值包括：

获取激光雷达生成的初始图像中的随机噪点数，并判断所述随机噪点数是否高于预设噪点数阈值；所述初始图像为所述激光雷达根据所述放大运算后的电信号以及调整之前的预设阈值生成的；

若所述随机噪点数高于预设噪点数阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。

22.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值包括：

检测所述噪声信号在预设频率范围内的功率信息；

若所述功率信息超过预设功率阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。

23.如权利要求20所述的方法，其特征在于，激光雷达包括多个比较器以及多个时间数字转换器，所述比较器与所述时间数字转换器一一对应连接，所述判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值包括：

将所述放大运算后的电信号与所述多个比较器的阈值进行比较运算，并通过所述多个时间数字转换器测量与所述多个比较器对应的时间信息；

计算并比较预设阈值的比较器对应的第一时间信息与第一阈值的比较器对应的第二时间信息；其中，所述预设阈值小于所述第一阈值；

若所述第一时间信息与所述第二时间信息之差为随机值，且所述第一时间信息与所述第二时间信息之差大于预设时间阈值，则判断所述噪声信号高于所述预设阈值。

24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，判断所述噪声信号是否高于所述预设阈值之后，所述调整比较运算的预设阈值之前，所述方法还包括：选定高于所述噪声信号的阈值中最小的阈值作为所述预设阈值。

25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述将所述放大运算后的电信号与所述预设阈值进行比较运算，并提取与所述电信号对应的时间信息包括：

将所述放大运算后的电信号与所述多个比较器的阈值分别进行比较运算，并通过所述多个时间数字转换器测量所述多个比较器对应的时间信息；

根据所述多个时间数字转换器测得的时间信息拟合所述放大运算后的电信号的波形，根据拟合的波形计算所述电信号对应的时间信息。

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