CN108802755A - 一种激光雷达及其测距方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光雷达，该激光雷达包括：控制模块、光源和光电探测器；控制模块分别连接光源和光电探测器；光电探测器为单排设置的多个光感元件；控制模块包括计时单元、触发单元和处理单元；计时单元用于在触发单元发送脉冲触发指令时开始计时，以及在光电探测器接收到经反射回的脉冲光波时停止计时，并确定时长；处理单元根据计时单元确定的时长计算与障碍物的距离。本发明通过横向的一排感光元件，能够通过一次探测，感应到前方一段横向距离上是否有障碍物，而传统激光三角测距法一次仅仅测量一个点。有效提升的探测的效率，提高采样率。

Description

一种激光雷达及其测距方法
技术领域
本发明涉及测距技术领域，特别涉及一种激光雷达及其测距方法。
背景技术
激光测距即是以激光作为媒介进行的距离测量方法。现在的激光测距雷达通常采用的是三角测距的方式探测周边的环境。在TOF中，光电探测器上的光感元件是呈面状排布的，通过光源发出的光从目标反射后到达探测器上各个元件的时间，计算各个元件对应的目标点与探测器的距离。但是，这样的探测方式需要非常高的采样率。
发明内容
本发明实施例提供了一种激光雷达及其测距方法，能够有效提升的探测的效率，提高采样率。
第一方面，本发明实施例提供了一种激光雷达，该激光雷达包括：控制模块、光源和光电探测器；控制模块分别连接光源和光电探测器；光电探测器为单排设置的多个光感元件。
优选地，控制模块包括计时单元和触发单元；计时单元用于在触发单元发送脉冲触发指令时开始计时，以及在光电探测器接收到经反射回的脉冲光波时停止计时，并确定时长。
优选地，控制模块还包括处理单元，用于根据计时单元确定的时长计算与障碍物的距离。
优选地，该激光雷达还包括：码盘；码盘与光电探测器连接。
优选地，所述码盘的码道间距和码盘的转速均与激光雷达采样装置的转速匹配。
第二方面，本发明实施例提供了一种利用任一上述的激光雷达进行测距的方法，该方法包括：
通过控制模块的调制使光源发出脉冲光波，同时计时单元开始计时；
当脉冲光波遇到障碍物便发生反射后，光电探测器接收反射光波；
计时单元停止计时，确定时长；
通过处理单元根据计时单元确定的时长计算与障碍物的距离。
优选地，该方法还包括：
控制采样时间和速率使相邻两次采样能够无缝连接。
优选地，该方法还包括：
控制码盘的码道间距和码盘的转速均；
控制激光雷达采样装置的转速；
将码盘的码道间距和码盘的转速均与激光雷达采样装置的转速相匹配。
优选地，所述通过处理单元根据计时单元确定的时长计算与障碍物的距离的计算公式为：
L＝0.5×c×t×q1/(q1+q2)
其中，L为激光雷达与障碍物的距离；c为光速；t为时长；q1和q2为采用两个异相窗口，在相同的时间间隔t内，同时并行对每个像素点的反射能量进行采样，对应电容的充电量。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过横向的一排感光元件，能够通过一次探测，感应到前方一段横向距离上是否有障碍物，而传统激光三角测距法一次仅仅测量一个点。有效提升的探测的效率，提高采样率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明一个实施例提供的一种激光雷达的工作原理示意图；
图2是本发明一个实施例提供的另一种激光雷达的工作原理示意图；
图3是本发明一个实施例提供的一种TOF工作电路示意图。
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、完整地描述，显然，所描述的实施例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的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。
如图1所示，本发明实施例提供了一种激光雷达，该激光雷达包括：控制模块、光源和光电探测器；控制模块分别连接光源和光电探测器；光电探测器为单排设置的多个光感元件。
在该实施例中，由于不需要探测目标的形状，仅仅需要判断与障碍物的距离，因此不需要探测竖直方向上的距离值，因此在探测器上横向设置多个光感元件，具体个数可以自行设定，如64个，在光源发出的光从目标反射后到达探测器上各个元件后，可以计算得到横向上多个光感元件对应位置的障碍物与探测器的距离。
如图2所示，在本发明一个实施例中，控制模块包括计时单元和触发单元；计时单元用于在触发单元发送脉冲触发指令时开始计时，以及在光电探测器接收到经反射回的脉冲光波时停止计时，并确定时长。
在该实施例中，TOF技术采用主动光探测方式，与一般光照需求不一样的是，TOF照射单元的目的不是照明，而是利用入射光信号与反射光信号的变化来进行距离测量，所以，TOF的照射单元都是对光进行高频调制之后再进行发射，比如采用LED或激光二极管发射的脉冲光，脉冲可达到100MHz。
在本发明一个实施例中，控制模块还包括处理单元，用于根据计时单元确定的时长计算与障碍物的距离。
在该实施例中，激光测距经由触发信号触发，对目标发射一个或一列很窄的光脉冲(脉冲宽度小于等于50ns)，测量自发射光脉冲起始，到达目标并由目标返回到接收机的时间，由此计算出目标距离。
在本发明一个实施例中，该激光雷达还包括：码盘；码盘与光电探测器连接。所述码盘的码道间距和码盘的转速均与激光雷达采样装置的转速匹配。
在该实施例中，由于激光雷达的采样装置是连续旋转的，所以需要码盘的间距和转速严格匹配，同时控制采样时许，保证前后采集中间无盲区，无重叠。
本发明实施例提供了一种利用任一上述的激光雷达进行测距的方法，该方法包括：
通过控制模块的调制使光源发出脉冲光波，同时计时单元开始计时；
当脉冲光波遇到障碍物便发生反射后，光电探测器接收反射光波；
计时单元停止计时，确定时长；
通过处理单元根据计时单元确定的时长计算与障碍物的距离。
在本发明的一个实施例中，该方法还包括：
控制采样时间和速率使相邻两次采样能够无缝连接。
在本发明一个实施例中，该方法还包括：
控制码盘的码道间距和码盘的转速均；
控制激光雷达采样装置的转速；
将码盘的码道间距和码盘的转速均与激光雷达采样装置的转速相匹配。
如图3所述，在本发明一个实施例中，所述通过处理单元根据计时单元确定的时长计算与障碍物的距离的计算公式为：
L＝0.5×c×t×q1/(q1+q2)
其中，L为激光雷达与障碍物的距离；c为光速；t为时长；q1和q2为采用两个异相窗口，在相同的时间间隔t内，同时并行对每个像素点的反射能量进行采样，对应电容的充电量。
在该实施例中，感光器件PG在不同时刻分别给C1电容和C2电容充电，利用电容的电量大小对比反映时间差异。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明通过横向的一排感光元件，能够通过一次探测，感应到前方一段横向距离上是否有障碍物，而传统激光三角测距法一次仅仅测量一个点。有效提升的探测的效率，提高采样率。原有的三角测距的方式中，光源发出的仅仅是一个非常小的光斑，一次只能探测很小的一个点距离，而本方法光斑是原来的10倍之大，一次则可以探测一段横向长度上的距离。相当于在原有的基础上，将采样率提高了很多倍。
最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种激光雷达，其特征在于，该激光雷达包括：控制模块、光源和光电探测器；控制模块分别连接光源和光电探测器；光电探测器为单排设置的多个光感元件。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，控制模块包括计时单元和触发单元；计时单元用于在触发单元发送脉冲触发指令时开始计时，以及在光电探测器接收到经反射回的脉冲光波时停止计时，并确定时长。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，控制模块还包括处理单元，用于根据计时单元确定的时长计算与障碍物的距离。
4.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，该激光雷达还包括：码盘；码盘与光电探测器连接。
5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述码盘的码道间距和码盘的转速均与激光雷达采样装置的转速匹配。
6.一种利用权利要求1-5任一所述的激光雷达进行测距的方法，其特征在于，该方法包括：
通过控制模块的调制使光源发出脉冲光波，同时计时单元开始计时；
当脉冲光波遇到障碍物便发生反射后，光电探测器接收反射光波；
计时单元停止计时，确定时长；
通过处理单元根据计时单元确定的时长计算与障碍物的距离。
7.根据权利要求6所述的利用激光雷达进行测距方法，其特征在于，该方法还包括：
控制采样时间和速率使相邻两次采样能够无缝连接。
8.根据权利要求6所述的利用激光雷达进行测距方法，其特征在于，该方法还包括：
控制码盘的码道间距和码盘的转速均；
控制激光雷达采样装置的转速；
将码盘的码道间距和码盘的转速均与激光雷达采样装置的转速相匹配。
9.根据权利要求6所述的利用激光雷达进行测距方法，其特征在于，所述通过处理单元根据计时单元确定的时长计算与障碍物的距离的计算公式为：
L＝0.5×c×t×q1/(q1+q2)
其中，L为激光雷达与障碍物的距离；c为光速；t为时长；q1和q2为采用两个异相窗口，在相同的时间间隔t内，同时并行对每个像素点的反射能量进行采样，对应电容的充电量。
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