CN112462376A - 一种激光测距的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本说明书实施例公开了一种激光测距的方法及装置。方案包括：向待测目标发射多个脉冲激光，开始计时；接收待测目标对多个脉冲激光的反射激光；将反射激光转换为多个电脉冲信号；对多个电脉冲信号进行平滑滤波，生成多个平滑滤波信号；判断多个平滑滤波信号是否与预存的序列信号相匹配，若匹配成功，终止计时，确定计时时间；根据计时时间计算待测目标的距离。

Description

一种激光测距的方法及装置
技术领域
本说明书涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种激光测距的方法及装置。
背景技术
随着技术的不断发展，测距方法越来越多，目前激光测距技术得到了迅猛发展和进步，也得到了广泛的应用。
激光测距技术方便、快捷，但是容易受到天气等因素的影响，在信号急剧恶化，处于较低信噪比条件下，很难测出被测距目标的距离或者测出的被测距目标的距离不够准确。
基于此，需要一种适用于在低信噪比条件下能够提高测距准确性的激光测距方法。
发明内容
本说明书一个或多个实施例提供一种激光测距的方法及装置。用以解决如下技术问题：需要适用于在低信噪比条件下能够提高测距准确性的激光测距方法。
为解决上述技术问题，本说明书一个或多个实施例是这样实现的：
本说明书一个或多个实施例提供的一种激光测距的方法，包括：
向待测目标发射多个脉冲激光，开始计时；
接收所述待测目标对所述多个脉冲激光的反射激光；
将所述反射激光转换为多个电脉冲信号；
对所述多个电脉冲信号进行平滑滤波，生成多个平滑滤波信号；
判断所述多个平滑滤波信号是否与预存的序列信号相匹配，若匹配成功，终止计时，确定计时时间；
根据所述计时时间计算所述待测目标的距离。
可选地，所述向待测目标发射多个脉冲激光，开始计时，具体包括：
向所述待测目标发射多个不同的脉冲激光，开始分别计时。
可选地，所述不同的脉冲激光，具体包括：
所述不同的脉冲激光的脉冲信号采用PRBS方式生成的伪随机序列信号。
可选地，所述判断所述多个平滑滤波信号是否与预存的序列信号相匹配，若匹配成功，终止计时，确定计时时间，具体包括：
将所述多个平滑滤波信号与所述预存的序列信号进行相关性运算，得到相关值。
可选地，将所述相关值与预先设置的阈值相比较，若所述相关值大于所述阈值，则匹配成功。
可选地，对匹配成功的所述平滑滤波信号终止计时，确定所述脉冲激光的计时时间；继续对未匹配成功的所述平滑滤波信号计时。
可选地，确定所述每个脉冲激光的计时时间，根据所述每个脉冲激光的计时时间，确定最终时间。
可选地，根据所述计时时间计算所述待测目标的距离，具体包括：
根据所述最终时间，计算所述待测目标的距离。
本说明书一个或多个实施例提供的一种激光测距的装置，包括：
激光收发模块、光电转换模块、FPGA模块和显示模块；
所述FPGA模块包括信号处理模块和结果输出模块；
所述信号处理模块包括信号滤波模块、信号生成模块、信号匹配模块、计时模块和计算模块。
可选地，所述激光收发模块用于向待测目标发射多个脉冲激光；
所述光电转换模块用于将所述待测目标对所述多个脉冲激光反射的激光转换为多个电脉冲信号；
所述激光收发模块用于接收所述多个电脉冲信号；
所述滤波模块用于对所述多个电脉冲信号进行平滑滤波，生成多个平滑滤波信号；
所述信号生成模块用于生成采用PRBS方式生成的伪随机序列信号；
所述信号匹配模块用于将所述多个平滑滤波信号与预存的序列信号进行匹配；
所述计时模块用于对所述激光收发模块发射的多个脉冲激光分别计时；
所述计算模块用于计算所述待测目标的距离；
所述显示模块用于显示所述待测目标的距离信息。
本说明书一个或多个实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：通过对不同的脉冲激光分别计时，经过平滑滤波与相关匹配，提高了抗干扰能力，从而提高了激光测距的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书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，下面描述中的附图仅仅是本说明书中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种激光测距的方法的流程示意图；
图2为本说明书一个或多个实施例提供的一种随机序列生成电路；
图3为本说明书一个或多个实施例提供的一种激光测距的装置的设计框图。
具体实施方式
本说明书实施例提供一种激光测距的方法及装置。
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
本说明书一个或多个实施例提供的一种激光测距的方法可以适用于多种环境，能够减少大气对测距的影响，过滤带外噪声，提高测距的准确性。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图1为本说明书一个或多个实施例提供的一种激光测距的方法的流程示意图。
S101：向待测目标发射多个脉冲激光，开始计时；
在本明书一个或多个实施例中，待测目标可以是墙体、天花板、桌面、楼体、楼顶、山顶、河对岸的标志物、马路对面的标志物等能够被测量距离的目标。
在本说明书的一个或多个实施例中，向待测目标发射多个激光脉冲是通过在测距现场实施发射的，在发射出激光脉冲的同时，开始计时。其中，发射的多个脉冲激光的个数可以为2个、3个、5个等，在此不做具体限定。若发射两个脉冲激光则是先发送一个脉冲激光，发射出去后再发射第二个脉冲激光，发射的脉冲激光有先后顺序，但不间断。
S102:接收所述待测目标对所述多个脉冲激光的反射激光；
在本说明书的一个或多个实施例中，待测目标在被发射的脉冲激光照射后，对脉冲激光进行反射，反射激光飞向各个方向，其中有一部分会反射回发射激光出，接收这一部分的反射激光。
S103：将所述反射激光转换为多个电脉冲信号；
在本说明书一个或多个实施例中，将接收到的反射激光转换为多个电脉冲信号。激光转化为电脉冲的过程可以通过光电转换器、光电二极管等光电转换装置完成。
S104：对所述多个电脉冲信号进行平滑滤波，生成多个平滑滤波信号；
在本说明书的一个或多个实施例中，反射激光经过大气的传播和损耗，再经过光电转换装置转换为多个电脉冲信号后，电脉冲的信号可能夹杂噪声，叠加在有用数据上的随机噪声在很多情况下可以近似的认为是白噪声。白噪声具有一个很重要的统计特性，它的统计平均值为零。因此可以用求平均值的办法来消除随机误差，此时对多个电脉冲信号进行平滑滤波，消除或减少噪声。平滑滤波的方法可以为算术平均滤波法、递推平均滤波法、加权移动平均滤波法等。
S105：判断所述多个平滑滤波信号是否与预存的序列信号相匹配，若匹配成功，终止计时，确定计时时间；
在本说明书的一个或多个实施例中，判断是否终止计时是通过多个平滑滤波与预存的序列信号是否能够匹配确认的。其中，预存的序列信号是与发射的脉冲激光的脉冲信号相同的，有多少个发射的脉冲激光的脉冲信号就有多少个与之相对应的预存的序列信号。将多个脉冲信号和与之相对应的预存的序列信号进行匹配，若匹配成功，分别终止计时，确定计时时间。
S106：根据所述计时时间计算所述待测目标的距离。
在本说明书的一个或多个实施例中，确定发射脉冲激光到确定电脉冲信号与预存的相对应的序列信号匹配成功的计时时间，根据计时时间带入计算公式，计算出待测目标的距离。距离计算公式为光速乘以时间的一半，设距离为S，光速为C，时间为T，则待测目标的距离为S＝C*T/2。
向待测目标发射多个不同的脉冲激光，开始分别计时。
在本说明书一个或多个实施例中，向待测目标发射的多个脉冲激光是不同的脉冲激光，采用多脉冲信号的激光测距方法，不使用单一脉冲信号进行测距，通过多脉冲信号，不是多个相同的脉冲信号，而是多个不同的脉冲信号，被误判的几率大大减小，从而提高了测距准确性。对发射的多个不同的脉冲激光的脉冲信号，进行分别计时，先发射的先计时，后发射的后计时，先发射脉冲激光的计时时间与后发射的脉冲激光的计时时间互不干扰。
不同的脉冲激光的脉冲信号采用PRBS方式生成的伪随机序列信号。
如图2为本说明书一个或多个实施例提供的一种随机序列生成电路。
随机序列信号采用线性反馈移位寄存器和模2加法器的方法实现。以本原多项式x24+x7+x2+x+1生成随机序列为例，多项式中的各项对应的寄存器b0、b1、b6、b23的输出端均连接至模2加法器的输入端，模2加法器的输出端连接至第一个寄存器b0的输入端，如图2所示。本原多项式的选取不限于此，可以从本原多项式表中任意选取。多个脉冲信号使用不同的本原多项式生成不同的脉冲测量信号。多个脉冲信号互不相同，减少误判几率，提高测距准确性。
将多个平滑滤波信号与所述预存的序列信号进行相关性运算，得到相关值。
以图2序列为例，上电初始值b0～b23为非全零数据，经过N次移位之后的M个输出信号作为需要激光发送出去的脉冲信号，M个输出信号是周期循环的数据，每循环一次就通过激光收发系统进行发送。同样的，其他随机序列生成电路遵循同样的机制，只不过对不同随机序列生成电路生成的脉冲信号发射时进行分别计时。
同一脉冲信号或者不同脉冲信号经过待测目标反射回来后，讲过光电转换和平滑滤波产生平滑滤波信号，将平滑滤波信号与预先存储的M个输出序列信号进行相关性运算，对应相乘后求和，得到相关值。
将相关值与预先设置的阈值相比较，若相关值大于阈值，则匹配成功。
在本说明书一个或多个实施例中，以图2为例，将平滑滤波信号与预先存储的个各输出序列信号进行相关性运算，对应相乘后求和，得到相关值，将得到的相关值与预先设置的阈值相比较，若相关值大于阈值，则匹配成功。对图2所示随机序列生成电路预先设置阈值为20，若得到的相关值大于20，则匹配成功。其中阈值的设置可以为21，也可以为22，不做具体限定。
对匹配成功的平滑滤波信号终止计时，确定脉冲激光的计时时间；继续对未匹配成功的平滑滤波信号计时。
在本说明书的一个或多个实施例中，对待测目标发射的多个脉冲激光的脉冲信号是不相同的，发射的脉冲信号也会有先后顺序，在接收反射激光时，将反射激光转换为电脉冲信号时也会有先后顺序不相同、电脉冲信号不行同的脉冲信号，经过平滑滤波后得到的是先后顺序不同，脉冲信号不同的平滑滤波信号，将这些先后顺序不同，脉冲信号不同的平滑滤波信号和与之相对应的预存的序列信号进行匹配，匹配成功后确定每个不同的脉冲信号的计时时间。其中未匹配成功包括还未匹配或者还未匹配成功。对未匹配成功的脉冲信号不停止计时。
确定每个脉冲激光的计时时间，根据每个脉冲激光的计时时间，确定最终时间。
在本说明书的一个或多个实施例中，确定每个脉冲激光的计时时间，对比每个脉冲激光的计时时间，将不合理的计时时间去除，如将每个脉冲激光的计时时间中的最长的计时时间与最短的计时时间去除，对剩下的脉冲激光的计时时间求平均，得到最终时间。或者是对每个脉冲的计时时间排序，将计时时间的前两位和后两位去除，然后对剩下的计时时间求平均得到最终时间。
根据最终时间，计算待测目标的距离。
在本说明书的一个或多个实施例中，利用将不合理的计时时间去除后求平均的最终时间计算待测目标的距离，减少噪声的影响，提高测距的精确性。
图3为本说明书一个或多个实施例提供的一种激光测距的装置的设计框图，所述装置包括：激光收发模块、光电转换模块、FPGA模块和显示模块。
其中，FPGA模块包括信号处理模块和结果输出模块；
信号处理模块包括信号滤波模块、信号生成模块、信号匹配模块、计时模块和计算模块。信号处理模块采用FPGA实现，既能满足信号处理的硬件化设计，又能根据应用场景以及激光收发模块对信号处理方法进行可编程校正。
可选地，激光收发模块用于向待测目标发射多个脉冲激光；
可选地，光电转换模块用于将待测目标对多个脉冲激光反射的激光转换为多个电脉冲信号；
可选地，激光收发模块用于接收经过光电转换模块生成的多个电脉冲信号；
可选地，滤波模块用于对多个电脉冲信号进行平滑滤波，生成多个平滑滤波信号；
可选地，信号生成模块用于生成采用PRBS方式生成的伪随机序列信号；
可选地，信号匹配模块用于将滤波模块生成的多个平滑滤波信号与预存的序列信号进行匹配；
可选地，计时模块用于对激光收发模块发射的多个脉冲激光分别计时；
可选地，计算模块用于计算计时模块的计时的最终时间以及计算待测目标的距离；
可选地，结果输出模块用于将计算模块计算的结果输出给显示模块。
可选地，显示模块用于显示待测目标的距离信息，也可以显示当前天气信息、时间信息等。可以为结果显示屏。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
以上所述仅为本说明书的一个或多个实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书的一个或多个实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书的一个或多个实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种激光测距的方法，其特征在于，包括：
向待测目标发射多个脉冲激光，开始计时；
接收所述待测目标对所述多个脉冲激光的反射激光；
将所述反射激光转换为多个电脉冲信号；
对所述多个电脉冲信号进行平滑滤波，生成多个平滑滤波信号；
判断所述多个平滑滤波信号是否与预存的序列信号相匹配，若匹配成功，终止计时，确定计时时间；
根据所述计时时间计算所述待测目标的距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述向待测目标发射多个脉冲激光，开始计时，具体包括：
向所述待测目标发射多个不同的脉冲激光，开始分别计时。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述不同的脉冲激光，具体包括：
所述不同的脉冲激光的脉冲信号采用PRBS方式生成的伪随机序列信号。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断所述多个平滑滤波信号是否与预存的序列信号相匹配，若匹配成功，终止计时，确定计时时间，具体包括：
将所述多个平滑滤波信号与所述预存的序列信号进行相关性运算，得到相关值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
将所述相关值与预先设置的阈值相比较，若所述相关值大于所述阈值，则匹配成功。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对匹配成功的所述平滑滤波信号终止计时，确定所述脉冲激光的计时时间；继续对未匹配成功的所述平滑滤波信号计时。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
确定所述每个脉冲激光的计时时间，根据所述每个脉冲激光的计时时间，确定最终时间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述计时时间计算所述待测目标的距离，具体包括：
根据所述最终时间，计算所述待测目标的距离。
9.一种激光测距的装置，其特征在于，包括激光收发模块、光电转换模块、FPGA模块和显示模块；
所述FPGA模块包括信号处理模块和结果输出模块；
所述信号处理模块包括信号滤波模块、信号生成模块、信号匹配模块、计时模块和计算模块。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，包括：
所述激光收发模块用于向待测目标发射多个脉冲激光；
所述光电转换模块用于将所述待测目标对所述多个脉冲激光反射的激光转换为多个电脉冲信号；
所述激光收发模块用于接收所述多个电脉冲信号；
所述滤波模块用于对所述多个电脉冲信号进行平滑滤波，生成多个平滑滤波信号；
所述信号生成模块用于生成采用PRBS方式生成的伪随机序列信号；
所述信号匹配模块用于将所述多个平滑滤波信号与预存的序列信号进行匹配；
所述计时模块用于对所述激光收发模块发射的多个脉冲激光分别计时；
所述计算模块用于计算所述待测目标的距离；
所述显示模块用于显示所述待测目标的距离信息。
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