CN112711010A - 激光测距信号处理装置、激光测距设备及其对应的方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种激光测距以及相应的信号处理方案，由双路比较采集模块对第二电信号进行两路处理，分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值，然后再由信号校准模块根据第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间。由于采用了双路比较采集模块对电信号进行两路分别处理，基于低电平阈值和高电平阈值分别采集两个时间值，可以获得信号的二维信息，对信号波形的几何特征进行有效的还原，完成对激光脉冲飞行时间进行校准，以提高了测距的精度，并且通过对信号的分类处理，提高了复杂场景的检出率，减少了误检可能性。

Description

激光测距信号处理装置、激光测距设备及其对应的方法

技术领域

本申请涉及激光测距技术领域，尤其涉及一种激光测距信号处理装置、激光测距设备及其对应的方法。

背景技术

激光测距技术作为一种高精度的测距方案，因其具有测距极限远、光束指向性高、响应速度快等特点而越来越受到工程人员的广泛关注。

当前应用于激光测距的技术手段主要有三大类，包括(1)相似三角法原理，将测距范围按相似三角形关系投射到接收平面，根据接收光斑投射到接收平面的位置推算出被测物的距离，(2)相位干涉法，通过采集相干效应推算干涉光的相位，进而得到被测物的距离，(3)脉冲激光飞行时间(TOF，Time of flight)法，通过采集激光脉冲飞行时间来测量距离。在这几种测量原理中，相似三角法原理无法保证远距离的测量精度，而且测量频率较低；而相位干涉法同样存在测量速度较慢，成本较高的问题，因此，当前主要采用的远距离测量手段还是脉冲激光飞行时间法。

现有的脉冲激光飞行时间法一般都仅使用单路比较器，同时配置单路时间采集器实现阈值的比较和时间采集。因此，反射光的信号几何特征无法得到真实的还原，信号校准模块在处理时只能根据采集到一路时间数据进行处理，从而无法鉴别被采集到信号是不是被测物反射光的真实信号波，不能有效地反映真实的波形，导致无法对激光脉冲飞行时间的值进行准确地校准，尤其是对透明物体的识别度都较差，容易造成误检。

发明内容

本申请的一个目的是提供一种激光测距信号处理装置、激光测距设备及其对应的方法，用以解决现有技术中准确性不足、容易造成误检的问题。

为实现上述目的，本申请提供了一种激光测距信号处理装置，该装置包括：

光电转换模块，用于将所接收的激光信号转换为第一电信号；

放大模块，与所述光电转换模块连接，用于将所述第一电信号进行放大处理，并输出第二电信号；

双路比较采集模块，与所述放大模块连接，用于将第二电信号分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值，其中，所述第一时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的上升沿的时间值，所述第二时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的上升沿的时间值，所述第三时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的下降沿的时间值，所述第四时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的下降沿的时间值；

信号校准模块，用于根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间。

本申请还提供了一种激光测距设备，该设备包括前述的激光测距信号处理装置以及计算模块，所述激光测距信号处理装置用于获取激光脉冲飞行时间，所述计算模块用于根据所述激光脉冲飞行时间计算距离值。

基于本申请的另一方面，还提供了一种激光测距信号处理方法，该方法包括：

将所接收的激光信号转换为第一电信号；

将所述第一电信号进行放大处理，并输出第二电信号；

将第二电信号分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值，其中，所述第一时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的上升沿的时间值，所述第二时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的上升沿的时间值，所述第三时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的下降沿的时间值，所述第四时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的下降沿的时间值；

根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间。

本申请还提供了一种激光测距方法，该方法包括：

将所接收的激光信号转换为第一电信号；

将所述第一电信号进行放大处理，并输出第二电信号；

将第二电信号分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值，其中，所述第一时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的上升沿的时间值，所述第二时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的上升沿的时间值，所述第三时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的下降沿的时间值，所述第四时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的下降沿的时间值；

根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间；

根据所述激光脉冲飞行时间计算距离值。

相较于现有技术，本申请提供的方案中，由双路比较采集模块对放大后的第二电信号进行两路处理，分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值，然后再由信号校准模块根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间。由于采用了双路比较采集模块对电信号进行两路分别处理，基于低电平阈值和高电平阈值分别采集两个时间值，从而可以获得信号的二维信息，对信号波形的几何特征进行有效的还原，完成对激光脉冲飞行时间进行校准，以提高了测距的精度，并且通过对信号的分类处理，提高了复杂场景的检出率，减少了误检可能性。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例提供的一种激光测距信号处理装置的结构示意图；

图2为本申请实施例中的一种电压信号波形示意图；

图3为本申请实施例中的一种用于采集信号的低电平比较器与低电平时间采集器的电路结构示意图；

图4为本申请实施例中的一种用于采集信号的高电平比较器与高电平时间采集器的电路结构示意图；

图5为本申请实施例中第二信号类别对应的一种波形示意图；

图6为本申请实施例中第三信号类别对应的一种波形示意图；

图7为本申请实施例中第四信号类别对应的一种波形示意图；

图8为本申请实施例中第五信号类别对应的一种波形示意图；

图9为本申请实施例中第六信号类别对应的一种波形示意图；

图10为本申请实施例中第七信号类别对应的一种波形示意图；

图11为本申请实施例中第八信号类别对应的一种波形示意图；

图12为本申请实施例中第九信号类别对应的一种波形示意图；

图13为本申请实施例中第十信号类别对应的一种波形示意图；

图14为本申请实施例提供的一种激光测距设备的机构示意图；

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请提供的激光测距信号处理方案中，由双路比较采集模块对放大后的第二电信号进行两路处理，分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值，然后再由信号校准模块根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间。由于采用了双路比较采集模块对电信号进行两路分别处理，基于低电平阈值和高电平阈值分别采集两个时间值，从而可以获得信号的二维信息，对信号波形的几何特征进行有效的还原，完成对激光脉冲飞行时间进行校准，以提高了测距的精度，并且通过对信号的分类处理，提高了复杂场景的检出率，减少了误检可能性。

图1示出了本申请实施例提供的一种激光测距信号处理装置的结构示意图，至少包括光电转换模块110、放大模块120、双路比较采集模块130和信号校准模块140。其中，所述光电转换模块110用于将所接收的激光信号转换为第一电信号；放大模块120与所述光电转换模块连接，用于将所述第一电信号进行放大处理，并输出第二电信号；双路比较采集模块130与所述放大模块连接，用于将第二电信号分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值；信号校准模块140用于根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间。

在本申请的一些实施例中，光电转换模块110可以包括感光模块和电压电流转换模块，其中感光模块可以接收被测物体反射的激光信号，产生光生载流子，将光信号转换为电流信号，而电压电流转换模块可以将电流信号转换为电压信号，以用于后续模块对该电压信号进行方法处理。由此可知，在本实施例的方案中，所述第一电信号即为电压电流转换模块产生的电压信号。

由于由激光信号转换而来的电压信号一般都较小，直接进行后续处理的误差较大，需要进行放大后在进行后续处理。本实施例中，为了提高放大的准确性，减少放大导致信号失真的可能性，可以将采用二级放大的方式。由此，所述放大模块120可以包括信号预放大模块和信号后级放大模块，其中信号预放大模块可以将电压电流转换模块转换来的电压信号进行线性放大，并在一定程度上抑制底噪幅度，而信号后级放大模块将初步放大后的电压信号再进行放大，供后续模块进行处理。由此可知，在本实施例的方案中，所述第二电信号即为放大模块进行放大后所产生的电压信号。

双路比较采集模块采用了两路比较采集的电路，每一路分别设置不同的比较阈值，分别为低电平阈值和高电平阈值，所述低电平阈值在数值上低于高电平阈值。双路比较采集模块所确定的第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值是基于与各自设置的比较阈值所确定的时间值，其中，所述第一时间值和第四时间值是由一路比较采集模块基于低电平阈值所确定，而第二时间值和第三时间值则是由另一路比较采集模块基于高电平阈值所确定。

具体的，所述第一时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的上升沿的时间值，所述第二时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的上升沿的时间值，所述第三时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的下降沿的时间值，所述第四时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的下降沿的时间值。以图2所示的电压信号波形为例，坐标轴的x轴表示时间t，y轴表示电压信号的电压幅值V，V_{low_threshold}表示低电平阈值，V_{high_threshold}表示高电平阈值，由此可以确定t1为第一时间值、t2为第二时间值、t3为第三时间值、t4为第四时间值。

在本申请的一些实施例中，所述双路比较采集模块130可以分为两部分，即双路比较模块和双路时间采集模块。其中，双路比较模块可以包括低电平比较器和高电平比较器，分别与所述放大模块连接，所述低电平比较器用于将第二电信号与低电平阈值比较，截取超过所述低电平阈值的第三电信号，根据所述第三电信号确定第一采集时间点和第四采集时间点。而所述高电平比较器用于将第二电信号与高电平阈值比较，截取超过所述高电平阈值的第四电信号，并根据所述第四电信号确定第二采集时间点和第三采集时间点。所述第一采集时间点是第三电信号的首个上升沿的起始时间，所述第二采集时间点是第四电信号的首个上升沿的起始时间，所述第三采集时间点是第四电信号的首个下降沿的结束时间，所述第四采集时间点是第三电信号的首个下降沿的结束时间。

以图2所示的场景为例，低电平比较器会将电压信号(即第二电信号)与低电平阈值V_{low_threshold}比较，截取该电压信号中超过所述低电平阈值V_{low_threshold}的部分，即a点至d点之间的部分电压信号来作为第三电信号，然后可以将a点所对应的时间作为第一采集时间点，将d点所对应的时间作为第四采集时间点，输出至双路时间采集模块中的低电平时间采集器。同理，高电平比较器会将电压信号(即第二电信号)与高电平阈值V_{high_threshold}比较，截取该电压信号中超过所述高电平阈值V_{high_threshold}的部分，即b点至c点之间的部分电压信号来作为第四电信号，然后可以将b点所对应的时间作为第二采集时间点，将c点所对应的时间作为第三采集时间点，输出至双路时间采集模块中的高电平时间采集器。

双路时间采集模块则对应包括了低电平时间采集器和高电平时间采集器，分别与双路比较模块中的低电平比较器和高电平比较器连接。所述低电平时间采集器用于根据第一采集时间点、第四采集时间点以及激光发射时间确定第一时间值t1和第四时间值t4。

以图2所示的场景为例，可以将电压信号的a点所对应的时间stop1_low与激光脉冲信号发出的时间start比较，从而确定第一时间值t1，并且可以将电压信号的d点所对应的时间stop2_low与激光发射时间start比较，从而确定第四时间值。同理，所述高电平时间采集器用于根据第二采集时间点stop1_high、第三采集时间点stop2_high以及激光发射时间start确定第二时间值t2和第三时间值t3。

图3示出了本申请实施例中的一种用于采集信号的低电平比较器与低电平时间采集器的电路结构示意图，低电平比较器131的正向输入端310与放大模块的输出端相连，输入input信号(即第二电信号)，负向输入端320输入一个数值较低(相较于高电平阈值)的低电平阈值V_{low_threshold}，低电平比较器131的输出端330连接低电平时间采集器133的其中一个输入端340。低电平时间采集器133可以由TDC(Time-to-Digital Converter，时间数字转换器)实现，其另一个输入端350所输入的start信号(即激光发射时间)可以由控制系统产生，stop_low信号自低电平比较器131的输出端330采集得到，可以包括对应于上升沿的stop1_low和对应于下降沿的stop2_low，而低电平时间采集器133通过计算△t＝stop_low-start，即可输入这一路所采集到的激光脉冲飞行时间△t，实际场景中，由于会有两个两种输入stop1_low和stop2_low，即可获得对应的△t值，即第一时间值t1和第四时间值t4。

图4示出了本申请实施例中的一种用于采集信号的高电平比较器与高电平时间采集器的电路结构示意图，高电平比较器132的正向输入端410与放大模块的输出端相连，输入input信号(即第二电信号)，负向输入端420输入一个数值较高(相较于低电平阈值)的高电平阈值V_{high_threshold}，高电平比较器132的输出端430连接高电平时间采集器134的其中一个输入端440。高电平时间采集器134也可以由TDC(Time-to-Digital Converter，时间数字转换器)实现，其另一个输入端450所输入的start信号(即激光发射时间)可以由控制系统产生，stop_high信号自高电平比较器132的输出端430采集得到，可以包括对应于上升沿的stop1_high和对应于下降沿的stop2_high，而高电平时间采集器134通过计算△t＝stop_high-start，即可输入这一路所采集到的激光脉冲飞行时间△t，实际场景中，由于会有两个两种输入stop1_high和stop2_high，即可获得对应的△t值，即第二时间值t2和第三时间值t3。

所述信号校准模块在对激光脉冲飞行时间进行校准时，可以根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值还原激光信号的波形特征，并根据所述波形特征对激光信号进行分类，从而确定信号类别。例如，通过所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值，可以计算出信号波形上升沿或下降沿的斜率，或者是信号波形的脉冲宽度等，这些数据可以在一定程度上反映出激光信号的波形特征，由此可以按照预设的方式对激光信号进行分类，从而确定信号类别。

在实际场景中，根据激光在照射到不同的被测物之后会具有不同的反射波形，因此通过还原反射的激光信号的波形特征，可以在一定程度上表示出环境中被测物的不同特点，例如材质特点(如是否透光等)、位置特点(如与探测点的距离、不同物体之间的相对距离等)等。由此可知，本本申请实施例的方案中，可以为预先为一些典型检测场景设定对应的信号类别，以便于在确定了信号类别之后，可以针对不同的信号类型采用西相应的方式对激光脉冲飞行时间进行校准。

例如，在校准激光脉冲飞行时间时，可以根据不同的信号类别，选择第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值中的全部或一部分，并且通过合理的方式计算，如加权计算、取均值、取较小值或较大值等，计算出一个能够较为准确地反映出当前信号类型所对应的实际环境情况的激光脉冲飞行时间。

图2所示的信号波形是一种最为简单的信号类别，即第一信号类别。所述第一信号类别对应单一独立的脉冲信号，且该脉冲信号的幅值至少高于低电平阈值。该第一信号类别所对应的信号对应于检测环境中的单个被测物，因此反射的激光信号为单一独立的脉冲信号，不存在数个独立的信号或多个信号的叠加，即激光脉冲光斑全部投射到一个被测物并被该被测物反射回来的情形。此种情况下，只需要按照正常的脉冲激光测量原理进行处理就能保证精度，例如将第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值进行取平均值，来作为调准后的激光脉冲飞行时间。

图5示出了本申请实施例中第二信号类别对应的一种波形，所述第二信号类别对应两个独立的脉冲信号，且两个的信号幅值都高于高电平阈值。所述第二信号类型对应于的环境是：测量环境中对应前后两被测物，并且前后两个被测物距离较远，激光脉冲光斑部分投射到靠前的被测物上，而部分光斑投射到靠后的被测物上，投射到靠后的被测物上的激光脉冲反射信号仍然保持较高的信号幅值。由于在激光测距的应用场景中，首选需要确保的是准确地检测出距离检测设备距离最近的物体，因此在获取到这种信号类型时，可以在进行校准时可以只采集距离start最近stop1(可以包括stop1_low和stop1_high)和stop2(可以包括stop2_low和stop2_high)，对后续的独立信号舍弃不用，以免对测量信号造成干扰，即仅考虑第一个独立波形的信号。经过对后续独立信号的舍弃处理后，保留的信号演变成一种前述图2场景中的简单信号，此时按照相应的方式进行处理即可。此外，这种情况还可能应用于同时处理后续有多个脉冲信号的情形，只要后续的脉冲信号与第一个脉冲信号保持独立关系就可以按此逻辑进行处理。

图6示出了本申请实施例中第三信号类别对应的一种波形，所述第三信号类别对应两个独立的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值，且后一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。所述第三信号类型对应于的环境是：测量环境中对应前后两个被测物，并且前后两个被测物距离较远，激光脉冲光斑部分投射到靠前的被测物上，而部分光斑投射到靠后的被测物上，投射到靠后的被测物上的激光脉冲反射信号幅值较弱。此时，在校准时可以分别采集离start最近stop1和stop2，对后续的独立信号舍弃不用，以免对测量信号造成干扰。由于对后续独立信号进行舍弃处理，保留信号演变成一种简单信号，从而与图6所示的情形等效。类似地，此种情况也可以应用于同时处理后续有多个脉冲信号的情形，只要后续的脉冲信号与第一个脉冲信号保持独立关系就可以按此逻辑进行处理。

图7示出了本申请实施例中第四信号类别对应的一种波形，所述第四信号类别对应两个独立的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值，且后一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值。这种情况的典型标志为第二时间值t2大于第四时间值t4。所述第四信号类型对应于的环境是：测量环境中对应前后两个被测物，并且前后两个被测物距离较远，激光脉冲光斑部分投射到靠前的被测物上，而部分光斑投射到靠后的被测物上，投射到靠后的被测物上的激光脉冲反射信号幅值较强。其中，一种典型场景是具有一定透明度的透明物体后面较远处有其他被测物，另一种典型场景是投射到靠前被测物的光斑占比较小。对于这种类别的信号，可以根据需要选择处理其中一个脉冲信号进行处理，即选取t1和t4，或者是t2和t3。由于每个脉冲信号都是独立的，所以无论选择哪个脉冲信号进行处理，被选择的信号都是一个简单信号，即与附图5所示的场景等效。

图8示出了本申请实施例中第五信号类别对应的一种波形，所述第五信号类别对应两个叠加的脉冲信号，两个脉冲信号的幅值均高于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值高于高电平阈值。所述第五信号类型对应于的环境是：测量环境中对应前后两个被测物，并且前后两个被测物距离较近，激光脉冲光斑部分投射到靠前的被测物上，而部分光斑投射到靠后的被测物上，投射到前后的被测物上的激光脉冲反射信号幅值较强。在这种信号类别下，由于叠加因素的存在，由低电平阈值采集到的两个时间，即t1和t4，和由高电平阈值采集到的两个时间，即t2和t3，并不是对激光信号波形几何特征的真实体现，特别是t3和t4无法准确的体验出激光信号波形的几何特征。因此对于此种类型的信号，可以基于第一时间值t1和第二时间值t2对激光脉冲飞行时间进行校准，从而获得较好的测量精度。

图9示出了本申请实施例中第六信号类别对应的一种波形，所述第六信号类别对应两个叠加的脉冲信号，两个脉冲信号的幅值均高于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。所述第六信号类型对应于的环境是：测量环境中对应前后两个被测物，并且前后两个被测物距离较近，激光脉冲光斑部分投射到靠前的被测物上，而部分光斑投射到靠后的被测物上，投射到前后两个被测物上的激光脉冲反射信号幅值较强。在这种信号类别下，由于两个信号的叠加部分幅值低于高电平阈值，因此，通过高电平阈值采集到的两个时间值t2和t3，仍然是靠前被测物的反射光原始信号波形特征的真实反映，可以采用以第二时间值t2和第三时间值t3对激光脉冲飞行时间进行校准，从而获得较好的测量精度。而对于后续的独立脉冲信号，可以舍弃不用，也能保证信号不受干扰。类似地，此种情况也可以应用于同时处理后续有多个脉冲信号的情形，只要后续的脉冲信号与第一个脉冲信号保持独立关系，就可以按此逻辑进行处理。

图10示出了本申请实施例中第七信号类别对应的一种波形，所述第七信号类别对应两个叠加的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值，后一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。所述第七信号类型对应于的环境是：测量环境中对应前后两个被测物，并且前后两个被测物距离较近，激光脉冲光斑部分投射到靠前的被测物上，而部分光斑投射到靠后的被测物上，投射到靠前的被测物上的激光脉冲反射信号幅值较强。在这种信号类型下，由于两个信号的叠加部分幅值低于高电平阈值，通过高电平阈值采集到的两个时间值t2和t3，仍然是靠前被测物的反射光原始信号波形特征的真实反映，与附图9所对应的情况是等效的。因此，可以采用以第二时间值t2和第三时间值t3对激光脉冲飞行时间进行校准，从而获得较好的测量精度。同样的，也可以应用于同时处理后续有多个脉冲信号的情形，只要后续的脉冲信号与第一个脉冲信号保持独立关系就可以按此逻辑进行处理。

图11示出了本申请实施例中第八信号类别对应的一种波形，所述第八信号类别对应两个叠加的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值，后一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。这种情况的典型标志为t2-t1>max，其中max为预先设定的一个数值。所述第八信号类型对应于的环境是：测量环境中对应前后两个被测物，并且前后两个被测物距离较近，激光脉冲光斑部分投射到靠前的被测物上，而部分光斑投射到靠后的被测物上，投射到靠后的被测物上的激光脉冲反射信号幅值较强。在这种信号类型下，由于两个信号的叠加部分幅值低于高电平阈值，通过高电平阈值采集到的两个时间值t2和t3，仍然是靠前被测物的反射光原始信号波形特征的真实反映，与附图9所对应的情况是等效的。因此，可以采用以第二时间值t2和第三时间值t3对激光脉冲飞行时间进行校准，从而获得较好的测量精度。

图12示出了本申请实施例中第九信号类别对应的一种波形，所述第九信号类别对应两个叠加的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值，后一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。所述第九信号类型对应于的环境是：测量环境中对应前后两个被测物，并且前后两个被测物距离较近，激光脉冲光斑部分投射到靠前的被测物上，而部分光斑投射到靠后的被测物上，投射到前后两个被测物上的激光脉冲反射信号幅值都较弱。由于这种情况一般出现在被测物距离探测点较远的场景中，因此可以忽略此时获得的波形，不对此种情况进行处理，等待探测点接近后获取幅值更高的波形后再做处理。

图13示出了本申请实施例中第十信号类别对应的一种波形，所述第十信号类别对应两个独立的脉冲信号，两个脉冲信号的幅值均高于低电平阈值并低于高电平阈值。这种情况的典型标志为t2＝t3＝0，在本实施例中第二时间值t2和第三时间值t3为零表示无法采集到这两个时间值。所述第九信号类型对应于的环境是：测量环境中对应前后两被测物，并且前后两个被测物距离较远，激光脉冲光斑部分投射到靠前的被测物上，而部分光斑投射到靠后的被测物上，投射到前后两个被测物上的激光脉冲反射信号的信号幅值都较低。在这种信号类型下，只需要基于低电平阈值分别采集离start最近stop1和stop2，即以第一时间值t1和第四时间值t4对激光脉冲飞行时间进行校准，从而获得较好的测量精度。对于后续的独立脉冲信号，可以舍弃不用，也能保证信号不受干扰。类似地，此种情况也可以应用于同时处理后续有多个脉冲信号的情形，只要后续的脉冲信号与第一个脉冲信号保持独立关系，就可以按此逻辑进行处理。

通过对确定激光信号的不同信号类型，可以采用相应的方式对激光脉冲飞行时间进行校准，由此提高了测距精度和复杂场景检出率，特别是提高了透明物体的检出率，同时对被测场景中无规律摆放的被测物能准确测量，避免了光斑的影响。

此外，本申请实施例还提供了一种激光测距设备，该设备包括前述实施例中的激光测距信号处理装置以及一计算模块，所述激光测距信号处理装置用于采用前述的方式获取激光脉冲飞行时间，而所述计算模块用于根据所述激光脉冲飞行时间计算距离值。

例如，在本申请实施例中可以采用如下公式来计算测量的距离值L：

L＝C×△t/2

其中，C为光速，△t为激光脉冲飞行时间。

图14示出了本申请实施例提供的一种激光测距设备的结构，包括感光模块111、电压电流转换模块112、信号预放大模块121、信号后级放大模块122、双路比较器和(包括低电平比较器131和高电平比较器133)、双路时间采集器(包括低电平时间采集器132和高电平时间采集器134)和信号控制处理系统1400。其中，所述感光模块111和电压电流转换模块112用于实现所述光电转换模块110的功能，信号预放大模块121和信号后级放大模块122用于实现放大模块120的功能，双路比较器131、133和双路时间采集器132、134用于实现所述双路比较采集模块130的功能，信号控制处理系统1400用于实现信号校准模块和计算模块的功能。

在进行测距时，感光模块111接收被测物反射光，产行光生载流子，电压电流转换模块112将电流信号转换为电压信号，用于后续模块放大处理，信号预放大模块121将电压电流转换模块112转换来的微弱信号进行线性放大，并在一定程度上抑制底噪幅度，信号后级放大模块122将信号进行全面放大，供后续电路采集处理，放大后的信号经双路比较器131和133分别截断并分别送入各自对接的时间采集器132和133，采集到信号数值后传递给信号控制处理系统1400，并由信号控制处理系统1400根据信号数值处理换算成实际距离值，由此完成一次距离测量。

此外，基于同一发明构思，本申请实施例中还提供了一种激光测距信号处理方法以及对应的激光测距方法，所述方法所使用的装置或设备可以是前述实施例中激光测距信号处理装置和激光测距设备，并且其解决问题的原理与所述装置或设备相似。

本申请实施例提供的一种激光测距信号处理方法包括如下的处理步骤：

步骤1、将所接收的激光信号转换为第一电信号。

步骤2、将所述第一电信号进行放大处理，并输出第二电信号。

步骤3、将第二电信号分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值。

步骤4、根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间。

本申请实施例提供的一种激光测距方法包括如下的处理步骤：

步骤1、将所接收的激光信号转换为第一电信号。

步骤2、将所述第一电信号进行放大处理，并输出第二电信号。

步骤3、将第二电信号分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值。

步骤4、根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间。

步骤5、根据所述激光脉冲飞行时间计算距离值。

进一步地，在将第二电信号分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值时可以采用双路比较模块和双路时间采集模块。其中，双数比较模块包括低电平比较器和高电平比较器，所述低电平比较器可以将第二电信号与低电平阈值比较，截取超过所述低电平阈值的第三电信号，并根据所述第三电信号确定第一采集时间点和第四采集时间点，所述高电平比较器可以将第二电信号与高电平阈值比较，截取超过所述高电平阈值的第四电信号，并根据所述第四电信号确定第二采集时间点和第三采集时间点，其中，所述第一采集时间点是第三电信号的首个上升沿的起始时间，所述第二采集时间点是第四电信号的首个上升沿的起始时间，所述第三采集时间点是第四电信号的首个下降沿的结束时间，所述第四采集时间点是第三电信号的首个下降沿的结束时间。

而双路时间采集模块包括低电平时间采集器和高电平时间采集器，分别与双路比较模块中的低电平比较器和高电平比较器连接，所述低电平时间采集器可以根据第一采集时间点、第四采集时间点以及激光发射时间确定第一时间值和第四时间值，所述高电平时间采集器可以根据第二采集时间点、第三采集时间点以及激光发射时间确定第二时间值和第三时间值。

进一步地，在确定信号类别时，可以根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值还原激光信号的波形特征，并根据所述波形特征对激光信号进行分类，确定信号类别。

进一步地，所述信号类别可以包括第一信号类别，所述第一信号类别对应单一独立的脉冲信号，且该脉冲信号的幅值至少高于低电平阈值。

进一步地，所述信号类别可以包括第二信号类别，所述第二信号类别对应两个独立的脉冲信号，且两个的信号幅值都高于高电平阈值。

进一步地，所述信号类别可以包括第三信号类别，所述第三信号类别对应两个独立的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值，且后一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。

进一步地，所述信号类别可以包括第四信号类别，所述第四信号类别对应两个独立的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值，且后一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值。

进一步地，所述信号类别可以包括第五信号类别，所述第五信号类别对应两个叠加的脉冲信号，两个脉冲信号的幅值均高于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值高于高电平阈值。

进一步地，所述信号类别可以包括第六信号类别，所述第六信号类别对应两个叠加的脉冲信号，两个脉冲信号的幅值均高于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。

进一步地，所述信号类别可以包括第七信号类别，所述第七信号类别对应两个叠加的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值，后一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。

进一步地，所述信号类别可以包括第八信号类别，所述第八信号类别对应两个叠加的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值，后一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。

进一步地，所述信号类别可以包括第九信号类别，所述第九信号类别对应两个叠加的脉冲信号，两个脉冲信号的幅值均高于低电平阈值并低于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。

进一步地，所述信号类别可以包括第十信号类别，所述第十信号类别对应两个独立的脉冲信号，两个脉冲信号的幅值均高于低电平阈值并低于高电平阈值。

综上所述，本申请提供的激光测距信号处理方案中，由双路比较采集模块对放大后的第二电信号进行两路处理，分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值，然后再由信号校准模块根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间。由于采用了双路比较采集模块对电信号进行两路分别处理，基于低电平阈值和高电平阈值分别采集两个时间值，从而可以获得信号的二维信息，对信号波形的几何特征进行有效的还原，完成对激光脉冲飞行时间进行校准，以提高了测距的精度，并且通过对信号的分类处理，提高了复杂场景的检出率，减少了误检可能性。特别是提高了透明物体的检出率，同时对被测场景中无规律摆放的被测物能准确测量，避免了光斑的影响。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。装置权利要求中陈述的多个单元或装置也可以由一个单元或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (16)

1.一种激光测距信号处理装置，其特征在于，该装置包括：

光电转换模块，用于将所接收的激光信号转换为第一电信号；

放大模块，与所述光电转换模块连接，用于将所述第一电信号进行放大处理，并输出第二电信号；

双路比较采集模块，与所述放大模块连接，用于将第二电信号分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值，其中，所述第一时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的上升沿的时间值，所述第二时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的上升沿的时间值，所述第三时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的下降沿的时间值，所述第四时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的下降沿的时间值；

信号校准模块，用于根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述双路比较采集模块，包括：

双路比较模块，包括低电平比较器和高电平比较器，分别与所述放大模块连接，所述低电平比较器用于将第二电信号与低电平阈值比较，截取超过所述低电平阈值的第三电信号，并根据所述第三电信号确定第一采集时间点和第四采集时间点，所述高电平比较器用于将第二电信号与高电平阈值比较，截取超过所述高电平阈值的第四电信号，并根据所述第四电信号确定第二采集时间点和第三采集时间点，其中，所述第一采集时间点是第三电信号的首个上升沿的起始时间，所述第二采集时间点是第四电信号的首个上升沿的起始时间，所述第三采集时间点是第四电信号的首个下降沿的结束时间，所述第四采集时间点是第三电信号的首个下降沿的结束时间；

双路时间采集模块，包括低电平时间采集器和高电平时间采集器，分别与双路比较模块中的低电平比较器和高电平比较器连接，所述低电平时间采集器用于根据第一采集时间点、第四采集时间点以及激光发射时间确定第一时间值和第四时间值，所述高电平时间采集器用于根据第二采集时间点、第三采集时间点以及激光发射时间确定第二时间值和第三时间值。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号校准模块，用于根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值还原激光信号的波形特征，并根据所述波形特征对激光信号进行分类，确定信号类别。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述信号类别包括第一信号类别，所述第一信号类别对应单一独立的脉冲信号，且该脉冲信号的幅值至少高于低电平阈值。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述信号类别包括第二信号类别，所述第二信号类别对应两个独立的脉冲信号，且两个的信号幅值都高于高电平阈值。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述信号类别包括第三信号类别，所述第三信号类别对应两个独立的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值，且后一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述信号类别包括第四信号类别，所述第四信号类别对应两个独立的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值，且后一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述信号类别包括第五信号类别，所述第五信号类别对应两个叠加的脉冲信号，两个脉冲信号的幅值均高于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值高于高电平阈值。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述信号类别包括第六信号类别，所述第六信号类别对应两个叠加的脉冲信号，两个脉冲信号的幅值均高于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述信号类别包括第七信号类别，所述第七信号类别对应两个叠加的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值，后一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述信号类别包括第八信号类别，所述第八信号类别对应两个叠加的脉冲信号，前一个脉冲信号的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值，后一个脉冲信号的幅值高于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述信号类别包括第九信号类别，所述第九信号类别对应两个叠加的脉冲信号，两个脉冲信号的幅值均高于低电平阈值并低于高电平阈值，且两个脉冲信号的叠加部分的幅值低于高电平阈值并高于低电平阈值。

13.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述信号类别包括第十信号类别，所述第十信号类别对应两个独立的脉冲信号，两个脉冲信号的幅值均高于低电平阈值并低于高电平阈值。

14.一种激光测距设备，其特征在于，该设备包括如权利要求1至13中任一项所述的激光测距信号处理装置以及计算模块，所述激光测距信号处理装置用于获取激光脉冲飞行时间，所述计算模块用于根据所述激光脉冲飞行时间计算距离值。

15.一种激光测距信号处理方法，其特征在于，该方法包括：

将所接收的激光信号转换为第一电信号；

将所述第一电信号进行放大处理，并输出第二电信号；

将第二电信号分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值，其中，所述第一时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的上升沿的时间值，所述第二时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的上升沿的时间值，所述第三时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的下降沿的时间值，所述第四时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的下降沿的时间值；

根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间。

16.一种激光测距方法，其特征在于，该方法包括：

将所接收的激光信号转换为第一电信号；

将所述第一电信号进行放大处理，并输出第二电信号；

将第二电信号分别与低电平阈值和高电平阈值进行比较，确定第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值，其中，所述第一时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的上升沿的时间值，所述第二时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的上升沿的时间值，所述第三时间值为第二电信号中首个达到高电平阈值的下降沿的时间值，所述第四时间值为第二电信号中首个达到低电平阈值的下降沿的时间值；

根据所述第一时间值、第二时间值、第三时间值和第四时间值对确定信号类别，并对根据所述信号类别采用相应的方式校准激光脉冲飞行时间；

根据所述激光脉冲飞行时间计算距离值。

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