CN113296104B - 一种spad型激光雷达的高效测量方法 - Google Patents

一种spad型激光雷达的高效测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种SPAD型激光雷达的高效测量方法。本发明利用单个RAM同时实现直方图数据的写入和读出，相较于传统的写入和读出各用一个RAM的方法，减少了一半的RAM资源占用。本发明通过测量起始信号和终止信号之间的时间差来测量测量区间ToF(time of flight)(多次测量统计中，单次测量的测量周期由多个测量区间ToF组成)，即代表待测目标的距离。同时利用RAM实现直方图统计功能，起始信号计数器产生计数值作为RAM的地址，它表征测量区间ToF的测量值。

Description

一种SPAD型激光雷达的高效测量方法
技术领域
本发明涉及一种对SPAD型激光雷达的直方图进行统计从而滤除其噪声的方法。
背景技术
近年来，随着自动驾驶技术的发展，激光雷达传感器得到越来越广泛的应用。其中，以SPAD(Single Photon Avalanche Diode，单光子雪崩二极管)为感光元件的激光雷达因灵敏度高、极限量程大等优点，展现出很高的优势和广阔的前景。但相较于传统激光雷达，SPAD型激光雷达更容易受到噪声的影响，除检测物体产生的有效输出之外，还有环境光噪声、暗电流噪声等因素导致的输出误差，如图1所示。因此在测量电路中需要对原始的输出信号进行噪声过滤，一般采用多次测量统计的方法，提取待测目标产生的有效距离信息。
发明内容
本发明的目的是：基于简单双端口RAM实现直方图统计功能。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种SPAD型激光雷达的高效测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、搭建测量电路，该测量电路包括双端口读写存储器，该双端口读写存储器的读地址端口与计数器的输出端相连，计数器的输入端连接上升沿捕获单元一；双端口读写存储器的写地址端口通过延迟单元一与计数器的输出端相连；
双端口读写存储器的写使能端口经由延迟单元二与选通开关一的输出端相连，选通开关一的输入端分别连接高电平信号输入以及上升沿捕获单元二；
双端口读写存储器的读数据端口分别连接锁存器及选通开关二的输入端，选通开关二的输入端还输入-1信号；选通开关二的输出端连接加法器的一个输入端，加法器的另一个输入端输入+1信号；加法器的输出端连接双端口读写存储器的写数据端口；
双端口读写存储器的时钟端口输入主时钟；
步骤2、利用选通信号，使得选通开关一选通输入高电平信号，使能双端口读写存储器的写数据功能，同时，使得选通开关二选通输入-1信号，加法器将选通开关二输出的-1信号与+1信号相加后输出0信号，该0信号被写入双端口读写存储器内，将双端口读写存储器内的数据清零；
步骤3、双端口读写存储器内的数据清零后，利用选通信号，选通开关一选通上升沿捕获单元二的输出，同时，选通开关二选通双端口读写存储器的读数据端口；
步骤4、利用上升沿捕获单元一捕获SPAD型激光雷达某次测量开始时的起始信号的上升沿，从而使计数器对该次测量的测量区间ToF进行计数；
步骤5、每个测量区间ToF到来时计数器均向双端口读写存储器的读地址端口发送一个地址信号，并且该地址信号经由延迟单元一被送入双端口读写存储器的写地址端口，从而使得双端口读写存储器的读写数据的地址与测量区间ToF唯一对应；
步骤6、选通开关二将依据地址信号从双端口读写存储器内取出的原始数据送至加法器，该原始数据为与当前地址信号相对应的当前测量区间的强度值，由加法器将原始数据加1后送至双端口读写存储器的写数据端口，此时，由于双端口读写存储器的写使能端口未接收到信号，被送至双端口读写存储器的写数据端口的数据被放弃，进入步骤7；
步骤7、重复步骤5及步骤6，直至上升沿捕获单元二捕获终止信号的上升沿，进入步骤8；
步骤8、选通开关一将上升沿捕获单元二输出的脉冲信号经由延迟单元二发送给双端口读写存储器的写使能端口，通过延迟单元一及延迟单元二，使得捕获单元二发送给双端口读写存储器的写使能端口的脉冲信号与计数器发送给双端口读写存储器的写地址端口的当前测量区间ToF的地址信号相对齐；
步骤9、选通开关二将依据当前测量区间ToF的地址信号从双端口读写存储器内取出的原始数据送至加法器，由加法器将当前测量区间的强度值加1后送至双端口读写存储器的写数据端口，更新后的当前测量区间的强度值依据写地址端口的地址信号被写入双端口读写存储器内，返回步骤5，直至完成当前一次测量，进入步骤10；
步骤10、返回步骤4直至完成所有测量后，双端口读写存储器内的输出多次测量后的最终直方图统计信息，由锁存器锁存具有最大强度值的信息，剔除其他强度较低的信息，即完成噪声信息的滤除。
优选地，所述双端口读写存储器采用简单双端口RAM。
本发明利用单个RAM同时实现直方图数据的写入和读出，相较于传统的写入和读出各用一个RAM的方法，减少了一半的RAM资源占用。本发明通过测量起始信号和终止信号之间的时间差来测量测量区间ToF(time of flight)(多次测量统计中，单次测量的测量周期由多个测量区间ToF组成)，即代表待测目标的距离。同时利用RAM实现直方图统计功能，起始信号计数器产生计数值作为RAM的地址，它表征测量区间ToF的测量值。
附图说明
图1为多次测量统计的原理图；
图2为本发明的原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明利用多次测量并输出强度最大、可靠性最高的有效信号，这样可以规避环境光、黑暗噪声等随机噪声导致的输出误差，结合图2，本发明具体包括以下内容：
开始前，使用选通信号将选通开关一及选通开关二的输入端置于下端。选通开关二输出常-1，即加法器将-1和1进行相加后产生常数0，并送至简单双端口RAM的写数据端口。选通开关一输出常1，使能简单双端口RAM的写数据功能。则被送至写数据端口的0被写入简单双端口RAM的每个地址空间内，通过上述操作将直方图的每个测量区间ToF的强度值进行清零操作，为下一次直方图统计做好准备。
当前直方图通过多次测量得到，对当前直方图进行统计时，每次测量开始时，利用上升沿捕获单元一对起始信号进行上升沿捕获，产生用于触发计数器开始计数的脉冲信号，由计数器对测量区间ToF进行计数。每次计数时，计数器输出一个地址信号，该地址信号通过两路输出。一路被送至简单双端口RAM的读地址端口，用于读取当前直方图在当前测量区间ToF的强度值。另外一路通过延迟单元一延迟后，被送至简单双端口RAM的写地址端口，用于在新的测量值有效的情况下将当前直方图在当前测量区间ToF的强度值进行更新。
图2所示电路未检测到终止信号时，简单双端口RAM内的强度值不会更新。当检测到终止信号时，由升沿捕获单元二捕获终止信号的上升沿后产生脉冲信号。该脉冲信号经过延迟单元二延迟后，与计数器发送给简单双端口RAM的写地址端口的当前测量区间ToF的地址信号相对齐，作为测量值有效的标志并送至简单双端口RAM的写使能端口。简单双端口RAM的写数据功能被使能后，加法器输出的当前直方图在当前测量区间ToF的强度值加1后的更新强度值被写入当前的地址，即完成了对与当前地址相对应的测量区间ToF的强度值的更新。
采用上述方式完成一次测量，并进一步完成多次测量中的最后一次测量时，读数据端口输出多次测量后的最终直方图统计信息，锁存器锁存强度值最高的信息，剔除其他强度值较低的信息，即完成噪声信息的滤除。

Claims (2)

1.一种SPAD型激光雷达的高效测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、搭建测量电路，该测量电路包括双端口读写存储器，该双端口读写存储器的读地址端口与计数器的输出端相连，计数器的输入端连接上升沿捕获单元一；双端口读写存储器的写地址端口通过延迟单元一与计数器的输出端相连；
双端口读写存储器的写使能端口经由延迟单元二与选通开关一的输出端相连，选通开关一的输入端分别连接高电平信号输入以及上升沿捕获单元二；
双端口读写存储器的读数据端口分别连接锁存器及选通开关二的输入端，选通开关二的输入端还输入-1信号；选通开关二的输出端连接加法器的一个输入端，加法器的另一个输入端输入+1信号；加法器的输出端连接双端口读写存储器的写数据端口；
双端口读写存储器的时钟端口输入主时钟；
步骤2、利用选通信号，使得选通开关一选通输入高电平信号，使能双端口读写存储器的写数据功能，同时，使得选通开关二选通输入-1信号，加法器将选通开关二输出的-1信号与+1信号相加后输出0信号，该0信号被写入双端口读写存储器内，将双端口读写存储器内的数据清零；
步骤3、双端口读写存储器内的数据清零后，利用选通信号，选通开关一选通上升沿捕获单元二的输出，同时，选通开关二选通双端口读写存储器的读数据端口；
步骤4、利用上升沿捕获单元一捕获SPAD型激光雷达某次测量开始时的起始信号的上升沿，从而使计数器对该次测量的测量区间ToF进行计数；
步骤5、每个测量区间ToF到来时计数器均向双端口读写存储器的读地址端口发送一个地址信号，并且该地址信号经由延迟单元一被送入双端口读写存储器的写地址端口，从而使得双端口读写存储器的读写数据的地址与测量区间ToF唯一对应；
步骤6、选通开关二将依据地址信号从双端口读写存储器内取出的原始数据送至加法器，该原始数据为与当前地址信号相对应的当前测量区间的强度值，由加法器将原始数据加1后送至双端口读写存储器的写数据端口，此时，由于双端口读写存储器的写使能端口未接收到信号，被送至双端口读写存储器的写数据端口的数据被放弃，进入步骤7；
步骤7、重复步骤5及步骤6，直至上升沿捕获单元二捕获终止信号的上升沿，进入步骤8；
步骤8、选通开关一将上升沿捕获单元二输出的脉冲信号经由延迟单元二发送给双端口读写存储器的写使能端口，通过延迟单元一及延迟单元二，使得捕获单元二发送给双端口读写存储器的写使能端口的脉冲信号与计数器发送给双端口读写存储器的写地址端口的当前测量区间ToF的地址信号相对齐；
步骤9、选通开关二将依据当前测量区间ToF的地址信号从双端口读写存储器内取出的原始数据送至加法器，由加法器将当前测量区间的强度值加1后送至双端口读写存储器的写数据端口，更新后的当前测量区间的强度值依据写地址端口的地址信号被写入双端口读写存储器内，返回步骤5，直至完成当前一次测量，进入步骤10；
步骤10、返回步骤4直至完成所有测量后，双端口读写存储器内的输出多次测量后的最终直方图统计信息，由锁存器锁存具有最大强度值的信息，剔除其他强度较低的信息，即完成噪声信息的滤除。
2.如权利要求1所述的一种SPAD型激光雷达的高效测量方法，其特征在于，所述双端口读写存储器采用简单双端口RAM。
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