CN113325386B - Spad激光雷达双随机内存实时统计tdc的方法 - Google Patents

Spad激光雷达双随机内存实时统计tdc的方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是：利用计数器实现ToF(time of flight)和统计数据存储器的存储地址的产生双功能，并使用两个存储器对ToF测量的结果实现统计工作。为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种SPAD激光雷达双随机内存实时统计TDC的方法。本发明通过计数器实现Tof测量和RAM地址产生，由两片RAM实现直方图统计功能，从而滤除SPAD型激光雷达的噪声。本发明简单有效，计数器和RAM时钟500MHz时，ToF测量分辨率为30厘米。

Description

SPAD激光雷达双随机内存实时统计TDC的方法
技术领域
本发明涉及一种实时统计TDC(双随机内存统计时间到距离转换/Dual RAMStatistical Time to Distance Conversion)的方法。
背景技术
SPAD(Single Photon Avalanche Diode，单光子雪崩二极管)做为感光元件的激光雷达具有高极灵敏度的特点，广泛应用于多像素高分辨激光雷达。但相较于传统APD接收机激光雷达，SPAD型激光雷达更容易受到环境光、黑暗噪声等噪声的影响而产生测量失误。
为了克服SPAD型激光雷达存在的问题，在SPAD型激光雷达的测量电路中需要对接收到的原始信号进行处理，利用如图1所示的多次测量统计的方法，来过滤噪声，提取要测量的目标距离信息。
发明内容
本发明的目的是：利用计数器实现ToF(time of flight)和统计数据存储器的存储地址的产生双功能，并使用两个存储器对ToF测量的结果实现统计工作。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种SPAD激光雷达双随机内存实时统计TDC的方法，该SPAD激光雷达的测量电路利用N次测量统计方法来滤除噪声，N≥2，每次测量的时钟周期由M个Tof时间单元组成，M≥3，则所述方法用于对通过N次测量得到的直方图进行统计，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用ToF计数器对每个时钟周期内的Tof时间单元进行计数，计数的同时由ToF计数器生成读写存储器一及读写存储器二用于存放数据的存储器地址，使得由ToF计数器生成的M个存储器地址与一个时钟周期内的M个Tof时间单元一一对应；
步骤2、上电后，将读写存储器一及读写存储器二所有存储器地址存储的数据初始化为0；
步骤3、设n＝1；
步骤4、第n次测量开始时，起始信号有效，ToF计数器清零后对第n次测量的时钟周期的Tof时间单元进行计数，在计数的同时生成与上一次循环相同的存储地址；
步骤5、若n为奇数，则进入步骤6，若n为偶数，则进入步骤7；
步骤6、按照ToF计数器生成的存储地址将读写存储器一中的数据取出作为原始数据，原始数据以及原始数据加1同时输入选通器一；
若当前Tof时间单元内，SPAD激光雷达接收到有效停止信号，则选通器一将原始数据加1的值存入读写存储器二的存储地址，读写存储器二的存储地址由ToF计数器依据对Tof时间单元的计数生成，进入步骤8；
若当前Tof时间单元内，SPAD激光雷达没有接收到有效停止信号，则选通器一将原始数据存入读写存储器二的存储地址，读写存储器二的存储地址由ToF计数器依据对Tof时间单元的计数生成，进入步骤8；
步骤7、按照ToF计数器生成的存储地址将读写存储器二中的数据取出作为原始数据，原始数据以及原始数据加1同时输入选通器二；
若当前Tof时间单元内，SPAD激光雷达接收到有效停止信号，则选通器二将原始数据加1的值存入读写存储器一的存储地址，读写存储器一的存储地址由ToF计数器依据对Tof时间单元的计数生成，进入步骤8；
若当前Tof时间单元内，SPAD激光雷达没有接收到有效停止信号，则选通器二将原始数据存入读写存储器一的存储地址，读写存储器一的存储地址由ToF计数器依据对Tof时间单元的计数生成，进入步骤8；
步骤8、第n次测量结束后，n＝n+1，若n>N，则进入步骤9，否则返回步骤4；
步骤9、若n为偶数，则依据ToF计数器生成的M个存储器地址从读写存储器二中取出M个数据，每个数据对应每个Tof时间单元所统计的SPAD激光雷达接收到有效停止信号的次数，定义为stop次数，则获得stop次数最大的Tof时间单元，在N次测量得到的直方图中，该Tof时间单元对应于检测物体；
若n为偶数，则依据ToF计数器生成的M个存储器地址从读写存储器一中取出M个数据，每个数据对应每个Tof时间单元所统计的SPAD激光雷达接收到有效停止信号的次数，定义为stop次数，则获得stop次数最大的Tof时间单元，在N次测量得到的直方图中，该Tof时间单元对应于检测物体。
优选地，所述读写存储器一及所述读写存储器二均采用RAM实现。
本发明通过计数器实现Tof测量和RAM地址产生，由两片RAM实现直方图统计功能，从而滤除SPAD型激光雷达的噪声。本发明简单有效，计数器和RAM时钟500MHz时，ToF测量分辨率为30厘米。
附图说明
图1为现有SPAD型激光雷达的测量电路所采用的测量原理图；
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。
本发明中，SPAD激光雷达的测量电路利用N次测量统计方法来滤除噪声，N≥2。每次测量的时钟周期由M个Tof时间单元组成，M≥3，每次测量的时钟周期的M个Tof时间单元都是一一对应的，即第n次测量的时钟周期的第m个Tof时间单元与第n-1次测量的时钟周期的第m个Tof时间单元是相对应的，有效的检测物体位于N次测量的时钟周期的同一个Tof时间单元。由此利用SPAD激光雷达N次测量的数据可以组成直方图，通过该直方图可以过滤SPAD激光雷达采集到的原始数据中的噪声，得到有效的检测物体，具体可以参考图1。
本发明提供的SPAD激光雷达双随机内存实时统计TDC的方法用于对通过N次测量得到的直方图进行统计，以获得与有效的检测物体相对于的那个Tof时间单元，从而通过直方图得到有效的检测物体。
结合图2，本发明提供的一种SPAD激光雷达双随机内存实时统计TDC的方法具体包括以下内容：
上电后，将RAM A及RAM B所有存储器地址存储的数据初始化为0。
N次测量中的第一次测量开始时，起始信号有效，ToF计数器清零后对第一次测量的时钟周期的Tof时间单元进行计数。在计数的同时ToF计数器生成存储地址，每一次测量，ToF计数器总共生成M个存储地址。此处应当注意的是，每一次测量ToF计数器生成的M个存储地址的是一致。
在每个Tof时间单元，按照ToF计数器生成的与当前Tof时间单元相对应的存储地址将RAM A中的数据取出作为原始数据。原始数据以及原始数据加1同时输入选通器一。若当前Tof时间单元内，SPAD激光雷达接收到有效停止信号，则选通器一将原始数据加1的值存入RAM B的存储地址，RAM B的存储地址也是由ToF计数器依据对Tof时间单元的计数生成。
若当前Tof时间单元内，SPAD激光雷达没有接收到有效停止信号，则选通器一将原始数据存入读写RAM B的存储地址，RAM B的存储地址也是由ToF计数器依据对Tof时间单元的计数生成。
第一次测量结束后，测量的全部结果存储在RAM B中。
当第二次测量开始时，起始信号有效，ToF计数器清零。此时读写控制器翻转，改由将RAM B的数据写入RAM A中，方法同上。当第三次测量开始时，再次翻转，将RAM A的数据写入RAM B中。依次类推，直至完成所有N次测量。
依据ToF计数器生成的M个存储器地址从最后一次测量的被写入的随机存储器中取出数据，可能是RAM A，也可能是RAM B，每个数据对应每个Tof时间单元所统计的SPAD激光雷达接收到有效停止信号的次数，定义为stop次数，则与最大stop次数所对应的Tof时间单元即为需要寻找的那个Tof时间单元。在N次测量得到的直方图中，利用该Tof时间单元获得检测物体的数据。

Claims (2)

1.一种SPAD激光雷达双随机内存实时统计TDC的方法，该SPAD激光雷达的测量电路利用N次测量统计方法来滤除噪声，N≥2，每次测量的时钟周期由M个Tof时间单元组成，M≥3，则所述方法用于对通过N次测量得到的直方图进行统计，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、利用ToF计数器对每个时钟周期内的Tof时间单元进行计数，计数的同时由ToF计数器生成读写存储器一及读写存储器二用于存放数据的存储器地址，使得由ToF计数器生成的M个存储器地址与一个时钟周期内的M个Tof时间单元一一对应；
步骤2、上电后，将读写存储器一及读写存储器二所有存储器地址存储的数据初始化为0；
步骤3、设n＝1；
步骤4、第n次测量开始时，起始信号有效，ToF计数器清零后对第n次测量的时钟周期的Tof时间单元进行计数，在计数的同时生成与上一次循环相同的存储地址；
步骤5、若n为奇数，则进入步骤6，若n为偶数，则进入步骤7；
步骤6、按照ToF计数器生成的存储地址将读写存储器一中的数据取出作为原始数据，原始数据以及原始数据加1同时输入选通器一；
若当前Tof时间单元内，SPAD激光雷达接收到有效停止信号，则选通器一将原始数据加1的值存入读写存储器二的存储地址，读写存储器二的存储地址由ToF计数器依据对Tof时间单元的计数生成，进入步骤8；
若当前Tof时间单元内，SPAD激光雷达没有接收到有效停止信号，则选通器一将原始数据存入读写存储器二的存储地址，读写存储器二的存储地址由ToF计数器依据对Tof时间单元的计数生成，进入步骤8；
步骤7、按照ToF计数器生成的存储地址将读写存储器二中的数据取出作为原始数据，原始数据以及原始数据加1同时输入选通器二；
若当前Tof时间单元内，SPAD激光雷达接收到有效停止信号，则选通器二将原始数据加1的值存入读写存储器一的存储地址，读写存储器一的存储地址由ToF计数器依据对Tof时间单元的计数生成，进入步骤8；
若当前Tof时间单元内，SPAD激光雷达没有接收到有效停止信号，则选通器二将原始数据存入读写存储器一的存储地址，读写存储器一的存储地址由ToF计数器依据对Tof时间单元的计数生成，进入步骤8；
步骤8、第n次测量结束后，n＝n+1，若n>N，则进入步骤9，否则返回步骤4；
步骤9、若n为奇数，则依据ToF计数器生成的M个存储器地址从读写存储器二中取出M个数据，每个数据对应每个Tof时间单元所统计的SPAD激光雷达接收到有效停止信号的次数，定义为stop次数，则获得stop次数最大的Tof时间单元，在N次测量得到的直方图中，该Tof时间单元对应于检测物体；
若n为偶数，则依据ToF计数器生成的M个存储器地址从读写存储器一中取出M个数据，每个数据对应每个Tof时间单元所统计的SPAD激光雷达接收到有效停止信号的次数，定义为stop次数，则获得stop次数最大的Tof时间单元，在N次测量得到的直方图中，该Tof时间单元对应于检测物体。
2.如权利要求1所述的一种SPAD激光雷达双随机内存实时统计TDC的方法，其特征在于，所述读写存储器一及所述读写存储器二均采用RAM实现。
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