CN113495280A - 激光雷达测距信息的获取方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本公开示例提供的激光雷达测距信息的获取方法、装置、电子设备及存储介质，通过设置检测窗口，并针对检测窗口内的回波信号进行处理，以能够有效提高对于检测窗口内的信号的检测能力，同时其他区间的噪声没有被放大，因而提高了信噪比去从而使得激光雷达可适应不同场景的回波信号，提升了激光雷达的检测能力及适应复杂环境的能力，也提高了测量的准确性。
Description
技术领域
本公开涉及激光雷达检测技术，尤其涉及一种激光雷达测距信息的获取方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统,雷达系统通过激光雷达向目标发射探测信号,然后将接收到的从目标反射回来的回波信号，以通过回波信号获得目标的有关信息,如目标距离、强度、方位角等。一般来说，激光雷达的回波信号的灵敏度和精度将决定了激光雷达及雷达系统的性能。
在现有技术中，激光雷达测距性能与目标距雷达的距离、目标的反射率等因素相关：当目标距激光雷达过远或反射率过低时，回波信号能量低于测量阈值下限时会导致目标无法被探测从而影响检测结果；常规的增强激光雷达检测能力的方法包括降低检测阈值、增大放大倍数、增强激光功率等，但上述方式的引入均会导致整个测量范围内的噪声增加，导致误检。因此，亟需一种新的激光雷达测距信息的获取方法以提高测距信息的准确性。
发明内容
针对上述提出的问题，本公开提供了一种激光雷达测距信息的获取方法、装置、电子设备及存储介质。
第一方面，本公开提供了一种激光雷达测距信息的获取方法，包括：
获取当前角度的目标的回波信号；所述回波信号是激光雷达在向目标发射探测信号之后经所述目标反射获得的；
利用信号处理单元提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征确定信号检测窗口；
对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，以输出当前角度的测距信息。
第二方面，本公开提供了一种激光雷达测距信息的获取装置，接收单元、检测模块以及信号处理单元；
其中，
所述接收单元，用于获取当前角度的目标的回波信号；所述回波信号是激光雷达在向目标发射探测信号之后经所述目标反射获得的；
所述检测模块，用于获取信号处理单元提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征确定信号检测窗口；
所述信号处理单元，用于对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，以输出当前角度的测距信息。
第三方面，本公开提供了一种电子设备，包括:
处理器和存储器；
其中，所述存储器用于存储所述处理器的可执行指令；
当所述处理器执行所述可执行指令时，可以执行上述任一项所述方法。
第四方面，本公开提供了一种存储介质，包括指令，当所述指令在所述计算机上运行时，所述计算机可以执行上述任一项所述的方法。
本公开示例提供的激光雷达测距信息的获取方法、装置、电子设备及存储介质，通过获取当前角度的目标的回波信号；所述回波信号是激光雷达在向目标发射探测信号之后经所述目标反射获得的；利用信号处理单元提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征确定信号检测窗口；对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，以输出当前角度的测距信息，从而使得激光雷达可适应不同场景的回波信号，提升了激光雷达的检测能力及适应复杂环境的能力，也提高了测量的准确性。
附图说明
通过上述附图，已示出本公开明确的示例，后文中将有更详细的描述。这些附图和文字描述并不是为了通过任何方式限制本公开构思的范围，而是通过参考特定示例为本领域技术人员说明本公开的概念。
图1为本公开提供的一种系统架构图；
图2为本公开提供的一种激光雷达测距信息的获取方法的流程示意图；
图3为本公开提供的激光雷达测距信息的获取过程中的一信号示意图；
图4为本公开提供的激光雷达测距信息的获取过程中的另一信号示意图；
图5为本公开提供的激光雷达测距信息的获取过程中的又一信号示意图；
图6为本公开提供的激光雷达测距信息的获取过程中的再一信号示意图；
图7为本公开提供的一种激光雷达测距信息的获取装置的结构示意图；
图8为本公开提供的一种电子设备的硬件结构示意图。
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的示例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
具体实施方式
为使本公开示例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开示例中的附图，对本公开示例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统,一般的，雷达系统通过激光雷达向目标发射探测信号,然后将接收到的从目标反射回来的回波信号与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、强度、方位角等,从而完成对目标进行探测、跟踪和识别。也就是说，在激光雷达技术中，激光雷达对回波信号的检测灵敏度和精度决定了激光雷达的性能。
在现有技术中，激光雷达测距性能与被测物距雷达的距离、被测物的反射率等因素均相关：当被测物距激光雷达过远或反射率过低时，回波信号能量低于测量阈值下限时会导致被测物无法被探测从而影响检测结果；当回波信号能量在测量阈值下限上下浮动时，由于回波信号上往往会叠加随机噪声，会导致被测物测量信息不准确从而出现虚警的现象。
因此，亟需一种新的激光雷达测距信息的获取方法以提高测距信息的准确性。
本公开提供的激光雷达测距信息的获取方法、装置、电子设备及存储介质，旨在解决现有技术的如上技术问题。
下面以具体地示例对本公开的技术方案以及本公开的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的示例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些示例中不再赘述。下面将结合附图，对本公开的示例进行描述。
图1为本公开提供的一种系统架构图，如图1所示的，该系统架构中包括：激光雷达1、激光雷达测距信息的获取装置2以及目标3；此外，雷达系统1还可包括有一些必要部件，如电源等。需要说明的是，本公开的激光雷达1用于向目标3发射出射激光，以作为探测信号，然后接收目标对该探测信号反射回的回波信号，以供激光雷达测距信息的获取装置2获取该回波信号并按照本公开提供的激光雷达测距信息的获取方法对回波信号进行处理，获得响应的测距信息。
其中，激光雷达测距信息的获取装置具体可为服务器或服务器集群，该服务器或服务器集群可设置于云端，也可设置在本地。其中，当激光雷达测距信息的获取装置所基于服务器或服务器集群设置于云端时，激光雷达可通过无线通信技术将回波信号发送至云端，以供基激光雷达测距的获取装置对回波信号进行获取和处理；当激光雷达测距信息的获取装置所基于服务器或服务器集群设置于本地时，其集成于激光雷达中，相应的，激光雷达可通过本地传输的方式将回波信号发送至获取装置，以供基激光雷达测距的获取装置对回波信号进行获取和处理。
图2为本公开提供的一种激光雷达测距信息的获取方法的流程示意图。
如图2所示的，该激光雷达测距信息的获取方法包括：
步骤101、获取当前角度的目标的回波信号，所述回波信号是激光雷达在向目标发射探测信号之后经所述目标反射获得的；
本公开提供的激光雷达测距信息的获取方法的执行主体为图1所示的激光雷达测距信息的获取装置。首先，在激光雷达向目标发射探测信号之后，探测信号将传输至目标，并在目标的表面形成反射，即生成回波信号，该回波信号将激光雷达采集到，并被获取装置获取。
需要说明的是，在该回波信号中将包括有多个角度的连续若干时刻的信号，即多个角度的一段时间的信号。在本公开中，可将回波信号中的各角度信号分别进行处理，即每次仅处理某一角度或某一角度范围的回波信号。
步骤102、利用信号处理单元提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征确定信号检测窗口。
步骤103、对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，以输出当前角度的测距信息。
具体来说，获取装置中分别设置有接收单元、检测模块以及信号处理单元，其中，当获取装置获取到当前角度的回波信号之后，会将该回波信号输入至检测模块，此时，检测模块将对回波信号进行处理，确定检测窗口。具体的，检测窗口是指最能体现回波信号内容的信号检测范围，通过对检测窗口内的信号进行检测和处理，能够得到相对较为准确的当前角度的测距信息。
因此，本公开通过利用信号处理单元提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征以确定信号检测窗口，最后可对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，输出当前角度的测距信息。
具体来说，检测窗口可采用预设的方式，例如，其基于特定测距区间的取值范围来确定，其中，若特定测距区间α∈[S0,S1]，其中，S0、S1分别为测量区间的端点，其单位为cm；检测窗口β∈[t0-Δt,t1+Δt],其中(t0-Δt),(t1+Δt)分别为检测窗口β的端点，其单位为cm；其中t0＝S0/15,t1＝S1/15,Δt＝100ns。
可选示例中，根据信号特征确定信号检测窗口，包括：根据信号特征中的信号上升沿时间和下降沿时间，确定信号检测窗口的范围。其中，可根据预设阈值V1，获取回波信号的上升沿时间t2和下降沿时间t3，则得到检测窗口β∈[t2-Δt,t3+Δt]，其中V1＝Vn+Vth,Vn为当前激光雷达的基底噪声，Vth＝50mV，Δt＝100ns。
当然，在可选实施例中，还可根据信号特征中的信号幅度确定信号检测窗口的检测灵敏度。其中，当信号幅度大于第二预设阈值V2时，维持检测窗口的检测灵敏度；当信号幅度小于第二预设阈值V2时，增强检测窗口的检测灵敏度。增强检测灵敏度的方式包括：提高检测窗口内的增益系数；和/或，降低检测窗口内的第二预设阈值。
上述实施方式中，通过设置检测窗口，并针对检测窗口内的回波信号进行处理，以能够有效提高对于检测窗口内的信号的检测能力，同时其他区间的噪声没有被放大，因而提高了信噪比去从而使得激光雷达可适应不同场景的回波信号，提升了激光雷达的检测能力及适应复杂环境的能力，也提高了测量的准确性。
在上述实施例的基础上，可选实施例中，获取当前角度的目标的回波信号之后，还包括：利用第一放大单元对所述回波信号进行第一放大处理，获得第一放大信号；
当第一放大信号不大于所述监测信号阈值时，所述利用信号处理单元提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征确定信号检测窗口，包括：
利用第一放大信号确定信号检测窗口的增益系数；
所述对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，以输出当前角度的测距信息，包括：
利用采用所述增益系数的第二放大单元对所述信号检测窗口内的回波信号进行放大处理，获得第二放大信号；
利用信号处理单元对第二放大信号进行信号处理，以输出当前角度的测距信息。
具体的，当获取装置获取到当前角度的回波信号之后，会将该回波信号输入至第一放大单元，此时，第一放大单元将对回波信号进行处理。
其中，第一放大单元对应着预设增益系数A1，利用该预设增益系数A1，第一放大单元将对回波信号进行放大，得到第一放大信号。
随后，获取装置将利用预设的监测信号阈值V0对该放大信号进行判断，其中的监测信号阈值V0具体可为预先设置的，其一般可用于区别有效信号以及噪音。图3为本公开提供的激光雷达测距信息的获取过程中的一信号示意图，如图3所示的，当第一放大信号大于该监测信号阈值V0时，则说明该第一放大信号噪音较少，可直接对该第一放大信号进行下一步信号处理，输出当前角度的测距信息；
反之，图4为本公开提供的激光雷达测距信息的获取过程中的另一信号示意图，如图4所示的，当第一放大信号不大于该监测信号阈值V0时，则说明该第一放大信号噪音较多，此时，需要对回波信号进行其他处理，以便于下一步测距信息的获取；换句话说，当第一放大信号不大于所述监测信号阈值时，利用第一放大信号确定增益系数，并利用采用所述增益系数的第二放大单元对所述回波信号进行放大处理，获得第二放大信号，并利用信号处理单元对第二放大信号进行信号处理，以输出当前角度的测距信息。
进一步来说，对于上述预设的监测信号阈值的确定可采用公式(1)
V0>Vg 公式(1)
其中，Vg为激光雷达设备内部杂散光导致的回波信号的最大值,V0为预设的监测信号阈值。
也就是说，当监测信号阈值V0大于第一回波信号V1时，信号处理单元将直接对第一放大信号进行信号处理；其中的信号处理包括时刻鉴别处理以及飞行时间测量处理。具体的，时刻鉴别处理是指通过通道阈值筛选出高于阈值的信号，并将其转化为数字脉冲，数字脉冲的上升沿对应信号的起始时刻，下降沿对应信号的截至时刻，上述2个时刻即为时刻鉴别的结果；飞行时间测量处理是通过基于进位链、基于时钟延时抽头的TDC等方法均可实现的一种现有技术。
而当监测信号阈值V0不大于第一回波信号V1时，此时可利用第一放大信号确定增益系数，并利用采用所述增益系数的第二放大单元对所述回波信号进行放大处理，获得第二放大信号，并利用信号处理单元对第二放大信号进行信号处理，以输出当前角度的测距信息。
在本示例中，对于第二放大单元的增益系数可采用多种方式确定，如：利用信号处理单元提取的第一放大信号的信号特征以确定所述回波信号的信号检测窗口；根据所述信号检测窗口确定第二放大单元的增益系数。
具体来说，图5为本公开提供的激光雷达测距信息的获取过程中的又一信号示意图，如图5所示的，当第一回波信号V1小于或等于检测阈值V0时，信号处理单元获取所述第一回波信号的起始时刻t0和结束时刻t1，则信号检测窗口C的表示为C∈[t0,t1]，相应的，对于第二放大单元的增益系数A2则可采用公式(2)确定：
A2＝A1×V0/V1 公式(2)
其中，A2第二回波信号V1，V0为监测信号阈值；A1为第一回波信号。换句话说，可根据所述第一放大单元的预设增益系数、所述监测信号阈值以及第一放大信号的幅值确定所述第二放大单元在所述信号检测窗口的增益系数。
通过该公式(2)可得到第二放大单元的增益系数A2。该增益系数A2可供第二放大单元对回波信号进行处理得到第二放大信号。
相应的，与前述类似的是，当得到第二放大信号之后，信号处理单元将直接对第二放大信号进行信号处理；其中的信号处理包括时刻鉴别处理以及飞行时间测量处理。
在上述示例中的，图6为本公开提供的激光雷达测距信息的获取过程中的再一信号示意图，如图6所示的，利用采用所述增益系数的第二放大单元对所述回波信号进行放大处理，获得第二放大信号采用如下方式：第二放大单元利用所述在所述信号检测窗口的增益系数，对回波信号中位于所述信号检测窗口内的信号进行处理；利用所述第一放大单元的预设增益系数，对回波信号中非位于所述信号检测窗口内的信号进行处理。
本公开示例提供的激光雷达测距信息的获取方法，通过通过设置检测窗口，并针对检测窗口内的回波信号进行处理，以能够有效提高对于检测窗口内的信号的检测能力，同时其他区间的噪声没有被放大，因而提高了信噪比去从而使得激光雷达可适应不同场景的回波信号，提升了激光雷达的检测能力及适应复杂环境的能力，也提高了测量的准确性。
图7为本公开提供的一种激光雷达测距信息的获取装置的结构示意图，如图7所示的，该激光雷达测距信息的获取装置包括：
接收单元、检测模块以及信号处理单元；
其中，
所述接收单元10，用于获取当前角度的目标的回波信号；所述回波信号是激光雷达在向目标发射探测信号之后经所述目标反射获得的；
所述检测模块20，用于获取信号处理单元30提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征确定信号检测窗口；
所述信号处理单元30，用于对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，以输出当前角度的测距信息。
可选的，所述检测模块20，具体用于根据信号特征中的信号上升沿时间和下降沿时间，确定信号检测窗口的范围。
可选的，检测模块20还包括第一放大单元和第二放大单元，其中，该第一放大单元用于在获取当前角度的目标的回波信号之后，利用第一放大单元对所述回波信号进行第一放大处理，获得第一放大信号；
当第一放大信号不大于所述监测信号阈值时，所述检测模块20用于利用第一放大信号确定信号检测窗口的增益系数；利用采用所述增益系数的第二放大单元对所述信号检测窗口内的回波信号进行放大处理，获得第二放大信号；利用信号处理单元30对第二放大信号进行信号处理，以输出当前角度的测距信息。
可选的，检测模块20还用于根据所述第一放大单元的预设增益系数、所述监测信号阈值以及第一放大信号的幅值确定所述信号检测窗口的增益系数；
相应的，第二放大单元利用所述在所述信号检测窗口的增益系数，对回波信号中位于所述信号检测窗口内的信号进行处理；利用所述第一放大单元的预设增益系数，对回波信号中非位于所述信号检测窗口内的信号进行处理。
可选的，当第一放大信号大于预设的监测信号阈值时，利用信号处理单元对第一放大信号进行信号处理，以输出当前角度的测距信息。
可选的，所述检测模块还用于：根据信号特征中的信号幅度确定信号检测窗口的检测灵敏度。
可选的信号处理模块，还用于对所述第一放大信号或所述第二放大信号进行时刻鉴别处理，以及飞行时间测量处理。
所述领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的获取装置的具体工作过程以及相应的有益效果，可以参考前述方法示例中的对应过程，在此不再赘述。
本公开示例提供的激光雷达测距信息的获取装置，通过获取当前角度的目标的回波信号；所述回波信号是激光雷达在向目标发射探测信号之后经所述目标反射获得的；利用信号处理单元提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征确定信号检测窗口；对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，以输出当前角度的测距信息，从而使得激光雷达可适应不同场景的回波信号，提升了激光雷达的检测能力及适应复杂环境的能力，也提高了测量的准确性。
图8为本公开提供的一种电子设备的硬件结构示意图。如图8所示，该电子设备具体可包括：
处理器51和存储器52；
其中，所述存储器52用于存储所述处理器51的可执行指令；
当所述处理器51执行所述可执行指令时，可以执行上述任一项所述的激光雷达测距信息的获取方法。
其中，上述的存储器52可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。而处理器42可由一个或多个应用专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器架构(DSP)、数字信号处理设备(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、控制器、微控制器、微处理器架构或其他电子元件实现。
上述指令可采用C/C++、Java、Shell或Python等语言编写，本示例对此不进行限制。
所述领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程以及相应的有益效果，可以参考前述方法示例中的对应过程，在此不再赘述。
本公开示例提供的激光雷达测距信息的获取电子设备及，通过获取当前角度的目标的回波信号；所述回波信号是激光雷达在向目标发射探测信号之后经所述目标反射获得的；利用信号处理单元提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征确定信号检测窗口；对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，以输出当前角度的测距信息，从而使得激光雷达可适应不同场景的回波信号，提升了激光雷达的检测能力及适应复杂环境的能力，也提高了测量的准确性。
本公开提供了一种存储介质，包括指令，当所述指令在所述计算机上运行时，所述计算机可以执行上述任意所述的方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本公开旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和示例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求书指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求书来限制。
Claims (10)
1.一种激光雷达测距信息的获取方法，其特征在于，包括：
获取当前角度的目标的回波信号，所述回波信号是激光雷达在向目标发射探测信号之后经所述目标反射获得的；
利用信号处理单元提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征确定信号检测窗口；
对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，以输出当前角度的测距信息。
2.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述根据信号特征确定信号检测窗口，包括：
根据信号特征中的信号上升沿时间和下降沿时间，确定信号检测窗口的范围。
3.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，获取当前角度的目标的回波信号之后，还包括：
利用第一放大单元对所述回波信号进行第一放大处理，获得第一放大信号；
当第一放大信号不大于所述监测信号阈值时，所述利用信号处理单元提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征确定信号检测窗口，包括：
利用第一放大信号确定信号检测窗口的增益系数；
所述对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，以输出当前角度的测距信息，包括：
利用采用所述增益系数的第二放大单元对所述信号检测窗口内的回波信号进行放大处理，获得第二放大信号；
利用信号处理单元对第二放大信号进行信号处理，以输出当前角度的测距信息。
4.根据权利要求3所述的获取方法，其特征在于，利用第一放大信号确定信号检测窗口的增益系数，包括：
根据所述第一放大单元的预设增益系数、所述监测信号阈值以及第一放大信号的幅值确定所述信号检测窗口的增益系数；
相应的，利用采用所述增益系数的第二放大单元对所述信号检测窗口内的回波信号进行放大处理，获得第二放大信号，包括：
第二放大单元利用所述在所述信号检测窗口的增益系数，对回波信号中位于所述信号检测窗口内的信号进行处理；
利用所述第一放大单元的预设增益系数，对回波信号中非位于所述信号检测窗口内的信号进行处理。
5.根据权利要求3所述的获取方法，其特征在于，还包括：
当第一放大信号大于预设的监测信号阈值时，利用信号处理单元对第一放大信号进行信号处理，以输出当前角度的测距信息。
6.根据权利要求1所述的获取方法，其特征在于，所述根据信号特征确定信号检测窗口，还包括：
根据信号特征中的信号幅度确定信号检测窗口的检测灵敏度。
7.根据权利要求2-6任一项所述的获取方法，其特征在于，利用信号处理单元对第一放大信号或第二放大信号进行信号处理，包括：
对所述第一放大信号或所述第二放大信号进行时刻鉴别处理，以及飞行时间测量处理。
8.一种激光雷达测距信息的获取装置，其特征在于，包括：接收单元、检测模块以及信号处理单元；
其中，
所述接收单元，用于获取当前角度的目标的回波信号；所述回波信号是激光雷达在向目标发射探测信号之后经所述目标反射获得的；
所述检测模块，用于获取信号处理单元提取的回波信号的信号特征，并根据信号特征确定信号检测窗口；
所述信号处理单元，用于对所述信号检测窗口内的回波信号进行处理，以输出当前角度的测距信息。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器和存储器；
其中，所述存储器用于存储所述处理器的可执行指令；
当所述处理器执行所述可执行指令时，可以执行上述权利要求1-7中任一项所述方法。
10.一种存储介质，其特征在于，包括指令，当所述指令在所述计算机上运行时，所述计算机可以执行上述权利要求1-7中任一项所述的方法。
Priority Applications (1)
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2020
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