CN113711080A - 激光雷达的探测方法、计算机可读存储介质和激光雷达 - Google Patents

激光雷达的探测方法、计算机可读存储介质和激光雷达 Download PDF

Info

Publication number
CN113711080A
CN113711080A CN202080004048.3A CN202080004048A CN113711080A CN 113711080 A CN113711080 A CN 113711080A CN 202080004048 A CN202080004048 A CN 202080004048A CN 113711080 A CN113711080 A CN 113711080A
Authority
CN
China
Prior art keywords
photon number
integration period
detection
sampling signal
integration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202080004048.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113711080B (zh
Inventor
王超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suteng Innovation Technology Co Ltd
Original Assignee
Suteng Innovation Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suteng Innovation Technology Co Ltd filed Critical Suteng Innovation Technology Co Ltd
Publication of CN113711080A publication Critical patent/CN113711080A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113711080B publication Critical patent/CN113711080B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4802—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

一种激光雷达(100)的探测方法、计算机可读存储介质和激光雷达(100)。探测单元(11)的探测窗口时间包括多个积分周期，激光雷达(100)的探测方法包括：每个积分周期对应选择第一阈值集合中的任意一个光子数阈值，其中，第一阈值集合中包括至少两个光子数阈值；探测单元(11)在一个积分周期内接收的光子数大于积分周期对应的光子数阈值时，探测单元(11)响应并输出一个采样信号；将探测窗口时间内的采样信号进行融合，得到探测信号(103)；其中，探测窗口时间内至少有两个所述积分周期对应的所述光子数阈值不同。可以实现对不同反射率的物体进行分别探测。

Description

激光雷达的探测方法、计算机可读存储介质和激光雷达
技术领域
本发明实施例涉及雷达技术领域，特别是涉及一种激光雷达的探测方法、计算机可读存储介质和激光雷达。
背景技术
激光雷达是使用激光来探测目标物体的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是发射系统先向目标发射用于探测的出射激光，然后接收系统接收从目标物体反射回来的回波激光，处理接收到的回波激光后可获得目标物体的有关信息，例如距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
接收系统可通过探测阵列进行回波激光的接收。探测阵列通常是由多个探测器以阵列的方式排列而成。由于探测阵列的接收视场角较大，易受干扰光影响，导致较弱的回波激光无法有效响应，影响激光雷达探测的动态范围。这是目前需要解决的问题。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，本发明实施例的主要目的在于提供一种激光雷达的探测方法、计算机可读存储介质和激光雷达，解决了现有技术中如何提高接收系统的动态范围的问题。
本发明提供了一种激光雷达的探测方法，探测窗口时间包括多个积分周期；
每个所述积分周期对应选择第一阈值集合中的任意一个光子数阈值，其中，所述第一阈值集合中包括至少两个光子数阈值；
探测单元在一个所述积分周期内接收的光子数大于所述积分周期对应的所述光子数阈值时，所述探测单元响应并输出一个采样信号；
将所述探测窗口时间内的所述采样信号进行融合，得到探测信号；
其中，所述探测窗口时间内至少有两个所述积分周期对应的所述光子数阈值不同。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如上所述的方法步骤。
本发明实施例还提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括：
探测阵列，包括多个探测单元，所述探测单元用于接收回波激光；
处理单元，用于执行如上所述的方法步骤。
本发明实施例的有益效果是：本发明实施例为探测窗口时间中的至少两个积分周期选择不同的光子数阈值，当探测单元接收的光子数大于该积分周期对应的光子数阈值时，探测单元响应并输出采样信号。光子数阈值较大的积分周期内，探测单元需接收更多的光子数才能响应，该积分周期能够对应接收高反射率物体的回波激光；相应的，光子数阈值较小的积分周期内，探测单元只需接收较少的光子数就能响应，该积分周期能够对应接收更大反射率范围的物体的回波激光。由于一个探测窗口时间内至少有两个积分周期对应的光子数阈值不同，使探测单元能够接收并响应不同的反射率物体的回波激光，提高激光雷达的接收系统的探测动态范围。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1是本发明实施例提供的激光雷达的结构框图；
图2是本发明实施例提供的激光雷达的探测方法的流程图；
图3是本发明另一实施例提供的激光雷达的探测方法的步骤203的流程图；
图4是本发明另一实施例提供的激光雷达的探测方法的流程图；
图5是本发明另一实施例提供的激光雷达的探测方法的流程图；
图6是本发明另一实施例提供的激光雷达的探测方法的流程图。
具体实施方式中的附图标号如下：
激光雷达100，探测阵列10，探测单元11，处理单元20。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”、“若干”的含义是两个以上(含两个)，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
激光雷达包括发射系统和接收系统，发射系统用于发射出射激光，接收系统用于接收回波激光并输出回波时间；其中，接收系统包括探测单元，探测单元用于接收回波激光并输出探测信号；接收系统的处理单元对探测信号进行采样分析后得到回波时间。激光雷达的探测窗口时间内包括多个积分周期，每个积分周期内发射一次出射激光并接收该出射激光对应的回波激光，完成一次探测。
探测单元可以是接收器排列而成的阵列形式，如APD(AvalanchePhotodiode，雪崩光电二极管)阵列、SiPM(SiliconPhotomultipliers，硅光电倍增管)阵列等。现有的接收器对光子极为敏感，尤其是基于SPAD(Single-photonavalanchediode，单光子雪崩二极管)的SiPM阵列。SiPM阵列的串扰和暗计数率问题明显，易受环境光影响。为了降低噪声引起的虚警率，需提高SiPM阵列的接收光子数阈值；但高光子数阈值，导致低反射率物体的回波激光无法有效接收；难以兼顾高动态范围和低虚警率。
图1是本发明实施例提供的激光雷达的接收系统的结构框图。请参考图1所示，本发明实施例提供了一种激光雷达100，其包括探测阵列10和处理单元20。其中，探测阵列10包括多个探测单元11，探测单元11用于接收回波激光并输出采样信号，处理单元20用于处理采样信号。
探测阵列10可以采用SiPM阵列，具有p*q个可单独控制和输出的像素，p和q均为大于等于1的整数；每个像素包括若干个SPAD，例如每个像素包括a*b个SPAD。探测阵列10的每个像素可以是一个探测单元，独立接收回波激光。探测阵列10也可以按照行或列接收回波激光。若按照列接收回波激光，则每列像素形成一个探测单元。此外，可以控制每列像素依次运行，即探测单元串行，降低相邻列之间的串扰，减小功耗。按照行接收回波激光亦可如此，每行像素形成一个探测单元。另外，探测阵列10也可以按照探测需求对像素进行不均匀的划分，例如，可以将若干个相连的像素联结成一个整体并进行统一控制，则联结成整体的若干个像素可以认为是一个探测单元。每个像素的SPAD数量多，越利于有足够的动态范围对抗噪声干扰；然而SiPM阵列的规模受限于芯片尺寸和半导体工艺。
下面对激光雷达100的探测方法进行详细说明。图2是本发明实施例提供的激光雷达的探测方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤101：每个积分周期对应选择第一阈值集合中的任意一个光子数阈值，其中，第一阈值集合中包括至少两个光子数阈值，探测窗口时间内至少有两个积分周期对应的光子数阈值不同。
基于SiPM阵列的激光雷达在背景光较强烈的环境下，探测单元易受环境光干扰，几乎无法依赖单脉冲实现有效探测。因此本发明实施例中，激光雷达的探测窗口时间内包括多个积分周期，每个积分周期内发射一次出射激光，并接收该出射激光对应的回波激光得到采样信号；将一个探测窗口时间内的多个采样信号进行融合，得到并输出一帧探测信号；利用多次累积的方式提高探测概率。处理单元对采样信号进行处理。
每个积分周期选择一个对应的光子数阈值，当探测单元在接收到的光子数大于当前积分周期对应的光子数阈值时，探测单元响应并输出一个采样信号。发射条件相同的情况下，高反射率物体对应的回波激光较强、低反射率物体对应的回波激光较弱，即为，高反射率物体反射后返回的光子数多、低反射率物体反射后返回的光子数少。若探测单元设置相同的光子数阈值作为响应回波激光的条件，将导致低反射率物体的回波激光无法得到有效接收，造成漏检。相较于采用相同光子数阈值，探测窗口时间内至少有两个积分周期对应的光子数阈值不同，能够接收更多不同反射率物体的回波激光，提高探测动态范围。
示例性的，第一阈值集合中包括光子数阈值A1和A2，且A1＞A2，则光子数阈值A1对应的积分周期响应的光子数多，光子数阈值A2对应的积分周期响应的光子数少。激光雷达在探测过程中，光子数阈值A1对应的积分周期能探测到反射率范围(R2～R3)的物体；光子数阈值A2对应的积分周期能探测到更大反射率范围(R1～R3)的物体，相比光子数阈值A1仅能够探测到的物体反射率范围(R2～R3)，增加了对反射率范围(R1～R2)的物体探测。其中，R1＜R2＜R3。
在一些实施例中，探测窗口时间内的每个积分周期对应的光子数阈值可以均不相同，从而使得每个积分周期均可以实现对不同反射率范围物体的探测。示例性的，探测窗口时间包括3个积分周期，3个积分周期对应的光子数阈值分别为12、9和4。光子数阈值为12的积分周期，探测单元可以探测到的物体反射率范围为80％～130％；光子数阈值为9的积分周期，探测单元可以探测到的物体反射率范围为30％～130％；光子数阈值为4时，可以探测到的物体的反射率范围为5％～130％；最终实现可探测的物体的反射率范围为5％～130％。在一些实施例中，探测窗口时间内的积分周期对应的光子数阈值可以至少有两个不同，使得至少有两个积分周期可以对不同反射率范围的物体进行探测。以上述实施例为例，探测窗口时间包括3个积分周期，3个积分周期对应的光子数阈值分别为12、9和9；最终可探测的物体的反射率范围为30％～130％。光子数阈值也可以根据该积分周期需要探测的物体的反射率确定，对于不同反射率的物体，其所需的光子数阈值不相同。
步骤102：探测单元在一个积分周期内接收的光子数大于积分周期对应的光子数阈值时，探测单元响应并输出一个采样信号。
接收器对光子极为敏感，尤其是基于SPAD原理的SiPM阵列。理论上，探测阵列的SPAD接收一个光子，即可响应并输出感应电流。这样环境中的噪声光子将频繁的触发像素响应，造成探测阵列的虚警率过高。因此，通常设置一个光子数阈值，探测单元在积分周期内接收到的光子数大于光子数阈值时，响应并输出采样信号。通过提高探测单元的光子数阈值，可以降低噪声光子导致的虚警率；但光子数阈值过高，也容易导致探测单元漏检正常的回波激光。因此，探测单元的光子数阈值需权衡两者进行选择。
示例性的，积分周期的光子数阈值为12，若探测单元在该积分周期内接收的光子数大于等于12，则探测单元将响应并输出一个采样信号；若探测单元在该积分周期内接收的光子数小于12，则探测单元将没有响应也不会输出采样信号。
步骤103：将探测窗口时间内的采样信号进行融合，得到探测信号。
本步骤将探测窗口时间内输出的所有采样信号进行融合，得到该探测窗口时间的一帧完整的探测信号，根据该探测信号可得到一帧点云图像。如前述，探测窗口时间内至少有两个积分周期对应的光子数阈值不同，能够接收更多不同反射率物体的回波激光；光子数阈值高的前一积分周期仅能够探测较高反射率物体的回波激光，而光子数阈值低的后一积分周期能够同时探测较高和较低反射率物体的回波激光，但后一积分周期探测到的回波激光无法区分较高反射率物体和较低反射率物体的回波激光分别是哪些。因此将后一积分周期对应的采样信号中的较高反射率物体的部分信号滤除，得到较低反射率物体的部分信号；即为，将后一积分周期的采样信号中滤除前一积分周期的采样信号，即可得到低反射率物体的部分信号。每个采样信号进行这样的滤除处理后，得到多个不重复的不同反射率范围的信号；进行融合后得到一帧完整的探测信号。
以前述实施例为例进行说明，第一阈值集合中包括光子数阈值A1和A2，且A1＞A2，光子数阈值A1对应的第一积分周期输出的第一采样信号可以解析得到反射率范围(R2～R3)的物体；光子数阈值A2对应的第二积分周期输出的第二采样信号可以解析得到更大反射率范围(R1～R3)的物体，但反射率范围(R1～R2)和反射率范围(R2～R3)对应的采样信号混合在一起，无法区分。其中，R1＜R2＜R3。第二采样信号滤除第一采样信号，得到的部分采样信号可以解析得到反射率范围(R1～R2)的物体；第一采样信号和前述部分采样信号进行融合，即可得到反射率范围(R1～R2)的信号和反射率范围(R2～R3)的信号。
可以理解的是，一个探测窗口时间内输出的采样信号的数量不一定等于该探测窗口时间的积分周期数量，如果该探测窗口时间内存在未输出采样信号的积分周期，则该探测窗口时间内输出的采样信号的数量将少于该探测窗口时间的积分周期数量。
本发明实施例为探测窗口时间中的至少两个积分周期选择不同的光子数阈值，当探测单元接收的光子数大于该积分周期对应的光子数阈值时，探测单元响应并输出采样信号。光子数阈值较大的积分周期内，探测单元需接收更多的光子数才能响应，该积分周期能够对应接收高反射率物体的回波激光；相应的，光子数阈值较小的积分周期内，探测单元只需接收较少的光子数就能响应，该积分周期能够对应接收更大反射率范围的物体的回波激光。由于一个探测窗口时间内至少有两个积分周期对应的光子数阈值不同，使探测单元能够接收并响应不同的反射率物体的回波激光，提高激光雷达的接收系统的探测动态范围。
本发明另一个实施例提供的激光雷达的探测方法，该方法包括如下步骤：
步骤201：每个积分周期对应选择第一阈值集合中的任意一个光子数阈值；其中，第一阈值集合中包括至少两个光子数阈值，探测窗口时间内至少有两个积分周期对应的光子数阈值不同。
步骤201与步骤101的原理逻辑相似。
在一些实施例中，探测窗口时间包括M个积分周期，第一阈值集合包括A个光子数阈值，其中，M和A均为正整数。第一阈值集合中的光子数阈值为大于或等于1的正整数。示例性的，以一个像素为一个探测单元为例进行说明，每个像素包括a*b个SPAD，其中a＝4,b＝4，理论上光子数阈值的取值范围可以为1～16(即，A＝16)，则可以选择光子数阈值1～16组成第一阈值集合。探测窗口时间包括的积分周期数量，需根据激光雷达的系统性能来确定，如测距距离、硬件运算速率等。示例性的，探测窗口时间包括3个积分周期，即M＝3。A可以大于M，也可以小于或等于M。
M个积分周期遍历至少一次第一阈值集合中的A个光子数阈值，选择每个积分周期对应的光子数阈值。
当A＞M时，每个积分周期从第一阈值集合中选择一个不同的光子数阈值，第一阈值集合中将剩余(A-M)个未被选择的光子数阈值。示例性的，第一阈值集合＝{2,4,7,9,12}，A＝5，探测窗口时间包括3个积分周期，M＝3。第一探测窗口时间的3个积分周期从第一阈值集合中选择3个不同的光子数阈值，4、9、12，作为不同积分周期的光子数阈值；则剩余2个未被选择的光子数阈值，2和7。第二探测窗口时间的3个积分周期可以选择和第一探测窗口相同的3个光子数阈值，4、9、12，剩余的2和7作为冗余。第二探测窗口时间的3个积分周期也可以选择和第一探测窗口不完全相同的光子数阈值，例如2、4、7，便于在不同的探测窗口时间对不同反射率范围进行探测，但这样也会增加采样信号进行融合的复杂度。
当A＝M时，探测窗口时间的积分周期数量和第一阈值集合的光子数阈值数量相同，每个积分周期对应一个光子数阈值，遍历第一阈值集合中的A个光子数阈值。示例性的，第一阈值集合＝{4,9,12}，A＝3，探测窗口时间包括3个积分周期，M＝3，探测窗口时间的3个积分周期从第一阈值集合中对应选择4、9、12作为光子数阈值。每个探测窗口时间均遍历一次第一阈值集合中的所有光子数阈值，能够固定扩大探测反射率范围，系统设置相对简单。
当A＜M时，探测窗口时间的积分周期数量大于第一阈值集合的光子数阈值数量，则至少有部分积分周期将选择相同的光子数阈值。为了简便，探测窗口时间的M个积分周期多次遍历第一阈值集合中的A个光子数阈值，即A个积分周期依次分别选择对应的A个光子数阈值，遍历一次第一阈值集合，剩余(M-A)个未选择光子数阈值的积分周期继续进行第二次或者更多次遍历第一阈值集合，直至每个积分周期都已选择对应的光子数阈值。示例性的，第一阈值集合＝{4,9}，A＝2，探测窗口时间包括4个积分周期，M＝4；前2个积分周期选择的光子数阈值为第一阈值集合的4、9，完成遍历一次第一阈值集合，还剩后2个积分周期未选择光子数阈值；再遍历一次第一阈值集合，后2个积分周期选择的光子数阈值为第一阈值集合的4、9。
上述示例中，A与M成倍数关系，M＝xA(x为正整数)，如上述实例中M＝2×A，则需要在M个积分周期遍历x次第一阈值集合中的A个光子数阈值，每次遍历时积分周期依次选择第一阈值集合中的所有光子数阈值。A与M也可以不成倍数关系，例如M＝xA+y，其中x和y均为正整数，且y小于A，则M个积分周期遍历x次第一阈值集合的光子数阈值后，再依次选择y个第一阈值集合的光子数阈值，作为最后剩余的y个积分周期对应的光子数阈值。能够根据探测反射率范围需求，设置探测窗口时间内的光子数阈值，提高探测单元的接收动态范围，增加激光雷达的系统适应性。
在一些实施例中，第一阈值集合中的光子数阈值可以按递增或递减的顺序排列。例如，第一阈值集合中的光子数阈值包括A1、A2和A3，A1＞A2＞A3。当光子数阈值按递增的顺序排列时，第一阈值集合＝{A3,A2,A1}；当光子数阈值按递减的顺序排列时，第一阈值集合＝{A1,A2,A3}。如前述，光子数阈值A1对应的积分周期能探测到反射率范围(R3～R4)的物体；光子数阈值A2对应的积分周期能探测到更大反射率范围(R2～R4)的物体；光子数阈值A3对应的积分周期能探测到最大反射率范围(R1～R4)的物体；其中R4＞R3＞R2＞R1。由此可知，第一阈值集合中的光子数阈值递减排列，对应的积分周期能探测到的最大反射率范围逐渐扩大；同理，第一阈值集合中的光子数阈值递增排列，对应的积分周期能探测到的最大反射率范围逐渐缩小。光子数阈值按递增或递减的顺序排列，积分周期依次选择对应的光子数阈值，进行探测后，能够简化后续采样信号的融合处理，提高运算速率。
优选的，探测窗口时间的积分周期数量和第一阈值集合的光子数阈值数量相同时，探测窗口的第一个积分周期对应选择第一阈值集合中的第一个光子数阈值。依此类推，探测窗口时间的第二个积分周期对应选择第一阈值集合中的第二个光子数阈值，直至第M个积分周期对应选择第一阈值集合中的第M(M＝A)个光子数阈值，遍历一次所有的光子数阈值。探测窗口时间的积分周期和第一阈值结合的光子数阈值按照顺序一一对应，能够简化系统设计，加快运算速率。
步骤202：探测单元在一个积分周期内接收的光子数大于积分周期对应的光子数阈值时，探测单元响应并输出一个采样信号。
步骤202与步骤102相似，此处不再赘述。
步骤203：将探测窗口时间内的采样信号进行融合，得到探测信号。
步骤203与步骤103的原理逻辑相似。
在一些实施例中，如图3所示，步骤203进一步包括：
步骤2031：探测窗口时间的第i个积分周期输出第i采样信号，与第i个积分周期相邻的第j个积分周期输出第j采样信号；第i个积分周期对应的光子数阈值大于第j个积分周期对应的光子数阈值；其中，1≤i≤M，1≤j≤M。
第一阈值集合的光子数阈值按递增或递减的顺序排列。以光子数阈值递减排列为例进行说明，此时j＝i+1，第i个积分周期对应的光子数阈值比第j个积分周期对应的光子数阈值大，因此，第j个积分周期探测的物体的反射率范围大于第i个积分周期探测的物体的反射率范围；第j个积分周期探测到的物体反射率范围不仅能覆盖第i个积分周期探测到的物体反射率范围，还能进一步探测到更低反射率的物体。因此，第j采样信号中包括第i采样信号的信息。第一阈值集合的光子数阈值按递增排列的情况与前述类似，i＝j+1，第j采样信号中包括第i采样信号的信息，此处不再赘述。
步骤2032：从第j采样信号中去除与第i采样信号相同的信息，得到第j处理信号。
由前述可知，第j采样信号中包括第i采样信号的信息，该部分信息为重复信息；为了获取第j采样信号中更低反射率物体的回波信号，进而从中解算和识别出更低反射率的物体，本步骤将第j采样信号中与第i采样信号重复的信息去除，得到第j处理信号。
光子数阈值最大的积分周期，探测的反射率范围最小，其采样信号无需进行去重处理，采样信号直接作为处理信号输出。
步骤2033：将探测窗口时间内的所有处理信号进行融合，得到探测信号。
去除了重复信息的处理信号中不再包括冗余信息，每个处理信号分别表示激光雷达探测的整个反射率范围中的某一段反射率范围物体的回波信号，最后将所有处理信号进行融合，得到完整的探测信号。
以前述光子数阈值递减的实施例为例进一步进行说明：M＝4，探测窗口时间包括4个积分周期；第一积分周期探测的反射率范围为R3～R4，第二个积分周期探测的反射率范围为R2～R4，第三积分周期探测的反射率范围为R1～R4，第四积分周期探测的反射率范围为R0～R4，其中R0＜R1＜R2＜R3＜R4。第一个积分周期对应的光子数阈值最大，第一采样信号即为第一处理信号；第二积分周期的第二采样信号中去除与第一采样信号相同的信息，此时j＝2、i＝1，得到第二处理信号，对应的探测物体的反射率范围为R2～R3；同理，第三积分周期即为j＝3、i＝2，经过去除处理后得到第三处理信号，对应的探测物体的反射率范围为R1～R2；第四积分周期即为j＝4、i＝3，经过去除处理后得到第四处理信号，对应的探测物体的反射率范围为R0～R1。
将第一处理信号到第四处理信号均进行拼接和融合，得到覆盖R0～R4反射率范围的完整的探测信号，且清晰区分各个反射率范围的回波信号，利于从中解算和识别出多种不同反射率的物体，具有大的接收动态范围。
本发明实施例为探测窗口时间中的至少两个积分周期选择不同的光子数阈值，当探测单元接收的光子数大于该积分周期对应的光子数阈值时，探测单元响应并输出采样信号。M个积分周期遍历至少一次第一阈值集合中的A个所述光子数阈值，选择每个积分周期对应的光子数阈值，扩大探测的反射率范围，简化系统设计，提高探测单元的接收动态范围，增加系统的适用性。第一阈值集合中的光子数阈值按递增或递减顺序排列，简化采样信号的融合处理步骤，加快运算速率。
图4是本发明另一实施例提供的激光雷达的探测方法的流程图。如图4所示，在步骤102之后，还可以包括如下步骤：
步骤1021：判断采样信号的响应时间是否在对应的积分周期的预设时间范围△T内。若是，执行步骤1022，否则，执行步骤1023；
步骤1022：确定采样信号可信并继续向后传递；
步骤1023：删除采样信号。
在探测时，环境光带来的噪声信号具有随机性，也即噪声信号在积分周期中出现的时间是随机的。在每个积分周期发射出射激光，通过接收物体反射的回波激光得到采样信号；发射时间和接收时间的时间间隔可以解算得到物体的距离，因此时间间隔与物体的距离线性相关；由于发射时间的获得较简单直接，一般为积分周期的初始时刻，接收时间的确定对探测距离的确定尤为重要。激光雷达能够探测到的物体通常分布在激光雷达的量程内，回波激光在积分周期中出现的时间范围是较为稳定的。因此，可通过采样信号在积分周期中出现的时间范围判断采样信号的可靠性，滤除噪声信号，提高探测准确率。
预设时间范围△T是积分周期中的一个时间范围，预设时间范围△T可以根据激光雷达的量程、发射系统和接收系统的响应速率、接收系统的采样频率等因素确定。在预设时间范围△T接收到的采样信号为正常回波的可能性大，因此将预设时间范围△T以外的采样信号作为噪声信号进行滤除。采样信号的响应时间即为积分周期内采样装置对回波信号进行采样后确认的接收时间。若采样信号的响应时间在预设时间范围△T内，则认为采样信号为正常回波，向后将采样信号输出给处理单元；若采样信号的响应时间在预设时间范围△T外，则认为采样信号为噪声信号，将采样信号删除，避免噪声信号对后续的信号处理过程产生干扰。以一个积分周期为例，假设积分周期为T，其起始时间为T0，则该积分周期持续时间为T0～T0+T；预设时间范围△T的起始时间t0，则预设时间范围在积分周期内的持续时间为t0～t0+△T，其中T0＜t0＜(t0+△T)＜(T0+T)。
本实施例中，通过采样信号的接收时间在积分周期中的时间范围对采样信号的可靠性进行判断，若采样信号的接收时间在积分周期中的预设时间范围△T之外则认为是噪声信号，根据此滤除噪声信号，进一步降低了随机噪声对激光雷达系统造成的影响，提高了系统的环境光免疫性的准确性。
图5是本发明另一实施例提供的激光雷达的探测方法的流程图。如图5所示，在步骤1022和步骤1023之后，还可以包括如下步骤：
步骤1024：判断探测窗口时间内保留的采样信号的数量是否大于第二阈值；若是，执行步骤1025，否则，执行步骤1023；
步骤1025：确定探测窗口时间内的采样信号可信并继续向后传递。
在上一实施例基础上，还可以通过探测窗口时间内保留的可信的采样信号的数量来进一步判断该探测窗口时间的采样信号的可靠性。由前述可知，根据噪声信号的随机性，将预设时间范围△T以外的信号认为是噪声信号进行滤除；但仍有部分噪声信号会落在预设时间范围△T内，这部分噪声信号无法通过前述方法滤除，因此需要进一步滤波。
噪声信号的随机性，主要体现在：噪声信号在探测窗口时间内的不同积分周期内的响应时间都是随机的；相对的，正常回波在不同积分周期内的响应时间是稳定的。因此，一个探测窗口时间内的M个积分周期中，预设时间范围△T内响应到采样信号的数量较少的话，可以认为是噪声信号触发，响应到采样信号的数量较多的话，可以认为是正常回波触发。基于此，可以设置一个第二阈值，第二阈值为探测窗口时间内响应时间位于预设时间范围△T内的采样信号的数量值。探测窗口时间内保留的采样信号的数量大于第二阈值，则认为采样信号数量较多，由正常回波触发，向后将采样信号输出给处理单元；探测窗口时间内保留的采样信号的数量小于等于第二阈值，则认为采样信号数量较少，由噪声信号触发，将采样信号删除。当然，也可以设置多个第二阈值来区分探测窗口时间内保留的采样信号的数量多少。例如可以设置一个第二上阈值和一个第二下阈值；当探测窗口时间内保留的采样信号的数量大于第二上阈值，则认为采样信号数量较多；当探测窗口时间内保留的采样信号的数量小于第二下阈值，则认为采样信号数量较少。
第二阈值可以根据探测窗口时间的积分周期的数量设置。探测窗口时间包括M个积分周期。示例性的，第二阈值为M/2；在探测窗口时间内保留的采样信号的数量大于M/2时，确定该探测窗口时间内的采样信号可信。例如，探测窗口时间包括6个积分周期；探测窗口时间内保留的采样信号有4个，大于第二阈值3，该探测窗口时间内的采样信号可信；探测窗口时间内保留的采样信号仅有2个，小于第二阈值3，该探测窗口时间内的采样信号为噪声信号触发不可信。第二阈值还可以根据测试经验值、噪声信号强度等进行设置。
本实施例中，通过探测窗口时间内保留的采样信号的数量判断探测窗口时间内的采样信号的可靠性，将预设时间范围△T内由于噪声信号触发的采样信号滤除，进一步降低了随机噪声对激光雷达系统造成的影响，提高了系统的环境光免疫性和准确性。
需要说明的是，本实施例步骤1024～1025也可以作为独立实施例直接在步骤102之后实施，判断探测窗口时间内，响应时间位于预设时间范围△T内的采样信号的的数量是否大于第二阈值，若是则认为采样信号可信，若否则删除采样信号。
图6是本发明另一实施例提供的激光雷达的探测方法的流程图。如图6所示，在步骤102之后，还可以包括如下步骤：
步骤1026：判断在积分周期中，预设时间范围△T的起始时间t0之前的在先时间段内，探测单元接收的光子数是否小于第三光子数阈值；若是，执行步骤1027，否则，执行步骤1028；
步骤1027：确定采样信号可信并继续向后传递；
步骤1028：删除采样信号。
由前述可知，探测单元在一个积分周期接收的光子数大于积分周期对应的光子数阈值时，探测单元响应并输出一个采样信号。但噪声信号具有随机性，噪声光子将分布在积分周期内的任意时刻，而回波激光的光子在不同积分周期内的分布是稳定的，可以是分布在预设时间范围△T内。若积分周期内积累较多的噪声光子，将导致该积分周期很容易满足光子数阈值的要求输出采样信号，但是该采样信号的响应时间无法真正体现回波激光的接收时间，对处理单元的距离解算和物体识别造成干扰。因此，需要将这部分积累噪声光子较多而导致探测单元饱和输出采样信号的积分周期进行辨别，并滤除造成干扰的采样信号。
积分周期中，预设时间范围△T的起始时间t0之前的时间段为在先时间段。设置第三光子数阈值，在一个积分周期中，若探测单元在在先时间段内接收的光子数小于第三光子数阈值，则该积分周期内积累的噪声光子较少，输出的采样信号主要是由回波激光触发，认为采样信号为正常回波且可信，向后将采样信号输出给处理单元；若探测单元在在先时间段内接收的光子数大于等于第三光子数阈值，则该积分周期内积累的噪声光子较多，输出的采样信号主要是由噪声光子触发，认为采样信号不可信，删除采样信号，避免对处理单元的处理过程造成干扰。
预设时间范围△T是积分周期中的一个时间范围，预设时间范围△T可以根据激光雷达的量程、发射系统和接收系统的响应速率、接收系统的采样频率等因素确定。
第三光子数阈值可以根据探测单元所包含的SPAD数量确定。示例性的，以一个像素为一个探测单元为例进行说明，每个像素包括a*b个SPAD，其中a＝4,b＝4，探测单元包含16个SPAD，理论上光子数阈值的取值范围可以为1～16。第三光子数阈值可以设置为SPAD个数的一半，8；也可以根据经验设置任意比例。第三光子数阈值也可以根据当前积分周期对应的光子数阈值确定。以上述示例为例，当前积分周期的光子数阈值为10，即探测单元接收到的光子数大于10即输出采样信号。此时，第三光子数阈值可以设置为当前积分周期对应的光子数阈值的一半，5；也可以根据经验设置任意比例。第三光子数阈值还可以根据探测单元的灵敏度、采样频率、接收系统的响应速率等因素确定或调整。
本实施例通过设置第三光子数阈值，将积累噪声光子较多的积分周期进行辨别，并滤除造成干扰的采样信号，可以进一步降低了随机噪声对激光雷达系统造成的干扰，提高了系统的环境光免疫性和准确性。
需要说明的是，步骤1021～1023实施例、步骤1024～1025实施例、步骤1021～1025实施例和步骤1026～1028实施例，可以作为独立实施例直接在步骤102之后实施，也可以选择至少两个实施例在步骤102之后按顺序依次实施。单独在步骤102之后实施前述实施例，能够满足滤除噪声干扰的要求，同时简化探测方法，加快处理速率。按顺序依次在步骤102之后实施至少两个前述实施例，能够从多个方面尽量多的去除噪声干扰，提高系统的信噪比和准确性。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如上任意实施例所述的激光雷达的探测方法步骤。
本发明实施例还提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括：发射系统和接收系统；发射系统，用于发射出射激光；接收系统，用于执行如权利要求1-8任意一项所述的方法步骤。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种激光雷达的探测方法，其特征在于，探测窗口时间包括多个积分周期；
每个所述积分周期对应选择第一阈值集合中的任意一个光子数阈值，其中，所述第一阈值集合中包括至少两个光子数阈值；
探测单元在一个所述积分周期内接收的光子数大于所述积分周期对应的所述光子数阈值时，所述探测单元响应并输出一个采样信号；
将所述探测窗口时间内的所述采样信号进行融合，得到探测信号；
其中，所述探测窗口时间内至少有两个所述积分周期对应的所述光子数阈值不同。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探测窗口时间包括M个所述积分周期，所述第一阈值集合包括A个所述光子数阈值，其中，M和A均为正整数，A≤M；
所述每个所述积分周期对应选择第一阈值集合中的任意一个光子数阈值，包括：
所述M个积分周期遍历至少一次所述第一阈值集合中的A个所述光子数阈值，选择每个所述积分周期对应的所述光子数阈值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一阈值集合中的光子数阈值按递增或递减的顺序排列。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，A＝M时，所述探测窗口时间的第一个所述积分周期对应选择所述第一阈值集合中的第一个所述光子数阈值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探测单元在一个所述积分周期内接收的光子数大于所述积分周期对应的所述光子数阈值时，所述探测单元响应并输出一个采样信号之后，还包括：
判断所述采样信号的响应时间是否在对应的所述积分周期的预设时间范围△T内；
若是，则确定所述采样信号可信并继续向后传递；
若否，则删除所述采样信号。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述判断所述采样信号的响应时间是否在对应的所述积分周期的预设时间范围△T内；若是，则确定所述采样信号可信并继续向后传递；若否，则删除所述采样信号之后，还包括：
判断所述探测窗口时间内保留的所述采样信号的数量是否大于第二阈值；
若是，则确定所述探测窗口时间内的所述采样信号可信并继续向后传递。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述探测单元在一个所述积分周期内接收的光子数大于所述积分周期对应的所述光子数阈值时，所述探测单元响应并输出一个采样信号之后，还包括：
判断在所述积分周期中，所述预设时间范围△T的起始时间t0之前的在先时间段内，所述探测单元接收的光子数是否小于第三光子数阈值；
若是，则确定所述采样信号可信并继续向后传递；
若否，则删除所述采样信号。
8.如权利要求3-7任一所述的方法，其特征在于，所述将所述探测窗口时间内的所述采样信号进行融合，得到探测信号，包括：
所述探测窗口时间的第i个所述积分周期输出第i所述采样信号，与第i个所述积分周期相邻的第j个所述积分周期输出第j所述采样信号；第i个所述积分周期对应的所述光子数阈值大于第j个所述积分周期对应的所述光子数阈值；其中，1≤i≤M，1≤j≤M；
从第j所述采样信号中去除与第i所述采样信号相同的信息，得到第j处理信号；
将所述探测窗口时间内的所有所述处理信号进行融合，得到所述探测信号。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行如权利要求1-8任意一项所述的方法步骤。
10.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括发射系统和接收系统；
所述发射系统，用于发射出射激光；
所述接收系统，用于执行如权利要求1-8任意一项所述的方法步骤。
CN202080004048.3A 2020-12-31 2020-12-31 激光雷达的探测方法、计算机可读存储介质和激光雷达 Active CN113711080B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2020/142315 WO2022141468A1 (zh) 2020-12-31 2020-12-31 激光雷达的探测方法、计算机可读存储介质和激光雷达

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113711080A true CN113711080A (zh) 2021-11-26
CN113711080B CN113711080B (zh) 2023-08-04

Family

ID=78646747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080004048.3A Active CN113711080B (zh) 2020-12-31 2020-12-31 激光雷达的探测方法、计算机可读存储介质和激光雷达

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113711080B (zh)
WO (1) WO2022141468A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114594455A (zh) * 2022-01-13 2022-06-07 杭州宏景智驾科技有限公司 激光雷达系统及其控制方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110155899A1 (en) * 2009-12-30 2011-06-30 Uzi Dror Method and apparatus for acquiring radiation data
US20170184709A1 (en) * 2015-12-23 2017-06-29 Sick Ag Optoelectronic Sensor and Method for Measuring a Distance
CN110622324A (zh) * 2017-04-12 2019-12-27 株式会社电装 光检测器
CN110836901A (zh) * 2018-08-17 2020-02-25 同方威视技术股份有限公司 基于k边缘成像的优化阈值方法、装置、设备和介质
US20200217965A1 (en) * 2019-01-04 2020-07-09 Sense Photonics, Inc. High dynamic range direct time of flight sensor with signal-dependent effective readout rate
CN111679290A (zh) * 2020-06-04 2020-09-18 上海禾赛光电科技有限公司 光子计数校正方法、激光雷达以及计算机可读介质
CN112105955A (zh) * 2018-04-09 2020-12-18 感应光子公司 用于自主车辆的lidar的自动增益控制

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8716643B2 (en) * 2010-09-06 2014-05-06 King Abdulaziz City Science And Technology Single photon counting image sensor and method
US10132921B2 (en) * 2016-11-02 2018-11-20 Stmicroelectronics (Research & Development) Ltd Light communications receiver and decoder with time to digital converters

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110155899A1 (en) * 2009-12-30 2011-06-30 Uzi Dror Method and apparatus for acquiring radiation data
US20170184709A1 (en) * 2015-12-23 2017-06-29 Sick Ag Optoelectronic Sensor and Method for Measuring a Distance
CN110622324A (zh) * 2017-04-12 2019-12-27 株式会社电装 光检测器
CN112105955A (zh) * 2018-04-09 2020-12-18 感应光子公司 用于自主车辆的lidar的自动增益控制
CN110836901A (zh) * 2018-08-17 2020-02-25 同方威视技术股份有限公司 基于k边缘成像的优化阈值方法、装置、设备和介质
US20200217965A1 (en) * 2019-01-04 2020-07-09 Sense Photonics, Inc. High dynamic range direct time of flight sensor with signal-dependent effective readout rate
CN111679290A (zh) * 2020-06-04 2020-09-18 上海禾赛光电科技有限公司 光子计数校正方法、激光雷达以及计算机可读介质

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114594455A (zh) * 2022-01-13 2022-06-07 杭州宏景智驾科技有限公司 激光雷达系统及其控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022141468A1 (zh) 2022-07-07
CN113711080B (zh) 2023-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11604266B2 (en) LiDAR system comprising a single-photon detector
US20220196812A1 (en) Time of flight sensor
CN105043539B (zh) 用于运行光电探测器的方法和装置
US10739445B2 (en) Parallel photon counting
US10962628B1 (en) Spatial temporal weighting in a SPAD detector
KR20220145845A (ko) 솔리드 스테이트 LiDAR용 잡음 필터링 시스템 및 방법
US20220035011A1 (en) Temporal jitter in a lidar system
US20240151830A1 (en) Light cover stain detection method and light cover stain detection system for lidar
CN114096882A (zh) 自适应多脉冲lidar系统
EP4016124A1 (en) Time of flight calculation with inter-bin delta estimation
US20210373156A1 (en) Optical distance measuring apparatus
WO2022161481A1 (zh) 一种飞行时间测距方法、系统和设备
CN110741281A (zh) 采用迟锁盖格模式检测的LiDAR系统及方法
CN113711080B (zh) 激光雷达的探测方法、计算机可读存储介质和激光雷达
CN115144863A (zh) 确定噪声水平的方法、激光雷达以及测距方法
US20240159903A1 (en) Data processing method for lidar and lidar
CN112559382A (zh) 有源测距系统的存储
WO2022037106A1 (zh) 利用激光雷达探测的方法以及激光雷达
US20230296739A1 (en) Methods and devices for identifying peaks in histograms
US20220244396A1 (en) Reading device and lidar measuring device
CN114325736A (zh) 探测方法及探测系统
US11085999B2 (en) Telemetry method and system using an imager
CN114594494B (zh) 激光雷达系统及其环境光去噪方法
US20230196501A1 (en) Systems and Methods for Memory-Efficient Pixel Histogramming
CN116699569A (zh) 雷达防串扰方法、装置、激光雷达及存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant