CN114966602A - 激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法，所述激光雷达噪声去除装置输出与输入的光信号相对应的电信号，并且将电信号与阈值电压进行比较，以检测大于阈值电压的电信号。所述激光雷达噪声去除装置基于由比较装置检测到的电信号的接收次数与预设的第一参考次数的比较结果，可变地调整阈值电压。

Description

激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年2月26日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0026952的优先权的权益，其全部内容通过引用纳入本文。

技术领域

本发明涉及一种激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法，具体地，涉及一种用于电机扫描型的高灵敏度光接收激光雷达的激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法。

背景技术

激光雷达是一种发射激光并且测量由目标反射进来的激光的时间以测量距离的传感器。电机扫描型激光雷达需要在短时间内执行并完成诸如信号接收、噪声去除以及距离检测的操作，以响应扫描的视场对给定时间的激光进行检测。具体地，包含高灵敏度光接收传感器的激光雷达对反射进来的信号具有非常好的灵敏度，但对太阳光噪声也很敏感，因此，如果在接收端的信号处理器中没有准确地去除噪声，这会成为导致性能下降的主要原因。为了克服这个问题，在包含高灵敏度光接收传感器的激光雷达中使用了多光发射算法(multi-light transmission algorithm)。然而，电机扫描型激光雷达在执行数百次的光发射时，具有物理信号处理时间的限制，以及高速数据处理导致的功耗和热量增加的问题。

因此，需要开发一种能够有效去除电机扫描型的包含高灵敏度光接收传感器的激光雷达的噪声，而无需多光发射算法的技术。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中存在的上述问题，同时完整保留现有技术所取得的优点。

本发明的一方面提供了一种用于电机扫描型高灵敏度光接收激光雷达的激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法。本发明的另一方面提供了一种用于在有限时间内去除电机扫描型高灵敏度光接收激光雷达的噪声的激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法。本发明的又一方面提供了一种用于有效去除由于信号处理时间的物理限制而难以应用多光发射算法的电机扫描型高灵敏度光接收激光雷达的太阳光噪声的激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法。

本发明的再一方面提供了一种用于通过根据电机扫描型高灵敏度光接收激光雷达要检测的目标是远距离目标还是短程目标来不同地调整阈值电压，从而有效去除噪声的激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法。本发明的再一方面提供了一种用于在不应用单独的模数转换器(ADC)的情况下动态地控制阈值电压，并且在有效去除噪声的同时降低激光雷达的制造成本的激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法。

本发明构思要解决的技术问题不限于上述问题，本发明所属领域的技术人员将从以下描述中清楚地理解本文中未提及的任何其他技术问题。

根据本发明的一方面，激光雷达噪声去除装置可以包括：光接收装置、比较装置和控制器，所述光接收装置设置于激光雷达(光探测和测距)，以输出与输入的光信号相对应的电信号；所述比较装置配置为将电信号与阈值电压进行比较，以检测大于阈值电压的电信号；所述控制器配置为基于由比较装置检测到的电信号的接收次数与第一参考次数的比较结果，可变地调整阈值电压。

第一参考次数可以根据通过所述比较装置检测到的电信号的信号处理能够区分信号的最短时间来设置。所述阈值电压可以具有初始值，所述初始值设置为高于光接收装置能够输出的电信号的最大输出的值。

控制器可以配置为可变地调整激光雷达的每个水平单位视场确定出的阈值电压。控制器可以配置为：当由比较装置检测到的电信号的接收次数大于第一参考次数时，提高或增大阈值电压；当由比较装置检测到的电信号的接收次数小于第一参考次数时，降低或减小阈值电压。

激光雷达噪声去除装置可以进一步包括光发射装置，所述光发射装置配置为输出光信号，所述控制器可以配置为在保持阈值电压时通过光发射装置输出光信号。控制器可以配置为：通过光发射装置输出光信号预设次数，并且通过基于比较装置检测到的电信号的时间信息来比较每轮中的电信号，检测与通过目标反射而返回的光信号相对应的有效信号。

控制器通过光发射装置输出光信号的次数可以确定为：使得将扫描激光雷达的水平单位视场所需的时间减去通过将与激光雷达的最大检测距离相对应的时间乘以输出光信号的次数而获得的值所得到的值大于对电信号相关的运算进行处理所需的时间。控制器可以配置为：将由比较装置检测到的电信号中与电信号相对应的时间在每轮之间具有在预设的阈值时间内的差值的电信号确定为有效信号。阈值时间可以根据从激光雷达到目标的距离的预设的误差范围而确定。控制器可以配置为：当激光雷达以短程目标为目标时，基于由比较装置检测到的电信号的接收次数与预设的第二参考次数的比较结果，可变地调整阈值电压。

根据本发明的一方面，激光雷达噪声去除装置包括：光接收装置、比较装置和控制器，所述光接收装置设置于激光雷达，以输出与输入的光信号相对应的电信号；所述比较装置配置为将电信号与阈值电压进行比较，以检测大于阈值电压的电信号；所述控制器配置为基于从光接收装置输出的电信号、通过模数转换器(ADC)监测噪声水平，并且基于监测的噪声水平可变地调整阈值电压。

根据本发明的一方面，激光雷达噪声去除方法可以包括：由设置于激光雷达的光接收装置输出与输入的光信号相对应的电信号；由比较装置将电信号与阈值电压进行比较，以检测大于阈值电压的电信号；控制器基于由比较装置检测到的电信号的接收次数与预设的第一参考次数的比较结果，可变地调整阈值电压。

第一参考次数可以根据由比较装置检测到的电信号的信号处理能够区分信号的最短时间来设置。阈值电压可以具有初始值，所述初始值设置为高于光接收装置能够输出的电信号的最大输出的值。

可变地调整阈值电压可以包括：由控制器可变地调整针对激光雷达的每个水平单位视场而确定的阈值电压。可变地调整阈值电压可以包括：当由比较装置检测到的电信号的接收次数大于第一参考次数时，由控制器提高或增大阈值电压；当由比较装置检测到的电信号的接收次数小于第一参考次数时，由控制器降低或减小阈值电压。

激光雷达噪声去除方法可以进一步包括：控制器利用光发射装置输出光信号预设次数；通过基于由比较装置检测到的电信号的时间信息来比较每轮中的电信号，由控制器检测与通过目标反射而返回的光信号相对应的有效信号。检测与通过目标反射而返回的光信号相对应的有效信号可以包括：由控制器将由比较装置检测到的电信号中与电信号相对应的时间在每轮之间具有在预设的阈值时间内的差值的电信号确定为有效信号。阈值时间可以根据从激光雷达到目标的距离的预设的误差范围而确定。

附图说明

通过以下结合所附附图的详细描述，本发明的上述及其他目的、特征和优点将更加明显：

图1是示出根据本发明的实施方案的激光雷达噪声去除装置的框图；

图2是示出根据本发明的另一实施方案的激光雷达噪声去除装置的框图；

图3是示例性地示出电机扫描型高灵敏度光接收激光雷达的物理规格的表格；

图4是示出根据本发明的实施方案的与阈值电压控制相关的电路的示意图；

图5是示出根据本发明的实施方案的比较装置的波形和阈值电压的示意图；

图6是在根据本发明的实施方案的激光雷达噪声去除装置中可变地控制阈值电压的过程的流程图；

图7是示出根据本发明的实施方案，通过激光雷达噪声去除装置可变地控制的阈值电压以及噪声的示意图；

图8是示出在根据本发明的实施方案的激光雷达噪声去除装置中通过比较根据三次的光发射和接收而获得的信号来检测有效信号的操作的示意图；

图9是根据本发明的实施方案的激光雷达噪声去除方法的流程图；

图10是示出根据本发明的实施方案的通过以短程目标为目标的激光雷达噪声去除装置可变地控制的阈值电压以及噪声的示意图；

图11是示出根据本发明的另一实施方案的用于去除激光雷达噪声的方法的流程图。

具体实施方式

下文将参考示例性附图对本发明的一些实施方案进行详细描述。在给每幅图的部件添加附图标记时，应当注意，即使在其他图中显示相同或等效的部件时，它们也用相同的附图标记表示。此外，在描述本发明的实施方案时，将省略对公知的特征或功能的详细描述，以免不必要地混淆本发明的主旨。

应当理解，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非化石能源的燃料)。

虽然示例性实施方案描述为使用多个单元来执行示例性的过程，但是应当理解，示例性的过程也可以由一个或多个模块执行。此外，应当理解，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器并且被专门编程以执行本文描述的过程的硬件装置。该存储器配置为存储模块，并且处理器具体配置为运行所述模块以执行以下进一步描述的一个或多个过程。

在描述根据本发明的实施方案的组件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等术语。这些术语仅用于将组件与其他组件区分开来，这些术语并不限制构成组件的性质、顺序或次序。除非在说明书中另外指出，否则本文使用的包括技术术语和科学术语在内的所有术语具有与本发明所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。在常用词典中定义的术语应解释为具有与相关技术领域的语境含义一致的含义，不应被解释为具有理想化或过于形式化的含义，除非在本申请中明确定义。

在下文中，将参考图1至图11详细描述本发明的实施方案。图1是示出根据本发明的实施方案的激光雷达噪声去除装置的框图。参考图1，激光雷达噪声去除装置100可以包括光接收装置110、比较装置120和控制器130。控制器130可以配置为操作光接收装置110和比较装置120。

根据本发明的激光雷达噪声去除装置100可以在激光雷达(光探测和测距)的内部或外部实现。具体地，激光雷达噪声去除装置100可以与激光雷达的内部控制器集成地形成，或者可以实现为单独的硬件装置，并且通过连接装置连接至激光雷达的控制器。作为示例，激光雷达噪声去除装置100可以与激光雷达集成地实现，可以作为与激光雷达分离的配置以安装/附接至激光雷达的形式实现，或者激光雷达噪声去除装置100的一部分可以与激光雷达集成，并且其他的部分可以作为与激光雷达分离的配置以安装/附接至激光雷达的形式实现。

可以在激光雷达中设置有光接收装置110，以输出与输入的光信号相对应的电信号。例如，光接收装置110可以包括光接收传感器或放大器(AMP)的至少一个。例如，光接收传感器可以包括硅光电倍增器(SiPM)。当通过诸如SiPM的高灵敏度光接收传感器检测光信号时，甚至能检测到单个光子，因此，与诸如光电二极管(Photo Diode，PD)和雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，APD)的传统传感器相比，实现了非常好的灵敏度。

然而，当通过高灵敏度光接收传感器检测光信号时，由于光接收传感器的高灵敏度特性，除了检测到目标所需的由目标反射的反射光之外，还可能检测到光学噪声。因此，当通过高灵敏度光接收传感器检测光信号时，如果噪声没有被有效去除，则目标检测的精度可能会下降，因此有效的噪声去除是必不可少的。例如，光接收装置110可以通过无线或有线通信直接或间接连接至比较装置120，以发送输出的电信号。

比较装置120可以配置为将电信号与阈值电压进行比较，以检测大于阈值电压的电信号。比较装置120可以包括模拟比较装置。例如，比较装置120可以配置为通过将从光接收装置110输出的电信号与通过比较装置由控制器130调整的阈值电压进行比较，检测大于阈值电压的电信号。

作为示例，比较装置可以配置为对应于以下条件输出不同的结果值：从光接收装置110输出的电信号大于阈值电压，阈值电压大于从光接收装置110输出的电信号，从光接收装置110输出的电信号与阈值电压相等。例如，比较装置120可以配置为将关于检测到的大于阈值电压的电信号的信息发送至控制器130。

控制器130可以配置为执行整体控制，使得每个组件正常执行其功能。控制器130可以以硬件或软件的形式实现，或者可以以硬件和软件的组合实现。优选地，控制器130可以利用微处理器实现，但不限于此。此外，控制器130可以执行各种数据处理和计算，这将在后面进行描述。作为示例，控制器130可以包括执行数字信号处理的激光雷达的软件或现场可编程门阵列(FPGA)的至少一个。

控制器130可以配置为基于通过比较装置120检测到的电信号的接收次数与预设的第一参考次数的比较结果，可变地调整阈值电压。阈值电压需要根据给定的环境进行动态控制，而不是固定值。调整阈值电压的主要目的可以是在多通道激光雷达系统中，通过根据外部环境自动地调整阈值电压，执行仅选择大于特定信号水平的有效信号的功能。

例如，控制器130可以配置为：当通过比较装置120检测到的电信号的接收次数大于第一参考次数时，增大阈值电压；当通过比较装置120检测到的电信号的接收次数小于第一参考次数时，减小阈值电压。例如，控制器130可以配置为将关于所控制的阈值电压的信息发送至比较装置120。

例如，第一参考次数可以根据比较装置120检测到的电信号的信号处理能够区分信号的最短时间来设置。太阳光噪声具有均匀的输出水平，并且目标离激光雷达越远，来自目标的反射光的输出水平就越低。当目标距离较近时，相比于太阳光噪声，由目标反射的反射光的输出相对较高，因此，很容易检测到反射光。然而，当目标距离较远时，反射光可能难以与噪声区分开来，因此，需要检测并分析尽可能多数量的噪声信号。

然而，对于电信号的信号处理，可以确定出区分前一信号和下一信号的最小时间单位，考虑到这一点，需要尽可能多次地检测噪声信号。例如，当激光雷达的最大检测距离约为300m时，从激光雷达发射的激光被距离激光雷达约300m的目标反射并且返回所需的时间计算为约2μs，而假设信号处理能够区分信号的最短时间设为16ns，通过将2μs除以16ns，最多可以检测125个信号。因此，在这种情况下，第一参考次数可以设置为125。

例如，第一参考次数可以通过控制器130进行计算和设置，或者可以在制造激光雷达时根据激光雷达的规格进行设置。例如，阈值电压的初始值可以设置为大于能够从光接收装置110输出的电信号的最大输出的值。当初始阈值电压设置较高时，可以创建初始没有检测到信号的条件。

例如，当包括在光接收装置110中的模拟前端(AFE)的最大输出设置为1.5V，并且从光接收装置110输出的电信号的最大输出为1.5V时，阈值电压的初始值可以设置为2V。例如，第一参考次数可以通过控制器130设置为具有初始值，或者可以在制造激光雷达时根据激光雷达的规格进行设置。例如，控制器130可以配置为可变地调整针对激光雷达的每个水平单位视角而确定的阈值电压。

当激光雷达为电机扫描型时，激光雷达可以配置为在通过电机改变用于检测目标的水平视场的同时检测目标。具体地，对于水平方向上的每个单位视场，可能会检测到对应于不同环境的光噪声，因此，对于每个水平单位视场需要动态控制阈值电压，以针对每个水平单位视场检测对应于第一参考次数的信号。

因此，当由激光雷达利用电机扫描的水平方向上的视场改变时，控制器130可以配置为以可变的方式动态地调整针对每个水平单位视场而确定的阈值电压。例如，当激光雷达以短程目标为目标时，控制器130可以配置为基于通过比较装置120检测到的电信号的接收次数与预设的第二参考次数的比较结果，可变地调整阈值电压。作为示例，第二参考次数可以确定为1或者2。

在激光雷达以短程目标为目标的情况下，与光噪声相比，对应于由短程目标反射的反射光的电信号的输出可能相对较高。因此，当第二参考次数设置为1时，通过从没有检测到信号的初始阈值电压开始降低或减小阈值电压而首先检测到的信号可以是与目标反射的反射光相对应的信号，该信号是具有最大幅度的信号，从而能够更容易检测到反射光信号。

当第二参考次数设置为2时，可以检测到与具有最大幅度的反射光相对应的信号以及光噪声中具有最大幅度的信号，从而检测到与反射光相对应的信号，也可以计算出光噪声的信号水平。例如，控制器130可以配置为基于从光接收装置110输出的电信号，通过模数转换器(ADC)监测噪声水平，并且基于监测到的噪声水平可变地调整阈值电压。

例如，控制器130可以配置为将光接收装置110的每个通道的输出转换为ADC输出，以监测噪声水平。例如，代替根据接收到的检测信号的次数可变地调整阈值电压，控制器130可以配置为基于从光接收装置110输出的电信号、根据通过ADC监测到的噪声水平可变地调整阈值电压。

图2是示出根据本发明的另一实施方案的激光雷达噪声去除装置的框图。参考图2，激光雷达噪声去除装置200可以包括光接收装置210、光发射装置220、比较装置230和控制器240。

可以在激光雷达中设置有光接收装置210，以输出与输入的光信号相对应的电信号。光接收装置210与图1的光接收装置110相同，因此将省略对其的详细描述。可以在激光雷达中设置有光发射装置220，以输出光信号。例如，光发射装置220可以由控制器240操作，并且可以配置为向目标输出激光(受激辐射的光放大)光信号。

设置于电机扫描型激光雷达的光发射装置220可以配置为针对每个水平单位视场输出光信号。比较装置230可以将电信号与阈值电压进行比较，以检测大于阈值电压的电信号。比较装置230与图1的比较装置120相同，因此将省略对其的详细描述。当保持阈值电压时，控制器240可以配置为通过光发射装置220输出光信号。

例如，控制器240可以配置为：当通过比较装置230检测到的电信号的接收次数大于第一参考次数时，增大阈值电压；当通过比较装置230检测到的电信号的接收次数小于第一参考次数时，减小阈值电压。具体地，当通过比较装置230检测到的电信号的接收次数等于第一参考次数时，阈值电压保持而不增大或减小，因此，控制器240可以配置为通过光发射装置220输出光信号。

例如，控制器240可以配置为通过光发射装置220输出光信号预设次数以上，并且基于通过比较装置230检测到的电信号的时间信息多次比较电信号，以检测与目标反射返回的光信号相对应的有效信号。例如，预设次数可以设置为三次。例如，控制器240可以配置为通过光发射装置220和光接收装置210发射和接收光三次，使得能够针对每个水平单位视场区分由目标反射的反射光信号。

例如，控制器240可以配置为需要至少三个接收数据来确定接收到的信号的有效性，从而发射和接收光三次以上。此外，控制器240可以配置为根据激光雷达的最大检测距离、考虑到针对每个水平单位视场的时间限制，通过光发射装置220输出光信号预定次数。例如，控制器240通过光发射装置220输出光信号的次数可以确定为：使得将扫描激光雷达的水平单位视场所需的时间减去通过将与激光雷达的最大检测距离相对应的时间乘以输出光信号的次数而获得的值所得到的值大于对电信号相关的运算进行处理所需的时间。

例如，当激光雷达的最大检测距离设置为300m，并且扫描激光雷达的水平单位视场所需的时间设置为12.2μs时，激光从激光雷达发射以由位于距离激光雷达300m处的目标反射且返回所需的时间计算为2μs，当光信号发射和接收三次时，剩余时间计算为12.2μs-(2μs*3)＝6.2μs。如果电信号相关的运算能够在6.2μs内进行处理，则控制器240可以配置为将通过光发射装置220输出光信号的次数设置为三次。

作为示例，控制器240可以配置为将通过比较装置230检测到的电信号中与电信号相对应的时间在每轮(round)之间具有预设的阈值时间内的差值的电信号确定为有效信号。之后将参考图8详细描述在控制器240中通过将根据发送和接收光信号三次而获得的信号进行比较来检测有效信号的操作。

例如，可以根据关于从激光雷达到目标的距离的预设的误差范围来确定阈值时间。例如，当激光雷达的误差范围设置为10cm时，光信号传播10cm的时间为670ps。具体地，可以将每轮之间与电信号相对应的时间差小于670ps的电信号确定为与目标反射的反射光相对应的有效信号。

图3是示例性地示出电机扫描型高灵敏度光接收激光雷达的物理规格的表格。激光雷达的帧率可以指激光雷达的输出每秒更新的次数。例如，激光雷达的帧率可以设置为25Hz。激光雷达的最大检测距离可以指从激光雷达到激光雷达能够检测到的目标的最大距离。例如，激光雷达的最大检测距离可以设置为300m。

作为激光雷达的电机旋转的区域的水平区域，激光雷达的水平视场可以是能够检测目标的角度区域。例如，激光雷达的水平视场可以设置为120度。激光雷达的水平单位视场可以是在水平视场内能够具体检测到目标的角度。例如，激光雷达的水平单位视场可以设置为0.22度。

激光雷达的距离检测分辨率具体可以指用于表示目标的距离值的单位。例如，激光雷达的距离检测分辨率可以设置为1cm。激光雷达的距离检测的误差范围可以指表示目标的距离值时产生的误差范围。例如，激光雷达的距离检测的误差范围可以设置为10cm。

具体地，作为示例，根据激光雷达的规格，激光雷达的帧率、激光雷达的最大检测距离、激光雷达的水平视场、激光雷达的水平单位视场、激光雷达的距离检测分辨率或激光雷达的距离检测的误差范围实际上可以具有不同的值。关于激光雷达的规格的信息可以包含在激光雷达噪声去除装置100中，或者存储在与激光雷达噪声去除装置100连接的存储器中，因此，激光雷达噪声去除装置100可以使用关于激光雷达的规格的信息。

图4是示出根据本发明的实施方案的与阈值电压控制相关的电路的示意图。例如，光接收装置410可以包括光接收传感器411和AMP 412。光接收装置410可以配置为通过光接收传感器411将输入的光信号转换成电信号。此外，光接收装置410可以配置为通过AMP 412将经由转换得到的电信号放大为适当比例的电信号。光接收装置410可以配置为将通过AMP412放大的电信号发送至比较装置440。

控制器420可以连接至阈值DAC 430(Digital-Analogue Converter，数模转换器)，以将关于阈值电压的信息发送至阈值DAC 430。阈值DAC 430可以配置为基于从控制器420接收到的阈值电压输出电信号，并且可以配置为将输出的电信号发送至比较装置440。比较装置440可以包括一个或多个比较装置。比较装置440可以配置为将从光接收装置410接收到的电信号与从阈值DAC 430接收到的对应于阈值电压的电信号进行比较，并且输出比较结果。

例如，比较装置440可以配置为将从光接收装置410接收到的电信号与从阈值DAC430接收到的对应于阈值电压的电信号的比较结果发送至控制器420。具体地，控制器420可以配置为基于比较装置440发送的从光接收装置410接收的电信号与从阈值DAC 430接收的对应于阈值电压的电信号的比较结果来执行可变的控制，以增大、减小或保持阈值电压。

图5是示出根据本发明的实施方案的比较装置的波形和阈值电压的示意图。参考图5，比较装置120可以配置为接收阈值电压501和输入电信号502。例如，比较装置120可以配置为从控制器130接收对应于阈值电压501的电信号，并且从光接收装置110接收与光信号相对应的输入电信号502。

比较装置120可以配置为输出通过阈值电压501和输入电信号502的比较得到的结果值503。例如，比较装置120可以配置为：当阈值电压501大于输入电信号502时，输出低电平信号；当输入电信号502大于阈值电压501时，输出高电平信号。

与上述情况相反，比较装置120可以配置为：当阈值电压501大于输入电信号502时，输出高电平信号；当输入电信号502大于阈值电压501时，输出低电平信号。作为另一示例，比较装置120可以配置为从输入电信号502变得大于第一阈值电压的时间点开始输出高电平信号，并且从输入电信号502变得小于第二阈值电压的时间点开始输出低电平信号。具体地，第一阈值电压可以设置为大于第二阈值电压。例如，比较装置120可以配置为将关于通过输出阈值电压501与输入电信号502的比较得到的结果值503的信息发送至控制器130。

图6是在根据本发明的实施方案的激光雷达噪声去除装置中可变地调整阈值电压的过程的流程图。在下文中，假设图1的激光雷达噪声去除装置100执行图6的过程。此外，在图6的描述中，描述为由装置执行的操作可以理解为由激光雷达噪声去除装置100的控制器130操作。

参考图6，激光雷达噪声去除装置100可以配置为将初始阈值电压设置为2V(S601)。具体地，2V的数值是为了举例而任意确定的值，实际上，初始阈值电压可以确定为大于光接收装置能够输出的电信号的最大输出的另一值。

在将初始阈值电压设置为2V(S601)之后，激光雷达噪声去除装置100可以配置为识别外部环境并且监测信号(S602)。作为示例，激光雷达噪声去除装置100可以配置为通过光接收装置、根据外部环境检测噪声(光噪声)，并且监测与该噪声相对应的电信号。作为示例，激光雷达噪声去除装置100可以配置为在与外部噪声相对应的电信号中检测幅度大于阈值电压的电信号。此外，激光雷达噪声去除装置100可以配置为监测幅度大于阈值电压的电信号的接收次数。

在识别外部环境并且监测信号(S602)之后，激光雷达噪声去除装置100可以配置为调整阈值电压(S603)。例如，激光雷达噪声去除装置100可以配置为：当幅度大于阈值电压的电信号的接收次数大于第一参考次数时，增大阈值电压；当幅度大于阈值电压的电信号的接收次数小于第一参考次数时，减小阈值电压。

在调整阈值电压(S603)之后，激光雷达噪声去除装置100可以配置为确定检测到的电信号的接收次数是否达到第一参考次数(S604)。作为示例，激光雷达噪声去除装置100可以配置为确定考虑到死区时间而确定出的第一参考次数是否等于检测到的幅度大于阈值电压的电信号的接收次数。具体地，死区时间可以定义为用于区分前一信号和下一信号以进行信号处理的最小时间单位。

作为另一示例，即使考虑到死区时间而确定出的第一参考次数不等于检测到的幅度大于阈值电压的电信号的接收次数，激光雷达噪声去除装置100也可以配置为确定第一参考次数是否在由于检测到的幅度大于阈值电压的电信号的接收次数与第一参考次数之间的差值小于阈值而被认为达到第一参考次数的范围内。

在确定检测到的电信号的接收次数是否已经达到第一参考次数(S604)之后，响应于确定出检测到的电信号的接收次数没有达到第一参考次数，激光雷达噪声去除装置100可以返回到S602以再次识别外部环境并监测信号。在确定检测到的电信号的接收次数是否已经达到第一参考次数(S604)之后，响应于确定出检测到的电信号的接收次数达到第一参考次数，激光雷达噪声去除装置100可以配置为发射激光(S605)。

例如，激光雷达噪声去除装置100可以配置为在激光雷达朝向的水平单位视场的方向上通过光发射装置发射激光信号，并且接收包括在水平单位视场的方向上由目标反射的反射光的光信号。在发射激光(S605)之后，激光雷达噪声去除装置100可以配置为额外调整每个水平单位视场的阈值电压(S606)。例如，当激光雷达朝向的水平视场通过激光雷达的电机而改变时，激光雷达噪声去除装置100可以配置为根据新的外部环境可变地调整新的水平单位视场的阈值电压。例如，激光雷达噪声去除装置100中根据新的外部环境可变地控制新的水平单位视场的阈值电压的过程可以按照与S601至S604相同的方式来执行。

图7是示出根据本发明的实施方案，通过激光雷达噪声去除装置可变地调整的阈值电压以及噪声的示意图。在图7的曲线图(i)至(iii)中，横轴可以代表时间，而纵轴可以代表电信号的强度(电压)。

在图7中，(i)是示出与当激光雷达噪声去除装置100不发射激光束时在初始阈值电压设置为2V的状态下检测到的太阳光噪声相对应的电信号的曲线图。由于在初始阈值电压设置为2V的状态下几乎没有信号幅度大于阈值电压的电信号时，大于阈值电压的电信号的接收次数小于第一参考次数，因此激光雷达噪声去除装置100可以配置为减小阈值电压。具体地，作为一个具体的示例，在外部光照度为30klux的状态下，与太阳光噪声相对应的电信号可以主要分布在0-50mV的范围内。

在图7中，(ii)是示出与在激光雷达噪声去除装置100可变地将阈值电压调整为接近50mV的状态下检测到的太阳光噪声相对应的电信号的曲线图。激光雷达噪声去除装置100可以配置为可变地将阈值电压调整为大约50mV，使得信号幅度大于阈值电压的电信号的接收次数等于第一参考次数。激光雷达噪声去除装置100可以配置为：当信号幅度大于阈值电压的电信号的接收次数等于第一参考次数时，保持阈值电压不变。

在图7中，(iii)是示出与当激光雷达噪声去除装置100在保持阈值电压的同时发射激光时检测到的太阳光噪声以及由目标反射的反射光相对应的电信号的曲线图。激光雷达噪声去除装置100可以配置为在阈值电压保持不变的状态下通过光发射装置发射激光信号，输出与包括由目标反射而返回的反射光和太阳光噪声的光信号相对应的电信号，并且在输出的电信号中检测大于阈值电压的电信号。作为示例，激光雷达噪声去除装置100可以配置为基于在根据三次以上光发射和接收而输出的电信号中大于阈值电压的电信号去除太阳光噪声，并且选择有效信号。

图8是示出在根据本发明的实施方案的激光雷达噪声去除装置中通过比较根据三次的光发射和接收而获得的信号来检测有效信号的操作的示意图。当经过三次的光发射/接收后对经过比较装置的信号进行分析时，太阳光噪声具有在所有时域随机分布的特性，从而在与三次接收到的光信号相对应的电信号中，在同一位置检测到与太阳光噪声相对应的信号的概率很低。

另一方面，由于在光的发射后反射光由目标反射而返回的时间是恒定的，因此在同一位置检测到与反射光对应的电信号的概率非常高。利用上述特性，激光雷达噪声去除装置100可以配置为通过比较与三次接收的光信号相对应的电信号的时间来确定电信号是否时间同步。

在图8中，(i)到(iii)是示出与第一次到第三次接收到的光信号相对应的电信号的示例的曲线图。激光雷达噪声去除装置100可以配置为：通过将对应于第一轮接收到的光信号的电信号与对应于第二轮接收到的光信号的电信号进行比较来检测同步的电信号，通过将对应于第二轮接收到的光信号的电信号与对应于第三轮接收到的光信号的电信号进行比较来检测同步的电信号，通过将对应于第三轮接收到的光信号的电信号与对应于第一轮接收到的光信号的电信号进行比较来检测同步的电信号。

例如，激光雷达噪声去除装置100可以配置为将具有小于670ps(其为与作为激光雷达的误差范围的10cm相对应的时间)的差值的信号确定为同步的信号。例如，当将第一轮的信号与第二轮的信号进行比较时，因为在第一轮的9045ps时检测到的信号与在第二轮的8777ps时检测到的信号之间的差值小于670ps，因此激光雷达噪声去除装置100可以配置为将第一次和第二次的信号确定为同步信号。

此外，当将第二轮的信号与第三轮的信号进行比较时，因为在第二轮的8777ps时检测到的信号与在第三轮的8643ps时检测到的信号之间的差值小于670ps，因此激光雷达噪声去除装置100可以配置为将第二轮和第三轮的信号确定为同步信号。

类似地，当将第三轮的信号与第一轮的信号进行比较时，因为在第三轮的8643ps时检测到的信号与在第一轮的9045ps时检测到的信号之间的差值小于670ps，因此激光雷达噪声去除装置100可以配置为将第三轮和第一轮的信号确定为同步信号。因此，与由目标反射的反射光相对应的信号在第一轮的9045ps时检测到，在第二轮的8777ps时检测到，在第三轮的8643ps时检测到，因此，所述信号是同步的。

另一方面，当比较第二轮和第三轮的信号时，可以确定出在第二轮的6834ps时检测到的信号与在第三轮的6767ps时检测到的信号是同步的。然而，第一轮没有同步的信号，第一轮的信号不确定为反射光，因此，由于确定出该信号为噪声，所以去除该信号。

图9是根据本发明的实施方案的激光雷达噪声去除方法的流程图。在下文中，假设图1的激光雷达噪声去除装置100执行图9的过程。此外，在图9的描述中，描述为由装置执行的操作可以理解为由激光雷达噪声去除装置100的控制器130操作。

参考图9，激光雷达噪声去除装置100可以配置为设置阈值电压的初始值(S901)。例如，激光雷达噪声去除装置100可以配置为将阈值电压的初始值设置为大于从光接收装置输出的电信号的最大输出的值。在设置阈值电压的初始值(S901)之后，激光雷达噪声去除装置100可以配置为监测根据阈值电压检测到的电信号(S902)。

作为示例，激光雷达噪声去除装置100可以配置为监测输出电压大于阈值电压的电信号的接收次数。在监测根据阈值电压检测到的电信号(S902)之后，激光雷达噪声去除装置100可以配置为确定根据阈值电压检测到的电信号的接收次数是否已经达到第一参考次数(S903)。例如，激光雷达噪声去除装置100可以配置为确定输出电压大于阈值电压的电信号的接收次数是否等于第一参考次数或者输出电压大于阈值电压的电信号的接收次数与第一参考次数之间的差值是否小于阈值。

在确定基于阈值电压检测到的电信号的接收次数是否达到第一参考次数(S903)之后，响应于确定出根据阈值电压检测到的电信号的接收次数没有达到第一参考次数，激光雷达噪声去除装置100可以配置为调整阈值电压(S904)。例如，激光雷达噪声去除装置100可以配置为：当根据阈值电压检测到的电信号的接收次数大于第一参考次数时，增大阈值电压，当根据阈值电压检测到的电信号的接收次数小于第一参考次数时，减小阈值电压。

在确定基于阈值电压检测到的电信号的接收次数是否已经达到第一参考次数(S903)之后，响应于确定出根据阈值电压检测到的电信号的接收次数已达到第一参考次数，激光雷达噪声去除装置100可以配置为确定水平视场是否改变(S905)。作为示例，激光雷达噪声去除装置100可以配置为通过在水平方向上调整激光雷达的视场的电机来确定激光雷达的水平视场是否大于水平单位视场。

在确定水平视场是否已经改变(S905)之后，响应于确定出水平视场已经改变，激光雷达噪声去除装置100可以配置为额外地调整每个水平单位视场的阈值电压(S906)。作为示例，响应于确定出水平视场已经改变为大于水平单位视场，激光雷达噪声去除装置100可以配置为以与S901至S904相同的方式可变地调整新的水平单位视场的阈值电压。

激光雷达噪声去除装置100可以配置为额外地调整每个水平单位视场的阈值电压(S906)，然后发射光信号预设次数(S907)。在确定水平视场是否已经改变(S905)之后，响应于确定出水平视场没有改变，激光雷达噪声去除装置100可以配置为发射光信号预设次数(S907)。作为示例，激光雷达噪声去除装置100可以配置为通过光发射装置在激光雷达的视场方向上发射激光信号三次。

在发射光信号预设次数(S907)之后，激光雷达噪声去除装置100可以配置为接收光信号(S908)。作为示例，激光雷达噪声去除装置100可以配置为通过光接收装置接收包括太阳光噪声以及通过发射的激光信号由目标反射的方式返回的反射光的光信号。在接收光信号(S908)之后，激光雷达噪声去除装置100可以配置为存储接收到的光信号预设次数(S909)。例如，激光雷达噪声去除装置100可以配置为将与三次接收到的光信号相对应的电信号存储在存储器中。

在存储接收到的光信号预设次数(S909)之后，激光雷达噪声去除装置100可以配置为同步接收到的光信号的时间(S910)。例如，激光雷达噪声去除装置100可以配置为将存储的三次接收到的光信号彼此进行比较，并且根据与每个电信号相对应的时间是否在每轮之间具有在预设的阈值时间内的差值的判断来同步接收到的光信号。在同步接收到的光信号的时间(S910)之后，激光雷达噪声去除装置100可以配置为输出有效信号(S911)。作为示例，激光雷达噪声去除装置100可以配置为将与电信号相对应的时间在每轮之间具有在预设的阈值时间内的差值的电信号确定为有效信号，并且输出该电信号。

图10是示出根据本发明的实施方案的通过以短程目标为目标的激光雷达噪声去除装置可变地调整的阈值电压以及噪声的示意图。例如，以短程目标为目标的激光雷达噪声去除装置100可以配置为基于检测到的电信号的接收次数与预设的第二参考次数的比较结果来可变地调整阈值电压。

参考图10，示出了激光雷达噪声去除装置100中第二参考次数为1时输出电压大于阈值电压的电信号的接收次数等于第二参考次数的阈值电压1001和第二参考次数为2时输出电压大于阈值电压的电信号的接收次数等于第二参考次数的阈值电压1002。

例如，在激光雷达噪声去除装置100的情况下，当激光雷达以短程目标为目标时，对应于由目标反射的反射光的电信号的幅度相对大于对应于太阳光噪声的电信号的幅度。因此，当第二参考次数为1时，可以仅将对应于反射光的电信号检测为输出电压大于阈值电压的电信号，并且可以去除剩余的噪声。例如，当第二参考次数为2时，在对应于反射光的电信号和对应于太阳光噪声的电信号中具有最大输出水平的电信号可以检测为输出电压大于阈值电压的电信号，并且可以去除剩余的噪声，识别出噪声的输出水平。

图11是根据本发明的另一实施方案的用于去除激光雷达噪声的方法的流程图。参考图11，激光雷达噪声去除方法可以包括：输出与输入的光信号相对应的电信号(S1110)，通过将电信号与阈值电压进行比较来检测大于阈值电压的电信号(S1120)，基于检测到的电信号的接收次数与预设的第一参考次数的比较结果来可变地控制阈值电压(S1130)。

输出与输入的光信号相对应的电信号(S1110)可以通过光接收装置执行。通过将电信号与阈值电压进行比较来检测大于阈值电压的电信号(S1120)可以由比较装置执行。基于检测到的电信号的接收次数与预设的第一参考次数的比较结果来可变地调整阈值电压(S1130)可以通过控制器来执行，并且可以包括可变地调整针对激光雷达的每个水平单位视场而确定的阈值电压。

作为示例，基于检测到的电信号的接收次数与预设的第一参考次数的比较结果来可变地调整阈值电压(S1130)可以包括：当通过比较装置检测到的电信号的接收次数大于第一参考次数时，增大阈值电压；当通过比较装置检测到的电信号的接收次数小于第一参考次数时，减小阈值电压。

作为示例，激光雷达噪声去除方法可以进一步包括：通过光发射装置输出光信号预设次数以上，并且通过基于通过比较装置检测到的电信号的时间信息来比较每轮中的电信号，检测与通过目标反射而返回的光信号相对应的有效信号。例如，检测与通过目标反射而返回的光信号相对应的有效信号可以包括：将通过比较装置检测到的电信号中的与电信号相对应的时间在每轮之间具有在预设的阈值时间内的差值的电信号确定为有效信号。

结合本文公开的实施方案描述的方法或算法的操作可以直接体现在由处理器执行的硬件或软件模块中，或者以它们的组合来体现。软件模块可以存在于存储介质(即，存储器和/或存储装置)，例如，RAM、闪存、ROM、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘和CD-ROM。

示例性存储介质可以与处理器结合，并且处理器可以从存储介质中读出信息并且可以在存储介质中记录信息。或者，存储介质可以与处理器结合。处理器和存储介质可以存在于专用集成电路(ASIC)中。ASIC可以存在于用户终端内。在另一种情况下，处理器和存储介质可以作为单独的组件存在于用户终端中。

以上描述仅是对本发明的技术思想的说明，本发明所属领域的技术人员可以在不脱离本发明的本质特征的情况下做出各种修改和改变。

因此，本发明中公开的实施方案旨在描述本发明，而不是限制本发明的技术思想，本发明的技术思想的范围不受实施方案限制。本发明的保护范围应由所附权利要求进行解释，与其等同的范围内的所有技术思想均应理解为包含在本发明的范围内。

下面将描述根据本发明的用于去除激光雷达噪声的装置和方法的效果。

根据本发明的至少一个实施方案，可以提供一种用于电机扫描型高灵敏度光接收激光雷达的激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法。此外，根据本发明的至少一个实施方案，可以提供一种用于在有限时间内去除电机扫描型高灵敏度光接收激光雷达的噪声的激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法。

此外，根据本发明的至少一个实施方案，可以提供一种用于有效去除由于信号处理时间的物理限制而难以应用多光发射算法的电机扫描型高灵敏度光接收激光雷达的太阳光噪声的激光雷达噪声去除装置。

此外，根据本发明的至少一个实施方案，可以提供一种用于通过根据电机扫描型高灵敏度光接收激光雷达要检测的目标是远程目标还是短程目标来不同地调整阈值电压，从而有效去除噪声的激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法。

此外，根据本发明的至少一个实施方案，可以提供一种用于在不应用单独的模数转换器(ADC)的情况下动态地控制阈值电压，并且在有效去除噪声的同时降低激光雷达的制造成本的激光雷达噪声去除装置及激光雷达噪声去除方法。此外，可以提供通过本发明直接或间接理解的各种效果。

在上文中，虽然已经参照示例性实施方案和附图描述了本发明，但是本发明不限于此，而是可以由本发明所属领域的技术人员在不脱离所附权利要求所要求保护的本发明的精神和范围的情况下进行各种修改和改变。

Claims (20)

1.一种激光雷达噪声去除装置，其包括：

光接收装置，其设置于激光雷达，以输出与输入的光信号相对应的电信号；

比较装置，其配置为将所述电信号与阈值电压进行比较，以检测大于所述阈值电压的电信号；以及

控制器，其配置为基于由比较装置检测到的电信号的接收次数与第一参考次数的比较结果，可变地调整阈值电压。

2.根据权利要求1所述的激光雷达噪声去除装置，其中，所述第一参考次数根据由比较装置检测到的电信号的信号处理能够区分信号的最短时间来设置。

3.根据权利要求1所述的激光雷达噪声去除装置，其中，所述阈值电压具有初始值，所述初始值设置为大于光接收装置能够输出的电信号的最大输出的值。

4.根据权利要求1所述的激光雷达噪声去除装置，其中，所述控制器配置为可变地调整针对激光雷达的每个水平单位视场而确定的阈值电压。

5.根据权利要求1所述的激光雷达噪声去除装置，其中，所述控制器配置为：

当由比较装置检测到的电信号的接收次数大于第一参考次数时，增大阈值电压，

当由比较装置检测到的电信号的接收次数小于第一参考次数时，减小阈值电压。

6.根据权利要求1所述的激光雷达噪声去除装置，其进一步包括：

光发射装置，其配置为输出光信号，

其中，所述控制器配置为在保持阈值电压时通过光发射装置输出光信号。

7.根据权利要求6所述的激光雷达噪声去除装置，其中，所述控制器配置为：

通过光发射装置输出光信号预设次数，

基于由比较装置检测到的电信号的时间信息比较每轮中的电信号，从而检测与由目标反射而返回的光信号相对应的有效信号。

8.根据权利要求7所述的激光雷达噪声去除装置，其中，所述控制器通过光发射装置输出光信号的次数确定为：使得将扫描激光雷达的水平单位视场所需的时间减去通过将与激光雷达的最大检测距离相对应的时间乘以输出光信号的次数而获得的值所得到的值大于对电信号相关的运算进行处理所需的时间。

9.根据权利要求7所述的激光雷达噪声去除装置，其中，所述控制器配置为：将由比较装置检测到的电信号中与电信号相对应的时间在每轮之间具有在预设的阈值时间内的差值的电信号确定为有效信号。

10.根据权利要求9所述的激光雷达噪声去除装置，其中，所述阈值时间根据从激光雷达到目标的距离的预设的误差范围而确定。

11.根据权利要求1所述的激光雷达噪声去除装置，其中，所述控制器配置为：当激光雷达以短程目标为目标时，基于由比较装置检测到的电信号的接收次数与预设的第二参考次数的比较结果，可变地调整阈值电压。

12.一种激光雷达噪声去除装置，其包括：

光接收装置，其设置于激光雷达，以输出与输入的光信号相对应的电信号；

比较装置，其配置为将电信号与阈值电压进行比较，以检测大于所述阈值电压的电信号；以及

控制器，其配置为基于从光接收装置输出的电信号，通过模数转换器监测噪声水平，并且基于监测到的噪声水平可变地调整阈值电压。

13.一种激光雷达噪声去除方法，包括：

由设置于激光雷达的光接收装置输出与输入的光信号相对应的电信号；

由比较装置将所述电信号与阈值电压进行比较，以检测大于所述阈值电压的电信号；

基于由比较装置检测到的电信号的接收次数与预设的第一参考次数的比较结果，由控制器可变地调整阈值电压。

14.根据权利要求13所述的激光雷达噪声去除方法，其中，所述第一参考次数根据由比较装置检测到的电信号的信号处理能够区分信号的最短时间来设置。

15.根据权利要求13所述的激光雷达噪声去除方法，其中，所述阈值电压具有初始值，所述初始值设置为大于光接收装置能够输出的电信号的最大输出的值。

16.根据权利要求13所述的激光雷达噪声去除方法，其中，可变地调整阈值电压包括：由控制器可变地调整针对激光雷达的每个水平单位视场而确定的阈值电压。

17.根据权利要求13所述的激光雷达噪声去除方法，其中，可变地调整阈值电压包括：

当由比较装置检测到的电信号的接收次数大于第一参考次数时，由控制器增大阈值电压，

当由比较装置检测到的电信号的接收次数小于第一参考次数时，由控制器减小阈值电压。

18.根据权利要求13所述的激光雷达噪声去除方法，进一步包括：

由控制器利用光发射装置输出光信号预设次数；

基于由比较装置检测到的电信号的时间信息比较每轮中的电信号，从而由控制器检测与通过目标反射而返回的光信号相对应的有效信号。

19.根据权利要求18所述的激光雷达噪声去除方法，其中，检测与通过目标反射而返回的光信号相对应的有效信号包括：由控制器将由比较装置检测到的电信号中与电信号相对应的时间在每轮之间具有在预设的阈值时间内的差值的电信号确定为有效信号。

20.根据权利要求19所述的激光雷达噪声去除方法，其中，所述阈值时间根据从激光雷达到目标的距离的预设的误差范围而确定。

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