CN115453548A - 激光雷达的探测方法和激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请适用于激光雷达技术领域，提供了一种激光雷达的探测方法和激光雷达。其中，激光雷达包括发射器和采集器，以及与发射器和采集器连接的控制与处理电路；发射器用于向目标探测区域发射脉冲光束，目标探测区域包括多个子区域；采集器用于对被目标探测区域中的目标反射的脉冲光束进行采集；控制与处理电路用于同步控制发射器和采集器，并计算脉冲光束从发射到被采集器采集的飞行时间以获取目标的距离，其中，发射器被配置为向多个子区域中的每个子区域发射的脉冲光束至少部分不同，以使激光雷达对不同子区域具有不同的探测能力和探测精度。本申请的实施例可以实现分区探测，提高雷达探测的场景适配性。

Description

激光雷达的探测方法和激光雷达

技术领域

本申请属于激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达的探测方法和激光雷达。

背景技术

现代车辆(如汽车、卡车、摩托车等)常包括多个系统，例如自动驾驶系统、驾驶员辅助系统(Advanced Driver Assistance System，ADAS)等，这些系统能够向驾驶员或操作员提供信息，并且，能够半自动或全自动地控制车辆，实现各种功能。驾驶员辅助系统能够利用传感器采集车辆周围的环境数据，生成环境的模型，并基于此对环境中的变化做出反应。高精度传感器的发展不断推进驾驶员辅助系统的应用。

激光雷达作为自动驾驶系统、驾驶员辅助系统等系统采集环境数据的一个重要传感器，其原理是通过发射脉冲光束和检测反射光信号，以计算脉冲光束从发射到被采集的飞行时间来计算目标的距离。实际应用中，使用激光雷达检测物体时，物体在激光雷达的探测区域内出现的区域往往是一定的，激光雷达的探测区域通常能够完全覆盖物体常出现的区域，而若物体仅出现在探测区域内的部分区域，则投射到其他不存在物体区域的光信号存在浪费，例如将激光雷达放在车辆前端用于检测车辆前方的障碍物时，障碍物仅会出现在地面上，而射向高处天空中的脉冲光束很大程度上是被浪费的。另一方面，物体的种类繁多，它们因具有不同的反射率而反射的光信号不同，为了保证探测的精度，对于低反射率的物体需要提高发射光束的光强度，而对于高反射率的物体，则可适当降低发射光束的光强度。因此，需要对探测方式进行合理的设计，解决上述技术问题。

发明内容

本申请实施例提供一种激光雷达的探测方法和激光雷达，可以提高激光雷达探测的场景适配性。

本申请实施例第一方面提供一种激光雷达，包括发射器、采集器，以及与所述发射器和所述采集器分别连接的控制与处理电路；所述发射器用于向目标探测区域发射脉冲光束，所述目标探测区域包括多个子区域；所述采集器用于对被所述目标探测区域中的目标反射的所述脉冲光束进行采集；所述控制与处理电路用于同步控制所述发射器和所述采集器，并计算所述脉冲光束从发射到被所述采集器采集的飞行时间以获取所述目标的距离；其中，所述发射器被配置为向所述多个子区域中的每个子区域发射的脉冲光束至少部分不同，以使所述激光雷达对不同子区域具有不同的测距能力和探测精度。

在一些实施例中，所述发射器包括光源阵列，所述光源阵列发射的所述脉冲光束沿所述激光雷达的主光轴方向呈对称分布，配置所述光源阵列的面积以使得所述光源阵列发射的所述脉冲光束对应的发射视场覆盖所述目标探测区域。所述控制与处理电路用于控制所述发射器向所述多个子区域中的目标子区域发射脉冲光束；或者，所述控制与处理电路用于控制所述发射器向每个所述子区域发射脉冲光束，并配置发射至所述目标子区域的脉冲光束的激光参数与发射至所述多个子区域中的非目标子区域的脉冲光束的激光参数不同。

在一些实施例中，配置所述激光雷达的主光轴相对于安装平面倾斜设置，以使得所述激光雷达的探测视场在所述目标探测区域中沿预设方向偏移，以使得所述探测视场与所述多个子区域中的目标子区域相适配。所述控制与处理电路还用于控制所述发射器向所述目标探测区域发射脉冲光束时，调控发射至所述目标探测区域中的中心区域的脉冲光束的激光参数以进行测距性能补偿，其中，所述中心区域对应一个或多个所述子区域。

在一些实施例中，所述发射器包括发射光学元件和光源阵列；配置所述发射光学元件的像高以使所述激光雷达的理论探测区域覆盖所述目标探测区域；配置所述光源阵列的中心与所述发射光学元件的主光轴偏移，以使所述光源阵列发射的脉冲光束投射到所述目标探测区域中的部分所述子区域。

在一些实施例中，所述多个子区域沿预设方向非重叠分布，所述发射器包括光源阵列，所述光源阵列包括与所述多个子区域中每个子区域一一对应的子光源阵列；所述控制与处理电路用于控制每个所述子光源阵列向对应的子区域发射脉冲光束，其中，至少部分所述子光源阵列发射的脉冲光束的激光参数不同。

在一些实施例中，所述目标探测区域包括多个探测单元区，每个所述子区域包括至少一个所述探测单元区；所述发射器包括光源阵列，所述光源阵列包括与每个所述探测单元区一一对应的子光源阵列；所述控制与处理电路控制所述子区域包含的所有探测单元区对应的子光源阵列同时开启，并配置每个所述子区域对应的所有子光源阵列发射的激光脉冲的激光参数相同。所述控制与处理电路还用于根据当前所述目标所在的子区域，判断所述目标在下一个探测时刻所在的目标子区域，并控制所述发射器在所述下一个探测时刻向目标所在的目标子区域发射脉冲光束。

本申请实施例第二方面提供的一种激光雷达的探测方法，包括：向目标探测区域发射脉冲光束，所述目标探测区域包括多个子区域，且发射至所述多个子区域中的每个子区域的脉冲光束至少部分不同；对被所述目标探测区域中的目标反射的所述脉冲光束进行采集；计算所述脉冲光束从发射到被采集的飞行时间以获取所述目标的距离，以使所述激光雷达对不同子区域具有不同的探测精度。

在本申请的实施方式中，通过向目标探测区域发射脉冲光束，然后对被目标探测区域中的目标反射的脉冲光束进行采集，并计算脉冲光束从发射到被采集器采集的飞行时间以获取目标的距离，其中，发射器发射至目标探测区域中的每个子区域的脉冲光束至少部分不同，能够实现分区探测，可对感兴趣区域和非感兴趣区域进行不同探测精度的探测，或者基于反射率的需要对不同区域进行不同探测精度的探测，又或者，基于对中心视场和边缘视场的不同测距要求，对中心时长对应的子区域和边缘视场对应的子区域进行不同探测精度的探测，提高了雷达探测的场景适配性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的激光雷达的探测示意图一；

图3是本申请实施例提供的激光雷达的探测示意图二；

图4是本申请实施例提供的激光雷达的探测示意图三；

图5a和图5b分别是目标探测区域的划分示意图。

其中，图中各附图标记：1-激光雷达；11-发射器；12-采集器；110-光源阵列；120-像素阵列。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护。

激光雷达作为自动驾驶系统、驾驶员辅助系统等系统中采集环境数据的重要传感器，其原理是通过发射脉冲光束和检测反射光信号，以计算脉冲光束从发射到被采集的飞行时间来计算目标的距离。

实际应用中，使用激光雷达检测物体时，物体在目标探测区域内出现的区域往往是一定的，激光雷达向目标探测区域发射光信号对物体进行探测，而若物体仅出现在目标探测区域内的部分区域，则投射到其他不存在物体区域的光信号存在浪费，例如将激光雷达放在车辆前端用于检测车辆前方的障碍物时，障碍物仅会出现在地面上，一般集中于相对激光雷达的主主光轴方向以及主主光轴方向以下的范围内，而射向高处天空中的脉冲光束很大程度上是被浪费的。比如，激光雷达的发射器和采集器配置的垂直视场角为-20°到+20°，0°为激光雷达的主主光轴方向，而实际测量中，目标集中在-30°到+10°范围内，那么，将难以检测到位于-20°到-30°范围内的物体，同时发射至+10°到+20°之间的脉冲光束实际上是浪费的。另一方面，物体的种类繁多，它们具有不同的反射率，需要不同的脉冲光束，对于低反射率的物体需要提高发射光束的光强度，而对于高反射率的物体，则可适当降低发射光束的光强度。因此，需要对探测方式进行合理的设计，解决上述技术问题。

为了说明本申请的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本申请提供的激光雷达1的示意图。激光雷达1也称为距离测量系统，包括发射器11、采集器12以及控制与处理电路(未图示)。发射器11包括由一个或多个发光元件(如激光器)组成的光源阵列110，用于向目标探测区域发射脉冲光束，至少部分脉冲光束经过目标的反射，形成反射光束入射到采集器12。采集器12可以包括由多个像素组成的像素阵列120，用于对被目标探测区域中的目标反射的脉冲光束进行采集，以对反射光信号进行处理，输出光子信号。控制与处理电路可以通过触发信号同步控制发射器11与采集器12，处理光子信号计算出脉冲光束从发射到被采集的飞行时间以获取目标的距离。

在本申请的具体实施方式中，发射器11可以包括发射芯片、发射光学元件以及驱动器等，发射芯片可以为垂直腔面发射激光器(vertical cavitysurface emittinglaser，VCSEL)阵列光源芯片。在一个实施例中，光源阵列110是在单块半导体基底上生成多个VCSEL光源形成的VCSEL阵列光源芯片。其中，光源阵列110可以在控制与处理电路的控制下以一定频率(脉冲周期)向外发射脉冲光束，脉冲光束经过发射光学元件投射到探测视场内形成照明斑点，其中，频率可根据测量距离进行设定。发射光学元件可以是一片或多片透镜、衍射光学元件(Diffractive Optical Element，DOE)、反射镜、振镜、微透镜阵列等元件中的一个或多个。

采集器12可以包括接收芯片，优选地，接收芯片可以为像素阵列120。采集器12还包括过滤单元和接收光学元件等。入射至采集器12的光束通过过滤单元和接收光学元件成像于像素阵列120上。像素阵列120可包括多个采集光子的像素，每个像素可以是雪崩光电二极管(Avalanche Photon Diode，APD)、单光子雪崩二极管(Single Photon AvalancheDiode，SPAD)、硅光电倍增管(Silicon photomultiplier，SiPM)等采集光子的单光子器件中的一种，像素阵列120采集到光子的情况被视为光子检测事件发生并输出光子信号。在本申请的一些实施方式中，像素阵列120是由多个SPAD组成的，SPAD可以对入射的单个光子进行响应并输出指示所接收光子在每个SPAD处相应到达时间的光子信号。一般地，激光雷达1还可以包括与像素阵列120连接的信号放大器、时数转换器(Time to Digital Convertor，TDC)、模数转换器ADC(Analog-to-digitalconverter，ADC)等器件中的一种或多种组成的读出电路(图中未示出)。读出电路既可以与像素整合在一起，作为采集器12的一部分，也可以作为控制与处理电路的一部分，为了便于说明，下文中统一将读出电路作为控制与处理电路的一部分。

在本申请的一些实施方式中，读出电路可以包括TDC电路和直方图电路。具体的，TDC电路用于记录光子从发射到被采集的飞行时间并生成时间信号(例如，时间码)，时间信号输入直方图电路中以寻找到直方图电路中对应的存储单元(时间bin)，并使得该时间bin内的光子计数值加1。当向目标点重复发射多次脉冲光束后(脉冲数量)，多次探测的时间信号输入直方图电路相应的时间bin并存储以使直方图电路生成包含脉冲对应飞行时间的直方图。

相应的，控制与处理电路可接收前述直方图并对直方图进行滤波、插值等处理，进而计算出脉冲光束从发射到被采集的飞行时间，并进一步计算出目标的距离信息。其中，根据直方图计算飞行时间的方法包括寻峰法、质心法等等。目标与测距系统之间的距离d可被估算为d＝(c×Δt)/2，其中，c表示光速，Δt为飞行时间。

在本申请的一些实施方式中，光源阵列110和像素阵列120分别设置在发射芯片和接收芯片的有源区，发射芯片和接收芯片分别设置在发射光学元件和接收光学元件的焦点上。光源阵列110发射的脉冲光束经过发射光学元件投射到目标探测区域，被目标探测区域中的目标反射的光束经过接收光学元件成像到像素阵列120上。

应理解，光源阵列110中可包含多个发光元件，每个发光元件发射的脉冲光束可以投射到目标探测区域的指定空间角度，经过反射后成像到像素阵列120上对应的像素上以形成一个探测通道。测量同一空间角度的光学元件和像素彼此之间对应设置，比如，一个发光元件和一个像素对应设置，以共同对空间区域一个空间角度进行测量。当然，由于发光元件发射光束投射到视场中的光斑尺寸往往大于像素的尺寸，也可以配置一个发光元件与多个像素对应设置，例如4个像素，此时，与一个发光元件对应的多个像素组成“宏像素”。

为了提高激光雷达1的环境适配性，本申请提出了一种激光雷达1，能够实现激光雷达1的分区探测。

具体的，激光雷达1的发射器11可以向目标探测区域发射脉冲光束。目标探测区域对应的空间区域为二维区域，目标探测区域沿激光雷达1的主光轴对称分布，且所覆盖的视场范围包括激光雷达1的探测视场，激光雷达1中沿主光轴出射的光束投射到目标探测区域的中心区域。激光雷达1的探测视场是发射器的投射视场，即激光雷达1实际的探测区域，可以是目标探测区域的部分或全部区域。例如，当感兴趣区域(目标探测区域中目标出现区域)对应的垂直视场角为-30°至+10°时，目标探测区域对应的垂直视场角可以为-30°至+30°(主光轴为0°方向)或包含-30°至+30°的更大的范围，而探测视场对应的垂直视场角可以为-30°至+30°、-30°至+10°，或者，包含-30°至+10°的其他范围。在一些具体的实施方式中，可以根据感兴趣区域对应的垂直视场角确定目标探测区域。比如，感兴趣区域对应的垂直视场角为-30°至+10°时，距离光轴(0°)方向较远一侧的目标垂直视场角为-30°，则可以将-30°至+30°作为目标探测区域。在一些具体的实施方式中，将目标探测区域划分为多个子区域，根据感兴趣区域可以将每个子区域分为目标子区域和非目标子区域，例如，感兴趣区域对应的垂直视场角为-30°至+10°时，则该范围内的所有子区域均为目标子区域，配置激光雷达的探测视场对应目标子区域。

由此，配置发射器11发射至目标探测区域中每个子区域的脉冲光束至少部分不同；采集器12可以对被目标探测区域中的目标反射的脉冲光束进行采集；控制与处理电路可以通过触发信号同步控制发射器11与采集器12，并基于输出光子信号计算脉冲光束从发射到被采集的飞行时间以获取目标的距离。由于发射器11发射至每个子区域的脉冲光束至少部分不同，因此，激光雷达1对不同的子区域具有不同的测距能力和探测精度。

也就是说，激光雷达1在探测不同子区域时，所使用的脉冲光束可以相同或不同而实现分区探测，可对感兴趣区域和非感兴趣区域进行不同探测精度的探测，或者，基于反射率的需要对不同区域进行不同探测精度的探测，又或者，基于对中心视场和边缘视场的不同测距要求，对中心视场对应的子区域和边缘视场对应的子区域进行不同探测精度的探测，因此，提高了雷达探测的场景适配性。

在一些实施例中，影响激光雷达探测精度的因素包括但不限于发射激光脉冲时配置的激光功率、脉冲数量、脉冲频率以及不同频率的脉冲等等。为了提高激光雷达的探测精度，可选择配置发射脉冲的激光功率增大；或者可以增加脉冲数量，根据激光雷达的探测原理，脉冲数量越多，探测精度越高；或者可以增大脉冲发射频率；或者可以发射具有不同频率的脉冲以选择多频测距的解算方法等等。以上激光参数配置可以只选其一也可以多种结合，在本申请并不做具体限制，可根据具体的情况具体设计。

下面以具体的实施例介绍本申请分区探测的具体实现方式。

实施例一：

请参考图2，在本申请的一些实施方式中，光源阵列110发射的脉冲光束沿激光雷达1的主光轴方向呈对称分布。此时，可以配置光源阵列110的面积增大以使得光源阵列110发射的脉冲光束对应的发射视场覆盖目标探测区域。具体的，可以通过模拟不断增加光源阵列110的面积，直至光源阵列110发射的脉冲光束对应的发射视场能够覆盖目标探测区域。例如，当感兴趣区域的垂直视场角为-30°至+10°时，则定义目标探测区域为-30°至+30°，通过配置光源阵列的面积使得脉冲光束的发射视场增大，进而增大了激光雷达1的探测视场，使得激光雷达1的探测视场对应的垂直视场角增加至-30°到+30°，即雷达实际的探测范围覆盖了目标探测区域。

相应的，由于感兴趣区域仅为目标探测区域中的部分区域，目标探测区域被分为多个子区域，则将感兴趣区域对应的子区域定义为目标子区域，非感兴趣区域对应的子区域定义为非目标子区域。控制与处理电路可仅控制发射器11向感兴趣区域对应的多个子区域发射脉冲光束，即仅控制光源阵列中部分光源向目标子区域发射脉冲光束；或者，控制发射器向每个子区域发射脉冲光束时，并配置发射至目标子区域的脉冲光束的激光参数与发射至非目标子区域的脉冲光束的激光参数不同。发射脉冲光束的激光参数包括激光功率、脉冲数量、脉冲频率、脉冲种类等其中一个或多个。

具体的，控制与处理电路可向发射器11发送第一调制信号，第一调制信号可用于调控目标子区域和/或非目标子区域对应的光学元件发射脉冲光束的激光功率，以使发射至目标子区域的脉冲光束光强度更高，或者，发射至非目标子区域脉冲光束光强度更低。也可用于调控目标子区域对应的光学元件发光、非目标子区域对应的光学元件不发光，进而，激光雷达1对感兴趣区域的探测精度提高。例如，激光雷达1的垂直视场角增加至-30°到+30°之后，可以调控垂直视场角-30°至+10°对应的光学元件发光，调控垂直视场角+10°至+30°对应的光学元件不发光。应理解，接收芯片的面积也需要相应增加，以接收整个探测视场的反射光信号。

实施例二：

为了减少芯片面积，降低成本，实现激光雷达1的小型化设计，在本申请的另一些实施方式中，激光雷达1可以相对于安装平面倾斜设置，使得激光雷达1的探测视场在目标探测区域中沿预设方向发生偏移，且探测视场与所述多个子区域中的目标子区域相适配。在一个具体的实施方式中，使得激光雷达1的探测视场在目标探测区域中沿着垂直方向偏移。其中，当激光雷达1设置于汽车上时，即将激光雷达倾斜安装在汽车上，使得激光雷达的主光轴与地面非平行设置。例如，请参考图3，水平方向31(0°)与地面平行，倾斜设置后，发射器11发射脉冲光束的视场角和采集器12采集反射光束的视场角整体沿着垂直方向向下偏移，激光雷达1的主光轴与水平方向31存在夹角，这样，激光雷达1的探测视场在目标探测区域中发生偏移。例如图3中，探测视场沿水平方向31呈非对称分布，若激光雷达1的垂直视场角为-20°至+20°，则变为-30°至10°，而这部分区域正是激光雷达1安装于汽车时需探测的感兴趣区域，即将激光雷达偏移设置使得激光雷达的探测视场与目标子区域相适配，这样在设计发射和接收芯片的面积大小时，对应的预设探测视场为-20°至+20°，则不需要设计较大的面积即可满足探测需求，相比于实施例1，此时激光雷达的探测视场部分覆盖目标探测视场。需要说明的是，图3为主光轴向地面偏移(即向下倾斜)的示意图，实际应用中也可以向地面的反方向(即向上)偏移。

由于激光雷达1的主光轴处出射的脉冲光束的光强度相对其他角度出射的脉冲光束更高，而通过将激光雷达倾斜设置使得目标探测区域的中心区域不再位于激光雷达1的主光轴上，因此，这种倾斜设置方式会导致中心区域处的测距性能有所损失。为了补偿测距性能的损失，控制与处理电路还用于控制发射器11中向目标探测区域发射脉冲光束时，调控发射至所述目标探测区域中的中心区域的脉冲光束的激光参数以进行测距性能补偿。具体的，可以增大激光功率、脉冲数量、脉冲频率以及发射不同频率的脉冲进行多频测距等方式，即通过提升中心区域处的探测精度进行测距性能补偿。

具体的，以图3为例继续说明，在本实施例中，激光雷达1的主光轴沿着垂直方向向下倾斜，则需要补偿的中心区域指的是垂直方向上0度角度附近的区域，例如可以指垂直视场角为-5°到+5°的区域，中心区域可以对应一个或多个目标子区域。则为了补偿测距性能损失，可以配置向该子区域发射脉冲光束的光学元件发射的激光功率的大于功率阈值，和/或，脉冲数量大于阈值，或者，采用两种不同频率的脉冲发射从而保证距离唯一性。即，对于这个目标子区域内的探测采用更高精度的探测方式，以保证中心区域与探测视场内其他子区域的探测精度相同。同时，也有利于激光雷达1和其他雷达的多传感器融合。比如驾驶辅助系统需要将激光雷达1采集的测距信息和相机采集的图像进行融合，假设相机的主光轴方向同样为水平方向31，那么，对于相机所拍摄的图像中心，因为水平方向31的测距性能提高了，图像中心对应的来自激光雷达1的测距信息精度比较高，进行多传感器融合时，信息也更容易匹配。

实施例三：

一般地，例如实施例二，发射器11内的发射光学元件和光源阵列110同轴设计，发射光学元件的光轴、光源阵列110的中心和整个激光雷达1的主光轴同轴。而在本申请的另一些实施方式中，发射器11的光源阵列110的中心与发射光学元件的光轴可以偏移设置，以使探测视场沿发射光学元件的光轴呈非对称分布，即探测视场相对激光雷达1的主光轴呈非对称分布。

为了使探测视场覆盖感兴趣区域，一些实施方式中，发射光学元件的像高根据目标探测区域设计以使得激光雷达1的理论探测区域将覆盖目标探测区域，其中，像高是镜头能成像的高度。然后通过配置光源阵列相对发射光学元件的光轴偏移，可以使激光雷达1探测视场也在目标探测视场中发生偏移，仅投射到目标探测视场中的感兴趣区域，此时即可根据感兴趣区域的大小设计光源阵列的面积。在实际应用中，也可以偏移设置后再调整镜头设计使像高增加，以使发射光学元件成像的垂直视场角增加，当然，如果偏移设置后激光雷达1的理论探测区域已经覆盖目标探测区域，那么可以不对像高进行调整。

但是，光源阵列110的面积并未增加，实际能够投射的垂直视场角范围大小并未改变。比如，请参考图4，随着像高的增加，发射光学元件成像的垂直视场角由-20°至+20°增加至-30°至+30°(目标探测区域)。而感兴趣区域本身位于-30°至+10°，则可配置光源阵列110的面积能支持40°的垂直视场角范围。因此，将光源阵列110的中心与发射光学元件的光轴偏移设置，这时，光源阵列110发射的脉冲光束可以覆盖-30°至+10°的区域，实际的探测视场也即-30°至+10°的区域，沿发射光学元件的光轴呈非对称分布。

应理解，光源阵列110的中心可以向与发射光学元件的光轴垂直、且与探测视场中目标子区域与激光雷达1的主光轴的相对方向的相反方向偏移。也就是说，如果感兴趣区域在发射光学元件的光轴的下方，那么光源阵列110的中心就应该沿着光轴垂直方向向上移动，因为小孔成像原理，发射芯片的布局与目标视场是反的。

应理解，采集器12中接收光学元件的像高需要相应增加，像素阵列120的中心也应与接收光学元件的光轴偏移设置，以采集探测视场内的发射光信号，且像素阵列120的偏移方向与光源阵列110的偏移方向相同。

实施例四：

在前述实施例中，主要将目标探测区域划分为目标子区域和非目标子区域，配置光源阵列发射的脉冲投射到目标子区域。在本申请的另一些实施方式中，还可以通过调控每个子区域中脉冲光束的激光参数，以实现对不同子区域的动态调控。具体的，将目标探测区域沿预设方向划分为多个非重叠分布的子区域，光源阵列110包括与多个子区域中每个子区域一一对应的子光源阵列。例如，如图5a所示，可以沿目标探测区域的垂直方向将目标探测区域分为多个子区域，如501。相应的，光源阵列110也相应的分为多个子光源阵列。

此时，控制与处理电路可用于控制发射器11中不同的子光源阵列向对应的子区域发射脉冲光束，并调控至少部分子光源阵列发射的脉冲光束的激光参数不同，进而激光雷达1对不同子区域具有不同的探测精度。具体的，配置的激光参数包括激光功率、脉冲数量、脉冲频率以及不同频率的脉冲中的一种或多种。

例如，探测视场对应的垂直视场角为-20°到+20°的区域，则沿垂直方向上将每10°分为一个子区域，得到-20°至-10°、-10°至0°、0°至+10°以及+10°至+20°四个子区域。此时，考虑到投射到天空的光束存在浪费的情况，对+10°至+20°子区域的脉冲发射次数和峰值功率可以降低，仅发射一种频率的脉冲光束，且脉冲频率可以降低；对-20°至-10°、-10°至0°，以及0°至+10°子区域的T脉冲发射次数和峰值功率可以提高，发射两种频率的脉冲光束，且脉冲频率增加。考虑到目标集中在中心视场，也可以降低-20°至-10°、+10°至+20°子区域的脉冲发射次数和峰值功率，并采用单频发射的算法；提高-10°至0°、0°至+10°子区域脉冲发射次数和峰值功率，并采用双频解距的算法，这样，使得发射到子区域中的脉冲光束的激光参数不相同，以提高部分子区域(感兴趣区域)的探测精度。

可以理解的是，当对光源阵列110做不同调制时，相对应的采集器12也会作相应的配置。对不同子区域对应的发光元件和像素进行不同类型的调制解调，则可以实现对不同子区域适应性测量。

实施例五：

可以理解的是，在前述的实施例中，主要将目标探测区域按照一个方向进行划分，比如垂直方向，还可能对多个子区域具有不同的探测需求，例如中心区域测距要求高、边缘区域测距要求低，由此提出一种不沿某一方向的分区动态调控的方案。在本申请的另一些实施方式中，目标探测区域可以包括多个探测单元区，每个子区域包括至少一个探测单元区。光源阵列110包括与每个探测单元区一一对应的子光源阵列。控制与处理电路控制每个子区域内全部探测单元区对应的子光源阵列同时开启，并且每个子区域对应的所有子光源阵列发射的激光脉冲的激光参数相同，而不同的子区域内的激光脉冲的脉冲参数不相同，具体的，根据对每个子区域的探测精度决定。

也就是说，子区域不是直接沿某个方向为基准进行划分得到的，而是直接将目标探测区域划分为多个探测单元区，由任意的一个或多个单元区组合成一个子区域。可以理解的是，在本申请的实施例中，子区域的大小、位置均不固定，可根据具体的测量要求进行调整，比如有的子区域可以仅包括一个探测单元区，有的子区域可以包括三个探测单元区；同一个子区域内的探测单元区在空间内可以相邻或不相邻。图5b示出了一种子区域的划分示意图，其中，每个小格为一个探测单元区502，斜线、交叉线以及空白填充分别表示一个子区域，如503。进而，这些探测单元区对应的子光源阵列可以同时开启，以对对应的子区域进行探测。

相应的，控制与处理电路还可以控制发射器11通过不同的子光源阵列向对应的子区域发射脉冲光束，并调控发射至子区域的脉冲光束的激光参数不同，以使得对不同的子区域获得不同的探测精度。激光参数的配置同上。

可以理解的是，当对光源阵列110做不同调制时，相对应的采集器12也会作相应的配置。对不同子区域对应的发光元件和像素进行不同类型的调制解调，则可以实现对不同子区域适应性测量。

通过子区域动态划分，激光雷达还可以根据目标移动、探测场景做动态调整。具体的，控制与处理电路还用于根据当前目标所在的子区域，判断目标在下一个探测时刻所在的目标子区域，并控制发射器11在下一个探测时刻向对应的目标子区域发射脉冲光束。具体的，激光雷达1可以基于当前目标所在的子区域，以及前一探测时刻目标所在的子区域，确定目标的移动速度和移动方向，进而预估下一探测时刻的目标子区域。可以理解的是，一般情况下，下一时刻的目标子区域与上一时刻的目标子区域对应的探测单元区数量相同，仅沿着一定的方向发射偏移。

进一步的，本申请还提供一种激光雷达的探测方法，包括：

向目标探测区域发射脉冲光束，目标探测区域包括多个子区域，且发射至多个子区域中的每个子区域的脉冲光束至少部分不同；

对被目标探测区域中的目标反射的脉冲光束进行采集；

计算脉冲光束从发射到被采集的飞行时间以获取目标的距离，以使激光雷达对不同子区域具有不同的探测精度。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为根据本申请，某些步骤可以采用其它顺序进行。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对各个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括发射器、采集器，以及与所述发射器和所述采集器分别连接的控制与处理电路；

所述发射器用于向目标探测区域发射脉冲光束，所述目标探测区域包括多个子区域；

所述采集器用于对被所述目标探测区域中的目标反射的所述脉冲光束进行采集；

所述控制与处理电路用于同步控制所述发射器和所述采集器，并计算所述脉冲光束从发射到被所述采集器采集的飞行时间以获取所述目标的距离；

其中，所述发射器被配置为向所述多个子区域中的每个子区域发射的脉冲光束至少部分不同，以使所述激光雷达对不同子区域具有不同的测距能力和探测精度。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射器包括光源阵列，所述光源阵列发射的所述脉冲光束沿所述激光雷达的主光轴方向呈对称分布，配置所述光源阵列的面积以使得所述光源阵列发射的所述脉冲光束对应的发射视场覆盖所述目标探测区域。

3.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述控制与处理电路用于控制所述发射器向所述多个子区域中的目标子区域发射脉冲光束；

或者，所述控制与处理电路用于控制所述发射器向每个所述子区域发射脉冲光束，并配置发射至所述目标子区域的脉冲光束的激光参数与发射至所述多个子区域中的非目标子区域的脉冲光束的激光参数不同。

4.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，配置所述激光雷达的主光轴相对于安装平面倾斜设置，以使得所述激光雷达的探测视场在所述目标探测区域中沿预设方向偏移，且所述探测视场与所述多个子区域中的目标子区域相适配。

5.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述控制与处理电路还用于控制所述发射器向所述目标探测区域发射脉冲光束时，调控发射至所述目标探测区域中的中心区域的脉冲光束的激光参数以进行测距性能补偿，其中，所述中心区域对应一个或多个所述子区域。

6.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射器包括发射光学元件和光源阵列；

配置所述发射光学元件的像高以使所述激光雷达的理论探测区域覆盖所述目标探测区域；

配置所述光源阵列的中心与所述发射光学元件的光轴偏移，以使所述光源阵列发射的脉冲光束投射到所述目标探测区域中的部分所述子区域。

7.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述多个子区域沿预设方向非重叠分布，所述发射器包括光源阵列，所述光源阵列包括与所述多个子区域中每个子区域一一对应的子光源阵列；

所述控制与处理电路用于控制每个所述子光源阵列向对应的子区域发射脉冲光束，其中，至少部分所述子光源阵列发射的脉冲光束的激光参数不同。

8.如权利要求1至7任意一项所述的激光雷达，其特征在于，所述目标探测区域包括多个探测单元区，每个所述子区域包括至少一个所述探测单元区；

所述发射器包括光源阵列，所述光源阵列包括与每个所述探测单元区一一对应的子光源阵列；

所述控制与处理电路控制所述子区域包含的所有探测单元区对应的子光源阵列同时开启，并配置每个所述子区域对应的所有子光源阵列发射的激光脉冲的激光参数相同。

9.如权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，

所述控制与处理电路还用于根据当前所述目标所在的子区域，判断所述目标在下一个探测时刻所在的目标子区域，并控制所述发射器在所述下一个探测时刻向目标所在的目标子区域发射脉冲光束。

10.一种激光雷达的探测方法，其特征在于，所述探测方法包括：

向目标探测区域发射脉冲光束，所述目标探测区域包括多个子区域，且发射至所述多个子区域中的每个子区域的脉冲光束至少部分不同；

对被所述目标探测区域中的目标反射的所述脉冲光束进行采集；

计算所述脉冲光束从发射到被采集的飞行时间以获取所述目标的距离，以使所述激光雷达对不同子区域具有不同的探测精度。

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