CN115453571A - 激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，包括：建立预设距离D_set和预设反射率R_set；激光雷达发出光线对目标物体进行探测，获得目标物体的反射率r以及目标物体与激光雷达之间的距离d；若距离d小于预设距离D_set，则判断该目标物体为近距离物体；若反射率r大于预设反射率R_set，则判断该目标物体为高反物体；获取被识别为近距离高反物体所在的方位，将激光雷达在该方位发出的光功率调低；或者，获取被识别为近距离高反物体的探测数据，通过算法对探测数据进行调整后输出近距离高反物体的真实数据。本发明能够改善近距离高反物体出现膨胀的问题，从而提高激光雷达探测数据的精度，为车辆自动驾驶提供更好的支持。

Description

激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法。

背景技术

目前，自动驾驶技术已成为研究热点，激光雷达是自动驾驶技术中不可或缺的探测设备。车载激光雷达不仅需要能够远距离探测，以预留给司机较多的反应时间，也需要在近距离探测具有更好的精度，但是，这两个诉求在技术处理上经常会存在矛盾。

为提高激光雷达的极限探测距离，通常会选择更高功率的激光器、更大的增益设定、更灵敏的器件，这就会导致激光雷达在探测近距离高反物体时容易出现物体膨胀现象(即探测得到的物体尺寸大于物体真实尺寸)。

出现高反膨胀的原因可能是由以下因素导致的：(1)激光投影到物体上的点实际上是根据发散角与光斑初射尺寸扩散出来的面；(2)由于光学准直精密度较高，难度较大，光斑通常相对理想光斑尺寸有所扩散，导致光斑相对于理论尺寸较大；(3)当激光遇到高反物体时，返回光能量较强，很弱的光也易于被探测器探测。以上原因会导致投射到物体边缘的光斑被探测器探测，被当做真实物体输出，使探测物相对实际尺寸膨胀(如图1所示)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决激光雷达探测近距离高反物体时容易出现数据膨胀的技术问题。本发明提供一种激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，能够改善近距离高反物体的膨胀现象，从而提高雷达探测的精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：以激光雷达所在位置为基准点，建立预设距离D_set和预设反射率R_set；

步骤S2：所述激光雷达发出光线对目标物体进行探测，获得目标物体的反射率r以及目标物体与激光雷达之间的距离d；

步骤S3：若距离d小于预设距离D_set，则判断该目标物体为近距离物体；若反射率r大于预设反射率R_set，则判断该目标物体为高反物体；

步骤S4：获取被识别为近距离高反物体所在的方位，将激光雷达在该方位发出的光功率调低；或者，

获取被识别为近距离高反物体的探测数据，通过算法对所述探测数据进行调整后输出近距离高反物体的真实数据。

进一步的，步骤S4中，获取被识别为近距离高反物体所在的方位，将激光雷达在该方位发出的光功率调低，具体包括：

根据所述近距离高反物体的实时数据，得到近距离高反物体所在的水平角度和竖直角度；所述激光雷达根据所述水平角度和竖直角度，调整激光雷达内部在此角度下的激光器的出光功率。

进一步的，当所述激光雷达内部设有多个激光器，且多个激光器覆盖同一方位时，若激光雷达识别到该方位存在近距离高反物体，则激光雷达关闭该方位上的部分激光器以降低出光功率。

进一步的，随着激光雷达的移动，激光雷达对目标物体的距离d和反射率r进行实时判断，当发现近距离高反物体时，实时调整对应方位的激光器的出光功率。

进一步的，若所述激光雷达在下一时刻的同一方位未探测到近距离高反物体或无返回点，则将该方位对应的激光器的出光功率自动调整至最大。

进一步的，获取在预设距离D_set和预设反射率R_set内，不同距离、不同反射率在90％探测率时的光功率曲线，并将所述光功率曲线输入激光雷达内部，所述激光雷达能够根据光功率曲线对激光器的出光功率进行实时调整。

进一步的，步骤S4中，获取被识别为近距离高反物体的探测数据，通过算法对所述探测数据进行调整后输出近距离高反物体的真实数据，具体包括：

激光雷达读取近距离高反物体的探测数据，将探测数据中的任意数据点X和与数据点X邻近的数据点Y_n进行比较，计算出数据点A与所有的数据点Y_n之间的距离差值和反射率差值；其中，Y_n指X附近的n个数据点，n＞1；

根据距离差值和反射率差值识别数据点X是否未膨胀点，若是，则将膨胀点删除；若否，则保留数据点X。

进一步的，若数据点X与其左侧、右侧的数据点Y_n之间的距离差值均在激光雷达本身精度数据的波动范围内，且数据点X与其左侧的数据点Y_n之间的反射率差值超出允许范围，与其右侧的数据点Y_n之间的反射率差值在允许范围内，则判定该数据点X为边缘点，保留该数据点X。

进一步的，若数据点X与其左侧、右侧的数据点Y_n之间的距离差值均在激光雷达本身精度数据的波动范围内，且数据点X与其左侧、右侧的数据点Y_n之间的反射率差值均超出允许范围，则判定该数据点X为膨胀点，删除该数据点X。

进一步的，还包括：激光雷达读取近距离高反物体的探测数据，将探测数据中的任意数据点X和与数据点X邻近的数据点Y_n进行比较，计算出数据点X与所有的数据点Y_n之间的回波脉宽值；

根据回波脉宽值识别数据点X是否未膨胀点，若是，则将膨胀点删除；若否，则保留数据点X。

本发明的有益效果是，本发明的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，通过调整光功率或数据处理的方式，可以改善近距离高反物体出现膨胀的问题，从而提高激光雷达探测数据的精度，为车辆自动驾驶提供更好的支持。这样，既能够满足激光雷达对远距离探测的需求，也不会降低对近距离物体探测的精度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是高反物体膨胀的示意图。

图2是本发明的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法的流程图。

图3是本发明的激光雷达出光功率调整的流程图。

图4是本发明的水平角度和竖直角度的示意图。

图5是本发明的探测数据处理的流程图。

图6是本发明的激光雷达回波脉宽的示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

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”、“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，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图2所示，本发明的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，包括以下步骤：

步骤S1：以激光雷达所在位置为基准点，建立预设距离D_set和预设反射率R_set。

步骤S2：激光雷达发出光线对目标物体进行探测，获得目标物体的反射率r以及目标物体与激光雷达之间的距离d。

步骤S3：若距离d小于预设距离D_set，则判断该目标物体为近距离物体；若反射率r大于预设反射率R_set，则判断该目标物体为高反物体。

步骤S4：获取被识别为近距离高反物体所在的方位，将激光雷达在该方位发出的光功率调低；或者，获取被识别为近距离高反物体的探测数据，通过算法对探测数据进行调整后输出近距离高反物体的真实数据。

也就是说，本发明通过激光雷达对目标物体的距离和反射率进行实时测量，识别出在激光雷达探测范围内是否存在近距离高反物体，如果存在，则通过调控光功率或算法处理的方式，提高对近距离高反物体的探测精度，从而改善高反膨胀的问题。

本发明改善高反膨胀问题主要是通过物理调整和算法调整两种方式。在实际应用中可以选取任意一种方式，当然，也不限于此，还可以通过优化激光雷达偏压调整、系统增益机制调整等方式来改善高反膨胀的问题。

例如图3和图4所示，步骤S4中，获取被识别为近距离高反物体所在的方位，将激光雷达在该方位发出的光功率调低，具体包括：根据近距离高反物体的实时数据，得到近距离高反物体所在的水平角度和竖直角度；激光雷达根据水平角度和竖直角度，调整激光雷达内部在此角度下(包含水平角度和竖直角度)的激光器的出光功率。

需要说明的是，激光雷达是以发射激光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。激光雷达的工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作处理后，就可获得目标的有关信息(例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数)。激光雷达一般是由激光器、光学接收器件、扫描系统和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光学接收器件再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到信息处理系统。

近距离高反物体出现膨胀的主要原因是返回光能量过强，因此，可以通过降低激光器对高反物体的发射光功率来改善膨胀的现象。根据激光雷达实时的探测数据，可以得到目标物体的距离d和反射率r，将距离d与预设距离_Dset比较可以识别出是否为近距离物体，如果是，则判断该目标物体的反射率r是否超过预设反射率R_set，如果是，则激光雷达识别出该目标物体所在的方位，得到该目标物体相对于激光雷达的水平角度α和竖直角度β，激光雷达根据水平角度α和竖直角度β来调整在这两个角度上的激光器的发光功率，使得对该目标物体的发射光功率降低。

当激光雷达内部设有多个激光器，且多个激光器覆盖同一方位时，若激光雷达识别到该方位存在近距离高反物体，则激光雷达关闭该方位上的部分激光器以降低出光功率。也就是说，激光雷达内部的激光器数量可以多个，当多个激光器的发射角度均对应同一方位区域时，激光雷达可以通过关闭部分激光器来降低发光功率。随着激光雷达的移动，激光雷达对目标物体的距离d和反射率r进行实时判断，当发现近距离高反物体时，实时调整对应方位的激光器的出光功率。本发明通过对近距离高反物体所在方位的出光功率进行自适应调节，激光雷达本身探测距离不受影响，还能改善高反膨胀的现象，从而提高激光雷达对近距离物体的探测精度。需要说明的是，激光雷达是实时在探测的，在当前时刻探测到近距离高反物体而降低激光器的发射功率后，若激光雷达在下一时刻的同一方位未探测到近距离高反物体或无返回点，则将该方位对应的激光器的出光功率自动调整至最大。这样，根据实时情况对激光器的发射光功率进行调整，可以保证激光雷达在移动过程中保持探测精度。

例如，还可以获取在预设距离D_set和预设反射率R_set内，不同距离、不同反射率在90％探测率时的光功率曲线，并将光功率曲线输入激光雷达内部，激光雷达能够根据光功率曲线对激光器的出光功率进行实时调整。探测率是指激光雷达探测到目标物体的概率。光功率曲线可以作为激光雷达调整光功率的依据。例如，激光雷达在距离d’上识别到目标物体，且其反射率为r’，则可以根据距离d’和反射率r’在光功率曲线上找到对应的光功率P，激光雷达将激光器的出光功率调整为该光功率P。这样，可以提高激光雷达的工作效率。本发明通过调整在不同情况下的出光功率或激光器工作数量，可以降低激光雷达的发射功率，不仅可以改善高反膨胀的现象，还能有利于激光雷达自身的散热，提高激光雷达的使用寿命。

例如图5和图6所示，步骤S4中，获取被识别为近距离高反物体的探测数据，通过算法对探测数据进行调整后输出近距离高反物体的真实数据，具体包括：激光雷达读取近距离高反物体的探测数据，将探测数据中的任意数据点X和与数据点X邻近的数据点Y_n(其中，Y_n指X附近的n个数据点，n＞1)进行比较，计算出数据点A与所有的数据点Y_n之间的距离差值和反射率差值。根据距离差值和反射率差值识别数据点X是否未膨胀点，若是，则将膨胀点删除；若否，则保留数据点X。

也就是说，激光雷达将探测到的近距离高反物体的探测数据识别为需要调整数据。探测数据包含多个数据点，首先在探测数据中任意选取一个数据点X，然后筛选出与数据点X邻近的所有数据点Y_n，将数据点X与数据点Y_n逐个进行比较，计算出数据点X与每个数据点Y_n之间的距离差值Δd_n和反射率差值Δr_n，根据距离差值Δd_n和反射率差值Δr_n识别数据点X是否未膨胀点，若是，则将膨胀点删除；若否，则保留数据点X。

对于邻近数据点的范围可以提前通过训练得到。例如，在数据点X半径L的范围内的数据点均认为是邻近点。

具体的，若数据点X与其左侧、右侧的数据点Y_n之间的距离差值均在激光雷达本身精度数据的波动范围内，且数据点X与其左侧的数据点Y_n之间的反射率差值超出允许范围，与其右侧的数据点Y_n之间的反射率差值在允许范围内，则判定该数据点X为边缘点，保留该数据点X。需要说明的是，该判定方式针对位于目标物体中心线左侧的数据点。若是中心线右侧的数据点，则数据点X与其右侧的数据点Y_n之间的反射率差值超出允许范围，与其左侧的数据点Y_n之间的反射率差值在允许范围内，则判定该数据点X为边缘点，保留该数据点X。

若数据点X与其左侧、右侧的数据点Y_n之间的距离差值均在激光雷达本身精度数据的波动范围内，且数据点X与其左侧、右侧的数据点Y_n之间的反射率差值均超出允许范围，则判定该数据点X为膨胀点，删除该数据点X。删除膨胀点后，在该数据点的位置识别第二重回波作为真实数据输出，防止雷达视场内出现空洞，影响视场判断。

本方法还包括：激光雷达读取近距离高反物体的探测数据，将探测数据中的任意数据点X和与数据点X邻近的数据点Y_n进行比较，计算出数据点X与所有的数据点Y_n之间的回波脉宽值。根据回波脉宽值识别数据点X是否未膨胀点，若是，则将膨胀点删除；若否，则保留数据点X。如图所示，数据点B、C为数据点A的邻近点，数据点B的回波脉宽值小于数据点A的回波脉宽值，数据点C的回波脉宽值与数据点A的回波脉宽值基本相同，那么可以判定数据点B为膨胀点，可以删除。

当然，在实际应用时，也可以计算距离差值Δd_n、反射率差值Δr_n和回波脉宽值的极值、标准差等参数来作为判断的依据。

综上所述，本发明的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，通过调整光功率或数据处理的方式，可以改善近距离高反物体出现膨胀的问题，从而提高激光雷达探测数据的精度，为车辆自动驾驶提供更好的支持。这样，既能够满足激光雷达对远距离探测的需求，也不会降低对近距离物体探测的精度。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：以激光雷达所在位置为基准点，建立预设距离D_set和预设反射率R_set；

步骤S2：所述激光雷达发出光线对目标物体进行探测，获得目标物体的反射率r以及目标物体与激光雷达之间的距离d；

步骤S3：若距离d小于预设距离D_set，则判断该目标物体为近距离物体；若反射率r大于预设反射率R_set，则判断该目标物体为高反物体；

步骤S4：获取被识别为近距离高反物体所在的方位，将激光雷达在该方位发出的光功率调低；或者，

获取被识别为近距离高反物体的探测数据，通过算法对所述探测数据进行调整后输出近距离高反物体的真实数据。

2.如权利要求1所述的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，其特征在于，步骤S4中，获取被识别为近距离高反物体所在的方位，将激光雷达在该方位发出的光功率调低，具体包括：

根据所述近距离高反物体的实时数据，得到近距离高反物体所在的水平角度和竖直角度；所述激光雷达根据所述水平角度和竖直角度，调整激光雷达内部在此角度下的激光器的出光功率。

3.如权利要求2所述的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，其特征在于，当所述激光雷达内部设有多个激光器，且多个激光器覆盖同一方位时，若激光雷达识别到该方位存在近距离高反物体，则激光雷达关闭该方位上的部分激光器以降低出光功率。

4.如权利要求3所述的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，其特征在于，随着激光雷达的移动，激光雷达对目标物体的距离d和反射率r进行实时判断，当发现近距离高反物体时，实时调整对应方位的激光器的出光功率。

5.如权利要求4所述的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，其特征在于，若所述激光雷达在下一时刻的同一方位未探测到近距离高反物体，或无返回点，则将该方位对应的激光器的出光功率自动调整至最大。

6.如权利要求2所述的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，其特征在于，获取在预设距离D_set和预设反射率R_set内，不同距离、不同反射率在90％探测率时的光功率曲线，并将所述光功率曲线输入激光雷达内部，所述激光雷达能够根据光功率曲线对激光器的出光功率进行实时调整。

7.如权利要求1所述的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，其特征在于，步骤S4中，获取被识别为近距离高反物体的探测数据，通过算法对所述探测数据进行调整后输出近距离高反物体的真实数据，具体包括：

激光雷达读取近距离高反物体的探测数据，将探测数据中的任意数据点X和与数据点X邻近的数据点Y_n进行比较，计算出数据点A与所有的数据点Y_n之间的距离差值和反射率差值；其中，Y_n指X附近的n个数据点，n＞1；

根据距离差值和反射率差值识别数据点X是否未膨胀点，若是，则将膨胀点删除；若否，则保留数据点X。

8.如权利要求7所述的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，其特征在于，若数据点X与其左侧、右侧的数据点Y_n之间的距离差值均在激光雷达本身精度数据的波动范围内，且数据点X与其左侧的数据点Y_n之间的反射率差值超出允许范围，与其右侧的数据点Y_n之间的反射率差值在允许范围内，则判定该数据点X为边缘点，保留该数据点X。

9.如权利要求7所述的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，其特征在于，若数据点X与其左侧、右侧的数据点Y_n之间的距离差值均在激光雷达本身精度数据的波动范围内，且数据点X与其左侧、右侧的数据点Y_n之间的反射率差值均超出允许范围，则判定该数据点X为膨胀点，删除该数据点X。

10.如权利要求7所述的激光雷达探测近距离高反物出现膨胀的处理方法，其特征在于，还包括：

激光雷达读取近距离高反物体的探测数据，将探测数据中的任意数据点X和与数据点X邻近的数据点Y_n进行比较，计算出数据点X与所有的数据点Y_n之间的回波脉宽值；

根据回波脉宽值识别数据点X是否未膨胀点，若是，则将膨胀点删除；若否，则保留数据点X。

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