CN115792866A - 激光雷达的角度估计方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种激光雷达的角度估计方法、装置、设备及存储介质，其中，该补偿方法包括：获得M个第一回波能量值，M为正整数，M个第一回波能量值与M个接收通道一一对应，M个接收通道用于接收第一回波光束；根据M个第一回波能量值以及各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定第一回波光束的入射角度。在本申请中，根据第一回波能量值以及各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定第一回波光束的入射角度，可以进行入射角度的校准，进而保证激光雷达测距的准确性。

Description

激光雷达的角度估计方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及但不限于激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达的角度估计方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

激光雷达是一种目标探测技术。使用激光作为信号光源，通过向目标对象发射激光，从而采集目标对象的反射信号，以此获得目标对象的方位、速度等信息。激光雷达具有测量精度高、抗干扰能力强等优点，广泛应用于遥感、测量、智能驾驶、机器人等领域。

在采用如雪崩光电二极管(avalanche photo diode，APD)等探测器接收回波光束的激光雷达中，由于设备的长时间使用会造成工艺老化，使得激光雷达在使用生命周期内，激光雷达采集的点云数据与实际的点云数据不符，无法保证测距的准确性。

发明内容

本申请提供了一种激光雷达的角度估计方法、装置、设备及存储介质，以保证激光雷达测距的准确性。

根据本申请的第一方面，提供一种激光雷达的角度估计方法，该方法包括：获得M个第一回波能量值，M为正整数；M个第一回波能量值与M个接收通道一一对应，M个接收通道用于接收第一回波光束；根据M个第一回波能量值以及各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定第一回波光束对应的第一回波光束的入射角度。

在一种可能的实施方式中，根据第一回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定第一回波光束的入射角度，包括：基于第一回波能量值和各个接收通道对应的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系，确定第一回波光束的回波光斑在探测器阵列的第一中心坐标；根据第一中心坐标，确定第一回波光束的入射角度。

在一种可能的实施方式中，各个接收通道对应的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系满足以下表达式(1)：

E_i＝f[(C_ai,C_ei)-(L_txa,L_txe)] (1)

其中，i的取值范围为1至M的整数，Ei为第i个接收通道接收到的第一回波能量值，(C_ai，C_ei)为探测器阵列的表面上各个接收通道所对应的区域中心坐标，(L_txa，L_txe)为回波光斑在探测器阵列上的中心坐标。

在一种可能的实施方式中，根据第一中心坐标，确定第一回波光束的入射角度，包括：获得第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、激光雷达的视场角度；根据回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系、第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、激光雷达的视场角度，确定第一回波光束的入射角度。。

在一种可能的实施方式中，回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系满足以下表达式(2)：

式中，

为回波光束的入射角度的方位角的角度，φ为回波光束的入射角度的俯仰角的角度，回波光斑在探测器阵列的中心坐标为(L_txa，L_txe)，L_txa为中心坐标的横坐标数值，L_txe为中心坐标的纵坐标数值，探测器阵列的尺寸为L_a×L_e，L_a探测器阵列在方位向的长度值，L_e为探测器阵列在俯仰向的长度值，激光雷达的方位向视场角度为

激光雷达的俯仰向视场角度为±φ_e。

在一种可能的实施方式中，在获得M个接收通道接收到的第一回波光束的第一回波能量值之前，方法还包括：获得N个第二回波能量值，N为大于或者等于M的整数，N个第一回波能量值与N个接收通道一一对应，N个接收通道用于接收第二回波光束，第二回波光束对应的第二激光束的发射角度为预设值；根据至少第二回波能量值以及第二回波光束的入射角度，拟合各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

在一种可能的实施方式中，根据至少第二回波能量值以及第二激光束的发射角度，拟合各个接收通道对应的回波能量值与激光束的发射角度之间的映射关系，包括：获得第二回波光束的入射角度以及在探测器阵列表面上N个接收通道所对应的区域中心坐标；根据第二回波光束的入射角度，确定第二回波光束的回波光斑在探测器阵列上的第二中心坐标；根据第二中心坐标、探测器阵列表面上N个接收通道所对应的区域中心坐标以及第二回波能量值，拟合各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

根据本申请的第二方面，提供一种激光雷达的补偿方法，包括：获得采用如上述第一方面的方法得到的第一回波光束的入射角度；根据第一回波光束的入射角度和回波光束的入射角度与激光束的发射角度之间的映射关系，确定第一激光束的发射角度，并进行角度补偿方法。

根据本申请的第三方面，提供一种激光雷达的角度估计装置，该装置可以为激光雷达中的芯片或者片上系统，还可以为激光雷达中用于实现第一方面及其任一种可能的实施方式方法的功能模块。该装置可以实现第一方面及其任一种可能的实施方式激光雷达所执行的功能，功能可以通过硬件执行相应的软件实现。硬件或软件包括一个或多个上述功能相应的模块。该装置包括：获得模块，用于获得M个第一回波能量值，M为正整数，M个第一回波能量值与M个接收通道一一对应，M个接收通道用于接收第一回波光束；确定模块，用于根据M个第一回波能量值以及各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定第一回波光束的入射角度。

在一种可能的实施方式中，确定模块，还用于：基于所述第一回波能量值和各个接收通道对应的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系，确定第一回波光束的回波光斑在探测器阵列的第一中心坐标；根据第一中心坐标，确定第一回波光束的入射角度。

在一种可能的实施方式中，各个接收通道对应的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系满足表达式(1)。

在一种可能的实施方式中，获得模块，还用于获得第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、激光雷达的视场角度；确定模块，还用于：根据回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系、第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、激光雷达的视场角度，确定第一回波光束的入射角度。

在一种可能的实施方式中，回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系满足表达式(2)。

在一种可能的实施方式中，获得模块，还用于：获得N个第二回波能量值，N为大于或者等于M的整数，N个第一回波能量值与N个接收通道一一对应，N个接收通道用于接收第二回波光束，第二回波光束对应的第二激光束的发射角度为预设值；该装置还包括：拟合模块，拟合模块用于根据至少第二回波能量值以及第二回波光束的入射角度，拟合各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

在一种可能的实施方式中，获得模块，还用于获得第二回波光束的入射角度以及在探测器阵列表面上N个接收通道所对应的区域中心坐标；确定模块，还用于根据第二回波光束的入射角度，确定第二回波光束的回波光斑在探测器阵列上的第二中心坐标；拟合模块，还用于根据第二中心坐标、探测器阵列表面上N个接收通道所对应的区域中心坐标以及第二回波能量值，拟合各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

根据本申请的第四方面，提供一种激光雷达的补偿装置，所述补偿装置包括：获得模块，用于获得采用如上述第一方面的方法得到的第一回波光束的入射角度；补偿模块，用于根据第一回波光束的入射角度和回波光束的入射角度与激光束的发射角度之间的映射关系，确定第一激光束的发射角度，并进行角度补偿。

根据本申请的第五方面，提供一种激光雷达，包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，与存储器相连，用于通过执行计算机可执行指令，以实现如第一方面和第二方面及其任一种可能的实施方式所述的方法。

根据本申请的第六方面，提供一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，其特征在于，计算机可执行指令被处理器执行后能够实现如第一方面和第二方面及其任一种可能的实施方式所述的方法。

本申请提供的技术方案与现有技术相比存在的有益效果是：

在本申请中，根据第一回波能量值以及各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定第一回波光束的入射角度，可以进行入射角度的校准，进而保证激光雷达测距的准确性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请的保护范围。

附图说明

图1为相关技术中的一种激光雷达的结构示意图；

图2为本申请实施例中的激光雷达的角度估计方法的第一种实施流程示意图；

图3为本申请实施例中激光雷达的角度估计方法的第二种实施流程示意图；

图4为本申请实施例中激光雷达的角度估计方法的第三种实施流程示意图；

图5为本申请实施例中的APD的通道阵列的结构示意图；

图6为本申请实施例中激光雷达的角度估计方法的第四种实施流程示意图；

图7为本申请实施例中的回波光束入射APD的通道阵列的结构示意图

图8为本申请实施例中的激光雷达的角度估计装置的结构示意图；

图9为本申请实施例中的一种激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

为了说明本申请所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

激光雷达(light detection and ranging，LiDAR)是一种目标探测技术。激光雷达通过激光器发出激光光束，激光光束遇到目标物体后发生漫反射，通过探测器接收反射回的光束，并根据发射的光束和反射回的光束确定目标物体的距离、方位、高度、速度、姿态、形状等特征量。

激光雷达的应用领域非常广泛。除了运用在军事领域之外，目前还被广泛应用于生活领域，包括但不限于：智能驾驶车辆、智能驾驶飞机、三维(3D)打印、虚拟现实、增强现实、服务机器人等领域。以智能驾驶技术为例，在智能驾驶车辆中设置激光雷达，激光雷达可通过快速且重复地发射激光束来扫描周围环境，以获得反映周围环境中的一个或多个目标对象的形貌、位置、运动的点云数据等。

需要说明的是，上述智能驾驶技术可以指无人驾驶、自动驾驶、辅助驾驶等技术。

图1为相关技术中的一种激光雷达的结构示意图。如图1所示，激光雷达10可以包括：光发射装置101、光接收装置102和处理器103。其中，光发射装置101、光接收装置102均与处理器103连接。

其中，上述各器件之间的连接关系可以是电性连接，还可以是光纤连接。更具体的，在光发射装置101和光接收装置102中，还可能分别包括多个光学器件，这些光学器件之间的连接关系还可能是空间光传输连接。

处理器103用于实现对光发射装置101和光接收装置102的控制，以使光发射装置101和光接收装置102能够正常工作。示例性的，处理器103可以为光发射装置101和光接收装置102分别提供驱动电压，处理器103还可以为光发射装置101和光接收装置102提供控制信号。

示例性的，处理器103可以是通用处理器，如中央处理器(central processingunit，CPU)、网络处理器(network processor，NP)等；处理器103还可以是数字信号处理器(digital signal processing，DSP)、专用集成电路(application specific integratedcircuit，ASIC)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。

光发射装置101中还包括光源(图1未示出)。可以理解的，上述光源可以指激光器，激光器的数量可以是一个或者多个。可选的，激光器可以具体包括脉冲激光二极管(pulsedlaser diode，PLD)、半导体激光器、光纤激光器等。上述光源用于发射激光束。具体的，处理器103可以向光源发送发射控制信号，从而触发光源发射激光束。

可以理解的，上述激光束也可以称为激光脉冲、激光、发射光束等。

光接收装置102，一般采用光电二极管(如雪崩光电二极管(avalanche photodiode，APD)、硅光电倍增管(silicon photomultiplier，SiPM)等)作为探测器，以接收回波光束，并通过数模转换器(digital analog converter，ACD)进行光电转换。在实际应用中，激光雷达通常采用探测器阵列，以提高回波接收效率、改善性能。

激光雷达10还可以包括：一个或多个光束整形光学元件和光束扫描装置(图1未示出)。在一方面，光束整形光学元件和光束扫描装置将激光束朝向周围环境中的特定位置(如目标物体)聚焦和投射。在另一方面，光束扫描装置和一个或更多光束整形光学元件将返回波光束引导并聚焦到探测器上。在光束整形光学元件与目标物体之间的光路中采用光束扫描装置。光束扫描装置实际上扩展视场并增大激光雷达的视场内的采样密度。

下面结合图1所示的激光雷达的结构，简单描述激光雷达对被测物体104的探测过程。

参见图1所示，激光束沿发射方向进行传播，当激光束遇到被测物体104后，在被测物体104的表面发生反射，反射回的光束被激光雷达的光接收装置102接收。这里，可以将激光束被被测物体104反射回的光束称为回波光束(图1中激光束和回波光束采用实线标识)。

光接收装置102接收到回波光束后，对回波光束进行光电转换，即将回波光束转换为电信号，光接收装置102将回波光束对应的电信号输出至处理器103，处理器103可以根据回波光束的电信号，获得被测物体104的形貌、位置、运动的点云数据等。

在实际应用中，随着激光雷达的使用时间的增加，激光雷达会出现设备老化的现象，这使得激光雷达发射的激光束发生漂移和变化(即激光束的发射角度发生偏移)，从而导致激光雷达采集的点云数据与实际的点云数据不符，影响激光雷达的测距准确性。

为了解决上述问题，本申请实施例提供一种激光雷达的角度估计方法，该方法可以应用于上述激光雷达中。

需要说明的是，激光雷达中的探测器阵列可以包括APD的通道阵列，或者其它光电探测器的通道阵列，本申请实施例以APD的通道阵列为例进行具体说明。

图2为本申请实施例中的激光雷达的角度估计方法的第一种实施流程示意图，参见图2，该方法可以包括：

S201，获得M个第一回波能量值。

其中，M为正整数，M个第一回波能量值与M个接收通道一一对应，M个接收通道用于接收第一回波光束。

可以理解的，激光雷达在测距时，激光雷会发出激光束A(即第一激光束)，上述激光束A遇到被测物体时，在被侧物体表面发生反射，反射回的回波光束A(即第一回波光束)会经过APD的通道阵列，此时，假设APD的通道阵列上有M个接收通道都接收到了上述回波光束A，那么，采集经过这M个接收通道的回波光束A的回波能量值E_i(即第一回波能量值E_i)。

需要说明的是，激光雷达在采集各个接收通道的接收到的回波光束的能量值时，每一次只采集一个接收通道的能量值，直至采集到最后一个接收通道的能量值，因此可以通过一个模拟采集链路来完成接收通道的能量值的采集，从而降低成本。模拟采集电路可以包括运算放大器和模数转换器，本申请实施例对此不做具体限定。

S202，根据M个第一回波能量值以及各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定第一回波光束的入射角度。

可以理解的，回波光束A通过APD的通道阵列时，可以经过M个接收通道，这M个接收通道分别都接收到了回波光束A的一部分第一回波能量值E_i，其中，i的取值范围为1至M的整数。那么，在采集到M个接收通道分别对应的回波光束A的第一回波能量值E_i之后，根据这M个第一回波能量值E_i和各个接收通道对应的回波能量值与回波光束A的入射角度之间的映射关系，可以确定回波光束A的入射角度。

在一种可能的实施方式中，上述S202可以包括：基于第一回波能量值和各个接收通道对应的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系，确定第一回波光束的回波光斑在探测器阵列的第一中心坐标。

可以理解的，回波光束A在经过APD的通道阵列时，会在APD的通道阵列表面聚焦形成回波光斑，激光雷达在采集到M个接收通道接收到的回波光束A的第一回波能量值E_i之后，根据第一回波能量值E_i与各个接收通道对应的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系，可以确定回波光束A的回波光斑的光心在APD的通道阵列上的坐标(即第一中心坐标)。

进一步地，激光雷达可以根据如下公式(1)来确定回波光束A的回波光斑的光心在APD的通道阵列上的坐标。

E_i＝f[(C_ai,C_ei)-(L_txa,L_txe)] (1)

式中，i的取值范围为1至M的整数，E_i为第i个接收通道接收到的回波能量值，(C_ai，C_ei)为探测器阵列(即APD的通道阵列)的表面上各个接收通道所对应的区域中心坐标，(L_txa，L_txe)为回波光斑在探测器阵列上的中心坐标，映射关系f函数可以是激光雷达在出厂时，通过切换不同发射角度的接收通道，获取实际通道的能量，然后根据每个通道中心对应的方位向和俯仰向坐标及发射角度对应的光斑中心位置拟合得到的，或者可以是根据激光雷达系统的各项参数仿真得到的。

示例性的，回波光束A经过激光雷达中的APD的通道阵列时，激光雷达分别采集回波光束A在APD的通道阵列中的M个接收通道对应的第一回波能量值E_i，并根据各个接收通道上的回波能量值与回波光斑在探测器阵列上的中心坐标之间的映射关系，确定回波光束A的回波光斑的光心在APD的通道阵列表面的坐标。

在一种可能的实施方式中，激光雷达在确定第一回波光束的回波光斑在探测器阵列的第一中心坐标之后，S202还可以包括：根据第一中心坐标，确定第一回波光束的入射角度。

可以理解的，激光雷达确定了回波光束A的回波光斑在APD的通道阵列表面上的第一中心坐标后，可以根据回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定该第一中心坐标对应的回波光束A的入射角度。

在一种可能的实施方式中，根据第一中心坐标，确定第一回波光束的入射角度，包括：获得第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、激光雷达的视场角度；根据回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系、第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、激光雷达的视场角度，确定第一回波光束的入射角度。

可以理解的，回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间有映射关系，该映射关系中用到的参数有：第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、激光雷达的视场角度和回波光束的入射角度。其中，该映射关系以及映射关系中的探测器阵列的尺寸大小和激光雷达的视场角度是已知的。当再得知第一中心坐标时，即可根据该映射关系计算出第一回波光束的入射角度。该映射关系可用表达式(2)来表示：

式中，

为回波光束的入射角度的方位角的角度，φ为回波光束的入射角度的俯仰角的角度，回波光斑在探测器阵列的中心坐标为(L_txa，L_txe)，L_txa为中心坐标的横坐标数值，L_txe为中心坐标的纵坐标数值，探测器阵列的尺寸为L_a×L_e，L_a探测器阵列在方位向的长度值，L_e为探测器阵列在俯仰向的长度值，激光雷达的方位向视场角度为

激光雷达的俯仰向视场角度为±φ_e。

需要说明的是，以APD的通道阵列表面为坐标轴，方位向零度和俯仰向水平入射为参考零度，那么，回波光束以方位向零度俯仰向水平入射时，该回波光束的回波光斑的光心在APD的通道阵列表面的坐标为坐标原点。

为了实施激光雷达的角度估计方法，上述S201至S202的执行过程之前，可以包括S301至S302。具体来说，图3为本申请实施例中激光雷达的角度估计方法的第二种实施流程示意图，参见图3所示，在执行S201至S202之前，执行S301至S302。

S301，获得N个第二回波能量值。

其中，N为大于或者等于M的整数，N个第一回波能量值与N个接收通道一一对应，N个接收通道用于接收第二回波光束，第二回波光束对应的第二激光束的发射角度为预设值。

可以理解的，在激光雷达根据各个接收通道接收到的回波能量值与激光束的发射角度之间的映射关系，确定回波光束A对应的激光束A的发射角度之前，先拟合上述映射关系。拟合上述映射关系的第一步为，假设激光雷达的APD的通道阵列中有N个接收通道可以接收到回波光束B(即第二回波光束)，其中，N为小于或者等于所有接收通道的数量值的正整数，同时，N大于或者等于M，然后获得这N个接收通道对应的回波光束B的回波能量值E‘_i(即第二回波能量值)。

S302，根据至少第二回波能量值以及第二回波光束的入射角度，拟合各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

可以理解的，激光雷达获得回波光束B的第二回波能量值E‘_i之后，可以根据回波光束B的第二回波能量值E‘_i以及与回波光束B的入射角度，拟合各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

需要说明的是，拟合各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，可以在激光雷达出厂之前进行，便于激光雷达在出厂后的使用过程中，可以直接根据上述映射关系来进行激光雷达的角度估计。

在一种可能的实施方式中，上述S302可以包括S401至S403，以实现激光雷达的角度估计方法。图4为本申请实施例中激光雷达的角度估计方法的第三种实施流程示意图，参加图4所示，所述方法包括：

S401，获得第二回波光束的入射角度以及在探测器阵列表面上N个接收通道所对应的区域中心坐标。

可以理解的，在激光雷达拟合各个接收通道接收到的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系的过程中，先获得回波光束B的入射角度和APD的通道阵列中能接收到回波光束B的N个接收通道的区域中心坐标。

在一种可能的实施方式中，APD的通道阵列中的能接收到回波光束B的N个接收通道的区域中心坐标可以根据已知的接收通道与对应于接收通道的FOV的关系，确定各个接收通道的区域中心坐标。

在一实施例中，图5为本申请实施例中的APD的通道阵列的结构示意图，参见图5所示，APD的通道阵列中有四个接收通道，这四个接收通道分别为接收通道C1、接收通道C2、接收通道C3和接收通道C4，其中，接收通道C1的区域中心坐标记为(C_a1，C_e1)，接收通道C2的区域中心坐标记为(C_a2，C_e2)，接收通道C3的区域中心坐标记为(C_a3，C_e3)，接收通道C4的区域中心坐标记为(C_a4，C_e4)；这四个接收通道均可以接收到回波光束B，回波光束B聚焦在APD的通道阵列表面上形成了回波光斑501。

S402，根据第二回波光束的入射角度，确定第二回波光束的回波光斑在探测器阵列上的第二中心坐标。

可以理解的，激光雷达可以根据回波光束B的入射角度，确定回波光束B的回波光斑的光心在APD的通道阵列上的坐标(即第二中心坐标)。

示例性的，假设APD的通道阵列的尺寸为L_a×L_e，在对激光雷达进行光学设计时，激光雷达的FOV为

那么，当激光束对应的回波光束的入射角度为

时，回波光束的回波光斑在APD的通道阵列表面的坐标(以角坐标形式表示)为

S403，根据第二中心坐标、探测器阵列表面上N个接收通道所对应的区域中心坐标以及第二回波能量值，拟合各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

可以理解的，激光雷达可以根据回波光束B的回波光斑的光心在APD的通道阵列上的坐标、N个接收通道所对应的区域中心坐标以及第二回波能量值E‘_i，拟合出各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

进一步地，激光雷达拟合的上述映射关系可以用如下公式(3)表示。

E‘_i＝f[(C_ai,C_ei)-(L‘_txa,L‘_txe)] (3)

式中，i的取值范围为1至N的整数，E‘_i为第i个接收通道接收到的第二回波能量值，(C_ai，C_ei)为探测器阵列(即APD的通道阵列)的表面上各个接收通道所对应的区域中心坐标，(L‘_txa,L‘_txe)为回波光斑在探测器阵列上的中心坐标，其中，(L‘_txa,L‘_txe)为S402中得到的

需要说明的是，公式(3)与公式(1)的表达式是相同的，只是带入的参数的采集时间不同，公式(3)是在激光雷达出厂前，拟合的各个接收通道的回波能量值与回波光斑的光心在探测器阵列表面的坐标之间的映射关系，公式(1)是在激光雷达的使用生命周期内，进行角度估计时使用。

下面以具体实施例对上述激光雷达的角度估计方法进行说明。

假设，APD的通道阵列中有4个接收通道可以接收到回波光束。

图7为本申请实施例中的回波光束入射APD的通道阵列的结构示意图，参见图7所示，其中，(a)表示回波光束A聚焦在APD的通道阵列上，(b)表示回波光束B聚焦在APD的通道阵列上，其中，回波光束A为激光雷达在测量过程中接收到的回波光束，回波光束B为发射角度为预设值的激光束的回波光束。这里，回波光束A和回波光束B聚焦在APD的通道阵列上的回波光斑701和回波光斑702在APD的通道阵列上的位置明显不同，此时，需要根据图6的方法进行角度补偿，图6为本申请实施例中激光雷达的角度估计方法的第四种实施流程示意图，参见图6所示，该方法可以包括：

S601，激光雷达获得可以接收到回波光束B的4个接收通道分别接收到的回波光束B的回波能量值E‘₁、E‘₂、E‘₃、E‘₄，4个接收通道所对应的区域中心坐标(C_a1，C_e1)、(C_a2，C_e2)、(C_a3，C_e3)、(C_a4，C_e4)以及回波光束B的入射角度。

S602，激光雷达根据回波光束B的入射角度确定回波光束B的回波光斑702的光心在APD的通道阵列表面上的坐标为(L‘_txa,L‘_txe)。

S603、激光雷达根据回波能量值E‘₁、E‘₂、E‘₃、E‘₄、4个接收通道所对应的区域中心坐标(C_a1，C_e1)、(C_a2，C_e2)、(C_a3，C_e3)、(C_a4，C_e4)和回波光束B的回波光斑702的光心在APD的通道阵列表面上的坐标(L‘_txa,L‘_txe)，拟合出接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的第一映射关系。

S604，执行S603之后，激光雷达进行测距时，获得可以接收到回波光束A的4个接收通道分别接收到的回波光束A的回波能量值E₁、E₂、E₃、E₄以及4个接收通道所对应的区域中心坐标(C_a1，C_e1)、(C_a2，C_e2)、(C_a3，C_e3)、(C_a4，C_e4)。

S605，激光雷达基于S603中的得到的第一映射关系，根据回波能量值E₁、E₂、E₃、E₄和4个接收通道所对应的区域中心坐标(C_a1，C_e1)、(C_a2，C_e2)、(C_a3，C_e3)、(C_a4，C_e4)确定回波光束A的回波光斑701的光心在APD的通道阵列表面上的坐标(L_txa，L_txe)。

S606，激光雷达根据回波光束A的回波光斑701的光心在APD的通道阵列表面上的坐标(L_txa，L_txe)，确定回波光束A的入射角度。

至此，便实现了激光雷达的角度估计过程。

由此可见，在本申请实施例中，根据第一回波能量值以及各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定第一回波光束的入射角度，可以进行入射角度的校准，进而保证激光雷达测距的准确性。

基于相同的发明构思，本申请实施例还提供一种激光雷达的补偿方法，该补偿方法在执行上述激光雷达的角度估计方法之后实施，包括：获得第一回波光束的入射角度；根据所述第一回波光束的入射角度和回波光束的入射角度与激光束的发射角度之间的映射关系，确定第一激光束的发射角度，并进行角度补偿。

可以理解的，激光雷达在确定激光束A的发射角度之后，可以根据该激光束A的发射角度，对激光束A的发射角度进行角度补偿。

在一种可能的实施方式中，第一回波光束的入射角度和回波光束的入射角度与激光束的发射角度之间的映射关系满足以下表达式(4)：

式中，α’为回波光束的入射角度的x轴夹角，β’为回波光束的入射角度的y轴夹角，γ’为回波光束的入射角度的z轴夹角，α为激光束的发射角度的x轴夹角，β为激光束的发射角度的y轴夹角，γ第一激光束的发射角度的z轴夹角。

需要说明的是，基于发射角度进行角度补偿，可以解决无法保证测距结果准确性的问题。

基于相同的发明构思，本申请实施例还提供一种激光雷达的角度估计装置，该装置可以为激光雷达中的芯片或者片上系统，还可以为激光雷达中用于上述一个或者多个实施例所述方法的功能模块。该装置可以实现上述一个或者多个实施例所述激光雷达所执行的功能，这些功能可以通过硬件执行相应的软件实现。这些硬件或软件包括一个或多个上述功能相应的模块。图8为本申请实施例中的激光雷达的角度估计装置的结构示意图，参见图8所示，该装置800可以包括：获得模块801，可以用于获得M个第一回波能量值，M为正整数，M个第一回波能量值与M个接收通道一一对应，M个接收通道用于接收第一回波光束；确定模块802，可以用于根据M个第一回波能量值以及各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定第一回波光束的入射角度。

在一种可能的实施方式中，确定模块802，还可以用于：基于第一回波能量值和各个接收通道对应的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系，确定第一回波光束的回波光斑在探测器阵列的第一中心坐标；根据第一中心坐标，确定第一回波光束的入射角度。

在一种可能的实施方式中，各个接收通道接收到的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系满足表达式(1)。

在一种可能的实施方式中，获得模块801，还可以用于：获得第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、激光雷达的视场角度；确定模块802，还可以用于：根据回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系、第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、激光雷达的视场角度，确定第一回波光束的入射角度。

在一种可能的实施方式中，回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系满足表达式(2)。

在一种可能的实施方式中，获得模块801，还可以用于：获得N个第二回波能量值，N为大于或者等于M的整数，N个第一回波能量值与N个接收通道一一对应，N个接收通道用于接收第二回波光束，第二回波光束对应的第二激光束的发射角度为预设值；该装置800还包括：拟合模块，拟合模块可以用于根据至少第二回波能量值以及第二回波光束的入射角度，拟合各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

在一种可能的实施方式中，获得模块801，还可以用于：获得第二回波光束的入射角度以及在探测器阵列表面上N个接收通道所对应的区域中心坐标；确定模块802，还可以用于：根据第二回波光束的入射角度，确定第二回波光束的回波光斑在探测器阵列上的第二中心坐标；拟合模块，还可以用于：根据第二中心坐标、N个接收通道所对应的区域中心坐标以及第二回波能量值，拟合各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

需要说明的是，上述获得模块801和确定模块802的具体实现过程可参考图2至图7实施例的详细描述，为了说明书的简洁，这里不再赘述.

本申请实施例中提到的获得模块801和确定模块802可以为一个或者多个处理器。

基于相同的发明构思，本申请实施例提供一种激光雷达的补偿装置，所述补偿装置可以包括：获得模块，用于获得采用如第一方面所述的方法得到的第一回波光束的入射角度；补偿模块，用于根据第一回波光束的入射角度和回波光束的入射角度与激光束的发射角度之间的映射关系，确定第一激光束的发射角度，并进行角度补偿。

基于相同的发明构思，本申请实施例提供一种激光雷达，该激光雷达可以为上述一个或者多个实施例中所述的激光雷达。图9为本申请实施例中的一种激光雷达的结构示意图，参见图9所示，激光雷达900，可以采用通用的计算机硬件，包括处理器901和存储器902。

可选的，处理器901和存储器902可以通过总线903通信。

在一种可能的实施方式中，至少一个处理器901可以构成具有对一个或多个输入执行逻辑运算的电路的任何物理设备。例如，至少一个处理器可以包括一个或多个集成电路(integrated circuit，IC)，包括专用集成电路(application specific integratedcircuit，ASIC)、微芯片、微控制器、微处理器、中央处理单元(central processing unit，CPU)的全部或部分、图形处理单元(graphics processing unit，GPU)、数字信号处理器(digital signal process，DSP)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，FPGA)或者适于执行指令或执行逻辑运算的其它电路。由至少一个处理器执行的指令可以例如被预加载到与控制器集成的或嵌入在控制器中的存储器中，或者可以存储在分离的存储器中。存储器可以包括随机存取存储器(random access memory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、硬盘、光盘、磁介质、闪存，其它永久、固定或易失性存储器，或者能够存储指令的任何其它机制。在一些实施例中，至少一个处理器可以包括多于一个处理器。每个处理器可以具有相似的结构，或者处理器可以具有彼此电连接或断开的不同构造。例如，处理器可以是分离的电路或集成在单个电路中。当使用多于一个处理器时，处理器可以被配置为独立地或协作地操作。处理器可以以电、磁、光学、声学、机械或通过允许它们交互的其它手段来耦合。根据本申请的一个实施例，本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行上述标定方法的步骤。存储器902可以包括以易失性和/或非易失性存储器形式的计算机存储媒体，如只读存储器和/或随机存取存储器。存储器902可以存储操作系统、应用程序、其他程序模块、可执行代码、程序数据、用户数据等。

此外，上述存储器902中存储有用于实现图8中的获得模块801和确定模块802的功能的计算机执行指令。图8中的获得模块801和确定模块802的功能/实现过程均可以通过图9中的处理器901调用存储器902中存储的计算机执行指令来实现，具体实现过程和功能参考上述相关实施例。

基于相同的发明构思，本申请提供一种激光雷达，包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，与存储器相连，用于通过执行计算机可执行指令，并能够实现如上述一个或者多个实施例所述的激光雷达的补偿方法。

基于相同的发明构思，本申请提供一种计算机存储介质，计算机存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令被处理器执行后，能够实现如上述一个或者多个实施例所述的激光雷达的补偿方法。

本领域技术人员可以理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

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 (18)

1.一种激光雷达的角度估计方法，其特征在于，包括：

获得M个第一回波能量值，M为正整数，所述M个第一回波能量值与M个接收通道一一对应，所述M个接收通道用于接收第一回波光束；

根据所述M个第一回波能量值以及各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定所述第一回波光束的入射角度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述M个第一回波能量值以及各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定所述第一回波光束的入射角度，包括：

基于所述第一回波能量值和各个接收通道对应的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系，确定所述第一回波光束的回波光斑在探测器阵列的第一中心坐标；

根据所述第一中心坐标，确定所述第一回波光束的入射角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述各个接收通道对应的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系满足以下表达式：

E_i＝f[(C_ai,C_ei)-(L_txa,L_txe)]

其中，i的取值范围为1至M的整数，E_i为第i个接收通道接收到的第一回波能量值，(C_ai，C_ei)为探测器阵列的表面上各个接收通道所对应的区域中心坐标，(L_txa，L_txe)为回波光斑在探测器阵列上的中心坐标。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一中心坐标，确定所述第一回波光束的入射角度，包括：

获得所述第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、所述激光雷达的视场角度；

根据回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系、所述第一中心坐标、所述探测器阵列的尺寸大小、所述激光雷达的视场角度，确定所述第一回波光束的入射角度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系满足以下表达式：

式中，

为回波光束的入射角度的方位角的角度，φ为回波光束的入射角度的俯仰角的角度，回波光斑在探测器阵列的中心坐标为(L_txa，L_txe)，L_txa为中心坐标的横坐标数值，L_txe为中心坐标的纵坐标数值，探测器阵列的尺寸为L_a×L_e，L_a探测器阵列在方位向的长度值，L_e为探测器阵列在俯仰向的长度值，激光雷达的方位向视场角度为

激光雷达的俯仰向视场角度为±φ_e。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获得M个第一回波能量值之前，所述方法还包括：

获得N个第二回波能量值，N为大于或者等于M的整数，所述N个第一回波能量值与N个接收通道一一对应，所述N个接收通道用于接收第二回波光束，所述第二回波光束对应的第二激光束的发射角度为预设值；

根据至少所述第二回波能量值以及所述第二回波光束的入射角度，拟合所述各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据至少所述第二回波能量值以及所述第二回波光束的入射角度，拟合所述各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，包括：

获得所述第二回波光束的入射角度以及在探测器阵列表面上所述N个接收通道所对应的区域中心坐标；

根据所述第二回波光束的入射角度，确定所述第二回波光束的回波光斑在所述探测器阵列上的第二中心坐标；

根据所述第二中心坐标、所述探测器阵列表面上N个接收通道所对应的区域中心坐标以及所述第二回波能量值，拟合各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

8.一种激光雷达的补偿方法，其特征在于，包括：

获得采用如权利要求1至7任一项所述的方法得到的第一回波光束的入射角度；

根据所述第一回波光束的入射角度和回波光束的入射角度与激光束的发射角度之间的映射关系，确定第一激光束的发射角度，并进行角度补偿。

9.一种激光雷达的角度估计装置，其特征在于，所述装置包括：

获得模块，用于获得M个第一回波能量值，M为正整数，所述M个第一回波能量值与M个接收通道一一对应，所述M个接收通道用于接收第一回波光束；

确定模块，用于根据所述M个第一回波能量值以及各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系，确定所述第一回波光束的入射角度。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述确定模块，还用于：基于所述第一回波能量值和各个接收通道对应的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系，确定所述第一回波光束的回波光斑在探测器阵列的第一中心坐标；根据所述第一中心坐标，确定所述第一回波光束的入射角度。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述各个接收通道对应的回波能量值与回波光斑在探测器阵列的中心坐标之间的映射关系满足以下表达式：

E_i＝f[(C_ai,C_ei)-(L_txa,L_txe)]

其中，i的取值范围为1至M的整数，E_i为第i个接收通道接收到的第一回波能量值，(C_ai，C_ei)为探测器阵列的表面上各个接收通道所对应的区域中心坐标，(L_txa，L_txe)为回波光斑在探测器阵列上的中心坐标。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其特征在于，所述获得模块，还用于：获得所述第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、所述激光雷达的视场角度；

所述确定模块，还用于：根据回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系、所述第一中心坐标、探测器阵列的尺寸大小、所述激光雷达的视场角度，确定所述第一回波光束的入射角度。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述回波光斑在探测器阵列的中心坐标与回波光束的入射角度之间的映射关系满足以下表达式：

式中，

为回波光束的入射角度的方位角的角度，φ为回波光束的入射角度的俯仰角的角度，回波光斑在探测器阵列的中心坐标为(L_txa，L_txe)，L_txa为中心坐标的横坐标数值，L_txe为中心坐标的纵坐标数值，探测器阵列的尺寸为L_a×L_e，L_a探测器阵列在方位向的长度值，L_e为探测器阵列在俯仰向的长度值，激光雷达的方位向视场角度为

激光雷达的俯仰向视场角度为±φ_e。

14.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述获得模块，还用于：获得N个第二回波能量值，N为大于或者等于M的整数，所述N个第一回波能量值与N个接收通道一一对应，所述N个接收通道用于接收第二回波光束，所述第二回波光束对应的第二激光束的发射角度为预设值；

所述装置还包括：拟合模块，所述拟合模块，用于根据至少所述第二回波能量值以及所述第二回波光束的入射角度，拟合所述各个接收通道对应的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述获得模块，还用于：获得所述第二回波光束的入射角度以及在探测器阵列表面上所述N个接收通道所对应的区域中心坐标；

所述确定模块，还用于根据所述第二回波光束的入射角度，确定所述第二回波光束的回波光斑在所述探测器阵列上的第二中心坐标；

所述拟合模块，还用于根据所述第二中心坐标、所述探测器阵列表面上N个接收通道所对应的区域中心坐标以及所述第二回波能量值，拟合各个接收通道接收到的回波能量值与回波光束的入射角度之间的映射关系。

16.一种激光雷达的补偿装置，其特征在于，包括：获得模块，用于获得采用如权利要求1至7任一项所述的方法得到的第一回波光束的入射角度；

补偿模块，用于根据所述第一回波光束的入射角度和回波光束的入射角度与激光束的发射角度之间的映射关系，确定第一激光束的发射角度，并进行角度补偿。

17.一种激光雷达，其特征在于，包括：

存储器，存储有计算机可执行指令；

处理器，与所述存储器相连，用于通过执行所述计算机可执行指令，以实现如权利要求1至8任一项所述的方法。

18.一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令被处理器执行后能够实现如权利要求1至8任一项所述的方法。

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