CN116027299B

CN116027299B - 激光雷达分段直方图距离探测方法及其应用

Info

Publication number: CN116027299B
Application number: CN202310103716.3A
Authority: CN
Inventors: 许鹤松; 何梦凡; 沈炜; 沈昕嘉; 沈锴
Original assignee: Hangzhou Yuming Electronic Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Yuming Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2023-02-13
Filing date: 2023-02-13
Publication date: 2023-07-18
Anticipated expiration: 2043-02-13
Also published as: CN116027299A

Abstract

本申请提出了激光雷达分段直方图距离探测方法及其应用，包括以下步骤：在一次测距周期内，将全量程分为2的n次方段，进行分段扫描，若在某一段内收到了反射光信号，则该测距周期内剩余距离段激光器停止发光且TDC停止工作，输出该段得到的距离直方图信息。本申请可显著减少数据传输和处理占用的资源，降低系统工作功耗，避免计数饱和带来的误判影响。

Description

激光雷达分段直方图距离探测方法及其应用

技术领域

本申请涉及光学技术领域，特别是一种涉及激光雷达分段直方图距离探测方法及其应用。

背景技术

LDS激光雷达模组在发出激光的同时，TDC（时间数字转换器）开始滚动计时，当芯片上的SPAD接收到被物体反射回的激光并产生脉冲，TDC在此时停止计时，此时计算发光到收光的时间差，再乘以光速，即可得出目标物体的距离。

在一个发光周期内，TDC持续滚动，直到收到光时停止。设定激光器的发光频率为1.667MHz，输出距离信息的帧率为2kHz，则一个测距周期包括有大约833次发光周期。系统需要将这833次发光周期所得的时间差结果做直方图统计，输出统计结果，后续数据处理遍历全量程统计值，找到出现次数最多的时间差作为本次测距周期的距离结果。如此的缺陷在于：

1、全量程数据量大，传输和数据处理需要占用大量的资源；

2、TDC需要全程循环扫描计数，而目标只出现在某个时刻，TDC能量有浪费；

3、目前直方图统计计数器设计只有8位（1byte），即最高计数到255，若直方图统计计数出现饱和（计数器计到255停止），会影响最后距离结果的判断，若增加计数器上限，提高为2byte，占用存储空间会在原来基础上增大一倍。

因此，亟待激光雷达分段直方图距离探测方法及其应用，以减少数据传输和数据处理占用的资源，降低系统工作功耗及避免计数饱和带来的误判影响。

发明内容

本申请实施例提供了激光雷达分段直方图距离探测方法及其应用，针对目前技术存在的数据量大占用资源、TDC能量有浪费等问题。

本发明核心技术主要是将全量程分为2ⁿ段，从近到远进行分段扫描，若在某一段内收到了反射光信号，则该测距周期内剩余距离段激光器停止发光且TDC停止工作，输出该段得到的距离直方图信息。

第一方面，本申请提供了激光雷达分段直方图距离探测方法，所述方法包括以下步骤：

S00、在一次测距周期内，将全量程分为2的n次方段，进行分段扫描；

S10、发射激光并开始TDC计时，记录一个发光周期TDC被触发停止的时间戳，若无触发，则不记录数据；

S20、重复S10步骤，直至完成当前段的扫描并将数据结果做统计直方图；

S30、判断当前段内是否有反射光；

S40、若当前段的统计直方图中某一时间计数的统计值达设定阈值以上，则当前段有接收到有效反射光并输出当前段的统计直方图结果，激光器和TDC停止工作；

若当前段的统计直方图中某一时间计数的统计值未达设定阈值以上，则当前段未接收到有效反射光，则继续下一段扫描直至有接收到有效反射光信号或所有段扫描结束。

进一步地，S00步骤中，n为正整数。

进一步地，S00步骤中，将全量程分为八段，对应可用一个字节控制。

进一步地，S00步骤中，从近到远进行分段扫描。

进一步地，设定阈值至少为10。

第二方面，本申请提供了激光雷达分段直方图距离探测方法装置，包括：

分段模块，用于在一次测距周期内，将全量程分为2的n次方段，进行分段扫描；

扫描模块，发射激光并开始TDC计时，记录一个发光周期TDC被触发停止的时间戳，若无触发，则不记录数据；重复扫描，直至完成当前段的扫描并将数据结果做统计直方图；

输出模块，用于判断当前段内是否有反射光；若当前段的统计直方图中某一时间计数的统计值达设定阈值以上，则当前段有接收到有效反射光并输出当前段的统计直方图结果，激光器和TDC停止工作；若当前段的统计直方图中某一时间计数的统计值未达设定阈值以上，则当前段未接收到有效反射光，则继续下一段扫描直至有接收到有效反射光信号或所有段扫描结束。

第三方面，本申请提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器被设置为运行计算机程序以执行上述的激光雷达分段直方图距离探测方法。

第四方面，本申请提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，过程包括根据上述的激光雷达分段直方图距离探测方法。

本发明的主要贡献和创新点如下：1、与现有技术相比，本申请同样的激光器条件下，设定激光器的发光频率为1.667MHz，输出距离信息的帧率为2kHz，则一个测距周期包括有大约833次发光周期，将其分成8段，每段有大约104次发光，如此传输和处理的数据仅为原来的1/8，显著降低了资源的占用；

2、与现有技术相比，本申请在当前一段扫描检测出目标物体时，后续测距周期的其他段不扫描，暂停激光器和TDC，直到下个测距周期，可显著降低功耗；

3、与现有技术相比，本申请在一段扫描周期仅统计104次发光结果，不会造成统计直方图计数器饱和，提升数据准确率。因为“直方图统计计数器设计只有8位（1byte），即计数范围0到255”，即全量程每个时间点都可以计数到255，104次收光只有104个事件，同一时间点的计数就不可能超过255。

本申请的一个或多个实施例的细节在以下附图和描述中提出，以使本申请的其他特征、目的和优点更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的激光雷达分段直方图距离探测方法的流程；

图2是本申请一种实施例的工作时序图；

图3是利用现有技术得到的全量程完整直方图；

图4是本申请的分段输出直方图；

图5是根据本申请实施例的电子装置的硬件结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本说明书一个或多个实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本说明书一个或多个实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。

需要说明的是：在其他实施例中并不一定按照本说明书示出和描述的顺序来执行相应方法的步骤。在一些其他实施例中，其方法所包括的步骤可以比本说明书所描述的更多或更少。此外，本说明书中所描述的单个步骤，在其他实施例中可能被分解为多个步骤进行描述；而本说明书中所描述的多个步骤，在其他实施例中也可能被合并为单个步骤进行描述。

现有技术存在的缺陷：

1、全量程数据量大，传输和数据处理需要占用大量的资源；

3、目前直方图统计计数器设计只有8位（1byte），即最高计数到255，若直方图统计计数出现饱和（计数器计到255停止），会影响最后距离结果的判断。

基于此，本发明基于分段扫描来解决现有技术存在的问题。

实施例一

本申请旨在提出激光雷达分段直方图距离探测方法，具体地，参考图1和图2，所述方法包括以下步骤：

在本实施例中，n为正整数，如1,2,3,4...n，即2,4,8,16等2^n段，而八段（2³）刚好可以占用一个8bit（1个字节）的寄存器控制，比较方便设定寄存器配置。

如此，分成8段扫描，传输和处理的数据仅原来的1/8，大大降低了资源的占用。

S10、发射激光并开始TDC计时，记录一个发光周期TDC被触发停止的时间戳（若无触发，则不记录数据）；

在该段工作时间SPAD收到光，或未收到光但TDC计时到该段量程结尾，TDC停止工作。若TDC是因为反射光信号触发停止，记录此刻的时间计数；若为该段结束TDC停止，则不记录数据。

这里的TDC停止工作是指TDC结束了一个周期的计时，停止要准备开始下一周期，是一个发光周期不是测距周期（1测距周期=833发光周期）；

在本实施例中，TDC除了被反射光信号触发停止，还有可能被环境光噪声或者SPAD暗噪声脉冲触发停止，这种情况下的计时数据也会被记录，因此有必要进行后面的判断步骤。

在本实施例中，制作统计直方图的手段为现有技术，与现有技术一致，这里不再赘述如何制作统计直方图。

S30、判断当前段内是否有反射光；

S40、若当前段的统计直方图中某一时间计数的统计值达设定阈值以上，则当前段有接收到有效反射光并输出当前段的统计直方图结果，如图4所示，激光器和TDC停止工作；

在本实施例中，设定阈值优选为10。被环境光噪声或者SPAD暗噪声脉冲触发的计时数据没有特定规律，极少会出现多个周期TDC在同一时刻被噪声触发的情况，即直方图统计值达到10次以上的时刻大概率是有效信号。

如此，本申请可有效地解决现有技术存在的所有问题，与现有技术的直方图（图3）相比，本申请的直方图更加直观（图4），且一段扫描周期仅统计104次（远小于255）发光结果，不会造成统计直方图计数器饱和。

实施例二

基于相同的构思，本申请还提出了激光雷达分段直方图距离探测方法装置，包括：

扫描模块，发射激光并开始TDC计时，记录一个发光周期TDC被触发停止的时间戳，若无触发，则不记录数据（按段记录TDC被触发的时间戳数据，完成一段距离的直方图统计）；重复扫描，直至完成当前段的扫描并将数据结果做统计直方图；

实施例三

本实施例还提供了一种电子装置，参考图5，包括存储器404和处理器402，该存储器404中存储有计算机程序，该处理器402被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

具体地，上述处理器402可以包括中央处理器（CPU），或者特定集成电路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称为ASIC），或者可以被配置成实施本申请实施例的一个或多个集成电路。

其中，存储器404可以包括用于数据或指令的大容量存储器404。举例来说而非限制，存储器404可包括硬盘驱动器（HardDiskDrive，简称为HDD）、软盘驱动器、固态驱动器（SolidStateDrive，简称为SSD）、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线（UniversalSerialBus，简称为USB）驱动器或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，存储器404可包括可移除或不可移除（或固定）的介质。在合适的情况下，存储器404可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，存储器404是非易失性（Non-Volatile）存储器。在特定实施例中，存储器404包括只读存储器（Read-OnlyMemory，简称为ROM）和随机存取存储器（RandomAccessMemory，简称为RAM）。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM（ProgrammableRead-OnlyMemory，简称为PROM）、可擦除PROM（ErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称为EPROM）、电可擦除PROM（ElectricallyErasableProgrammableRead-OnlyMemory，简称为EEPROM）、电可改写ROM（ElectricallyAlterableRead-OnlyMemory，简称为EAROM）或闪存（FLASH）或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，该RAM可以是静态随机存取存储器（StaticRandom-AccessMemory，简称为SRAM）或动态随机存取存储器（DynamicRandomAccessMemory，简称为DRAM），其中，DRAM可以是快速页模式动态随机存取存储器404（FastPageModeDynamicRandomAccessMemory，简称为FPMDRAM）、扩展数据输出动态随机存取存储器（ExtendedDateOutDynamicRandomAccessMemory，简称为EDODRAM）、同步动态随机存取内存（SynchronousDynamicRandom-AccessMemory，简称SDRAM）等。

存储器404可以用来存储或者缓存需要处理和/或通信使用的各种数据文件，以及处理器402所执行的可能的计算机程序指令。

处理器402通过读取并执行存储器404中存储的计算机程序指令，以实现上述实施例中的任意激光雷达分段直方图距离探测方法。

可选地，上述电子装置还可以包括传输设备406以及输入输出设备408，其中，该传输设备406和上述处理器402连接，该输入输出设备408和上述处理器402连接。

传输设备406可以用来经由一个网络接收或者发送数据。上述的网络具体实例可包括电子装置的通信供应商提供的有线或无线网络。在一个实例中，传输设备包括一个网络适配器（Network InterfaceController，简称为NIC），其可通过基站与其他网络设备相连从而可与互联网进行通讯。在一个实例中，传输设备406可以为射频（Radio Frequency，简称为RF）模块，其用于通过无线方式与互联网进行通讯。

输入输出设备408用于输入或输出信息。在本实施例中，输入的信息可以是扫描开始信号等，输出的信息可以是统计直方图结果等。

实施例四

本实施例还提供了一种可读存储介质，可读存储介质中存储有计算机程序，计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，过程包括根据实施例一的激光雷达分段直方图距离探测方法。

需要说明的是，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

通常，各种实施例可以以硬件或专用电路、软件、逻辑或其任何组合来实现。本发明的一些方面可以以硬件来实现，而其他方面可以由控制器、微处理器或其他计算设备执行的固件或软件来实现，但是本发明不限于此。尽管本发明的各个方面可以被示出和描述为框图、流程图或使用一些其他图形表示，但是应当理解，作为非限制性示例，本文中描述的这些框、装置、系统、技术或方法可以以硬件、软件、固件、专用电路或逻辑、通用硬件或控制器或其他计算设备或其某种组合来实现。

本发明的实施例可以由计算机软件来实现，该计算机软件由移动设备的数据处理器诸如在处理器实体中可执行，或者由硬件来实现，或者由软件和硬件的组合来实现。包括软件例程、小程序和/或宏的计算机软件或程序(也称为程序产品)可以存储在任何装置可读数据存储介质中，并且它们包括用于执行特定任务的程序指令。计算机程序产品可以包括当程序运行时被配置为执行实施例的一个或多个计算机可执行组件。一个或多个计算机可执行组件可以是至少一个软件代码或其一部分。另外，在这一点上，应当注意，如图中的逻辑流程的任何框可以表示程序步骤、或者互连的逻辑电路、框和功能、或者程序步骤和逻辑电路、框和功能的组合。软件可以存储在诸如存储器芯片或在处理器内实现的存储块等物理介质、诸如硬盘或软盘等磁性介质、以及诸如例如DVD及其数据变体、CD等光学介质上。物理介质是非瞬态介质。

本领域的技术人员应该明白，以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.激光雷达分段直方图距离探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S00、在一次测距周期内，将全量程分为2的n次方段，从近到远进行分段扫描，其中n为大于等于2的正整数；

S30、判断当前段内是否有反射光；

2.如权利要求1所述的激光雷达分段直方图距离探测方法，其特征在于，S00步骤中，将全量程分为八段，对应可用一个字节控制。

3.如权利要求1-2任意一项所述的激光雷达分段直方图距离探测方法，其特征在于，所述设定阈值至少为10。

4.激光雷达分段直方图距离探测方法装置，其特征在于，包括：

分段模块，用于在一次测距周期内，将全量程分为2的n次方段，从近到远进行分段扫描，其中n为大于等于2的正整数；

5.一种电子装置，包括存储器和处理器，其特征在于，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行权利要求1至3任一项所述的激光雷达分段直方图距离探测方法。

6.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括用于控制过程以执行过程的程序代码，所述过程包括根据权利要求1至3任一项所述的激光雷达分段直方图距离探测方法。