CN116540254A - 一种激光雷达同步方法、激光雷达以及计算机存储介质 - Google Patents

一种激光雷达同步方法、激光雷达以及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请提出一种激光雷达同步方法、激光雷达以及计算机存储介质，所述方法包括：获取同步信号；获取所述激光雷达的最小帧周期和最大帧周期；利用所述最小帧周期和所述最大帧周期之间的有效判断区域对所述同步信号进行滤波，获取下一帧预测周期；根据所述下一帧预测周期产生驱动信号，并根据所述驱动信号生成控制信号，利用所述控制信号控制所述激光雷达工作。激光雷达通过判断输入同步信号的周期范围，保证实际同步在MEMS振镜的性能范围内，避免因同步信号异常等问题导致振镜慢轴谐振而损坏等问题，保证了设备的稳定性。

Description

一种激光雷达同步方法、激光雷达以及计算机存储介质
技术领域
本申请涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种激光雷达同步方法、激光雷达以及计算机存储介质。
背景技术
在智能交通领域中，通常使用激光雷达和相机作为深度信息融合的传感装置，通常需要相机与雷达之间保持同步，或者雷达与雷达之间实现精确同步。实际情况中，相机与雷达系统之间时钟存在频率偏差，因此无法保证二者周期固定相同。此外，智能交通应用中，相机的工作周期会随市电动态变化，因此需要实时调整激光雷达的工作频率。
现有技术通常采用单个激光雷达和单个相机进行联合标定的方案，该方式需要复杂和耗时的标定步骤。实际情况中，相机的时钟和激光雷达时钟必然存在偏差，同时复位启动后的时间也存在相当大的差异，因此很难实现高精度的同步关系。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请提出了一种激光雷达同步方法、激光雷达以及计算机存储介质。
为解决上述技术问题，本申请提出了一种激光雷达同步方法，包括：
获取同步信号；获取所述激光雷达的最小帧周期和最大帧周期；利用所述最小帧周期和所述最大帧周期之间的有效判断区域对所述同步信号进行滤波，获取下一帧预测周期；根据所述下一帧预测周期产生驱动信号，并根据所述驱动信号生成控制信号，利用所述控制信号控制所述激光雷达工作。
其中，所述利用所述最小帧周期和所述最大帧周期之间的有效判断区域对所述同步信号进行滤波，获取下一帧预测周期包括：将所述最小帧周期内禁止判断区域的同步信号，确定为无效同步信号；将所述最小帧周期与所述最大帧周期之间的有效判断区域的同步信号，确定为有效同步信号；获取所述同步信号中的有效同步信号，根据有效同步信号的当前计数周期作为所述下一帧预测周期。
其中，所述根据有效同步信号的当前计数周期作为所述下一帧预测周期，包括：在所述当前计数周期超出所述有效判断区域，则将所述最大帧周期作为所述下一帧预测周期。
其中，所述根据所述下一帧预测周期产生驱动信号，包括：获取当前帧的同步信号和上一帧的同步信号；基于所述当前帧的同步信号和上一帧的同步信号，获取同步相位差；根据所述同步相位差和所述下一帧预测周期，获取下一帧实际周期；按照所述下一帧实际周期产生驱动信号。
其中，所述根据所述同步相位差和所述下一帧预测周期，获取下一帧实际周期，包括：在所述同步相位差大于等于相位阈值时，增加所述下一帧预测周期，以获取所述下一帧实际周期；在所述同步相位差小于相位阈值时，减小所述下一帧预测周期，以获取所述下一帧实际周期。
其中，所述获取当前帧的同步信号和上一帧的同步信号之后，所述激光雷达同步方法还包括：获取下一帧的同步信号输入；在下一帧无同步信号输入时，按照预设的帧周期设置所述下一帧实际周期。
其中，所述根据所述同步相位差和所述下一帧预测周期，获取下一帧实际周期，包括：根据所述同步相位差调整所述下一帧预测周期的返程周期，从而得到所述下一帧实际周期。
其中，所述同步信号的信号源包括所述激光雷达本身、其他激光雷达、相机，和/或脉冲信号源。
为解决上述技术问题，本申请还提出一种激光雷达，包括处理器及与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有程序指令，所述处理器执行所述程序指令以实现如上述所述的激光雷达同步方法。
为解决上述技术问题，本申请还一种计算机可读存储介质，储存有程序指令，所述程序指令能够被处理器执行时实现上述所述的激光雷达同步方法。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：激光雷达获取同步信号；获取所述激光雷达的最小帧周期和最大帧周期；利用所述最小帧周期和所述最大帧周期之间的有效判断区域对所述同步信号进行滤波，获取下一帧预测周期；根据所述下一帧预测周期产生驱动信号，并根据所述驱动信号生成控制信号，利用所述控制信号控制所述激光雷达工作。通过帧周期预测单元，判断输入同步信号的周期范围，保证实际同步在MEMS振镜的性能范围内，避免因同步信号异常等问题导致振镜慢轴谐振而损坏等问题，保证了设备的稳定性。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1是本申请提供的激光雷达同步方法的一实施例的流程示意图；
图2是本申请提供的激光雷达的扫面模式示意图；
图3是本申请提供的激光雷达方法的相机与雷达同步示意图；
图4是本申请提出的激光雷达系统示意图；
图5是本申请提供的激光雷达同步方法的周期预测示意图；
图6是本申请提供的激光雷达同步方法的步骤S13中的子步骤的流程示意图；
图7是本申请提供的激光雷达同步方法的另一实施例的流程示意图；
图8是本申请提供的激光雷达同步方法的相位校准流程示意图；
图9是本申请提供的激光雷达同步方法的相位校准采取就近同步方式的示意图；
图10是本申请提供的激光雷达同步方法的驱动信号曲线图
图11是本申请提供的激光雷达一实施例的结构示意图；
图12是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
具体请参阅图1、图2、图3和图4，图1是本申请提供的激光雷达同步方法的一实施例的流程示意图；图2是本申请提供的激光雷达的扫面模式示意图；图3是本申请提供的激光雷达方法的相机与雷达同步示意图；图4是本申请提出的激光雷达系统示意图。
本申请的激光雷达同步方法应用于一种激光雷达，其中，本申请的激光雷达可以为服务器，也可以为本地终端，还可以为由服务器和本地终端相互配合的系统。相应地，激光雷达包括的各个部分，例如各个单元、子单元、模块、子模块可以全部设置于服务器中，也可以全部设置于本地终端中，还可以分别设置于服务器和本地终端中。
进一步地，上述服务器可以是硬件，也可以是软件。当服务器为硬件时，可以实现成多个服务器组成的分布式服务器集群，也可以实现成单个服务器。当服务器为软件时，可以实现成多个软件或软件模块，例如用来提供分布式服务器的软件或软件模块，也可以实现成单个软件或软件模块，在此不做具体限定。
术语解释：
快轴、慢轴：MEMS振镜工作时为两个方向的往复运动，可以认为是上下及左右，激光器打在振镜中心，以此实现扫面功能。其中一个方向往复运动速度快，称为快轴，另外一个方向运动速度慢，称为慢轴。
扫面模式：模仿图像传感器，在二维球面上进行打点，打出点如扫描模式c)图。其中快轴往复运动频率高，通常在kHz以上，因此工作在谐振模式下，该频率基本固定。而慢轴(图示为上下运动)为保证行间距相同，通常为匀速转动，其中去程进行打点扫面，返程则无操作。
行周期：类似图像传感器，快轴往复运动一次的时间称为行周期。
帧周期：类似图像传感器，慢轴往复运动一次的时间称为帧周期，由于需要保证每一帧首行位置相同，因此帧周期必须为行周期的整数倍。
同步相位差：同步信号和控制信号产生可以认为是独立循环，同步信号由外界产生，属于系统不可控因素，当同步周期变化直接作用于控制信号时，2个循环必然存在相位差。
如图1所示，其具体步骤如下：
步骤S11：获取同步信号。
具体地，如图4所示，激光雷达需要预先输入同步信号，该信号可以直接获取，激光雷达与相机连接如图3，主控相机提供同步信号给到激光雷达，激光雷达内部进行信号处理，与同步信号保持同步。一个主机相机可以连接多个激光雷达。
其中，同步信号的信号源还可以包括激光雷达本身、其他激光雷达、相机，和/或脉冲信号源。
当多雷达同步时，可以使用单一同步信号源，或某一雷达输出的信号，作为其他雷达同步的参考，同时支持工作频率的动态波动(当设备规定工作周期不是MEMS振镜行周期倍数时)。
步骤S12：获取激光雷达的最小帧周期和最大帧周期。
具体地，如图4所示，在本申请实施例中，激光雷达系统的驱动控制器包括相位延迟单元、周期预测单元、相位校准单元以及时序产生单元。激光雷达系统通过周期预测单元获取任一激光雷达或者全部激光雷达的最小帧周期和最大帧周期。
其中，周期预测单元根据预设参数对同步信号进行滤波，滤波后的有效信号进行周期计数，计数结果作为下一帧预测周期。
步骤S13：利用最小帧周期和最大帧周期之间的有效判断区域对同步信号进行滤波，获取下一帧预测周期。
具体地，如图5所示，在本申请实施例中，预设参数包括最小振周期N和最大帧周期M，和最小同步阈值N(最小帧周期),最大同步阈值M(最大帧周期)，计数在0～N内为禁止判断区间，N～M为有效判断区间。
通过上述方式，通过帧周期预测单元，判断输入同步信号的周期范围，保证实际同步在MEMS振镜的性能范围内，避免因同步信号异常等问题导致振镜慢轴谐振而损坏等问题，保证了设备的稳定性。
本申请进一步提出步骤S131-步骤S133作为步骤S13的子步骤，进一步获取下一帧预测周期。具体请参见图6，图6是本申请提供的激光雷达同步方法的步骤S13中的子步骤的流程示意图。
如图6所示，具体步骤如下：
步骤S131：将最小帧周期内禁止判断区域的同步信号，确定为无效同步信号。
如图6所示，在禁止判断区间内输入的同步信号认为是无效同步信号，在有效判断区间内的同步信号为有效同步信号；有效同步信号对周期计数进行清零，且当前计数周期作为预测周期，当计数超出有效判断区间时自动清零，最大阈值M作为预测周期。
已知设备的最大和最小工作帧率，且frame period(帧周期)＝1s/f(帧率)，因此通过修改阈值参数，可以约束设备的最小和最大工作频率，进一步确定最小振周期。
步骤S132：将最小帧周期与最大帧周期之间的有效判断区域的同步信号，确定为有效同步信号。
如图6所示，激光雷达将最小帧周期与最大帧周期之间的有效判断区域的同步信号，确定为有效同步信号。
步骤S133：获取同步信号中的有效同步信号，根据有效同步信号的当前计数周期作为下一帧预测周期。
在本申请另一实施例中，激光雷达在当前计数周期超出有效判断区域，则将最大帧周期作为所述下一帧预测周期。
在本申请一实施例中，激光雷达可以根据同步相位差调整下一帧预测周期的返程周期，从而得到下一帧实际周期。通过调整返程周期，保证了工作周期变化时，扫面模式下打点位置的不变。
步骤S14：根据下一帧预测周期产生驱动信号，并根据驱动信号生成控制信号，利用控制信号控制激光雷达工作。
本申请中的时序产生单元包括驱动控制单元，驱动控制单元用于驱动信号放大，快轴谐振频率检测，慢轴信号跟随控制(PID等运动控制算法)，产生实际MEMS驱动需要的控制信号。
通过步骤S11-步骤S14，激光雷达获取同步信号；获取所述激光雷达的最小帧周期和最大帧周期；利用所述最小帧周期和所述最大帧周期之间的有效判断区域对所述同步信号进行滤波，获取下一帧预测周期；根据所述下一帧预测周期产生驱动信号，并根据所述驱动信号生成控制信号，利用所述控制信号控制所述激光雷达工作。通过帧周期预测单元，判断输入同步信号的周期范围，保证实际同步在MEMS振镜的性能范围内，避免因同步信号异常等问题导致振镜慢轴谐振而损坏等问题，保证了设备的稳定性。
在本申请一实施例中，相位校准单元在帧间隔时刻，根据同步相位差和预测帧周期，计算得到MEMS振镜下一帧的实际周期。具体请参见图7、图8和图9。图7是本申请提供的激光雷达同步方法的另一实施例的流程示意图；图8是本申请提供的激光雷达同步方法的相位校准流程示意图；图9是本申请提供的激光雷达同步方法的相位校准采取就近同步方式的示意图。
如图7所示，其具体步骤如下：
步骤S21：获取当前帧的同步信号和上一帧的同步信号。
具体地，激光雷达通过比较器或者其他方式，获取当前帧的同步信号，并通上述任一步骤，获取上一帧的同步信号。
步骤S22：基于当前帧的同步信号和上一帧的同步信号，获取同步相位差。
具体地，相位校准单元在帧间隔时刻，激光雷达根据当前帧的同步信号和上一帧的同步信号的数学运算，获取同步相位差。
步骤S23：根据同步相位差和下一帧预测周期，获取下一帧实际周期。
具体地，激光雷达根据同步相位差和任一步骤中得到的下一帧预测周期，获取下一帧实际周期。
进一步地，在本申请一实施例中，在同步相位差大于等于相位阈值时，增加下一帧预测周期，以获取下一帧实际周期。在同步相位差小于相位阈值时，减小下一帧预测周期，以获取下一帧实际周期。
具体地，如图8、图9所示当相位差大于相位阈值，可认为同步信号靠近上一帧的帧间隔，增加下一帧的周期，缩减下一个同步信号与当前帧帧间隔的时间差；同理，当相位差小于相位阈值时，减小下一帧的周期；当同步稳定时，实际帧间隔在同步信号附近波动，以此实现相位的动态平衡和精确校准。
如图4所示，时序产生单元进一步将矩形波驱动信号作为反馈信号发送给相位校准单元，具体如图4和图9所示，本申请实施例中还包括时序产生单元，该单元根据帧周期产生的MEMS帧镜的快慢轴驱动信号，其中行周期与MEMS振镜的快轴谐振频率相关，帧起始作为反馈信号输入至相位校准单元。
如图10所示，图10是本申请提供的激光雷达同步方法的驱动信号曲线图。
其中快轴驱动信号A，其实际工作频率要远高于图示，慢轴驱动信号为B。快轴周期基本稳定，慢轴需要保证一次去程运动中，快轴的行数不变(保证扫描均匀)，而返程运动则不关心。因此MEMS实现与同步信号的动态相位平衡，是通过调整返程周期实现的。
时序产生单元包括快轴时序产生单元和慢轴时序产生单元，快轴时序产生单元根据MEMS振镜的快轴谐振频率，产生正弦驱动信号。同时在某些高精度应用下，也支持使用快轴反馈信号，进行谐振频率的实时精确校准。
慢轴时序产生单元根据快轴时序产生单元的行周期参数，以及帧周期预测的周期参数，得到实际慢轴运动的帧周期，以行周期为单位，并根据固定的去程时间计算得到返程时间，从而产生期望的矩形波驱动信号。
在本申请另一实施例中，当无同步信号输入时，设置固定的帧周期作为设备的工作周期。此外相机设备帧率会有微量变化，一般预测周期约等于下一个有效同步信号的到达时刻。
步骤S24：按照下一帧实际周期产生驱动信号。
具体地，激光雷达进一步按照实际周期产生驱动信号，进一步发送给MEMS振镜单元。
通过步骤S21-步骤S24，提高了相位延迟的精确性：通过相位校准单元和负反馈系统设计，对周期同步产生的偏差相位进行实时调整，消除了激光雷达与相机之间的偏差。
为实现上述激光雷达同步方法，本申请还提出了一种激光雷达，具体请参阅图11，图11是本申请提供的激光雷达一实施例的结构示意图。
本实施例的激光雷达400包括处理器41、存储器42、输入输出设备43以及总线44。
该处理器41、存储器42、输入输出设备43分别与总线44相连，该存储器42中存储有程序数据，处理器41用于执行程序数据以实现上述实施例所述的激光雷达同步方法。
在本申请实施例中，处理器41还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器41可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器41还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Process)、专用集成电路(ASIC，Application Specific Integrated Circuit)、现场可编程门阵列(FPGA，FieldProgrammable Gate Array)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器41也可以是任何常规的处理器等。
本申请还提供一种计算机存储介质，请继续参阅图12，图12是本申请提供的计算机存储介质一实施例的结构示意图，该计算机存储介质500中存储有计算机程序51，该计算机程序51在被处理器执行时，用以实现上述实施例的激光雷达同步方法。
本申请的实施例以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种激光雷达同步方法，其特征在于，所述激光雷达同步方法包括：
获取同步信号；
获取所述激光雷达的最小帧周期和最大帧周期；
利用所述最小帧周期和所述最大帧周期之间的有效判断区域对所述同步信号进行滤波，获取下一帧预测周期；
根据所述下一帧预测周期产生驱动信号，并根据所述驱动信号生成控制信号，利用所述控制信号控制所述激光雷达工作。
2.根据权利要求1所述的激光雷达同步方法，其特征在于，
所述利用所述最小帧周期和所述最大帧周期之间的有效判断区域对所述同步信号进行滤波，获取下一帧预测周期包括：
将所述最小帧周期内禁止判断区域的同步信号，确定为无效同步信号；
将所述最小帧周期与所述最大帧周期之间的有效判断区域的同步信号，确定为有效同步信号；
获取所述同步信号中的有效同步信号，根据有效同步信号的当前计数周期作为所述下一帧预测周期。
3.根据权利要求2所述的激光雷达同步方法，其特征在于，
所述根据有效同步信号的当前计数周期作为所述下一帧预测周期，包括：
在所述当前计数周期超出所述有效判断区域，则将所述最大帧周期作为所述下一帧预测周期。
4.根据权利要求1所述的激光雷达同步方法，其特征在于，
所述根据所述下一帧预测周期产生驱动信号，包括：
获取当前帧的同步信号和上一帧的同步信号；
基于所述当前帧的同步信号和上一帧的同步信号，获取同步相位差；
根据所述同步相位差和所述下一帧预测周期，获取下一帧实际周期；
按照所述下一帧实际周期产生驱动信号。
5.根据权利要求4所述的激光雷达同步方法，其特征在于，
所述根据所述同步相位差和所述下一帧预测周期，获取下一帧实际周期，包括：
在所述同步相位差大于等于相位阈值时，增加所述下一帧预测周期，以获取所述下一帧实际周期；
在所述同步相位差小于相位阈值时，减小所述下一帧预测周期，以获取所述下一帧实际周期。
6.根据权利要求4或5所述的激光雷达同步方法，其特征在于，
所述获取当前帧的同步信号和上一帧的同步信号之后，所述激光雷达同步方法还包括：
获取下一帧的同步信号输入；
在下一帧无同步信号输入时，按照预设的帧周期设置所述下一帧实际周期。
7.根据权利要求4所述的激光雷达同步方法，其特征在于，
所述根据所述同步相位差和所述下一帧预测周期，获取下一帧实际周期，包括：
根据所述同步相位差调整所述下一帧预测周期的返程周期，从而得到所述下一帧实际周期。
8.根据权利要求1所述的激光雷达同步方法，其特征在于，
所述同步信号的信号源包括所述激光雷达本身、其他激光雷达、相机，和/或脉冲信号源。
9.一种激光雷达，其特征在于，包括处理器及与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有程序指令，所述处理器执行所述程序指令以实现如权利要求1－8任一项所述的激光雷达同步方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，储存有程序指令，所述程序指令能够被处理器执行时实现如权利要求1－8任一项所述的激光雷达同步方法。
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