CN116953657A - 在激光雷达中使用的测距方法 - Google Patents

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CN116953657A CN202210404715.8A CN202210404715A CN116953657A CN 116953657 A CN116953657 A CN 116953657A CN 202210404715 A CN202210404715 A CN 202210404715A CN 116953657 A CN116953657 A CN 116953657A
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赵拓
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夏冰冰
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Abstract

公开了在激光雷达中使用的测距方法。该方法包括：接收回波信号，该回波信号与响应于从激光雷达向目标对象发射第一脉冲光而从目标对象反射的第二脉冲光对应；确定回波信号的脉冲宽度；将所确定的脉冲宽度与预设阈值进行比较，在所确定的脉冲宽度小于预设阈值的情况下，基于与回波信号的波形的重心位置对应的第一时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度大于预设阈值的情况下，基于与回波信号的预定前沿位置对应的第二时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度等于预设阈值的情况下，基于第一时间或者第二时间来确定脉冲光飞行时间；以及基于所确定的脉冲光飞行时间，确定在激光雷达与目标对象之间的距离。

Description

在激光雷达中使用的测距方法
技术领域
本公开涉及激光雷达，更具体而言涉及在激光雷达中使用的测距方法、执行该方法的激光雷达、车辆、电子设备、介质以及程序产品。
背景技术
激光雷达，又称为激光探测和测距系统(LiDAR或LADAR)，其通过向目标对象发射激光光束并接收从目标对象反射的光束来测量目标对象的位置、速度等信息。
激光雷达有着广泛的应用领域。例如，激光雷达被预期用于自主或半自主车辆中。又例如，激光雷达还被预期用于机器人设备中。
发明内容
根据本公开的第一方面，提出了一种在激光雷达中使用的测距方法，该方法包括：接收回波信号，该回波信号与响应于从激光雷达向目标对象发射第一脉冲光而从目标对象反射的第二脉冲光对应；确定回波信号的脉冲宽度；将所确定的脉冲宽度与预设阈值进行比较，在所确定的脉冲宽度小于预设阈值的情况下，基于与回波信号的波形的重心位置对应的第一时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度大于预设阈值的情况下，基于与回波信号的预定前沿位置对应的第二时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度等于预设阈值的情况下，基于第一时间或者第二时间来确定脉冲光飞行时间；以及基于所确定的脉冲光飞行时间，确定在激光雷达与目标对象之间的距离。
根据本公开的第二方面，提出了一种激光雷达，包括：光源，被配置为发射第一脉冲光；扫描器，被配置为引导第一脉冲光以扫描目标对象；光接收器，被配置为检测由目标对象反射的第二脉冲光；以及控制器，控制器与光源、扫描器和光接收器通信地耦接，控制器被配置为执行以下操作：接收回波信号，该回波信号与第二脉冲光对应；确定回波信号的脉冲宽度；将所确定的脉冲宽度与预设阈值进行比较，在所确定的脉冲宽度小于预设阈值的情况下，基于与回波信号的波形的重心位置对应的第一时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度大于预设阈值的情况下，基于与回波信号的预定前沿位置对应的第二时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度等于预设阈值的情况下，基于第一时间或者第二时间来确定脉冲光飞行时间；以及基于所确定的脉冲光飞行时间，确定在激光雷达与目标对象之间的距离。
根据本公开的第三方面，提出了一种车辆，包括：激光雷达，以及与激光雷达通信地耦接的车辆控制器，车辆控制器被配置为执行根据第一方面所述的测距方法。
根据本公开的第四方面，提出了一种电子设备，包括：处理器；以及通信耦接到处理器并且存储计算机可读指令的存储器，所述计算机可读指令在由处理器执行时，使得电子设备执行根据第一方面所述的测距方法。
根据本公开的第五方面，提出了一种存储有计算机可读指令的计算机可读存储介质，所述计算机可读指令在由电子设备的处理器执行时，使得电子设备执行根据第一方面所述的测距方法。
根据本公开的第六方面，提出了一种包括计算机可读指令的计算机程序产品，所述计算机可读指令在由电子设备的处理器执行时，使得电子设备执行根据第一方面所述的测距方法。
从参考附图的以下描述中，本公开其他特征和优点将变得清楚。
附图说明
并入说明书中并构成说明书的一部分的附图图示了本公开的实施例，并且与说明书一起用于解释本公开的原理而没有限制。在各图中，类似的标号用于表示类似的项目。
图1图示出根据本公开的一些实施例的示例性激光雷达，其可以应用本公开的技术。
图2是根据本公开一些实施例的示例性测距装置的框图。
图3是图示出根据本公开一些实施例的示例性测距方法的流程图。
图4图示出根据本公开的一些实施例的示例性的回波信号。
图5图示出根据本公开的一些实施例的集成了激光雷达的车辆的组成示意图。
图6图示出根据本公开的一些实施例的电子设备的配置框图。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述了许多具体细节以提供对所描述的示例性实施例的透彻理解。但是，对于本领域技术人员清楚的是，所描述的实施例可以在没有这些具体细节中的一些或全部的情况下进行实践。在所描述的示例性实施例中，为了避免不必要地模糊本公开的概念，没有详细描述众所周知的结构或处理步骤。
下文所示的每个框图内的方框可以通过硬件、软件、固件或其任意组合来实现以实现本公开的原理。本领域技术人员应该理解的是，每个框图中描述的方框可以被组合或分成子框来实现本公开的原理。
本公开中呈现的方法的步骤旨在是说明性的。在一些实施例中，该方法可以用未描述的一个或多个附加步骤来完成和/或在没有所讨论的一个或多个步骤的情况下完成。此外，方法的步骤被图示和描述的顺序并不旨在是限制性的。
图1图示出一种示例性的激光雷达100，其可以应用本公开的技术。激光雷达100可以包括光源102、扫描器104、光接收器106和控制器108。光源102发射用于对目标对象120进行扫描的发射光束。光源102可以是激光器，例如固态激光器(诸如垂直腔面发射激光器(VCSEL)或外腔半导体激光器(ECDL))、激光器二极管、光纤激光器。光源102也可以包括LED。光源102可以发射脉冲光。光源的工作波长可以是650nm至1150nm、800nm至1000nm、850nm至950nm或者1300nm至1600nm。在一个或多个实施例中，光源102还可以包括与光源102光学耦接的光学组件，用于对光源102发出的光束进行准直或聚焦。
扫描器104用于使来自光源102的发射光束的方向发生偏转，以对目标对象120进行扫描，实现更宽的发射视场或扫描视场。扫描器104可以由任意数量的驱动器驱动的任意数量的光学镜子。例如，扫描器104可以包括平面反射镜、棱镜、机械振镜、偏振光栅、光学相控阵(OPA)、微机电系统(MEMS)振镜。对于MEMS振镜，反射镜面在静电/压电/电磁驱动下在一维或二维方向上发生旋转或平移。在驱动器的驱动下，扫描器104将来自光源的光束引导至视场内的各个位置，以实现对视场内目标对象120的扫描。
光束从目标对象120反射后，一部分反射光返回到激光雷达100，并由光接收器106接收。光接收器106接收并检测来自目标对象120的反射光的一部分并产生对应的电信号。光接收器可以包括接收单元和相关联的接收电路。每个接收电路可以用于处理相应的接收单元的输出电信号。接收单元包括各种形式的光电探测器或光电探测器一维或二维阵列，相应地，接收电路可以为一个电路或多个电路的阵列。光电探测器测量反射光的功率、相位或时间特性，并产生相应的电流输出。光电探测器可以是雪崩二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)、PN型光电二极管或PIN型光电二极管。
控制器108与光源102、扫描器104和光接收器106中的一个或多个通信耦接。控制器108可以控制光源102是否以及何时发射光束。控制器108可以控制扫描器104将光束扫描至具体的位置。控制器108可以处理和分析由光接收器输出的电信号，以最终确定目标对象120的位置、速度等特征。控制器108可以包括集成电路(IC)、专用集成电路(ASIC)、微芯片、微控制器、中央处理器、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其它适合执行指令或实现逻辑操作的电路。由控制器108执行的指令可以被预加载到集成或单独的存储器(未示出)中。存储器可以存储用于光源102、扫描器104或光接收器106的配置数据或命令。存储器也可以存储从光接收器106输出的电信号或者基于输出电信号的分析结果。存储器可以包括随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光盘、磁盘、闪存存储器或其它易失性或非易失性存储器等。控制器108可以包括单个或多个处理电路。在多个处理电路的情况下，各处理电路可以具有相同或不同的构造，彼此间通过电、磁、光、声、机械等方式交互或者协同操作。
在一个或多个实施例中，激光雷达100还可以包括发射透镜110。发射透镜110可以用于对由光源102发射并由扫描器104转向的光束进行扩束。发射透镜110可以包括衍射光学元件(DOE)，用于对光束进行整形、分离或扩散。发射透镜110可以单独存在，也可以集成到其它部件(例如扫描器104或光源102)中。发射透镜110在从光源到目标对象的发射光路中的位置不限于图1中所示，而是可以变更到其它位置。例如，发射透镜可以被布置在光源102和扫描器104之间，这样光源102发出的光束先经过发射透镜扩束后再被扫描器转向。
在一个或多个实施例中，激光雷达100还可以包括接收透镜112。接收透镜112在发射光从目标对象120到光接收器106的接收路径上位于光接收器106之前。接收透镜112可以包括成像系统透镜，以使得反射光束的焦点在光电探测器或光电探测器阵列的探测表面的前方或后方或者正好位于探测表面之上。在一些情况下，代替作为单独的部件存在，接收透镜112也可以被集成到光接收器106中。
在一个或多个实施例中，激光雷达100还可以包括外壳114，用于将前述部件中的一个或多个包封在其中以进行保护。在一些实施例中，外壳114为不透明材料，并且外壳114上可以开设透明区域或窗口116以允许发射光束或反射光束通过。在另一些实施例中，外壳114自身为透明材料，由此允许发射光束或反射光束从任意位置通过。
在一些实施例中，激光雷达100可以包括同轴光学收发系统。同轴光学收发系统是指从光源102到目标对象120的发射路径与从目标对象120到光接收器106的接收路径至少部分重叠。例如，与图1所示不同，反射光束可以反向经由扫描器104后到达光接收器106。对于同轴光学收发系统而言，不仅发射光束的出射角度随扫描器偏转而变化，光接收器可接收到的光的接收角度也随扫描器偏转而同步变化，即，接收视场始终保持与发射光束的扫描范围相当。
在另一些实施例中，激光雷达100可以包括非同轴光学收发系统。非同轴光学收发系统是指从光源102到目标对象120的发射路径与从目标对象120到光接收器106的接收路径没有重叠部分。例如，如图1所示，反射光束并没有再经由扫描器104到达光接收器106。对于非同轴光学收发系统而言，尽管发射光束的出射角度随扫描器偏转而变化，但光接收器的总接收视场是固定的，并不随扫描器的偏转而变化。
如已知的，激光雷达可以用于测量在激光雷达和目标对象之间的距离。在相关技术中，激光雷达可以通过计算光束飞行时间(Time of flight，TOF)来测量距离。更具体而言，可以采用基于时间数字转换器(Time to Digital Converter，TDC)的测距方式或者基于模拟数字转换器(Analog to Digital Converter，ADC)的测距方式。
基于TDC的测距方式是一种基于模拟信号的测距方式，其通过时间鉴别电路来确定光束飞行时间。该方式虽然测距精度较高，但是时间鉴别电路会损失反射信号的信号幅值等信息，因此从反射信号中获取的有效信息较少。也就是说，该方式获取距离以外的信息的能力较弱。基于ADC的测距方式是一种基于数字信号的测距方式，其通过对从目标对象反射的完整反射信号进行模拟数字转换和信号处理来确定光束飞行时间。该方式可以根据反射信号的幅值、脉冲宽度等更加准确地计算目标对象的除距离以外的信息，比如反射率等等。
在采用基于ADC的测距方式的情况下，对于确定反射信号的到达时间的方法，有不同的算法，比如重心法、前沿鉴别法等等。重心法指将与反射信号的波形的重心位置对应的时间确定为反射信号的到达时间的方法。前沿鉴别法指将与反射信号的预定前沿位置对应的时间确定为反射信号的到达时间的方法。
能够理解，对于预定的发射信号(更具体地，预定的一个发射脉冲)而言，反射信号(更具体地，所接收的相对应的一个反射脉冲)的幅度随着反射信号的强度的增大而增大，直到达到饱和状态为止。进一步地，在反射信号达到饱和状态之后，随着反射信号的强度继续增大，反射信号的幅度基本保持不变，而其脉冲宽度不断增大。反射信号的强度例如取决于目标对象距激光雷达的距离、目标对象的反射率等等。
本发明的发明人认识到，在反射信号不饱和的情况下，反射信号的前沿部分的幅值存在抖动，在这种情况下如果使用前沿鉴别法来确定反射信号的到达时间，那么会存在确定误差，进而导致测距误差。本发明的发明人还认识到，在反射信号饱和之后，在反射信号的脉冲宽度过大的情况下，在反射信号的下降沿处会出现畸变，在这种情况下如果使用重心法来确定反射信号的到达时间，那么会存在确定误差，进而导致测距误差。前述畸变可能是在对反射信号的光电转换处理以及多级放大处理中引入的。
以下参考图2-图4来介绍根据本公开的测距装置和测距方法。
在本公开的以下描述中，考虑激光雷达向目标对象发射出射脉冲光并且接收从目标对象发射的反射脉冲光的情形。在本公开中，“回波信号”指通过对反射脉冲光进行光电转换、多级放大以及模数转换处理而得到的信号。这里的光电转换、多级放大以及模数转换处理例如可以由如图1所示的光接收器106来执行。可替代地，这里的光电转换、多级放大以及模数转换处理例如可以由如图1所示的光接收器106和控制器108两者来执行。这里的光电转换、多级放大以及模数转换处理可以由任何合适的部件来执行，本公开对此不做限制。此外，在本公开中，回波信号的脉冲宽度包括回波信号的半峰全宽(FWHM)值。应理解，可以采用其他合适的指标来表征回波信号的脉冲宽度。
图2是根据本公开一些实施例的示例性测距装置200的框图。如图2所示，测距装置200包括：回波信号接收部件210，被配置为接收回波信号，该回波信号与响应于从激光雷达向目标对象发射第一脉冲光而从目标对象反射的第二脉冲光对应；信息确定部件220，被配置为确定回波信号的脉冲宽度、回波信号的幅值、与回波信号的波形的重心位置对应的时间(以下称作重心时间)以及与回波信号的预定前沿位置对应的时间(以下称作前沿时间)；飞行时间确定部件230，被配置为将所确定的脉冲宽度与预设阈值进行比较，在所确定的脉冲宽度小于预设阈值的情况下，基于重心时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度大于预设阈值的情况下，基于前沿时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度等于预设阈值的情况下，基于重心时间或者前沿时间来确定脉冲光飞行时间；以及距离确定部件240，被配置为基于所确定的脉冲光飞行时间，确定在激光雷达与目标对象之间的距离。在本公开中，回波信号的预定前沿位置可以是回波信号的前沿(也称作上升沿)上的在半峰高度处的位置。然而，本公开不限于此，回波信号的预定前沿位置也可以是回波信号的前沿上的其他合适位置。
如图2所示的测距装置200例如可以在如图1所示的控制器108中实现。例如可以通过由控制器108执行计算机程序来实现测距装置200。更具体而言，例如可以通过由控制器108执行相应的计算机程序来实现测距装置200中的每个部件。
下文将进一步详细描述如图2所示的各部件的操作。
图3是图示出根据本公开一些实施例的测距方法300的流程图。
方法300从步骤S310开始，在步骤S310处，回波信号接收部件210可以接收回波信号。如前所述，回波信号指通过对第二脉冲光进行光电转换、多级放大以及模数转换处理而得到的信号。部件210例如可以从如图1所示的光接收部件106接收回波信号。应理解，可以通过对第二脉冲光进行任意已知的预处理来得到回波信号，只要回波信号适用于基于ADC的测距方式即可。
接下来，方法300前进到步骤S320。在步骤S320处，信息确定部件220可以确定回波信号的脉冲宽度、重心时间、以及前沿时间。更具体而言，部件220可以首先确定回波信号的回波区间，然后确定在回波区间内的回波信号的半峰全宽值作为脉冲宽度。例如可以将回波信号的多个采样点之中的大于预设值的采样点所在的区间确定为回波区间。可以使用其他已知的方法来确定回波区间。可以使用任意已知的信号处理方法来确定在回波区间内的回波信号的半峰全宽值，本公开对此不作限制。
以下参考图4介绍确定重心时间和前沿时间的方法。
图4图示出示例性的回波信号，该回波信号仅包括单个脉冲波形410。应理解，回波信号可以包括两个或更多个脉冲波形，并且可针对这多个脉冲波形中的每个脉冲波形执行类似的处理操作。图4中的横轴表示时间，以纳秒为单位。图4中的纵轴表示回波信号的强度，该强度是对应于回波信号的电压或电流值的无量纲的度量。图4中的水平的点划线420表示用于确定回波区间的预设值。大于该预设值的采样点所在的区间被确定为回波区间。图4中的“*”号表示示例性的采样点。应理解，图4中示出的采样点仅仅是示例性的。实际上，采样点数量和位置可以变化。如图4所示，将大于预设值的采样点所在的区间─即通过采样点430和432确定的区间[n1，n2]─确定为回波区间，n1和n2分别代表回波区间的上下界。
在一些实施例中，信息确定部件220可以根据下式(1)来计算重心时间：
其中，i代表回波区间内的各个采样点的采样时间，x[i]代表回波区间内的各个采样点的幅值，n1和n2分别代表回波区间的上下界，ig代表重心时间。更具体而言，计算回波区间内的各个采样点的采样时间与幅值的乘积的第一和计算回波区间内的各个采样点的幅值的第二和/>并且计算第一和与第二和的比值ig，作为重心时间。
应理解，确定重心时间的方法不限于此，可以使用其他方法来确定与回波信号的波形的重心位置对应的时间。
在一些实施例中，信息确定部件220可以根据下式(2)来计算前沿时间：
其中，nb和nb+1表示与在半峰高度处的前沿位置相邻的两个采样点434和436的采样时间，x[nb]和x[nb+1]表示所述两个采样点的幅值，ts表示所述两个采样点的采样时间间隔，Vmax表示回波信号的最大幅值，il表示与在半峰高度处的前沿位置对应的时间，即前沿时间。顺便提及，0.5Vmax表示与在半峰高度处的前沿位置对应的信号幅值。
可替代地，为了提高确定前沿时间的精度，可以在与半峰高度处的前沿位置相邻的两个采样点之间进行线性插值处理。
应理解，确定前沿时间的方法不限于此，可以使用其他方法来确定与回波信号的在半峰高度处的前沿位置对应的时间。实际上，可以根据在半峰高度处的前沿位置处的回波信号的幅值(或者回波信号的最大幅值)以及所述两个采样点的采样时间和幅值来计算前沿时间。可替代地，可以使用在例如采样时间nb和nb+2处的两个采样点的采样时间和幅值以及回波信号的最大幅值来计算前沿时间。
还应理解，尽管在图3中示出在步骤S320处确定重心时间和前沿时间，但是，也可以在随后描述的步骤S332处确定重心时间，并且在随后描述的步骤S334处确定前沿时间。
接下来，方法300前进到步骤S330。在步骤S330处，飞行时间确定部件230确定在步骤S320中确定的脉冲宽度是否小于预设阈值。
在所确定的脉冲宽度小于预设阈值的情况下，方法300前进到步骤S332，在步骤S332处，飞行时间确定部件230基于重心时间来确定脉冲光飞行时间。更具体而言，部件230计算回波信号的重心时间与有关于第一脉冲光的发射的第一发射时间之间的时间差作为脉冲光飞行时间。在一些实施例中，第一发射时间可以是对应于第一脉冲光的波形的重心位置的时间。在另一些实施例中，第一发射时间可以是如下两项的和：第一项是用于触发激光雷达发射脉冲光的触发信号的发送时间，第二项是从该发送时间到激光雷达发射脉冲光的时间之间的延迟时间。在又一些实施例中，第一发射时间可以是预设的一个固定时间。可以使用已知的各种方法来确定这里的第一发射时间。本公开对此不做限制。
在所确定的脉冲宽度大于等于预设阈值的情况下，方法300前进到步骤S334，在步骤S334处，飞行时间确定部件230基于前沿时间来确定脉冲光飞行时间。更具体而言，部件230计算回波信号的前沿时间与有关于第一脉冲光的发射的第二发射时间之间的时间差作为脉冲光飞行时间。第二发射时间可以与第一发射时间相同或不同。在一些实施例中，第二发射时间可以是对应于第一脉冲光的在半峰高度处的前沿位置的时间。此时第二发射时间与第一发射时间不同。在另一些实施例中，第二发射时间可以是如下两项的和：第一项是用于触发激光雷达发射脉冲光的触发信号的发送时间，第二项是从该发送时间到激光雷达发射脉冲光的时间之间的延迟时间。此时第二发射时间与第一发射时间相同。在又一些实施例中，第二发射时间可以是预设的一个固定时间。此时第二发射时间与第一发射时间相同。可以使用已知的各种方法来确定这里的第二发射时间。本公开对此不做限制。
以下介绍如何确定如前所述的预设阈值。在一些实施例中，可以将代表回波信号的在饱和状态和非饱和状态之间的临界状态的脉冲宽度的第一值W1确定为预设阈值。在另一些实施例中，可以将代表当回波信号的下降沿开始出现畸变时的脉冲宽度的第二值W2确定为预设阈值，第二值W2大于第一值W1。在又一些实施例中，可以将大于第一值W1且小于第二值W2的第三值W3确定为预设阈值。
如前所述，当回波信号不饱和时，在前沿部分存在抖动。而当回波信号饱和且脉冲宽度过宽时，在下降沿部分出现畸变。通过将预设阈值确定为前述第一值W1，使得当回波信号不饱和时，基于重心时间来确定脉冲光飞行时间，而当回波信号饱和时，基于前沿时间来确定脉冲光飞行时间。可替代地，通过将预设阈值确定为前述第二值W2，使得当回波信号的下降沿尚未出现畸变时，基于重心时间来确定脉冲光飞行时间，而当回波信号的下降沿出现了畸变时，基于前沿时间来确定脉冲光飞行时间。又可替代地，通过将预设阈值确定为前述第三值W3，能够确保当回波信号不饱和时基于重心时间来确定脉冲光飞行时间，而当回波信号的下降沿出现了畸变时基于前沿时间来确定脉冲光飞行时间。因此，能够更准确地确定脉冲光飞行时间，进而更准确地确定在激光雷达与目标对象之间的距离。
在又一些实施例中，将与代表第一确定精度的第一曲线和代表第二确定精度的第二曲线的相交点对应的脉冲宽度值确定为预设阈值，第一确定精度表示基于重心时间来确定飞行时间的精度，该精度随着脉冲宽度的增大而单调地下降，第二确定精度表示基于前沿时间来确定飞行时间的精度，该精度随着脉冲宽度的增大而单调地上升。通过将与两条曲线的相交点对应的脉冲宽度值确定为预设阈值，能够实现飞行时间确定精度的最优化。可替代地，能够将包含与相交点对应的脉冲宽度值在内的一定范围内的值确定为预设阈值。
应理解，预设阈值是依赖于出射脉冲光的波形参数的。对于不同高度和/或宽度的出射脉冲光，所采用的预设阈值可以不同。该预设阈值例如可以通过实验等方式确定。
应理解，在图3中，当脉冲宽度等于预设阈值时，基于前沿时间来确定脉冲光飞行时间。然而本公开不限于此。可替代地，当脉冲宽度等于预设阈值时，可以基于重心时间来确定脉冲光飞行时间。换言之，当脉冲宽度等于预设阈值时，可以基于重心时间或者前沿时间来确定脉冲光飞行时间。
接下来，方法300前进到步骤S340。在步骤S340处，距离确定部件240可以基于在步骤S332或S334中确定的脉冲光飞行时间，确定在激光雷达与目标对象之间的距离。
更具体而言，部件240可以根据下式(3)来计算在激光雷达与目标对象之间的距离R。
R＝c×t/(2×n) (3)，
其中，c为光速，n为光在空气中的折射率，通常n默认为1，并且t表示脉冲光飞行时间。应理解，可以使用其他已知方法来根据飞行时间确定距离。
在一些实施例中，在步骤S340之前，方法300还可以包括对所确定的脉冲光飞行时间进行拟合补偿的步骤(未示出)。例如可以根据回波信号的幅值、脉冲宽度、激光雷达所处环境的温度等对飞行时间进行拟合补偿，以使得针对与相同距离对应而具有不同强度的回波信号所计算出的飞行时间是基本上相同的。可以使用任意已知的拟合补偿算法来进行补偿。
图5图示出根据本公开的实施例的集成了激光雷达的车辆500的组成示意图。车辆500至少可以包括激光雷达502、车辆控制器504和机动系统506。激光雷达502可以使用图1中的激光雷达100实现。相应地，光源512、扫描器514、光接收器516和控制器518分别与激光雷达100的光源102、扫描器104、光接收器106和控制器108对应。不同之处在于，车辆控制器504可以通过控制器518与光源512、扫描器514和光接收器516通信耦接。在另一些实施例中，车辆控制器504也可以直接与光源512、扫描器514和光接收器516通信耦接。在一些实施例中，激光雷达502可以不包括控制器518。根据本公开的实施例的测距技术可以由车辆控制器504独立实现，也可以部分由车辆控制器504、部分由控制器518来协同实现。机动系统506可以包括动力子系统、制动子系统和转向子系统等。车辆控制器504可以根据激光雷达502的探测结果调整机动系统506。
此外，根据本公开的实施例的测距技术也可以以计算机可读指令的形式在电子设备中被实现。
图6示出了根据本公开的实施例的电子设备600的配置框图。电子设备600可以用于执行根据本公开的实施例的测距方法，例如方法300。电子设备600可为任何类型的通用或专用计算设备，诸如台式计算机、膝上型计算机、服务器、大型计算机、基于云的计算机、平板计算机、可穿戴设备、车辆电子装置等。如图6所示，电子设备600包括输入输出(Input/Output,I/O)接口601、通信接口602、存储器604和处理器603。
I/O接口601是可以从用户接收输入和/或向用户提供输出的组件的集合。I/O接口601可以包括但不限于按钮、键盘、小键盘、LCD显示器、LED显示器或其它类似的显示设备，包括具有触摸屏能力使得能够进行用户和电子设备之间的交互的显示设备。
通信接口602可以包括各种适配器以及以软件和/或硬件实现的电路系统，以便能够使用有线或无线协议与激光雷达通信。有线协议例如是串口协议、并口协议、以太网协议、USB协议或其它有线通信协议中的任何一种或多种。无线协议例如是任何IEEE802.11Wi-Fi协议、蜂窝网络通信协议等。
存储器604包括单个存储器或一个或多个存储器或存储位置，包括但不限于随机存取存储器(RAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、EPROM、EEPROM、闪存、FPGA的逻辑块、硬盘或存储器层次结构的任何其他各层。存储器604可以用于存储任何类型的指令、软件或算法，包括用于控制电子设备600的一般功能和操作的指令605。
处理器603控制电子设备600的一般操作。处理器603可以包括但不限于CPU、硬件微处理器、硬件处理器、多核处理器、单核处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、DSP或其他类似的处理设备，能够执行根据本公开中描述的实施例的用于控制电子设备600的操作和功能的任何类型的指令、算法或软件。处理器603可以是在计算系统中执行功能的数字电路系统、模拟电路系统或混合信号(模拟和数字的组合)电路系统的各种实现。处理器603可以包括例如诸如集成电路(IC)、单独处理器核心的部分或电路、整个处理器核心、单独的处理器、诸如现场可编程门阵列(FPGA)的可编程硬件设备、和/或包括多个处理器的系统。
可以使用内部总线606来建立电子设备600的组件之间的通信。
电子设备600通信耦接到激光雷达，以控制激光雷达的操作。例如，可以将根据本公开的测距方法以计算机可读指令的形式存储在电子设备600的存储器604上。处理器603通过读取所存储的计算机可读指令来实施测距方法。
尽管使用特定组件来描述电子设备600，但是在替选实施例中，电子设备600中可以存在不同的组件。例如，电子设备600可以包括一个或多个附加处理器、存储器、通信接口和/或I/O接口。另外，电子设备600中可能不存在组件的一个或多个。另外，尽管在图6中示出单独的组件，但是在一些实施例中，给定组件的一些或全部可以集成到电子设备600中的其他组件中的一个或多个中。
本公开可以被实现为装置、系统、集成电路和非瞬时性计算机可读介质上的计算机程序或程序产品的任何组合。
应当理解，根据本公开实施例的计算机可读存储介质或程序产品中的计算机可执行指令可以被配置为执行与上述设备和方法实施例相应的操作。当参考上述设备和方法实施例时，计算机可读存储介质或程序产品的实施例对于本领域技术人员而言是明晰的，因此不再重复描述。用于承载或包括上述计算机可执行指令的计算机可读存储介质和程序产品也落在本公开的范围内。这样的存储介质可以包括但不限于软盘、光盘、磁光盘、存储卡、存储棒等等。
另外，应当理解，上述系列处理和设备也可以通过软件和/或固件实现。在通过软件和/或固件实现的情况下，在相关设备的存储介质存储构成相应软件的相应程序，当所述程序被执行时，能够执行各种功能。
已经这样描述了本公开，清楚的是，本公开可以以许多种方式变化。这些变化不被视为背离了本公开的精神和范围，而是对于本领域技术人员而言显而易见的所有这种修改意欲被包括在以下权利要求的范围中。

Claims (15)

1.一种在激光雷达中使用的测距方法，其特征在于，该方法包括：
接收回波信号，该回波信号与响应于从激光雷达向目标对象发射第一脉冲光而从目标对象反射的第二脉冲光对应；
确定回波信号的脉冲宽度；
将所确定的脉冲宽度与预设阈值进行比较，在所确定的脉冲宽度小于预设阈值的情况下，基于与回波信号的波形的重心位置对应的第一时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度大于预设阈值的情况下，基于与回波信号的预定前沿位置对应的第二时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度等于预设阈值的情况下，基于第一时间或者第二时间来确定脉冲光飞行时间；以及
基于所确定的脉冲光飞行时间，确定激光雷达与目标对象之间的距离。
2.根据权利要求1所述的测距方法，其中，预设阈值包括以下项中的任一个：
代表回波信号的在饱和状态和非饱和状态之间的临界状态的脉冲宽度的第一值；
代表当回波信号的下降沿开始出现畸变时的脉冲宽度的第二值，该第二值大于第一值；以及
大于第一值且小于第二值的第三值。
3.根据权利要求1所述的测距方法，其中，基于与重心位置对应的第一时间来确定脉冲光飞行时间的第一确定精度随着回波信号的脉冲宽度的增大而单调地下降，基于与预定前沿位置对应的第二时间来确定脉冲光飞行时间的第二确定精度随着回波信号的脉冲宽度的增大而单调地上升，并且其中，预设阈值包括：与代表第一确定精度的第一曲线和代表第二确定精度的第二曲线的相交点对应的脉冲宽度值。
4.根据权利要求1所述的测距方法，还包括：确定与回波信号的波形的重心位置对应的第一时间，其中，确定第一时间包括：
对于回波信号的回波区间内的多个采样点，确定每个采样点的采样时间和幅值；
计算各个采样点的采样时间与幅值的乘积的第一和，计算各个采样点的幅值的第二和，并且计算第一和与第二和的比值作为第一时间。
5.根据权利要求1所述的测距方法，还包括：确定与回波信号的预定前沿位置对应的第二时间，其中，确定第二时间包括：
确定与预定前沿位置相邻的回波信号的两个采样点的采样时间和幅值，
根据在预定前沿位置处的回波信号的幅值以及所述两个采样点的采样时间和幅值来计算第二时间。
6.根据权利要求1所述的测距方法，其中，基于第一时间来确定脉冲光飞行时间包括：计算第一时间与有关于第一脉冲光的发射的第一发射时间之间的时间差作为脉冲光飞行时间，并且其中，基于第二时间来确定脉冲光飞行时间包括：计算第二时间与有关于第一脉冲光的发射的第二发射时间之间的时间差作为脉冲光飞行时间。
7.根据权利要求1所述的测距方法，其中，回波信号是通过对第二脉冲光进行光电转换、多级放大以及模数转换处理而得到的。
8.根据权利要求1所述的测距方法，其中，回波信号的脉冲宽度包括回波信号的半峰全宽值。
9.一种激光雷达，其特征在于，包括：
光源，被配置为发射第一脉冲光；
扫描器，被配置为引导第一脉冲光以扫描目标对象；
光接收器，被配置为检测由目标对象反射的第二脉冲光；以及
控制器，控制器与光源、扫描器和光接收器通信地耦接，控制器被配置为执行以下操作：
接收回波信号，该回波信号与第二脉冲光对应；
确定回波信号的脉冲宽度；
将所确定的脉冲宽度与预设阈值进行比较，在所确定的脉冲宽度小于预设阈值的情况下，基于与回波信号的波形的重心位置对应的第一时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度大于预设阈值的情况下，基于与回波信号的预定前沿位置对应的第二时间来确定脉冲光飞行时间，并且，在所确定的脉冲宽度等于预设阈值的情况下，基于第一时间或者第二时间来确定脉冲光飞行时间；以及
基于所确定的脉冲光飞行时间，确定在激光雷达与目标对象之间的距离。
10.根据权利要求9所述的激光雷达，其中，预设阈值包括以下项中的任一个：
代表回波信号的在饱和状态和非饱和状态之间的临界状态的脉冲宽度的第一值；
代表当回波信号的下降沿开始出现畸变时的脉冲宽度的第二值，该第二值大于第一值；以及
大于第一值且小于第二值的第三值。
11.根据权利要求9所述的激光雷达，其中，基于与重心位置对应的第一时间来确定脉冲光飞行时间的第一确定精度随着回波信号的脉冲宽度的增大而单调地下降，基于与预定前沿位置对应的第二时间来确定脉冲光飞行时间的第二确定精度随着回波信号的脉冲宽度的增大而单调地上升，并且其中，所述预设阈值包括：与代表第一确定精度的第一曲线和代表第二确定精度的第二曲线的相交点对应的脉冲宽度值。
12.一种车辆，其特征在于，包括：
激光雷达，以及
车辆控制器，与激光雷达通信地耦接，车辆控制器被配置为执行根据权利要求1-8中任一项所述的测距方法。
13.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，通信耦接到处理器并且存储计算机可读指令，所述计算机可读指令在由处理器执行时，使得电子设备执行根据权利要求1-8中任一项所述的测距方法。
14.一种存储有计算机可读指令的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读指令在由电子设备的处理器执行时，使得电子设备执行根据权利要求1-8中任一项所述的测距方法。
15.一种包括计算机可读指令的计算机程序产品，其特征在于，所述计算机可读指令在由电子设备的处理器执行时，使得电子设备执行根据权利要求中1-8任一项所述的测距方法。
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