CN117092623A - 应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法及系统 - Google Patents
应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，涉及电路与系统领域。本发明和现有的全范围直方图峰值读取方法相比，通过多步峰值提取方法和步长叠加提取不同位宽下的峰值，不仅节省数据的存储内存空间，还提升整体数据的采集和峰值提取速率，并且在数字时间转换器采集数据后，使整体系统的稳定性和抗干扰性提高；还增加峰值校准的功能，避免因不确定性因素所造成的峰值偏移，通过峰值校准实现精准的光子飞行时间值的锁定；还实现了片内数据处理，减少数据传输之间的串扰带来的误差，这种直方图峰值提取方法和时间数字转换器的高度集成，具有高度的集成性，大大节省电路资源，降低整体电路成本。
Description
技术领域
本发明涉及电路与系统领域，特别是应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法及系统。
背景技术
由于激光雷达探测器具备集成度高、成像速度快和成像距离远等优点，所以已被广泛应用于3D打印、自动驾驶和面部识别等领域。时间数字转换器作为激光雷达探测器的重要组成部分，是一种用来测量时间的电路，它将连续的时间信号也就是光子飞行时间信号转换为数字信号，从而实现时间测量的数字化。对于激光雷达探测器而言，大阵列探测器设计是必然发展趋势，然而大规模阵列意味需要大量并行数据的测量，但由于噪声等测距环境的影响，仅由时间数字转换器采集单次数据测量的准确性难以得到保证，因此可采用直方图峰值提取方法，通过对所测距离进行多次测量并由时间数字转换器采集数据，将采集到的数据以光子飞行时间值为横坐标，对应光子飞行时间值的次数为纵坐标构建直方图，对直方图最高光子飞行时间值下的光子飞行次数进行峰值提取，从而得到精准的数据。
当前主流的数据处理方法为一步法直方图读出电路，即时间数字转换器对所测距离进行多次数据采集后，将所有采集的数据全部存储在静态随机存取存储器中，通过提取存储器内的计数值，找到出现计数值最多的次数，将这个计数值定义为光子飞行时间峰值，将此光子飞行时间峰值与时间数字转换器内部计数器周期相乘，进而计算出测量距离。这种方法虽然在原有基础上提高了测距的准确性，但因其原理为先存储全部数据再提取所有数据，进而寻找数据中出现次数最多的光子飞行时间峰值，这一过程不仅对存储内存需求大，数据提峰耗费时间也相当长，因此在后续进行大阵列激光测距方面具有很大的局限性。所以非常有必要提出一种在保证测量精度基础上，既节省内存，又提高数据处理速率的直方图峰值提取方法。这种方法适用于大阵列激光测距，有助于推动激光雷达技术在各领域的应用。
发明内容
鉴于现有的传统一步法直方图读出电路存储内存需求大、数据处理速度慢和提取峰值精度低存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明所要解决的问题在于如何在可校准多步直方图峰值提取方法中，在保证测量精度的同时，既节省内存，又提高数据处理速率。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供了应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，其包括用激光雷达传感器测距，并用时间数字转换器采集光子飞行时间值，控制电路根据位数从高位向低位划分数据为3个可变步长；用时间数字转换器按第一步长采集数据并进行滤波，以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第一直方图并提取峰值；在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集，依次生成第二和第三直方图并提取峰值；时间数字转换器按第三步长采集新的数据生成第四直方图并提取峰值，并将第四直方图峰值和第三直方图峰值进行比对，若有差异，则将第四直方图峰值替代第三直方图峰值完成校准工作；将校准后的三个峰值由高位向低位进行组合，形成最终光子飞行时间值，并输出仿真结果。
作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述时间数字转换器按第一步长采集数据并进行滤波包括以下步骤：控制电路控制使能信号En1有效，并启动时间数字转换器按照设定的第一步长n1采集高n1位数据，当数据采满后，控制电路控制Stop1信号有效，停止时间数字转换器工作；控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理，当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第一直方图，构建完第一直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，将构建的第一直方图峰值存储在直方图存储器1中，并记录峰值对应的横坐标Xi1所表示的光子飞行时间值地址PEAKi1，控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器1工作。
作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集包括以下步骤：控制电路控制使能信号En2有效，启动时间数字转换器，在第一步长的基础上依次叠加第二步长n1+n2采集n1+n2位数据，当数据采满后，控制电路控制Stop2信号有效，停止时间数字转换器工作；控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理，当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第二直方图，构建完第二直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，将构建的第二直方图峰值存储在直方图存储器2中，并记录峰值对应的横坐标Xi2所表示的光子飞行时间值地址PEAKi2；时间数字转换器再次采集数据并滤波，将数据按第一和第二步长分为高位和中位并提取高位峰值X21，并将高位峰值X21和PEAKi1上数值进行比较，若高位峰值X21和PEAKi1上数值不同，则滤除，若相同，则提取第二步长峰值存储在直方图存储器2中，将峰值对应的横坐标数值Xi2地址记为PEAKi2，控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器2工作。
作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集还包括以下步骤：控制电路控制使能信号En3有效，启动时间数字转换器，在第一步长的基础上依次叠加第二步长和第三步长n1+n2+n3采集n1+n2+n3位数据，当数据采满后，控制电路控制Stop3信号有效，停止时间数字转换器工作；控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理，噪声阈值由时间数字转换器通过对环境背底光检测得到，可以过滤大部分噪声，当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第三直方图，构建完第三直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，将构建的第三直方图峰值存储在直方图存储器3中，并记录峰值对应的横坐标Xi3所表示的光子飞行时间值地址PEAKi3；时间数字转换器再次采集数据并滤波，将数据按第一、第二和第三步长分为高位、中位和低位并提取高位峰值X31，并将高位峰值X311和PEAKi1上相同的提取中位峰值X32数值进行比较；若高位峰值X32和PEAKi3上数值不同，则滤除，若高位峰值X32和PEAKi3上数值相同，则提取第二步长峰值存储在直方图存储器3中，将峰值对应的横坐标数值Xi3地址记为PEAKi3，控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器3工作。
作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述时间数字转换器按第三步长采集新的数据生成第四直方图并提取峰值包括以下步骤：控制电路控制使能信号En4有效，启动时间数字转换器，启动时间数字转换器按设定的第三步长n3采集新低n3位数据，当数据采满后，控制电路控制Stop4信号有效，停止时间数字转换器工作；控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理，当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第四直方图，构建完第四直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，将构建的第三直方图峰值存储在直方图存储器4中，并记录峰值对应的横坐标Xi4所表示的光子飞行时间值地址PEAKi4；时间数字转换器再次采集数据并滤波，提取第三步长峰值存储在直方图存储器4中，将峰值对应的横坐标数值Xi4地址记为PEAKi4，将PEAKi3和PEAKi4上数值对比，若PEAKi3和PEAKi4上数值不同，则PEAKi4上数值替换PEAKi3上数值，若PEAKi3和PEAKi4上数值相同，则由高到低将PEAKi1、PEAKi2和PEAKi3组合形成光子飞行时间值。
作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述将校准后的三个峰值由高位向低位进行组合，形成最终光子飞行时间值：控制电路控制Sys_rst_calibration信号有效，开始峰值校准组合电路工作，峰值校准组合电路将PEAKi3和PEAKi4地址上的数据进行比对；若PEAKi3和PEAKi4地址上的数据相同，则直接将PEAKi1、PEAKi2和PEAKi3地址上数据由高位到低位组合成整体N位二进制数据，形成光子飞行时间值，若PEAKi3和PEAKi4地址上的数据不相同，则用PEAKi4地址上的数据替换PEAKi3地址上的数据组合成校准后整体N位二进制数据，接着将组合而成的整体二进制数据输出，得到光子飞行时间值；时间数字转换器采集新低位滤波后数据并提取峰值，将新低位峰值和原低位峰值进行对比，若新低位峰值和原低位峰值相同，则三个存储器中存储的横坐标值进行组合形成光子飞行时间值，否则替换原有低位峰值并组合生成校准后光子飞行时间值。具体为将PEAKi1所存地址、PEAKi2所存地址、PEAKi3所存地址以及PEAKi4所存地址上的各横坐标数据由高位到低位组合形成光子飞行时间值。
作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述仿真结果包括以下步骤：仿真结果包括系统时钟信号(sys_clk)、系统复位信号(sys_rst)、第一步长峰值数据(historgram_data_r1)、第二步长峰值数据(historgram_data_r2)、第三步长峰值数据
(historgram_data_f1)、校准后第三步长峰值数据(historgram_data_f1_calibration)、第一峰值出现次数(num1)、第二峰值出现次数(num2)、第三峰值出现次数(num3)、校准前最终峰值数据(a)以及校准后最终数据(b)。
第二方面，本发明实施例提供了应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取系统，其包括：
控制电路模块，用于控制电路中的各个模块，实现对电路的整体控制；时间数字转换器模块，用于采集测距信息，并将其转换为数字信号以供后续处理；噪声滤波电路模块，用于过滤来自环境的噪声，确保输入信号的清晰度和准确性；峰值检测电路模块，用于检测数据内的峰值，识别并提取出峰值信号；直方图存储器模块，有多个直方图存储器模块，用于存储直方图数据，分别存储不同类型的直方图数据，根据命名，有四个直方图存储器；峰值校准组合电路模块，用于对峰值进行校准，并将校准后的峰值组合成最终的光子飞行时间测量值。
第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的步骤。
本发明有益效果为：本发明和现有的全范围直方图峰值读取方法相比，通过多步峰值提取方法和步长叠加提取不同位宽下的峰值，一方面节省数据的存储内存空间，另一方面也提升整体数据的采集和峰值提取速率，并且在数字时间转换器采集数据后，进行噪声滤波处理，滤除潜在的噪声干扰，提高整体系统的稳定性和抗干扰性；还增加峰值校准的功能，避免因不确定性因素所造成的峰值偏移，通过峰值校准实现精准的光子飞行时间值的锁定；和需要大内存的存储器的片外数据处理方法相比，可实现片内数据处理，大大减少数据传输之间的串扰带来的误差，这种直方图峰值提取方法和时间数字转换器的高度集成，具有高度的集成性，大大节省电路资源，降低整体电路成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为实施例1应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的传统一步法直方图峰值提取电路产生峰值偏移误差图。
图2为实施例1应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的电路原理图。
图3为实施例1应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的流程图。
图4为实施例1应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的具体示例图。
图5实施例1为应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的第一步长生成第一直方图。
图6实施例1为应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的第二步长生成第二直方图。
图7实施例1为应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的第三步长生成第三直方图。
图8实施例1为应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的校准前最终峰值数据图。
图9实施例1为应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的校准后最终峰值数据图。
图10实施例1为应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的实验仿真结果示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1～图3，为本发明第一个实施例，该实施例提供了应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，包括，
S1：用激光雷达传感器测距，并用时间数字转换器采集光子飞行时间值，控制电路根据位数从高位向低位划分数据为3个可变步长。
具体的，图2提供了一种应用于激光雷达传感器的可校准多步直方图峰值读取电路原理图，电路原理图包括控制电路、时间数字转换器、噪声滤波电路、峰值检测电路、直方图存储器1、直方图存储器2、直方图存储器3、直方图存储器4以及峰值校准组合电路。
具体的，时间数字转换器的四个输入端Data_in1、Data_in2、Data_in3以及Data_in4分别连接控制电路使能信号En1、En2、En3以及En4，时间数字转换器四个输出端Data_out1、Data_out2、Data_out3以及Data_out4分别连接噪声滤波电路的输入端Data＜0:I1＞、Data＜I1:I2＞、Data＜I2:I3＞以及Data＜I2:I3＞，噪声滤波电路信号输入端Signal_in_f连接控制电路噪声复位信号Sys_rst_filtering，噪声滤波电路的四个输出端分别连接峰值检测电路输入端Data＜0:I1＞_filtering、Data＜I1:I2＞_filtering、Data＜I2:I3＞_filtering以及Data＜I2:I3＞_filtering，峰值检测电路信号输入端Signal_in-p连接控制电路峰值复位信号Sys_rst_peak。
进一步的，峰值检测电路的四个输出端分别连接直方图存储器1的输入端PEAK_I1、直方图存储器2的输入端PEAK_I2、直方图存储器3的输入端PEAK_I3以及直方图存储器4的输入端PEAK_I4，直方图存储器1信号输入端Signal_in1连接控制电路直方图复位信号Sys_rst_histogram，直方图存储器1信号输出端Signal_out1连接直方图存储器2信号输入端Signal_in2，直方图存储器2信号输出端Signal_out2连接直方图存储器3信号输入端Signal_in3，直方图存储器3信号输出端Signal_out3连接直方图存储器4信号输入端Signal_in4，峰值校准组合电路四个输入端分别连接四个直方图存储器输出端PEAK_I1、PEAK_I2、PEAK_I3以及PEAK_I4，峰值校准组合电路信号输入端Signal_in_c连接控制电路校准复位信号Sys_rst_calibration，峰值校准组合电路输出端直接输出最终光子飞行时间值。
进一步的，激光雷达传感器开始测距，时间数字转换器首先采集所测距离位数信息，接着由控制电路根据位数N由高位向低位控制时间数字转换器对数据进行n个可变步长n1、n2和n3划分，且可变的设定步长为各设定步长不相等或相等，满足n1+n2+n3＝N即可。
需要说明的是，在本实施例中以距离位数11位举例，并将11位数据划分出三个步长，分别为高4位、中4位和低3位。
S2：用时间数字转换器按第一步长采集数据并进行滤波，以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第一直方图并提取峰值。
具体的，包括以下步骤：
S2.1：控制电路控制使能信号En1有效，并启动时间数字转换器按照设定的第一步长n1采集高n1位数据。
优选的，将时间数字转换器采集的数据根据第一步长n1＝4有序统计在24＝16个分组中，由于整体测量数据位宽N＝11，所以每个分组中包含数据211/24＝128个。
S2.2：当数据采满后，控制电路控制Stop1信号有效，停止时间数字转换器工作。
S2.3：控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理。
具体的，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理时，将在噪声阈值以下的数据过滤，仅保存高于噪声阈值以上的数据。
S2.4：当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作。
S2.5：控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第一直方图。
具体的，光子飞行时间是由时间数字转换器采集的，光子飞行次数是峰值检测电路内部对数据自加。
S2.6：构建完第一直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作。
S2.7：控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，将构建的第一直方图峰值存储在直方图存储器1中，并记录峰值对应的横坐标Xi1所表示的光子飞行时间值地址PEAKi1。
具体的，先启动峰值检测得到数据构建直方图，并将得到峰值存储在直方图存储器中即可。
S2.8：控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器1工作。
S3：在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集，生成第二和第三直方图并提取峰值。
具体的，包括以下步骤：
S3.1：在第一步长的基础上叠加第二步长进行数据采集，生成第二直方图，并提取峰值。
具体的，包括以下步骤：
S3.1.1：控制电路控制使能信号En2有效，启动时间数字转换器，在第一步长的基础上依次叠加第二步长n1+n2采集n1+n2位数据。
S3.1.2：当数据采满后，控制电路控制Stop2信号有效，停止时间数字转换器工作。
S3.1.3：控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理。
需要说明的是，噪声阈值是根据设置的时间数字转换器对环境检测得到的一个阈值，通过滤波可以过滤大部分噪声，提高数据的准确性。
S3.1.4：当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作。
S3.1.5：控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第二直方图。
S3.1.6：构建完第二直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作。
S3.1.7：控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，将构建的第二直方图峰值存储在直方图存储器2中，并记录峰值对应的横坐标Xi2所表示的光子飞行时间值地址PEAKi2。
优选的，控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，并利用时间数字转换器再次采集数据并滤波，将数据按第一和第二步长分为高位和中位并提取高位峰值X21，并将高位峰值X21和PEAKi1上数值进行比较；若高位峰值X21和PEAKi1上数值不同，则滤除，若相同，则提取第二步长峰值存储在直方图存储器2中，将峰值对应的横坐标数值Xi2地址记为PEAKi2。
S3.1.8：控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器2工作。
S3.2：在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集，生成第三直方图并提取峰值。
S3.2.1：控制电路控制使能信号En3有效，启动时间数字转换器，在第一步长的基础上依次叠加第二步长和第三步长n1+n2+n3采集n1+n2+n3位数据。
S3.2.2：当数据采满后，控制电路控制Stop3信号有效，停止时间数字转换器工作。
S3.2.3：控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理。
S3.2.4：当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作。
S3.2.5：控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第三直方图。
S3.2.6：构建完第三直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作。
S3.2.7：控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，将构建的第三直方图峰值存储在直方图存储器3中，并记录峰值对应的横坐标Xi3所表示的光子飞行时间值地址PEAKi3。
进一步的，时间数字转换器再次采集数据并滤波，将数据按第一、第二和第三步长分为高位、中位和低位并提取高位峰值X31，并将高位峰值X31和PEAKi1上相同的提取中位峰值X32数值进行比较，若高位峰值X32和PEAKi3上数值不同，则滤除，若相同，则提取第二步长峰值存储在直方图存储器3中，将峰值对应的横坐标数值Xi3地址记为PEAKi3。
S3.2.8：控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器3工作。
S4：时间数字转换器按第三步长采集新的数据生成第四直方图并提取峰值，并将第四直方图峰值和第三直方图峰值进行比对，若不相同，则将第四直方图峰值替代第三直方图峰值完成校准工作。
具体的，包括以下步骤：
S4.1：时间数字转换器按第三步长采集新的数据生成第四直方图，并提取峰值。
具体的，包括以下步骤：
S4.1.1：控制电路控制使能信号En4有效，启动时间数字转换器按设定的第三步长n3采集新低n3位数据。
S4.1.2：当数据采满后，控制电路控制Stop4信号有效，停止时间数字转换器工作。
S4.1.3：控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理。
S4.1.4：当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作。
S4.1.5：控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第四直方图。
S4.1.6：构建完第四直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作。
S4.1.7：控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，将构建的第三直方图峰值存储在直方图存储器4中，并记录峰值对应的横坐标Xi4所表示的光子飞行时间值地址PEAKi4。
S4.2：将第四直方图峰值和第三直方图峰值进行比对，并判断是否相同。
进一步的，时间数字转换器再次采集数据并滤波，提取第三步长峰值存储在直方图存储器4中，将峰值对应的横坐标数值Xi4地址记为PEAKi4，并将PEAKi3和PEAKi4上数值对比。
S4.3：若不相同，则将第四直方图峰值替代第三直方图峰值完成校准工作。
更进一步的，若PEAKi3和PEAKi4上数值不同，则PEAKi4上数值替换PEAKi3上数值，若PEAKi3和PEAKi4上数值相同，则由高到低将PEAKi1、PEAKi2和PEAKi3组合形成光子飞行时间值。
需要说明的是，在三步提取峰值后，为避免噪声等因素影响峰值偏移误差，需要进行步骤S4的校准工作。
S5：将校准后的三个峰值由高位向低位进行组合，形成最终光子飞行时间值，并输出仿真结果。
具体的，如图1所示，引出提供校准功能的准确性，并控制电路控制Sys_rst_calibration信号有效，峰值校准组合电路开始工作，峰值校准组合电路将和PEAKi4地址上的数据进行比对，若PEAKi3和PEAKi4地址上的数据相同，则直接将PEAKi1、PEAKi2和PEAKi3地址上数据由高位到低位组合成整体N位二进制数据，形成光子飞行时间值，若PEAKi3和PEAKi4地址上的数据不相同，则用PEAKi4地址上的数据替换PEAKi3地址上的数据组合成校准后整体N位二进制数据，接着将组合而成的整体二进制数据输出，得到光子飞行时间值。
进一步的，仿真结果包括系统时钟信号sys_clk、系统复位信号sys_rst、第一步长峰值数据historgram_data_r1、第二步长峰值数据historgram_data_r2、第三步长峰值数据historgram_data_f1、校准后第三步长峰值数据historgram_data_f1_calibration、第一峰值出现次数num1、第二峰值出现次数num2、第三峰值出现次数num3、校准前最终峰值数据a以及校准后最终数据b。
进一步的，本实施例还提供应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取系统，包括：
控制电路模块，用于控制电路中的各个模块，实现对电路的整体控制；时间数字转换器模块，用于采集测距信息，并将其转换为数字信号以供后续处理；噪声滤波电路模块，用于过滤来自环境的噪声，确保输入信号的清晰度和准确性；峰值检测电路模块，用于检测数据内的峰值，识别并提取出峰值信号；直方图存储器模块，有多个直方图存储器模块，用于存储直方图数据，分别存储不同类型的直方图数据，根据命名，有四个直方图存储器；峰值校准组合电路模块，用于对峰值进行校准，并将校准后的峰值组合成最终的光子飞行时间测量值。
本实施例还提供一种计算机设备，适用于应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的情况，包括存储器和处理器；存储器用于存储计算机可执行指令，处理器用于执行计算机可执行指令，实现如上述实施例提出的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法。
该计算机设备可以是终端，该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下步骤：用激光雷达传感器测距，并用时间数字转换器采集光子飞行时间值，控制电路根据位数从高位向低位划分数据为3个可变步长；用时间数字转换器按第一步长采集数据并进行滤波，以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第一直方图并提取峰值；在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集，生成第二和第三直方图并提取峰值；时间数字转换器按第三步长采集新的数据生成第四直方图并提取峰值，并将第四直方图峰值和第三直方图峰值进行比对，若有差异，则将第四直方图峰值替代第三直方图峰值完成校准工作；将校准后的三个峰值由高位向低位进行组合，形成最终光子飞行时间值，并输出仿真结果。
综上，本发明和现有的全范围直方图峰值读取方法相比，通过多步峰值提取方法和步长叠加提取不同位宽下的峰值，不仅节省数据的存储内存空间，还提升整体数据的采集和峰值提取速率，并且在数字时间转换器采集数据后，使整体系统的稳定性和抗干扰性提高；还增加峰值校准的功能，避免因不确定性因素所造成的峰值偏移，通过峰值校准实现精准的光子飞行时间值的锁定；还实现了片内数据处理，减少数据传输之间的串扰带来的误差，这种直方图峰值提取方法和时间数字转换器的高度集成，具有高度的集成性，大大节省电路资源，降低整体电路成本。
实施例2
参照图4～图10，为本发明第二个实施例，该实施例提供了应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，为了验证本发明的有益效果，通过经济效益计算和仿真实验进行科学论证。
需要说明的是，如图4所示，在本实施例中以11位距离位数举例，并将11位数据划分出三个步长，分别为高4位、中4位和低3位。
具体的，如图5所示，将时间数字转换器采集的数据根据第一步长n1＝4有序统计在24＝16个分组中，由于整体测量数据位宽N＝11，所以每个分组中包含数据211/24＝128个，并将第一峰值横坐标Xi1对应光子飞行时间值地址记为PEAKi1。
进一步的，将第一峰值所对应的横坐标表示的光子飞行时间值作为时间数字转换器再次采集数据高位数据的约束条件，如图6所示，并筛选符合条件数据的中位数据，按第二步长n2＝4有序统计在24＝16个分组中，将第二峰值横坐标Xi2对应光子飞行时间值地址记为PEAKi2。
进一步的，如图7所示，将第一峰值所对应的横坐标表示的光子飞行时间值作为时间数字转换器再次采集数据高位数据的约束条件，将第二峰值所对应的横坐标表示的光子飞行时间值作为中位数据的约束条件，筛选符合条件的低位数据，按第三步长n3＝3有序统计在23＝8个分组中，将第三峰值横坐标Xi3对应光子飞行时间值地址记为PEAKi3。
需要说明的是，时间数字转换器采集的测量数据是由11位二进制数组成，具体如图8所示，直方图黑色区域表示的是直方图峰值，白色区域则为直方图次峰值或噪声，此图为峰值校准前PEAKi1、PEAKi2和PEAKi3上的峰值对应的光子飞行时间值组合得到的峰值。
进一步的，时间数字转换器采集最新数据，如图9所示，将最新数据的峰值对应的横坐标Xi4表示的光子飞行时间地址记为PEAKi4，将PEAKi4与PEAKi3地址上数据进行比对，进行替换或保留，最终通过将地址PEAKi1、PEAKi2、PEAKi3以及PEAKi4地址组合后，获得校准后光子飞行时间值。
具体的，如图10所示，本发明仿真试验基于赛灵思公司的集成设计环境(vivado)，分4次采集由时间数字转换器发出的200个不同位宽的二进制数据，并提取峰值存储于存储器中，峰值提取模块由系统复位(sys_rst)后进行工作，在前端滤波电路过滤阈值以下噪声后。
进一步的，在第一次峰值提取后，获得峰值对应的横坐标二进制数据0110，次数为188；在第二次峰值提取后，获得峰值对应的横坐标二进制数据0110，次数为159；在第三次峰值提取后，获得峰值对应的横坐标二进制数据101，次数为39。
更进一步的，通过峰值校准模块输出校准后的低三位峰值对应的横坐标二进制数据010，最终将三次横坐标的二进制进行拼接，获得最终光子飞行时间测量值的二进制数据01100110010(十进制为818)，又因为时间数字转换器的测量范围在0～2056纳秒的，可以通过2056*818/2048计算获得光子飞行时间测量值。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，其特征在于：包括，
用激光雷达传感器测距，并用时间数字转换器采集光子飞行时间值，控制电路根据位数从高位向低位划分数据为3个可变步长；
用时间数字转换器按第一步长采集数据并进行滤波，以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第一直方图并提取峰值；
在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集，生成第二和第三直方图并提取峰值；
时间数字转换器按第三步长采集新的数据生成第四直方图并提取峰值，并将第四直方图峰值和第三直方图峰值进行比对，若有差异，则将第四直方图峰值替代第三直方图峰值完成校准工作；
将校准后的三个峰值由高位向低位进行组合，形成最终光子飞行时间值，并输出仿真结果。
2.如权利要求1所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，其特征在于：所述时间数字转换器按第一步长采集数据并进行滤波包括以下步骤：
控制电路控制使能信号En1有效，并启动时间数字转换器按照设定的第一步长n1采集高n1位数据；
当数据采满后，控制电路控制Stop1信号有效，停止时间数字转换器工作；
控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理；
当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；
控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第一直方图；
构建完第一直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；
控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，将构建的第一直方图峰值存储在直方图存储器1中，并记录峰值对应的横坐标Xi1所表示的光子飞行时间值地址PEAKi1；
控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器1工作。
3.如权利要求2所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，其特征在于：所述在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集包括以下步骤：
控制电路控制使能信号En2有效，启动时间数字转换器，在第一步长的基础上依次叠加第二步长n1+n2采集n1+n2位数据；
当数据采满后，控制电路控制Stop2信号有效，停止时间数字转换器工作；
控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理；
当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；
接着控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，峰值检测电路开始工作，峰值检测电路首先将采集的数据按第一步长n1、第二步长n2划分为高n1位数据和中n2位数据，接着峰值检测电路将数据中高n1位下与第一峰值相同的光子飞行时间值进行采集，其余数据滤除；
控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第二直方图；
构建完第二直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；
控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，将构建的第二直方图峰值存储在直方图存储器2中，并记录峰值对应的横坐标Xi2所表示的光子飞行时间值地址PEAKi2；
控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器2工作。
4.如权利要求3所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，其特征在于：所述在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集还包括以下步骤：
控制电路控制使能信号En3有效，启动时间数字转换器，在第一步长的基础上依次叠加第二步长和第三步长n1+n2+n3采集n1+n2+n3位数据；
当数据采满后，控制电路控制Stop3信号有效，停止时间数字转换器工作；
控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理；
当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；
接着控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，峰值检测电路开始工作，峰值检测电路首先将采集的数据按第一步长n1、第二步长n2、第三步长n3划分为高n1位数据、中n2位、低n3数据，接着峰值检测电路将数据中高n1位下与第一峰值相同的、中n2位下与第二峰值相同的光子飞行时间值进行采集，其余数据滤除；
控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第三直方图；
构建完第三直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；
控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，将构建的第二直方图峰值存储在直方图存储器3中，并记录峰值对应的横坐标Xi2(Xi3)所表示的光子飞行时间值地址PEAKi2(PEAKi3)；
控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器3工作。
5.如权利要求4所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，其特征在于：所述时间数字转换器按第三步长采集新的数据生成第四直方图并提取峰值包括以下步骤：
控制电路控制使能信号En4有效，启动时间数字转换器按设定的第三步长n3采集新低n3位数据；
当数据采满后，控制电路控制Stop4信号有效，停止时间数字转换器工作；
控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理；
当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号Sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；
控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第四直方图；
构建完第四直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号Sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；
控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram有效，直方图存储器4开始工作，将构建的第四直方图峰值存储在直方图存储器4中，并将峰值对应的横坐标Xi4表示的光子飞行时间值地址记为PEAKi4，接着控制电路控制直方图复位信号Sys_rst_histogram无效，直方图存储器4停止工作；
将PEAKi3和PEAKi4上数值对比，若PEAKi3和PEAKi4上数值不同，则PEAKi4上数值替换PEAKi3上数值；
若PEAKi3和PEAKi4上数值相同，则由高到低将PEAKi1、PEAKi2和PEAKi3组合形成光子飞行时间值。
6.如权利要求5所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，其特征在于：所述将校准后的三个峰值由高位向低位进行组合，形成最终光子飞行时间值：
控制电路控制Sys_rst_calibration信号有效，开始峰值校准组合电路工作，峰值校准组合电路将PEAKi3和PEAKi4地址上的数据进行比对；
若PEAKi3和PEAKi4地址上的数据相同，则直接将PEAKi1、PEAKi2和PEAKi3地址上数据由高位到低位组合成整体N位二进制数据，形成光子飞行时间值；
若PEAKi3和PEAKi4地址上的数据不相同，则用PEAKi4地址上的数据替换PEAKi3地址上的数据组合成校准后整体N位二进制数据，接着将组合而成的整体二进制数据输出，得到光子飞行时间值。
7.如权利要求6所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，其特征在于：所述仿真结果包括系统时钟信号、系统复位信号、第一步长峰值数据、第二步长峰值数据、第三步长峰值数据、校准后第三步长峰值数据、第一峰值出现次数、第二峰值出现次数、第三峰值出现次数、校准前最终峰值数据以及校准后最终数据。
8.应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取系统，基于权利要求1～7任一所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，其特征在于：还包括，
控制电路模块，用于控制电路中的各个模块，实现对电路的整体控制；
时间数字转换器模块，用于采集测距信息，并将其转换为数字信号以供后续处理；
噪声滤波电路模块，用于过滤来自环境的噪声，确保输入信号的清晰度和准确性；
峰值检测电路模块，用于检测数据内的峰值，识别并提取出峰值信号；
直方图存储器模块，有多个直方图存储器模块，用于存储直方图数据，分别存储不同类型的直方图数据，根据命名，有四个直方图存储器；
峰值校准组合电路模块，用于对峰值进行校准，并将校准后的峰值组合成最终的光子飞行时间测量值。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1～7任一所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～7任一所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Bi Yuanhao Inventor after: Xu Yue Inventor before: Bi Yuanhao |