一种激光雷达曝光时间调节方法及装置

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达曝光时间调节方法及装置。

背景技术

三角测距式激光雷达的测量原理是通过激光发射器发射激光，激光照射到目标物体，并反射到接收镜头后，在一组CCD或CMOS图像传感器上成像，根据成像的位置可以推算出被测目标物体的距离。

在实际应用中，由于目标物体表面的反射率存在差异，因此图像传感器接收到的光能量变化较大。进而，由于反射光的能量差异较大，会导致超出CCD或CMOS图像传感器的动态范围。例如：遇到反射率较高的目标物体，如瓷砖、金属、水面等，接收到的光能量就比较强；遇到反射率较低的目标物体，如深色的橡胶、纺织物等，接收到的光能量就比较弱。如果接收到的光能量过强，会使图像传感器处于饱和状态；如果接收到的光能量不足，则会导致信噪比较低。以上两种情况都属于超出CCD或CMOS图像传感器动态范围的情况，都会影响测量的精度。

发明内容

本发明实施例提供一种激光雷达曝光时间调节方法及装置，能有效解决三角测距式激光雷达在检测不同反射率的目标物体时，导致检测精度受影响的问题。

本发明一实施例提供一种激光雷达曝光时间调节方法，包括：

通过激光雷达扫描目标物体获得目标波形信号，同时计算目标物体距离值并确定所述目标物体在扫描区域所处的第一分区；其中，所述扫描区域被划分为若干个分区，且每个分区对应配置一曝光时间；

将所述目标波形信号的实际波形宽度与预存的理想波形宽度进行对比；

根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前调节所述第一分区对应的第一曝光时间。

与现有技术相比，本发明实施例公开的一种激光雷达曝光时间调节方法通过将激光雷达的扫描区域分区并将扫描目标物体后得到的目标波形信号与预存的理想波形信号进行对比，根据对比结果在下一轮激光雷达的扫描前调节目标物体所处分区的曝光时间，能够提升三角测距式激光雷达检测不同反射率的目标物体时的检测精度。

进一步的，所述扫描区域被划分为若干个分区，且每个分区对应配置一曝光时间，具体包括：

将激光雷达的扫描区域按角度划分为若干个分区，同时分别为每个分区设置不同的曝光时间；

根据激光雷达的角分辨率设置分区数量，以使激光雷达扫描一次后，每个分区中包含的点云数据都处在预设范围以内。

将激光雷达的扫描区域分区，根据激光雷达的角分辨率设置分区数量，能够保证一个分区内得到的图像数据来自同一目标物体。

进一步的，所述通过激光雷达扫描目标物体获得目标波形信号，同时计算目标物体距离值并确定所述目标物体所处的第一分区，具体包括：

通过激光雷达扫描目标物体，得到目标物体的图像数据，将所述图像数据转化为目标波形信号，同时根据三角测距法计算目标物体距离值；

通过比对激光雷达的扫描角度与所述图像数据，确定所述图像数据所在分区，进而确定目标物体所处的第一分区。

进一步的，所述将所述目标波形信号的实际波形宽度与预存的理想波形宽度进行对比，具体包括：

在离激光雷达不同距离处放置标准漫反射板，记录若干个距离值的同时利用激光雷达对标准漫反射板进行扫描，得到若干个理想波形宽度；其中，所述若干个理想波形宽度与所述若干个距离值一一对应；

当通过激光雷达扫描目标物体得到目标波形信号与目标物体的距离值后，根据所述目标物体的距离值找出对应的第一理想波形宽度，将所述第一理想波形宽度与所述目标波形信号的实际波形宽度进行对比。

在预先实验中利用激光雷达扫描标准漫反射板得到并存储若干个与不同距离值对应的理想波形宽度，将实际扫描目标物体得到的实际波形宽度与理想波形宽度对比，确定检测精度是否有受到影响。

作为一个优选的实施例，所述根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前调节所述第一分区对应的第一曝光时间，具体包括：

根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前通过PID控制器控制调节所述第一分区的所述第一曝光时间；

若所述实际波形宽度小于第一理想波形宽度，则将所述第一分区对应的第一曝光时间延长；

若所述实际波形宽度大于第一理想波形宽度，则将所述第一分区对应的第一曝光时间缩短。

根据对比结果确定检测精度是否受到影响，若受到影响，则调节目标物体所处分区的曝光时间，提高在下一轮扫描中对目标物体扫描的精度。

作为一个优选的实施例，在对所述第一分区对应配置调节后的所述第一曝光时间之前，还包括：

检测所述目标物体是否还处在所述第一分区，若所述目标物体仍位于所述第一分区，则对应调节所述第一分区的曝光时间为所述第一曝光时间；若所述目标物体已经不在所述第一分区中，则不调节所述第一分区的曝光时间，激光雷达重新扫描并确定所述目标物体所在第二分区，对所述第二分区的曝光时间进行调节。

本发明另一实施例对应提供了一种激光雷达曝光时间调节装置，其特征在于，包括：扫描模块、对比模块和调节模块；

所述扫描模块用于通过激光雷达扫描目标物体获得目标波形信号，同时计算目标物体距离值并确定所述目标物体在扫描区域所处的第一分区；其中，所述扫描区域被划分为若干个分区，且每个分区对应配置一曝光时间；

所述对比模块用于将所述目标波形信号的实际波形宽度与预存的理想波形宽度进行对比；

所述调节模块用于根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前调节所述第一分区对应的第一曝光时间。

与现有技术相比，本发明实施例公开的一种激光雷达曝光时间调节装置通过将激光雷达的扫描区域分区并将扫描目标物体后得到的目标波形信号与预存的理想波形信号进行对比，根据对比结果在下一轮激光雷达的扫描前调节目标物体所处分区的曝光时间，能够提升三角测距式激光雷达检测不同反射率的目标物体时的检测精度。

进一步的，所述扫描模块用于通过激光雷达扫描目标物体获得目标波形信号，同时计算目标物体距离值并确定所述目标物体所处的第一分区，具体包括：

通过激光雷达扫描目标物体，得到目标物体的图像数据，将所述图像数据转化为目标波形信号，同时根据三角测距法计算目标物体距离值；

通过比对激光雷达的扫描角度与所述图像数据，确定所述图像数据所在分区，进而确定目标物体所处的第一分区。

进一步的，所述对比模块用于将所述目标波形信号的实际波形宽度与预存的理想波形宽度进行对比，具体包括：

在离激光雷达不同距离处放置标准漫反射板，记录若干个距离值的同时利用激光雷达对标准漫反射板进行扫描，得到若干个理想波形宽度；其中，所述若干个理想波形宽度与所述若干个距离值一一对应；

当通过激光雷达扫描目标物体得到目标波形信号与目标物体的距离值后，根据所述目标物体的距离值找出对应的第一理想波形宽度，将所述对应的第一理想波形宽度与所述目标波形信号的实际波形宽度进行对比。

进一步的，所述所述调节模块用于根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前调节所述第一分区对应的第一曝光时间，具体包括：

根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前通过PID控制器控制调节所述第一分区的所述第一曝光时间；

若所述实际波形宽度小于第一理想波形宽度，则将所述第一分区对应的第一曝光时间延长；

若所述实际波形宽度大于第一理想波形宽度，则将所述第一分区对应的第一曝光时间缩短。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种激光雷达曝光时间调节方法的流程示意图。

图2是本发明一实施例提供的一种激光雷达扫描区域分区的示意图。

图3是本发明一实施例提供的一种激光雷达确定目标物体所在分区的流程示意图。

图4是本发明一实施例提供的一种激光雷达曝光时间调节装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

激光雷达在扫描的过程中不断发射激光，经过目标物体的反射后被图像传感器阵列捕获，并转换成电信号以一定的帧率输出。激光雷达包含处理器，可读取图像传感器阵列输出的数据，每一帧数据在时域上形成一个波形信号。

参见图1，是本发明一实施例提供的一种激光雷达曝光时间调节方法的流程示意图，包括：

S101：通过激光雷达扫描目标物体获得目标波形信号，同时计算目标物体距离值并确定所述目标物体在扫描区域所处的第一分区；其中，所述扫描区域被划分为若干个分区，且每个分区对应配置一曝光时间；

S102：将所述目标波形信号的实际波形宽度与预存的理想波形宽度进行对比；

S103：根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前调节所述第一分区对应的第一曝光时间。

本发明实施例提供的一种激光雷达曝光时间调节方法通过将激光雷达的扫描区域分区并将扫描目标物体后得到的目标波形信号与预存的理想波形信号进行对比，根据对比结果在下一轮激光雷达的扫描前调节目标物体所处分区的曝光时间，能够提升三角测距式激光雷达检测不同反射率的目标物体时的检测精度。

对于步骤S101，具体的，所述扫描区域被划分为若干个分区，且每个分区对应配置一曝光时间，具体包括：

将激光雷达的扫描区域按角度划分为若干个分区，同时分别为每个分区设置不同的曝光时间；

根据激光雷达的角分辨率设置分区数量，以使激光雷达扫描一次后，每个分区中包含的点云数据都处在预设范围以内。

进一步的，所述通过激光雷达扫描目标物体获得目标波形信号，同时计算目标物体距离值并确定所述目标物体所处的第一分区，具体包括：

通过激光雷达扫描目标物体，得到目标物体的图像数据，将所述图像数据转化为目标波形信号，同时根据三角测距法计算目标物体距离值；

通过比对激光雷达的扫描角度与所述图像数据，确定所述图像数据所在分区，进而确定目标物体所处的第一分区。

在一个优选的实施例中，参见图2，将激光雷达的扫描区域按角度划分为N个区，其中N为整数且N≥2。每个区内处理器至少收到图像传感器阵列的一帧数据。参见图3，处理器将激光雷达的扫描角度与图像传感器阵列的数据同步，就可以确定当前这一帧数据对应的是哪个区，并在下一轮扫描中控制图像传感器阵列在该区的曝光时间。同时，控制器还能通过三角测距法推算出目标物体的距离值。激光雷达的扫描角度可通过激光雷达上的编码器或码盘获得。

同时，为避免同一分区内存在反射率不同的多个物体的情况，分区的数量应当与雷达的角分辨率相当，及雷达每转一圈得到的点云应当近似地落在每一个分区中，每个分区有一到两个点，从而保证每个分区上的点云都是来自同一个目标物体的。

对于步骤S102，具体的，所述将所述目标波形信号的实际波形宽度与预存的理想波形宽度进行对比，具体包括：

在离激光雷达不同距离处放置标准漫反射板，记录若干个距离值的同时利用激光雷达对标准漫反射板进行扫描，得到若干个理想波形宽度；其中，所述若干个理想波形宽度与所述若干个距离值一一对应；

当通过激光雷达扫描目标物体得到目标波形信号与目标物体的距离值后，根据所述目标物体的距离值找出对应的第一理想波形宽度，将所述第一理想波形宽度与所述目标波形信号的实际波形宽度进行对比。

在预先实验中利用激光雷达扫描标准漫反射板得到并存储若干个与不同距离值对应的理想波形宽度，将实际扫描目标物体得到的实际波形宽度与理想波形宽度对比，确定检测精度是否有受到影响。

在一个优选的实施例中，当进行预先实验时，在若干个不同距离处放置70％反射率的标准漫反射板，利用激光雷达对标准漫反射板进行扫描，得到在各不同距离下的理想波形信号，记录理想波形信号的波形宽度，即为理想波形宽度。各理想波形宽度分别与各距离值一一对应。

在实际工作中，激光雷达扫描目标物体得到目标物体的目标波形信号与距离值后，将目标波形信号的实际波形宽度与所述距离值对应的理想波形宽度进行对比，以确定检测精度是否有收到影响。

对于步骤S103，具体的，所述根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前调节所述第一分区对应的第一曝光时间，具体包括：

根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前通过PID控制器控制调节所述第一分区的所述第一曝光时间；

若所述实际波形宽度小于第一理想波形宽度，则将所述第一分区对应的第一曝光时间延长；

若所述实际波形宽度大于第一理想波形宽度，则将所述第一分区对应的第一曝光时间缩短。

进一步的，在对所述第一分区对应配置调节后的所述第一曝光时间之前，还包括：

检测所述目标物体是否还处在所述第一分区，若所述目标物体仍位于所述第一分区，则对应调节所述第一分区的曝光时间为所述第一曝光时间；若所述目标物体已经不在所述第一分区中，则不调节所述第一分区的曝光时间，激光雷达重新扫描并确定所述目标物体所在第二分区，对所述第二分区的曝光时间进行调节。

在一个优选的实施例中，根据目标物体的实际波形宽度与理想波形宽度的对比结果，若实际波形宽度小于理想波形宽度，则在下一轮扫描中将目标物体所在分区的曝光时间延长，若实际波形宽度大于理想波形宽度，则在下一轮扫描中将目标物体所在分区的曝光时间缩短。其中，曝光时间调整的尺度不固定，在本优选实施例中，使用PID控制器来调整曝光时间，理论上也可以使用其他线性或非线性的控制器进行调节，调整曝光时间的实际精度取决于传感器的控制精度。

参见图4，是本发明一实施例提供的一种激光雷达曝光时间调节装置的结构示意图，包括：扫描模块201、对比模块202和调节模块203；

所述扫描模块201用于通过激光雷达扫描目标物体获得目标波形信号，同时计算目标物体距离值并确定所述目标物体在扫描区域所处的第一分区；其中，所述扫描区域被划分为若干个分区，且每个分区对应配置一曝光时间；

所述对比模块202用于将所述目标波形信号的实际波形宽度与预存的理想波形宽度进行对比；

所述调节模块203用于根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前调节所述第一分区对应的第一曝光时间。

本发明实施例提供的一种激光雷达曝光时间调节装置通过将激光雷达的扫描区域分区并将扫描目标物体后得到的目标波形信号与预存的理想波形信号进行对比，根据对比结果在下一轮激光雷达的扫描前调节目标物体所处分区的曝光时间，能够提升三角测距式激光雷达检测不同反射率的目标物体时的检测精度。

进一步的，所述扫描模块201用于通过激光雷达扫描目标物体获得目标波形信号，同时计算目标物体距离值并确定所述目标物体所处的第一分区，具体包括：

通过激光雷达扫描目标物体，得到目标物体的图像数据，将所述图像数据转化为目标波形信号，同时根据三角测距法计算目标物体距离值；

通过比对激光雷达的扫描角度与所述图像数据，确定所述图像数据所在分区，进而确定目标物体所处的第一分区。

进一步的，所述对比模块202用于将所述目标波形信号的实际波形宽度与预存的理想波形宽度进行对比，具体包括：

在离激光雷达不同距离处放置标准漫反射板，记录若干个距离值的同时利用激光雷达对标准漫反射板进行扫描，得到若干个理想波形宽度；其中，所述若干个理想波形宽度与所述若干个距离值一一对应；

当通过激光雷达扫描目标物体得到目标波形信号与目标物体的距离值后，根据所述目标物体的距离值找出对应的第一理想波形宽度，将所述对应的第一理想波形宽度与所述目标波形信号的实际波形宽度进行对比。

进一步的，所述调节模块203用于根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前调节所述第一分区对应的第一曝光时间，具体包括：

根据对比结果，在下一轮激光雷达的扫描前通过PID控制器控制调节所述第一分区的所述第一曝光时间；

若所述实际波形宽度小于第一理想波形宽度，则将所述第一分区对应的第一曝光时间延长；

若所述实际波形宽度大于第一理想波形宽度，则将所述第一分区对应的第一曝光时间缩短。

需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。