激光雷达的测距方法、测距装置及存储介质

技术领域

本发明涉及激光雷达，尤其涉及一种激光雷达的测距方法。

背景技术

在自动驾驶领域中，自动驾驶车辆可以借助激光雷达（LIDAR）等设备来探测周围物体。激光雷达可以通过向周围三维空间发射激光束作为探测激光，并使激光束照射到周围空间中的物体后被反射而成为回波激光并返回，激光雷达将接收的回波激光与发射的探测激光进行比较，从而获得关于周围物体的距离信息。

目前采用的方法是，针对一束激光束的回波，测量接收到该激光束的时间，从而计算外部物体相对于激光雷达的距离。但是，这种测量方法可能因为激光雷达判断回波的方法而存在差异。

发明内容

本发明提供一种可以更精确地测量外部物体的相隔距离的激光雷达的测距方法。

根据本发明的一实施例的激光雷达的测距方法包括：交替发射第一强度和第二强度的激光束，其中，第一强度和第二强度的大小不相同；接收照射到激光雷达外部的物体后返回的激光束；利用返回的多个激光束分别确定外部物体与激光雷达的相隔距离；判断利用第一激光束和第二激光束确定的相隔距离是否相同或者相差预设误差值以下，所述第一激光束和第二激光束是空间上相邻的第一强度的激光束；当判断结果为是时，基于利用第一激光束以及第三激光束分别确定的相隔距离而重新确定第一校正距离和第二校正距离，第一校正距离和第二校正距离相等，第一校正距离是与第一激光束对应的距离，第二校正距离是与第三激光束对应的距离，第三激光束是空间上位于第一激光束和第二激光束之间的第二强度的激光束。

并且，可以利用预设的阈值确定返回的激光束的接收时间而确定外部物体与激光雷达的相隔距离。

并且，第一校正距离和第二校正距离的大小可以位于利用第一激光束确定的相隔距离和利用第三激光束确定的相隔距离之间。

并且，第一校正距离和第二校正距离可以大于或小于利用第一激光束确定的相隔距离以及利用第三激光束确定的相隔距离。

并且，可以基于利用第一激光束以及第三激光束分别确定的相隔距离之间的关系重新确定第一校正距离和第二校正距离。

并且，还可以包括：判断利用第二激光束和第四激光束确定的相隔距离是否相同或者相差预设误差值以下，所述第一激光束、第二激光束和第四激光束是空间上依次排列的第一强度的激光束；当关于第二激光束和第四激光束的判断结果为是时，基于利用第二激光束以及第五激光束分别确定的相隔距离而重新确定第三校正距离和第四校正距离，第三校正距离和第四校正距离相等，第三校正距离是与第二激光束对应的距离，第四校正距离是与第五激光束对应的距离，第五激光束是空间上位于第二激光束和第四激光束之间的第二强度的激光束。

根据本发明的另一实施例的激光雷达的测距方法包括：交替发射第一强度和第二强度的激光束，其中，第一强度和第二强度的大小不相同；接收照射到激光雷达外部的物体后返回的激光束；利用返回的多个激光束分别确定外部物体与激光雷达的相隔距离；判断利用第一激光束和第二激光束确定的相隔距离是否相差预设误差值以下，所述第一激光束和第二激光束分别是空间上相邻的第一强度和第二强度的激光束；当判断结果为是时，基于利用第一激光束以及第二激光束分别确定的相隔距离而重新确定第一校正距离和第二校正距离，第一校正距离和第二校正距离相等，第一校正距离是与第一激光束对应的距离，第二校正距离是与第二激光束对应的距离。

并且，可以利用预设的阈值确定返回的激光束的接收时间而确定外部物体与激光雷达的相隔距离。

并且，还可以包括：基于利用第一激光束以及第二激光束分别确定的相隔距离之间的关系重新确定相同的第一校正距离和第二校正距离。

根据本发明的另一实施例的测距装置包括：发射模块，交替发射第一强度和第二强度的激光束，其中，第一强度和第二强度的大小不相同；接收模块，接收照射到激光雷达外部的物体后返回的激光束；计算模块，利用返回的多个激光束分别确定外部物体与激光雷达的相隔距离；判断模块，判断利用不同激光束确定的相隔距离是否相同或者相差预设误差值以下；校正模块，利用计算模块计算的多个相隔距离重新确定校正距离，所述测距装置用于执行如上所述的方法。

根据本发明的另一实施例的测距装置包括：处理器和存储器，存储器用于存储计算机程序或指令，所述处理器用于执行所述存储器中的计算机程序或指令实现如上所述的方法。

根据本发明的另一实施例的计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如上所述的方法。

根据本发明的一实施例，通过交替发射高强度和低强度的激光束，可以利用高强度激光束和低强度激光束的回波信号计算更精确的距离，相比于仅利用高强度激光束或低强度激光束的回波信号计算距离的情形，可以进行更精确的距离测量。

本发明的效果不限于如上所述的效果，本领域技术人员可以从以下的说明中得出上文中未记载的效果。

附图说明

图1是示出根据本发明的一实施例的激光雷达的示意图。

图2是示出从放大器输出的模拟信号形态的回波信号的示意图。

图3~7是示出根据本发明的一实施例的激光雷达的测距方法的流程图及示意图。

图8~9是示出根据本发明的另一实施例的激光雷达的测距方法的示意图。

图10~11是示出从激光雷达发出的激光束的强度的示意图。

图12是示出根据一实施例的测距装置的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行详细的描述。显然，以下公开的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。并且，本发明中对多个实施例进行了说明，多个实施例中的特征和/或步骤可以在不与其他实施例互相排斥的情况下结合到其他实施例。

为使得本申请实施例的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域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。

图1是示出根据本发明的一实施例的激光雷达的示意图。

如图1所示，激光雷达10可以包括发射部100、接收部200以及处理器300。

所述发射部100可以发出激光而使激光在激光雷达外部的物体反射后返回激光雷达，从而可以通过飞行时间法（TOF）测量周围物体与激光雷达的相隔距离。

所述接收部200可以接收从所述发射部100发射后在激光雷达的外部物体反射的激光。并且，接收部200可以进一步包括接收器210、放大器220以及转换器230。

所述接收器210可以接收返回的激光而生成与返回的激光束对应的模拟信号。所述接收器210可以为诸如APD及SPAD等光电传感器。

所述放大器220可以将所述接收器210接收的模拟信号放大。例如，所述放大器220可以是跨阻放大器（TIA）。

所述转换器230可以将从所述放大器220输出的模拟信号形式的回波信号转换为数字信号。

从所述转换器230输出的数字信号可以输入到所述处理器300。所述处理器300可以基于接收到的数字信号而计算激光雷达的外部物体的距离、反射率等信息。

以上，对激光雷达的整体探测方法进行了说明。接下来，对根据本发明的一实施例的激光雷达的测距方法进行说明。根据本发明的激光雷达的测距方法可应用于激光雷达，以使激光雷达能够更精确地计算外部物体的相隔距离。

图2是示出从放大器220输出的模拟信号形态的回波信号的一示例的图。并且，图2是示出当高强度和低强度的两个不同激光束照射到同一点后返回时的回波信号的图。

如图2所示，当利用阈值V判断回波信号的接收时，判断的高强度的回波信号的接收时间t0早于判断的低强度的回波信号的接收时间t1。判断的接收时间的不同会导致计算出的相隔距离不同（该相隔距离可以使用飞行时间法测量）。因此，通过高强度的激光束和低强度的激光束探测的外部物体的相隔距离也会存在一定的差异。

以下，对根据本发明的激光雷达的测距方法进行说明。

<第一实施例>

以下，参照图3-7对根据本发明的第一实施例的激光雷达的测距方法进行说明。

图3是示出根据本发明的一实施例的激光雷达的测距方法的示意图。如图3所示，根据本发明的第一实施例的激光雷达的测距方法可以包括如下步骤。

步骤S101：从激光雷达向外部交替发射第一强度和第二强度的激光束，并接收照射到激光雷达外部的物体后返回的激光束。

其中，第一强度和第二强度的大小不相同，并且发出的激光束在空间上位于不同位置。例如，激光雷达可以向外部发出如图4所示的高-低-高强度的激光束a~c。图4中，圆圈表示打在激光雷达外部物体的光斑。多个圆圈中的条纹密度更高的圆圈表示高强度激光束所形成的光斑、多个圆圈中的条纹密度更低的圆圈表示低强度激光束所形成的光斑。

从激光雷达发出的光的强度分布可以如图10和11所示。图10和图11中示出交替发射高强度激光束和低强度激光束的情形。如图10所示，相同列的激光束均为高强度/低强度，此时可以利用横向相邻的激光束进行后续步骤的处理。如图11所示，高强度和低强度的激光在横向以及纵向均交替布置。从而可以利用横向相邻或者纵向相邻的激光束进行后续处理。

步骤S102：利用返回的激光束确定外部物体与激光雷达的相隔距离。

其中，步骤S102可以包括：利用阈值确定激光束的接收时间；以及利用接收时间和激光束的发射时间计算外部物体的相隔距离。

如图2所示，激光雷达可以将回波信号的强度开始高于阈值时的时间确定为回波信号的接收时间。由于激光雷达的接收器210可能接收到外部环境的杂散光，因此可以通过设置适当的阈值而避免将外部杂散光判断为回波信号。此时，可以将回波信号的强度开始高于阈值V的时间确定为回波信号的接收时间，或者也可以利用开始高于阈值的时间t0和回波信号的波形信息推算回波信号的更准确的接收时间（波形开始的时间）。

所述相隔距离可以是在外部反射激光束的物体与激光雷达的相隔距离。激光束的发射时间可以从控制器得到。可以通过对接收时间和发射时间的时间差乘以光速后除以2而得到相隔距离。

步骤S103：判断利用相邻的相同强度的激光束计算的距离是否相同或者判断利用相邻的相同强度的激光束计算的距离是否在预设误差内。

即，当判断为利用相邻的相同强度的激光束计算的距离相同时，可以认为两束激光束打在了相同的物体上。因此，可以认为相邻的相同强度的激光束之间的不同强度的激光束也打在相同物体上。在实际测距过程中，可能由于探测误差，计算出的上述距离可能无法完全相同，因此在判断时可以设置预定的可容忍误差，当距离差异小于可容忍误差的时候可以认为两个激光束打在了相同的物体上。

随着现有技术中的激光雷达的发展，可以实现更高角分辨率的激光雷达。当激光雷达的角分辨率足够高（例如，当角分辨率高于一个光斑的大小）时，相邻的激光束a和激光束b可以打在激光雷达外部物体的几乎相同的位置，从而可以忽略物体的反射面相对于激光雷达不平行导致的判断的距离误差。在不满足上述角分辨率条件时，也可以使用本发明的测距方法，但可能导致精确度有所降低。

步骤S104：当步骤S103中的判断结果为是时，基于利用上述相邻的相同强度的激光束之一以及相邻的相同强度的激光束之间的激光束分别确定的相隔距离而重新确定两个相同的校正距离。

例如，如图4所示，当上述的步骤S103的判断结果为是时，可以判断为第一激光束a和第三激光束c打在了同一物体，从而第一激光束a和第三激光束c之间的第二激光束b也可以认为是打在了同一物体。但是，由于第一激光束a、第三激光束c的强度与第二激光束b不同，因此，利用阈值计算的相隔距离可能不同。利用强度交替的第一激光束a~第三激光束c计算的相隔距离可以如图5所示。

如图5所示，由于激光束a是高强度的激光束，因此更快速到达阈值（如图2所示），从而激光的传播时间短，从而计算出的相隔距离也相较于低强度激光束b短一点。因此，利用第一激光束a~第三激光束c计算的距离可以如图5所示地交错排列。此时，分别利用第一激光束a~第三激光束c计算的距离可能都不是最准确的距离，可能都因为阈值的选择而存在一定的误差。

步骤S104中的重新确定校正距离的方法可以如下。

方法1：

如图7所示，在直接将回波信号的强度开始高于阈值V的时间用作激光束的接收时间的情况下，所得出来的激光束的接收时间比实际接收时间（波形的开始时间）晚。而且，图7的（a）和（b）是在短距离/长距离或者高反射率/低反射率情况下的回波信号的利用阈值确定的接收时间。因此，参照图6可知高强度回波信号开始高于阈值的时间t0和实际接收时间（波形开始的时间）之差根据激光束的飞行距离或反射率而不同。因此，不能直接对于高强度激光束的回波信号的t0时间减去预定值而得到实际激光束的接收时间。

参照图7可知，高强度激光束的回波信号开始高于阈值的时间t0和低强度激光束的回波信号开始高于阈值的时间t1时间之差越大，高强度激光束的回波信号的强度开始高于阈值的时间t0和实际接收时间之差越大。

从而可以利用t0时间和t1时间之差补偿t0时间而得到更准确的回波信号的接收时间。例如，可以直接通过如下方式计算。

式1：T=T

其中，T是重新确定的高强度激光束（或者低强度激光束）的回波信号的接收时间。

T

T

k可以是任意的正数，例如可以为1。

其中的k可以由本领域技术人员适当地设定。

并且，对于位于高强度激光束之间的低强度激光束的回波信号的重新确定的接收时间，由于假设为打到与高强度激光束相同的位置，校正后的值可以与高强度回波信号的接收时间相同。

在重新确定如上所述的回波信号的接收时间后，可以利用光速以及发射时间确定相隔距离。或者，上述式1中可以直接利用相隔距离（利用上述时间计算的相隔距离）进行相同的计算。

因此，校正的距离可以如图6所示，并且，校正后的距离相比于利用高强度激光束计算的距离以及利用低强度激光束计算的距离更近，并且彼此处于相同距离。

在以上的方法中，对利用t0时间和t1时间之差的倍数进行补偿而重新确定校正距离的方式进行了说明。但本发明不限于此，可以对t0时间和t1时间之差除以利用t0时间对应的距离后的倍数进行补偿，也可以对t0时间、t1时间或者利用t0时间及t1时间计算的距离取对数而进行补偿。

方法2：

如图8所示，本领域技术人员可以选择，不直接利用回波信号的强度开始高于阈值V的时间，而利用回波信号的强度开始高于阈值V的时间和该时间的回波信号的斜率估算回波信号的接收时间。其中，估算出的高强度激光束的回波信号的接收时间为t0、估算出的低强度激光束的回波信号的接收时间为t1。

在利用这种方式估算接收时间的情况下，如图8所示，所估算的时间比实际接收时间（波形的开始时间）会早一些。而且，图8的（a）和（b）是在短距离/长距离或者高反射率/低反射率情况下的回波信号的利用阈值确定的接收时间。因此，参照图8可知利用该方法计算的接收时间t0和实际接收时间（波形开始的时间）之差根据激光束的飞行距离或反射率而不同。因此，不能仅利用如上所述的方法估算回波信号的接收时间。

参照图8可知，利用该方法估算的高强度激光束的回波信号的接收时间t0和低强度激光束的回波信号的接收时间t1时间之差越大，利用该方法估算的高强度激光束的回波信号的接收时间t0和实际接收时间之差也越大。

从而可以利用t0时间和t1时间之差补偿t0时间而得到更准确的回波信号的接收时间。例如，可以通过如下方式计算。

式2：T=T

其中，T是校正后的高强度激光束（或者低强度激光束）的回波信号的接收时间。

T

T

k可以是任意的正数。

其中的k可以由本领域技术人员适当地设定。

并且，对于位于高强度激光束之间的低强度激光束的回波信号的接收时间，由于假设为打到与高强度激光束相同的位置，校正后的值可以与高强度回波信号的接收时间相同。

在重新确定如上所述的回波信号的接收时间后，可以利用光速以及发射时间确定相隔距离。或者，上述式2中可以直接利用相隔距离（利用上述时间计算的相隔距离）进行相同的计算。

因此，校正的距离可以如图9所示，并且，校正后的距离相比于利用高强度激光束计算的距离以及利用低强度激光束计算的距离更远，并且彼此处于相同距离。

在以上的方法中，对利用t0时间和t1时间之差的倍数进行补偿的方式进行了说明。但本发明不限于此，可以对t0时间和t1时间之差除以利用t0时间对应的距离后的倍数进行补偿，也可以对t0时间、t1时间或者利用t0时间及t1时间计算的距离取对数而进行补偿。

上文中的方法1和方法2中，对基于利用高强度和低强度激光束确定的相隔距离而重新确定校正距离的方式进行了说明。虽然方法1和方法2中分别对校正后的距离大于/小于校正前的相隔距离的情形进行了说明，但是本发明不限于此。校正后的距离也可能位于校正前的利用高强度和低强度激光束计算的相隔距离之间。其原因可以在于，由于发射延迟，控制器所得到的发射时间可能不是真正的发射时间而实际发射时间可能存在延迟。为了校正这一误差可能使得校正后的距离位于校正前的利用高强度和低强度激光束计算的相隔距离之间。

上文中，对满足步骤S103的条件的回波信号所计算的距离进行校正的方法进行了说明。具体的校正方法不限于本发明中提到的方法。接收的模拟信号形态的回波信号的形状可以根据模拟电路的设计而不同。因此，所对应的校正方法也可以根据回波信号的形态以及本领域技术人员选择的接收时间的判定标准而不同。共同之处在于，均是利用高强度激光束所对应的距离和低强度激光束所对应的距离对高强度激光束/低强度激光束所对应的距离进行校正而得到校正后的距离。更具体而言，可以利用高强度激光束所对应的距离和低强度激光束所对应的距离关系对高强度激光束/低强度激光束所对应的距离进行校正而得到校正后的距离。

并且，本申请中，利用高强度激光束和低强度激光束所对应的距离计算校正后的距离，并且，相比于仅利用补偿值对高强度激光束对应的距离或者低强度激光束对应的距离进行补偿的情形，可以进行更精确的测距（例如，仅对单个激光束所对应的距离进行定值补偿的话，可能因为缺乏距离/反射率等信息或者某些位置信息而导致补偿不够准确）。

<第二实施例>

以下，对根据本发明的第二实施例的激光雷达的测距方法进行说明。

根据本发明的第二实施例的激光雷达的测距方法与第一实施例的激光雷达的测距方法类似，区别在于，在第一实施例的步骤S103中，不判断利用相邻的相同强度的激光束计算的距离是否相同或相近，而是判断利用相邻的不同强度的激光束计算的相隔距离是否在预设误差值以下。

例如，如图4~5所示，可以判断利用激光束a和激光束b确定的相隔距离是否在预设误差值以下。

在判断结果为是时，可以认为激光束a和激光束b打在相同物体上。从而可以利用上述的两个激光束分别确定的相隔距离重新确定相同的校正距离。

其中，重新确定校正距离的方式与第一实施例相同，因此在此省略对此的说明。

<第三实施例>

以下，对根据本发明的第三实施例的激光雷达的测距方法进行说明。

根据本发明的第三实施例的激光雷达的测距方法与根据第一、第二实施例的激光雷达的测距方法相似，区别在于，还包括如下步骤。

步骤S105：针对利用相邻的下一组的激光束确定的相隔距离进行同样的判断。

例如，在第一实施例中，判断激光束a和激光束c是否满足步骤S103的判断以及判断结果为是的情况下的重新确定以后（或者在判断结果为否的情况下），可以判断激光束c和激光束e是否满足步骤S103的判断条件。若激光束c和激光束e满足条件，则可以对此进行步骤S104。还可以继续对其他激光束进行判断。

相同地，在第二实施例中，在判断激光束a和激光束b是否满足判断条件以后，可以继续判断激光束c和激光束d是否满足判断条件。若激光束c和激光束d满足条件，则可以对此重新计算校正距离。还可以继续对其他激光束进行判断。

如上所述，通过交替发射高强度和低强度的激光束，可以对于每一组满足条件的相邻的高强度和低强度激光束重新计算校正距离而提高测距的精确度。

<第四实施例>

图12为根据本发明的第四实施例的测距装置的结构示意图。如图12所示，如上所述的测距装置可以包括：发射模块1001；接收模块1002；计算模块1003；判断模块1004；校正模块1005。

其中，发射模块1001可以交替发射第一强度和第二强度的激光束。接收模块1002可以接收照射到激光雷达外部的物体后返回的激光束。计算模块1003可以利用返回的多个激光束分别确定外部物体与激光雷达的相隔距离；判断模块1004可以判断利用不同激光束确定的相隔距离是否相同或者相差预设误差值以下；校正模块1005可以在当判断结果为是时，基于利用第一激光束以及第二激光束分别确定的相隔距离而重新确定相同的第一校正距离和第二校正距离。

可以利用本实施例提供的测距装置执行根据第一~第三实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

可选地，当上述实施例的激光雷达的测距方法中的部分或全部通过软件实现时，装置也可以除了发射模块1001和接收模块1002以外只包括处理器。用于存储程序的可以存储器位于装置之外，处理器通过电路/电线与存储器连接，用于读取并执行存储器中存储的程序。

处理器可以是中央处理器（central processing unit，CPU），网络处理器（network processor，NP）或者CPU和NP的组合。

处理器还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路（application-specific integrated circuit，ASIC），可编程逻辑器件（programmablelogic device，PLD）或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件（complexprogrammable logic device，CPLD），现场可编程逻辑门阵列（field-programmable gatearray，FPGA），通用阵列逻辑（generic array logic，GAL）或其任意组合。

存储器可以包括易失性存储器（volatile memory），例如随机存取存储器（random-access memory，RAM）；存储器也可以包括非易失性存储器（non-volatilememory），例如快闪存储器（flash memory），硬盘（hard disk drive，HDD）或固态硬盘（solid-state drive，SSD）；存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。

本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序用于执行上述实施例提供的激光雷达的测距方法。

本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的激光雷达的测距方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

以上记载的关于装置及方法的实施例仅仅是示意性的，其中所记载的分离的单元可以是或者不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者不是物理单元，即，可以位于一个位置，或者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发明的技术方案。