CN112882001A - 激光雷达的测程检测方法及装置 - Google Patents

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CN112882001A CN202110367712.7A CN202110367712A CN112882001A CN 112882001 A CN112882001 A CN 112882001A CN 202110367712 A CN202110367712 A CN 202110367712A CN 112882001 A CN112882001 A CN 112882001A
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姜波
王懿
方歆怡
寇银波
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
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Abstract

本发明公开一种激光雷达的测程检测方法及装置。根据本发明的一实施例的激光雷达的测程检测方法包括：获取第一距离，所述第一距离是在激光雷达和目标靶之间设置衰减片的情况下的激光雷达的测程；利用第一距离通过式3计算第二距离：其中，R1是第二距离，μ是激光在大气环境中的衰减系数，R4是第一距离；A是衰减片的透过率。

Description

激光雷达的测程检测方法及装置
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程检测方法。
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诸如距离、速度、反射率等相关信息。
目前，车载激光雷达的探测距离(测程)已经达到150米左右，精度已经小于2厘米。激光雷达测程对自动驾驶的定位及避障极其重要，如何对激光雷达的测程进行精确标定计量已经成为业界亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供一种激光雷达的测程检测方法及装置。
根据本发明的一实施例的激光雷达的测程检测方法包括：获取第一距离，所述第一距离是在激光雷达和目标靶之间设置衰减片的情况下的激光雷达的测程；利用第一距离通过下式计算第二距离：lnR1+uR1＝lnR4-lnA+uR4，其中，R1是第二距离，μ是激光在大气环境中的衰减系数，R4是第一距离；A是衰减片的透过率。
并且，计算出的第二距离可以为激光雷达测程的估计值，在利用式计算第二距离时，利用迭代方法计算第二距离。
并且，激光雷达和目标靶之间设置的衰减片的数量可以为多个，式中的A为多个衰减片的透过率的乘积。
并且，第一距离是激光雷达的光斑可以处于临界状态时的激光雷达与目标靶之间的距离，所述临界状态是激光雷达能够有效测量的状态和无法有效测量的状态之间的状态。
并且，第一距离可以是返回到激光雷达的光斑处于临界状态时的激光雷达与目标靶之间的距离，当激光的功率低于临界值时激光雷达无法有效测量距离。
根据本发明的另一实施例的激光雷达的测程检测装置包括：激光雷达放置部，放置激光雷达；目标靶，能够使从激光雷达发出的激光被反射，目标靶与激光雷达之间的距离可调；衰减片，设置于激光雷达和目标靶之间；计算部，获取第一距离，该第一距离是激光雷达能够有效测量的目标靶的最大距离，通过下式计算第二距离：lnR1+uR1＝lnR4-lnA+uR4，其中，R1是第二距离，μ是激光在大气环境中的衰减系数，R4是第一距离；A是衰减片的透过率。
根据本发明的一实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当该指令被处理器执行时实现如上所述的方法。
根据本发明的一实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法。
根据本发明的一实施例，相比于直接检测激光雷达的测程的方法，可以在有限的空间内检测激光雷达的测程。并且，检测方法简单，无需复杂的操作过程。
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是激光雷达的实际测试下的功率图。
图2是示出余弦辐射体的图。
图3是实验室仿真环境下的激光雷达的功率图。
图4是示出根据本发明的一实施例的激光雷达的测程检测方法的流程图。
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可以结合到其他实施例。
并且，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系是基于附图的方位或位置关系，并且仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以下，参照图1～图3对根据本发明的一实施例的激光雷达的测程检测方法的原理进行说明。
图1是激光雷达的实际测试下的功率图。图1是示出未加衰减片的情况下的激光在各位置的功率的图。假设从激光雷达发出的激光的功率为P0；激光雷达与目标靶板的距离为R1；到达目标靶板时的功率为P1；返回到激光雷达时的功率为P2；激光雷达的接收器孔径面积为Ar且光学接收效率为Kr；目标靶板反射率为ρ；目标对激光雷达的接收器的张角(物方孔径角)所对应的立体角为Ωr。
由于
Figure BDA0003007986840000031
(大气透过率)，因此到达目标靶板时的激光的功率
Figure BDA0003007986840000032
由于目标靶板是一个漫反射体，返回的激光会构成图2所示的“余弦幅射体(朗伯体)”。
因此，返回的功率P2与大气的衰减、目标靶板的反射率以及目标对接收器的张角所对应的立体角有关。因此可知公式如下：Pr＝Pe*Ωr*Kr，其中
Figure BDA0003007986840000033
故可得：
Figure BDA0003007986840000034
图3是实验室仿真环境下的激光雷达的功率图。图3示出加了衰减片的情况下激光在各位置的功率的图。其中，激光通过衰减片后衰减预定程度。可以用透过率A表示从衰减片出射的激光与入射衰减片的激光的比值。假设雷达初始功率为P0；到达衰减片时的功率为P1；穿过衰减片时的功率为P2；到达目标靶板时的功率为P3；从目标靶板返回到衰减片的时功率为P4；再次穿过衰减片时的功率为P5；从衰减片返回到激光雷达时的功率为P6；衰减片的透过率为A；发射位置到衰减片的距离为R2；衰减片到目标靶板的距离为R3；实验总体长度为R4＝R2+R3。
因为
Figure BDA0003007986840000035
(大气透过率)，所以激光到达衰减片时的功率为
Figure BDA0003007986840000036
又因为穿过衰减片后功率会比例衰减，所以穿过衰减片时的功率为
Figure BDA0003007986840000041
又因为衰减片到目标靶板会有大气吸收，所以通过以下式：
Figure BDA0003007986840000042
可知，激光穿过衰减片后到达目标靶板时的功率为
Figure BDA0003007986840000043
又因为目标靶板有反射系数ρ，目标靶板到衰减片这段距离有大气吸收，所以可知
Figure BDA0003007986840000044
再次穿过衰减片时的功率为
Figure BDA0003007986840000045
透过衰减片后大气又有一个吸收，并且要考虑朗伯体辐射问题。并且，接收器能够接收的激光功率和立体角、接收器接收效率成正比关系，可知式如下：Pr＝Pe*Ωr*Kr，其中
Figure BDA0003007986840000046
故可得：
Figure BDA0003007986840000047
其中，我们可以检测最大有效R1，即可检测激光雷达的测程。但由于激光雷达的测程较远，直接检测R1需要几百米长的场地。因此，需要一种无需大场地的测程检测方法。
具体而言，当激光返回激光雷达时的功率P2和P6大于或等于临界值Pth时，激光雷达可以有效地测量距离，并且该临界值Pth是激光雷达本身的属性所决定的，且若激光返回激光雷达时的功率低于临界值Pth则无法有效测量距离。并且，可以将返回的激光的功率为临界值Pth时的光斑的状态称为临界状态。所述临界状态是激光雷达能够有效测量的状态和无法有效测量的状态之间的状态。
因此，可以通过使P2＝P6，通过在同样的目标靶板、温湿度等其他条件的情况下，测量激光雷达可测量的极限距离。从而，通过计算式2中的R4最大值而得出式1中的R1最大值。
其中，式1和式2分别为：
Figure BDA0003007986840000048
Figure BDA0003007986840000049
通过P2＝P6，去掉两边的相同乘数，并对等式两边取对数，可得以下的式3：
lnR1+uR1＝lnR4-lnA+uR4 (式3)。
其中，R1是待测的激光雷达的测程；μ是激光在大气环境中的衰减系数且在相同大气条件下为常数(激光的使用及测试环境均视为大气环境)；R4是在测试时利用衰减片检测的激光雷达的测程；A是衰减片的透过率；ln是以常数e为底数的对数。
从而，从式3中可知，在测试时，可以在激光雷达与目标靶板之间的光路中设置衰减片，并检测此情况下的激光雷达的测程(R4)或者激光的接收功率为临界值Pth时的距离R4，即可得出式3的右侧值。在得出右侧的值后，可以利用迭代法得到足够接近R1的值。从而，可以将可接受误差范围内的R1值作为激光雷达的测程。
通过以上方法测量激光雷达的测程，具有以下优点：
1)对检测环境大小的要求低。由于可利用衰减片检测测程，因此检测环境无需达到激光雷达的实际测程(如100～200m)，从而可以在大小有限的实验室空间内检测激光雷达的测程；
2)检测过程简单。在检测时，只需移动目标靶板和/或激光雷达。只需在中间有衰减片的情况下，进行移动并记录激光雷达无法进行有效测量的距离R4，即可通过式3计算出激光雷达的实际测程。
另外，虽然本申请中对设置一个衰减片的情形进行了说明。但是本发明不限于此，可以适用于设置多个衰减片的情形。在设置多个衰减片的情况下，式3中的A可以是多个衰减片的透过率的乘积。
另外，式3的准确性可以通过如下方式验证。
可以通过实际测试激光雷达的测程而验证。在室外测试时，由于距离过远则会导致实际测试变成小目标测试，为了避免这种情况，需要将实际距离缩短。所以可以在实际测试的地方也加入衰减片，该衰减片的透过率设为A2(其中A2≠A)，这样能够将实际距离缩短。调整后的公式如下：
Figure BDA0003007986840000051
故P2＝P6，整理后可得lnR1+uR1＝lnR4-lnA+lnA2+uR4。只需在室外走到之前实验室中推出的R1位置，观察光斑是否到达极限(或者检测是否处于临界点)，即可验证成功。或者可以将R1带入此式子反推出R4，然后将这个R4值与实验室中的R4值比较无问题之后即验证成功。
在上文中，对激光雷达的测程检测方法的原理进行了说明。以下，参照图3～4对激光雷达的测程检测方法及装置进行说明。
图4是示出根据本发明的一实施例的激光雷达的测程检测方法的流程图。如图4所示，激光雷达的测程检测方法可以包括如下步骤：
步骤S101：获取在中间设置衰减片的情况下测量的R4(最大有效测量距离或者测程)；
步骤S102：利用式3计算R1。
其中，获取R4可以通过人工测量后获得，或者也可以由计算机自动获取目标靶与激光雷达之间的距离。最大有效测量距离R4的判断可以有多种标准，可以由本领域技术人员适当地选择。例如，可以选择激光雷达开始无法准确测量距离时的距离或者返回的光斑不够清晰时的距离。本发明方法的实现受该判断标准的影响较小。并且，步骤S101中的中间表示的是激光雷达和目标靶之间的位置，并不表示激光雷达和目标靶之间的中点位置。
其中，R1的计算涉及迭代计算，不是可以通过等式直接得出的精确的值。因此，计算的结果的精确度可能与本领域技术人员选择的迭代结束条件有关。并且，最后得出的R1是激光雷达实际测程的可靠估计值。并且，衰减片的透过率A可以为已知的常数，或者也可以有测试人员输入。
如上所述的方法可以通过计算机程序实现。并且可以以可读存储介质的形式存在，当计算机执行存储介质的指令时可以执行如上所述的方法。
根据本发明的另一实施例，还可以提供一种如下所述的激光雷达的测程检测装置。
参照图3，根据本发明的一实施例的激光雷达的测程检测装置可包括：激光雷达放置部、衰减片、目标靶及计算部。
其中，激光雷达放置部可以用于放置及固定激光雷达。
目标靶可以使入射到目标靶的激光产生漫反射。目标靶优选为靶板形态，但不限于此。并且，目标靶和激光雷达放置部(激光雷达)之间的间距可调。上述的间距调整可以通过移动激光雷达放置部和/或目标靶实现。
衰减片可以置于激光雷达放置部(激光雷达)和目标靶之间，以减少通过的激光的强度。
计算部可以利用输入的R1，通过式3计算激光雷达的测程。其中，R1(在中间有衰减片的情况下的最大有效测量距离)的输入可以通过人工输入或者自动读取激光雷达与目标靶之间的距离实现。
计算部可以利用式3计算R1的值。并且，可以通过迭代方式计算R1的值。并且，可以在误差小于预设值的情况下停止迭代。其中，误差可以表示计算的式3等式左边的值大于等式右边的值时的R1与计算的等式左边的值小于等式右边的值时的R1之间的差。并且，可以将上述的两个R1中的任意一个作为激光雷达的测程。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
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。

Claims (8)

1.一种激光雷达的测程检测方法，其特征在于，包括：
获取第一距离，所述第一距离是在激光雷达和目标靶之间设置衰减片的情况下的激光雷达的测程；
利用第一距离通过下式计算第二距离：
lnR1+uR1＝lnR4-lnA+uR4，
其中，R1是第二距离，μ是激光在大气环境中的衰减系数，R4是第一距离；A是衰减片的透过率。
2.如权利要求1所述的激光雷达的测程检测方法，其特征在于，
计算出的第二距离为激光雷达测程的估计值，
在利用式计算第二距离时，利用迭代方法计算第二距离。
3.如权利要求1所述的激光雷达的测程检测方法，其特征在于，
激光雷达和目标靶之间设置的衰减片的数量为多个，式中的A为多个衰减片的透过率的乘积。
4.如权利要求1所述的激光雷达的测程检测方法，其特征在于，
第一距离是返回到激光雷达的光斑处于临界状态时的激光雷达与目标靶之间的距离，
所述临界状态是激光雷达能够有效测量的状态和无法有效测量的状态之间的状态。
5.如权利要求1所述的激光雷达的测程检测方法，其特征在于，
第一距离是激光雷达接收的激光的功率处于临界值时的激光雷达与目标靶之间的距离，
当激光的功率低于临界值时激光雷达无法有效测量距离。
6.一种激光雷达的测程检测装置，其特征在于，包括：
激光雷达放置部，放置激光雷达；
目标靶，能够使从激光雷达发出的激光被反射，目标靶与激光雷达之间的距离可调；
衰减片，设置于激光雷达和目标靶之间；
计算部，获取第一距离，该第一距离是激光雷达能够有效测量的目标靶的最大距离，通过下式计算第二距离：
lnR1+uR1＝lnR4-lnA+uR4，
其中，R1是第二距离，μ是激光在大气环境中的衰减系数，R4是第一距离；A是衰减片的透过率。
7.一种包含指令的计算机程序产品，当该指令被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5中任一项所述的方法。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102608613A (zh) * 2012-03-20 2012-07-25 西安理工大学 一种激光雷达对点目标探测能力的精确标定装置与方法
CN110907920A (zh) * 2018-09-18 2020-03-24 中国北方车辆研究所 一种室内无源激光测距模拟装置及测距能力检测方法
CN111077511A (zh) * 2018-10-19 2020-04-28 浙江舜宇智能光学技术有限公司 激光衰减装置和激光雷达模拟测试***及其方法
CN111079304A (zh) * 2019-12-26 2020-04-28 哈尔滨工业大学 一种Gm-APD激光雷达最远探测距离的计算方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102608613A (zh) * 2012-03-20 2012-07-25 西安理工大学 一种激光雷达对点目标探测能力的精确标定装置与方法
CN110907920A (zh) * 2018-09-18 2020-03-24 中国北方车辆研究所 一种室内无源激光测距模拟装置及测距能力检测方法
CN111077511A (zh) * 2018-10-19 2020-04-28 浙江舜宇智能光学技术有限公司 激光衰减装置和激光雷达模拟测试***及其方法
CN111079304A (zh) * 2019-12-26 2020-04-28 哈尔滨工业大学 一种Gm-APD激光雷达最远探测距离的计算方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杨照金 等: "《空间光学仪器设备及其校准检测技术》", 中国计量出版社, pages: 150 - 151 *

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