CN114185057B - 一种探测方法、装置和终端 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种探测方法、装置和终端，可应用于自动驾驶、智能驾驶等领域。其中，探测装置包括至少一个激光器、至少一个探测单元、至少一个处理单元，且至少一个探测单元中的每个探测单元连接多个信号转换器，该多个信号转换器中的不同信号转换器可以对在同一时刻发射出去且由同一目标物体反射回来的不同信号分别进行处理，可以提升探测装置处理反射信号的能力，减少环境光噪声带来的不利影响，从而有助于提升探测装置探测目标物体相关信息的准确性。
Description
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种探测方法、装置和终端。
背景技术
基于单光子雪崩二极管(single photon avalanche diode，SPAD)探测器的激光雷达具有极高的灵敏度，其测距的基本原理是通过SPAD探测器采集单光子事件，利用信号光子的时空相关特性，区分无时空相关性的噪声光子计数。
具体的，激光雷达的激光器向外发射脉冲，激光雷达的SPAD探测器可以探测到被探测目标反射回来的信号光子。激光雷达统计若干次脉冲发射后，在***测量时间范围内的信号光子计数，得到针对单光子计数的直方图，然后利用特定的算法对直方图进行数据处理，得到信号光子的时间戳，然后根据信号光子的时间戳计算激光雷达与被探测目标之间的距离。
然而，由于SPAD探测器在探测到光子后存在一定的死时间(deadtime)，当环境光产生的光噪声较强时，SPAD探测器很容易被噪声光子优先触发而没有足够的动态范围响应信号光子，导致激光雷达的测距准确性降低。
因此，如何减少光噪声对激光雷达测距带来的不利影响，是目前需要解决的。
发明内容
本申请提供一种探测方法、装置和终端，用以减少光噪声对激光雷达测距带来的不利影响，提高激光雷达的测距准确性。
第一方面，提供一种探测方法，包括：控制至少一个激光器在第一时刻发射第一发射信号和第二发射信号；控制第一探测单元接收对应第一发射信号的第一反射信号和对应第二发射信号的第二反射信号；控制与第一探测单元连接的第一信号转换器对第一反射信号进行处理；控制与第一探测单元连接的第二信号转换器对第二反射信号进行处理；将第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果输出到至少一个处理单元。
根据上述方案，每个探测单元可以连接多个信号转换器，多个信号转换器中的不同信号转换器(如第一信号转换器)可以对在同一时刻发射出去且由同一目标物体反射回来的不同信号分别进行处理，可以提升探测装置探测到的反射信号的数量，进而提升探测装置探测目标物体相关信息的准确性。
应理解，尽管该方案同时会增加探测装置探测到的噪声信号的数量，但是由于在同一时刻发射出去且由同一目标物体反射回来的不同信号之间具有极强的时间相关性，而噪声信号之间没有时间相关性，在时间上的分布是随机的，因此探测装置实际探测到的反射信号的数量会远远大于探测到的噪声信号的数量，所以该方案可以提升信噪比，减少环境光噪声带来的不利影响，从而有助于提升探测装置探测目标物体相关信息的准确性。
一种可能的实现方式中，第一探测单元为单光子雪崩二极管SPAD探测单元，第一信号转换器和第二信号转换器为时间数字转换器TDC。
如此，通过增加SPAD探测单元连接的TDC的数量，可以实现对SPAD死时间内接收到的信号光子进行计数，进而增加信号光子的计数数量，从而减少环境光噪声带来的不利影响，有助于提升激光雷达对目标物体的探测能力。
一种可能的实现方式中，第一探测单元包含至少一个探测子单元。第一探测单元包含一个探测子单元时，即探测子单元与信号转换器为一对一的关系，可以降低结构的复杂度；当第一探测单元包含多个探测子单元时，即探测子单元与信号转换器可以为多对一的关系，可以进一步提高第一探测单元的探测能力。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器和第二信号转换器的启动时间不同。如此，可以从时间维度增加探测装置的动态范围，即增加探测装置探测光子的时机，从而增加探测装置整体可探测的光子数量。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器和第二信号转换器对应的触发信号的强度不同。如此，可以从信号幅度维度增加探测装置的动态范围，从而增加探测装置整体可探测的光子数量。
一种可能的实现方式中，方法还包括：控制至少一个处理单元根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息。其中，至少一个目标的信息包括但不限于是至少一个目标的距离、方位、高度、速度、姿态或形状中的一个或多个。
如此，可以实现基于同一探测单元的多个信号转换器的输出结果计算至少一个目标的信息，提高对目标的探测精度。
一种可能的实现方式中，控制至少一个处理单元根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息，可以包括：控制至少一个处理单元根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果对应的直方图，确定至少一个目标的位置信息；其中，直方图包括第一探测单元接收第一反射信号和第二反射信号的时间信息。
如此，可以利用直方图可以高效地统计出信号光子的时间戳，进而提高探测装置计算目标相关信息的效率。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器对应的死时间小于或等于第一探测单元对应的死时间。
如此，可以提升探测装置整体对光子的计数能力，有助于进一步提升激光雷达对目标物体的探测能力。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器对应的死时间与第二信号转换器对应的死时间相同，或者，第一信号转换器的类型与第二信号转换器的类型相同。
如此，可以降低探测装置的复杂度。
第二方面，提供一种探测方法，方法包括：至少一个激光器在第一时刻发射第一发射信号和第二发射信号；第一探测单元接收对应第一发射信号的第一反射信号和对应第二发射信号的第二反射信号；与第一探测单元连接的第一信号转换器对第一反射信号进行处理；
与第一探测单元连接的第二信号转换器对第二反射信号进行处理；至少一个处理单元
对第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果进行处理。
一种可能的实现方式中，第一探测单元包含至少一个探测子单元。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器和第二信号转换器的启动时间不同；或者，第一信号转换器和第二信号转换器对应的触发信号的强度不同。
一种可能的实现方式中，至少一个处理单元对第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果进行处理，包括：至少一个处理单元根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息。
一种可能的实现方式中，至少一个处理单元根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息，包括：至少一个处理单元根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果对应的直方图，确定至少一个目标的位置信息；其中，直方图包括第一探测单元接收第一反射信号和第二反射信号的时间信息。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器对应的死时间小于或等于第一探测单元对应的死时间。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器对应的死时间与第二信号转换器对应的死时间相同，或者，第一信号转换器的类型与第二信号转换器的类型相同。
一种可能的实现方式中，第一探测单元为SPAD探测单元，第一信号转换器和第二信号转换器为TDC。
第三方面，提供一种处理装置，包含至少一个处理器和接口电路，接口电路用于接收来自处理装置之外的其它装置的信号并传输至处理器或将来自处理器的信号发送给处理装置之外的其它装置，处理器用于执行：控制至少一个激光器在第一时刻发射第一发射信号和第二发射信号；控制第一探测单元接收对应第一发射信号的第一反射信号和对应第二发射信号的第二反射信号；控制与第一探测单元连接的第一信号转换器对第一反射信号进行处理；控制与第一探测单元连接的第二信号转换器对第二反射信号进行处理；将第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果输出到至少一个处理单元。
一种可能的实现方式中，第一探测单元包含至少一个探测子单元。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器和第二信号转换器的启动时间不同；或者，第一信号转换器和第二信号转换器对应的触发信号的强度不同。
一种可能的实现方式中，处理器还用于执行：控制至少一个处理单元根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息。
一种可能的实现方式中，处理器还用于执行：控制至少一个处理单元根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果对应的直方图，确定至少一个目标的位置信息；其中，直方图包括第一探测单元接收第一反射信号和第二反射信号的时间信息。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器对应的死时间小于或等于第一探测单元对应的死时间。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器对应的死时间与第二信号转换器对应的死时间相同，或者，第一信号转换器的类型与第二信号转换器的类型相同。
一种可能的实现方式中，第一探测单元为SPAD探测单元，第一信号转换器和第二信号转换器为TDC。
第四方面，提供一种探测装置，包含至少一个激光器、至少一个探测单元、至少一个处理单元，至少一个探测单元中的每个探测单元连接多个信号转换器；至少一个激光器用于：在第一时刻发射第一发射信号和第二发射信号；第一探测单元用于：接收对应第一发射信号的第一反射信号和对应第二发射信号的第二反射信号；其中，第一探测单元为至少一个探测单元中的任意一个探测单元；第一探测单元连接第一信号转换器、第二信号转换器；第一信号转换器用于：对第一反射信号进行处理；第二信号转换器用于：对第二反射信号进行处理；至少一个处理单元用于：对第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果进行处理。
一种可能的实现方式中，第一探测单元包含至少一个探测子单元。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器和第二信号转换器的启动时间不同；或者，第一信号转换器和第二信号转换器对应的触发信号的强度不同。
一种可能的实现方式中，至少一个处理单元用于：根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息。
一种可能的实现方式中，至少一个处理单元用于：根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果对应的直方图，确定至少一个目标的位置信息；其中，直方图包括第一探测单元接收第一反射信号和第二反射信号的时间信息。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器对应的死时间小于或等于第一探测单元对应的死时间。
一种可能的实现方式中，第一信号转换器对应的死时间与第二信号转换器对应的死时间相同，或者，第一信号转换器的类型与第二信号转换器的类型相同。
一种可能的实现方式中，第一探测单元为SPAD探测单元，第一信号转换器和第二信号转换器为TDC。
第五方面，提供一种处理装置，包括用于执行如第一方面或第一方面任一种可选的实施方式中所述方法的模块。
第六方面，提供一种计算机可读存储介质，包括程序或指令，当程序或指令在计算机上运行时，使得如第一方面或第一方面任一种可选的实施方式中所述方法被执行。
第七方面，提供一种终端，包括如第四方面或第四方面任一种可选的实施方式中所述的装置。
附图说明
图1为本申请实施例所适用的激光雷达的一个示意图；
图2为一种SPAD探测器的结构示意图；
图3为单光子计数的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种可能的探测装置的示意图；
图5为本申请实施例提供的一种探测方法的流程图；
图6A为本申请实施例提供的一种SPAD探测单元工作原理示意图；
图6B为本申请实施例提供的一种TDC工作原理示意图；
图7A为本申请实施例提供的一种SPAD探测器的结构示意图；
图7B为本申请实施例提供的另一种SPAD探测器的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种探测装置的示意图；
图9为第一TDC对应的死时间与SPAD探测单元对应的死时间的大小关系示意图；
图10A为本申请实施例提供的另一种TDC工作原理示意图；
图10B为本申请实施例提供的另一种TDC工作原理示意图；
图11为本申请实施例提供的处理装置1110的示意图；
图12为本申请实施例提供的另一种探测方法的流程图。
具体实施方式
图1为本申请实施例所适用的激光雷达的一个示意图。该激光雷法包括激光器、SPAD探测器和处理器。当然，该激光雷达还可以包括其他器件。其中，激光器用于对外发射脉冲(即发射信号)，该脉冲到达被探测目标(也可称为目标物体)后，会被反射回来。SPAD探测器可以接收到目标物体反射回来的信号光子(即反射信号)，根据目标物体反射回来的信号光子输出目标物体的相关信息。处理器用于控制激光器和SPAD探测器执行上述操作。其中目标物体的相关信息包括但不限于距离、方位、高度、速度、姿态、形状等中的一个或多个。
参见图2，为一种SPAD探测器的结构示意图，SPAD探测器可以包括多个SPAD探测单元。每个SPAD探测单元通过比较器与TDC的相连，TDC之后连接一个或多个处理单元。当然，比较器也可以被包括在SPAD探测单元内或被包括在TDC内，因此图2中以虚线表示比较器是可选的。另外，SPAD探测器还可以包括其它部件，或者图2所示的部分部件(如处理单元)也可以设置在SPAD探测器之外，本申请不做限制。
其中，SPAD探测单元用于在脉冲发射后，接收光子(这里的光子可能是信号光子，也可能是噪声光子)，在收到单个光子后发生倍增效应，输出一个模拟脉冲信号；比较器用于对SPAD探测单元输出的模拟脉冲信号进行处理，生成数字脉冲信号，即产生矩形波(或者称为方波)；TDC用于响应于矩形波信号的上升沿，进行单光子计数(这里的单光子计数可能是对信号光子计数，也可以能对噪声光子计数)；一个或多个处理单元统计若干次脉冲发射后在***测量时间范围内的单光子计数，得到针对单光子计数的直方图，然后利用特定的算法对直方图进行数据处理，得到信号光子的时间戳，然后根据信号光子的时间戳计算激光雷达与目标物体之间的距离。
图3为单光子计数的示意图。以比较器设置在TDC内(即矩形波由TDC产生)为例，在t1时刻，SPAD探测单元接收到第一个光子，该光子可以是信号光子或噪声光子。该SPAD探测单元响应于接收到的该光子，发生雪崩倍增，输出模拟脉冲信号，该模拟脉冲信号通过比较器之后产生一个矩形波，与该SPAD探测单元连接的TDC响应于该矩形波的上升沿，产生一个计数，也即在t1时刻TDC产生第一次计数。该矩形波会持续一段时长，该时长称为信号脉冲宽度，或称为TDC对应的死时间(简称TDC死时间)。在TDC死时间内，该TDC不会再响应其它矩形波的上升沿。
需要说明的是，SPAD探测单元在接收到一个光子并发生雪崩倍增之后的一段时间内，SPAD探测单元响应其它光子的能力将会大大降低。其中，将SPAD探测单元探测光子能力较弱的时间称为SPAD对应的死时间(简称SPAD死时间)，近似等于SPAD探测单元发生倍增效应输出的模拟脉冲信号的持续时长。
在t2时刻和t3时刻，SPAD探测单元分别接收到第二个光子和第三个光子。由于t2时刻落入了SPAD死时间，SPAD探测单元响应光子的能力弱，t2时刻对应的模拟脉冲信号的强度小于比较器对应的阈值，因此不会触发比较器产生一个矩形波，TDC也不会对该接收到的光子进行计数。
t3时刻由于没有落入一个SPAD死时间内，因此当在t3时刻接收到一个光子，即如图所示的第三个光子，该光子可以是信号光子或噪声光子，则SPAD探测单元响应于接收到的该光子，发生雪崩倍增，输出模拟脉冲信号。然而，由于t3时刻落入了前一个矩形波对应的TDC死时间范围内，因此在t3时刻收到的第三个光子不会触发比较器产生一个新的矩形波，而是对前一个矩形波进行波形的延长，延长的时长即为从t3时刻开始后的一个信号脉冲宽度。由于在t3时刻没有触发比较器产生一个新的矩形波，因此TDC也不会对t3时刻收到的第三个光子进行计数。
在t4时刻，SPAD探测单元接收到第四个光子，该光子可以是信号光子或噪声光子。由于t4时刻SPAD死时间已经结束，因此该SPAD探测单元响应于接收到的该光子，发生雪崩倍增，输出模拟脉冲信号。由于t4时刻没有落入一个TDC死时间的范围内，因此会触发比较器响应于该模拟脉冲信号的上升沿，产生一个矩形波，与该SPAD探测单元连接的TDC响应于该矩形波的上升沿，产生一个计数，也即在t4时刻该TDC产生第二次计数。该矩形波会持续一定时长，该时长即为一个信号脉冲宽度。
从上述单光子计数的过程可以看出，SPAD探测单元连接的TDC只对该SPAD探测单元接收到的部分光子进行计数，导致大量的信号光子没有被计数，从而降低了SPAD探测器对目标物体进行测距的准确性。尤其是当环境光背景噪声较强时，SPAD探测器很容易被噪声光子优先触发，而没有足够的动态范围响应目标物体反射的信号光子，使得激光雷达的探测性能明显下降。其中，动态范围可以通过SPAD探测器在单位时间内完成的单光子计数的数量表征，SPAD探测器的动态范围越大，SPAD探测器完成的单光子计数越多，SPAD探测器的探测性能越高。
为提升激光雷达的探测性能，本申请实施例提供一种探测装置及探测方法，该探测装置例如是激光雷达或者是激光雷达的一部分。探测装置包含激光器和探测器，其中激光器的数量可以是一个或多个，探测器可以包括至少一个探测单元、至少一个处理单元、以及与每个探测单元连接的多个信号转换器。
示例性的，参考图4，为本申请实施例提供的一种可能的探测装置的示意图。探测装置包含至少一个激光器、第一探测单元，第一探测单元连接第一信号转换器和第二信号转换器，第一信号转换器、第二信号转换器与至少一个处理单元相连。
第一探测单元可以是具有单光子探测能力的任何探测单元。作为一种可能的实现方式，第一探测单元是SPAD探测单元。
第一信号转换器、第二信号转换器可以是能够响应于第一探测单元输出的信号进行单光子计数的任何器件。作为一种可能的实现方式，信号转换器是TDC或模数转换器(analog-to-digital converter，ADC)等，本申请不做限制。
每个SPAD探测单元可以通过比较器与TDC的相连，例如第一探测单元通过第一比较器与第一信号转换器相连，第二探测单元通过第二比较器与第二信号转换器相连。当然，第一比较器也可以被包括在第一SPAD探测单元内或被包括在第一TDC内，第二比较器也可以被包括在第二SPAD探测单元内或被包括在第二TDC内，因此图4中以虚线表示第一比较器、第二比较器可选的。
至少一个处理单元可以是任何具有计算能力的芯片或集成电路，例如处理单元可以是通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。其中通用处理器可以是微处理器，也可以是任何常规的处理器。
基于图4所示的探测装置，本申请实施例提供一种探测方法，该方法由图4所示的探测装置执行，参见图5，该方法包括：
S101、激光器在第一时刻发射第一发射信号和第二发射信号；
示例性的，激光器在第一时刻对外发射脉冲，该脉冲包括若干信号光子，其中第一发射信号和第二发射信号可以为该脉冲中的任意两个信号光子，如第一信号光子和第二信号光子。
S102、第一探测单元接收对应第一发射信号的第一反射信号和对应第二发射信号的第二反射信号；
激光器发射出去的脉冲中的部分或者全部信号光子到达目标物体，被目标物体反射回来，形成反射信号，该反射信号中包括若干信号光子，例如包括对应第一发射信号的第一反射信号(即第一信号光子)和对应第二发射信号的第二反射信号(即第二信号光子)。第一探测单元可以接收目标物体反射回来的信号光子，当然第一探测单元接还可以接收噪声光子(即环境光)。第一探测单元接收到的信号光子或噪声光子后，可以触发相连接的信号转换器执行单光子计数。
以第一探测单元为SPAD探测单元为例，参见图6A，为本申请实施例中SPAD探测单元的工作原理示意图。t1时刻，SPAD探测单元收到第一信号光子，第一信号光子触发SPAD探测单元发生倍增效应，输出第一模拟脉冲信号，进入SPAD死时间。t2时刻，SPAD探测单元收到第二信号光子，由于t2时刻在SPAD死时间范围内，SPAD探测单元探测光子的能力减弱，但仍具备探测能力，可以输出较小幅值的模拟脉冲信号(第二模拟脉冲信号)，第二信号光子触发的第二模拟脉冲信号可以叠加到第一信号光子触发的模拟脉冲信号上，如图6A所示，模拟脉冲信号的波形在t2时刻有一个小凸起，即为第二信号光子触发的模拟脉冲信号与第一信号光子触发的模拟脉冲信号的叠加效果。
S103、第一信号转换器对第一反射信号进行处理；第二信号转换器对第二反射信号进行处理；至少一个处理单元对第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果进行处理。
可选的，至少一个处理单元对第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果进行处理包括：至少一个处理单元根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果确定至少一个目标的信息。其中，至少一个目标的信息包括但不限于是至少一个目标的距离、方位、高度、速度、姿态或形状等中的一个或多个。
一种实现方法中，第一信号转换器和第二信号转换器的启动时间不同。
以第一信号转换器为第一TDC、第二信号转换器为第二TDC为例。参见图6B，为本申请实施例提供的一种TDC工作原理示意图。第一TDC早于第二TDC启动，SPAD探测单元输出的第一模拟脉冲信号经过第一比较器后产生第一矩形波，第一TDC响应于第一矩形波的上升沿，执行一次单光子计数，得到针对第一反射信号的第一处理结果；SPAD探测单元输出的第二模拟脉冲信号经过第二比较器后产生第二矩形波，第二TDC响应于第二矩形波的上升沿，执行一次单光子计数，得到针对第二反射信号的第二处理结果。之后，第一TDC、第二TDC分别将第一处理结果、第二处理结果分别传输给至少一个处理单元；至少一个处理单元根据第一处理结果和第二处理结果确定至少一个目标的信息。
可以理解的是，第一比较器、第二比较器可以设置在SPAD探测单元内，也可以设置在TDC内，或者设置在SPAD探测单元、TDC之间，本申请不做限制。
可以理解的是，第二比较器对应的阈值小于设定值，以使得第二模拟脉冲信号经过第二比较器后可以产生第二矩形波。例如，该设定值可以是图2所示器件中的比较器对应的阈值。
可选的，第一比较器对应的阈值可以大于或等于第二比较器对应的阈值。
可以理解的是，启动信号转换器包括但不限于是对信号转换器上电、激活信号转换器的计数功能、或者导通信号转换器与第一探测单元之间的信号传输路径等中的一种或多种。
在本申请实施例中，第一信号转换器和第二信号转换器在不同时间启动，可以有多种实现方式，以下例举其中几种可能的方式：
方式1、以启动信号转换器是对信号转换器上电为例：逻辑控制电路在第二时刻对第一信号转换器上电，在第三时刻对第二信号转换器上电。其中，第二时刻在第一时刻之后且与第一时刻间隔Δt1时长，第三时刻在第二时刻之后且与第二时刻间隔Δt2时长，Δt1、Δt2可以由处理单元根据之前采集的直方图数据进行计算获得。
方式2、以启动信号转换器是激活第一信号转换器的计数功能例：逻辑控制电路在第二时刻对第一信号转换器和第二信号转换器上电，同时激活第一信号转换器的计数功能(但不激活第二信号转换器的计数功能)；第一信号转换器在第四时刻接收到第一反射信号之时或之后，向第二信号转换器发送一个触发信号，通过触发信号激活第二信号转换器的计数功能。其中，第二时刻在第一时刻之后且与第一时刻间隔Δt1时长，Δt1可以由处理单元根据之前采集直方图数据计算获得，第四时刻在第二时刻之后。
当然，以上两种方式仅为示例而非具体限定。
另一种实现方法中，第一信号转换器和所述第二信号转换器对应的触发信号的强度不同。具体的，第一信号转换器只有在第一探测单元输出的模拟脉冲信号的幅值超过第一阈值时，才执行单光子计数，第二信号转换器只有在第一探测单元输出的模拟脉冲信号的幅值超过第二阈值时，才执行单光子计数。其中，第一阈值大于第二阈值，或者第二阈值大于第一阈值。
示例性的，参见图6B，t1时刻，第一信号光子触发SPAD探测单元输出第一模拟脉冲信号，第一模拟脉冲信号触发第一比较器输出第一方波，进而第一TDC对第一信号光子计数；t2时刻，第二信号光子触发SPAD探测单元输出第二模拟脉冲信号，第二模拟脉冲信号触发第二比较器输出第二方波，进而第一TDC对第二信号光子计数。
在具体实现时，可以通过二极管或逻辑电路等方式，使得第一信号转换器、第二信号转换器分别在不同信号强度下被触发。
例如，参见图7A，在SPAD探测单元后、第一TDC和第二TDC前，设置有逻辑控制电路(具体例如是一个与或门电路)，t1时刻，第一信号光子触发SPAD探测单元输出第一模拟脉冲信号，第一模拟脉冲信号的强度超过第一阈值，逻辑控制电路选通第一TDC所在的支路，第一模拟脉冲信号触发第一比较器输出第一方波，进而第一TDC对第一信号光子计数；t2时刻，第二信号光子触发SPAD探测单元输出第二模拟脉冲信号，第二模拟脉冲信号的强度超过第二阈值但小于第一阈值，逻辑控制电路选通第二TDC所在的支路，第二模拟脉冲信号触发第二比较器输出第二方波，进而第一TDC对第二信号光子计数。
例如，参见图7B，第一比较器和第二比较器前端分别设置有一个二极管。t1时刻，第一信号光子触发SPAD探测单元输出第一模拟脉冲信号，第一模拟脉冲信号的强度超过第一阈值，第一比较器前端的二极管导通，第二比较器前端的二极管截止，第一模拟脉冲信号触发第一比较器输出第一方波，进而第一TDC对第一信号光子计数；t2时刻，第二信号光子触发SPAD探测单元输出第二模拟脉冲信号，第二模拟脉冲信号的强度超过第二阈值但小于第一阈值，第一比较器前端的二极管截止，第二比较器前端的二极管导通，第二模拟脉冲信号触发第二比较器输出第二方波，进而第一TDC对第二信号光子计数。
可以理解的是，第二阈值越小，探测器的动态范围越大。第一比较器对应的第一阈值、第二比较器对应的第二阈值可以固定不变，也可以由至少一个处理单元动态配置。例如，至少一个处理单元根据之前获得的直方图数据，确定探测器的动态范围较小时，可以降低第二阈值的取值，以提高探测器的动态范围。
当然，以上是通过逻辑控制电路或二极管实现第一信号转换器和第二信号转换器在不同信号强度下被触发，实际应用中还可以有其它实现方式。
当然，上述两种实现方法也可以结合实施，即第一信号转换器和第二信号转换器的启动时间不同、第一信号转换器和第二信号转换器的启动时对应的触发信号的强度也不同。
需要说明的是，以上是以SPAD探测单元在SPAD死时间内接收到1个光子(即第二信号光子)，但在实际应用中，SPAD探测单元在SPAD死时间内接收到的光子的数量可以是很多个，本申请不做限定。
需要说明的是，以上是以探测装置中探测单元的数量是1为例，但实际应用中探测装置中探测单元的数量不限于是1个，可以有更多，且多个探测单元可以协同工作。
例如，参见图8，为本申请实施例提供的另一种探测装置的示意图，该探测装置包括第一探测单元和第二探测单元，第一探测单元之后连接多个信号转换器(用于对第一探测单元检测到的光子进行计数)、第二探测单元之后连接多个信号转换器(用于对第二探测单元检测到的光子进行计数)，至少一个处理单元根据与第一探测单元连接的信号转换器的处理结果、以及与第二探测单元连接的信号转换器的处理结果确定至少一个目标的信息。其中第二探测单元及其连接的信号转换器的工作方法可以参考第一探测单元及其连接的信号转换器的工作方法，此处不再赘述。
根据本申请上述方案，每个探测单元连接多个信号转换器，该多个信号转换器中的不同信号转换器可以对在同一时刻发射出去且由同一目标物体反射回来的不同信号分别进行处理，可以提升探测装置处理反射信号的能力，减少环境光噪声带来的不利影响，从而有助于提升探测装置探测目标物体相关信息的准确性。
以SPAD探测单元连接多个TDC为例，通过增加SPAD探测单元连接的TDC的数量，可以实现对SPAD死时间内接收到的信号光子进行计数，进而增加信号光子的计数数量，使得处理单元在确定目标物体的距离、方位、高度、速度、姿态或形状等相关信息时，可以参考更多的信号光子的计数，从而减少环境光噪声带来的不利影响，有助于提升激光雷达对目标物体的探测能力。
需要说明的是，使用本申请上述方案，一方面可以增加探测到的信号光子的数量，另一方面也会增加探测的噪声光子的数量，这是因为探测单元在探测收到的单光子时，不会区分该单光子是信号光子还是噪声光子。尽管该方案会增加探测到的噪声光子的数量，但是由于信号光子具有极强的时间相关性(即在激光器发射脉冲后的短时间内，会有大量的信号光子反射回来，因此当探测单元接收到一个信号光子之后，在接下来的死时间内也会收到大量的其它信号光子)，而噪声光子没有时间相关性，是随机的，因此探测装置实际探测到的信号光子的数量会远远大于探测到的噪声光子的数量，即可以提升信噪比，进而有助于提升激光雷达对目标物体的探测能力。
作为一种可选的实施方式，第一探测单元包含至少一个探测子单元。其中，每个探测子单元可以独立地完成单光子计数。一种可能的设计中，探测子单元可以是按照像素的粒度对第一探测单元进行划分得到，即一个探测子单元对应一个像素。
当第一探测单元包含一个探测子单元时，相当于探测单元对应一个像素，探测子单元与信号转换器可以为一对一的关系，可以降低探测器的结构复杂度。
当第一探测单元包含多个探测子单元时(即把多个探测子单元合并(binning)起来作为一个探测单元时)，相当于一个探测单元对应多个像素。探测子单元与信号转换器可以为多对一的关系，当然也可以是多对多的关系，本申请不做限制。进一步的，第一探测单元中任意两个不同的探测子单元可以与不同的信号转换器连接，任意两个不同的探测子单元也可以与同一个信号转换器连接，本申请对此不做限制。
可以理解的是，由于每个探测子单元可以独立完成单光子计数的测量，所以当第一探测单元包含多个探测子单元时，相当于把多个探测子单元独立测量的单光子事件合并到一起，所以第一探测单元在同一时刻可以响应更多的入射光子并输出单光子计数。因此，第一探测单元中包括的探测子单元的数量越多，第一探测单元的动态范围越大。
作为一种可选的实施方式，第一信号转换器对应的死时间小于或等于第一探测单元对应的死时间。例如，参见图9所示，第一TDC对应的死时间小于或等于SPAD探测单元对应的死时间，则第三个光子到达SPAD探测单元时，第一TDC的死时间已经结束，所以第一TDC可以对第三个光子进行计数。对比图9中的第三个光子和图3中第三个光子可以看出，第一TDC在相同时间范围内可以对更多的光子计数。因此，本实施方式可以提升探测装置整体对光子的计数能力，有助于进一步提升激光雷达对目标物体的探测能力。
作为一种可选的实施方式，激光器在第一时刻还发射第三发射信号，第一探测单元还接收对应第三发射信号的第三反射信号，探测装置可以通过第三信号转换器对第三反射信号进行处理，或者，若第一信号转换器对第一反射信号已经处理完毕，则探测装置可以通过第一信号转换器对第三反射信号进行处理。例如，以探测单元为SPAD探测单元、信号转换器为TDC为例，SPAD探测单元对应的SPAD死时间内接收第二信号光子之后，如果在该SPAD死时间内还接收第三信号光子在SPAD探测单元对应的SPAD死时间内接收第二信号光子之后，如果在该SPAD死时间内还接收第三信号光子，则可以根据该第三信号光子，触发与SPAD探测单元连接的第三TDC对该第三信号光子进行计数，例如图10A所示；或者是，当接收到第三信号光子的时间是在第一TDC对应的TDC死时间范围之后，则可以根据第三信号光子，触发第一TDC对第三信号光子进行计数，例如图10B所示。
作为一种可选的实施方式，连接至同一个探测单元的所有信号转换器对应的死时间均相同，或者，连接至同一个探测单元的所有信号转换器的类型相同。因此，上述第一信号转换器对应的死时间与第二信号转换器对应的死时间相同，例如图9所示，或者，第一信号转换器的类型与第二信号转换器的类型相同。例如，第一信号转换器和第二信号转换器为同一型号的TDC，相同型号的TDC的TDC死时间相同。如此，可以降低探测装置的复杂度。
作为一种可选的实施方式，至少一个处理单元具体可以根据第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果对应的直方图，确定至少一个目标的位置信息，直方图包括第一探测单元接收第一反射信号和第二反射信号的时间信息。
仍以探测单元为SPAD探测单元、信号转换器为TDC为例，信号转换器对SPAD探测单元接收到的单光子进行计数，可以是生成该单光子的时间戳，该时间戳可表征该SPAD探测单元接收该单光子的时间。至少一个处理单元可以统计激光脉冲发射后在***测量时间范围内产生的若干时间戳，得到针对单光子计数的直方图；然后利用信号光子具有时间相关性而噪声光子没有时间相关性的特点，使用特定的算法(如FIR滤波、峰值检测、滑窗、相干检测等)对直方图进行数据处理，得到信号光子的时间戳；然后，根据激光器发射脉冲的时间以及信号光子的时间戳计算探测装置与目标物体之间的距离，比如可以根据该直方图按照飞行时间(time of flight，TOF)法计算探测装置与目标物体之间的距离。当然，在实际应用中，也可以是由激光雷达的主控芯片对直方图进行数据处理、计算探测装置与目标物体之间的距离。
该实施方式利用直方图可以高效地统计出信号光子的时间戳，进而提高探测装置计算目标相关信息的效率。
作为一种可选的实施方式，上述探测装置可以是激光雷达，其中，激光器采用垂直共振腔表面放射激光(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)光源及电学扫描，可以保证对于任何一个SPAD探测单元，在测量周期内有足够的信号光子计数。
作为一种可选的实施方式，激光器的像素与探测器的像素之间是一一对应的。即激光器的一个像素发射的脉冲，是由探测器的相对应的一个像素接收到的。比如，激光器的像素1发射的脉冲，是由探测器的像素1接收到的；激光器的像素2发射的脉冲，是由探测器的像素2接收到的，等等。
作为另一种可选的实施方式，激光器的像素与探测器的像素之间是一对多的关系。即激光器的一个像素发射的脉冲，是由探测器的相对应的多个像素接收到的。比如，激光器的像素1发射的脉冲，是由探测器的像素1至像素10接收到的；激光器的像素2发射的脉冲，是由探测器的像素11至像素20接收到的，等等。
作为另一种可选的实施方式，激光器上的不同像素可以按照一定的规则对外发射脉冲。比如每一帧对应一个图形，该图形对应激光器上的多个像素，然后通过随机数生成器，确定该图形对应的像素中每次需要驱动点亮的像素。
应理解，上述各实施方式可以相互结合实施。
基于同一技术构思，本申请实施例还提供一种处理装置，该处理装置用于控制探测装置中各部件(如激光器、探测单元、信号转换器等)执行上述实施例中所述的对应功能。
示例性的，参见图11，处理装置1110包含至少一个处理器1110和接口电路1120，接口电路1120用于接收来自处理装置1100之外的其它装置(如激光器、探测单、信号转换器元等)的信号并传输至处理器1110或将来自处理器1110的信号发送给处理装置1100之外的其它装置(如激光器、探测单元、信号转换器等)，处理器1110用于执行图12所示的探测方法：
S201、控制至少一个激光器在第一时刻发射第一发射信号和第二发射信号；控制第一探测单元接收对应第一发射信号的第一反射信号和对应第二发射信号的第二反射信号；
S202、控制与第一探测单元连接的第一信号转换器对第一反射信号进行处理；控制与第一探测单元连接的第二信号转换器对第二反射信号进行处理；
S203、将第一信号转换器和第二信号转换器的处理结果输出到至少一个处理单元。
上述各步骤的具体实现方法可以参考上文，此处不再赘述。
其中，处理器1110可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(FieldProgrammable Gate Array，FPGA)或者其它可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。通用处理器可以是微处理器，也可以是任何常规的处理器。
基于同一技术构思，本申请实施例还提供一种处理装置，包括用于执行图12所示方法步骤的模块。
基于同一技术构思，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括程序或指令，当所述程序或指令在计算机上运行时，使得图12所示的方法步骤被执行。
基于同一技术构思，本申请实施例还提供一种包含指令的计算机程序产品，该计算机程序产品中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行图12所示方法步骤。
基于同一技术构思，本申请实施例还提供一种终端，该终端包括上文所描述的一个或多个装置。该终端具体可以是车辆、或飞行器、或测绘装置、或船舶等，本申请对该终端的具体形态不做限制。
示例性的，本申请实施例还提供一种车辆，该车辆可以包括处理器，所述处理器用于执行图5所示的方法步骤。
在一种可能的设计中，该车辆还包括存储器，用于存储计算机程序或指令。
在一种可能的设计中，该车辆还包括收发器，用于接收或发送信息。
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、***、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。
本申请是参照根据本申请的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的保护范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (31)
1.一种探测方法，其特征在于，所述方法包括：
控制至少一个激光器在第一时刻发射第一发射信号和第二发射信号；
控制第一探测单元接收对应所述第一发射信号的第一反射信号和对应所述第二发射信号的第二反射信号；
控制与所述第一探测单元连接的第一信号转换器对所述第一反射信号进行处理；
控制与所述第一探测单元连接的第二信号转换器对所述第二反射信号进行处理；
将所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果输出到至少一个处理单元；
其中，所述第一信号转换器对应的死时间小于或等于所述第一探测单元对应的死时间；
所述第一信号转换器和所述第二信号转换器对应的触发信号的强度不同。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一探测单元包含至少一个探测子单元。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的启动时间不同。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
控制所述至少一个处理单元根据所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述控制所述至少一个处理单元根据所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息，包括：
控制所述至少一个处理单元根据所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果对应的直方图，确定所述至少一个目标的位置信息；
其中，所述直方图包括所述第一探测单元接收所述第一反射信号和所述第二反射信号的时间信息。
6.如权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述第一信号转换器对应的死时间与所述第二信号转换器对应的死时间相同，或者，所述第一信号转换器的类型与所述第二信号转换器的类型相同。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述第一探测单元为单光子雪崩二极管SPAD探测单元，所述第一信号转换器和所述第二信号转换器为时间数字转换器TDC。
8.一种探测方法，其特征在于，所述方法包括：
至少一个激光器在第一时刻发射第一发射信号和第二发射信号；
第一探测单元接收对应所述第一发射信号的第一反射信号和对应所述第二发射信号的第二反射信号；
与所述第一探测单元连接的第一信号转换器对所述第一反射信号进行处理；
与所述第一探测单元连接的第二信号转换器对所述第二反射信号进行处理；
至少一个处理单元对所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果进行处理；
其中，所述第一信号转换器对应的死时间小于或等于所述第一探测单元对应的死时间；
所述第一信号转换器和所述第二信号转换器对应的触发信号的强度不同。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一探测单元包含至少一个探测子单元。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的启动时间不同。
11.如权利要求8-10任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个处理单元对所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果进行处理，包括：
所述至少一个处理单元根据所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述至少一个处理单元根据所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息，包括：
所述至少一个处理单元根据所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果对应的直方图，确定所述至少一个目标的位置信息；
其中，所述直方图包括所述第一探测单元接收所述第一反射信号和所述第二反射信号的时间信息。
13.如权利要求8-12任一项所述的方法，其特征在于，所述第一信号转换器对应的死时间与所述第二信号转换器对应的死时间相同，或者，所述第一信号转换器的类型与所述第二信号转换器的类型相同。
14.如权利要求8-13任一项所述的方法，其特征在于，所述第一探测单元为SPAD探测单元，所述第一信号转换器和所述第二信号转换器为TDC。
15.一种处理装置，其特征在于，包含至少一个处理器和接口电路，所述接口电路用于接收来自所述处理装置之外的其它装置的信号并传输至所述处理器或将来自所述处理器的信号发送给所述处理装置之外的其它装置，所述处理器用于执行：
控制至少一个激光器在第一时刻发射第一发射信号和第二发射信号；
控制第一探测单元接收对应所述第一发射信号的第一反射信号和对应所述第二发射信号的第二反射信号；
控制与所述第一探测单元连接的第一信号转换器对所述第一反射信号进行处理；
控制与所述第一探测单元连接的第二信号转换器对所述第二反射信号进行处理；
将所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果输出到至少一个处理单元；
其中，所述第一信号转换器对应的死时间小于或等于所述第一探测单元对应的死时间；
所述第一信号转换器和所述第二信号转换器对应的触发信号的强度不同。
16.如权利要求15所述的装置，其特征在于，所述第一探测单元包含至少一个探测子单元。
17.如权利要求15或16所述的装置，其特征在于，所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的启动时间不同。
18.如权利要求15-17任一项所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于执行：
控制所述至少一个处理单元根据所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息。
19.如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述处理器还用于执行：
控制所述至少一个处理单元根据所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果对应的直方图，确定所述至少一个目标的位置信息；
其中，所述直方图包括所述第一探测单元接收所述第一反射信号和所述第二反射信号的时间信息。
20.如权利要求15-19任一项所述的装置，其特征在于，所述第一信号转换器对应的死时间与所述第二信号转换器对应的死时间相同，或者，所述第一信号转换器的类型与所述第二信号转换器的类型相同。
21.如权利要求15-20任一项所述的装置，其特征在于，所述第一探测单元为SPAD探测单元，所述第一信号转换器和所述第二信号转换器为TDC。
22.一种探测装置，其特征在于，包含至少一个激光器、至少一个探测单元、至少一个处理单元，其特征在于，所述至少一个探测单元中的每个探测单元连接多个信号转换器；
所述至少一个激光器用于：在第一时刻发射第一发射信号和第二发射信号；
第一探测单元用于：接收对应所述第一发射信号的第一反射信号和对应所述第二发射信号的第二反射信号；其中，所述第一探测单元为所述至少一个探测单元中的任意一个探测单元；所述第一探测单元连接第一信号转换器、第二信号转换器；
所述第一信号转换器用于：对所述第一反射信号进行处理；
所述第二信号转换器用于：对所述第二反射信号进行处理；
所述至少一个处理单元用于：对所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果进行处理；
其中，所述第一信号转换器对应的死时间小于或等于所述第一探测单元对应的死时间；
所述第一信号转换器和所述第二信号转换器对应的触发信号的强度不同。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第一探测单元包含至少一个探测子单元。
24.如权利要求22或23所述的装置，其特征在于，所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的启动时间不同。
25.如权利要求22-24任一项所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理单元用于：
根据所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果，确定至少一个目标的信息。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述至少一个处理单元用于：
根据所述第一信号转换器和所述第二信号转换器的处理结果对应的直方图，确定所述至少一个目标的位置信息；
其中，所述直方图包括所述第一探测单元接收所述第一反射信号和所述第二反射信号的时间信息。
27.如权利要求22-26任一项所述的装置，其特征在于，所述第一信号转换器对应的死时间与所述第二信号转换器对应的死时间相同，或者，所述第一信号转换器的类型与所述第二信号转换器的类型相同。
28.如权利要求22-27任一项所述的装置，其特征在于，所述第一探测单元为SPAD探测单元，所述第一信号转换器和所述第二信号转换器为TDC。
29.一种处理装置，其特征在于，包括用于执行如权利要求1-7任一项所述方法的模块。
30.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序或指令，当所述程序或指令在计算机上运行时，使得如权利要求1-7中任一项所述的方法被执行。
31.一种终端，其特征在于，包括如权利要求22-28任一项所述的装置。
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