CN115113219A - 测量距离的方法及激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了测量距离的方法及激光雷达，属于激光探测技术领域。该方法包括：控制激光雷达以第一发光功率发射第一激光，按照第一探测灵敏度探测目标对象反射第一激光得到的第一回波；控制激光雷达以第二发光功率发射第二激光，按照第二探测灵敏度探测目标对象反射第二激光得到的第二回波，第一发光功率与第二发光功率不同，和/或，第一探测灵敏度与第二探测灵敏度不同；基于第一回波和第二回波确定与目标对象之间的距离。通过在测量距离的过程中使用不同的发光功率和/或探测灵敏度，使得第一回波与第二回波对应不同的距离测量范围，基于第一回波与第二回波确定的距离位于不同的距离测量范围的并集中。扩大了距离测量范围，缩小了测距盲区。

Description

测量距离的方法及激光雷达
技术领域
本申请涉及激光探测技术领域，特别涉及一种测量距离的方法及激光雷达。
背景技术
随着激光探测技术的发展，激光探测技术的应用场景也越来越多，通过激光雷达(Laser Radar)对距离进行测量属于其中一种应用场景。
其中，激光雷达存在测距盲区，该测距盲区限制了激光雷达的距离测量范围。该测距盲区是与激光雷达距离较近的一个距离区间，如果一个对象与激光雷达之间的距离位于该距离区间内，则激光雷达难以准确测量与该对象之间的距离。因此，在测量距离时，如何扩大激光雷达的距离测量范围，是亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种测量距离的方法及激光雷达，以扩大激光雷达的距离测量范围。本申请实施例提供的技术方案包括如下的几个方面。
一方面，提供了一种测量距离的方法，所述方法包括：
控制激光雷达以第一发光功率发射第一激光，按照第一探测灵敏度探测目标对象反射所述第一激光得到的第一回波；
控制所述激光雷达以第二发光功率发射第二激光，按照第二探测灵敏度探测所述目标对象反射所述第二激光得到的第二回波，所述第一发光功率与所述第二发光功率不同，和/或，所述第一探测灵敏度与所述第二探测灵敏度不同；
基于所述第一回波和所述第二回波确定与所述目标对象之间的距离。
在示例性实施例中，所述方法还包括：获取第一参数，根据所述第一参数确定所述第一探测灵敏度，所述第一参数包括第一探测阈值和第一偏置电压；获取第二参数，根据所述第二参数确定所述第二探测灵敏度，所述第二参数包括第二探测阈值和第二偏置电压，所述第二探测阈值与所述第一探测阈值不同，和/或，所述第二偏置电压与所述第一偏置电压不同。
在示例性实施例中，所述激光雷达包括扫描元件，所述扫描元件包括至少两个反射面；所述按照第一探测灵敏度探测目标对象反射所述第一激光得到的第一回波，包括：在所述扫描元件转动第一角度的过程中，按照所述第一探测灵敏度，探测所述目标对象和第一反射面反射所述第一激光得到的所述第一回波；所述按照第二探测灵敏度探测所述目标对象反射所述第二激光得到的第二回波，包括：在所述扫描元件转动第二角度的过程中，按照所述第二探测灵敏度，探测所述目标对象和第二反射面反射所述第二激光得到的所述第二回波；其中，所述第一角度与所述第二角度之和不大于360度，所述第一反射面和所述第二反射面为所述至少两个反射面中的不同反射面。
在示例性实施例中，所述扫描元件包括至少三个反射面，所述第一回波和所述第一反射面的数量为至少两个；至少两个第一反射面对应的二面角不同，所述第一反射面对应的二面角为所述第一反射面与所述激光雷达的底面之间的夹角。
在示例性实施例中，所述第二反射面对应的二面角与任一第一反射面对应的二面角相同。
在示例性实施例中，所述基于所述第一回波和所述第二回波确定与所述目标对象之间的距离，包括：基于所述第一回波获得第一点云，基于所述第二回波获得第二点云；拼接所述第一点云和所述第二点云得到目标点云，基于所述目标点云确定所述与所述目标对象之间的距离。
在示例性实施例中，所述拼接所述第一点云和所述第二点云得到目标点云，包括：基于所述第一点云确定所述第一距离测量范围，基于所述第二点云确定所述第二距离测量范围；基于所述第一距离测量范围和所述第二距离测量范围确定拼接点，按照所述拼接点拼接所述第一点云和所述第二点云，得到所述目标点云。
另一方面，提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括芯片、激光发射器和激光探测器；
所述芯片用于控制所述激光发射器以第一发光功率发射第一激光，控制所述激光探测器按照第一探测灵敏度探测目标对象反射所述第一激光得到的第一回波；
所述芯片还用于控制所述激光发射器以第二发光功率发射第二激光，控制所述激光探测器按照第二探测灵敏度探测所述目标对象反射所述第二激光得到的第二回波，所述第一发光功率与所述第二发光功率不同，和/或，所述第一探测灵敏度与所述第二探测灵敏度不同；
所述芯片还用于基于所述第一回波和所述第二回波确定与所述目标对象之间的距离。
在示例性实施例中，所述芯片还用于获取第一参数，根据所述第一参数确定所述第一探测灵敏度，所述第一参数包括第一探测阈值和第一偏置电压；所述芯片还用于获取第二参数，根据所述第二参数确定所述第二探测灵敏度，所述第二参数包括第二探测阈值和第二偏置电压，所述第二探测阈值与所述第一探测阈值不同，和/或，所述第二偏置电压与所述第一偏置电压不同。
在示例性实施例中，所述激光雷达还包括扫描元件，所述扫描元件包括至少两个反射面；所述芯片，用于在所述扫描元件转动第一角度的过程中，控制所述激光探测器按照所述第一探测灵敏度，探测所述目标对象和第一反射面反射所述第一激光得到的所述第一回波；所述芯片，用于在所述扫描元件转动第二角度的过程中，控制所述激光探测器按照所述第二探测灵敏度，探测所述目标对象和第二反射面反射所述第二激光得到的所述第二回波；其中，所述第一角度与所述第二角度之和不大于360度，所述第一反射面和所述第二反射面为所述至少两个反射面中的不同反射面。
在示例性实施例中，所述扫描元件包括至少三个反射面，所述第一回波和所述第一反射面的数量为至少两个；至少两个第一反射面对应的二面角不同，所述第一反射面对应的二面角为所述第一反射面与所述激光雷达的底面之间的夹角。
在示例性实施例中，所述第二反射面对应的二面角与任一第一反射面对应的二面角相同。
在示例性实施例中，所述芯片用于基于所述第一回波获得第一点云，基于所述第二回波获得第二点云；拼接所述第一点云和所述第二点云得到目标点云，基于所述目标点云确定所述与所述目标对象之间的距离。
在示例性实施例中，所述芯片用于基于所述第一点云确定所述第一距离测量范围，基于所述第二点云确定所述第二距离测量范围；基于所述第一距离测量范围和所述第二距离测量范围确定拼接点，按照所述拼接点拼接所述第一点云和所述第二点云，得到所述目标点云。
本申请实施例所提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
在测量距离的过程中，通过使用不同的发光功率和/或探测灵敏度，使得第一回波对应的距离测量范围不同于第二回波对应的距离测量范围。则，基于第一回波和第二回波共同确定与目标对象之间的距离时，所确定的距离可以位于第一回波与第二回波对应的距离测量范围的并集中。由此，扩大了激光雷达的距离测量范围，缩小了测距盲区，显著提升了激光雷达的测量能力核心指标，从而扩大了激光雷达的适用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种杂波及回波的示意图；
图2是本申请实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的又一种激光雷达的结构示意图；
图4是本申请实施例提供的再一种激光雷达的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的还一种激光雷达的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的一种测量距离的方法的流程图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
在激光探测技术领域中，激光雷达是一种用于对距离进行测量的设备。相关技术提供了一种TOF(Time of Flight，飞行时间)法，该方法根据激光的飞行时间(也即是传播时间)和飞行速度(也即是传播速度)计算与对象之间的距离。例如，激光雷达针对对象发送激光的时间为t0，激光雷达接收回波(由对象反射激光形成)的时间为t1，则激光的飞行时间为Δt＝t1-t0，将激光的飞行速度记为c，则与对象之间的距离按照如下的公式(1)计算：
Figure BDA0003693612390000041
然而，该方法存在一定的测距盲区，下面对测距盲区进行说明。
激光雷达包括激光发射器和激光探测器，激光发射器针对对象发射激光之后，除了对象反射激光形成回波之外，激光雷达的内外结构也会反射该激光，从而形成杂波，激光雷达会接收到所形成的杂波。由于该杂波的形成位置与激光雷达的距离较近，且激光雷达的内外结构所进行的反射接近于镜面反射，因而该杂波的能量较大，从而使得杂波具有较大的幅值和脉宽。参见图1，图1示出了一种杂波波形，该杂波波形的积分值表示杂波的能量。并且，该杂波波形是一种饱和波形，由于该杂波实际的最大幅值超出了激光探测器所能接收的最大幅值，因而表现为饱和波形。其中，本申请实施例中脉宽可以为半高宽。
对于由对象反射形成的回波，由于回波的形成位置与激光雷达的距离远于上述杂波的形成位置与激光雷达的距离，且对象所进行的反射往往属于漫反射，因而回波的能量较小，小于杂波的能量。参见图1，图1示出了一种回波波形，该回波波形的积分值表示回波的能量。需要说明的是，该回波波形可能是饱和波形，也可能是不饱和波形，图1所示的不饱和波形仅为举例，不用于对回波波形造成限定。无论回波波形如何，如果激光雷达是在接收杂波的过程中接收到了该回波，则该回波均会由于能量小于杂波而被杂波淹没，或者说，激光雷达无法从杂波中识别出该回波。因此，激光雷达无法确定接收回波的时间(即上述t1)，也就无法确定对象的距离。
根据以上说明可知，在激光雷达接收杂波的过程中，激光雷达无法确定对象的距离，因而激光雷达接收杂波的这段时间对应的距离范围即为测距盲区。由于杂波的形成位置与激光雷达的距离较近，因而激光雷达在发射激光之后的较短时间内便会接收到杂波，则接收杂波的这段时间对应的距离范围是与激光雷达之间距离较近的范围。也就是说，上述测距盲区往往存在于较近距离上。其中，该测距盲区与激光雷达的内外结构的材料、激光发射器的发光功率和激光探测器的灵敏度等因素有关。
以图1所示的情况为例，接收杂波的持续时间约为30ns(单位：纳秒)。在此基础上，将上述激光的飞行速度c取值为3·108m/s(单位：米/秒)，则可以计算出测距盲区的最大距离lmax＝(30·10-9·3·108)/2＝4.5m(单位：米)，因而测距盲区为0-4.5m。
由于上述方法存在一定的测距盲区，因而限缩了激光雷达的距离测量范围，降低了上述TOF法的适用性。因此，亟待提供一种具备较大的距离测量范围的激光雷达，以及对应的测量距离的方法，参见下文本申请实施例中的说明。
本申请实施例提供了一种激光雷达，参见图2，该激光雷达包括芯片1、激光发射器2和激光探测器3。其中，芯片1分别与激光发射器2和激光探测器3连接，以控制激光发射器2发射激光，控制激光探测器3探测目标对象反射该激光得到的回波，从而实现针对该目标对象的距离测量，也即是测量得到激光雷达与该目标对象之间的距离。
示例性地，参见图3，该激光雷达还包括可转动的扫描元件4，该扫描元件4包括至少一个反射面。其中，激光发射器2发射的激光由反射面向目标对象反射，目标对象反射激光得到的回波由反射面向激光探测器3反射。
例如，图4示出了包括两个反射面A和B的一种示例性的激光雷达。又例如，图5示出了包括三个反射面A、B和C的另一种示例性的激光雷达。
示例性地，参见图3，激光探测器3包括探测单元31和信号处理单元32。目标对象反射激光得到的回波由反射面向探测单元31反射，该探测单元31用于接收光信号形式的回波，将光信号形式的回波转换为电信号形式的回波，再向信号处理单元32传输电信号形式的回波。信号处理单元32用于接收电信号形式的回波，根据电信号形式的回波进行计时等处理工作，以实现距离测量。
例如，探测单元31包括但不限于APD(Avalanche Photo Diode，雪崩光电二极管)等积分式光电探测器。示例性地，信号处理单元32包括但不限于计时元件。
应理解的是，以上图2至图5示出的激光雷达的结构仅为举例，不用于对激光雷达的结构进行限定。其他现有的或今后可能出现的激光雷达的结构如可适用于本申请，也应包含在本申请实施例的保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
参见图6，本申请实施例提供了一种测量距离的方法，该方法可应用于芯片中。该芯片可以为激光雷达包括的芯片，例如图2和图3示出的激光雷达包括的芯片。或者，该芯片可以为激光雷达之外的芯片，例如用于控制激光雷达的控制设备包括的芯片。本申请实施例不限定该芯片的设置方式。如图6所示，该方法包括如下的步骤601至步骤603。
步骤601，控制激光雷达以第一发光功率发射第一激光，按照第一探测灵敏度探测目标对象反射第一激光得到的第一回波。
其中，芯片控制激光发射器以第一发光功率发射第一激光，控制激光探测器按照第一探测灵敏度探测目标对象反射第一激光得到的第一回波。
对于激光发射器而言，第一供电电压用于提供该第一发光功率。芯片向激光发射器提供第一供电电压，激光发射器在第一供电电压下发射第一激光，便能够以第一发光功率发射第一激光。示例性地，芯片向激光发射器提供第一供电电压，包括：芯片向第一电源模块发送第一指令，第一电源模块根据第一指令向激光发射器提供该第一供电电压。该第一电源模块可以是激光雷达内部的模块，也可以是位于激光雷达外部、用于向激光雷达提供电源的模块。
对于激光探测器而言，第一参数用于提供该第一探测灵敏度。因而在示例性实施例中，方法还包括：获取第一参数，根据第一参数确定第一探测灵敏度。其中，芯片在获取第一参数后，向激光探测器提供第一参数，激光探测器按照第一参数探测目标对象反射第一激光得到的第一回波，便能够按照第一探测灵敏度探测第一回波。
示例性地，如图3所示，激光探测器包括探测单元和信号处理单元，第一参数包括第一探测阈值和第一偏置电压。其中，第一偏置电压为探测单元对应的参数，芯片向探测单元提供第一偏置电压，包括：芯片向第二电源模块发送第二指令，第二电源模块根据第二指令向探测单元提供第一偏置电压。该第二电源模块可以是激光雷达内部的模块，也可以是位于激光雷达外部、用于向激光雷达提供电源的模块。该第二电源模块可以与上文的第一电源模块集成在一起，也可以与上文的第一电源模块分别为两个不同的模块。另外，第一探测阈值为信号处理单元对应的参数，芯片向信号处理单元提供第一探测阈值，包括：芯片直接向信号处理单元提供该第一探测阈值。
基于图3所示的探测单元和信号处理单元，按照第一探测灵敏度探测第一回波的过程包括：探测单元在接收到第一回波之后，按照第一偏置电压对该光信号形式的第一回波进行光电转换，得到电信号形式的第一回波，向信号处理单元发送电信号形式的第一回波。信号处理单元按照第一探测阈值探测该电信号形式的第一回波。如果该电信号形式的第一回波的幅值达到了第一探测阈值，则触发信号处理单元进行计时等处理操作，实现距离测量。如果该电信号形式的第一回波的幅值达不到第一探测阈值，则不触发信号处理单元进行计时等处理操作，相当于该电信号形式的第一回波被丢弃。
步骤602，控制激光雷达以第二发光功率发射第二激光，按照第二探测灵敏度探测目标对象反射第二激光得到的第二回波，第一发光功率与第二发光功率不同，和/或，第一探测灵敏度与第二探测灵敏度不同。
其中，芯片控制激光发射器以第二发光功率发射第二激光，控制激光探测器按照第二探测灵敏度探测目标对象反射第二激光得到的第二回波。
对于激光发射器而言，第二供电电压用于提供该第二发光功率。芯片向激光发射器提供第二供电电压，激光发射器在第二供电电压下发射第二激光，便能够以第二发光功率发射第二激光。示例性地，芯片向激光发射器提供第二供电电压，包括：芯片向第一电源模块发送第三指令，第一电源模块根据第三指令向激光发射器提供该第二供电电压。
对于激光探测器而言，第二参数用于提供该第二探测灵敏度。因而在示例性实施例中，方法还包括：获取第二参数，根据第二参数确定第二探测灵敏度。其中，芯片在获取第二参数后，向激光探测器提供第二参数，激光探测器按照第二参数探测目标对象反射第二激光得到的第二回波，便能够按照第二探测灵敏度探测第二回波。
需要说明的是，第一发光功率与第二发光功率不同，和/或，第一探测灵敏度与第二探测灵敏度不同。也即是，在一些实施方式中，仅第一发光功率与第二发光功率不同，而第一探测灵敏度与第二探测灵敏度则相同。在另一些实施方式中，仅第一探测灵敏度与第二探测灵敏度不同，而第一发光功率与第二发光功率则相同。在又一些实施方式中，第一发光功率与第二发光功率不同，并且，第一探测灵敏度与第二探测灵敏度也不同。
示例性地，如图3所示，激光探测器包括信号处理单元和探测单元，第二参数包括第二探测阈值和第二偏置电压。在第一探测灵敏度与第二探测灵敏度不同的情况下，第二探测阈值与上文步骤601中的第一探测阈值不同，和/或，第二偏置电压与上文步骤601中的第一偏置电压不同。其中，第二偏置电压为探测单元对应的参数，芯片向探测单元提供第二偏置电压，包括：芯片向第二电源模块发送第四指令，第二电源模块根据第四指令向探测单元提供第二偏置电压。另外，第二探测阈值为信号处理单元对应的参数，芯片向信号处理单元提供第二探测阈值，包括：芯片直接向信号处理单元提供该第二探测阈值。
基于图3所示的探测单元和信号处理单元，按照第二探测灵敏度探测第二回波的过程包括：探测单元在接收到第二回波之后，按照第二偏置电压对该光信号形式的第二回波进行光电转换，得到电信号形式的第二回波，向信号处理单元发送电信号形式的第二回波。信号处理单元按照第二探测阈值探测该电信号形式的第二回波。如果该电信号形式的第二回波的幅值达到了第二探测阈值，则触发信号处理单元进行计时等处理操作，实现距离测量。如果该电信号形式的第二回波的幅值达不到第二探测阈值，则不触发信号处理单元进行计时等处理操作，相当于该电信号形式的第二回波被丢弃。
在示例性实施例中，激光雷达包括可转动的扫描元件，该扫描元件包括至少一个反射面。在扫描元件的转动过程中，芯片控制激光发射器向扫描元件发射激光(第一激光或第二激光)，转动的扫描元件向目标对象反射激光，得到目标对象反射的回波(第一回波或第二回波)，再向激光探测器反射得到的回波。
示例性地，参见图4和图5，芯片控制激光发射器向扫描元件发射激光时，首先确定该反射面在扫描元件的转动过程中朝向机壳(该机壳可以为金属材质)上的出光窗口(该出光窗口可以镀有滤光膜)的时段。之后，在该反射面朝向出光窗口的时段内，控制激光发射器向该反射面发射参考数量次激光。也就是说，激光发射器发送的第一激光和第二激光分别为一组激光，一组激光包括参考数量次激光。本申请实施例不对参考数量加以限定，该参考数量可以根据经验或者实际需求进行设置，该参考数量也称为水平方向上的分辨率。例如，参考数量为64，则水平方向上的分辨率为64线。并且，参考数量次激光在水平方向上形成一定的视场角，即图4和图5示出的水平视场角θ。
由于扫描元件是不断转动的，因而扫描元件包括的反射面也是不断转动的，从而使得该时段内激光发射器每次向该反射面发射激光，该反射面与激光发射器的相对位置均不同，则激光发射器发射的激光相对于反射面的角度均不同，反射面会向目标对象上的参考数量个不同的位置反射该激光，从而实现对目标对象的扫描。
示例性地，本申请实施例按照一定的频率控制扫描元件进行转动，频率可以根据经验或者实际需求进行设置，例如为10Hz(单位：赫兹)、20Hz或更高，在此不作限定。以频率为10Hz为例，则扫描元件每秒转动10周，也即是，扫描元件转动1周所需的时间为100ms(单位：毫秒)。扫描元件转动1周所需的时间，也即是扫描元件的一个扫描周期。
在示例性实施例中，步骤601中的按照第一探测灵敏度探测目标对象反射第一激光得到的第一回波，包括：在扫描元件转动第一角度的过程中，按照第一探测灵敏度，探测目标对象和第一反射面反射第一激光得到的第一回波。示例性地，芯片控制激光探测器按照第一探测灵敏度，探测目标对象和第一反射面反射第一激光得到的第一回波。
相对应的，步骤602中的按照第二探测灵敏度探测目标对象反射第二激光得到的第二回波，包括：在扫描元件转动第二角度的过程中，按照第二探测灵敏度，探测目标对象和第二反射面反射第二激光得到的第二回波。示例性地，芯片控制激光探测器按照第二探测灵敏度，探测目标对象和第二反射面反射第二激光得到的第二回波。
需要说明的是，本申请实施例基于第一回波和第二回波测量与目标对象之间的距离。由于第一回波在扫描元件转动第一角度的过程中得到，第二回波在扫描元件转动第二角度的过程中得到，因而扫描元件转动第一角度与第二角度之和所需的时间，即为按照本申请实施例提供的方法测量得到与目标对象之间的距离所需的时间。
在一些实施方式中，第一角度与第二角度之和大于360度。由此，能够在扫描元件转动大于360度的过程中，即扫描元件转动至少两周的过程中，测量得到与目标对象之间的距离。
示例性地，扫描元件每转动一周，激光发射器向扫描元件的一个反射面发射一次激光，也即是上述第一角度和第二角度均为360度。激光发射器需要发射的激光的数量，等于扫描元件需要转动的周数。
则，在扫描元件转动一周的过程中，只要在扫描元件的某一个反射面朝向出光窗口的时段内控制激光发射器发射激光即可。换言之，在该反射面不朝向出光窗口时，则无需控制激光发射器发射激光。再换言之，在扫描元件转动一周的过程中，激光发射器在一定时间内无需发射激光。
例如，扫描元件仅包括一个反射面时，激光发射器向该反射面发射激光。又例如，扫描元件包括至少两个反射面时，从至少两个反射面中选择一个反射面，激光发射器向所选择的反射面发射激光。示例性地，将扫描元件转动一周作为扫描元件的一次转动过程，则在不同的转动过程中，从至少两个反射面中选择的反射面可以相同，也可以不同。
在另一些实施方式中，扫描元件包括至少两个反射面，第一反射面和第二反射面为至少两个反射面中的不同反射面。并且，第一角度与第二角度之和不大于360度。由此，能够在扫描元件转动360度的过程中，即扫描元件转动一周的过程中，测量得到与目标对象之间的距离。
在上文第一角度与第二角度之和大于360度的实施方式中，扫描元件转动一周，激光发射器在一定时间内无需发射激光，扫描元件需要转动至少两周，才能实现对目标对象的距离测量。而在此处的第一角度与第二角度之和不大于360度的实施方式中，恰好利用了激光发射器无需发射激光的这部分时间，使得激光发射器在原本无需发射激光的这部分时间也发射激光，从而在扫描元件转动一周的过程中利用至少两个反射面实现了对目标对象的至少两次扫描。由此，实现了扫描元件转动一周的过程中，测量得到与目标对象之间的距离。
例如，参见图4，扫描元件包括两个反射面，则上述第一角度和第二角度均为180度。又例如，参见图5，扫描元件包括三个反射面，则上述第一角度和第二角度均为120度。
需要强调的是，由于控制扫描元件转动的频率可能达到10Hz、20Hz甚至更高，因而扫描元件转动一周的过程所需的时间仅为100ms、50ms甚至更低，在这一时间内，目标对象即使发生变化，该变化也属于可以忽略的细微变化。因此，可以认为通过扫描元件包括的各个反射面扫描的目标对象一致。
本申请实施例不限定步骤601和步骤602的执行顺序。例如，先执行步骤601，再执行步骤602。也即是，先发射第一激光再发射第二激光，先探测第一回波再探测第二回波。又例如，先执行步骤602，再执行步骤601。也就是说，先发射第二激光再发射第一激光，先探测第二回波再探测第一回波。
步骤603，基于第一回波和第二回波确定与目标对象之间的距离。
根据上文说明可知，测距盲区与激光发射器的发光功率和激光探测器的灵敏度有关。由于第一发光功率与第二发光功率不同，和/或，第一探测灵敏度第二探测灵敏度不同，因而第一回波对应的测距盲区和第二回波对应的测距盲区也不同。并且，第一回波对应的最大距离测量值和第二回波对应的最大距离测量值也不同。下面，分别说明发光功率和探测灵敏度，对测距盲区和最大距离测量值的影响。
其中，用于提供发光功率的供电电压越小，则发光功率越小，测距盲区和最大距离测量值越小。
其原因在于，发光功率越小，以该发光功率发射的激光的能量就越小。该激光被激光雷达的内外结构反射后，所形成的杂波能量较小且该杂波的持续时间较短。由于激光雷达接收杂波的这段时间对应的距离范围即为测距盲区，因而在杂波的持续时间较短的情况下，从而使得测距盲区较小。并且，正是由于激光的能量较小，因而该激光能够传播的距离较近，从而使得最大距离测量值也较小。
另外，探测阈值越大，和/或，偏置电压越小，探测灵敏度越低，测距盲区和最大距离测量值越小。
对于探测阈值，其原因在于，信号处理单元在进行计时的时候，对于回波的上升沿，是在该上升沿达到探测阈值之后开始计时。参见图1可知，无论回波是否为饱和波形，在探测阈值不同时，该探测阈值在横坐标上对应的时间均存在差异，且探测阈值越大，则开始计时的越晚。对于回波的下降沿，是在该下降沿不再达到探测阈值之后，也即是下降沿低于探测阈值之后结束计时。参见图1可知，无论回波是否为饱和波形，在探测阈值不同时，该探测阈值在横坐标上对应的时间均存在差异，且探测阈值越大，结束计时的越早。当然，如果回波的最大幅值也不能达到该探测阈值，则不进行计时，无法形成距离测量。因此，探测阈值不同，意味着被计时的时间不同，且探测阈值越大，被计时的时间越短。
在一些实施方式中，无论该探测阈值为第一探测阈值还是第二探测阈值，该探测阈值均包括上升沿探测阈值和下降沿探测阈值，上升沿探测阈值与下降沿探测阈值可以相同，也可以不同。相应地，本申请实施例在上升沿达到上升沿探测阈值之后开始计时，上升沿探测阈值越大，开始计时的越晚。在下降沿低于下降沿探测阈值之后结束计时，下降沿探测阈值越大，结束计时的越早。需要说明的是，回波的波形可能在某个幅值处存在抖动，通过使得上升沿探测阈值与下降沿探测阈值不同，可以使得上升沿探测阈值和下降沿探测阈值避开存在抖动处的幅值，从而避免该回波的波形存在抖动反复触发探测阈值，进而避免了发生计时错误，保证了距离测量的准确性。
其中，目标对象反射的正常回波被杂波覆盖时，探测阈值越大，该杂波被计时的时间较短，从而使得测距盲区较小。目标对象反射的正常回波未被杂波覆盖时，由于该探测阈值较大，因而只有在与目标对象距离越近的情况下，该正常回波的幅值才会达到探测阈值，而在与目标对象距离较远的情况下，该正常回波的能量较小，无法达到探测阈值，无法形成测量。因此，探测阈值越大，最大距离测量值越小。
需要说明的是，该探测阈值应小于饱和电压，该饱和电压例如为图1中的45％相对光功率对应的电压。其原因在于，如果探测阈值大于饱和电压，则无论是杂波还是正常回波，其最大幅值均不能达到该探测阈值，因而无论与目标对象之间的距离为多少，均不能形成距离测量。
对于偏置电压，其原因在于，偏置电压越小，则进行光电转换时探测单元的增益越小，对于相同能量的光信号形式的回波，该探测单元按照较小的增益将光信号形式的回波转换为电信号形式的回波之后，电信号形式的回波具有越小的能量。其中，目标对象反射的正常回波被杂波覆盖时，偏置电压越小，由于电信号形式的杂波具有越小的能量，因而该杂波的持续时间越短，从而使得测距盲区越小。目标对象反射的正常回波未被杂波覆盖时，如果目标对象的距离较远，则会导致光信号形式的正常回波的能量不足，探测单元按照较小的增益将该光信号形式的正常回波，得到的电信号形式的正常回波能量也较小，可能使得该电信号形式的正常回波的幅值不能达到信号处理单元的探测阈值，从而使得信号处理单元不能对该电信号形式的正常回波进行计时等处理，无法进行距离测量。也就是说，在偏置电压较小时，如果与目标对象之间的距离较大，则无法进行距离测量，因而偏置电压较小时，最大距离测量值也较小。
在一些实施方式中，第一发光功率与第二发光功率相同，第一探测阈值与第二探测阈值不同，第一偏置电压与第二偏置电压相同。也就是说，本申请实施例不调整激光发射器的发光功率，也不调整探测单元的偏置电压，仅调整信号处理单元的探测阈值，实现对激光探测器的探测灵敏度的调整，进而使得第一回波与第二回波对应不同的测距盲区和不同的最大距离测量值。
采用此种实施方式的原因在于：对激光发射器的供电电压和探测单元的偏置电压进行调整时，往往会缓慢的调整，以避免损伤激光发射器和探测单元，从而造成了电压调整的滞后性，可能影响距离测量的准确性。不过，由于激光雷达的使用过程中需要持续、多次的调整供电电压和偏置电压，因而即使每次都缓慢的调整，也可能会对激光发射器和探测单元造成损伤，从而影响了激光雷达的使用寿命。综合考虑，本申请实施例可以选择不调整激光发射器的发光功率，也不调整探测单元的偏置电压，而是仅调整信号处理单元的探测阈值。
示例性地，第一探测阈值可以为100mV，第二探测阈值可以为500mV，这两个探测阈值相差数倍。则，第一探测阈值对应的最大距离测量值约为200m，第一探测阈值对应的测距盲区约为4m。第二探测阈值对应的最大距离测量值约为10m，第二探测阈值对应的测距盲区约为0m。
本申请实施例基于第一回波和第二回波确定与目标对象之间的距离，将第一回波对应的距离测量范围作为第一距离测量范围，将第二回波对应的距离测量范围作为第二距离测量范围，则所测量的与目标对象之间的距离，可以位于第一距离测量范围与第二距离测量范围的并集中。相比于相关技术中仅基于一种回波测量距离的方式，本申请实施例扩大了激光雷达的距离测量范围，扩大了激光雷达的适用范围。
需要说明的是，根据上文说明可知，激光雷达的测距盲区与激光雷达的内外结构的材料也有关，因而对激光雷达的内外结构的材料进行改进，也能够实现测距盲区的缩小。不过，改进材料的方式成本较高、实用性不强，本申请实施例所提供的方法，在不对材料进行改进的前提下，实现了测距盲区的缩小、距离测量范围的扩大，此种方法的实用性较强，成本较低。
以图4所示的激光雷达为例，对距离测量过程进行说明，该激光雷达的扫描元件包括反射面A和反射面B。
在反射面A朝向出光窗口时，芯片控制激光发射器以第一发光功率向反射面A发射第一激光，探测单元按照第一偏置电压将光信号形式的第一回波转换为电信号形式的第一回波，信号处理单元按照第一探测阈值处理电信号形式的第一回波，以进行计时等处理工作。在反射面B朝向出光窗口时，芯片控制激光发射器以第二发光功率向反射面B发射第二激光，探测单元按照第二偏置电压将光信号形式的第二回波转换为电信号形式的第二回波，信号处理单元按照第二探测阈值处理电信号形式的第二回波，以进行计时等处理工作。
其中，第一发光功率等于第二发光功率，第一探测阈值小于第二探测阈值，第一偏置电压等于第二偏置电压。则，第一回波对应较大的测距盲区和较大的最大距离测量值，第二回波对应较小的测距盲区和较小的最大距离测量值。也即是，第一回波对应的第一距离测量范围的下限大于第二回波对应的第二距离测量范围的下限，第一回波对应的第一距离测量范围的上限大于第二回波对应的第二距离测量范围的上限。
相比于仅基于第一回波或第二回波进行距离测量的方式，基于第一回波和第二回波共同进行距离测量的方式扩大了激光雷达的距离测量范围。相比于为了保证较大的最大距离测量值而仅基于第一回波进行距离测量的方式，基于第一回波和第二回波共同进行距离测量的方式，不仅缩小了测距盲区(由第一回波对应的较大的测距盲区，缩小至第二回波对应的较小的测距盲区)，还兼顾了最大距离测量值(即第一回波对应的最大距离测量值)，扩大了激光雷达的适用范围。
在示例性实施例中，扫描元件包括至少三个反射面，第一回波和第一反射面的数量为至少两个；至少两个第一反射面对应的二面角不同，第一反射面对应的二面角为第一反射面与激光雷达的底面之间的夹角。其中，第一反射面用于反射第一激光和第一回波。
其中，由于激光和回波均是直线形式传播的，因而至少两个第一反射面对应的二面角不同，会使得至少两个第一反射面反射的至少两个第一激光在目标对象上的落点不同，也即是各个落点在竖直方向上产生错位，或者说对目标对象竖直方向上的不同位置进行了扫描，从而增加了竖直方向上的分辨率。需要说明的是，虽然至少两个第一反射面反射的至少两个第一激光在目标对象上的落点不同，但至少两个第一反射面反射的至少两个第一回波在激光探测器上的落点是相同的，从而可以在不对激光探测器进行调整的情况下，增加竖直方向上的分辨率。
以一个反射面能够提供竖直方向上的64线分辨率为例，如果扫描元件包括三个反射面，其中两个反射面为二面角不同的第一反射面，则综合两个第一回波能够得到竖直方向上的128线分辨率，如果扫描元件包括四个反射面，其中三个反射面为二面角不同的第一反射面，则综合三个第一回波能够得到竖直方向上192线分辨率。由此可见，扫描元件中包括多少个二面角不同的第一反射面，就能够将竖直方向上的分辨率扩大几倍。因此，本申请实施例可以根据对于竖直方向上的分辨率的实际需求，设置扫描元件包括的二面角不同的第一反射面的数量。
在一些实施方式中，不同第一反射面对应的二面角之间的角度差值，可以根据经验或者实际需求进行设置，在此不作限定。示例性地，该角度差值的量级可以为0.1°(单位：度)。示例性地，本申请实施例在确定该角度差值的过程中，需要保证不同的第一回波的落点能够均匀插空。此外，示例性地，在各个第一反射面中，可以存在一个与激光雷达的底面垂直，也即是二面角为90°的第一反射面，具有此种二面角的第一反射面的加工难度较低。
在示例性实施例中，第二反射面对应的二面角与任一第一反射面对应的二面角相同。第二反射面用于反射第二激光和第二回波。其中，本申请实施例可以从至少两个第一反射面中进行随机选择，得到该任一第一反射面。或者，本申请实施例也可以选择至少两个第一反射面中与第二反射面相邻的一个第一反射面，得到该任一第一反射面。本申请实施例还可以采用其他依据得到该任一第一反射面，在此不作限定。
示例性地，第一反射面用于反射的第一回波对应较大的测距盲区和较大的最大距离测量值，第二反射面用于反射的第二回波对应较小的测距盲区和较小的最大距离测量值。在一些实施方式中，第一反射面的数量为至少两个，第二反射面的数量为一个，则仅在较远的距离上增加竖直方向上的分辨率，而在较近的距离上不增加竖直方向上的分辨率。其原因在于，对于相同尺寸、形状的目标对象，距离越远，所需要的竖直方向上的分辨率就越高，以保证在竖直方向上对目标对象的精确扫描，避免由于测量距离的增大而导致测距准确度的下降。在另一些实施方式中，第一反射面的数量为至少两个，第二反射面的数量也为至少两个，且至少两个第一反射面对应的二面角不同，至少两个第二反射面对应的二面角数量也不同。由此，在较远的距离上和较近的距离上，均增加了竖直方向上的分辨率。
以图5所示的激光雷达为例，对距离测量过程进行说明，该激光雷达的扫描元件包括反射面A、反射面B和反射面C。反射面A对应的二面角与反射面B对应的二面角不同，反射面C对应的二面角等于反射面A对应的二面角。
在反射面A或者反射面B朝向出光窗口时，芯片控制激光发射器以第一发光功率向反射面A或者反射面B分别发射第一激光，探测单元按照第一偏置电压将光信号形式的第一回波转换为电信号形式的第一回波，信号处理单元按照第一探测阈值处理电信号形式的第一回波，以进行计时等处理工作，共探测得到两个第一回波。在反射面C朝向出光窗口时，芯片控制激光发射器以第二发光功率向反射面C发射第二激光，探测单元按照第二偏置电压将光信号形式的第二回波转换为电信号形式的第二回波，信号处理单元按照第二探测阈值处理电信号形式的第二回波，以进行计时等处理工作，共探测一个第二回波。第一发光功率等于第二发光功率，第一探测阈值小于第二探测阈值，第一偏置电压等于第二偏置电压。则，第一回波对应较大的测距盲区和较大的最大距离测量值，第二回波对应较小的测距盲区和较小的最大距离测量值。
其中，由于两个第一回波分别对应反射面A和反射面B，反射面A和反射面B对应不同的二面角，因而基于两个第一回波能够提高竖直方向上的分辨率。在此基础上，进一步结合一个第二回波，能够扩大激光雷达的距离测量范围、缩小测距盲区。
在示例性实施例中，基于第一回波和第二回波确定与目标对象之间的距离，包括：基于第一回波获得第一点云，基于第二回波获得第二点云；拼接第一点云和第二点云得到目标点云，基于目标点云确定与目标对象之间的距离。
其中，第一回波在探测单元上的落点组成点云，从而可以基于第一回波获得第一点云。应理解的是，当用于反射得到第一回波的第一反射面对应不同的二面角时，不同的第一回波对应的不同的第一点云，在竖直方向上存在错位，例如不同的第一点云在竖直方向上可以均匀插空。第二回波在探测单元上的落点组成点云，从而可以基于第二回波获得第二点云。并且，当用于反射得到第二回波的第二反射面对应不同的二面角时，不同的第二回波对应不同的第二点云，在竖直方向上也存在错位，例如不同的第二点云在竖直方向上可以均匀插空。
需要说明的是，根据上文说明可知，在扫描元件的转动过程中，扫描元件的反射面会向目标对象上的不同位置反射激光，从而实现对目标对象的扫描。基于此，能够得到目标对象上的不同位置对应的不同测量值。则，需要确定每个测量值在点云中的正确位置，使得点云中包括多个有效测距点，每个有效测距点即为一个测量值，用于指示激光雷达与目标对象之间的一个距离。
示例性地，本申请实施例确定每个测量值获取时，扫描元件的反射面对应的转动角度(例如通过码盘等角度测量元件确定，在此不作限定)、扫描元件的反射面对应的二面角、激光发射器的位置、激光探测器的位置等等参数。在这些参数的基础上，结合激光的直线传播原理及反射定律，确定每个测量值在点云上的正确位置，从而保证拼接点处的点云可以在位置坐标上平滑过渡。也即，通过确定激光发射器、激光探测器和扫描元件的位置与姿态参数，计算出每个测量值在空间上的坐标，从形成用于反应目标对象以及目标对象所在场景的点云。
之后，通过拼接第一点云和第二点云得到目标点云，从而可以基于目标点云确定与目标对象之间的距离。示例性地，目标点云也包括多个有效测距点，每个有效测距点用于指示激光雷达与目标对象之间的一个距离。本申请实施例可以基于各个有效测距点计算得到与目标对象之间的距离。
需要说明的是，得到一帧目标点云，则代表测量得到一个与目标对象之间的距离。获得目标点云的帧率越高，则获得测量结果的速度越快，激光雷达的测距性能越好。在本申请实施例中，由于扫描元件至少转动一周即可得到上述第一回波和第二回波，因而扫描元件转动至少一周即可得到一帧目标点云。由此，获得目标点云的帧率较小，保证了激光雷达的测距性能。
在示例性实施例中，拼接第一点云和第二点云得到目标点云，包括：基于第一点云确定第一距离测量范围，基于第二点云确定第二距离测量范围；基于第一距离测量范围和第二距离测量范围确定拼接点，按照拼接点拼接第一点云和第二点云，得到目标点云。
在基于第一点云确定第一距离测量范围时，可以从第一点云中选择清晰稳定、无波动且无闪烁的部分，基于所选择的部分包括的有效测距点确定该第一距离测量范围。确定第二距离测量范围的方式与确定第一距离测量范围的方式相同，在此不作赘述。
需要说明的是，该拼接点用于对第一点云和第二点云进行拼接。示例性地，在第一距离测量范围与第二距离测量范围中，如果第一距离测量范围与第二距离测量范围不存在重叠，则该拼接点可以是较小的一个距离测量范围的上限，或者是较大的一个距离测量范围的下限，如果第一距离测量范围与第二距离测量范围存在重叠，则该拼接点可以是位于较小的一个距离测量范围的上限与较大的一个距离测量范围的下限之间的某个距离值。在按照拼接点拼接第一点云和第二点云时，从一个点云中选择所指示的距离小于该拼接点的有效测距点，从另一个点云中选择所指示的距离大于该拼接点的有效测距点，对所选择的有效测距点进行拼接，即可得到目标点云。
此外，本申请实施例还对不同的第一点云和/或不同的第二点云进行拼接。如前所述，不同的第一点云和/或第二点云可能在竖直方向上存在错位，因而可以在竖直方向上对不同的第一点云和/或第二点云进行错位拼接。例如，不同的第一点云和/或第二点云在竖直方向上可以均匀插空，则可以在竖直方向上对不同的第一点云和/或第二点云进行均匀插空的拼接。
需要说明的是，本申请实施例不对拼接不同的第一点云和/或第二点云，以及，拼接第一点云和第二点云的顺序进行限定。例如，可以先拼接不同的第一点云和/或第二点云，将得到的点云互相拼接，得到目标点云。又例如，可以先拼接不同的第一点云和第二点云，将得到的点云与其他第一点云和/或第二点云进行拼接，得到目标点云。
综上所述，本申请实施例在测量距离的过程中，通过使用不同的发光功率和/或探测灵敏度，使得第一回波对应的距离测量范围不同于第二回波对应的距离测量范围。则，基于第一回波和第二回波共同确定与目标对象之间的距离时，所确定的距离可以位于第一回波与第二回波对应的距离测量范围的并集中。由此，扩大了激光雷达的距离测量范围，缩小了测距盲区，显著提升了激光雷达的测量能力核心指标，从而扩大了激光雷达的适用范围。
此外，本申请实施例使得扫描元件包括的反射面对应不同的二面角，则对应不同的二面角的反射面会将回波反射至不同位置，使得不同回波在竖直方向上存在错位，从而提升了竖直方向上的分辨率。
上述所有可选技术方案，可以采用任意结合形成本申请的可选实施例，在此不再一一赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也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，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
应理解，本文中所使用的术语“和/或”，是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
以上所述仅为本申请的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种测量距离的方法，其特征在于，所述方法包括：
控制激光雷达以第一发光功率发射第一激光，按照第一探测灵敏度探测目标对象反射所述第一激光得到的第一回波；
控制所述激光雷达以第二发光功率发射第二激光，按照第二探测灵敏度探测所述目标对象反射所述第二激光得到的第二回波，所述第一发光功率与所述第二发光功率不同，和/或，所述第一探测灵敏度与所述第二探测灵敏度不同；
基于所述第一回波和所述第二回波确定与所述目标对象之间的距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取第一参数，根据所述第一参数确定所述第一探测灵敏度，所述第一参数包括第一探测阈值和第一偏置电压；
获取第二参数，根据所述第二参数确定所述第二探测灵敏度，所述第二参数包括第二探测阈值和第二偏置电压，所述第二探测阈值与所述第一探测阈值不同，和/或，所述第二偏置电压与所述第一偏置电压不同。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激光雷达包括扫描元件，所述扫描元件包括至少两个反射面；
所述按照第一探测灵敏度探测目标对象反射所述第一激光得到的第一回波，包括：在所述扫描元件转动第一角度的过程中，按照所述第一探测灵敏度，探测所述目标对象和第一反射面反射所述第一激光得到的所述第一回波；
所述按照第二探测灵敏度探测所述目标对象反射所述第二激光得到的第二回波，包括：在所述扫描元件转动第二角度的过程中，按照所述第二探测灵敏度，探测所述目标对象和第二反射面反射所述第二激光得到的所述第二回波；
其中，所述第一角度与所述第二角度之和不大于360度，所述第一反射面和所述第二反射面为所述至少两个反射面中的不同反射面。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述扫描元件包括至少三个反射面，所述第一回波和所述第一反射面的数量为至少两个；
至少两个第一反射面对应的二面角不同，所述第一反射面对应的二面角为所述第一反射面与所述激光雷达的底面之间的夹角。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二反射面对应的二面角与任一第一反射面对应的二面角相同。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述基于所述第一回波和所述第二回波确定与所述目标对象之间的距离，包括：
基于所述第一回波获得第一点云，基于所述第二回波获得第二点云；
拼接所述第一点云和所述第二点云得到目标点云，基于所述目标点云确定所述与所述目标对象之间的距离。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述拼接所述第一点云和所述第二点云得到目标点云，包括：
基于所述第一点云确定第一距离测量范围，基于所述第二点云确定第二距离测量范围；
基于所述第一距离测量范围和所述第二距离测量范围确定拼接点，按照所述拼接点拼接所述第一点云和所述第二点云，得到所述目标点云。
8.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括芯片、激光发射器和激光探测器；
所述芯片用于控制所述激光发射器以第一发光功率发射第一激光，控制所述激光探测器按照第一探测灵敏度探测目标对象反射所述第一激光得到的第一回波；
所述芯片还用于控制所述激光发射器以第二发光功率发射第二激光，控制所述激光探测器按照第二探测灵敏度探测所述目标对象反射所述第二激光得到的第二回波，所述第一发光功率与所述第二发光功率不同，和/或，所述第一探测灵敏度与所述第二探测灵敏度不同；
所述芯片还用于基于所述第一回波和所述第二回波确定与所述目标对象之间的距离。
9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，
所述芯片还用于获取第一参数，根据所述第一参数确定所述第一探测灵敏度，所述第一参数包括第一探测阈值和第一偏置电压；
所述芯片还用于获取第二参数，根据所述第二参数确定所述第二探测灵敏度，所述第二参数包括第二探测阈值和第二偏置电压，所述第二探测阈值与所述第一探测阈值不同，和/或，所述第二偏置电压与所述第一偏置电压不同。
10.根据权利要求8或9所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括扫描元件，所述扫描元件包括至少两个反射面；
所述芯片，用于在所述扫描元件转动第一角度的过程中，控制所述激光探测器按照所述第一探测灵敏度，探测所述目标对象和第一反射面反射所述第一激光得到的所述第一回波；
所述芯片，用于在所述扫描元件转动第二角度的过程中，控制所述激光探测器按照所述第二探测灵敏度，探测所述目标对象和第二反射面反射所述第二激光得到的所述第二回波；
其中，所述第一角度与所述第二角度之和不大于360度，所述第一反射面和所述第二反射面为所述至少两个反射面中的不同反射面。
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