CN116449338A - 一种距离测量方法、激光探测装置及激光扫描仪 - Google Patents

一种距离测量方法、激光探测装置及激光扫描仪 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种距离测量方法、激光探测装置及激光扫描仪，该装置包括光接收***、分光***、M路雪崩光电二极管APD模块和处理器，所述M路APD模块中每路APD模块包括APD；所述光接收***，用于接收测量物体反射的第一光信号，将所述第一光信号汇聚到所述分光***；所述分光***，用于将第二光信号分为M路光信号，并将所述M路光信号分别汇聚到所述M路APD模块中的APD上，所述第二光信号为所述第一光信号汇聚到所述分光***上的光信号；所述M路APD模块，用于将所述M路光信号转换为M路电信号；所述处理器，用于根据所述M路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离。本发明实施例，可以提高距离测量的准确性。

Description

一种距离测量方法、激光探测装置及激光扫描仪
技术领域
本发明实施例涉及光电技术领域，尤其涉及一种距离测量方法、激光探测装置及激光扫描仪。
背景技术
激光探测装置可以通过向空间发射激光，并接收物体反射回来的光进行距离测量。一般用来接收反射回来的光的器件为雪崩光电二极管(avalanche photodiodes，APD)。APD具有较好的弱光探测能力，但是强光容易引发较大的光电流，容易造成波形失真，以致降低了距离测量的准确性。
发明内容
本发明实施例公开了一种距离测量方法、激光探测装置及激光扫描仪，用于提高距离测量的准确性。
第一方面公开一种激光探测装置，包括光接收***、分光***、M路APD模块和处理器，所述M路APD模块中每路APD模块包括APD，M为大于1的整数，其中：
所述光接收***，用于接收测量物体反射的第一光信号，将所述第一光信号汇聚到所述分光***；
所述分光***，用于将第二光信号分为M路光信号，并将所述M路光信号分别汇聚到所述M路APD模块中的APD上，所述第二光信号为所述第一光信号汇聚到所述分光***上的光信号；
所述M路APD模块，用于将所述M路光信号转换为M路电信号；
所述处理器，用于根据所述M路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离。
作为一种可能的实施方式，所述M路光信号中存在一路光信号的信号强度大于剩余M-1路光信号的信号强度。
作为一种可能的实施方式，所述处理器，具体用于确定所述M路电信号中每路电信号是否为失真电信号，根据所述M路电信号中未失真电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离。
作为一种可能的实施方式，所述处理器根据所述M路电信号中未失真电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离包括：
所述处理器在所述M路电信号中不存在失真电信号的情况下，根据第一路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离，所述第一路电信号为所述M路光信号中信号强度最强的一路光信号对应的一路电信号。
作为一种可能的实施方式，所述处理器根据所述M路电信号中未失真电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离还包括：
所述处理器在所述M路电信号中存在失真电信号的情况下，根据第二路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离，所述第二路电信号为所述M路电信号包括的未失真电信号中对应的光信号的信号强度最强的一路电信号。
作为一种可能的实施方式，所述M路APD模块中每路APD模块还包括放大电路和转换电路，所述M路APD模块将所述M路光信号转换为M路电信号包括：
第一路APD模块中的APD，用于将第一路光信号转换为第一模拟电信号，所述第一路APD模块为所述M路APD模块中的任一路APD模块，所述第一路光信号为所述M路光信号中汇聚到所述第一路APD模块中APD上的一路光信号；
所述第一路APD模块中的放大电路，用于将所述第一模拟电信号放大为第二模拟电信号；
所述第一路APD模块中的转换电路，用于将所述第二模拟电信号转换为数字电信号，以获得M路数字电信号；
所述处理器，具体用于根据所述M路数字电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离。
作为一种可能的实施方式，所述M路APD模块中每路APD模块还包括供电电路，其中：
所述第一路APD模块中的供电电路，用于为所述第一路APD模块中的APD供电。
第二方面公开一种距离测量方法，所述方法应用于激光探测装置，所述激光探测装置包括光接收***、分光***和M路雪崩光电二极管APD模块，所述M路APD模块中每路APD模块包括APD，M为大于1的整数，所述方法包括：
通过所述光接收***接收测量物体反射的第一光信号；
通过所述分光***将第二光信号分为M路光信号，所述第二光信号为所述第一光信号汇聚到所述分光***上的光信号；
通过所述M路APD模块将所述M路光信号转换为M路电信号；
根据所述M路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离。
作为一种可能的实施方式，所述M路光信号中存在一路光信号的信号强度大于剩余M-1路光信号的信号强度。
作为一种可能的实施方式，所述根据所述M路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离包括：
确定所述M路电信号中每路电信号是否为失真电信号；
根据所述M路电信号中未失真电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离。
作为一种可能的实施方式，所述根据所述M路电信号中未失真电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离包括：
在所述M路电信号中不存在失真电信号的情况下，根据第一路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离，所述第一路电信号为所述M路光信号中信号强度最强的一路光信号对应的一路电信号。
作为一种可能的实施方式，所述根据所述M路电信号中未失真电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离还包括：
在所述M路电信号中存在失真电信号的情况下，根据第二路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离，所述第二路电信号为所述M路电信号包括的未失真电信号中对应的光信号的信号强度最强的一路电信号。
作为一种可能的实施方式，所述M路APD模块中每路APD模块还包括放大电路和转换电路，所述通过所述M路APD模块将所述M路光信号转换为M路电信号包括：
通过第一路APD模块中的APD将第一路光信号转换为第一模拟电信号，所述第一路APD模块为所述M路APD模块中的任一路APD模块，所述第一路光信号为所述M路光信号中汇聚到所述第一路APD模块中APD上的一路光信号；
通过所述第一路APD模块中的放大电路将所述第一模拟电信号放大为第二模拟电信号；
通过所述第一路APD模块中的转换电路将所述第二模拟电信号转换为数字电信号，以获得M路数字电信号；
所述根据所述M路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离包括：
根据所述M路数字电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离。
作为一种可能的实施方式，所述M路APD模块中每路APD模块还包括供电电路，所述方法还包括：
通过所述第一路APD模块中的供电电路为所述第一路APD模块中的APD供电。
第三方面公开一种激光扫描仪，包括第一方面公开的激光探测装置。
本发明实施例中，激光探测装置包括光接收***、分光***、M路APD模块和处理器，所述M路APD模块中每路APD模块包括APD；光接收***接收测量物体反射的第一光信号，将第一光信号汇聚到分光***；分光***将汇聚的第二光信号分为M路光信号，并将M路光信号分别汇聚到M路APD模块中的APD上；M路APD模块将M路光信号转换为M路电信号；处理器根据M路电信号确定激光探测装置与测量物体之间的距离。可见，激光探测装置将物体反射回来的光信号分为M路光信号，可以降低M路光信号中每路光信号的信号强度，可以避免M路光信号全部因光电流较大造成波形失真的情况，从而可以提高距离测量的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例公开的一种激光探测装置的结构示意图；
图2是本发明实施例公开的一种M路APD模块的结构示意图；
图3是本发明实施例公开的另一种激光探测装置的结构示意图；
图4是本发明实施例公开的一种距离测量方法的流程示意图；
图5是本发明实施例公开的一种激光扫描仪的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、详尽地描述。
以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为暗示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本申请实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明实施例公开了一种距离测量方法、激光探测装置及激光扫描仪，用于提高距离测量的准确性。以下分别进行详细说明。
请参阅图1，图1是本发明实施例公开的一种激光探测装置的结构示意图。如图1所示，该激光探测装置可以包括光接收***101、分光***102、M路APD模块103和处理器104。
在使用激光探测装置进行距离测量的时候，激光探测装置可以先向测量物体发射激光。激光照射到测量物体上后，测量物体可以吸收一部分激光，同时还可以向激光探测装置反射回一部分激光。
光接收***101可以接收测量物体反射的第一光信号，以及可以将第一光信号汇聚到分光***102。
应理解，光接收***101接收的测量物体反射回来的光信号，与向分光***102发送的光信号可以不同。此时，光接收***101可以接收测量物体反射的第一光信号，以及可以将第三光信号汇聚到分光***102。第三光信号为光接收***101根据第一光信号确定的需要向分光***102发送的光信号。
分光***102可以将第二光信号分为M路光信号，以及可以将M路光信号分别汇聚到M路APD模块中的APD上。
M为大于或等于1的整数，分光***102可以包括M-1个分光镜。分光镜可以将汇聚到它上面的光信号中的一部分光信号进行透射，可以将汇聚到它上面的光信号中的另一部分光信号进行反射。可见，一个分光镜可以将一路光信号分为两路光信号，分光后的一路光信号为分光镜透射的光信号，分光后的另一路光信号为分光镜反射的光信号。M-1个分光镜可以将一路光信号分为M路光信号。分光镜反射的光信号和透射的光信号的比例，即分光比例可以根据需要设置，从而可以控制两路光信号的信号强度的强弱比例。上述M-1个分光镜可以全部相同，也可以全部不同，还可以部分相同部分不同，具体可以根据需要设置。
第二光信号可以为第一光信号汇聚到分光***102上的光信号，也可以为第三光信号汇聚到分光***102上的光信号。
M路APD模块103中每路APD模块分别包括一个APD。M路APD模块可以将M路光信号转换为M路电信号，即M路APD模块中的每路APD模块分别可以将照射在包括的APD上的一路光信号转换为一路电信号。
一般，分光镜的一路光信号分光多一些，另一路光信号分光少一些，可以避免M路光信号同时引发M路APD模块103中APD的较大电流，导致M路电信号均波形失真的情况，可以提高距离测量的准确性。
相应地，M路光信号的信号强度可以均不同，可以避免由于光信号的强度相同，导致不同路电信号同时失真的情况，从而可以提高距离测量的准确性。
可见，M路光信号中存在一路光信号的信号强度大于剩余M-1路光信号的信号强度。
处理器104可以根据M路电信号确定激光探测装置与测量物体之间的距离。处理器104接收到来自M路APD模块103的M路电信号之后，可以先确定M路电信号中每路电信号是否为失真电信号，即可以先从M路电信号确定未失真电信号。M路电信号中未失真电信号可以为零路电信号(即没有失真电信号)，也可以为一路失真电信号，还可以为多路失真电信号。之后处理器104可以根据M路电信号中未失真电信号确定激光探测装置与测量物体之间的距离。
在M路电信号中不存在失真电信号的情况下，表明不存在(或没有)失真电信号，处理器104可以根据第一路电信号确定激光探测装置与测量物体之间的距离。第一路电信号为M路光信号中信号强度最强的一路光信号对应的一路电信号。
在M路电信号中存在失真电信号的情况下，表明存在失真电信号，可以先确定M路电信号包括的未失真电信号，之后可以根据第二路电信号确定激光探测装置与测量物体之间的距离。第二路电信号为M路电信号包括的未失真电信号中对应的光信号的信号强度最强的一路电信号。
激光探测装置向测量物体发射激光时，处理器104可以记录激光的发射时间。处理器104可以根据M路电信号中未失真电信号确定第一光信号的接收时间，之后可以根据激光的发射时间、第一光信号的接收时间以及激光的传输速率确定激光探测装置与测量物体之间的距离。
可见，在确定激光探测装置与测量物体之间的距离时，使用未失真电信号中对应的光信号的信号强度最强的电信号进行确定，可以避免用于测量距离的光信号的信号强度较低的情况，可以进一步提高距离测量的准确性。
请参阅图2，图2是本发明实施例公开的一种M路APD模块的结构示意图。如图2所示，M路APD模块中每路APD模块还可以包括放大电路和转换电路。
第一路APD模块中的APD可以将第一路光信号转换为第一模拟电信号。第一路APD模块为M路APD模块中的任一路APD模块，第一路光信号为M路光信号中汇聚到第一路APD模块中APD上的光信号。即M路APD模块中的每路APD模块的APD可以分别将M路光信号中对应的一路光信号转换为模拟电信号。
该放大电路可以为电流-电压转换放大电路，即跨阻放大电路。M路APD模块中每路APD模块的放大电路的增益可以相同，也可以不同，还可以部分相同部分不同。在不同路APD模块中的放大电路的增益不同的情况下，这不同路APD模块中对应的分光比例小(对应的光信号的强度小)的放大电路的增益可以设置较高，对应的分光比例大(对应的光信号的强度大)的放大电路的增益可以设置较低，可以使M路电信号不易饱和，从而可以提高距离测量的准确性。
第一路APD模块中的放大电路可以将第一模拟电信号放大为第二模拟电信号。即M路APD模块中每路APD模块的放大电路可以分别将对应的第一模拟电信号放大为第二模拟电信号。
转换电路为模数转换电路。第一路APD模块中的转换电路可以将第二模拟电信号转换为数字电信号，进而可以获得M路数字电信号。即M路APD模块中每路APD模块的转换电路可以分别将对应的第二模拟电信号转换为数字信号得到M路数字电信号。
处理器104可以根据M路数字电信号确定激光探测装置与测量物体之间的距离。
如图2所示，M路APD模块中每路APD模块还可以包括供电电路。
第一路APD模块中的供电电路可以为第一路APD模块中的APD供电，即M路APD模块中每路APD模块的供电电路可以分别为该路APD模块中的APD供电。
M路APD模块中不同路APD模块的供电电路的供电电压可以均相同，也可以均不同，还可以部分相同部分不同。
由于APD的增益与APD供电电压正相关，在不同路APD模块的供电电路的供电电压不同的情况下，分光比例高的光信号对应的APD模块的供电电路的供电电压可以较高，分光比例低的光信号对应的APD模块的供电电路的供电电压可以较低，可以使对应的电信号不易饱和，从而可以提高距离测量的准确性。
请参阅图3，图3是本发明实施例公开的另一种激光探测装置的结构示意图。如图3所示，该激光探测装置可以包括光接收***、分光***、两路APD模块和处理器，两路APD模块中每路APD模块均包括一个APD、一个放大电路、一个转换电路和一个供电电路。
如图3所示，分光***包括一个分光镜。
应理解，图3是对激光探测装置的结构的示例性说明，并不对其构成限定。例如，M可以为3，此时，分光***包括两个分光镜，一个分光镜将第二光信号分为两路光信号，另一个分光镜将这两路光信号中的一路光信号分为两路光信号。
请参阅图4，图4是本发明实施例公开的一种距离测量方法的流程示意图。其中，该距离测量方法可以应用于激光探测装置，激光探测装置可以包括光接收***、分光***和M路APD模块，M路APD模块中每路APD模块包括APD。该距离测量方法可以包括以下步骤。
401、通过光接收***接收测量物体反射的第一光信号。
402、通过分光***将第二光信号分为M路光信号。
第二光信号为第一光信号汇聚到分光***上的光信号。
403、通过M路APD模块将M路光信号转换为M路电信号。
M路光信号中存在一路光信号的信号强度大于剩余M-1路光信号的信号强度。
M路APD模块中每路APD模块还可以包括放大电路和转换电路。可以通过第一路APD模块中的APD将第一路光信号转换为第一模拟电信号，可以通过第一路APD模块中的放大电路将第一模拟电信号放大为第二模拟电信号，可以通过第一路APD模块中的转换电路将第二模拟电信号转换为数字电信号，以获得M路数字电信号。其中，第一路APD模块为M路APD模块中的任一路APD模块，第一路光信号为M路光信号中汇聚到第一路APD模块中APD上的一路光信号。
M路APD模块中每路APD模块还可以包括供电电路。可以通过第一路APD模块中的供电电路为第一路APD模块中的APD供电。
404、根据M路电信号确定激光探测装置与测量物体之间的距离。
可以根据M路数字电信号确定激光探测装置与所述测量物体之间的距离。
可以确定M路电信号中每路电信号是否为失真电信号，可以根据M路电信号中未失真电信号确定激光探测装置与测量物体之间的距离。
在M路电信号中不存在失真电信号的情况下，可以根据第一路电信号确定激光探测装置与测量物体之间的距离，第一路电信号为M路光信号中信号强度最强的一路光信号对应的一路电信号。在M路电信号中存在失真电信号的情况下，可以根据第二路电信号确定激光探测装置与测量物体之间的距离，第二路电信号为M路电信号包括的未失真电信号中对应的光信号的信号强度最强的一路电信号。
上述内容的详细描述可以参考上面的相关描述，在此不再赘述。
请参阅图5，图5是本发明实施例公开的一种激光扫描仪的结构示意图。如图5所示，该激光扫描仪可以包括上述的激光探测装置。
在脉冲式三维激光扫描仪中，反射率高的测量物体返回的强光会导致脉冲波形变成近似方波，使用两路APD装置中的两个APD进行接收，分光***中的分光镜可以将接收的光按照9:1进行分光，一个APD1可以接收到90％的光，另一个APD2可以接收到10％的光。APD1的增益可以为10，APD2的增益可以为5。APD1对应的放大电路1的跨阻放大倍数可以为100kΩ，APD2对应的放大电路2的跨阻放大倍数可以为20kΩ。当APD1达到饱和光电流30uA时，APD2的光电流为1.5uA，APD2对应的转换电路采集到的电压为30mV，可以满足实际探测需求；当APD2的光电流达到150uA时，APD2对应的电信号才进入饱和状态。因此，在光电流不超过150uA的情况下，该激光扫描仪可以得到未饱和失真的探测波形。
应理解，上述是对激光扫描仪的示例性说明，并不对其构成限定。例如，APD、放大电路和转换电路可以为3个。
以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光探测装置，其特征在于，包括光接收***、分光***、M路雪崩光电二极管APD模块和处理器，所述M路APD模块中每路APD模块包括APD，M为大于1的整数，其中：
所述光接收***，用于接收测量物体反射的第一光信号，将所述第一光信号汇聚到所述分光***；
所述分光***，用于将第二光信号分为M路光信号，并将所述M路光信号分别汇聚到所述M路APD模块中的APD上，所述第二光信号为所述第一光信号汇聚到所述分光***上的光信号；
所述M路APD模块，用于将所述M路光信号转换为M路电信号；
所述处理器，用于根据所述M路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离。
2.根据权利要求1所述的激光探测装置，其特征在于，所述M路光信号中存在一路光信号的信号强度大于剩余M-1路光信号的信号强度。
3.根据权利要求1或2所述的激光探测装置，其特征在于，所述处理器，具体用于确定所述M路电信号中每路电信号是否为失真电信号，根据所述M路电信号中未失真电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离。
4.根据权利要求3所述的激光探测装置，其特征在于，所述处理器根据所述M路电信号中未失真电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离包括：
所述处理器在所述M路电信号中不存在失真电信号的情况下，根据第一路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离，所述第一路电信号为所述M路光信号中信号强度最强的一路光信号对应的一路电信号。
5.根据权利要求4所述的激光探测装置，其特征在于，所述处理器根据所述M路电信号中未失真电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离还包括：
所述处理器在所述M路电信号中存在失真电信号的情况下，根据第二路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离，所述第二路电信号为所述M路电信号包括的未失真电信号中对应的光信号的信号强度最强的一路电信号。
6.根据权利要求1或2所述的激光探测装置，其特征在于，所述M路APD模块中每路APD模块还包括放大电路和转换电路，所述M路APD模块将所述M路光信号转换为M路电信号包括：
第一路APD模块中的APD，用于将第一路光信号转换为第一模拟电信号，所述第一路APD模块为所述M路APD模块中的任一路APD模块，所述第一路光信号为所述M路光信号中汇聚到所述第一路APD模块中APD上的一路光信号；
所述第一路APD模块中的放大电路，用于将所述第一模拟电信号放大为第二模拟电信号；
所述第一路APD模块中的转换电路，用于将所述第二模拟电信号转换为数字电信号，以获得M路数字电信号；
所述处理器，具体用于根据所述M路数字电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离。
7.根据权利要求6所述的激光探测装置，其特征在于，所述M路APD模块中每路APD模块还包括供电电路，其中：
所述第一路APD模块中的供电电路，用于为所述第一路APD模块中的APD供电。
8.一种距离测量方法，其特征在于，所述方法应用于激光探测装置，所述激光探测装置包括光接收***、分光***和M路雪崩光电二极管APD模块，所述M路APD模块中每路APD模块包括APD，M为大于1的整数，所述方法包括：
通过所述光接收***接收测量物体反射的第一光信号；
通过所述分光***将第二光信号分为M路光信号，所述第二光信号为所述第一光信号汇聚到所述分光***上的光信号；
通过所述M路APD模块将所述M路光信号转换为M路电信号；
根据所述M路电信号确定所述激光探测装置与所述测量物体之间的距离。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述M路光信号中存在一路光信号的信号强度大于剩余M-1路光信号的信号强度。
10.一种激光扫描仪，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的激光探测装置。
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