CN117269972A - 激光雷达设备及其测距调节方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种激光雷达设备及其测距调节方法，其中，测距调节方法通过确定待扫描的发射单元对应的接收单元的位置信息，并根据位置信息查表确定该接收单元的衰减系数，以及根据衰减系数计算所需的激光发射次数和/或发射功率，并以此激光发射次数和/或发射功率进行激光发射和接收工作，以及以对应的直方图的回波叠加次数获取到对应的直方图数据，以及根据直方图数据确定待测物的距离信息，通过调节对应位置的接收单元对应的发射单元的激光发射次数和/获发射功率，提高了测距精度和测距能力，使得接收阵列整体的测距能力达到一致，提高了测距能力的均匀度。

Description

激光雷达设备及其测距调节方法
技术领域
本发明属于激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达设备及其测距调节方法。
背景技术
在人工智能、无人驾驶领域的日益发展，对激光雷达的探测精度的要求也日益提高。
在激光雷达中，由于镜头的特性，会导致照亮的视场中边缘视场相对于中心视场的照度低，且若探测视场角越大，边缘视场的照度就越低，同时提高边缘视场的成像质量，需要对边缘视场光线设置渐晕，而这会加重边缘视场的照度的下降程度，从而影响测距的精准度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光雷达设备的测距调节方法，旨在解决传统的激光雷达设备存在视场照度不均匀，影响测距精准度的问题。
本发明实施例的第一方面提出了一种激光雷达设备的测距调节方法，所述激光雷达设备包括激光发射模块和激光接收模块，所述激光接收模块包括阵列排布的接收单元；
所述激光雷达设备的测距调节方法包括如下步骤：
获取待扫描的发射单元对应的所述接收单元的位置信息，并查表获取所述接收单元匹配的衰减系数；
根据所述衰减系数计算对应于所述接收单元的所述发射单元在一帧扫描图像中连续的激光发射次数和/或发射功率；
驱动所述发射单元按照所述发射次数和/或发射功率发射激光，同时驱动所述发射单元对应的所述接收单元接收对应回波激光信号，将所述回波激光信号叠加成对应的直方图数据；
根据所述直方图数据确定待测物的距离信息。
可选地，所述获取待扫描的发射单元对应的所述接收单元的位置信息，并查表获取所述接收单元匹配的衰减系数之前，所述激光雷达设备的测距调节方法还包括：
获取所述待扫描的发射单元与所述接收单元的对应关系；
根据所述对应关系查表获取所述接收单元匹配的衰减系数；
其中，当所述待扫描的发射单元与所述接收单元的对应关系为一一对应的关系时，所述接收单元的衰减系数即为所述待扫描的发射单元所对应的所述接收单元的衰减系数；当所述待扫描的发射单元与所述接收单元的对应关系为一对多或多对多的关系时，所述接收单元的衰减系数即为待扫描的所述发射单元对应的多个所述接收单元中最小的衰减系数。
可选地，所述接收单元的对应的直方图数据的叠加次数的计算公式为：
其中，coe1为参考接收单元的衰减系数，coe2为待扫描的发射单元对应的所述接收单元的衰减系数，num1为参考接收单元对应直方图数据的叠加次数，num2为待扫描的所述发射单元对应的所述接收单元对应直方图数据的叠加次数。
可选地，所述驱动对应的所述接收单元接收对应回波激光信号，将所述回波激光信号叠加成对应的直方图数据的步骤具体包括：
获取所述发射单元对应的所述接收单元的衰减系数；
根据所述接收单元的衰减系数计算所述接收单元的回波叠加次数；
根据所述回波叠加次数对所述回波激光信号进行相应直方图数据的叠加，形成对应直方图数据。
可选地，所述根据所述直方图数据确定待测物的距离信息具体包括：
对所述直方图数据进行恒比定时计算、峰值计算和半值计算中的任一计算策略确定激光发射和接收的时间差值；
根据所述时间差值确定所述待测物的距离信息。
可选地，所述激光雷达设备的测距调节方法还包括：
获取所述直方图数据的峰值；
判断所述直方图数据的峰值是否小于预设阈值；
当所述直方图数据的峰值小于预设阈值则调整下一次发射的发射次数和/或发射功率。
本发明实施例的第二方面提出了一种激光雷达设备，包括激光发射模块、激光接收模块和分别与所述激光发射模块和所述激光接收模块连接的控制电路，所述控制电路包括驱动转换电路、存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时对应驱动所述驱动转换电路实现如上所述激光雷达设备的测距调节方法的步骤；
其中，所述接收单元包括阵列排布的接收单元。
可选地，所述发射单元包括激光器，所述激光发射模块还包括对应于所述激光器设置的发射镜头；
所述接收单元包括光电转换器，所述激光接收模块还包括对应于阵列排布的所述光电转换器设置的至少一个接收镜头。
可选地，所述驱动转换电路包括：
与所述处理器和所述激光发射模块分别连接的激光驱动电路，所述激光驱动电路根据所述处理器输出的控制信号对应开启或者关闭，以及调节所述发射单元在一帧扫描图像中的激光发射次数和/或发射功率；
与所述激光接收模块和所述处理器分别连接的信号转换电路，所述信号转换电路用于将所述接收单元转换输出的电流信号转换为对应回波脉冲信号，并输出所述回波脉冲信号至所述处理器。
可选地，所述光电转换器包括光电转换二极管。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的激光雷达设备的测距调节方法通过确定待扫描的发射单元对应的接收单元的位置信息，并根据位置信息查表确定该接收单元的衰减系数，以及根据衰减系数计算所需的激光发射次数和/或发射功率，并以此激光发射次数和/或发射功率进行激光发射和接收工作，以及以对应的直方图的回波叠加次数获取到对应的直方图数据，以及根据直方图数据确定待测物的距离信息，通过调节对应位置的接收单元对应的发射单元的激光发射次数和/获发射功率，提高了测距精度和测距能力，使得接收阵列整体的测距能力达到一致，提高了测距的均匀度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的激光雷达设备的第一种结构示意图；
图2为本发明实施例提供的激光雷达设备的测距调节方法的直方图示意图；
图3为本发明实施例提供的激光雷达设备的测距调节方法的第一种流程示意图；
图4为本发明实施例提供的激光雷达设备中接收阵列的衰减系数示意图；
图5为图3所示的激光雷达设备的测距调节方法的步骤S30的第一种具体流程图；
图6为图3所示的激光雷达设备的测距调节方法的步骤S40的第一种具体流程图；
图7为本发明实施例提供的激光雷达设备的测距调节方法的第二种流程示意图；
图8为本发明实施例提供的激光雷达设备的测距调节方法的回波波形示意图；
图9为本发明实施例提供的激光雷达设备的第二种结构示意图；
图10为本发明实施例提供的激光雷达设备的第三种结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明实施例的第一方面提出了一种激光雷达设备1的测距调节方法，如图1所示，激光雷达设备1包括激光发射模块10和激光接收模块20，激光发射模块10和激光接收模块20由对应的控制电路30驱动进行激光收发工作，激光发射模块10由单个发射单元或者m1行*n1列阵列排布的发射单元组成，激光接收模块20由m2行*n2列阵列排布的接收单元组成，其中，m1和n1均大于或者等于1，m2和n2均大于或者等于1，m1和m2可相等或者不等，同理，n1和n2可相等或者不等，即可选地，发射阵列和接收阵列的行数和列数可以一一对应，可选的，发射阵列和接收阵列的行数可以不等，列数相等，可选地，发射阵列和接收阵列的行数可以相等，列数不等，本申请对于发射阵列和接收阵列的具体结构不限。
可以理解的是，本申请对于激光雷达的扫描形式也不限制，该激光雷达可以包括扫描件如转镜、振镜等，该激光雷达也可以为机械旋转式激光雷达，即转台带动发射阵列和接收阵列进行旋转扫描。可选地，本申请中的激光雷达也可以为纯固态激光雷达，本申请对于激光雷达的具体类型不作限制。
即激光雷达设备1为至少具有一行或者一列接收单元的激光雷达设备1，例如包括一个发射单元和阵列接收单元，一个发射单元以对应次数发射激光，多个接收单元同时或者按照预设时序接收相同次数的回波激光信号，或者激光雷达设备1包括阵列发射单元和阵列接收单元，每一发射单元与每一接收单元一对一、一对多或者多对多进行激光的收发工作，因此，发射单元与接收单元具体对应关系根据激光雷达设备1的结构和需求进行具体设置，在此不做具体限定，例如阵列型激光雷达设备，使用阵列发射器件和阵列接收器件，在雷达内部没有运动部件，是目前一种提升激光雷达设备1可靠性的有效设计结构。
激光发射模块10还包括设置于发射单元的发射镜头，发射镜头由一个或多个镜片组成，激光接收模块20同样包括设置于阵列结构的接收镜头，接收镜头由一个或多个镜片组成，激光发射模块10在控制电路30的驱动下发射出对应功率和/或次数的激光至待测物2，激光在待测物2反射回激光接收模块20，接收单元通过接收镜头接收到对应的回波激光信号，控制电路30将回波激光信号转换为对应的回波脉冲信号，并叠加成对应的直方图数据，其中，如图2所示，直方图数据指的是，多次转换输出的回波脉冲信号按照时序叠加形成时序、幅值变化的直方图数据。
以阵列型激光雷达设备为例，发射部分由多个发射单元组成阵列结构，接收部分由多个接收单元组成阵列结构，设置于阵列结构的发射镜头由一个或多个镜片组成，接收镜头由一个或多个镜片组成。
不同的视场范围内，光斑的发散程度会不一致，通常情况下，在镜头边缘视场的光斑发散情况会比镜头中间视场的发散要严重，从而导致视场中边缘视场相对于中心视场的照度低。在同等发射功率和接收器件性能条件下，当光斑越发散，照度低，最终的测距能力越弱；而光斑越集中，照度越高，其测距能力越强。不同位置的光学镜头会使得不同接收单元的测距能力不一致。
处于不同位置光学镜头下的接收单元的衰减系数不同，导致测距能力会有较大差异，影响了接收阵列测距能力的均匀度。
为了使得处于不同接收镜头位置下的接收单元的测距能力达到平衡一致，提高测距精准度，提出了一种测距调节方法，如图3所示，测距调节方法包括如下步骤：
步骤S10、获取待扫描的发射单元对应的接收单元的位置信息，并查表获取接收单元匹配的衰减系数。
本实施例中，位置信息指的是接收单元位于接收阵列的位置信息，如图4所示，每一接收单元位于对应的行和列位置，同时，对应于每一位置的接收单元，具有不同的衰减系数，对应位置信息和衰减系数呈映射关系，并形成衰减系数表存储于控制电路30中，控制电路30根据收发方式，例如逐次发射接收，或者同时发射接收等方式，在逐个或者同时驱动对应发射单元或者接收单元时，提前获取待扫描的发射单元对应的一个或者多个接收单元的位置信息，并通过衰减系数表查询匹配的衰减系数。
其中，衰减系数指的是入射的光子数与接收的光子数的比例大小，例如入射100个光子，接收单元接收到80个光子，则表明衰减系数为80％，即0.8，当衰减系数为1时，则表明入射接收镜头的光子与接收到的光子相等，光子数未衰减，为最大衰减系数，其中，衰减系数与接收单元相对于接收镜头的位置、以及接收镜头的材质相关。
其中，各接收单元的衰减系数可根据位置关系、角度进行理论计算标定，或者根据实际光学测算标定，即每一接收单元的衰减系数根据对应发射单元的出射光斑的发散角进行理论计算和/或通过光学检测标定确定，在确定了各接收单元的衰减系数后，与各接收单元的位置关系形成映射，并存储形成衰减系数表。
步骤S20、根据衰减系数计算对应于接收单元的发射单元在一帧扫描图像中连续的激光发射次数和/或发射功率。
步骤S30、驱动发射单元按照发射次数和/或发射功率发射激光，同时驱动发射单元对应的接收单元接收对应回波激光信号，将回波激光信号叠加成对应的直方图数据。
本实施例中，为了提高测距精度以及测距能力，对于衰减系数小的(即测距能力低)的接收单元，可通过提高发射单元的激光发射功率和/或激光发射次数，来提升雷达***的整体测距能力。其中，通过提高激光一帧扫描图像中的每个激光发射单元的激光发射次数，即提高直方图数据的回波叠加次数，达到提高信号的信噪比的目的，提升测距能力，通过提升发射功率，提高回波信号的强度，达到提升测距能力的目的，两种方式可选择其中之一或者结合。例如可以按照时序分别调节，例如根据功耗需求设置确定了发射功率，则优先提高发射次数，或者基于设备限制，发射频率达到最大，则优先提发射功率。具体的，可以结合功耗的需求或者测量频率的限制进行发射次数和/或发射功率的设置。
同时，为了匹配不同的接收单元的衰减系数，通过对应计算方法确定激光发射次数和/或发射功率，其中，衰减系数与激光发射次数呈负相关，即衰减系数大的接收单元，对应发射单元所需激光发射次数少，衰减系数小的接收单元，对应发射单元所需激光发射次数多。
以及衰减系数与发射功率呈负相关，即衰减系数大的接收单元，对应发射单元所需的发射功率小，衰减系数小的接收单元，对应发射单元所需发射功率大。
在确定了待扫描的发射单元的激光发射次数和/或发射功率，控制电路30驱动对应于一待扫描的发射单元和对应接收单元进行连续多次的激光发射和接收工作，同时，控制电路30根据接收单元转换的多个时序变化的回波脉冲信号形成直方图数据。
步骤S40、根据直方图数据确定待测物2的距离信息，在确定了直方图数据后，控制电路30根据直方图数据的幅值以及对应的计算策略确定待测物2的距离信息，其中，距离信息可采用对应的计算方法进行确定，如图6所示，可选地，根据直方图数据确定待测物2的距离信息具体包括：
步骤S41、对直方图数据进行恒比定时计算、峰值计算和半值计算中的任一计算策略确定激光发射和接收的时间差值，步骤S42、并根据时间差值和光速确定待测物2的距离信息。
进一步地，根据发射单元和接收单元不同的收发对应关系，用于确定最终发射次数的衰减系数不同，可选地，获取待扫描的发射单元对应的接收单元的位置信息，并查表获取接收单元匹配的衰减系数之前，激光雷达设备的测距调节方法还包括：
获取待扫描的发射单元与接收单元的对应关系；
根据对应关系查表获取接收单元匹配的衰减系数；
其中，当待扫描的发射单元与接收单元的对应关系为一一对应的关系时，接收单元的衰减系数即为待扫描的发射单元所对应的接收单元的衰减系数；当待扫描的发射单元与接收单元的对应关系为一对多或者多对多的关系时，接收单元的衰减系数即为待扫描的发射单元对应的多个接收单元中最小的衰减系数。
本实施例中，待扫描前，首先获取激光雷达设备1中发射单元和接收单元的对应关系，再确定选择对应的衰减系数以及对应于衰减系数的激光发射次数和/或发射功率。
当发射单元和接收单元一对一收发设置时，待扫描的接收单元的衰减系数为用于计算激光发射次数和/或发射功率对应的衰减系数，并以该接收单元的衰减系数确定激光发射次数和/或发射功率，控制电路30根据对应回波叠加次数对回波激光信号进行相应直方图数据的叠加，从而形成直方图数据，并以此直方图数据确定待测物2的距离信息，其中，激光发射次数大于或者等于回波叠加次数。
以及当发射单元和接收单元一对多或多对多设置时，为了提高整体的测距均匀度，保证多个接收单元均能接收到对应发射次数和/或发射功率的回波激光信号，通过获取待扫描的发射单元对应的多个接收单元的位置信息，并查表获取多个接收单元匹配的衰减系数，同时，以最小衰减系数确定对应发射单元的激光发射次数，保证对应于发射单元的多个接收单元都可以接收到发射单元发射激光对应的多个回波激光信号，例如，待扫描的发射单元对应的四个接收单元的衰减系数分为为0.6、0.6、0.4、0.2，则以衰减系数为0.2为目标衰减系数，并以目标衰减系数进行发射单元激光发射次数和/或发射功率的计算，确定激光发射次数和/或发射功率。驱动发射单元按照确定的激光发射次数和/或发射功率进行回波激光信号的叠加，生成对应的直方图数据。其中，所述多个接收单元中每个接收单元的回波信号的叠加次数，可以与对应的发射单元的发射次数相同。
作为一种可选的实施例，在确定了激光发射次数和/或发射功率，为了匹配对应接收单元的直方图数据的幅值和次数，需获取对应的每个接收单元的回波叠加次数，可选地，接收单元的对应的直方图数据的叠加次数的计算公式为：
其中，coe1为参考接收单元的衰减系数，coe2为待扫描的发射单元对应的接收单元的衰减系数，num1为参考接收单元对应直方图数据的叠加次数，num2为待扫描的发射单元对应的接收单元对应直方图数据的叠加次数。根据此公式可以计算出多个接收单元中每个接收单元对应的直方图数据的回波叠加次数。根据每个接收单元对应的回波叠加次数进行回波激光信号的叠加得到对应的直方图数据。
其中，参考接收单元可以为接收阵列中的任意一个已知衰减系数和与其对应的发射单元发射次数和/或发射功率的接收单元。一般，可以选择接收阵列中中间位置的，衰减系数最大的接收单元作为参考接收单元。以参考接收单元对应的发射单元的激光发射次数为基准，通过计算公式确定其余各位置的接收单元对应发射单元的激光发射次数和对应直方图数据的回波叠加次数，并以此回波叠加次数确定激光发射次数，其中，激光发射次数大于或者等于直方图数据的回波叠加次数，发射单元每发射一次，接收单元对应接收，控制电路30以计算得到的回波叠加次数进行直方图数据的叠加。
例如计算得到的回波叠加次数为50，所确定的发射次数为60，发射单元以60次发射对应激光信号，控制电路30以前50次的回波激光信号进行直方图数据的叠加，形成对应直方图数据，进一步提升测距的均匀度。
参考接收单元可对应选择，可选地，根据阵列结构的接收单元的光斑发散特点，参考接收单元选择阵列排布的接收单元中位于中心位置的一个或者多个接收单元，例如图4所示的阵列结构的接收单元中位于中心位置的四个接收单元，其测距能力最大，对应衰减系数为1，即为最大衰减系数，位于边缘位置的接收单元，其对应衰减系数为0.2～0.7之间。
当发射单元和接收单元一对一收发设置时，以衰减系数为0.2的接收单元为例，假设中心位置的回波叠加次数为10，则根据计算，衰减系数为0.2的接收单元对应回波叠加次数为52*10＝250，对应激光发射次数大于或者等于250，通过提高衰减系数小的接收单元对应发射单元的激光发射次数，提高测距精度，进而实现接收阵列整体的测距均匀度。
同时，当发射单元和接收单元一对多或多对多收发设置时，为了提高整体的测距均匀度，通过获取待扫描的发射单元对应的多个接收单元的位置信息，并查表获取多个接收单元匹配的衰减系数，同时，以最小衰减系数确定对应发射单元的回波叠加次数和激光发射次数，保证对应于发射单元的多个接收单元都可以接收到发射单元发射激光对应的多个回波激光信号，例如，待扫描的发射单元对应的四个接收单元的衰减系数分为为0.6、0.6、0.4、0.2，则将衰减系数为0.2代入计算，衰减系数为0.2的接收单元对应的回波叠加次数为52*10＝250，对应激光发射次数大于或者等于250，四个接收单元分时分别或者同时分别接收到250次以上的回波激光信号。
对应地，当发射单元和接收单元一对多或多对多对应设置时，每一接收单元对应的直方图数据所需的回波叠加次数不同，例如多个接收单元分别为A、B、C、D，其衰减系数分别为0.1、0.2、0.3、0.4，各自对应所需的回波叠加次数分别为10、20、30、40，发射单元的激光发射次数大于或者等于40，假设激光发射次数为40，对于接收单元D，可接收到40次激光回波信号，并以此次数作为回波叠加次数，得到所需的直方图数据，对应接收单元A、B、C，则同样接收到40次激光回波信号，但以此次数作为回波叠加次数，得到的直方图数据不符合各自所需预设的幅值和次数的直方图数据。
因此，当发射单元和接收单元一对一、一对多或者多对多收发对应设置时，为了获取接收单元的直方图数据，需获取对应接收单元的回波叠加次数，如图5所示，驱动对应的接收单元接收对应回波激光信号，将回波激光信号叠加成对应的直方图数据的步骤具体包括：
步骤S31、获取发射单元对应的接收单元的衰减系数；
步骤S32、根据接收单元的衰减系数计算接收单元的回波叠加次数；
步骤S33、根据回波叠加次数对回波激光信号进行相应直方图数据的叠加，形成对应直方图数据。
本实施例中，以多个接收单元中最小衰减系数确定激光发射次数/或发射功率，各自接收单元同步接收对应发射次数和/或发射功率的回波激光信号，控制电路30以各自接收单元对应的回波叠加次数进行对应直方图数据的叠加，从而进一步提升测距的均匀度。
例如多个接收单元分别为A、B、C、D，其衰减系数分别为0.1、0.2、0.3、0.4，各自对应所需的回波叠加次数分别为10、20、30、40，发射单元的激光发射次数大于或者等于40，假设激光发射次数为40，对于接收单元D，可接收到40次激光回波信号，并以此次数作为回波叠加次数，进行直方图数据的叠加，对应接收单元A、B、C，则各自按照10、20、30的回波叠加次数进行直方图数据的叠加，形成各自对应幅值和次数的直方图数据，控制电路30根据各自确定的直方图数据确定接收单元对应的距离信息。
其中，接收单元将光信号转换为对应电信号类型的回波脉冲信号，控制电路将多次接收转换得到的回波脉冲信号进行相应直方图数据的叠加，从而获取具有对应峰值、时序和面积的直方图数据。
进一步地，为了保证获取得到的回波数据叠加的直方图数据达到预设能量强度范围，如图7所示，激光雷达设备的测距调节方法还包括：
步骤S50、获取直方图数据的峰值；
步骤S60、判断直方图数据的峰值是否小于预设阈值；
步骤S70、当直方图数据的峰值小于预设阈值则调整下一次发射的发射次数和/或发射功率。
举例来说，如图8所示为直方图形成的回波波形图，其中可以看到回波1位的峰值小于能量阈值，则需要在下一次发射前根据回波能量调高发射次数和/或发射功率，回波2和回波3大于能量阈值，则无需根据回波进行下一次发射次数和/或发射功率的调整。
可以理解的是，当所述直方图数据确定的峰值小于预设阈值则调高发射次数和/或调高发射功率。具体可以根据功耗需求或者测量频率的设置需求进行下一步的调整，例如若功耗已经到达设置阈值，则优先调整发射次数，若测量频率已经达到预设阈值，则优先调整发射功率。或者根据预先设置的调整时序，进行发射次数和/或发射功率的调整。
本实施例中，控制电路以确定的回波叠加次数对回波激光信号进行数据叠加得到对应的直方图数据后，进一步对直方图数据的峰值进行比较判断，当直方图数据的峰值过小时，得到的直方图数据存在无法计算待测物的距离信息的可能，导致测距失败，因此，为了提高测距精准度，在下一次扫描该发射单元和对应的接收单元时，控制电路调整发射单元的激光发射次数和发射功率，例如同步增加发射次数和发射功率，使得下一次叠加得到的直方图数据的峰值达到测距所需的阈值，提高测距精准度。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：上述的激光雷达设备1的测距调节方法通过确定待扫描的发射单元对应的接收单元的位置信息，并根据位置信息查表确定该接收单元的衰减系数，以及根据衰减系数计算所需的激光发射次数和/或发射功率，并以此激光发射次数和/或发射功率进行激光发射和接收工作，以及以对应的直方图的回波叠加次数获取到对应的直方图数据，以及根据直方图数据确定待测物2的距离信息，通过调节对应位置的接收单元对应的发射单元的激光发射次数和/或发射功率，提高了测距精度和测距能力，使得接收阵列整体的测距能力达到一致，提高了测距能力的均匀度。
本发明实施例的第二方面提出了一种激光雷达设备1，如图7所示，激光雷达设备1包括激光发射模块10、激光接收模块20和分别与激光发射模块10和激光接收模块20连接的控制电路30，控制电路30包括驱动转换电路31、存储器33、处理器32以及存储在存储器33中并可在处理器32上运行的计算机程序，处理器32执行计算机程序时对应驱动转换电路31实现如上激光雷达设备1的测距调节方法的步骤；
其中，接收单元包括阵列排布的接收单元。
本实施例中，激光发射模块10由单个发射单元或者m1行*n1列阵列排布的发射单元组成，激光接收模块20由m2行*n2列阵列排布的接收单元组成，其中，m1和n1均大于或者等于1，m2和n2均大于或者等于1，m1和m2可相等或者不等，同理，n1和n2可相等或者不等，即可选地，发射阵列和接收阵列的行数和列数可以一一对应，可选的，发射阵列和接收阵列可以行数不等，列数相等，可选地，所述发射阵列和接收阵列可以行数相等，列数不等，本申请对于发射阵列和接收阵列的具体结构不限。
可以理解的是，本申请对于激光雷达的扫描形式也不限制，该激光雷达可以包括扫描件如转镜、振镜等，该激光雷达也可以为机械旋转式激光雷达，即转台带动发射阵列和接收阵列进行旋转扫描。可选地，本申请中的激光雷达也可以为纯固态激光雷达，本申请对于激光雷达的具体类型不作限制。
发射单元与接收单元可一对多或者多对多设置，激光发射模块10还包括设置于阵列结构的发射镜头，发射镜头由一个或多个镜片组成，激光接收模块20同样包括设置于阵列结构的接收镜头，接收镜头由一个或多个镜片组成，激光发射模块10在控制电路30的驱动下发射出对应功率和/或次数的激光至待测物2，激光在待测物2反射回激光接收模块20，接收单元通过接收镜头接收到对应的回波激光信号，并转换为对应的回波脉冲信号，处理器32根据回波脉冲信号确定对应的直方图数据。
同时，处理器32获取待扫描的接收单元的位置信息，并查表获取匹配的衰减系数，衰减系数指的是入射光子数和接收光子数的比例大小，例如入射100个光子，接收单元接收到80个光子，则表明衰减系数为80％，即0.8，当衰减系数为1时，则表明入射接收镜头的光子与接收到的光子相等，光子数未衰减，为最大衰减系数，其中，衰减系数与接收镜头的位置、以及材质相关，各接收单元的衰减系数可根据位置关系、角度进行理论计算标定，或者根据实际光学测算标定，即每一接收单元的衰减系数根据对应发射单元的出射光斑的发散角进行理论计算和/或通过光学检测标定确定，在确定了各接收单元的衰减系数后，与各接收单元的位置关系形成映射，并存储在存储器33中形成衰减系数表。
同时，为了提高测距精度以及测距能力，以及降低设计成本和简化发射单元的结构，处理器32通过控制驱动转换电路31提高激光发射次数和/或发射功率以达到提高测距精度的目的，同时，为了匹配不同的接收单元的衰减系数，通过对应计算方法确定激光发射次数和/或发射功率，其中，衰减系数与激光发射次数呈负相关，即衰减系数大的接收单元，所需激光发射次数少，衰减系数小的接收单元，所需激光发射次数多。
以及衰减系数与发射功率呈负相关，即衰减系数大的接收单元，对应发射单元所需的发射功率小，衰减系数小的接收单元，对应发射单元所需发射功率大。
当发射单元和接收单元一对一收发设置时，待扫描的接收单元的衰减系数为用于计算激光发射次数和/或发射功率对应的衰减系数，并以该接收单元的衰减系数确定激光发射次数和/或发射功率，处理器32根据对应回波叠加次数对回波激光信号进行相应直方图数据的叠加，从而形成直方图数据，并以此直方图数据确定待测物2的距离信息，其中，激光发射次数大于或者等于回波叠加次数。
以及当发射单元和接收单元一对多或者多对多收发设置时，为了提高整体的测距均匀度，保证多个接收单元均能接收到对应发射次数和/或发射功率的回波激光信号，通过获取待扫描的发射单元对应的多个接收单元的位置信息，并查表获取多个接收单元匹配的衰减系数，同时，以最小衰减系数确定对应发射单元的激光发射次数，保证对应于发射单元的多个接收单元都可以接收到发射单元发射激光对应的多个回波激光信号，例如，待扫描的发射单元对应的四个接收单元的衰减系数分为为0.6、0.6、0.4、0.2，则以衰减系数为0.2为目标衰减系数，并以目标衰减系数进行激光发射功率和/或发射功率的计算，确定激光发射功率和/或发射功率。
以及根据接收单元的各自衰减系数确定各自对应的回波叠加次数，在确定了待扫描的发射单元的激光发射次数和对应回波叠加次数，处理器32控制驱动转换电路31驱动对应于一待扫描的发射单元和至少一个接收单元进行连续多次的激光发射和和接收工作，同时，处理器32根据接收单元转换的多个时序变化的回波脉冲信号形成直方图数据，并通过采用恒比定时计算、峰值计算和半值计算中的任一计算策略确定激光发射和接收的时间差值，以及根据时间差值和光速确定待测物2的距离信息。
其中，发射单元包括激光器，例如气体激光器、固体激光器、半导体激光器，激光器在驱动转换电路31的作用下发射激光，激光发射模块10还包括对应于激光器设置的发射镜头，发射镜头相对一个或者多个激光器设置，同时，接收单元包括光电转换器，激光接收模块20还包括对应于多个光电转换器设置的至少一个接收镜头，光电转换器将反射回的回波激光信号转换为对应电信号类型的回波脉冲信号，并通过驱动转换电路31转换输出至处理器32，进行直方图数据的确定以及待测物2距离信息的确定，其中，接收镜头相对一个或者多个光电转换器设置。
光电转换器可采用对应的光电结构，可选地，光电转换器包括光电转换二极管，光电转换二极管完成光电转换，光电转换二极管可选择Si光电二极管、雪崩光电二极管、PIN光电二极管、肖特基势垒光电二极管、HgCdTe光伏二极管等中的任意一种，具体根据激光雷达设备1的需求进行选择，可选地，光电转换二极管为单光子雪崩二极管(Single PhotonAvalanche Diode，SPAD)。
驱动转换电路31完成发射单元的驱动工作以及接收单元的信号转换工作，可采用对应的激光驱动电路311和信号处理电路，例如充放电电路、放大器等结构，如图10所示，可选地，驱动转换电路31包括：
与处理器32和激光发射模块10分别连接的激光驱动电路311，激光驱动电路311根据处理器32输出的控制信号对应开启或者关闭，以及调节发射单元在一帧扫描图像中的激光发射次数和/或发射功率；
与激光接收模块20和处理器32分别连接的信号转换电路312，信号转换电路312用于将接收单元转换输出的电流信号转换为对应回波脉冲信号，并输出回波脉冲信号至处理器32。
激光驱动电路311受处理器32输出的驱动控制信号驱动激光器工作，激光器以预设功率以及对应发射次数发射激光，从而使得接收单元多次接收到对应的回波激光信号，同时，在接收到回波激光信号时，光电转换器、信号转换电路312依次进行光信号至电流信号、电流信号至电压信号的转换，并输出多个回波脉冲信号至处理器32，处理器32确定对应直方图数据以及待测物2的距离信息。
其中，激光驱动电路311可采用对应的充放电电路，充放电电路与激光器对应连接，实现多次充放电驱动工作，信号转换电路312可采用跨导放大器、检波电路等，完成电信号的转换，以及对回波信号进行检波采集，转换输出多个回波脉冲信号至处理器32，处理器32根据多个回波脉冲信号得到对应的直方图数据，进而实现对待测物2的测距目的。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达设备的测距调节方法，所述激光雷达设备包括激光发射模块和激光接收模块，所述激光接收模块包括阵列排布的接收单元；
其特征在于，所述激光雷达设备的测距调节方法包括如下步骤：
获取待扫描的发射单元对应的所述接收单元的位置信息，并查表获取所述接收单元匹配的衰减系数；
根据所述衰减系数计算对应于所述接收单元的所述发射单元在一帧扫描图像中连续的激光发射次数和/或发射功率；
驱动所述发射单元按照所述发射次数和/或发射功率发射激光，同时驱动所述发射单元对应的所述接收单元接收对应回波激光信号，将所述回波激光信号叠加成对应的直方图数据；
根据所述直方图数据确定待测物的距离信息。
2.如权利要求1所述的激光雷达设备的测距调节方法，其特征在于，所述获取待扫描的发射单元对应的所述接收单元的位置信息，并查表获取所述接收单元匹配的衰减系数之前，所述激光雷达设备的测距调节方法还包括：
获取所述待扫描的发射单元与所述接收单元的对应关系；
根据所述对应关系查表获取所述接收单元匹配的衰减系数；
其中，当所述待扫描的发射单元与所述接收单元的对应关系为一一对应的关系时，所述接收单元的衰减系数即为所述待扫描的发射单元所对应的所述接收单元的衰减系数；当所述待扫描的发射单元与所述接收单元的对应关系为一对多或多对多的关系时，所述接收单元的衰减系数即为待扫描的所述发射单元对应的多个所述接收单元中最小的衰减系数。
3.如权利要求1所述的激光雷达设备的测距调节方法，其特征在于，所述接收单元的对应的直方图数据的叠加次数的计算公式为：
其中，coe1为参考接收单元的衰减系数，coe2为待扫描的发射单元对应的所述接收单元的衰减系数，num1为参考接收单元对应直方图数据的叠加次数，num2为待扫描的所述发射单元对应的所述接收单元对应直方图数据的叠加次数。
4.如权利要求3所述的激光雷达设备的测距调节方法，其特征在于，所述驱动对应的所述接收单元接收对应回波激光信号，将所述回波激光信号叠加成对应的直方图数据的步骤具体包括：
获取所述发射单元对应的所述接收单元的衰减系数；
根据所述接收单元的衰减系数计算所述接收单元的回波叠加次数；
根据所述回波叠加次数对所述回波激光信号进行相应直方图数据的叠加，形成对应直方图数据。
5.如权利要求1所述的激光雷达设备的测距调节方法，其特征在于，所述根据所述直方图数据确定待测物的距离信息具体包括：
对所述直方图数据进行恒比定时计算、峰值计算和半值计算中的任一计算策略确定激光发射和接收的时间差值；
根据所述时间差值确定所述待测物的距离信息。
6.如权利要求1所述的激光雷达设备的测距调节方法，其特征在于，所述激光雷达设备的测距调节方法还包括：
获取所述直方图数据的峰值；
判断所述直方图数据的峰值是否小于预设阈值；
当所述直方图数据的峰值小于预设阈值则调整下一次发射的发射次数和/或发射功率。
7.一种激光雷达设备，其特征在于，包括激光发射模块、激光接收模块和分别与所述激光发射模块和所述激光接收模块连接的控制电路，所述控制电路包括驱动转换电路、存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时对应驱动所述驱动转换电路实现如权利要求1至6任一项所述激光雷达设备的测距调节方法的步骤；
其中，所述接收单元包括阵列排布的接收单元。
8.如权利要求7所述的激光雷达设备，其特征在于，所述发射单元包括激光器，所述激光发射模块还包括对应于所述激光器设置的发射镜头；
所述接收单元包括光电转换器，所述激光接收模块还包括对应于阵列排布的所述光电转换器设置的至少一个接收镜头。
9.如权利要求7所述的激光雷达设备，其特征在于，所述驱动转换电路包括：
与所述处理器和所述激光发射模块分别连接的激光驱动电路，所述激光驱动电路根据所述处理器输出的控制信号对应开启或者关闭，以及调节所述发射单元在一帧扫描图像中的激光发射次数和/或发射功率；
与所述激光接收模块和所述处理器分别连接的信号转换电路，所述信号转换电路用于将所述接收单元转换输出的电流信号转换为对应回波脉冲信号，并输出所述回波脉冲信号至所述处理器。
10.如权利要求8所述的激光雷达设备，其特征在于，所述光电转换器包括光电转换二极管。
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