CN117572439A - 激光雷达控制方法、激光雷达及用于控制激光雷达的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达控制方法、激光雷达以及一种用于控制激光雷达的方法，其中激光雷达具有可调光源，激光雷达控制方法包括：S101：控制可调光源以第一强度发射探测激光；S102：接收探测激光的回波；S103：判断回波的强度是否大于阈值；S104：当回波的强度大于所述阈值时，根据回波计算障碍物的空间位置；当回波的强度不超过阈值时，控制可调光源以增大的强度发射探测激光，重复步骤S102‑S103。本发明的实施例控制激光雷达的光源以不同的强度发射探测激光，并根据回波强度增加探测激光的强度，避免在高反板的位置处产生较强的回波，影响激光雷达的其他探测通道，保证激光雷达能够准确地获取周围环境的信息。

Description

激光雷达控制方法、激光雷达及用于控制激光雷达的方法

技术领域

本发明大致涉及激光雷达技术领域，尤其是一种激光雷达控制方法及激光雷达。

背景技术

激光雷达通过发射探测激光，并利用对应的探测器接收探测激光的回波，以获取障碍物的空间位置，实现对周边环境的探测。在实际应用中，激光雷达的周边环境情况复杂，在激光雷达工作时，如果视场内存在高反板，即反射率非常高的物体时，例如抛光的金属面，如高速公路上的路牌，由于高反板所反射的能量强，直接或间接入射到高反板上的探测激光的回波会对其他探测通道的探测器产生影响，从而造成鬼影或噪点，反映到点云数据中，表现为在不存在物体的位置处显示为存在物体进一步的，导致借助激光雷达获取周边环境信息的装置的误判和决策，因此需要对激光雷达及控制方法进行改进。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个缺陷，本发明提供了一种激光雷达控制方法，所述激光雷达具有可调光源，所述激光雷达控制方法包括：

S101：控制所述可调光源以第一强度发射探测激光；

S102：接收所述探测激光的回波；

S103：判断所述回波的强度是否大于阈值；和

S104：当所述回波的强度大于所述阈值时，根据所述回波计算障碍物的空间位置；当所述回波的强度不超过所述阈值时，控制所述可调光源以增大的强度发射探测激光，重复所述步骤S102-S104。

根据本发明的一个方面，所述可调光源具有多个强度档位，当所述可调光源以不同强度档位发射探测激光时，所述步骤103中回波具有对应的阈值。

根据本发明的一个方面，所述第一强度对应于所述多个强度档位中的最低强度档位；

所述控制可调光源以增大的强度发射探测激光的步骤包括：控制所述可调光源以相较于当前强度档位高一级的强度档位发射探测激光。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达控制方法还包括：当所述可调光源以最大强度档位发射探测激光时，如果回波的强度低于该最大强度档位对应的阈值，结束该可调光源的一个探测周期。

根据本发明的一个方面，所述不同强度档位对应的阈值相同，或所述不同强度档位对应的阈值随强度档位的增大而减小。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达包括多个可调光源，所述多个可调光源分成一组或多组，每组可调光源受控同步发光；所述激光雷达控制方法包括：对于一组可调光源中每一个可调光源执行所述步骤S101-S104，完成该组可调光源的一个探测周期。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达控制方法还包括：当包括多组可调光源时，相继地完成每组可调光源的一个探测周期。

根据本发明的一个方面，所述每组可调光源呈一维或二维阵列分布。

根据本发明的一个方面，每组所述可调光源受控同步发光；

所述激光雷达控制方法包括：所述步骤S101中：控制所述每组可调光源以相同的强度档位分别发射探测激光；所述步骤S104中：对于回波强度不超过阈值的可调光源，控制其以相同的增大的强度档位发射探测激光。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达包括多个可调光源，对每一个可调光源依次执行所述步骤S101-S104，直至对该可调光源完成一个探测周期后，切换到下一个可调光源。

根据本发明的一个方面，所述步骤S104包括：当所述回波的强度大于所述阈值时，结束该可调光源的一个探测周期。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达具有单个可调光源、匀光装置和光开关阵列，其中所述单个可调光源发射的探测激光通过所述匀光装置后被均匀地照射到所述光开关阵列上；所述激光雷达控制方法还包括：

按照预设的时序，开启对应的光开关。

根据本发明的一个方面，所述光开关阵列中的光开关分成一组或多组，每组光开关受控同步开启或关闭；所述激光雷达控制方法包括：开启同一组光开关中的每一个光开关，执行所述步骤S101-S104，完成该组光开关的一个探测周期。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达控制方法还包括：当所述光开关阵列包括多组光开关时，相继地完成每组光开关的一个探测周期。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达控制方法包括：开启其中一个光开关，其余光开关处于关闭状态，针对所述开启的光开关，执行所述步骤S101-S104，完成所述开启的光开关的一个探测周期后，切换到下一个光开关，直至完成全部光开关的一个探测周期。

根据本发明的一个方面，所述每组光开关呈一维或二维阵列分布。

本发明还提供一种激光雷达，包括：

发射单元，包括可调光源，配置成可以以可调节的强度发射探测激光；

探测单元，包括探测器，配置成能够接收所述探测激光在障碍物上的回波；和

控制***，所述控制***与所述可调光源和所述探测器通讯，并配置成能够执行如上所述的激光雷达控制方法。

本发明还提供一种用于控制激光雷达的方法，包括由激光器和探测器构成的一个或多个探测通道，其中所述激光器的发光强度可以调节，其中所述方法包括：对于一个探测通道的一个探测周期，

S301：控制该探测通道的激光器以第一强度发射探测激光；

S302：通过该探测通道的探测器接收所述探测激光产生的回波；和

S303：根据所述探测器的输出，控制该探测通道的所述激光器增大发光强度或结束该探测通道的一个探测周期。

根据本发明的一个方面，所述步骤S303包括：当所述回波的强度大于阈值时，结束该探测通道的一个探测周期，并根据所述输出计算障碍物的空间位置；当所述回波的强度不超过所述阈值时，控制所述激光器以增大的发光强度发射探测激光，并重复所述步骤S302-S303。

根据本发明的一个方面，所述激光器的发光强度具有多个强度档位，当所述激光器以不同强度档位发射探测激光时，所述步骤S303中回波具有对应的阈值。

根据本发明的一个方面，所述第一强度对应于所述多个强度档位中的最低强度档位；

所述控制激光器以增大的发光强度发射探测激光的步骤包括：控制所述激光器以相较于当前强度档位高一级的强度档位发射探测激光。

根据本发明的一个方面，所述方法还包括：当所述激光器以最大强度档位发射探测激光时，如果回波的强度低于该最大强度档位对应的阈值，结束该探测通道的一个探测周期。

与现有技术相比，本发明的实施例提供了一种激光雷达控制方法，控制激光雷达的光源可以以不同的强度发射探测激光，并检测回波强度，根据回波强度与阈值的比较确定是否增加探测激光的强度，避免在高反板的位置处产生较强的回波，影响激光雷达的其他探测通道，保证激光雷达能够全面准确地获取周边环境的信息。本发明还包括一种激光雷达和一种用于控制激光雷达的方法的实施例，在一个探测通道的一个探测周期中，控制激光器以不同的强度发射探测激光，根据该探测通道的探测器的输出，增大激光器的发光强度或结束该探测通道的探测周期，以防止高强度的探测激光在高反板位置处产生较强的回波，影响激光雷达的其他探测通道，提高激光雷达的探测准确度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的一个实施例中激光雷达控制方法的流程示意图；

图2是本发明的一个实施例中包含可调光源以最大强度档位发射探测激光时激光雷达控制方法的流程示意图；

图3是本发明的一个实施例中用于控制激光雷达的方法的流程示意图；

图4A-图4F是本发明的不同实施例中多个可调光远的分布及分组示意图；

图5是本发明的一个实施例中激光雷达的结构框图；

图6是环境中不同反射率的区域的图像示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。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所述特征。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了根据本发明的一个实施例中激光雷达控制方法100的具体流程，下面结合图1详细描述。

在本实施例中，激光雷达具有可调光源，该可调光源例如为激光器，例如通过改变通过激光器的驱动电流的强弱，即可改变激光器的输出功率，以使激光器发射不同强度的探测激光。具体的，根据本发明的不同实施例，可调光源可以以一定的预设档位发射不同强度的探测激光，也可以在一定的强度范围内发生强度能够连续变化的探测激光。

如图1所示，在步骤S101，控制可调光源以第一强度发射探测激光。其中第一强度可以是可调光源的预设强度档位，也可以在可调光源的强度范围内任意选取，在本实施例中第一强度只要不是可调光源能够输出的最大强度即可。优选的，可调光源具有多个输出强度档位，例如具有N个档位，多个输出强度档位对应的探测激光的强度分别是L1、L2……LN，其中LN是可调光源以最大强度档位输出的探测激光的强度，具体例如表一中所示。第一强度可以选择非LN对应的输出强度档位的任意输出强度档位，根据本发明的优选实施例，第一强度对应可调光源最小的输出强度档位。

本发明的实施例中，可调光源或激光器的功率与探测激光的强度可互换使用。可调光源或激光器的功率，决定了所发射的探测激光的强度。因此通过增大或减小可调光源或激光器的功率，就可以提高或者降低所发射的探测激光的强度。

进一步的，根据本发明的优选实施例，可调光源例如共有三个输出强度档位，对应的探测激光的强度分别为L1、L2和L3，其中L3的强度最强，L2为中间档位，其强度例如是最强强度的1/10，L1的强度最弱，例如是最强强度的1/100。

在步骤S102，接收探测激光的回波。以第一强度发射的探测激光入射到雷达外部环境中被物体反射，部分反射光(回波)返回到激光雷达，被激光雷达的探测器接收并转换为电信号。

在步骤S103，判断回波的强度是否大于阈值。在激光雷达获取回波后，进行相应的信号转换和处理，根据由回波转换成的电信号是否大于预设的电信号阈值，可以判断接收到的回波强度是否大于阈值。本发明中，电信号是否大于电信号阈值，等价于回波的强度是否大于阈值，二者可以进行互换。根据本发明的具体实施例，当可调光源以不同强度档位发射探测激光时，在步骤103中回波分别具有对应的阈值。如表一所示，可调光源的多个输出强度档位对应的探测激光强度分别是L1、L2……LN，不同输出强度档位对应的阈值分别为T1、T2……TN，具体例如表一中所示。其中不同输出强度档位对应的阈值取值可以相同，也可以不同，根据本发明的优选实施例，输出强度档位对应的阈值随输出的探测激光的强度增大而减小，例如1级输出强度档位对应的阈值T1大于2级输出强度档位对应的阈值T2。这是由于高反板对于探测激光的反射能力极强，即使采用较低的强度照射高反板，其反射回波的强度依然有可能超出正常能量回波的峰值，因此在本发明的优选实施例中，输出强度档位对应的阈值随探测激光的强度增大而减小。根据本发明的另一个实施例，最低的输出强度档位具有最高的阈值，最低输出强度档位以外的其他输出强度档位具有相同的阈值，即在表一中，T1具有最大值，T2……TN具有相同的值。这里只是举例说明，本领域技术人员可根据激光雷达的实际情况进行设定，这些都在本发明的保护范围内。

在步骤S103中，根据输出强度档位，确定该档位对应的阈值，然后将实际获取的回波的强度与该阈值进行比较，例如第一强度为表一中的2级输出强度档位，则在步骤S103，判断回波的强度是否大于T2。表一所示的输出强度档位对应的强度值以及对应的阈值可以预先写入到激光雷达的固件中或者软件中，在激光雷达工作过程中进行查询或调用。

表一：输出强度档位与阈值对应图

在步骤S104，根据步骤S103的判断结果采取不同的处理方式。具体的，当回波的强度大于对应的阈值时，在步骤S104-1中，根据回波计算障碍物的空间位置，生成点云中的一个点。在激光雷达获得反射回波后，如果回波的强度高于阈值，表明该回波是有效的回波而并非环境光噪声，因此能够通过探测激光的回波的信息，包括回波接收时间、相位等参数，计算获得障碍物与激光雷达之间的距离，结合探测激光的发射角度，即可获得障碍物的空间位置。当回波的强度不大于阈值时，在步骤S104-2，控制该可调光源以增大的强度发射探测激光，并重复执行步骤S102-S104。例如可调光源具有多个输出强度档位，其中第一强度对应于多个输出强度档位中的最低的输出强度档位，当第一强度对应的回波的强度不大于第一强度对应的阈值时，在步骤S104-2，控制可调光源以相较于第一强度档位高一级的输出强度档位发射探测激光，如果对应的回波仍然不大于对应的阈值，则控制可调光源继续以相较于当前输出强度档位高一级的输出强度档位发射探测激光。

图1所示的激光雷达控制方法100可以应用于激光雷达的多个激光器的控制。激光雷达中通常包括多个激光器和多个探测器，构成多个探测通道，每个探测通道通常包括至少一个激光器和至少一个探测器。对于每个探测通道的激光器，可以按照输出强度由小到大的顺序，逐渐增大其发射的探测激光的强度，直到该探测通道的探测器接收到的回波高于与输出强度对应的阈值，此时表明该探测通道探测到了障碍物，从而可以完成该探测通道(或该激光器)的探测周期。多个探测通道可以按照顺序的方式进行探测，即一个探测通道完成探测周期之后，再进行下一个探测通道的探测。或者可替换的，多个探测通道可以并行地进行探测，例如都从较小的输出强度档位开始发射，如果在第一轮发射-接收中，某些探测通道的探测器接收到高于与输出强度对应的阈值，则这些探测通道的探测周期完成，在下一轮发射-接收中，仅对于那些没有接收到有效回波的探测通道的激光器，以增大的强度档位进行发射-接收，直到所有的探测通道都完成探测。

本发明中，“探测周期”是指一个探测通道完成当前位置处的探测任务、生成一个点的整个过程。在一个探测周期中，探测通道可能会进行一次发射-接收操作，也可能由于未接收到有效回波而需要进行多次的发射-接收操作。

由于高反板对探测激光的反射能力强，即照射到高反板上的探测激光的回波能量过强，而过强的回波会影响激光雷达中临近探测通道中的探测器，产生鬼影或噪点，导致激光雷达点云数据不准确。但如果以较低的输出强度发射探测激光，在非高反板的区域回波能量的强度过低，激光雷达无法获取回波，或无法对回波进行筛选，导致激光雷达无法正常工作。

本发明的实施例利用可调光源以强度由低至高的顺序发射探测激光，在探测激光的强度较低时，高反板对于探测激光的反射能力较强，反射回波的强度超出阈值，激光雷达能够接收获取反射回波，进而能够计算获得探测激光反射点的空间位置，并且由于输出强度较低，反射回波的能量强度同样较低，因此即使照在高板板上时也能够降低当前探测通道回波对激光雷达中其他探测通道的影响，避免出现鬼影或噪点。而照射在反射能力较弱的障碍物上的探测激光，其回波能量较弱，未超出对应的阈值，为保证激光雷达的探测精度，控制可调光源以更高的输出强度发射探测激光。采用本发明实施例中的激光雷达控制方法既能够降低高反板区域对激光雷达中其他探测通道的影响，降低激光雷达点云数据不准确的概率，同时还能够保证在反射能力较差的障碍物位置处获取回波，保证激光雷达能够正常使用。如图6所示，当使用同样光强时，Loop0对应高反区域，Loop1对应中等反射率区域，Loop2对应低反射率区域。其中loop0区域内存在高反板，在图像中表现为亮度较高，但高反板位置处的回波强度较高，对其他探测通道的串扰影响较大，在图像中表现为噪点，或在不存在障碍物的位置显示为障碍物。loop1区域具有丰富的细节，表示对应位置处的输出强度适宜，能够全面地反映对应位置处的障碍物信息。loop2区域由于回波强度过弱，导致图像细节不丰富，在不提高输出强度的情况下，无法获得准确的障碍物信息。利用本实施例中的激光雷达控制方法，在loop0区域处发射强度较低的探测激光，使高反板显示为正常的障碍物。在loop2区域处发射强度较高的探测激光，使loop2区域显示更多的细节，提高激光雷达整体视场范围内的探测准确度。

图2示出了根据本发明的优选实施例中激光雷达控制方法200的具体流程，其中包括了可调光源以最大强度档位发射探测激光的过程，具体的，激光雷达控制方法200中的步骤S201、S202、S203、S204(S204-1和S204-2)分别与图1所示的激光雷达控制方法100中的步骤S101、S102、S103、S104(S104-1和S104-2)基本相同，在此不再赘述。

与图1实施例的不同之处在于，图2中的激光雷达控制方法200还包括：当所述可调光源以最大强度档位发射探测激光时，如果回波的强度低于该最大强度档位对应的阈值，结束该可调光源的一个探测周期。

考虑到人眼安全等因素，可调光源的输出强度不能够无限增大，必然具有最大值，当可调光源以最大的强度发射探测激光时，如果仍然无法获得有效的回波，那么将无法继续增大可调光源的输出强度。此时通常表明在激光雷达的该探测方位上不存在障碍物，或者存在一个吸光能力极强的物体(非常纯黑的物体)，导致以最大强度发射的探测激光仍然无法产生足够强的回波。

如图2所示，如果在步骤S203中判断回波强度小于阈值的情况下，进行到步骤S205。在步骤S205，判断可调光源是否以最大的强度发射探测激光，在可调光源具有多个输出强度档位的情况下，本步骤即判断可调光源是否以最大的强度档位发射探测激光。当可调光源的输出强度未达到最大值时，继续执行后续步骤S204-2。当可调光源已经是以最大强度发射探测激光时，进行到步骤S206，结束该可调光源的探测周期。另外，在步骤S204-1之后，根据有效回波计算得到障碍物的空间位置之后，同样进行到步骤S206，结束该可调光源的探测周期。

在本发明的不同实施例中，激光雷达包括多个可调光源，多个可调光源分为一组或多组，并且每组可调光源能够受控同步发光。对于机械旋转式激光雷达，多个光源通过在水平面内围绕竖直轴线旋转，从而获取周围的障碍物信息，机械旋转式激光雷达的光源成列设置在与旋转轴相平行的方向上，根据本发明的具体实施例，可以以成列排列的方式对多个可调光源进行分组，同一组的可调光源能够同步发光。对于一组可调光源中的每一个可调光源按照前述实施例中的激光雷达控制方法100或200，完成该组可调光源的一个探测周期。优选的，可以控制同一组内的可调光源同时发光，完成每一个可调光源的探测周期。具体的，控制每组可调光源以相同的输出强度档位分别发射探测激光。对于其中回波强度不超过阈值的可调光源，控制其以相同的增大的输出强度档位发射探测激光。例如在激光雷达的其中一组可调光源中共包括10个可调光源，并且10个可调光源能够同时以相同的输出强度发射探测激光。在具体的激光雷达控制方法中，控制该组内的10个可调光源同时以相同的强度发射探测激光，对于其中对应的回波超过阈值的可调光源，根据对应的回波计算障碍物的空间位置。而对于对应回波未超过阈值的可调光源，例如是5个可调光源对应的回波未超出阈值，则同时提高这5个可调光源的输出强度，优选的，均提高一个输出强度档位。直至全部的可调光源对应的回波均超过阈值，或已经提升至可调光源的最高输出强度，完成该组可调光源的一个探测周期。对于同一组内不同的可调光源在相同输出强度下的回波阈值可以选择相同数值，也可以选择不同的数值，例如同一组内的部分可调光源对应的接收通道周边存在较强烈的环境光干扰，其对应的回波阈值可以相应的提高，以保证激光雷达的探测准确度。

对于同一组内的多个可调光源，也可以按照预设的顺序依次发光，在其中一个可调光源完成一个探测周期后，切换至预设顺序中的下一个可调光源，执行前述的激光雷达控制方法，完成对应的探测周期。进一步的，对于包括多组可调光源的激光雷达，可以按照预设顺序依次完成每组可调光源的一个探测周期。

因此，通过本发明的上述实施例，对于多个可调光源，可以驱动所述多个可调光源以较低的第一强度开始发光和探测，随着探测的进行，其中一些可调光源对应的探测器接收到有效回波，因此将结束探测周期；而其他可调光源对应的探测器由于未接收到有效回波，因此仍然将继续进行发射-接收的操作。

图3示出了根据本发明的优选实施例中用于控制激光雷达的方法300的具体流程，其中激光雷达包括由激光器和探测器构成的一个或多个探测通道，并且激光器的发光强度可以调节，优选的，激光器和探测器一一对应。

用于控制激光雷达的方法300中，对于一个探测通道的一个探测周期，在步骤S301，控制该探测通道的激光器以第一强度发射探测激光，其中第一强度与前述实施例中相同，可以是激光器的预设强度档位，或激光器发光强度范围内的其中一个强度数值，并且第一强度不是激光器的最大发光强度。根据本发明的优选实施例，激光器的发光强度具有多个强度档位。在激光器具有多个发光强度的强度档位情况下，根据本发明的优选实施例，第一强度对应于所述强度档位中的最低强度档位。

在步骤S302，通过该探测通道的探测器接收探测激光产生的回波，在本实施例中，对于一个探测通道，激光器与探测器相对应，探测激光在照射到障碍物表面后发生漫反射，其中部分反射光(回波)能够被对应的探测器接收并转换为电信号。

在步骤S303：根据所述探测器的输出，控制该探测通道的所述激光器增大发光强度或结束该探测通道的一个探测周期。具体的，在步骤S303，可以判断回波的强度是否大于阈值，当回波的强度大于阈值时，表明探测器已经接收到有效的回波，因此可以结束该探测通道的一个探测周期，并且根据探测器的输出计算障碍物的空间位置；当回波的强度不大于阈值时，控制激光器以增大的发光强度发射探测激光，并返回重复执行步骤S302和S303，直至探测器获取的回波能量大于对应的阈值，或激光器以最大的发光强度发射探测激光。控制激光器以增大的发光强度发射探测激光的步骤包括：控制激光器以相较于当前强度档位高一级的强度档位发射探测激光。如果激光器以最大的强度发射探测激光后，该探测通道内的探测器仍然无法获取能量大于对应阈值的回波，结束该探测通道的一个探测周期，并认为该探测通道对应的空间位置已经超出了激光雷达的探测范围，例如在该探测通道对应的方位上，障碍物与激光雷达的距离过远，或在该探测通道对应的方位上，存在一个光线吸收能力极强的障碍物，探测激光的能量大部分被障碍物吸收，导致回波的能量无法达到阈值。

当激光器以不同强度档位发射探测激光时，其中探测激光的回波具有对应的阈值，回波阈值的具体数值可以相同，也可以不同，优选的，随激光器的发光强度增大，回波强度的阈值逐渐减小，与参考图1和图2描述的实施例相同。

在不同结构的激光雷达中，可调光源，例如激光器，可以以多种分组方式进行分组，优选的，同一组内的激光器呈一维阵列分布或二维阵列分布，下面结合图4A-图4F对本发明的不同实施例分别进行说明。

在本发明的一个实施例中，激光雷达为机械旋转式激光雷达，如图4A和图4B所示，其中的多个激光器设置在激光雷达上，至少包括一维可寻址阵列，例如以与旋转轴平行的方向竖直排列，每个激光器对应于竖直方向一个特定的角度，多个激光器的探测角度共同构成了激光雷达的竖直方向上的视场。激光雷达可围绕转轴O旋转，从而可以覆盖水平方向360°的视场。在激光雷达工作时，同一阵列中的激光器可以同步发射，能够获取在一个水平角度方位上的障碍物信息，在完成一个角度的探测过程后，控制激光器旋转预设角度，进行下一个角度的探测过程。具体的，在初始状态，激光雷达处于水平方向0°的角度方位上，在该位置处，多个激光器以及对应的探测器分别按照如上参考图1和图2所示实施例的方法进行发射和探测，直到每个激光器对应的探测器都接收到有效回波，或者该激光器以最大强度发射探测激光，从而结束所有探测通道在该0°方位上的探测周期，激光雷达旋转到0.2°的角度方位处(假定激光雷达的角分辨率为0.2°)，重复上述过程，直至激光雷达旋转一周，完成360°的水平视场范围的探测。

具体的，机械旋转式激光雷达的一个激光器阵列例如包括16个激光器，在图4B中利用LD1-LD16表示，由上至下依次排列，每个激光器发射的探测激光经过透镜准直后，对应不同的垂直视场，例如图4C所示，16个激光器中的每一个均对应于垂直方向上的不同视场，共同形成了-15°到+15°的垂直视场。在激光雷达上还设置有与激光器对应的探测器，在图4B中以DE1-DE16进行表示，与LD1-LD16一一对应，优选的，探测器同样以一维阵列的形式排列，一个探测器和一个激光器构成一个探测通道，共构成16个探测通道。

在当前角度下，进行第一次探测过程，控制同一阵列中的16个激光器同时以最低的强度档位发射探测激光，在该强度档位下，即使激光器的视场内存在高反板，也可以消除或者减弱对于相邻探测通道的串扰。例如LD1、LD5、LD9、LD13对应的视场位置存在高反板，对探测激光的反射能力较强，则LD1、LD5、LD9、LD13对应的探测器DE1、DE5、DE9、DE13检测到回波，并且激光雷达的处理单元判断回波强度大于对应的阈值，则根据对应的回波计算LD1、LD5、LD9、LD13对应的障碍物的空间位置，并控制激光器LD1、LD5、LD9、LD13停止发射探测激光，完成第一次探测过程。而除上述4个激光器外的其他12个激光器对应的探测器均未检测到回波，或回波强度不大于对应的阈值，在第二次探测过程，控制其他12个激光器提高一档输出强度档位继续发射探测激光，例如在本次探测中，激光器LD2、LD6、LD10、LD14对应的探测器DE2、DE6、DE10、DE14检测到回波，并且处理单元判断回波强度大于对应的阈值，根据回波计算激光器LD2、LD6、LD10、LD14对应视场内的障碍物的位置，同时激光器LD2、LD6、LD10、LD14停止反射探测激光，完成第二次探测过程。然后控制剩余的8个激光器继续提高一个输出强度档位，并发射探测激光，以相同的方法进行第三次探测过程。直至全部16个激光器对应的探测器DE1-DE16均能够获取强度大于对应阈值的回波，或其中部分或全部激光器的输出强度已达到最大强度，其对应的探测器仍然无法获得大于阈值的回波，完成当前角度的一个探测周期。进一步的，根据本发明的优选实施例，可以对当前角度进行多次探测，以获得更准确的探测结果。然后控制激光雷达旋转一个预设角度，例如激光雷达的水平分辨率为A°，控制激光雷达旋转A°，并利用相同的激光雷达控制方法，对下一角度进行探测，直至完成水平360°的探测，生成一帧的点云。

在本发明的一些实施例中，激光雷达为转镜式激光雷达，例如图4D中所示，通过转镜旋转扩大激光雷达的探测范围，其中激光器和对应的探测器的分布同样可以设置成图4B中所示的一维阵列，方向与转镜的旋转轴相平行。对于转镜式激光雷达可以采用与机械旋转式激光雷达相同的控制方法，减小或避免高反板产生的通道串扰。例如激光雷达的水平分辨率为A°，在转镜的一个角度方位出完成所有探测通道的探测之后，控制转镜旋转A°/2，并利用相同的激光雷达控制方法，对下一角度进行探测，直至完成水平视场范围的探测，生成一帧的点云。

激光雷达中可以包括一个或多个图4B所示的可调光源阵列和探测器阵列，可调光源(以及探测器)的数目可以为16、32、40、64、128、256或其他数目。每一个阵列例如可以设置在同一块电路板上。对于每一个阵列，可以分别实施如图1-图3所示的激光雷达控制方法。此处不再赘述。

当然，对于图4B所示的一维阵列排列的激光器阵列，也可以进行分组，例如激光雷达中包括16个成一维阵列排列的激光器，可以按照预设顺序分为四组，每组4个激光器，每组激光器可以是连续排列的4个激光器，也可以按照其他分组方式划分，例如间隔3个激光器的激光器作为一组，在图4B中的标号为LE1、LE5、LE9、LE13划分为一组，LE2、LE6、LE10、LE14划分为一组，LE3、LE7、LE11、LE15划分为一组，LE4、LE8、LE12、LE16划分为一组。每组内部的激光器同步发光，在完成一组激光器的一个探测周期后，可以按照预设顺序，进行下一组激光器进行探测。

根据本发明的具体实施例，还可以单独控制每个激光器按照预设顺序执行一个探测周期，依次完成全部激光器的探测周期。

本发明的实施例中提供的激光雷达控制方法应用于固态雷达时，由于固态雷达没有扫描器件，激光器可以设置成二维可寻址阵列，以获得水平方向和竖直方向的视场范围，激光器的布置形式可以如图4E所示。

具体的，激光雷达中的激光器按照二维阵列排列，共有M行和N列，其中的激光器分别记为LD₁₁、LD₁₂…LD_1N、…LD_MN，可以将同一行或同一列的激光器作为同一组，每组内部的激光器根据前述实施例中的方法进行探测，在该组激光器完成探测过程后，按照预设的顺序，例如由上至下或由左至右的顺序进行下一组激光器的探测。

根据本发明的不同实施例，对于其中的激光器如图4E所示的二维矩阵排列的激光雷达，还可以将全部激光器作为一组，控制全部的激光器以最小的强度发射探测激光。成二维阵列排列的激光器对应前方面型范围的视场方向，如果在视场范围内存在高反板区域，对应的探测器能够获取到强度大于阈值的回波，并根据回波计算障碍物的空间位置。进一步的，获取到强度大于阈值的回波的探测通道中，激光器停止发射探测激光，完成一个探测通道的一个探测周期。二维阵列中其他没有获取到强度大于阈值的激光器全部继续以更高的发光强度发射探测激光。直到全部的激光器对应的探测器均接收到强度大于阈值的回波，或以最大的发光强度发射探测激光。

如图4E所示，二维阵列中的每一个激光器对应激光雷达整体视场中的一个固定位置，因此在本实施例中，对全部激光器进行完整的探测周期，以判断该激光器对应的空间位置处是否存在高反板。但二维阵列中的每一个激光器完成探测周期的时间不同，例如其中一个激光器对应的空间位置为高反板，在以较低的发光强度发射探测激光时，对应的探测器能够接收到回波，该激光器完成探测周期，停止发射探测激光。而其他的激光器对应的空间位置处为低反物，需要逐步提高发光强度才能够获得强度大于阈值的回波，因此获取该点空间位置的时间相对延后，在全部的激光器均完成一个探测周期后，在本实施例中，将多个激光器对应的空间位置进行融合，即可得到动态范围较高的点云数据。

根据本发明的优选实施例，激光雷达具有单个可调光源，并且可调光源经过匀光器件后，均匀地照射在一维或二维的光开关阵列上，覆盖整个光开关阵列范围，其中每个光开关可以单独寻址控制，例如数字微镜或液晶。以二维光开关阵列为例，如图4F所示，二维光开关阵列包含M行和N列，具体的可以记为S₁₁、S₁₂、…S_1N、…S_MN，在本实施例中，激光雷达控制方法还包括按照预设的时序，控制预设位置的光开光开启或关闭。在本实施例中，一个探测通道中除了包括可调光源和探测器以外，还包括光开关。因此，一个探测通道的探测周期，也可表述为光开关的探测周期。

例如光开关阵列中的光开关分为一组或多组，同一组内的光开关能够受控同时开启或关闭。具体的，开启其中一组光开关中的每一个光开关，同时控制可调光源按照前述的激光雷达控制方法中的步骤逐渐提高探测激光的强度，可调光源发射的探测激光经过匀光后，均匀地照射在光开关阵列上，在开启光开关对应的位置处，探测激光穿过光开关阵列，能够用于探测周围环境，其光照强度同样随可调光源的输出强度增大而增大，即利用光开关阵列对单个可调光源进行了分光分时控制，在光开光阵列对应的视场范围内，每个光开关对应视场内的一个探测位置。

控制可调光源按照前述实施例中的激光雷达控制方法，可以获得该组光开关中每个光开关的探测位置处的障碍物信息，进一步的，每个光开关能够单独控制开启或关闭，例如在获取到强度大于阈值的回波后，对应位置的光开关关闭，完成该光开关的一个探测周期，在该组光开关全部完成一个探测周期后，按照预设顺序开启下一组光开关，直至全部光开关均完成一个探测周期，利用回波计算获得点云数据。具体的，可以以同一行或同一列的光开关作为一组，并依次控制多组光开关开启或关闭。

根据本发明的不同实施例，还可以开启光开关阵列中的一个光开关，并使其余的光开关处于关闭状态，针对开启的光开关，利用前述实施例中的激光雷达控制方法控制可调光源的输出强度，完成该光开关的一个探测周期，然后关闭该光开关，并按照预设顺序开启下一个光开关，利用下一个光开关进行探测，依次执行前述实施例中的激光雷达控制方法，直至光开光阵列中全部的光开关均完成一个探测周期。

对于一维阵列的光开关阵列，可以利用同样的方法分组，并按照分组进行单独控制。

如图5所示，本发明还涉及一种激光雷达1，其中激光雷达1包括发射单元10和探测单元20，发射单元10包括可调光源11，可调光源11能够以可调节的强度发射探测激光。探测单元20包括探测器21，探测器21能够接收探测激光在障碍物上的回波。优选的，可调光源11与探测器21一一对应。激光雷达1还包括控制***30，控制***30与可调光源11和探测器21通讯，并且能够执行前述实施例中的激光雷达控制方法，以降低高反板导致的激光雷达不同探测通道之间的串扰。

图5中示意性示出了多个可调光源，本领域技术人员容易理解，也可以使用单个可调光源。例如激光雷达1还包括匀光器件和光开关阵列，单个可调光源发射的探测激光经过匀光器件后，均匀地照射在一维或二维的光开关阵列上。光开关阵列包括一维排列或者二维排列的多个光开关，每个光开关可以单独寻址控制，从而获得与多个可调光源相同的效果。此处不再赘述。

本发明还包括一种计算机可读存储介质的实施例，计算机可读存储介质包括存储于其上的计算机可执行命令，可执行命令在被处理器执行时实施如前述实施例中所述的激光雷达控制方法。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (22)

1.一种激光雷达控制方法，所述激光雷达具有可调光源，所述激光雷达控制方法包括：

S101：控制所述可调光源以第一强度发射探测激光；

S102：接收所述探测激光的回波；

S103：判断所述回波的强度是否大于阈值；和

S104：当所述回波的强度大于所述阈值时，根据所述回波计算障碍物的空间位置；当所述回波的强度不超过所述阈值时，控制所述可调光源以增大的强度发射探测激光，重复所述步骤S102-S104。

2.根据权利要求1所述的激光雷达控制方法，其中所述可调光源具有多个强度档位，当所述可调光源以不同强度档位发射探测激光时，所述步骤103中回波具有对应的阈值。

3.根据权利要求2所述的激光雷达控制方法，其中所述第一强度对应于所述多个强度档位中的最低强度档位；

所述控制可调光源以增大的强度发射探测激光的步骤包括：控制所述可调光源以相较于当前强度档位高一级的强度档位发射探测激光。

4.根据权利要求2所述的激光雷达控制方法，还包括：当所述可调光源以最大强度档位发射探测激光时，如果回波的强度低于该最大强度档位对应的阈值，结束该可调光源的一个探测周期。

5.根据权利要求2所述的激光雷达控制方法，其中所述不同强度档位对应的阈值相同，或所述不同强度档位对应的阈值随强度档位的增大而减小。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的激光雷达控制方法，其中所述激光雷达包括多个可调光源，所述多个可调光源分成一组或多组，每组可调光源受控同步发光；所述激光雷达控制方法包括：对于一组可调光源中每一个可调光源执行所述步骤S101-S104，完成该组可调光源的一个探测周期。

7.根据权利要求6所述的激光雷达控制方法，还包括：当包括多组可调光源时，相继地完成每组可调光源的一个探测周期。

8.根据权利要求6所述的激光雷达控制方法，所述每组可调光源呈一维或二维阵列分布。

9.根据权利要求6所述的激光雷达控制方法，其中所述每组可调光源受控同步发光包括：其中所述步骤S101中：控制所述每组可调光源以相同的强度档位分别发射探测激光；所述步骤S104中：对于回波强度不超过阈值的可调光源，控制其以相同的增大的强度档位发射探测激光。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的激光雷达控制方法，其中所述激光雷达包括多个可调光源，对每一个可调光源依次执行所述步骤S101-S104，直至对该可调光源完成一个探测周期后，切换到下一个可调光源。

11.根据权利要求1-5中任一项所述的激光雷达控制方法，其中所述步骤S104包括：当所述回波的强度大于所述阈值时，结束该可调光源的一个探测周期。

12.根据权利要求1-5中任一项所述的激光雷达控制方法，其中所述激光雷达具有单个可调光源、匀光装置和光开关阵列，其中所述单个可调光源发射的探测激光通过所述匀光装置后被均匀地照射到所述光开关阵列上；所述激光雷达控制方法还包括：

按照预设的时序，开启对应的光开关。

13.根据权利要求12所述的激光雷达控制方法，其中所述光开关阵列中的光开关分成一组或多组，每组光开关受控同步开启或关闭；所述激光雷达控制方法包括：开启同一组光开关中的每一个光开关，执行所述步骤S101-S104，完成该组光开关的一个探测周期。

14.根据权利要求13所述的激光雷达控制方法，还包括：当所述光开关阵列包括多组光开关时，相继地完成每组光开关的一个探测周期。

15.根据权利要求12所述的激光雷达控制方法，其中所述激光雷达控制方法包括：开启其中一个光开关，其余光开关处于关闭状态，针对所述开启的光开关，执行所述步骤S101-S104，完成所述开启的光开关的一个探测周期后，切换到下一个光开关，直至完成全部光开关的一个探测周期。

16.根据权利要求14所述的激光雷达控制方法，其中所述每组光开关呈一维或二维阵列分布。

17.一种激光雷达，包括：

发射单元，包括可调光源，配置成可以以可调节的强度发射探测激光；

探测单元，包括探测器，配置成能够接收所述探测激光在障碍物上的回波；和

控制***，所述控制***与所述可调光源和所述探测器通讯，并配置成能够执行如权利要求1-16中任一项所述的激光雷达控制方法。

18.一种用于控制激光雷达的方法，包括由激光器和探测器构成的一个或多个探测通道，其中所述激光器的发光强度可以调节，其中所述方法包括：对于一个探测通道的一个探测周期，

S301：控制该探测通道的激光器以第一强度发射探测激光；

S302：通过该探测通道的探测器接收所述探测激光产生的回波；和

S303：根据所述探测器的输出，控制该探测通道的所述激光器增大发光强度或结束该探测通道的一个探测周期。

19.根据权利要求18所述的方法，其中所述步骤S303包括：当所述回波的强度大于阈值时，结束该探测通道的一个探测周期，并根据所述输出计算障碍物的空间位置；当所述回波的强度不超过所述阈值时，控制所述激光器以增大的发光强度发射探测激光，并重复所述步骤S302-S303。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述激光器的发光强度具有多个强度档位，当所述激光器以不同强度档位发射探测激光时，所述步骤S303中回波具有对应的阈值。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述第一强度对应于所述多个强度档位中的最低强度档位；

所述控制激光器以增大的发光强度发射探测激光的步骤包括：控制所述激光器以相较于当前强度档位高一级的强度档位发射探测激光。

22.根据权利要求20或21所述的方法，还包括：当所述激光器以最大强度档位发射探测激光时，如果回波的强度低于该最大强度档位对应的阈值，结束该探测通道的一个探测周期。