信息处理装置、控制方法、程序以及存储介质与流程

本发明涉及一种测距技术。

背景技术：

通常，存在已知的用于测量到外围对象物的距离的方法。例如，专利文件1公开了一种激光雷达lidar，其通过利用间歇性发射出的激光来扫描水平方向并通过接收反射的激光来检测对象物表面的点群。

专利文件1：日本专利申请特开2014-106854

技术实现要素：

本发明要解决的问题

一般情况下，传统的激光雷达检测关于水平方向的每个出射方向所接收到的脉冲的峰位，从而基于延迟时间来测定到峰位的距离。然而，在接收到的脉冲的峰值水平低于或等同于噪音的情况下，就不能正确的检测峰位，因此也就不能检测位于距离以内的对象物所对应的点群。

以上示例性地说明了本发明所要解决的问题。本发明的目的是提供一种能够正确输出位于测量范围之内的对象物的测距结果的信息处理装置。

解决问题的手段

一种发明是一种信息处理装置，包括：发射单元，其配置为发射激光并同时改变所述激光的出射方向；光接收单元，其配置为接收对象物反射的所述激光；以及输出单元，其配置为基于所述光接收单元输出的光接收信号，生成并输出第一信息，该第一信息指示在所述出射方向上并在反射的激光的应答延迟时间内接收的激光的光强。

另一种发明是一种信息处理装置，包括：发射单元，其配置为发射激光并同时改变所述激光的出射方向；光接收单元，其配置为接收对象物反射的所述激光；生成单元，其配置为基于所述光接收单元在所述激光的每个出射方向上输出的光接收信号，生成极坐标系二维信号；以及转换单元，其配置为将所述极坐标系二维信号转换为正交坐标系中的二维信号。

又一种发明是一种信息处理装置，包括：发射单元，其配置为发射激光并同时改变所述激光的出射方向；光接收单元，其配置为接收对象物反射的所述激光；输出单元，其配置为基于所述光接收单元所输出的光接收信号，生成并输出第一信息，该第一信息指示在所述出射方向上并在所述出射方向上的从与出射位置相关的基准位置起的距离内接收的所述激光的光强。

又另一种发明是一种由信息处理装置执行的控制方法，所述信息处理装置包括发射单元和光接收单元，所述发射单元配置为发射激光并同时改变所述激光的出射方向，所述光接收单元配置为接收对象物反射的所述激光，所述控制方法包括输出步骤，基于所述光接收单元所输出的光接收信号，生成并输出第一信息，该第一信息指示在所述出射方向上并在反射的激光的应答延迟时间内接收的所述激光的光强。

又一种发明是一种由计算机执行的程序，所述计算机控制信息处理装置，所述信息处理装置包括发射单元和光接收单元，所述发射单元配置为发射激光并同时改变所述激光的出射方向，所述光接收单元配置为接收对象物反射的所述激光，所述程序使得所述计算机作为输出单元而发挥功能，所述输出单元配置为基于所述光接收单元输出的光接收信号，生成并输出第一信息，该第一信息指示在所述出射方向上并在反射的激光的应答延迟时间内接收的所述激光的光强。

附图说明

图1示出了lidar单元的配置的示意图。

图2示出了核心单元的方框图。

图3示出了触发信号和区段提取信号的波形。

图4示出了信号处理单元的方框配置。

图5a示意性地示出了lidar单元的周边环境的平面图。

图5b示出了与图5a对应的极坐标空间帧。

图6示出了平均帧，其中时间上连续的16个极坐标空间帧被平均化。

图7示出了从极坐标空间帧生成的正交坐标空间帧。

图8示出了从平均帧生成的正交坐标空间帧。

图9a至9c示出了在指数“s＝250”的区段接收到的光的强度。

图10a及10b示出了在指数“s＝0”的区段接收到的光的强度。

图11在正交坐标系上绘制了由典型lidar探测到的对象物的点群。

图12示出了根据第一变形例的信号处理单元的配置示意图。

具体实施方式

根据本发明的优选实施例，一种信息处理装置包括：发射单元，其配置为发射激光并同时改变激光的出射方向；光接收单元，其配置为接收对象物反射的激光；以及输出单元，其配置为基于光接收单元输出的光接收信号，生成并输出第一信息，第一信息指示在出射方向上和反射的激光的应答延迟时间内接收到的激光的光强。

上述信息处理装置包括发射单元、光接收单元，以及输出单元。发射单元配置为发射激光并同时改变激光的出射方向。光接收单元配置为接收对象物反射的激光。在本文中，术语“对象物”是指位于激光可及范围之内的任何对象物。输出单元配置为基于光接收单元输出的光接收信号，生成并输出第一信息。第一信息指示在出射方向上并在反射的激光的应答延迟时间接收的激光的光强。也就是说，第一信息指示在出射方向上并在出射方向上的从与出射位置相关的基准位置起的距离内接收的激光的光强。输出单元可在显示器上显示第一信息或者可将第一信息提供给另一处理单元。根据这种模式，信息处理装置能够适当地输出指示对象物存在的第一信息。

在信息处理装置的一种模式中，信息处理装置进一步包括转换单元，其配置为将第一信息转换为第二信息，第二信息指示在与激光照射平面相对应的正交坐标系(即由两个正交轴所限定的坐标系)中所接收的光的强度。如此，例如，信息处理装置就可以改变第一信息的坐标并将其输出，从而用户能够容易地分辨出所述对象物。

在信息处理装置的另一种模式中，信息处理装置进一步包括第一信息处理单元，其配置为基于输出单元在预定时间段内生成的多个第一信息，输出经时间滤波的第一信息，其中转换单元配置为将经时间滤波的第一信息转换为第二信息。根据这种模式，信息处理装置可生成第二信息，该第二信息中的噪音影响得到了适当减少。

在信息处理装置的又一种模式中，信息处理装置随移动体一起移动，其中转换单元配置为在移动体处于停止状态时将经时间滤波的第一信息转换为第二信息，以及在移动体处于移动状态时将未经第一信息处理单元滤波的第一信息转换为第二信息。如果滤波是沿时间方向进行的，则因信息处理装置和对象物之间相对位置的改变而产生的影响就会出现在第二信息中。考虑到以上因素，信息处理装置只有在移动体处于停止状态时才沿时间方向对第一信息进行滤波。这样就可以适当地生成指示对象物确切位置的第二信息。

在信息处理装置的又一种模式中，信息处理装置随移动体一起移动，其中第一信息处理单元配置为通过根据移动体的移动速度改变预定时间段，来改变滤波的带宽。根据这种模式，例如，当移动体高速移动时，信息处理装置确定移动体和对象物之间的相对位置的变化较大，并决定缩小滤波的带宽。这样就可以减小对象物的相对位置的变化而产生的影响。

在信息处理装置的又一种模式中，转换单元配置为将经匹配滤波的第一信息转换为第二信息。根据这种模式，转换单元可生成第二信息，该第二信息中噪音得到了适当减少。

在信息处理装置的又一种模式中，第二信息指示在与水平面平行的二维空间中接收到的光的强度，信息处理装置进一步包括显示控制单元，其配置为基于第二信息将图像显示在显示单元上。根据这种该模式，信息处理装置可使用户在视觉上分辨周边对象物的存在。

本发明的另一优选实施例提供了一种信息处理装置，其包括：发射单元，其配置为发射激光并同时改变激光的出射方向；光接收单元，其配置为接收对象物反射的激光；生成单元，其配置为基于光接收单元在激光的每个出射方向上输出的光接收信号，生成极坐标系二维信号；以及转换单元，其配置为将极坐标系二维信号转换为正交坐标系二维信号。极坐标系二维信号是累积了多个光接收信号的二维信号，其中多个光接收信号中的每一个光接收信号是由光接收单元针对激光的每个出射方向生成的。例如，上述二维信号是图像信号，该图像信号的两个坐标轴的夹角指示激光的出射方向以及发射激光的时间和接收激光反射光的时间之间的延迟时间(即从信息处理装置起的距离)，其中图像信号的像素值是接收到的光的强度。正交坐标空间例如指示与激光的扫描面(照射面)相对应的二维空间。这样，信息处理装置基于光接收单元在激光的每个出射方向上输出的光接收信号生成极坐标系二维信号，并将其转换为正交坐标系二维信号。如此便可以适当地显现对象物的存在而不损失接收的信号中的有益信息。

本发明的另一优选实施例提供了一种由信息处理装置执行的控制方法，信息处理装置包括发射单元和光接收单元，发射单元配置为发射激光并同时改变激光的出射方向，光接收单元配置为接收对象物反射的激光，该控制方法包括输出步骤，该输出步骤是基于光接收单元输出的光接收信号生成并输出第一信息，第一信息指示在出射方向上并在所反射的激光的应答延迟时间的接收的激光的光的强度。

本发明的另一优选实施例提供了一种由计算机执行的程序，计算机控制信息处理装置，信息处理装置包括发射单元和光接收单元，发射单元配置为发射激光并同时改变激光的出射方向，光接收单元配置为接收对象物反射的激光，该程序使得计算机作为输出单元而发挥功能，该输出单元配置为基于光接收单元输出的光接收信号，生成并输出第一信息，第一信息指示在出射方向上并在反射的激光的应答延迟时间内接收的激光的光强。优选地，所述程序可存储于存储介质中。

实施例

以下将参照附图对本发明的优选实施例进行描述。

[整体结构]

图1示出了根据本实施例的激光雷达单元100的方框配置。图1所示的激光雷达单元100是一种基于渡越时间(timeofflight，tof)的激光雷达(lightdetectionandranging,orlaserilluminateddetectionandranging，lidar)。激光雷达单元100在水平方向上对对象物进行360度测距并将测距结果显示为图像。例如，激光雷达单元100作为高级驾驶辅助系统的一部分被用于辅助车辆周边环境识别。激光雷达单元100主要包括核心单元1、信号处理单元2、显示控制单元3，以及显示器4。

核心单元1向对应水平方向的360度的各个方向发射脉冲激光，并同时逐渐改变脉冲激光的出射方向。在这种情况下，核心单元1向由水平方向的360度均等划分而成的区段中的每一区段(本实施例中划分为900个区段)发射一个脉冲激光。随后，核心单元1为信号处理单元2提供信号(称为“区段信号sseg”)，所述信号指示在脉冲激光射出后的预定时间段内通过接收脉冲激光的反射光来测得的每个区段所接收到的光的强度。

信号处理单元2，通过累积从核心单元1处接收到的所有区段的区段信号sseg，在极坐标空间(极坐标系)中生成二维图像(称为“极坐标空间帧fp”)，其中极坐标空间帧fp指示与水平方向的360度的每个方向相对应的每个区段和相应的从激光雷达单元100起的距离之间的关系。然后，基于极坐标空间帧fp，信号处理单元2根据脉冲激光的扫描板(照射板)在正交(卡迪尔)坐标系中生成二维图像(称为“正交坐标空间帧fo”)并将所述二维图像提供给显示控制单元3。显示控制单元3根据从信号处理单元2处接收到的正交坐标空间帧fo在显示器4上显示图像。

[核心单元的结构]

图2示出了核心单元1的示意性配置的示例。如图2所示，核心单元1主要包括液晶振荡器10、同步控制器11、ld驱动器12、激光二极管13、扫描器14、电机控制器15、光探测器16、电流/电压转换电路(跨阻放大器)17、a/d转换器18，以及分段器19。

液晶振荡器10为同步控制器11和a/d转换器18提供脉冲时钟信号“s1”。根据本实施例，时钟频率例如可设定为1.8ghz。下文中，基于时钟信号s1的每个时钟也被称为“采样时钟”。

同步控制器11为ld驱动器12提供脉冲信号(称为“触发信号s2”)。根据本实施例，触发信号s2每隔131072(＝2¹⁷)个采样时钟周期性地变为有效。在下文中，触发信号s2变为有效的时间到触发信号s2下一次变为有效的时间之间的时间段被称为“区段期”。同步控制器11为分段器19提供信号(以下称为“区段提取信号s3”)，区段提取信号s3确定后文提到的分段器19提取a/d转换器18的输出的时间。触发信号s2和区段提取信号s3均为逻辑信号，并且如下文将要提到的图3所示是彼此同步的。根据本实施例，同步控制器11使得区段提取信号s3在相当于2048个采样时钟的时间宽度(称为“选通脉冲宽度wg”)内保持有效。

ld驱动器12为激光二极管13提供与同步控制器11所输入的触发信号s2同步的脉冲电流。激光二极管13例如是波长为905nm的红外脉冲激光器，其基于ld驱动器12提供的脉冲电流发射光脉冲。根据本实施例，激光二极管13发射每个光脉冲的时长为大约5纳秒。

扫描器14包括透射光学系统和接收光学系统的配置。在使用激光二极管13发出的光脉冲在水平面内进行360度扫描的同时，扫描器14将受到发出的光脉冲的照射的对象物(称为“目标对象物”)反射回来的光引导至光探测器16。根据本实施例，扫描器14包括用于旋转的电机，电机在电机控制器15的控制下每900个区段旋转一次。此时角分辨率为每区段0.4°(＝360°/900)。ld驱动器12和扫描器14构成本发明的“发射单元”的一个示例。

优选地，扫描器14扫描的扫描面不是伞状表面而是平坦表面。此外，当激光雷达单元100安装在移动体上时，扫描面最好与移动体所在的地面平行(即水平)。这使得下文描述的按时间序列相继生成的极坐标空间帧fp之间高度关联，从而能够准确地显示周边环境。

光探测器16的示例包括雪崩光电二极管，光探测器16根据通过扫描器14从目标对象物反射的光的光量生成微弱的电流。光探测器16将生成的微弱电流提供给电流/电压转换电路17。电流/电压转换电路17将光探测器16提供的微弱电流放大，从而将其转换为电压信号，并将转换得到的电压信号输入至a/d转换器18。

a/d转换器18，基于液晶振荡器10提供的时钟信号s1，将电流/电压转换电路17提供的电压信号转换为数字信号，之后a/d转换器18将转换得到的数字信号提供给分段器19。在下文中，a/d转换器18每一个时钟所生成的数字信号被称为“样本”。一个样本对应下文提到的极坐标空间帧fp的一个像素数据。光探测器16、电流/电压转换电路17、以及a/d转换器18构成本发明的“光接收单元”的一个示例。

分段器19通过提取a/d转换器18的时间段内输出的数字信号来生成区段信号sseg，该时间段为区段提取信号s3在相当于2048个样本时钟的选通脉冲宽度wg内被保持为有效的时间段。分段器19将生成的区段信号sseg提供给信号处理单元2。

图3示出了触发信号s2和区段提取信号s3所对应的时序波形。如图3所示，根据本实施例，确定区段期即触发信号s2保持有效的一个周期的长度为131072个采样时钟(在图中称为“smpclk”)。确定触发信号s2的脉冲宽度的长度为64个采样时钟，并确定选通脉冲宽度wg的长度为2048个采样时钟。

这样，因为区段提取信号s3是在触发信号s2被设置为有效后在选通脉冲宽度wg期间被设置为有效的，因此分段器19在触发信号s2被设置为有效期间提取a/d转换器18输出的2048个样本。选通脉冲宽度wg越长，从激光雷达单元100起的最大测距距离(测距极限距离)越长。

根据本实施例，考虑到一帧由900个区段构成，区段期的频率大约为13.73khz(几乎等于1.8ghz/131072)，由信号处理单元2基于区段信号sseg所生成的极坐标空间帧fp的帧频率(即扫描器14的转动速度)大约为15.36hz(几乎等于13.73khz/900)。经简单计算，最大测距距离为170.55m(几乎等于{2048/1.8ghz}·c/2；“c”代表光速)，对应光在选通脉冲宽度wg对应的时长内穿梭的距离。如后文所述，由于后文所描述的原点偏移，最大测距距离比170.55m稍短。

[信号处理单元的结构]

图4是显示信号处理单元2的逻辑配置的方框图。如图4所示，信号处理单元2包括帧生成器21、缓冲器22、帧滤波器23，以及正交空间转换器24。

帧生成器21生成极坐标空间帧fp，每个极坐标空间帧fp由对应于900个区段的区段信号sseg构成，帧生成器21将生成的极坐标空间帧fp存储在缓冲器22上。根据本实施例，给定每个区段有2048个样本，并给定区段的总数量为900，则帧生成器21生成900×2048的图像作为极坐标空间帧fp。极坐标空间帧fp是根据本发明的“第一信息”和“极坐标系二维信号”的一个示例。帧生成器21与以上提到的分段器19是根据本发明的“输出单元”和“生成单元”的示例。

缓冲器22将帧生成器21生成的极坐标空间帧fp存储至少预定时间。上述预定时间的长度设置成使帧滤波器23所需要的必要数量的极坐标空间帧fp至少能存储在缓冲器22上。

帧滤波器23从缓冲器22提取预定数量(如16帧)的时序极坐标空间帧fp，并对时序极坐标空间帧fp进行帧滤波，从而生成时间平均的极坐标空间帧fp(称为“平均帧fa”)。由此，帧滤波器23生成这样的平均帧fa，从而使每个极坐标空间帧fp中出现的噪音得到了抑制。在这种情况下，术语“帧滤波”包括利用时序极坐标空间帧fp来减少噪音的任何处理操作。例如，帧滤波器23可以通过计算从缓冲器22中提取的预定数量的极坐标空间帧fp的移动平均数来生成平均帧fa，或者可以通过对其施加一阶无限脉冲响应滤波来生成平均帧fa。帧滤波器23是根据本发明的“第一信息处理单元”的一个示例。

正交空间转换器24，通过将帧滤波器23所输出的平均帧fa的坐标系从极坐标系转换为正交(笛卡尔)坐标系，来生成正交坐标空间帧fo。在这种情况下，正交空间转换器24，通过确定与正交坐标空间帧fo相对应的平均帧fa的每个像素，来生成正交坐标空间帧fo。正交坐标空间帧fo及其生成方法的具体示例将在后文进行描述。然后，正交坐标转换器24将生成的正交坐标空间帧fo提供给显示控制单元3。正交空间转换器24是根据本发明的“转换单元”的一个示例。正交坐标空间帧fo是根据本发明的“第二信息”以及“正交坐标系二维信号”的示例。

[具体示例]

接下来将参照图5a至图8对信号处理单元2所执行的处理操作的具体示例进行描述。

(1)极坐标空间帧

图5a是示意性地示出了激光雷达单元100周边环境的平面图。图5b显示了激光雷达单元100位于图5a中的位置时生成的极坐标空间帧fp。如图5a所示，在激光雷达单元100附近，作为目标对象物，主要有建筑物、自行车、车辆、第一和第二围栏、混凝土墙、草地、以及人。在图5b中，a/d转换器18输出的数字信号值(即接收到的光的强度)越高，颜色越接近白色。

如图5b所示的极坐标空间帧fp的纵轴表示加在与扫描器14的每个扫描角度所对应的每个区段上的指数“s”(s＝0至899)，而横轴表示加在a/d转换器18在区段提取信号s3保持为有效期间所生成的2048个样本中的每一个样本上的指数“k”(k＝0至2047)。需要注意的是，区段指数“s＝0”对应的是扫描器14的扫描角为0度的情况(图5a中箭头80所指示的方向)，而区段指数“s＝450”对应的是扫描器14的扫描角为180度的情况。

图5b中所示的横轴表示的样本指数“k”的值与到每个目标对象物的距离(称为“目标距离ltag”)成比例。具体地，如果时钟频率为“fsmp”(＝1.8ghz)，并且在不考虑电和光的延迟的情况下，样本指数“k”与延迟时间“td”之间的关系则表示为：

td＝k/fsmp≈k·0.55555nsec，

其中延迟时间td是触发信号s2变为有效的时间与输出样本的时间之间的时间段，所述样本对应基于有效触发信号s2所输出的光脉冲。在这种情况下，如果不考虑下文提到的任何延迟，目标距离ltag与延迟时间td之间的关系则表示为下列式(i)。

ltag＝td·(c/2)＝(k/fsmp)·(c/2)(1)

在实践中，在发送路径和接收路径上会产生电和光的延迟，发送路径对应于将触发信号从同步控制器11发送至ld驱动器12与扫描器14发射光之间的时间段，接收路径对应于返回的光入射至扫描器14与a/d转换器18将返回光转换为数字信号之间的时间段。根据图5b所示的示例，样本指数“k＝270”对应目标距离ltag为0的位置(即，距离的原点)。因此，为了从样本指数k计算目标距离ltag，有必要在指数k上设置一个偏移(称为“原点偏移k0”)，并将原点偏移k0(即270)从指数k上减去。在进一步考虑原点偏移k0的情况下，式(1)则由下列式(2)代替。

ltag＝{(k–k0)/fsmp)}·(c/2)(2)

在此，由于进入光探测器16的杂散光的缘故，刚好在样本指数“k＝270”之前生成表示高输出部分的垂直条纹70。需要注意的是，由激光二极管13所输出的光脉冲的一部分作为杂散光直接入射到光探测器16上，或者通过核心单元1的内部反射入射到光探测器16上。

如上所述，极坐标空间帧fp的坐标空间是纵轴对应扫描角(即角度)而横轴对应目标距离ltag(即半径)的极坐标空间。当帧生成器21从核心单元1的分段器19处接收到与指数“k＝0”至“k＝899”的900个区段相对应的区段信号sseg时，帧生成器21通过累积所述区段信号来生成极坐标空间帧fp，并将生成的极坐标空间帧fp存储在缓冲器22上。

图6显示了帧滤波器23基于时间上连续的16个极坐标空间帧fp生成的平均帧fa。在这种情况下，作为一个示例，通过施加一个系数为1/16的一阶iir滤波器，帧滤波器23生成被增加有大约16帧的平均效应的平均帧fa。对比图6所示的平均帧fa与图5b所示的极坐标空间帧fp，对应于出现在图5b中所示的极坐标空间帧fp上的噪音的高输出区域得到了平滑。

图7是在假设图5b中的极坐标空间帧fp被输入至正交空间转换器24的情况下而得到的正交坐标空间帧fo的显示示例。图7中所示的正交坐标空间帧fo是水平和垂直大小均为512个像素的位图，其中心像素位置对应激光雷达单元100的位置。在图7所示的情况中，正交坐标空间帧fo的边的长度相当于对应选通脉冲宽度wg的最大测距距离(即170.55m)。

根据图7，未经时间平均的极坐标空间帧fp被转换为正交坐标空间帧fo。即便如此，第一和第二围栏后的混凝土墙还可以被视觉识别。正如后文所提到的“效果的补充解释”部分所解释地，传统的探测对象物的点群的激光雷达不能探测到混凝土墙。因此，如图7所示，与传统的激光雷达相比，即使显示了从极坐标空间帧fp直接转换而来的正交坐标空间帧fo，本发明也是具有有益效果的。

图8显示了正交空间转换器24从图6所示的平均帧fa生成的正交坐标空间帧fo。

根据图8，由于对极坐标空间帧fp的平均减少了噪音，因而清楚地显示了混凝土墙、第一和第二围栏、建筑物，以及自行车的存在。这样，通过在显示器4上显示图8的从平均帧fa生成的正交坐标空间帧fo，激光雷达单元100能够使用户清楚地识别水平方向360度范围内每个目标对象物的存在和位置。

以下将对用于将平均帧fa或极坐标空间帧fp转换为正交坐标空间帧fo的方法的具体示例进行描述。

在这种情况下，首先，正交空间转换器24计算与正交坐标空间帧fo的每个像素相对应的极坐标值。具体地，当极坐标值被表示为“(r,θ)”且与正交坐标空间帧fo的每个像素所对应的坐标值被表示为“(x,y)”，则根据坐标转换的通式，使“r”和“θ”的值采用下式来表示。

θ＝atan(x,y)(4)

区段指数也采用下式(5)来表示。

s＝(θ/2π)·900(5)

进一步地，通过用“r”来替换式(2)中的“ltag”并将等式变换为关于指数k的等式，则样本指数k用下式(6)来表示。

k＝k0+r·fsmp·(2/c)(6)

这样，正交坐标转换器24通过参照式(3)和式(6)来计算通常与正交坐标空间帧fo的正交坐标值(x，y)所对应的样本指数k，而通过参照式(4)和式(5)来计算通常与正交坐标空间帧fo的正交坐标值(x，y)所对应的区段样本指数s。应当注意的是，由于从式(3)和式(6)得到的值“s”和“k”都是实数，所以正交坐标转换器24通过舍入的方式将其转换为整数。由此，与正交坐标空间帧fo的每个像素所对应的平均帧fa或极坐标空间帧fp的每个像素于是被确定。在显示控制单元3接收到来自正交空间转换器24的正交坐标空间帧fo后，显示控制单元3通过使用适当等级的灰阶图将正交坐标空间帧fo的像素值转换为光度值，从而显示图像。这样，显示控制单元3就可以在显示器4上显示具有色彩的正交坐标空间帧fo，所述色彩根据像素值的不同而不同。

应当注意的是，在使用从平均帧fa所生成的正交坐标空间帧fo的情况下，相对于激光雷达单元100移动的目标对象物沿移动轨迹形成线条。例如，在图8中，自行车处于移动状态(见图5a)而激光雷达单元100处于静止状态。因此，在图8中，显示了具有移动轨迹的自行车。即使在此种情况下，本发明也表现出优点，即其可以在强调移动对象物的同时适当地显示移动对象物的移动方向。

[对技术效果的补充说明]

接下来将参照图9a至图11描述根据实施例的激光雷达单元100与传统激光雷达相比所具有的有益效果。

图9a示出了图5b所示的极坐标空间帧fp，图中倒三角标记表示与指数

“s＝250”的区段相对应的高输出区域。图9b示出了与指数“s＝250”的区段相对应的区段信号sseg的波形。图9c是图9b所示的波形的波峰的放大图。

如图9b和图9c所示，可以看见由图9a中的倒三角标记所表示的在样本指数“k＝501”处波形的波峰。通过在式(2)中替换对应波峰(峰位)的样本指数“k＝501”与原点偏移“k0＝270”之间的差(即231)，可以计算出与波峰的位置相对应的目标距离ltag(约19.237m)。

如上所述，普通的激光雷达通过计算与每个区段的输出波形的波峰相对应的目标距离ltag来探测目标对象物，并测量到目标对象物的距离。这样，由于在指数“s＝250”的区段处明确存在对应于目标对象物反射回来的光的输出脉冲，因此可以准确地探测目标对象物并测量到其距离。应当注意的是，根据激光雷达的类型，激光雷达还额外地通过在探测峰位之前添加一个匹配滤波器来使信噪音比最大化，和/或通过插值法来确定对应于峰位的样本指数的实数。

图10a示出了图5b中的极坐标空间帧fp，图中标记71-73表示指数“s＝0”的区段周围三个高输出抛物线的位置。图10b示出了与指数“s＝0”的区段相对应的区段信号sseg的波形。

在图10b所示的波形中，标记71表示波峰。在图5a所示的真实空间中，第一围栏就位于那个位置。相反，与标记72相对应的部分形成图10b所示的波形的一个局部波峰。但是，由于帧74所表示的噪音的缘故，该局部波峰小于上述波峰。在图5a所示的真实空间中，第二围栏就位于那个位置。此外，标记73所对应的部分在图10b所示的波形中未形成波峰。在图5a所示的真实空间中，混凝土墙就位于那个位置。

如上所述，根据与指数“s＝0”的区段相对应的区段信号sseg的波形，与标记72所对应的第二围栏和与标记73所对应的混凝土墙不能被探测出。相反，由于在图5b所示的极坐标空间帧fp中每个区段的输出都与相邻的区段的输出相邻显示，因此出现了在指数“s＝0”的区段的波形中未出现的对应第二围栏和混凝土墙的高输出抛物线。

图11在正交坐标系中绘制了由典型的激光雷达单元探测出的目标对象物的点群。图11显示了每个区段的输出波形的最明显波峰的相应位置。

根据图11，第一和第二围栏后的混凝土墙根本没有被探测到。此外，甚至在不存在任何目标对象物的部分都显示了绘制的圆圈。这是因为针对每一区段肯定会探测出一个波峰，因此在对应这些被探测出的波峰的位置会显示绘制的圆圈。为了避免这种错误显示，普通的激光雷达产品通常都会具有这样的功能，即只有比预定阈值高的波峰才能被选择性地探测出来。然而，设置这样的预定阈值会使对具有低出射光反射率的目标对象物的点群探测变得更加困难。这样，遗憾的是，根据传统的输出与在每个区段接收到的波形的波峰位置相应的点群信息的激光雷达的规格，位于所述距离内的目标对象物的信息会丢失。

考虑到以上因素，根据实施例的激光雷达单元100在不转换点群信息的情况下，从在每个区段接收到的波形中生成极坐标空间帧fp，然后在显示器4上显示通过坐标转换生成的正交坐标空间帧fo。这样就能够适当地显现传统操作在将波形转换为点群信息时甚至不能被探测到的目标对象物。此外，通过显示其中极坐标空间帧fp被沿时间方向平均的正交坐标空间帧fo，激光雷达单元100能够在适当减少噪音的同时增加可视性。

[变形例]

接下来将对实施例的优选变形例进行描述。以下变形例可以通过任何结合方式加入到上述实施例中。

(变形例1)

当激光雷达单元100被安装在车辆上时，车辆移动时激光雷达单元100附近的目标对象物相对于激光雷达单元100移动。此时，由于正交坐标空间帧fo是基于平均帧fa而生成的，而平均帧fa是经时间平均的极坐标空间帧fp，因此沿移动轨迹的线条会出现在正交坐标空间帧fo上。为了避免此类线条的出现，激光雷达单元100可确定安装所述激光雷达100的车辆是否处于停止的状态，从而使帧滤波器23仅在确定车辆是停止状态时执行所述操作。

图12显示了根据变形例1的信号处理单元2的配置示意图。如图12所示，在车辆行进时，正交空间转换器24基于帧生成器21生成的极坐标空间帧fp生成正交坐标空间帧fo。除了图12的示例，正交空间转换器24也可以，通过在帧生成器21刚刚将极坐标空间帧fp存储在缓冲器22上时从缓冲器22中提取极坐标空间帧fp，来生成正交坐标空间帧fo。相反，在车辆停止时，同实施例一样，正交空间转换器24基于帧滤波器23输出的平均帧fa来生成正交坐标空间帧fo。应当注意的是，信号处理单元2可以通过未示出的加速度传感器和/或距离传感器的输出来确定车辆是否为停止状态，或可以通过基于诸如控制器局域网(controllerareanetwork,can)接收车辆的速度信息来做出决定。

这样，在车辆行进时，激光雷达单元100不使用平均帧fa。因此，激光雷达单元100就可以防止在正交坐标空间帧fo上显示带有移动轨迹的目标对象物。

在另一个示例中，基于车辆的移动速度，激光雷达单元100可确定用于生成正交坐标空间帧fo的极坐标空间帧fp的数量(即滤波器的深度)。也就是说，激光雷达单元100可确定用于对极坐标空间帧fp进行平均的时间。这样，激光雷达单元100可从未示出的传感器和/或车辆获取车辆的速度信息。

一般情况下，用于生成正交坐标空间帧fo的极坐标空间帧fp的数量越多，用于对极坐标空间帧fp进行平均的时间越长，出现在正交坐标空间帧fo上的移动轨迹的线条也就越长。类似地，激光雷达单元100与目标对象物之间的相对速度越大，时间连续的极坐标空间帧fp之间的目标对象物的移动距离就越长，出现在正交坐标空间帧fo上的移动轨迹的线条也就倾向于越长。

考虑到以上因素，车辆的速度越高，帧滤波器23确定用于参照预定映射生成正交坐标空间帧fo的极坐标空间帧fp的数量就越少。上述预定映射是指车辆速度与用于确定用于生成正交坐标空间帧fo的极坐标空间帧fp的数量的参数之间的映射。例如，所述映射通过实验尝试提前准备。这样就可以适当地抑制因出现在正交坐标空间帧fo上的移动轨迹的过长线条而引起的可见性的恶化。

(变形例2)

帧生成器21可通过为从核心单元1处接收到的区段信号sseg所指示的波形施加一个匹配滤波器。然后，正交空间转换器24，通过将极坐标空间帧fp转换为正交坐标系，来生成正交坐标空间帧fo，其中极坐标空间帧fp的噪音抑制是通过匹配滤波器或通过作为经时间平均的极坐标空间帧fp的平均帧fa来实现的。根据这种模式，激光雷达单元100可以在显示器4上显示被适当减少了噪音的图像。

(变形例3)

激光雷达单元100的配置不限于图1所示的结构。例如，激光雷达单元100可以不包括显示控制单元3和显示器4。这样，例如，激光雷达单元100通过利用已知的图像识别处理技术处理信号处理单元2生成的正交坐标空间帧fo来探测目标对象物，并通过音频输出装置通知目标对象物的存在。在另一个示例中，激光雷达单元100可将信号处理单元2生成的正交坐标空间帧fo，如同gps接收器或其它类似装置输出的激光雷达单元100的当前位置信息一样，存储在其存储单元中。

激光雷达单元100可以，通过利用扫描器14对沿垂直方向排列的多层进行反复的水平扫描，来生成每层的正交坐标空间帧fo。

(变形例4)

图2所示的核心单元1的配置仅仅是一个示例，本发明能够适用的核心单元1的配置不限于图2所示的配置。例如，激光二极管13和电机控制器15可以配置成随扫描器14一起转动。

附图标记

1核心单元

2信号处理单元

3显示控制单元

4显示器

100激光雷达单元