本发明实施例涉及激光雷达技术，尤其涉及一种接收激光雷达的反射光斑的感光阵列、接收系统及方法。
背景技术：
mems微镜扫描激光雷达通过光束的扫描和同步距离测量获取目标的轮廓信息。由于具有体积小、功耗低的特点，mems微镜扫描激光雷达在城市建模、地形测绘和无人驾驶等领域有着广泛的应用前景。
激光雷达因为扫描角度范围较大，导致接收到的激光光斑会存在一个较大的偏移范围。接收机为了保证可靠地接收到反射光斑，通常具有感光阵列，并且感光阵列的感光面积大于或等于反射光斑的偏移范围。然而，在离轴式激光雷达中，接收机一般具有较大的光学视场。例如，几毫米*几毫米的感光阵面上实际接收到的反射光斑仅有几十微米大小。也就是说，在任意时刻感光阵列中的大多数感光单元没有接收到有用信号，而且，极有可能接收到无用的干扰信号。例如，由于接收镜头具有较大的视场角，极有可能将其它激光雷达的光信号投影到感光面上，从而被adc(analog-to-digitalconverter，模数转换器)错误的采样，导致雷达输出错误信息。
技术实现要素：
本发明提供一种接收激光雷达的反射光斑的感光阵列、接收系统及方法，可以有效地避免其它激光雷达的干扰信号被模数转换器错误的采样，提高了检测精度。
第一方面，本发明实施例提供了一种接收激光雷达的反射光斑的感光阵列，包括：至少两个感光区域组，所述感光区域组包括至少一个感光区域，用于接收激光雷达的反射光斑；
所述感光区域通过切换开关与模数转换器电连接，且相邻的所述感光区域未接入同一所述切换开关，以将所述反射光斑对应的电信号输出至模数转换器。
第二方面，本发明实施例还提供了一种激光雷达的反射光斑的接收系统，该接收系统包括如上述第一方面所述的感光阵列，还包括：
控制器，分别与激光雷达的发射机和开关控制器通信连接，用于接收所述发射机输出的扫描角度，并根据所述扫描角度确定反射光斑对应的感光区域，根据所述感光区域生成开关切换指令，将所述开关切换指令输出至所述开关控制器；
开关控制器，分别与感光阵列和模数转换器电连接，用于根据所述开关切换指令选通感光阵列中感光区域与模数转换器之间的电路。
第三方面，本发明实施例还提供了一种激光雷达的反射光斑的接收方法，该接收方法由上述第二方面所述的激光雷达的反射光斑接收系统执行，包括：
控制器接收发射机输出的扫描角度；
控制器根据所述扫描角度确定反射光斑对应的感光区域；
控制器控制开关控制器选通所述感光区域以及与所述感光区域相邻的下一个感光区域；
感光区域接收所述反射光斑，并将所述反射光斑对应的电信号输出至模数转换器。
本发明实施例提供一种接收激光雷达的反射光斑的感光阵列，包括至少两个感光区域组，该感光区域组包括至少一个感光区域，用于接收激光雷达的反射光斑；该感光区域通过切换开关与模数转换器电连接，且相邻的感光区域未接入同一切换开关，以将该反射光斑对应的电信号输出至模数转换器。由于沿着光斑移动方向选通感光区域及模数转换器，可以有效地避免接收镜头将其它激光雷达的干扰信号投影到感光区域上而导致adc误采样的问题，提高了反射光斑接收系统的抗干扰能力，提升了检测精度。
附图说明
图1为现有技术中激光雷达系统的示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种接收激光雷达的反射光斑的感光阵列的结构示意图；
图3是本申请实施例一提供的一种感光区域的电路示意图；
图4是本发明实施例二提供的一种激光雷达的反射光斑的接收系统的结构示意图；
图5是本申请实施例二提供的反射光斑的位置随扫描角度变化的示意图；
图6是本申请实施例二提供的激光雷达发射和接收过程的示意图；
图7是本申请实施例二提供的接收透镜工作示意图；
图8是本申请实施例三提供的一种激光雷达的反射光斑的接收方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为现有技术中激光雷达系统的示意图。激光雷达系统100包括发射机110，用于发射激光；接收镜头140，用于将经障碍物150反射的反射激光投影到感光接收阵面130；感光接收阵面130，用于接收该反射激光，其中，该反射激光在该感光接收阵面130上形成反射光斑120。由于激光雷达的扫描角度范围较大，导致感光接收阵面接收到的反射光斑会存在一个比较大的偏移范围，即反射光斑一般会落在一个n毫米*m毫米的区间内。为了确保接收系统能够可靠的接收反射光斑，一般采用光电转换器件阵列作为感光接收阵面，且光电转换器件阵列的感光面积大于或等于反射光斑的偏移范围。然而，在离轴的激光雷达中，接收系统一般具有较大的光学视场。例如，n毫米*m毫米的感光接收阵面实际接收到的反射信号光斑仅有几十微米大小。也就是说，在任意时刻感光接收阵面中大多数感光单元没有接收到有用信号，而且极有可能接收到无用的干扰信号。例如，由于接收镜头具有较大的视场角，非常可能将其他激光雷达的光信号接收到感光接收阵面上，从而被adc错误的采样，导致雷达输出错误信息。相关技术中为了解决上述技术问题通常采用的方案是缩小雷达视场角度，或者缩小感光阵列的面积的方式。但是，上述方案可能存在导致激光雷达效能降低、成本提高的缺陷。
为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种接收激光雷达的反射光斑的方案，可以提高反射光斑接收系统的抗干扰能力，并且未降低激光雷达的效能。
实施例一
图2是本发明实施例一提供的一种接收激光雷达的反射光斑的感光阵列的结构示意图，该感光阵列可以被集成于激光雷达的反射光斑接收系统中，用于执行激光雷达的反射光斑的接收方法。如图2所示，该感光阵列210包括：
至少两个感光区域组，所述感光区域组包括至少一个感光区域220，用于接收激光雷达的反射光斑；
所述感光区域220通过切换开关230与模数转换器240电连接，且相邻的所述感光区域220未接入同一所述切换开关230，以将所述反射光斑对应的电信号输出至模数转换器240。其中，切换开关可以是四选一开关a和四选一开关b。
需要说明的是，感光区域组包括至少一个感光区域，感光区域包括至少一个感光单元，每个感光单元均可以独立进行光电转换。感光单元可以是雪崩二极管或者pin型光电二极管。可以理解的是，本申请实施例对感光单元选用何种元器件并不作限定，感光单元除上述列举的雪崩二极管或pin型光电二极管之外，还可以是其它类型的光电转换器件。图3是本申请实施例一提供的一种感光区域的电路示意图。如图3所示，由多个感光单元320并联作为一个感光区域310。可选的，还可以将一个感光单元独立作为一个感光区域使用，并且感光区域的面积越小，抗干扰能力越强。
示例性的，在每个感光区域内的感光单元的数目是至少两个时，该至少两个感光单元并联构成一个感光区域，相邻的两个感光区域的间距d的取值范围可以是几十微米到100微米，例如，可以是10微米到100微米中的任意数值。可选的，相邻两个感光区域的间距范围可以是50微米到80微米中的任意数值。可选的，在感光区域的数目超过两个时，相邻两个感光区域的间距可以取不相等的数值。例如，在同一行中的相邻两个感光区域的间距不相等。又如，在具有至少两行感光区域(第一行用于采集水平移动的激光光斑，第二行用于采集竖直移动的激光光斑)，相邻两个感光区域可能是水平方向上相邻的两个感光区域，还可能是竖直方向上相邻的两个感光区域，此时，相邻两个感光区域的间距可以相同也可以不同。例如，位于同一行的相邻的两个感光区域的第一间距可以相同，位于同一列的相邻的两个感光区域的第二间距可以与上述第一间距不同。
感光区域与切换开关电连接。如图2所示，每个感光区域220均与切换开关230电连接，且相邻的两个感光区域220未接入同一切换开关。例如，1号感光区域与第一切换开关(例如四选一开关a)的第一输入端电连接，2号感光区域与第二切换开关(例如四选一开关b)的第一输入端电连接，3号感光区域与四选一开关a的第二输入端电连接，4号感光区域与四选一开关b的第二输入端电连接，……，7号感光区域与四选一开关a的第四输入端电连接，8号感光区域与四选一开关b的第四输入端电连接，用于选通感光区域220与模数转换器240之间的电路连接，并在感光区域220接收激光雷达的反射光斑信号，且将反射光斑信号由光信号转换为电信号之后，将该电信号输出至模数转换器240。
本实施例的技术方案，包括至少两个感光区域组，该感光区域组包括至少一个感光区域，用于接收激光雷达的反射光斑；该感光区域通过切换开关与模数转换器电连接，且相邻的感光区域未接入同一切换开关，以将该反射光斑对应的电信号输出至模数转换器。由于沿着光斑移动方向选通感光区域及模数转换器，可以有效地避免接收镜头将其它激光雷达的干扰信号投影到感光区域上而导致adc误采样的问题，提高了反射光斑接收系统的抗干扰能力，提升了检测精度。
实施例二
图4是本发明实施例二提供的一种激光雷达的反射光斑的接收系统的结构示意图。该接收系统用于执行激光雷达的反射光斑的接收方法，包括但不限于上述实施例中的感光阵列。如图4所示，该接收系统包括：
控制器410，分别与激光雷达的发射机460和开关控制器430通信连接，用于接收所述发射机460输出的扫描角度，并根据所述扫描角度确定反射光斑对应的感光区域，根据所述感光区域生成开关切换指令，将所述开关切换指令输出至所述开关控制器430；
感光阵列420，包括至少两个感光区域组，该感光区域组包括至少一个感光区域，该感光区域通过切换开关与模数转换器450电连接，且相邻的感光区域未接入同一切换开关；
开关控制器430，分别与感光阵列420和模数转换器450电连接，包括第一切换开关和第二切换开关，用于根据所述开关切换指令选通感光阵列中感光区域与模数转换器450之间的电路。
需要说明的是，扫描角度是发射机中振镜的旋转角度，振镜可以是mems(microelectronicmechanicalsystem，谐振单轴微机电系统)振镜。图5是本申请实施例二提供的反射光斑的位置随扫描角度变化的示意图。如图5所示，由t1至t5对应的反射光斑可以看出，在扫描角度变化时，反射光斑的位置也随之在感光阵列上移动。可以采用下述方式计算反射光斑在感光阵列上的落点坐标。
示例性的，控制器获取接收镜头与所述感光阵列的距离。按照设定的周期接收所述发射机输出的扫描角度，并根据所述扫描角度及所述距离计算反射光斑在所述感光阵列中的落点坐标。根据所述落点坐标确定第一感光区域；确定所述第一感光区域以及第二感光区域接入的切换开关的开关标识，其中，第二感光区域与所述第一感光区域相邻；根据所述开关标识生成开关切换指令，将所述开关切换指令输出至所述开关控制器。图6是本申请实施例二提供的激光雷达发射和接收过程的示意图。如图6所示，入射光通过一个可以偏转的mems振镜610射出，mems振镜610的旋转方向如图6所示，由于振镜610的偏转角度变化使射出的光线形成一个扫描扇面。反射光线被接收透镜630聚焦，投影至一个尺寸较小的感光阵列640上。光线扫描到最高角度时，反射光斑在感光阵列640的阵面最下端，反之，反射光斑在感光阵列640的阵面最上端。由于mems振镜(或者其它种类能够使光线偏转的机构)的偏转角度可知，射向接收透镜的反射光线的入射角ω也可得知。又因为已知接收透镜与感光阵列之间的距离是f'，如图7提供的接收透镜工作示意图所示。根据成像原理和几何关系，扫描角度ω的光束投影在感光阵列上的落点位置y'的关系如下：y′＝f′tanω，那么落点坐标为(f'，y')
mems振镜按照设定的周期按照预设旋转方向以预设角度进行旋转，导致反射光斑于感光阵列上沿图7所示的扫描方向移动。由于感光阵列包括多个感光区域，由反射光斑的落点位置可以确定反射光斑对应的感光区域。由于预先存储了感光区域的区域标识与切换开关的对应关系，可以根据反射光斑对应的感光区域生成开关切换指令，将该开关切换指令输出至开关控制器，以控制该开关控制器接通或关闭电路。需要说明的是，该开关控制器包括第一切换开关和第二切换开关。其中，第一切换开关的输入端与区域标识为奇数的感光区域电连接，第二切换开关的输入端与区域标识为偶数的感光区域电连接。此外，该第一切换开关的输出端串联第一信号放大电路，该第一信号放大电路的输出端与模数转换器电连接，其中，第一信号放大电路包括但不限于运算放大器250(如图2所示)，用于接收反射光斑对应的信号，并进行放大，放大后的信号被输出至模数转换器。该第二切换开关的输出端串联第二信号放大电路，该第二信号放大电路的输出端与模数转换器电连接，其中，第二信号放大电路包括但不限于运算放大器250，用于接收反射光斑对应的信号，并进行放大，放大后的信号被输出至模数转换器。从而，可以通过第一切换开关或者第二切换开关将感光区域接收的反射光斑信号输出至模数转换器。
示例性的，在本申请实施例的激光雷达的反射光斑的接收系统中，感光阵列具有多个感光区域，每个感光区域可以包含多个感光单元，也可以只有一个感光单元。如图2所示，通过具有四选一功能的切换开关将感光区域分为两个感光区域组。可以理解的是，在接收一维场景(仅考虑反射光斑左右移动的场景)下的反射光斑的情况下，可以将上述感光区域组水平排列，且分为两组，确保反射光斑在移动时，被接通的感光区域及时跟踪反射光斑的移动方向，即控制切换开关接通当前反射光斑的落点位置对应的感光区域与模数转换器之间的电路，并且接通反射光斑下一时刻可能位于的下一个感光区域与模数转换器之间的电路。若接收二维场景(考虑反射光斑左右上下移动的场景)下的反射光斑，则可以将感光阵列设置成具有多行感光区域，可选的，每行中感光区域水平对齐，且同一列中的感光区域竖直对齐。控制器通过获取激光雷达发射机(例如mems振镜)的扫描角度信息，实时计算发射的光斑反射信号(即反射光斑)落在感光阵列上的位置，即对应的感光区域。控制器根据感光区域的区域标识生成开关切换指令输出至开关控制器(即具有多选一功能的切换开关)，如图4所示，控制开关控制器430选通光斑反射信号在感光阵列420上的位置对应的感光阵列以及相邻的下一个感光阵列，使感光阵列420产生的电信号输入模数转换器450。也就是说，控制器连续跟踪计算反射光斑的落点位置，通过切换开关始终使反射光斑对应的电信号输入模数转换器。例如，当控制器计算到落点位置位于1号感光区域时，控制器驱动四选一开关a选通1号感光区域，同时驱动四选一开关b选通2号感光区域。当反射光斑移动到2号感光区域时，驱动四选一开关a关闭1号感光区域转而接通3号感光区域。在反射光斑移动至3号感光区域时，驱动四选一开关b关闭2号感光区域转至接通4号感光区域。以此类推，在反射光感移动至7号感光区域时，驱动四选一开关b关闭6号感光区域转至接通8号感光区域。从而，确保反射光斑的落点位置对应的感光区域始终接通模数转换器，而非反射光斑的落点位置及相邻的感光区域则被开关隔离。也就是说，任意时刻只有两个感光区域被模数转换器采样，其它区域无论接收到什么信号都不会影响接收结果，避免干扰引入。
本实施例的技术方案，包括感光阵列，具有多个感光区域，该感光区域通过切换开关与模数转换器电连接，且相邻的感光区域未接入同一切换开关；控制器，分别与激光雷达的发射机和开关控制器通信连接，可以接收该发射机输出的扫描角度，并根据扫描角度确定反射光斑对应的感光区域，根据感光区域生成开关切换指令，将开关切换指令输出至开关控制器；开关控制器，分别与感光阵列和模数转换器电连接，可以根据该开关切换指令选通感光区域与模数转换器之间的电路。由于任意时刻只有反射光斑的落点位置对应的感光区域及其相邻的下一个感光区域被模数转换器采样，其它区域无论接收到什么信号都不会影响接收结果，可以有效地避免接收镜头将其它激光雷达的干扰信号投影到感光区域上而导致adc误采样的问题，提高了反射光斑接收系统的抗干扰能力，提升了检测精度。
实施例三
图8是本申请实施例三提供的一种激光雷达的反射光斑的接收方法的流程图，该方法可以由激光雷达的反射光斑的接收系统执行。该方法包括：
步骤810、控制器接收发射机输出的扫描角度。
发射机(例如mems)按照预设的周期以设定的扫描角度向预设的方向进行旋转，并发送扫描角度信息至控制器，其中，扫描角度信息可以包括扫描角度、周期及方向。
步骤820、控制器根据所述扫描角度确定反射光斑对应的感光区域。
需要说明的是，控制器获取接收镜头与感光阵列的距离，然后，根据成像原理和几何关系，控制器根据扫描角度及接收透镜与感光阵列之间的距离确定反射光斑投影在感光阵列上的落点位置，并以该落点位置作为y轴上的取值，以上述距离作为x轴上的取值确定落点坐标。根据该落点坐标确定反射光斑对应的感光区域。
进而，根据上述预设的方向可以确定光斑在感光阵列上的移动方向，由落点位置确定反射光斑对应的当前感光区域，可以进一步确定与当前感光区域相邻的下一感光区域。示例性的，控制器获取发射机的振镜旋转方向，并根据该振镜旋转方向以及落点坐标对应的感光区域确定与该感光区域相邻的下一个感光区域。
步骤830、控制器控制开关控制器选通所述感光区域以及与所述感光区域相邻的下一个感光区域。
控制器根据当前感光区域的区域标识及下一个感光区域的区域标识生成开关切换指令，将开关切换指令发送至开关控制器。从而，开关控制器根据该开关切换指令选通当前感光区域与模数转换器之间的电路以及下一个感光区域与模数转换器之间的电路。
需要说明的是，控制器在确定感光区域后会判断该感光区域是否是首个感光区域，可以通过感光区域的区域标识判定，若区域标识为1号区域，则确定该感光区域为首个感光区域。若当前的感光区域为首个感光区域，则根据当前的感光区域以及相邻的下一个感光区域的区域标识生成开关标识对应的开关切换指令。若当前的感光区域不是首个感光区域，则控制器还获取与当前的感光区域相邻的上一个感光区域的开关标识，在接通该感光区域的下一个感光区域与模数转换器之间的电路之前，断开上一个感光区域与模数转换器之间的电路。
步骤840、感光区域接收所述反射光斑，并将所述反射光斑对应的电信号输出至模数转换器。
本实施例的技术方案，通过控制器接收发射机输出的扫描角度，并根据该扫描角度确定反射光斑对应的感光区域，然后控制开关控制器选通该感光区域以及与该感光区域相邻的下一个感光区域；感光区域接收反射光斑，并将该反射光斑对应的电信号输出至模数转换器。由于任意时刻只有反射光斑的落点位置对应的感光区域及其相邻的下一个感光区域被模数转换器采样，其它区域无论接收到什么信号都不会影响接收结果，可以有效地避免接收镜头将其它激光雷达的干扰信号投影到感光区域上而导致adc误采样的问题，提高了反射光斑接收系统的抗干扰能力，提升了检测精度。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。