使用激光雷达测量目标物反射率的方法及激光雷达与流程

本发明涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种使用激光雷达测量目标物反射率的方法。

背景技术：

激光雷达通过激光器发射探测光脉冲，通过光电探测器将目标物反射的回波光脉冲转化为回波电脉冲，基于探测光脉冲的发射时间与回波光脉冲的接收时间计算光的飞行时间(timeofflight,tof)，结合光速获知目标物距离。并且，基于回波电脉冲的信号特征表征回波光强度，根据回波光强度与按距离衰减后的等效发射光强度，计算目标物的反射率。

传统的光电探测器为雪崩光电二极管(avalanchephotondiode，apd)，apd的光电增益较低，不利于雷达的远距离探测；为了增加探测距离，需要增加接收透镜口径，使得激光雷达的体积增加，而且系统中需要为每一个探测器都配置高带宽的放大电路对电脉冲信号进行放大，导致激光雷达的体积、功耗和成本都增加。

在盖格模式下工作的光电二极管利用雪崩放电机制来获得高增益,称为单光子雪崩二极管(singlephotonavalanchediode，spad)。当反向偏压超过其额定击穿电压时,会在pn结上产生必要的高电场梯度，当有光子入射到spad内，光子激发的载流子会在电场的作用下引发雪崩效应。然而这种电流一旦启动或流动,就应该停止或“熄灭”。通过淬灭电阻将二极管两端的电压降低到击穿电压之下,从而停止雪崩。然后spad重新充电到超过击穿电压的反向偏压,并用于检测后续光子。在spad产生雪崩至重新恢复到超过击穿电压的反向偏压之前的时间内，spad不会响应后续的光子。

为了克服单个spad不能同时测量多个光子的不足,硅光电倍增管(sipm)集成了密集的小型独立spad传感器阵列,每个传感器都有自己的淬灭电阻，每个独立工作的spad和淬灭电阻称为微单元。当sipm中的一个微单元对一个被吸收的光子作出响应时,其他的微单元仍具有探测光子的能力。

sipm具有极高的光电增益(10⁶量级)，可以实现nw级的回波能量探测，而apd需要mw级的回波能量才能进行有效探测。相比于apd，采用sipm作为光电探测器可以有效降低激光雷达的功耗。并且sipm可以采用cmos工艺制备，利于芯片化、集成化，减小雷达体积，同时能够提高装调效率，适合大规模量产。

采用sipm作为探测器的激光雷达，通常采用回波电脉冲的前沿斜率和脉冲宽度作为信号特征，进行反射率测量。然而，sipm对光子流的响应信号具有很强的统计涨落和非线性特性，对同样强度的回波能量，其信号特征可能发生随机抖动，使得反射率的测量精准度低；另外，sipm的微单元数量有限，在强光下，极易出现sipm的几乎所有微单元在恢复时间(十几纳秒)内全部被触发而使得探测器发生饱和，此时回波电信号特征几乎不再随目标物的反射率发生变化，使得反射率的测量动态范围很小。因此，基于sipm器件在测量反射率的问题上面临着精准度低、动态范围小的难题，成为sipm应用在激光雷达产品的主要障碍之一。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种使用激光雷达测量目标物反射率的方法，包括：

s101：所述激光雷达的探测器接收探测光束被所述目标物反射的回波，并转换为电信号，获取回波光电流积分；

s102：根据预先设定的反射率标定曲线及所述回波光电流积分，确定所述目标物的反射率。

根据本发明的一个方面，其中步骤s101进一步包括：

将所述电信号在第一预设时间内积分，以获得所述电信号对应的第一光电流积分。

根据本发明的一个方面，其中步骤s101进一步包括：

获取环境光对应的第二光电流积分，将所述第一光电流积分与所述第二光电流积分的差作为所述回波光电流积分。

根据本发明的一个方面，其中步骤s101进一步包括：

所述探测器接收环境光，并转换为电信号；

将所述环境光产生的电信号在第二预设时间内积分，以获得所述第二光电流积分。

根据本发明的一个方面，其中，所述第一预设时间不小于所述探测器进行一次测量的总时间。

根据本发明的一个方面，其中，所述探测器为硅光电倍增管，所述电信号为所述硅光电倍增管阳极输出的电信号。

根据本发明的一个方面，其中，所述激光雷达根据所述探测光束的发射时间和所述回波的接收时间，确定目标物距离，步骤s102进一步包括：

根据预先设定的反射率、光电流积分与目标物距离的标定曲线，以及所述回波光电流积分，确定所述目标物的反射率。

根据本发明的一个方面，其中步骤s102进一步包括：

根据预先设定的与多个预定反射率分别对应的光电流积分与目标物距离标定曲线，采用插值法计算所述回波光电流积分对应的目标物的反射率。

根据本发明的一个方面，其中，所述回波包括多个光脉冲，所述探测器将所述多个光脉冲转换为多个电脉冲，所述回波光电流积分为所述多个电脉冲的累积积分。

根据本发明的一个方面，所述方法进一步包括：

获取所述激光雷达探测器的温度，将所述回波光电流积分转换为等效标定温度下的回波光电流积分。

根据本发明的一个方面，所述方法进一步包括：

当所述第二光电流积分大于预设阈值时，将所述回波光电流积分转换为等效标定pde下的回波光电流积分。

根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达包括多个探测器，所述方法进一步包括：

分别设定与每个探测器相对应的反射率、光电流积分与目标物距离标定曲线。

本发明还提供一种激光雷达，包括：

发射单元，配置成发射出探测光束，用以探测目标物；

接收单元，包括至少一个探测器，配置成接收光信号，并将光信号转换为电信号；

处理单元，配置成获取所述探测光束被目标物反射的回波对应的回波光电流积分，并根据预先设定的反射率标定曲线及所述回波光电流积分，确定所述目标物的反射率。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括：

积分单元，与所述探测器耦接，配置成将所述电信号在预设时间内积分。

根据本发明的一个方面，其中，所述探测器为硅光电倍增管，所述积分单元与所述探测器的阳极耦接。

根据本发明的一个方面，其中所述积分单元包括rc积分电路。

根据本发明的一个方面，其中所述积分单元还包括运算放大器，所述rc积分电路与所述运算放大器的第一输入端耦接；所述运算放大器的输出端通过电阻与所述运算放大器的第二输入端耦接。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括：

采样单元，与所述积分单元耦接，配置成对所述积分单元的输出进行采样。

根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括：

温度检测单元，用于检测所述探测器的温度。

本发明的优选实施例提供了一种通过光电流积分测量目标物反射的方法，基于光电探测器对于光子响应电流的长时累积，相比于现有技术中通过测量回波电脉冲峰值强度、脉冲宽度、前沿斜率等信号特征测量反射率的方法，本发明所提供的方法功耗低、准确率高、测量精度高、动态范围大。尤其可以克服回波电脉冲信号特征随机抖动、非线性、易饱和、动态范围小等缺陷对反射率测量造成的不利影响，为硅光电倍增管器件在激光雷达领域的广泛应用起到了良好的推动作用。

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示意性地示出了硅光电倍增管的内部结构；

图2示意性地示出了硅光电倍增管快速输出端口的输出信号波形；

图3示出了根据本发明的一个优选实施例的使用激光雷达测量目标物反射率的方法；

图4示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的预设反射率的标定曲线；

图5示意性地示出了强环境光下硅光电倍增管的探测效率下降的情况；

图6a示出了根据本发明的一个优选实施例的预设反射率的标定方法；

图6b示意性地示出了图6a的标定方法使用的相关设备；

图7示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；

图8a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的积分电路；

图8b示意性地示出了图8a的积分电路的输出波形。

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实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，sipm包括多个雪崩光电二极管以及与雪崩光电二极管一一对应耦接的淬灭电路(图示为淬灭电阻)，一个雪崩光电二极管和淬灭电路作为一个微单元，多个微单元并联构成sipm。

部分sipm器件除了阴极和阳极，还具有第三个输出终端(快速输出，fastoutput，图中未示出)，每个微单元具有电容耦合输出，一个sipm的所有微单元电容耦合输出端并联到fastoutput。快速输出脉冲可以进行超快的时间测量。

图2是sipm在接收到光脉冲后，将光脉冲转化为电脉冲信号，在快速输出(fastoutput)端测得的电脉冲信号典型波形，对于相同目标在相同距离下进行多次测量，每次测量对应不同回波能量强度，sipm快速输出的相应信号波形分布如图2所示。随着回波能量强度的增加，快速输出的脉冲强度提高、前沿斜率增大。以纵坐标20为噪声阈值，对于不同能量强度的回波产生的电脉冲，其前沿达到噪声阈值的时间相差350ps。

但是，对同样强度的信号进行多次测量，进行数据计算和统计发现，电脉冲的前沿斜率存在几皮秒至1个多纳秒的随机抖动，这是由于光子流符合泊松分布，而且sipm的微单元之间存在光学串扰。而回波信号底宽(信号幅度大于零的时间宽度)只有几个纳秒，因而这样的随机抖动是不可忽略的，使得反射率测量的精确度较低。

另一方面，随着信号强度变化，回波电脉冲特征并非单调变化。当回波能量强度较低时，电脉冲前沿斜率随着能量强度增加而增大；但当回波能量强度很高时，硅光电倍增管的绝大多数微单元在短时均被触发且在脉冲时间内无法恢复，使得回波电脉冲前沿斜率不再随回波能量强度变化，甚至出现前沿斜率减小的现象。此时，回波电脉冲特征具有非单值性(一个回波电脉冲特征对应于两个以上的回波能量强度)，已无法表征回波能量的变化，硅光电倍增管达到动态范围的极限。由于硅光电倍增管的微单元数有限(几百个)，极易出现接收饱和，故回波脉冲特征表征能量的动态范围很小，使得反射率测量的动态范围很小。

为了解决基于硅光电倍增管的激光雷达测量反射率所面临的电脉冲信号特征随机抖动大、动态范围小的技术问题，本发明提出了一种基于硅光电倍增管的光电流积分进行反射率标定和测量的方法。

如图3所示，根据本发明的一个优选实施例，本发明提供一种使用激光雷达测量目标物反射率的方法10，包括步骤s101和步骤s102。

在步骤s101中，激光雷达的探测器接收探测光束被目标物反射的回波光信号，并转换为电信号，获取回波光电流积分。

在基于tof测量的激光雷达应用中，探测光束可包括一个或多个光脉冲，相应的，回波光信号为对应于探测光束的一个或多个光脉冲，光电探测器响应于光脉冲，将其转换为电信号，会产生与之对应的一个或多个电脉冲。电脉冲可表示为电信号幅度随时间的变化曲线，所述回波光电流积分，可以以上述电脉冲信号曲线所覆盖的面积来表示，可用于表征回波能量强度。

在步骤s102中，根据预先设定的反射率标定曲线及回波光电流积分，确定目标物的反射率。

根据本发明的一个优选实施例，预先设定对于一反射率的目标物，获取目标物距离与回波光电流积分的对应关系；进而对不同反射率的目标物，分别获取目标物距离与回波光电流积分的对应关系，将上述对应关系存入激光雷达的处理单元，处理单元根据实际探测获得的回波光电流积分和预先设定的反射率标定曲线，即可确定目标物的反射率。

在一个优选实施例中，目标物距离与回波光电流积分的对应关系可以拟合为标定曲线。如图4所示，预先设定分别对应于三个不同反射率目标物的目标物距离与回波光电流积分标定曲线。

使用激光雷达测量目标物反射率的方法10通过获取回波光电流积分测量目标物的反射率，回波光电流积分不存在随机抖动，能准确反映回波能量强度，因而提高了反射率测量的准确性；且回波光电流积分具有单值性，随着回波能量强度单调变化，提高了反射率测量的动态范围。

根据本发明的一个优选实施例，使用激光雷达测量目标物反射率的方法10中，步骤s101进一步包括：

将激光雷达的探测器输出电信号在第一预设时间内积分，以获得该电信号对应的第一光电流积分。

将探测器输出的电信号在第一预设时间内积分，可获取探测器输出的电信号幅度随时间的变化曲线所覆盖的面积，可用于表征探测器输出电信号的能量强度。

根据本发明的一个优选实施例，使用激光雷达测量目标物反射率的方法10中，步骤s101进一步包括：获取环境光对应的第二光电流积分，将第一光电流积分与第二光电流积分的差作为回波光电流积分。

激光雷达的探测器将接收到的光信号转换为电信号，并通过进行积分，实际得到的是对应于回波光信号、环境光信号之和的光电流积分(记为第一光电流积分)。由于对应于回波光信号的光电流积分难以直接测量，而环境光在短时间内强度稳定，对应于环境光信号的光电流积分在单位时间内基本保持恒定，因此，通过进一步测量，得到对应于环境光信号的光电流积分(记为第二光电流积分)，通过做差得到对应于回波光信号的回波光电流积分。

根据本发明的一个优选实施例，使用激光雷达测量目标物反射率的方法10中，步骤s101进一步包括：

探测器接收环境光，并转换为环境光电信号；

将环境光电信号在第二预设时间内积分，以获得第二光电流积分。

进一步，第一光电流积分包含了探测光束被目标物反射的回波在光电探测器上产生的电信号信息，以及环境光在光电探测器上产生的电信号信息；第二光电流积分仅由环境光在光电探测器上产生的电信号获得。因此，将第一光电流积分与第二光电流积分作差，可精确地表征回波光信号所产生的电信号强度，消除环境光的影响。

作为一种实施方式，第一预设时间的时间间隔不小于探测器进行一次测量的总时间。或者说，激光雷达的至少一个激光器发出用于探测的探测光，至少一个探测器被配置为接收该探测光被目标物反射的回波，上述至少一个激光器与至少一个探测器构成激光雷达的一个探测通道。所述第一预设时间的时间间隔不小于一个探测通道的测量总时间。

具体的，在激光雷达一个探测通道的测量总时间内，探测器接收光信号并转换为电信号，上述光信号包括了回波光信号以及环境光信号，积分电路输出电信号在测量总时间内的积分，即第一光电流积分。测量总时间可以包括该探测通道的预留tof时间、多个光脉冲的总脉冲宽度以及多个光脉冲之间的时间间隔之和。预留tof时间，为该探测通道的激光器发出探测光之后，对应于雷达最远目标探测距离的飞行时间。例如，一个探测通道发出的探测光包括3个光脉冲，每个脉冲宽度为4ns，相邻两个光脉冲之间的时间间隔为100ns，预留tof时间为400ns，那么第一预设时间间隔≥(400+3*4+2*100)ns。

在一个探测通道的测量总时间之外，sipm仍然会在环境光的作用下产生弱的光电流，此时积分电路对环境光电信号在第二预设时间内进行积分，得到第二光电流积分。

优选地，第一预设时间与第二预设时间的时间间隔相近。更优选地，第一预设时间与第二预设时间的时间间隔均为100ns量级。

在采用sipm作为探测器的实施方式中，光电流积分为sipm的阳极输出的光电流在时间上的积分。虽然fastoutput可以进行超快的时间测量，但其过滤掉了较多信息，不适合测量回波能量强度。而sipm阳极输出的光电流在时间上的积分，随着回波能量强度的增大而增大，能够准确反映回波能量强度的大小，有利于获得高精准度的反射率测量结果。

作为另一种实施方式，根据激光雷达的信号处理，在将某一回波信号判断为目标物反射的回波、据此获得目标物距离信息时(例如该回波信号强度超过噪声阈值)，将该回波信号接收时间对应的第一预设时间内积分作为第一光电流积分。在该回波信号接收时间以外的时间范围，获取积分电路在第二预设时间内的积分，得到第二光电流积分。

根据本发明的一个优选实施例，激光雷达根据探测光束的发射时间和回波的接收时间，确定目标物距离，使用激光雷达测量目标物反射率的方法10中，步骤s102进一步包括：

根据预先设定的反射率、光电流积分与目标物距离的标定曲线，以及回波光电流积分，确定目标物的反射率。

如图4所示，预先存入激光雷达的处理单元的反射率标定曲线包括：不同反射率下，光电流积分值随距离变化的曲线。

根据本发明的一个优选实施例，该反射率标定曲线包括多个不同预定反射率的光电流积分-距离曲线。根据本发明的一个优选实施例，图4中包含标定的预定反射板1的反射率值r1，预定反射板2的反射率值r2，预定反射板3的反射率值r3，根据回波光电流积分vd0以及目标物的距离d，通过线性插值法，即可确定目标物的反射率r。

根据线性插值公式：

推导得到：

根据本发明的一个优选实施例，使用激光雷达测量目标物反射率的方法10进一步包括：

获取激光雷达探测器的温度，将回波光电流积分转换为等效标定温度下的回波光电流积分。

由于预先设定的回波光电流积分曲线是在恒定标定温度下进行的，而不同温度下光电探测器的增益会发生变化，在接收同样强度的光信号时所产生的光电流积分有所不同，造成实际测量的反射率值会存在漂移现象。因此，需要对实际测量得到的回波光电流积分进行温度补偿，得到等效标定温度下的回波光电流积分，以根据标定温度下的标定曲线，准确地计算目标物的反射率。

对于硅光电倍增管，光电流积分与温度存在如下关系：

其中：vd,t0是距离为d、环境温度为t0时标定得到的光电流积分；vd是激光雷达实际工作中，对距离为d的物体测量反射率得到的回波光电流积分；k和b为常规系数，对于某一硅光电倍增管而言是固定值；t是激光雷达在实际工作中测量反射率时的环境温度。

使用上述关系式可对硅光电倍增管的光电流积分进行温度补偿，在激光雷达的工作温度范围内，均可以将实时测得的回波光电流积分vd转换为等效标定温度t0下的回波光电流积分vd,t0。

通过本发明的优选实施例所提供温度补偿的方法，实际测得的反射率温漂减小了80％。

根据本发明的一个优选实施例，使用激光雷达测量目标物反射率的方法10进一步包括：

当第二光电流积分大于预设阈值时，将回波光电流积分转换为等效pde下的回波光电流积分。

在环境光较弱时，回波光信号对应的光电流积分和环境光信号对应的光电流积分可以线性叠加；然而，在环境光较强时，如图5所示，环境光信号造成硅光电倍增管中的部分spad饱和，在恢复时间内这部分spad不能被触发，使得被回波光信号触发的spad的数量减少，降低了探测器对于回波光信号的响应能力，可等效为光子探测效率(photondetectionefficiency，pde)的降低。因此，在环境光较强的情况下，应对回波光电流积分进行受环境光所影响的等效pde进行补偿，以得到等效标定pde下的回波光电流积分。

对于某一硅光电倍增管而言，等效pde仅与硅光电倍增管输出电信号对应的第一光电流积分、环境光对应的第二光电流积分相关，而与目标物的反射率、距离无关，但是会受到温度的影响。

根据本发明的一个优选实施例，另等效pde＝回波光电流积分/第二光电流积分。可以在恒温环境下，对激光雷达多个硅光电倍增管分别进行等效pde的标定，确定等效pde与第一光电流积分、第二光电流积分的标定关系，或等效pde与回波光电流积分(第一光电流积分与第二光电流积分的差值)、第一光电流积分的标定关系，以对回波光电流积分进行环境光补偿，以得到等效标定pde下的回波光电流积分。

具体的，在不同的环境光强度下，分别测量第一光电流积分和第二光电流积分，计算等效pde；或基于回波光电流积分、第二光电流积分，计算等效pde。从而获得等效pde与第一光电流积分和第二光电流积分的标定关系，或等效pde与回波光电流积分和第二光电流积分的标定关系。

其中，可以通过前期标定，设置一个环境光强度的临界值，对应环境光电流积分的临界值vb0。作为一种实施方式，在标定条件下，该临界值vb0对应为标定环境的第二电流积分。当环境光信号对应的第二光电流积分vb高于临界值vb0时，认为环境光信号超过了标定条件下的环境光强度，硅光电倍增管的等效pde低于标定值。此时需要进行环境光补偿。

根据本发明的一个优选实施例，根据上述标定关系，确定实测光电流积分对应的等效pde，将标定pde与该等效pde的比值作为补偿系数，将回波光电流积分乘以补偿系数，获得等效标定pde下的回波光电流积分。例如，另标定条件下的等效pde＝1，一实测第一光电流积分和第二光电流积分对应的等效pde＝0.9，补偿系数为1/0.9，则补偿后的等效标定pde下的回波光电流积分＝(第一光电流积分-第二光电流积分)/0.9。

当环境光信号对应的第二光电流积分vb低于临界值vb0时，认为环境光信号对硅光电倍增管的探测效率基本未产生影响。

根据本发明的一个优选实施例，激光雷达包括多个探测器，使用激光雷达测量目标物反射率的方法10进一步包括：

分别设定与每个探测器相对应的反射率、光电流积分与目标物距离的标定曲线。

如图6a、图6b所示，本发明提供一种激光雷达逐探测通道进行反射率标定的方法20，包括步骤s201至步骤s207。

在步骤s201中，安装激光雷达和预定反射率板；

在步骤s202中，激光雷达正入射预定反射率板；

在步骤s203中，在弱环境光(阴天或室内的光线)下，移动反射率板，测得第一光电流积分曲线和第二光电流积分曲线，作差获得对应预定反射率板反射率的回波光电流积分随距离变化的曲线；

在步骤s204中，在强环境光下，测得第一光电流积分与第二光电流积分，作差获得回波光电流积分；

在步骤s205中，标定等效pde与回波光电流积分和第二光电流积分的关系；

在步骤s206中，更换预定反射率板，重复步骤s201-s205；

在步骤s207中，生成校准表存入激光雷达。

其中，步骤s205中，等效pde等于回波光电流积分与第二光电流积分的比值。

根据本发明的一个优选实施例，如图7所示，本发明提供一种激光雷达100，包括发射单元110、接收单元120和处理单元130。

发射单元110配置成发射出探测光束，用以探测目标物；

接收单元120包括至少一个探测器，配置成接收光信号，并将光信号转换为电信号；

处理单元130配置成获取探测光束被目标物反射的回波对应的回波光电流积分，并根据预先设定的反射率标定曲线及回波光电流积分，确定目标物的反射率。

根据本发明的一个优选实施例，如图7所示，激光雷达100还包括：

积分单元140，与接收单元120的探测器耦接，配置成将电信号在预设时间内积分。

优选地，积分单元140的输入端与激光雷达的探测器的阳极或阴极耦接，用以获取探测器输出电信号的积分。

根据本发明的一个优选实施例，所述探测器为硅光电倍增管，所述积分单元140与硅光电倍增管的阳极耦接。

根据本发明的一个优选实施例，所述积分单元140包括rc积分电路。

根据本发明的另一个优选实施例，所述积分单元140还包括运算放大器，所述rc积分电路与所述运算放大器的第一输入端耦接。

作为优选，所述运算放大器的输出端通过电阻与所述运算放大器的第二输入端耦接。

根据本发明的一个优选实施例，如图7所示，激光雷达100还包括：

采样单元150，与积分单元140的输出端耦接，配置成对积分单元140的输出进行采样，以获取光电流积分。

图8a示出了根据本发明一个实施例的积分单元140。

图8a为本发明的积分单元140所采用的积分电路简图，图8b为该积分电路的输出信号图。参照图8a和图8b，激光雷达的探测器(图中优选为硅光电倍增管sipm)在反向偏压vs下被光子触发雪崩，硅光电倍增管sipm的阳极输出电脉冲经电阻r1和电容c组成的rc电路进行积分，经运算放大器转换为电压信号v。

在图8a所示的实施例中，采样单元150为模数转换器(analogdigitalconverter，adc)，更优选为低速adc。adc可以对运算放大器的输出的电压信号进行采样，获取电压信号峰值，作为光电流积分。

另一方面，对于采用快速输出电信号计算目标物距离的sipm而言，本发明的积分电路连接在sipm的阳极，对fastoutput的定时测量不造成任何影响。根据本发明的优选实施例，可以在快速测量目标物距离的同时，根据积分电路输出的光电流积分获取准确的反射率信息。

优选地，该积分电路积分的周期与硅光电倍增管sipm的探测周期相同，可达到百纳秒量级，相比于现有技术中对回波脉冲的前沿斜率或脉冲宽度进行纳秒级测量从而确定目标物的反射率，大大提高了测量精度。在回波电脉冲信号具有随机抖动的情况下，通过测量回波光电流积分来测量反射率，可以消除上述器件电脉冲信号的影响，进一步提高了反射率测量的准确度。此外，回波光电流积分随回波能量强度单调变化，不存在非单值性，不受器件饱和的影响，提升了反射率测量的动态范围。

根据spad的特性，在雪崩发生时，雪崩倍增区中的任何缺陷都有可能成为载流子的俘获区域。当有光子入射spad时，基于光电效应产生的电荷穿越探测器的雪崩倍增区，一些载流子被这些缺陷俘获，当光电转换过程结束后，这些缺陷中释放出的载流子受到电场加速，会再次引发雪崩，产生与前一次雪崩脉冲相关联的后脉冲。后脉冲会造成探测器输出电脉冲波形的抖动，使得采用前沿斜率和脉宽计算反射率产生很大的误差。

然而，后脉冲的强度随着入射光强度的增大而增大。本发明巧妙地将电信号在时间上积分，不仅能消除后脉冲产生的波形抖动带来的影响，还能进一步利用后脉冲随回波能量增强而强度增大的规律，能更准确地反映回波光强度，提高目标物反射率计算准确度。

作为一种实施方式，激光雷达的激光器与探测器(sipm)一一对应，在一个激光器被选通发光时，与之对应的sipm被激活以接收回波信号。在切换到下一个硅光电倍增管之前，积分电路的开关k导通一次，将电容c上的积分电荷清零。

本领域技术人员能够理解，图8a仅示出了本发明的积分单元所采用的一种积分电路，其他实现对激光雷达的探测器输出光电流进行积分的电路形式，也在本发明的保护范围之内。

根据本发明的一个优选实施例，探测光束的反射回波包括多个光脉冲，回波光电流积分为该多个光脉冲所对应的多个电脉冲的累积积分。

如图8b所示，在一个探测周期内，发射单元110发射多个激光脉冲信号(可以为2-4个)，相应的接收单元120的至少一个探测器进行探测也会接收到多个回波光脉冲信号，将一个探测周期内的全部回波电脉冲进行积分。即每次tof测量时发射单元110发射2-4个激光脉冲信号，接收单元120接收这2-4个脉冲信号的反射回波，进行累计积分。本发明的优选实施例采用累积积分的方式，显著减小了单脉冲抖动带来的测量误差，进一步提高了反射率的测量精度。

优选地，激光雷达100包括多个积分单元140，分别与接收单元120的多个探测器耦接，在对应的探测器进行探测时，对其输出光电流进行积分并输出积分结果。或者，积分单元140与接收单元120的多个探测器分别耦接，当选通的探测器进行探测时，对其输出的光电流进行积分并输出积分结果。

根据本发明的一个优选实施例，激光雷达100的积分单元140进一步配置成：

将环境光产生的电信号在第二预设时间内积分，以获得环境光对应的第二光电流积分；

将激光雷达探测器接收回波时的电信号在第一预设时间内积分，以获得第一光电流积分。

根据本发明的一个优选实施例，其中处理单元130进一步配置成：

获取第一光电流积分、第二光电流积分，将第一光电流积分与第二光电流积分的差作为回波光电流积分。

优选地，所述第一预设时间与所述第二预设时间的时间间隔相近。更优选地，第一预设时间和第二预设时间为百ns量级。

根据本发明的一个优选实施例，处理单元130进一步配置成：

根据探测光束的发射时间和回波的接收时间，确定目标物距离；

根据预先设定的反射率、光电流积分与目标物距离的标定曲线，以及回波光电流积分，确定目标物的反射率。

根据本发明的一个优选实施例，处理单元130进一步配置成：

根据预先设定的多个预定反射率分别对应光电流积分与目标物距离的标定曲线，采用插值法计算回波光电流积分对应的目标物的反射率。

根据本发明的一个优选实施例，激光雷达还包括：温度检测单元，用于获取探测器的温度。

处理单元130进一步配置成：

根据激光雷达探测器的温度，将回波光电流积分转换为等效标定温度下的回波光电流积分。

根据本发明的一个优选实施例，处理单元130进一步配置成：

当第二光电流积分大于预设阈值时，将回波光电流积分转换为等效标定pde下的回波光电流积分。

根据本发明的一个优选实施例，处理单元130进一步配置成：

根据每个探测器对应的回波光电流积分，分别计算目标物的反射率。

本发明的优选实施例提供了一种通过光电流积分测量目标物反射的方法，基于光电探测器对于光子响应电流的长时累积，相比于现有技术中通过测量回波电脉冲峰值强度、脉冲宽度、前沿斜率等信号特征测量反射率的方法，本发明所提供的方法功耗低、准确率高、测量精度高、动态范围大。尤其可以克服回波电脉冲信号特征随机抖动、非线性、易饱和、动态范围小等缺陷对反射率测量造成的不利影响，为硅光电倍增管器件在激光雷达领域的广泛应用起到了良好的推动作用。

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。