一种基于SPAD的激光雷达测试方法与流程

一种基于spad的激光雷达测试方法
技术领域
1.本发明涉及激光测距领域，更具体的说是，涉及一种基于spad的激光雷达测试方法。


背景技术：

2.激光雷达技术通过主动发射激光束，照射到被测物体后，形成漫反射回波，由接收系统接收回波；通过测量激光发射时刻和回波接收时刻的时间差，可以获得激光雷达与被测物体的距离信息。由于激光具有重复频率高、激光光斑小、能量集中、指向性好等优点。使得激光雷达可以实现对被测物体的远距离、高精度测量。激光雷达的三维环境测量和感知具有重要的民用和军事应用价值。在先进驾驶辅助系统(adas)和自动驾驶系统中，对车辆周边环境进行空间距离测量和三维环境重建，是实现高精度自动驾驶控制的重要前提条件。
3.目前激光雷达系统一般包括激光发射系统、光路操控系统、回波接收系统以及芯片处理系统组成，激光雷达技术通过主动发射激光束，经光路操作系统后照射到被测物体后，形成漫反射回波，由接收系统接收回波光源,接收系统主要为各种光电探测器，如：ccd光传感器、cmos传感器、pd光电二极管、apd雪崩二极管、spad等。基于spad(single photon avalanche diode，单光子雪崩二极管)阵列探测器的激光雷达因灵敏度高、极限量程大等优点，展现出很高的优势和广阔的前景。
4.spad阵列中的每个像素单元在外加高电压差下，处于雪崩状态(在一些特殊场景下其放大倍数非最大状态，也可以为线性放大状态的盖革模式)，这种状态下像素单元被激发放电，输出值为“1”，如果没有被激发，则不输出任何值或输出值为“0”。
5.spad芯片是一种纯数字电路系统，每颗像素的输出为“0”或者“1”,0为像素没有接收到光子，“1”为像素接收到光子能量，pn结放电，一般有几种情况：1、暗电流使像素输出值为1；2、受到外界环境光的影响，输出值为1；3、激光雷达主动光源发出的光经被测物体反射回来的光，被spad接收到时，输出值为1。
6.spad芯片与tdc模块(时间-距离转换器、time distance convertor)连接，激光雷达在一个测量周期内，向目标区域发射n个激光脉冲，每发射一个激光脉冲，激光雷达内部时钟开始计时，tdc模块记录spad芯片的输出时间，并在n次激光脉冲发完后并进行直方图统计，选取直方图最高的值所对应的时间，其表示所述光源何时发射所述光以及所述光电检测器何时检测到所述图像光的时序信号差及时间差,通过：
7.s＝光速
×
时间差/2
8.直接计算成所测物体的距离，可以省去其他感光元件光信号-模拟信号-数字信号的信号变化流程，因此具有更高的效率。
9.但相较于传统激光雷达，spad型激光雷达更容易受到噪声的影响，除检测物体产生的有效输出之外，还有环境光噪声、暗电流噪声等因素导致的spad输出误差。


技术实现要素：

10.本发明的目的是提供一种基于spad的激光雷达测试方法。
11.本发明要解决的是现有的基于spad探测器的激光雷达存在的问题。
12.与现有技术相比，本发明技术方案及其有益效果如下：
13.一种基于spad的激光雷达测试方法，包括：步骤一，在没有环境光且激光雷达未发射主动光源时，读取spad探测器的每个像素在一个测量周期内的输出累加值并记录为a；步骤二，激光雷达发射/不发射激光光源，激光雷达接收环境光，读取spad探测器的每个像素在一个测量周期内的输出累加值并记录为b，激光雷达根据a和b生成灰度图；步骤三，激光雷达发射主动光源，spad探测器接收回波光源，对spad探测器的每个像素在一个测量周期内的输出值进行直方图统计，并生成距离图；步骤四，激光雷达根据灰度图和距离图，进一步对所测物体进行识别和判断。
14.作为进一步改进的，步骤二的激光雷达根据a和b生成灰度图，包括：激光雷达fpga处理器进行b-a处理，根据b-a的值生成灰度图。
15.作为进一步改进的，步骤三的生成距离图，包括：激光雷达fpga处理器读取spad探测器的每个像素的直方图最大值对应的时间并换算距离值，并生成距离图。
16.作为进一步改进的，步骤三和步骤四同时进行。
17.作为进一步改进的，a为激光雷达暗电流噪音，a值与激光雷达的温度值相关。
18.本发明的有益效果为：
19.通过此发明种的测试方法，不仅统计出了在没有光源时暗电流的噪声和环境光的噪声，去除了暗电流噪声，同时对环境光噪声进行了计算处理，生成环境的灰度图片，激光雷达芯片处理器同时对灰度图和所测物体的距离图同时融合处理，有效利用了环境光对spad探测器的像素的影响，提高了激光雷达对所测物体或者障碍物的识别能力。
附图说明
20.图1是本发明实施例提供的一种基于spad的激光雷达测试方法的第一示意图。
21.图2是本发明实施例提供的一种基于spad的激光雷达测试方法的第二示意图。
具体实施方式
22.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
23.参照图1和图2所示，一种基于spad的激光雷达测试方法，包括：
24.步骤一，在没有环境光且激光雷达未发射主动光源时，读取spad探测器的每个像素在一个测量周期内的输出累加值并记录为a；a为激光雷达暗电流噪音，a值与激光雷达的
温度值相关。由于激光雷达温度的变化，暗电流增大，会导致a值的变化，根据激光雷达温度值的变化，及时对a值进行修正。
25.步骤二，激光雷达发射/不发射激光光源，激光雷达接收环境光，读取spad探测器的每个像素在一个测量周期内的输出累加值并记录为b，激光雷达根据a和b生成灰度图；步骤二的激光雷达根据a和b生成灰度图，包括：激光雷达fpga处理器进行b-a处理，根据b-a的值生成灰度图。
26.步骤三，激光雷达发射主动光源，spad探测器接收回波光源，对spad探测器的每个像素在一个测量周期内的输出值进行直方图统计，并生成距离图；步骤三的生成距离图，包括：激光雷达fpga处理器读取spad探测器的每个像素的直方图最大值对应的时间并换算距离值，并生成距离图。
27.步骤四，激光雷达根据灰度图和距离图，进一步对所测物体进行识别和判断。
28.其中，步骤三和步骤四同时进行。
29.由于受到暗电流和环境光的影响，spad探测器的像素单元在没有接收到信号光源的情况下，也会值输出，造成激光雷达的噪声。通过此发明种的测试方法，不仅统计出了在没有光源时暗电流的噪声和环境光的噪声，去除了暗电流噪声，同时对环境光噪声进行了计算处理，生成环境的灰度图片，激光雷达芯片处理器同时对灰度图和所测物体的距离图同时融合处理，有效利用了环境光对spad像素的影响，提高了激光雷达对所测物体或者障碍物的识别能力。
30.以上实施例仅用以解释说明本发明的技术方案而非对其限制。本领域技术人员应当理解，未脱离本发明精神和范围的任何修改和等同替换，均应落入本发明权利要求的保护范围中。