一种激光雷达测距装置及其测距方法与流程

一种激光雷达测距装置及其测距方法
1.本发明涉及探测技术领域，特别是指一种激光雷达测距装置及其测距方法。


背景技术：

2.距离探测尤其利用激光源实现的主动型探测系统，其原理为通过光源主动发射探测的发射光，例如近红外类型的探测光，其波长可以选择为800-1200nm范围内，此处并不限定于此，采用近红外类型的探测波也能够保证在视场内存在以人为对象时的安全性，因此近红外类型的主动探测系统越来越普遍地应用于各种场景中，例如后续的自动驾驶、智能门锁、安防摄像、手机三维摄像等等。
3.飞行时间(“tof”)光检测和测距(“lidar”)是一种用于远程距离测量的技术。toflidar传感器通过测量激光脉冲在仪器和物体之间传播所需的时间来确定包括传感器和物体的仪器之间的距离。
4.目前应用较广泛的探测方法包含间接飞行时间(itof)测量方案和直接飞行时间(dtof)测量方案。大部分的间接飞行时间测量方案都是采用了测相位偏移的方法，即发射波与接收波之间的相位差，发射和接收波的横坐标是时间t，纵坐标是光强，根据二者的相位差便可获得飞行时间t，从而根据d＝c*t/2计算获得探测物体的距离。直接飞行时间测量方案一般通过皮秒级分辨率的测量系统(多采用spad+tdc)，直接获得发射与对应的接收端触发的时间差，即为飞行时间t，从而计算探测物体的距离。在这两种应用最广泛的探测方式中，由于探测机理的差异，itof与dtof探测系统对于发射的脉冲光要求也不相同。itof和dtof因为发射的面光源发光面积大，因此单位面积功率小，增大发射功率又受到人眼安全限制所以itof与dtof的探测方式都存在探测距离短的问题。如何在距离探测中进行远距离的测距是亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本技术的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种激光雷达测距装置及其测距方法以解决远距离测距的技术问题。
6.为实现上述目的，本技术实施例采用的技术方案如下：
7.第一方面本技术提供了一种激光雷达测距装置，其特征在于，包括光源、处于所述光源内部的光源pd、待测目标、接收阵列、转换放大器以及后处理模块；所述光源发射探测光；所述光源pd接收所述探测光生成光电流，并将所述光源pd的光电流发送给所述转换放大器；所述接收阵列接收所述待测目标的反射光生成光电流并将所述接收阵列的光电流发送给所述转换放大器；所述转换放大器的输出为所述后处理模块的输入，所述后处理模块根据接收到的信息获得所述待测目标的距离；
8.可选的，所述后处理模块包括比较器与pfga；
9.可选的，所述光源pd以及所述接收阵列分别与所述转换放大器电连接；
10.可选的，所述光源pd与所述光源电连接，并反馈探测光参数信息给所述光源用于调整探测光的参数使其满足预先设置需求；
11.可选的，所述后处理模块根据所述光源pd的信息确定所述探测光的发射时间，所述后处理模块根据所述接收阵列接收到所述待测目标的反射光时间以及所述探测光的发射时间获得所述待测目标的距离；
12.可选的，还包括电源模块，所述电源模块，所述电源模块根绝所述接收阵列的偏压以及所述转换放大器的电压允许值确定输出电压值；
13.可选的，所述接收阵列与转换放大器以打金线的方式接到电路板上，引出阳极、阴极和地三个引脚；
14.可选的，所述输出模块利用交流耦合，电阻作为负载，用射频端子引出两路电压；
15.第二方面本技术提供了一种激光雷达测距方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：光源放射探测光；光源pd接收探测光并生成光电流；接收阵列接收待测目标反射光并生成光电流；所述光源pd与所述接收阵列分别将光电流发送给转换放大器；转换放大器将接收到的信息转换放大后发送给后处理模块；所述后处理模块根据接收到的信息计算飞行时间并确定待测目标的距离；
16.可选的，所述光源pd接收探测光的时间为光源发射探测光的初始时间。
17.本技术的有益效果是：
18.一种激光雷达测距装置，其特征在于，包括光源、处于所述光源内部的光源pd、待测目标、接收阵列、转换放大器以及后处理模块；所述光源发射探测光；所述光源pd接收所述探测光生成光电流，并将所述光源pd的光电流发送给所述转换放大器；所述接收阵列接收所述待测目标的反射光生成光电流并将所述接收阵列的光电流发送给所述转换放大器；所述转换放大器的输出为所述后处理模块的输入，所述后处理模块根据接收到的信息获得所述待测目标的距离，通过如此设计可以解决由于人眼安全限制远距离测距的问题，并且可以通过增加接收阵列数目提供测距分辨率，以达到对远距离待测目标的高精度测距。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1为本技术实施例提供的一种测距系统示意图；
21.图2为本技术实施例提供的一种测距电路示意图；
22.图3为本技术实施例提供的一种测距方法流程示意图。
具体实施方式
23.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和展示的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通
技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.图1为本技术实施例提供的一种测距系统示意图。如图1所示测距系统10包括光源101、光源pd102、待测目标103、接收阵列104、转换放大器105、以及后处理模块106。所述后处理模块可以包括比较器与fpga。在一个实施例中光源101包括控制单元用以控制光源发出的脉冲周期，脉冲宽度，光源功率等参数，所述参数可以预先设置。所述光源101按照预先设置的参数发射出探测光。其中光源pd102处于光源101内部，pd102接收所述探测光，并将接收到的光源功率、脉冲周期、脉冲宽度等参数中的一个或者多个反馈给所述光源101的控制模块。所述光源的控制模块可以根据接收到的所述光源pd102的反馈信息调整发射的探测光，使其满足预先设置的需求。在又一实施例中所述光源pd还可以根据接收到的所述探测光时间确定所述光源的发射时间。所述光源可以实现高峰值功率、低脉冲宽度的激光输出，例如可以输出1064nm的激光。在其他实施例中所述光源模块还包括温控模块，所述温控模块采用tec主动控温，可以保证所述光源101在-20-50℃环境下稳定的输出探测光。其中所述光源模块用密封结构设计，可以防水汽、防尘、防氧化等，具有很高的可靠性。
27.在图1所述实施例中所述探测光经过所述待测目标103的反射被接收阵列pd104接收，所述接收阵列104将接收到的反射光生成光电流。所述接收阵列104与转换放大器105电连接并将其的光电流输入给放大转换器，同时转换放大器105与所述光源pd 102电连接，光源pd 102也将其方电流输入给转换放大器105。转换放大器用于将传感器(如:光电二极管)的输出电流转换成电压信号并进行放大，在一个实施例中转换放大器可以为同时互阻放大器(tia)。其中光源pd102接接收到探测光的时间为光源发射时间。所述转换放大器与所述后处理模块106电连接。所述转换放大器的输出作为所述后处理模块的输入。其中后处理模块106中的高速比较器用于将模拟信号转换为数字信号，所述fpga根绝所述接收阵列pd104根据接收到的反射光时间以及光源pd102接收到所述探测光的时间，获得飞行时间，并根据飞行时间计算出待测物体的距离。在其他实施例中当接收阵列pd中接收到的反射光时间不相同时，可以根据平均的方式求出接收到的反射光时间。
28.图2为本技术实施例提供的一种测距电路示意图。如图2所示包括电源模块201、接收阵列及转换放大器模块202以及输出放大模块203。其中电源模块201分别给转换放大器以及电压运放和输出缓冲器供电，供电电压为3.3v。所述电源模块201根据接收阵列偏压以及转换放大器芯片电压的允许值，调整电阻值，确定电源的输出电压值。输出模块203分两路输出，分别为光源pd的光电流通过转换放大器202的输出值，以及接收阵列的光电流通过转换放大器202的输出值。所述输出模块的两路输出进一步与所述电压运放和输出缓冲器连接，对所述输出模块的输出信号进行对比耦合，耦合时候可以将光源pd以及接收阵列的信号进行放大并将有用信号提取出来传输给后处理模块，用于计算飞行时间，并根据所述飞行时间进一步获得待测目标距离。
29.其中接收阵列的输入电流范围可以为0.5ua～3ma，带宽9.5ghz，上升时间约为37ps，反偏电压范围为-3～0v。在测试大电流时，利用电阻回路直接检测。接收阵列与转换放大器以打金线的方式接到电路板上，引出阳极、阴极和地三个引脚。增加接收阵列中像素
的数目以增加测距的分辨率。
30.所述输出模块203是利用交流耦合，电阻作为负载，用射频端子引出两路电压。
31.图3为本技术实施例提供的一种激光雷达测距方法流程示意图。如图3所示的测距方法包括如下步骤：
32.s301：光源发射探测光；其中所述探测光一部分被光源pd接收，一部分发送至待测目标；
33.s302：光源pd接收探测光并生成光电流；
34.s303：光源pd将光电流发送给转换放大器；
35.s304：待测目标反射所述探测光，接收阵列接收所述发射光并生成光电流；
36.s305：接收阵列将光电流发送给转换放大器；
37.s306：转换放大器将接收到的光电流转换放大为电压信号并输出给后处理模块；
38.s307：后处理模块根据收到的信息确定飞行时间，进一步获得待测目标的距离。其中光源pd接收到的探测光时间为光源发射出探测光的初始时间。
39.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
40.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。