应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法及系统

本发明涉及电路与系统领域，特别是应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法及系统。

背景技术：

1、由于激光雷达探测器具备集成度高、成像速度快和成像距离远等优点，所以已被广泛应用于3d打印、自动驾驶和面部识别等领域。时间数字转换器作为激光雷达探测器的重要组成部分，是一种用来测量时间的电路，它将连续的时间信号也就是光子飞行时间信号转换为数字信号，从而实现时间测量的数字化。对于激光雷达探测器而言，大阵列探测器设计是必然发展趋势，然而大规模阵列意味需要大量并行数据的测量，但由于噪声等测距环境的影响，仅由时间数字转换器采集单次数据测量的准确性难以得到保证，因此可采用直方图峰值提取方法，通过对所测距离进行多次测量并由时间数字转换器采集数据，将采集到的数据以光子飞行时间值为横坐标，对应光子飞行时间值的次数为纵坐标构建直方图，对直方图最高光子飞行时间值下的光子飞行次数进行峰值提取，从而得到精准的数据。

2、当前主流的数据处理方法为一步法直方图读出电路，即时间数字转换器对所测距离进行多次数据采集后，将所有采集的数据全部存储在静态随机存取存储器中，通过提取存储器内的计数值，找到出现计数值最多的次数，将这个计数值定义为光子飞行时间峰值，将此光子飞行时间峰值与时间数字转换器内部计数器周期相乘，进而计算出测量距离。这种方法虽然在原有基础上提高了测距的准确性，但因其原理为先存储全部数据再提取所有数据，进而寻找数据中出现次数最多的光子飞行时间峰值，这一过程不仅对存储内存需求大，数据提峰耗费时间也相当长，因此在后续进行大阵列激光测距方面具有很大的局限性。所以非常有必要提出一种在保证测量精度基础上，既节省内存，又提高数据处理速率的直方图峰值提取方法。这种方法适用于大阵列激光测距，有助于推动激光雷达技术在各领域的应用。

技术实现思路

1、鉴于现有的传统一步法直方图读出电路存储内存需求大、数据处理速度慢和提取峰值精度低存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明所要解决的问题在于如何在可校准多步直方图峰值提取方法中，在保证测量精度的同时，既节省内存，又提高数据处理速率。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

4、第一方面，本发明实施例提供了应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法，其包括用激光雷达传感器测距，并用时间数字转换器采集光子飞行时间值，控制电路根据位数从高位向低位划分数据为3个可变步长；用时间数字转换器按第一步长采集数据并进行滤波，以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第一直方图并提取峰值；在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集，依次生成第二和第三直方图并提取峰值；时间数字转换器按第三步长采集新的数据生成第四直方图并提取峰值，并将第四直方图峰值和第三直方图峰值进行比对，若有差异，则将第四直方图峰值替代第三直方图峰值完成校准工作；将校准后的三个峰值由高位向低位进行组合，形成最终光子飞行时间值，并输出仿真结果。

5、作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述时间数字转换器按第一步长采集数据并进行滤波包括以下步骤：控制电路控制使能信号en1有效，并启动时间数字转换器按照设定的第一步长n1采集高n1位数据，当数据采满后，控制电路控制stop1信号有效，停止时间数字转换器工作；控制电路控制滤波复位信号sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理，当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；控制电路控制峰值检测复位信号sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第一直方图，构建完第一直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；控制电路控制直方图复位信号sys_rst_histogram有效，将构建的第一直方图峰值存储在直方图存储器1中，并记录峰值对应的横坐标xi1所表示的光子飞行时间值地址peaki1，控制电路控制直方图复位信号sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器1工作。

6、作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集包括以下步骤：控制电路控制使能信号en2有效，启动时间数字转换器，在第一步长的基础上依次叠加第二步长n1+n2采集n1+n2位数据，当数据采满后，控制电路控制stop2信号有效，停止时间数字转换器工作；控制电路控制滤波复位信号sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理，当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；控制电路控制峰值检测复位信号sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第二直方图，构建完第二直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；控制电路控制直方图复位信号sys_rst_histogram有效，将构建的第二直方图峰值存储在直方图存储器2中，并记录峰值对应的横坐标xi2所表示的光子飞行时间值地址peaki2；时间数字转换器再次采集数据并滤波，将数据按第一和第二步长分为高位和中位并提取高位峰值x21，并将高位峰值x21和peaki1上数值进行比较，若高位峰值x21和peaki1上数值不同，则滤除，若相同，则提取第二步长峰值存储在直方图存储器2中，将峰值对应的横坐标数值xi2地址记为peaki2，控制电路控制直方图复位信号sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器2工作。

7、作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述在第一步长基础上依次叠加第二步长和第三步长进行数据采集还包括以下步骤：控制电路控制使能信号en3有效，启动时间数字转换器，在第一步长的基础上依次叠加第二步长和第三步长n1+n2+n3采集n1+n2+n3位数据，当数据采满后，控制电路控制stop3信号有效，停止时间数字转换器工作；控制电路控制滤波复位信号sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理，噪声阈值由时间数字转换器通过对环境背底光检测得到，可以过滤大部分噪声，当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；控制电路控制峰值检测复位信号sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第三直方图，构建完第三直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；控制电路控制直方图复位信号sys_rst_histogram有效，将构建的第三直方图峰值存储在直方图存储器3中，并记录峰值对应的横坐标xi3所表示的光子飞行时间值地址peaki3；时间数字转换器再次采集数据并滤波，将数据按第一、第二和第三步长分为高位、中位和低位并提取高位峰值x31，并将高位峰值x311和peaki1上相同的提取中位峰值x32数值进行比较；若高位峰值x32和peaki3上数值不同，则滤除，若高位峰值x32和peaki3上数值相同，则提取第二步长峰值存储在直方图存储器3中，将峰值对应的横坐标数值xi3地址记为peaki3，控制电路控制直方图复位信号sys_rst_histogram无效，停止直方图存储器3工作。

8、作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述时间数字转换器按第三步长采集新的数据生成第四直方图并提取峰值包括以下步骤：控制电路控制使能信号en4有效，启动时间数字转换器，启动时间数字转换器按设定的第三步长n3采集新低n3位数据，当数据采满后，控制电路控制stop4信号有效，停止时间数字转换器工作；控制电路控制滤波复位信号sys_rst_filtering有效，使噪声滤波电路根据环境设置的噪声阈值对输入数据进行滤波处理，当所有数据完成滤波后，控制电路控制滤波复位信号sys_rst_filtering无效，停止噪声滤波电路工作；控制电路控制峰值检测复位信号sys_rst_peak有效，并根据检测的数据以光子飞行时间和光子飞行次数为横纵坐标，生成第四直方图，构建完第四直方图后，控制电路控制峰值检测复位信号sys_rst_peak无效，停止峰值检测电路工作；控制电路控制直方图复位信号sys_rst_histogram有效，将构建的第三直方图峰值存储在直方图存储器4中，并记录峰值对应的横坐标xi4所表示的光子飞行时间值地址peaki4；时间数字转换器再次采集数据并滤波，提取第三步长峰值存储在直方图存储器4中，将峰值对应的横坐标数值xi4地址记为peaki4，将peaki3和peaki4上数值对比，若peaki3和peaki4上数值不同，则peaki4上数值替换peaki3上数值，若peaki3和peaki4上数值相同，则由高到低将peaki1、peaki2和peaki3组合形成光子飞行时间值。

9、作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述将校准后的三个峰值由高位向低位进行组合，形成最终光子飞行时间值：控制电路控制sys_rst_calibration信号有效，开始峰值校准组合电路工作，峰值校准组合电路将peaki3和peaki4地址上的数据进行比对；若peaki3和peaki4地址上的数据相同，则直接将peaki1、peaki2和peaki3地址上数据由高位到低位组合成整体n位二进制数据，形成光子飞行时间值，若peaki3和peaki4地址上的数据不相同，则用peaki4地址上的数据替换peaki3地址上的数据组合成校准后整体n位二进制数据，接着将组合而成的整体二进制数据输出，得到光子飞行时间值；时间数字转换器采集新低位滤波后数据并提取峰值，将新低位峰值和原低位峰值进行对比，若新低位峰值和原低位峰值相同，则三个存储器中存储的横坐标值进行组合形成光子飞行时间值，否则替换原有低位峰值并组合生成校准后光子飞行时间值。具体为将peaki1所存地址、peaki2所存地址、peaki3所存地址以及peaki4所存地址上的各横坐标数据由高位到低位组合形成光子飞行时间值。

10、作为本发明所述应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的一种优选方案，其中：所述仿真结果包括以下步骤：仿真结果包括系统时钟信号(sys_clk)、系统复位信号(sys_rst)、第一步长峰值数据(historgram_data_r1)、第二步长峰值数据(historgram_data_r2)、第三步长峰值数据

11、(historgram_data_f1)、校准后第三步长峰值数据(historgram_data_f1_calibration)、第一峰值出现次数(num1)、第二峰值出现次数(num2)、第三峰值出现次数(num3)、校准前最终峰值数据(a)以及校准后最终数据(b)。

12、第二方面，本发明实施例提供了应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取系统，其包括：

13、控制电路模块，用于控制电路中的各个模块，实现对电路的整体控制；时间数字转换器模块，用于采集测距信息，并将其转换为数字信号以供后续处理；噪声滤波电路模块，用于过滤来自环境的噪声，确保输入信号的清晰度和准确性；峰值检测电路模块，用于检测数据内的峰值，识别并提取出峰值信号；直方图存储器模块，有多个直方图存储器模块，用于存储直方图数据，分别存储不同类型的直方图数据，根据命名，有四个直方图存储器；峰值校准组合电路模块，用于对峰值进行校准，并将校准后的峰值组合成最终的光子飞行时间测量值。

14、第三方面，本发明实施例提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的步骤。

15、第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中：所述计算机程序指令被处理器执行时实现如本发明第一方面所述的应用于激光雷达可校准多步直方图峰值读取方法的步骤。

16、本发明有益效果为：本发明和现有的全范围直方图峰值读取方法相比，通过多步峰值提取方法和步长叠加提取不同位宽下的峰值，一方面节省数据的存储内存空间，另一方面也提升整体数据的采集和峰值提取速率，并且在数字时间转换器采集数据后，进行噪声滤波处理，滤除潜在的噪声干扰，提高整体系统的稳定性和抗干扰性；还增加峰值校准的功能，避免因不确定性因素所造成的峰值偏移，通过峰值校准实现精准的光子飞行时间值的锁定；和需要大内存的存储器的片外数据处理方法相比，可实现片内数据处理，大大减少数据传输之间的串扰带来的误差，这种直方图峰值提取方法和时间数字转换器的高度集成，具有高度的集成性，大大节省电路资源，降低整体电路成本。