脉冲光检测和测距装置、在脉冲光检测和测距系统中对物体进行检测和测距的系统和方法制造方法及图纸

一种脉冲光检测和测距装置，包括光学检测器，该光学检测器被布置用于在使用时响应于入射在其上的光脉冲而产生时间序列数据。还提供处理资源并且该处理资源被布置用于支持脉冲分析器(132)。脉冲分析器(132)被布置用于识别(134)由时间序列数据描述的脉冲的拐点。脉冲分析器(132)还被布置用于基于相对于与时间序列数据相关联的时间轴确定的拐点来计算(138)距离。

Pulse light detection and ranging device, system and method of detecting and ranging objects in pulse light detection and ranging system

【技术实现步骤摘要】
脉冲光检测和测距装置、在脉冲光检测和测距系统中对物体进行检测和测距的系统和方法
本专利技术涉及一种脉冲光检测和测距装置，其类型是例如计算到物体的距离。本专利技术还涉及一种脉冲光检测和测距系统，其类型是例如计算到物体的距离。本专利技术还涉及一种对物体进行检测和测距的方法，其类型是例如计算到物体的距离。
技术介绍
在所谓的飞行时间感测系统和其他系统(例如夜视系统)中，已知采用照明源以便照射在照明源的视场内的周围环境，有时被称为“场景”。在这方面，采用所谓的LIDAR(光检测和测距)系统。一种类型的LIDAR用光脉冲照射场景，并且通常包括照明源、检测设备(例如光电二极管阵列)、一些光学元件和处理单元。照明源用光脉冲照射场景。从场景中的物体反射的光脉冲由检测设备接收并被转换成电信号，该电信号然后由处理单元通过飞行时间计算处理，以便确定物体与检测设备的距离。然而，脉冲光检测和测距系统的许多实现要求接收的脉冲完整，并且饱和的输入信号使得脉冲的开始的识别不准确，从而使得许多已知的检测方法对于光学测距应用是不切实际的。在这方面，这种方法有时依赖于接收不饱和脉冲，因为例如采用峰值检测或需要脉冲波形基本上完整的一些其他技术以便计算发射光脉冲的飞行时间。一种已知的解决方案采用针对良好接收的脉冲的算法以及针对甚至具有最小饱和的脉冲的情况的不同算法。然而，算法之间的转换导致距离计算中的系统误差。采用例如峰值检测的另一种解决方案要求系统被校准以输出功率电平、输入信号的幅度和/或饱和电平。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种脉冲光检测和测距装置，包括：光学检测器，该光学检测器被布置用于在使用时响应于入射到其上的光脉冲产生时间序列数据；处理资源，该处理资源被布置用于支持脉冲分析器，所述脉冲分析器被布置用于识别由时间序列数据描述的脉冲的拐点；其中脉冲分析器进一步被布置用于相对于与时间序列数据相关联的时间轴基于所确定的拐点来计算距离。脉冲分析器可以被布置用于计算脉冲在拐点处的的切线并且确定切线与时间轴的交点。脉冲分析器可以进一步被布置用于使用所确定的切线与时间轴的交点来计算距离。脉冲分析器可以包括拐点计算器，该拐点计算器被布置用于分析时间序列数据并识别关于脉冲的拐点。拐点计算器可以被布置用于通过确定时间序列数据的一阶导数或时间序列数据的二阶导数来识别拐点。脉冲可以包括上升沿，并且拐点可以在脉冲的上升沿的至少一部分上。脉冲分析器可以包括切线计算器，该切线计算器被布置用于计算脉冲在所识别的拐点处的切线。切线计算器可以计算拐点周围的一条以上的切线，并且可以通过对所计算的一条以上的切线求平均来计算切线。脉冲分析器可以包括交点计算器，该交点计算器被布置用于计算所计算的切线的x截距；x-截距可以对应于与时间轴的交点。脉冲分析器可以包括距离计算器，该距离计算器被布置用于使用所计算的x-截距来计算距离。光脉冲可以是反射光脉冲。根据本专利技术的第二方面，提供了一种脉冲光检测和测距系统，包括：如以上所述的关于本专利技术第一方面的脉冲光检测和测距装置；以及脉冲光源。该系统还可以包括同步单元，该同步单元被布置用于传送由脉冲光源发射光脉冲的时间。根据本专利技术的第三方面，提供了一种在脉冲光检测和测距系统中对物体进行检测和测距的方法，该方法包括：从光学检测器接收时间序列数据；根据时间序列数据计算拐点；以及相对于与时间序列数据相关联的时间轴基于所确定的拐点来计算距离。该方法可进一步包括：计算在计算出的拐点处的切线；并计算所计算的切线与时间轴相交的交点。可以使用计算出的交点计算从检测器到物体的距离。该方法可以进一步包括通过计算时间序列数据的一阶导数或时间序列数据的二阶导数来计算拐点。该方法可以进一步包括通过计算拐点周围的一条以上的切线并计算所计算出的一条以上的切线的平均值来计算切线。时间序列数据可以对应于脉冲；脉冲可以包括上升沿；并且可以关于脉冲的上升沿的至少一部分计算拐点。该方法可以进一步包括接收指示光脉冲发射时间的同步信号。根据本专利技术的第四方面，提供了一种计算机程序代码要素，包括计算机程序代码装置，用于使计算机执行如上文所述的关于本专利技术的第三方面的方法。计算机程序代码要素可以实现在计算机可读介质上。因此，可以提供一种不受信号饱和影响的装置和方法，因此可以在不需要从检测器阵列接收适当形成的脉冲的情况下(例如出于信号饱和的原因)对物体进行测距。在这方面，该装置和方法仅使用脉冲前沿的一部分来支持物体的精确测距。该装置和方法在计算到物体的距离时提供必要的精确度，并且增加所使用的光学检测器设备可以检测的信号的动态范围。该方法和装置可以从脉冲确定范围，而与脉冲的幅度无关，从而避免了按照每个信号强度和其他因素进行校准的需要。该装置和方法还使用相对简单的数学运算提供测量的距离，从而减少了所需的处理开销并且有助于提高检测速度。附图说明现在，参考附图，将仅通过示例的方式来描述本专利技术的具体实施例，在附图中：图1是构成本专利技术的实施例的脉冲光检测和测距装置的示意图；图2是由图1的装置支持的脉冲分析器的示意图；图3是构成本专利技术的另一个实施例的对物体进行检测和测距的方法的流程图；图4是由图1的装置产生的多个脉冲的示意图；以及图5是根据图3的方法的正被分析的脉冲的示意图。具体实施方式贯穿以下描述，将使用相同的参照标号来标识相似部分。参考图1，脉冲光检测和测距设备100例如设置在环境内以监视所谓的场景104。装置100的典型应用是LIDAR系统。场景104包括低反射物体106和高反射物体108。装置100包括检测和测距电路102，其包括处理资源，例如可操作地耦合到非易失性存储器(例如只读存储器(ROM)112)和易失性存储器(例如随机存取存储器(RAM)114)的微处理器110。照明源，例如脉冲光学或光源116，诸如脉冲激光器，该照明源可操作地耦合到微处理器110，微处理器110支持同步单元117。微处理器110还通常经由信号处理和调节电路(在下文中描述)可操作地耦合到光学检测设备，例如光电二极管阵列118。例如包括透镜120(诸如聚焦透镜)的光学系统也可以设置在装置100的光电二极管阵列118附近。转到图2，处理资源，例如微处理器110，经由信号准备和调节电路130可操作地耦合到光电二极管阵列118。信号准备和调节电路130通常包括放大电路、模-数转换电路、低通滤波电路和脉冲检测电路，以便产生可由微处理器110处理的输出信号。信号准备和调节电路130还包括可操作地耦合到同步单元117的同步输入142。微处理器110支持许多功能单元。在这方面，微处理器110支持脉冲分析器单元132，该脉冲分析器单元132包括可操作地耦合到信号准备和调节电路130的拐点计算单元134，拐点计算单元134也可操作地耦合到RAM114和切线计算单元136。切线计算单元136还耦合到RAM114和交点计算单元138。距离计算单元140可操作地耦合到交点计算单元138，并且还可操作地耦合到RAM114。在操作(图3)中，脉冲光源116例如在(步骤200)的指令下(即，由同步单元117触发)发射(步骤202)光脉冲122，该光脉冲122照射场景104并入射在低反射物体106和高反射物体108上。由同步单元117产生的触发信号也本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脉冲光检测和测距装置，包括：光学检测器，该光学检测器被布置用于在使用时响应于入射在其上的光脉冲而产生时间序列数据；处理资源，该处理资源被布置用于支持脉冲分析器，所述脉冲分析器被布置用于识别由所述时间序列数据描述的脉冲的拐点；其中，所述脉冲分析器还被布置用于相对于与所述时间序列数据相关联的时间轴基于所确定的拐点来计算距离。

【技术特征摘要】
2018.04.04 EP 18165668.71.一种脉冲光检测和测距装置，包括：光学检测器，该光学检测器被布置用于在使用时响应于入射在其上的光脉冲而产生时间序列数据；处理资源，该处理资源被布置用于支持脉冲分析器，所述脉冲分析器被布置用于识别由所述时间序列数据描述的脉冲的拐点；其中，所述脉冲分析器还被布置用于相对于与所述时间序列数据相关联的时间轴基于所确定的拐点来计算距离。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述脉冲分析器被布置用于计算所述脉冲在所述拐点处的切线并且确定所述切线与所述时间轴的交点。3.如权利要求2所述的装置，其中，所述脉冲分析器还被布置用于使用所确定的所述切线与所述时间轴的交点来计算所述距离。4.如权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述脉冲分析器包括：拐点计算器，该拐点计算器被布置用于分析所述时间序列数据并识别关于所述脉冲的所述拐点。5.如权利要求4所述的装置，其中，所述拐点计算器被布置用于通过确定所述时间序列数据的一阶导数或所述时间序列数据的二阶导数来识别所述拐点。6.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，所述脉冲包括上升沿，并且所述拐点在所述脉冲的所述上升沿的至少一部分上。7.如权利要求2或3所述的装置，其中，所述脉冲分析器包括：切线计算器，该切线计算器被布置用于计算所述脉冲在识别出的所述拐点处的所述切线。8.如权利要求3所述的装置，其中，所述脉冲分析器包括：交点计算器，该交点计算器被布置用于计算所计算出的所述切线的x-截距，所述x-截距对应于与所述时间轴的交点。9.如权利要求8所述的装置，其中，所述脉冲分析器包括：距离计算器，该距离计算器被布置用于使用计算出的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·凯斯洛夫，
申请(专利权)人：迈来芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE