用于激光雷达数据的修正方法、设备和计算机程序产品与流程

1.本发明一般地涉及激光雷达领域。更具体地，本发明涉及一种用于激光雷达数据的修正方法、激光雷达设备、用于激光雷达的设备和计算机程序产品。


背景技术：

2.激光雷达是以发射激光信号来探测目标物的位置和速度等特征量的雷达系统。具体地，激光雷达向目标物发射激光探测信号，之后将接收到的从目标物反射回来的回波信号与发射信号进行比较，并作进一步处理之后，即可获得目标物的相关信息。例如，可以获得目标物的距离、速度和方位角等信息，从而可以对目标物进行探测、跟踪和识别。在激光雷达技术中，激光雷达对回波信号的检测灵敏度和精度决定了激光雷达的性能。
3.激光雷达的回波信号通常呈类高斯波形分布，其波形前沿到达峰值点的时间(即前沿计时值)与回波信号的能量呈正比例关系。因此可能会出现在同一距离下，使用激光雷达测量具有不同反射率的目标物时，得到的回波信号的前沿计时值不同，从而导致同一距离下激光雷达对不同反射率的目标物的测距值存在差异。基于上述原理，在激光雷达数据处理过程中，通常需要将不同能量(例如可以通过实时信号强度来表示)下的回波信号的前沿计时值进行数据修正。
4.目前，激光雷达获取前述数据修正关系的方法通常为：在一个固定距离下，通过遮挡物，例如光阑对激光雷达的发射视场或接收视场进行遮挡，以便改变激光雷达的发射或接收能量，从而获得不同能量下的前沿计时值的数据修正值，即数据修正关系。由于对回波信号的检测灵敏度和精度决定了激光雷达的性能，因此数据修正关系精密度越高，则激光雷达的测距精度也会得到相应地提高。
5.上述这种常规的基于遮挡的数据修正方式，由于光斑与遮挡物之间存在大小差异，因此在遮挡物移动的过程中，不容易保证回波信号能量的均匀变化。在实际操作中，遮挡物移动的过程中有可能引起回波信号能量的突变，并且通过遮挡物移动获得的回波信号的能量变化不够精密，从而导致获取的前沿计时值的数据修正关系不够准确，最终造成对目标物的测距误差。
6.另外，当使用上述基于遮挡的数据修正方式时，需要在遮挡的过程中遍历从最小到最大的区间内的雷达回波信号的所有能量值。然而，由于多线间的相互干扰，激光雷达的探测往往存在盲区(例如从0到4米的区域)，因此不能满足上述遍历所有能量值的要求。鉴于此种情况，基于遮挡的数据修正方式对修正环境的要求非常高，通常需要在足够开阔的空间内进行，并且要求放置一个充分大面积的强反射目标物。进一步地，该遮挡的数据修正方式需要上、下位机的配合，以便通过闭环调节遮挡物的位移量来获取不同能量的回波信号，这导致修正过程过于繁琐。


技术实现要素：

7.为至少解决上述背景技术中的一个或多个问题，本发明提供了一种用于激光雷达
的方案。本发明的方案通过记录多个信号表征值，并且基于该多个信号表征值和预先设定的多个目标信号强度值来构建回波信号与信号表征值的数据修正关系，从而获得精确性高的数据修正关系。在一些实施例中，本发明的方案还设置关于回波信号强度的强度阈值，并且基于该强度阈值来获得信号表征基准值，从而可以利用前述多个信号表征值与信号表征基准值之间的多个差值来获得所述数据修正关系。
8.具体地，在一个方面中，本发明公开了一种用于激光雷达的方法。该方法包括：记录回波信号的实时信号强度值分别达到多个目标信号强度值时的多个信号表征值；以及基于所述多个目标信号强度值和多个信号表征值来获得所述回波信号的信号强度值与信号表征值的数据修正关系。
9.在一个实施例中，所述方法还包括根据所述回波信号的信号强度阈值和记录次数来确定所述多个目标信号强度值。
10.在又一个实施例中，所述多个目标信号强度值包括所述回波信号的信号强度阈值，并且所述多个信号表征值包括所述回波信号的实时信号强度值达到所述信号强度阈值时的信号表征值。
11.在另一个实施例中，所述方法还包括：记录所述回波信号的实时信号强度值达到所述强度阈值时的信号表征值，作为所述多个信号表征值的信号表征基准值；以及根据所述多个信号表征值与所述信号表征基准值之间的多个差值来获得所述数据修正关系。
12.在一个实施例中，在每次记录中，所述方法包括：调节激光充电脉冲正脉宽，以便令所述回波信号的实时信号强度值达到对应的一个目标信号强度值。
13.在另一个实施例中，在每次记录中，所述方法包括重复执行以下步骤，直到所述实时信号强度值等于对应的一个目标信号强度值：调节所述激光充电脉冲正脉宽来发射激光信号；接收针对于所述激光信号的所述回波信号并且测量所述实时信号强度值；判断所述实时信号强度值是否等于对应的一个目标信号强度值；以及响应于所述实时信号强度值不等于对应的一个目标信号强度值，重复所述调节。
14.在又一个实施例中，根据所述多个信号表征值与所述信号表征基准值之间的多个差值来获得所述数据修正关系包括：将所述多个目标信号强度值与对应的多个差值进行拟合，以便获得反映所述目标信号强度值和差值二者关系的关系曲线。
15.在另一个方面中，本发明还公开了一种激光雷达设备。该设备包括：发射机，其配置用于向目标物发射激光信号；接收机，其配置用于接收从所述目标物反射回的回波信号；以及处理器，其配置成执行前述的方法。
16.在又一个方面中，本发明还公开了一种用于激光雷达的设备。该设备包括：至少一个处理器；以及存储器，其存储有程序指令，当所述程序指令由所述至少一个处理器执行时，使得所述设备执行：记录回波信号的实时信号强度值分别达到多个目标信号强度值时的多个信号表征值；以及基于所述多个目标信号强度值和多个信号表征值来获得所述回波信号的信号强度值与信号表征值的数据修正关系。
17.在另一个方面中，本发明还公开了一种计算机程序产品。该计算机程序产品包括用于激光雷达的计算机程序指令，当所述计算机程序指令由一个或多个处理器执行时，使得其实现前述的方法。
18.通过上面对本发明技术方案的总体描述，本领域技术人员可以理解本发明的技术
方案通过多次记录，以便获取回波信号的信号表征值(或信号表征值与信号表征基准值的差值)与目标信号强度值的对应关系的曲线，进而利用该曲线对激光雷达的实时回波信号的信号表征值进行数据修正。本发明的技术方案解决了现有技术中对于信号表征值的数据修正过于复杂和精确度不高的问题，从而实现了利用本发明的技术方案的雷达设备对目标物进行测量时，减小测量误差的目的。
附图说明
19.通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分其中：
20.图1是示出根据本发明实施例的方法的流程图；
21.图2是示出根据本发明实施例的方法的详细流程图；
22.图3是示出根据本发明实施例的目标信号强度值和差值的关系曲线；以及
23.图4是示出根据本发明实施例的激光雷达设备的组成原理框图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域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，都属于本发明保护的范围。
25.图1是示出根据本发明实施例的方法100的流程图。如图1所示，在步骤s101处，记录回波信号的实时信号强度值分别达到多个目标信号强度值时的多个信号表征值。在一个实施例中，此处的多个目标信号强度值可以是根据所述回波信号的信号强度阈值和记录次数来确定。在另一个实施例中，前述的多个目标信号强度值可以包括所述回波信号的信号强度阈值(该阈值例如可以人为设定或由厂家设定)。相应地，前述的多个信号表征值可以包括当所述回波信号的实时信号强度值达到所述信号强度阈值时所测得(或者说记录)的信号表征值。在一些实施场景中，这里的信号强度阈值和/或记录的最大次数也可以是根据激光雷达设备的实际情况和对信号表征值修正的需求来进行设置。根据不同的实施场景，本发明的信号表征值可以包括回波信号的前沿计时值、后沿计时值、信号峰值计时值或任意其他能够反映回波信号属性的表征值。
26.接着，在步骤s102处，基于所述多个目标信号强度值和多个信号表征值来获得所述回波信号的信号强度值与信号表征值的数据修正关系。在一个实施例中，当考虑目标信号强度值包括上文的信号强度阈值时，则可以将该信号强度阈值所对应的信号表征值设置为信号表征基准值。基于此，可以将其他目标信号强度值的对应信号表征值与该基准值进行求差值操作，从而获得多个信号表征值的差值。通过这样的方式，本发明的上述数据修正关系可以通过多个信号表征值的差值和多个目标信号强度值的一一对应关系来表达。
27.为了实现准确的记录，即在回波信号的实时信号强度值达到(或者说等于)对应的目标信号强度值时进行记录，本发明的方案提出通过反复调节激光雷达的发射功率(例如可以通过调节激光充电脉冲正脉宽)来改变回波信号的实时信号强度值，直到其等于预定
的目标信号强度值。可以理解的是，当实时强度值等于上述的信号强度阈值时，则可以记录此时的信号表征值作为上文的信号表征基准值。就记录操作而言，本发明的方法可以从第一次记录开始每次记录测得的信号表征值和/或其与信号表征基准值的差值。该记录过程一直持续，直到记录的次数达到最大记录次数时停止。
28.关于上述的目标信号强度值，在一个实施例中，可以根据信号强度阈值、最大记录次数和本次记录的次数值来确定。在确定了本次记录所对应的目标信号强度值后，如前所述，可以通过反复闭环调节激光雷达的发射功率，从而令回波信号的实时信号强度值不断接近目标信号强度值，并且在二者相等时，执行本次的记录信号表征值的操作。
29.为了使实时信号强度值能够达到目标信号强度值，可以将回波信号的实时信号强度值与目标信号强度值进行比较，并且基于比较来闭环调节激光雷达的发射功率，由此不断调整实时信号强度值，从而达到满足记录的条件。具体地，当测得的回波信号的实时信号强度值不等于(即小于或者大于)目标信号强度值时，调节激光雷达的发射功率。根据不同的实施场景，本发明此处发射功率的调节可以采取不同的方式。例如，可以通过调节发光强度(如调节激光充电脉冲正脉宽)、调节充电电压和/或改变激光驱动的电路参数等任意合适的方式来调节前述发射功率。
30.上述调节的过程在一些场景中可能会持续多次，直到实时信号强度值等于目标信号强度值时停止。当二者相等时，此时可以记录获得的回波信号的信号表征值。如前所述，也可以将所获得的信号表征值与前述的信号表征基准值进行求差运算，从而获得本次记录的信号表征值的差值。基于此，通过本次记录也可以获得目标信号强度值与对应的信号表征值的差值的对应关系。
31.在一个实施例中，通过预定次数的记录和上述的求差运算，本发明的方法可以获得所有记录次数的目标信号强度值与其对应的差值的修正关系数据。可以理解的是，该修正关系数据在形式上来说可以是多个离散的数值。为了清楚地表达数据修正“关系”，本发明的方法可以对上述获得的离散数值进行拟合操作，从而将离散的数据拟合成反映连续的对应关系的图形。在一些应用场景中，该连续的对应关系例如可以通过连续函数的形式来表达。在一些应用场景中，该连续的对应关系例如可以通过曲线(如图3中所示)来示出。在获取上述的数据修正关系后，激光雷达的所有实时信号强度值的回波信号所对应的信号表征值均可以通过该数据修正关系来进行修正。
32.图2是示出根据本发明实施例的方法200的详细流程图。可以理解的是，图2所示方法200是图1所示方法100的具体实现方式，因此结合图1对方法100的描述同样也适用于对方法200的描述，并且图2所示的方法200仅仅是示例性和说明性地，其并不能用于限定本发明的方案。
33.如图2所示，在步骤s201处，设置回波信号强度的最大阈值(即前述的信号强度阈值)和最大记录次数的过程，其中所述信号强度阈值和最大记录次数可以根据激光雷达设备的实际情况和对回波信号的信号表征值修正的需求来进行设置。接着，在步骤s202处，计算回波信号的信号表征基准值。具体地，令目标信号强度值等于回波信号的信号强度阈值。在此基础上，通过闭环调节激光雷达的发射功率(例如可以通过调节激光充电脉冲正脉宽)来使得回波信号的实时信号强度值等于该信号强度阈值，并且将此时的回波信号的信号表征值作为信号表征基准值。
34.随后，在步骤s203处，对记录次数清零(或者说对记录次数初始化)，从而消除先前的记录并且使本轮的记录从第一次开始，直至达到最大记录次数时结束。之后，在步骤s204处，计算本次记录的目标强度值。当本次记录是第一次记录时，其目标强度值可以是根据所述回波信号的信号强度阈值和最大记录次数来确定。例如，假设信号强度阈值为v
max
，最大记录次数为n，则在获取均匀离散的信号表征值修正数据的前提下，第一次记录的目标强度值等于1
×vmax
/n。同理，第n次记录的目标强度值等于n
×vmax
/n。另外，可以理解的是步骤s204中的计算操作也可以放置在步骤s201后执行。进一步，可以在步骤s204中预先计算出所有记录所对应的目标信号强度值，由此避免在每次记录过程中都需要单独计算前述的目标信号强度值。
35.接下来，执行步骤s205和步骤s206。在步骤s205处，判断回波信号的实时信号强度值是否等于目标信号强度值。如果经过判断，回波信号的实时信号强度值不等于目标信号强度值(即图中的“否”)，则在步骤s206处，对激光雷达的发射功率进行调整，例如可以通过调节激光充电脉冲正脉宽来改变激光雷达的发射功率，以此来调节实时信号强度值。具体地，调整激光雷达发射功率的过程是一个闭环过程，即当回波信号实时信号强度值不等于目标信号强度值时，会重复执行上述判断和调整的过程，直到回波信号的实时信号强度值等于对应的目标信号强度值为止。
36.当在步骤s205处判断回波信号的实时信号强度值等于目标信号强度值时(即图中的“是”)，则流程前进到步骤s207。在该步骤处，停止对激光雷达的发射功率进行调整。随后，在步骤s208和步骤s209处，计算本次记录的回波信号的信号表征值的差值，并且记录本次的目标强度值与信号表征值的差值的对应关系。具体来说，可以将此时的回波信号的信号表征值与上述s202步骤所获得的信号表征基准值进行求差运算，从而获得本次记录的信号表征值的差值。进一步，将本次记录的目标强度值与本次记录的信号表征值的差值建立一一对应的关系，以便作为本次记录的数据。
37.接着，流程前进到步骤s210。在此步骤处，判断记录次数是否等于最大记录次数。如果本次记录次数小于最大记录次数(即图中的“否”)，则在步骤s211处对记录次数执行加1的操作。随后，流程跳转返回到执行步骤s204，即开始执行下一次的记录过程，此处不再赘述。当在步骤s210处判断确定本次记录次数等于最大记录次数(即图中的“是”)，则在步骤s212处对所有记录的目标信号强度值与信号表征值的差值的对应关系进行拟合，以得到例如关系曲线的图形表示。根据不同的场景，该关系曲线可以满足一定的线性函数和/或非线性函数，并且拟合的曲线可以是规则曲线或自由曲线，本发明在此方面不做任何的限制。
38.图3是示出根据本发明实施例的目标信号强度值和信号表征值的差值的关系曲线300。可以理解的是，图3所示的曲线300可以是图1的方法100和/或图2的方法200的执行结果。进一步，曲线300只是示例性地和说明性地，其并不在任何意义下限定通过所述方法100和方法200所获得的数据修正关系。
39.如图3所示的曲线300，其横坐标为信号表征值的差值δtn，竖坐标为目标信号强度值v。在本例中，可以根据修正的需求将记录次数设置为10次，并且经过10次记录过程获得10个离散数据，其对应于图3中的10个离散点。例如第6次记录的数据对应于图3中的点(δt6，v6)，第n次记录的数据对应于图3中的点(δtn，v
max
)，其中v
max
是设置的回波信号的信号强度阈值。可选地，上述10个离散点在横坐标上可以均匀分布，以便获取均匀的信号表征
值的修正关系。
40.进一步地，通过对这10个离散点执行拟合操作，以便将这10个离散点进行连接，从而得到图3所示的连续曲线。在获得所述连续曲线之后，即可对小于或等于v
max
能量范围内的任意强度值的回波信号的信号表征值进行修正。以信号表征值为前沿计时值为例，当回波信号的实时信号强度值为v时，通过查询图3的连续曲线，进而获得其对应的差值δt，进一步地，将该回波信号的当前的前沿计时值加上所述差值δt即可得到修正之后的前沿计时值。
41.图4是示出根据本发明实施例的激光雷达设备400的组成原理框图。为了更好地理解本发明的激光雷达设备的原理和功能，图4中还绘出了包括目标物440在内的应用环境，其中所述目标物接收激光雷达设备400发射的激光信号(即图4中的发射信号)，并且将所述激光信号(即图4中的回波信号)反射回所述激光雷达设备400。
42.如图4所示，该激光雷达设备可以包括发射机410、接收机420和处理器430。进一步地，所述发射机410可以包括发射单元411和发射天线412。在一个实施例中，发射单元可以生成调制的脉冲激光并且经由发射天线向目标物发射。对应地，所述接收机420可以包括接收单元421和接收天线422，其配置用于接收从所述目标物反射回的回波信号。本发明的激光雷达设备的处理器例如可以是由cpu等具有分析、判断和计算功能的芯片或模块构成，并且配置用于执行前述的方法100和/或方法200，以便将所述目标物反射回来的回波信号的信号表征值进行修正。
43.在又一个方面中，本发明还公开了一种用于激光雷达的设备。该设备可以包括至少一个处理器和存储器，其中所述存储器存储有程序指令，并且当所述程序指令由所述至少一个处理器执行时，使得所述设备执行下列操作：(1)记录回波信号的实时信号强度值分别达到多个目标信号强度值时的多个信号表征值。(2)基于所述多个目标信号强度值和多个信号表征值来获得所述回波信号的信号强度值与信号表征值的数据修正关系。根据不同的应用场景，本发明此处的设备可以以各种方式与激光雷达设备进行连接，并且从激光雷达设备接收本发明的各种数据，例如包括回波信号的各个实时信号强度值，以便获得本发明的数据修正关系。
44.在另一个方面中，本发明还公开了一种计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括用于激光雷达的计算机程序指令，并且当所述计算机程序指令由一个或多个处理器执行时，使得其实现前述的方法100和/或方法200。
45.上述的计算机程序产品可以是任何适当的磁存储介质或者磁光存储介质，比如，阻变式存储器rram(resistive random access memory)、动态随机存取存储器dram(dynamic random access memory)、静态随机存取存储器sram(static random-access memory)、增强动态随机存取存储器edram(enhanced dynamic random access memory)、高带宽内存hbm(high-bandwidth memory)、混合存储立方hmc(hybrid memory cube)等等，或者可以用于存储所需信息并且可以由应用程序、模块或两者访问的任何其他介质。任何这样的计算机存储介质可以是设备的一部分或可访问或可连接到设备。本发明描述的任何应用或模块可以使用可以由这样的计算机可读介质存储或以其他方式保持的计算机可读/可执行指令来实现。
46.应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语可能“第一”、“第二”、“第
三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
47.还应当理解，在此本发明披露说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本发明披露。如在本发明披露说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明披露说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
48.虽然本发明的实施方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。