本发明专利技术是一种测距装置和测距方法，该测距装置包括主动光源，用于向目标物发射周期性调制的测量光；接收装置，用于接收从目标物返回的测量光，以及信号处理装置，用于对接收装置的测量信号进行处理生成统计结果，所述接收装置具有至少一个SPAD，所述周期性调制的测量光被配置为具有若干个周期的脉冲序列，每个周期包括脉冲期和空档期，在一个脉冲期内具有至少两个光脉冲，且每个周期的长度大于或等于所述SPAD的单次工作时间，单个脉冲期内所述SPAD只响应一次光脉冲触发事件。本发明专利技术能够克服现有技术中SPAD测距容易被环境噪声干扰而导致的结果不准确的问题。
A ranging device and a ranging method
【技术实现步骤摘要】
一种测距装置和测距方法
本专利技术涉及距离测量技术，特别涉及一种基于单光子雪崩二极管的测距装置和测距方法。
技术介绍
近年来，无人驾驶领域或者说辅助驾驶领域处于蓬勃发展时期，而车载激光雷达技术是攻关环节中举足轻重的一环。正是大量的需求，促进了激光雷达的大发展，国内外激光雷达技术以及相关公司大量涌现。现有的激光测距技术中，探测器多采用普通雪崩光电二极管(AvalanchePhotonDiode，APD)，但APD探测到光信号后，其输出信号是与感光面接收到的光强强度呈正相关的一个模拟量，为了保证不同光强情况下波形上的一致，后端需要作一系列复杂的电路结构对信号进行处理。同时其增益有限，在有限激光能量范围内探测距离受到较大限制。而盖革模式APD，即单光子雪崩二极管(SinglePhotonAvalancheDiode，SPAD)，其基于内光电响应，具有高增益的特点，单个光子产生的光电子在强电场作用下可以快速(10ps左右)产生一次雪崩响应。故SPAD具备单个光子响应能力，有利于在较低激光能量的条件下进行较远距离的探测。同时，其后端电路结构简单，淬灭后的雪崩信号经整形后波形固定，可减少测量误差。图1和图2给出了利用SPAD进行激光测距的原理。如图所示，激光发出一段周期性脉冲，当遇到待测物体时，脉冲经物体反射并衰减成光子量级触发SPAD。根据SPAD器件的工作原理，在一个脉冲周期内，SPAD会被反射回来的光脉冲触发(概率最高，触发时间换算为距离即为被测物位置)，也可能被其他噪声触发(概率较低，触发时间分散)。因此经过N个脉冲统计叠加，会产生图2的统计图。其中横坐标为脉冲发出到SPAD触发的时间差，纵坐标为探测到的光子数。如果一个脉冲序列包括200个脉冲，在理想情况下，当从被测物返回的激光足够强，在这个时间点统计到的总光子数最高(比如大于30个)，远远大于其他时间点的统计次数(即被环境噪声触发的统计次数，比如每个时间点小于10个)，此时将对应明显的统计峰值涉及的飞行时间换算成距离即可得到被测物位置。但是在下列几种情况下，SPAD捕获的反射激光的光强较弱，无法获得明显的统计峰值：1、出射的激光功率不高2、被测物体的反射率低3、物体距离较远。此时，图2中的峰值减弱从而让测量信号被湮没在环境干扰信号中，使得测量的准确性下降。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种新的基于SPAD的测距装置和测距方法，能够克服现有技术中SPAD测距容易被环境噪声干扰而导致的结果不准确的问题。根据本专利技术的目的提出的一种测距装置，包括主动光源，用于向目标物发射周期性调制的测量光；接收装置，用于接收从目标物返回的测量光，以及信号处理装置，用于对接收装置的测量信号进行处理生成统计结果，所述接收装置具有至少一个SPAD，所述周期性调制的测量光被配置为具有若干个周期的脉冲序列，每个周期包括脉冲期和空档期，在一个脉冲期内具有至少两个光脉冲，且每个周期的长度大于或等于所述SPAD的单次工作时间，单个脉冲期内所述SPAD只响应一次光脉冲触发事件。优选地，所述接收装置还包括信号记录单元，所述信号处理装置包括统计单元，所述信号记录单元响应于所述SPAD的探测事件并记录为测量信号，所述统计单元对所述测量信号按时序分布进行统计。优选地，所述信号处理装置，还包括结果识别单元，根据所述统计单元的统计结果，所述结果识别单元对一个脉冲序列内的统计结果进行识别，并判断在所述脉冲序列内是否存在与所述至少两个光脉冲有对应关系的相应数量统计峰值。优选地，还包括控制装置，向所述主动光源提供脉冲驱动信号，以及向所述信号识别单元提供光脉冲时序信息，所述信号识别单元依据所述脉冲时序信息，判断所述至少两个统计峰值是否与所述至少两个光脉冲对应。优选地，还包括距离计算装置，在所述信号识别单元识别出所述至少两个统计峰值时，按照所述至少两个峰值的时序位置计算目标物的距离。优选地，所述接收装置为SPAD阵列。根据本专利技术的目的还提出一种测距方法，使用如上所述的测距装置进行测距，包括步骤：提供一主动光源，向目标物发射周期性调制的测量光，提供一接收装置，接收从目标物返回的测量光，并形成测量信号，提供一信号处理装置，对所述测量信号进行处理生成统计结果，其中所述接收装置具有至少一个SPAD，所述周期性调制的测量光被配置为具有若干个周期的脉冲序列，每个周期包括脉冲期和空档期，在一个脉冲期内具有至少两个光脉冲，且每个周期的长度大于或等于所述SPAD的单次工作时间，单个脉冲期内所述SPAD只响应一次光脉冲触发事件。优选地，所述对测量信号处理生成统计结果的步骤包括：对所述测量信号按时序分布进行统计。优选地，还包括对一个脉冲序列内的统计结果进行识别，并判断在所述脉冲序列内是否存在与所述至少两个光脉冲有对应关系的至少两个统计峰值，所述对应关系包括所述至少两个统计峰值之间的时序间隔与所述至少两个光脉冲之间的时序间隔一致。优选的，所述统计中还包括将统计结果与光源信号序列进行卷积以求得时间偏移量。优选地，在识别所述至少两个统计峰值后，还包括按照所述至少两个峰值的时序位置计算目标物的距离。根据本专利技术的目的提出的一种如上所述的测距装置在测量物体反射率中的应用。根据本专利技术的目的提出的一种如上所述的测距装置在判断物体距离区间中的应用。本专利技术的测距装置和测距方法与现有计数相比，具有如下的计数效果：1.通过设置多脉冲的方式，由原来的找一个光子数峰值变为找几个相应间隔的峰值，降低了噪声干扰导致定位错误的概率；2.在相同距离处，通过判断几个光子数峰值的相应比值，可以判断反射物该位置处的反射率；3.在不同距离处，除计算飞行时间判断物体距离，还可以通过几个光子数峰值的相应比值，判断物体的远近。附图说明图1是现有的激光测距的测量光信号示意图。图2是根据图1中的测量光信号获得的统计结果图。图3是本专利技术是测距装置的测量光信号示意图。图4是根据图3中的测量光信号获得的统计结果图。图5是本专利技术测距装置的结构示意图。图6是本专利技术第二技术应用下的统计结果示意图。图7是本专利技术第三技术应用下的统计结果示意图。图8是本专利技术的测距方法的流程示意图。具体实施方式以下将结合附图所示的具体实施方式对本专利技术进行详细描述，但这些实施方式并不限制本专利技术，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本专利技术的保护范围内。正如
技术介绍
中提到的，对于现有SPAD测距方案，在信号读出时，由于环境光干扰和器件之间的串扰信号，使得测量信号很容易湮没在背景噪音中，从而影响SPAD器件的测量精确性。本专利技术为了解决这一问题，提出了一种具有编码方案的主动光源，让测量光在一个周期内发射具有特定编码的光脉冲，通过控制这些光脉冲之间的时间间隔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种测距装置，包括主动光源，用于向目标物发射周期性调制的测量光；接收装置，用于接收从目标物返回的测量光，以及信号处理装置，用于对接收装置的测量信号进行处理生成统计结果，其特征在于：所述接收装置包含至少一个SPAD探测器，所述周期性调制的测量光被配置为具有若干个周期的脉冲序列，每个周期包括脉冲期和空档期，在一个脉冲期内具有至少两个光脉冲，且每个周期的长度大于或等于所述SPAD的单次工作时间，单个脉冲期内所述SPAD只响应一次光脉冲触发事件。/n
【技术特征摘要】
1.一种测距装置，包括主动光源，用于向目标物发射周期性调制的测量光；接收装置，用于接收从目标物返回的测量光，以及信号处理装置，用于对接收装置的测量信号进行处理生成统计结果，其特征在于：所述接收装置包含至少一个SPAD探测器，所述周期性调制的测量光被配置为具有若干个周期的脉冲序列，每个周期包括脉冲期和空档期，在一个脉冲期内具有至少两个光脉冲，且每个周期的长度大于或等于所述SPAD的单次工作时间，单个脉冲期内所述SPAD只响应一次光脉冲触发事件。
2.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于：所述接收装置还包括信号记录单元，所述信号处理装置包括统计单元，所述信号记录单元响应于所述SPAD的探测事件并记录为测量信号，所述统计单元对所述测量信号按时序分布进行统计。
3.根据权利要求2所述的测距装置，其特征在于：所述信号处理装置，还包括结果识别单元，根据所述统计单元的统计结果，所述结果识别单元对一个脉冲序列内的统计结果进行识别，并判断在所述脉冲序列内是否存在与所述至少两个光脉冲有对应关系的相应数量统计峰值。
4.根据权利要求3所述的测距装置，其特征在于：还包括控制装置，向所述主动光源提供脉冲驱动信号，以及向所述信号识别单元提供同步光脉冲时序信息，所述信号识别单元依据所述脉冲时序信息，判断所述至少两个统计峰值是否与所述至少两个光脉冲对应。
5.根据权利要求3所述的测距装置，其特征在于：还包括距离计算装置，在所述信号识别单元识别出所述至少两个统计峰值时，按照所述至少两个峰值的时序位置计算目标物的距离。
6.根据权利要求1所述的测距装置，其特征在于：所述接收装置为独立的SPAD探测器或SP...
【专利技术属性】
技术研发人员：顾可可，马宁，陈晓刚，张合勇，白云峰，
申请(专利权)人：浙江光珀智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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