CN111812662A

CN111812662A - 一种探测系统和探测方法

Info

Publication number: CN111812662A
Application number: CN202010758050.1A
Authority: CN
Inventors: 雷述宇
Original assignee: Ningbo Abax Sensing Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Ningbo Abax Sensing Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2020-07-31
Filing date: 2020-07-31
Publication date: 2020-10-23

Abstract

本申请提供了一种探测系统，其特征在于，包括：光源，所述光源被配置为至少部分区域输出发射光；控制模块，所述光源接收所述控制信号，并在第一方向输出具有第一发光量的第一发射光，在不同于所述第一方向的至少一个第二方向输出具有第二发光量的第二发射光，所述第一发光量不同于所述第二发光量；接收模块，所述接收模块接收所述光源输出至视场的返回光并实现光电转化；处理模块，依据所述接收模块的信息获得最终的目标信息，通过在初始状态下控制模块的控制使得视场中的发射光为非均匀的状态，一方面可以依据视场状态快速调整光源的输出能量至最优状态，另一方面也省功率还能兼顾使用中光源的人眼安全问题。

Description

一种探测系统和探测方法

技术领域

本申请涉及探测技术领域，特别涉及一种探测系统和探测方法。

背景技术

随着探测技术的发展，激光测距作为一种主动探测类型的探测系统，其较多采用飞行时间测距法(Time of flight，TOF)，其原理是通过给目标物连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离，利用距离信息可以形成具有深度信息的三维图像信息，其具有越来越多并且广泛的应用，例如自动驾驶和手机三维拍照等等应用。

然而，在实际的探测过程中使用场景决定了探测系统的高效和准确性，另一方面不同的场景需要不同的光源来适应，例如对于探测距离较远的物体，需要高能量的发射光，对于近距离需要低能量的发射光，另外安装状态决定了系统在每个方向上需要探测的距离有差别，例如对于车辆安装中，水平方向需要探测最远的距离，然而其他方向尤其是偏向下方的位置由于是行驶路面，当采用与水平方向相同的能量时，还可能存在由地面再被部分反射至探测物等形成多路径造成测量不准的问题。对于安防或者高速行架等应用场景，被探测目标物也基本在下方位置，这就需要在调整探测器安装位置的前提下也同时调整探测系统的能量，这样才能获得更高效和准确的检测，还有在实际使用中人作为被探测对像的概率也非常高，探测系统的能量配备也将直接影响人员的安全性，上述的问题也制约着探测系统的实际应用，因此，设计出一种能够适应视场具体场景的多目标探测系统同时保障系统的安全性和可靠性是亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种探测器像素单元，以解决现有探测单元不能应对多目标高精度快速探测的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种探测系统，其特征在于，包括：光源，所述光源被配置为至少部分区域输出发射光；控制模块，所述光源接收所述控制信号，并在第一方向输出具有第一发光量的第一发射光，在不同于所述第一方向的至少一个第二方向输出具有第二发光量的第二发射光，所述第一发光量不同于所述第二发光量；接收模块，所述接收模块接收所述光源输出至视场的返回光并实现光电转化；处理模块，依据所述接收模块的信息获得最终的目标信息。

可选地，所述光源为阵列型光源，所述第一方向为阵列面的轴线方向，所述第一发光量大于所述第二发光量。

可选地，所述第二方向与所述第一方向夹角为视场内任何点与所述阵列轴线方向夹角中的最大值。

可选地，所述第二方向的发光量值为最小值，且存在至少多个其他方向，发光量均大于所述第二方向的发光量值。

可选地，所述第一方向至所述第二方向中所有其他方向的发光量按照递减规律配置。

可选地，所述光源包含多个子单元，所述多个子单元至少部分激光发射角度可调。

可选地，还包含驱动模块，所述驱动模块与所述光源电性连接并输出不同的能量至所述光源的不同子单元。

第二方面，本申请实施例提供了一种使用由第一方面探测系统获得探测信息的探测方法，包括：光源，所述光源可被配置为至少部分区域输出发射光；控制模块，控制所述光源使其在第一方向输出具有第一发光量的第一发射光，在不同于所述第一方向的至少一个第二方向输出具有第二发光亮的第二发射光，所述第一发光量不同于所述第二发光量；接收模块，所述接收模块接收所述光源输出至视场的返回光并实现光电转化；处理模块，依据所述接收模块的信息获得最终的目标信息。

可选地，还包含驱动模块，所述驱动模块输出不同的能量至所述光源的不同子单元。

可选地，所述控制模块依据所述处理接收模块获得的信息调整所述第一方向和/或第二方向的光源的发光量。

本申请的有益效果是：

一种探测系统，其特征在于，包括：光源，所述光源被配置为至少部分区域输出发射光；控制模块，所述光源接收所述控制信号，并在第一方向输出具有第一发光量的第一发射光，在不同于所述第一方向的至少一个第二方向输出具有第二发光量的第二发射光，所述第一发光量不同于所述第二发光量；接收模块，所述接收模块接收所述光源输出至视场的返回光并实现光电转化；处理模块，依据所述接收模块的信息获得最终的目标信息；如此，按照不同的方向在初始状态下配置不同的发光量，可以保证光源的能量消耗较小，也能在考虑了安装场景下对于被探测物包含人的场景中保障人眼安全性，进一步系统内的各个方向的发光量还可以调整，这样也保证了整个系统对于不同探测情况的强适应性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的某些实施例，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。

图1为本申请实施例提供的一种探测系统示意图；

图2为本申请实施例提供的一种安防探测装置安装与视场范围示意图；

图3为本申请实施例提供的安防探测系统视场范围细节示意图；

图4为本申请实施例提供的安防探测系统探测最短距离与角度关系示意图；

图5为本申请实施例提供的一种车载场景的探测系统应用示意图；

图6为本申请实施例提供的安装一个探测系统的车载场景下区域划分示意图；

图7为本申请实施例提供的安装一个探测系统的车载场景下视场范围细节示意图；

图8为本申请实施例提供的在车载场景下探测最短距离与角度关系示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

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。

图1为本申请实施例提供的一种探测系统示意图。如图1示意了探测系统获取目标的基本原理，控制模块120控制光源110发射探测光，光源可以为LED或者激光源，此处为了考虑人眼安全等一般选择光源为具有近红外波长的激光源，激光源可以选择VSCEL阵列型激光源，此处并不限定，激光源本身的发射单元的角度可以进行自主调整，或者多个发射单元组成模块，形成可被调整发射角度的模块，此处并不限定具体的实现方式，探测器阵列被配置为可调整角度的方案即可，光源110至少部分单元发射探测光，当然也包含了全部发出发射光和部分发出发射光的场景此处不做限定，发射光经过探测目标反射后返回阵列型接收模块130，按照测量原理可以将返回信息的接收阵列分为相位差方案的ITOF测量阵列或者直接获得飞行时间的DTOF单光子测量阵列，例如可以为单光子雪崩二极管阵列(SPAD)阵列，此处并不限定，处理模块150通过阵列型接收模块130接收到的返回光信息得到被探测物的最终目标信息，此处的最终目标信息也就是探测目标140的距离信息，也可以依据该信息进一步反馈至控制模块120，进而调整光源110，使得光源110按照不同的强度或者光亮发射探测光，或者经过调整部分方向上的发射光光量相等，此处不具体限定，本发明的目的为适应性探测系统，因此初始发射发光量需要设计为具有差异的配置，这样能够对于探测系统的视场更好地适应。

图2为本申请实施例提供的一种安防探测装置安装与视场范围示意图，在该示意图中可以为安防应用场景也可以为高速行架系统上的应用场景，在这一安装场景中探测系统通常被安装于较高位置处，形成如图2的俯视性探测系统整个视场的夹角为θ_v,水平方向为最远探测距离的第一方向,而盲区边界位置处为第二方向,水平方向最远探测距离为L2,该距离为探测系统最大光量的探测距离,盲区的边界处斜边距离为最小光量的探测距离，实际的使用中为了减小府视视场的死区范围，可以调整系统的实际安装角度，使其与水平方向存在一定的夹角，此处第一方向也是按照图2来示意说明的，实际的第一方向可以按照实际的探测距离需求设置为非水平方向，第一方向和第二方向按照初始配置的发光量值来区分，并不是限定具体的方向。

图3为本申请实施例提供的安防探测系统视场范围细节示意图，光传播具有球面特性，按照球面特性对于整个视场划分，在平面上投影为网格类型，这样可以按照视场需求进行光量的精确配备。

图4为本申请实施例提供的安防探测系统探测最短距离与角度关系示意图，如之前图2和图3的安防场景或者高速行架系统，视场为俯视性角度配置，在这种安装角度下，初始条件下探测系统对于视场内被探测物的探测距离将存在较大差异，在水平第一方向上需要保证远的探测距离，如图4中，实际需求的探测距离随着与水平方向的夹角关系曲线为Real Distance线，由图可以看到，在与水平方向较小的夹角范围内，例如图中的8°左右的范围内，需要的探测距离基本不变，为系统的最远探测距离，随着与水平范围夹角的增加，实际的探测最短距离需求也将进一步减小，如此所需要的能量也进一步减小，在图4的场景中使用了Gauss拟合该分布规律，可以实现简便化存储的目的，例如按照Gauss规律配置初始的激光源发光量，在存储模块或者具有存储功能的模块存储拟合的Gauss规律即可实现对于初始时光源配置为非均匀的发射光的场景，当然实际中也可以利用其它函数来拟合这一非均匀配置发光量的规律，当然也可以直接依据实验结果做成分段函数、表格关系等等方式配置视场中的非均匀发光量，此处也只是示例性说明并不限定具体的实现方式，在初始时刻通过初始条件配置在不同夹角处不同的激光能量，图4中，水平方向为第一方向具有最大的探测距离，因此配置最大的发光量(如果按照Gauss拟合的规律，在3°左右的夹角处为最大发光量点，因此这一位置为第一方向)，死区的分界位置处为第二方向，配置最小的发光量，在第一方向和第二方向之间的其他方向按照至少部分递减的方式配置各个方向的发光量，如此，初始时刻的光源发光量适应性地配置为非均匀的状态，在测量中可以保证最优化的功率消耗，实现系统低功耗的目标，另一方面，非均匀的状态也能够最大限度地保证视场内存在人为探测对象时对于人眼安全性的要求，同时也能够快速依照场景内的对象进行快速调整，探测系统还包含驱动模块，所述驱动模块与所述光源电性连接并输出不同的能量至所述光源的不同子单元，通过如此的方式，控制模块依据所述处理接收模块获得的信息调整所述第一方向和/或第二方向的光源的发光量，保证了系统探测过程中的快速响应特性与快速调整的效果。

图5为本申请实施例提供的一种车载场景的探测系统应用示意图，图5为由正视方向在车辆上安装一个探测系统所形成的视场范围示意图，如图5所示，所述阵列光源的轴线方向为最远探测距离需求的第一方向与第一方向夹角最大的上部或者下部为第二方向，第一方向需要最远的探测距离L1，而向下方向由于车身高度的限制，其具有最短探测距离的需求，因此在向下方向的死区边界位置处为第二探测方向。当然并不限定第一与第二方向之外不存在其他的探测方向，例如本方案中向上的方向也存在其他需要探测的方向，对于向上的方向上死区的边界方向也具有最短探测距离需求，因为高度方向存在干扰物的概率很低，可以将向上的死区夹角方向定义为第二方向，此处并不限定。

图6为本申请实施例提供的安装一个探测系统的车载场景下区域划分示意图，与图5不同，该示意从俯视图角度来说明，图6示意了图5阵列发光源轴线位置的水平面示意图，在该位置处需要基本保证各个方向上的发光量基本一致，也就是阵列型光源中的同一行方向具有相同的发光量，也能进一步减小整个阵列的所有方向均配置为不同能量所造成的控制过于复杂，也能保证探测系统的合理性探测范围，但是此处并不限定每一行的光源单元发光量一致。

图7为本申请实施例提供的安装一个探测系统的车载场景下视场范围细节示意图，与安防场景的图3类似，此处不再进行赘述。

图8为本申请实施例提供的在车载场景下探测最短距离与角度关系示意图，图8为图5或者图7视角下在垂直方向上的视场内需要探测的距离与水平方向夹角的关系图，在水平位置或者说是激光器阵列的轴线方向上需要探测的距离最远，而随着与水平方向夹角的变化需要被探测的距离也呈现出减小的特性，如图8所示，在水平方向和与水平方向夹角范围(-13°-8°)这样的范围区间中，需要的探测距离最大，而且需要探测的距离最大值基本为相同值，在负向方向也就是随着角度减小需要被探测的最大距离也在减小，因此需要的激光能量也将进一步减小，在正方向，也就是图中向上的方向上，大于8°左右的夹角之后，随着夹角的增加探测距离也进一步减小，此时光源发射的激光能量也将进一步减小，与之前叙述的安防场景中的应用一致，利用高斯函数关系对于场景需求进行拟合，可以减小控制模块的存储压力，当然此处并不限定使用Gauss函数进行拟合，也可以利用其他关系或者图标等等对实际应用场景进行适应性调整，此处并不限定，在车载的应用场景中也可以通过本发明，在初始时刻构建非均匀发光场景，这样能够保证在视场中的人眼安全，在初始时即可构建非均匀的发光场景保证了在进行进一步调整时刻快速依据视场中的对象状态来调整，进而最快速地获得最优的激光源能量分布，其他与之前安防应用场景类似的目的与功效此处不再详细赘述，另外上述所有的距离数据只是为了演示说明，并不限定该系统只能应用于此范围，实际上本发明数据描述是为了叙述规律与布置原则。

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。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。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。以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种探测系统，其特征在于，包括：

光源，所述光源被配置为至少部分区域输出发射光；

控制模块，所述光源接收所述控制信号，并在第一方向输出具有第一发光量的第一发射光，在不同于所述第一方向的至少一个第二方向输出具有第二发光量的第二发射光，所述第一发光量不同于所述第二发光量；

接收模块，所述接收模块接收所述光源输出至视场的返回光并实现光电转化；

处理模块，依据所述接收模块的信息获得最终的目标信息。

2.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述光源为阵列型光源，所述第一方向为阵列面的轴线方向，所述第一发光量大于所述第二发光量。

3.如权利要求2所述的探测系统，其特征在于，所述第二方向与所述第一方向夹角为视场内任何点与所述阵列轴线方向夹角中的最大值。

4.如权利要求3所述的探测系统，其特征在于，所述第二方向的发光量值为最小值，且存在至少多个其他方向，发光量均大于所述第二方向的发光量值。

5.如权利要求3所述的探测系统，其特征在于，所述第一方向至所述第二方向中所有其他方向的发光量按照递减规律配置。

6.如权利要求1所述的探测系统，其特征在于，所述光源包含多个子单元，所述多个子单元至少部分激光发射角度可调。

7.如权利要求6所述的探测系统，其特征在于，还包含驱动模块，所述驱动模块与所述光源电性连接并输出不同的能量至所述光源的不同子单元。

8.一种使用如权利要求1所述的探测系统获得探测信息的探测方法，其特征在于，包括：

光源，所述光源可被配置为至少部分区域输出发射光；

控制模块，控制所述光源使其在第一方向输出具有第一发光量的第一发射光，在不同于所述第一方向的至少一个第二方向输出具有第二发光亮的第二发射光，所述第一发光量不同于所述第二发光量；

处理模块，依据所述接收模块的信息获得最终的目标信息。

9.如权利要求8所述的探测方法，其特征在于，所述光源为阵列型光源，所述第一方向为阵列面的轴线方向，所述第一发光量大于所述第二发光量。

10.如权利要求8所述的探测方法，其特征在于，所述光源包含多个子单元，所述多个子单元至少部分激光发射角度可调。

11.如权利要求10所述的探测方法，其特征在于，还包含驱动模块，所述驱动模块输出不同的能量至所述光源的不同子单元。

12.如权利要求8所述的探测方法，其特征在于，所述控制模块依据所述处理接收模块获得的信息调整所述第一方向和/或第二方向的光源的发光量。