本发明总地涉及测距技术领域，更具体地涉及一种测距装置、测距方法和可移动平台。
背景技术
激光测距装置通过发射激光脉冲信号来探测被测物的距离、方位、形状等参数，作为一种可以感知环境三维信息的先进传感器件，激光测距装置近年来在各类智能机器人、辅助驾驶、自动驾驶等领域中获得了广泛的应用。
激光测距装置主要通过向被测物发射光脉冲信号，然后将接收到的从被测物反射回来的信号与发射信号进行比较从而获得被测物的距离、方位、形状等参数。但除了接收到被测物返回的回波信号以外，激光测距装置还会接收到噪声，噪声的存在将会影响到测距装置对被测物的判断，因此，如何判断测距装置所接收到的信号是否为噪声是目前亟待解决的问题。
技术实现要素：
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
针对现有技术的不足，本发明实施例第一方面提供一种测距装置，所述测距装置包括光发射器，光学系统，第一接收电路，第二接收电路，以及处理模块，：
所述光发射器用于依次发射光脉冲信号；
所述光脉冲信号被物体反射的至少部分回波信号经所述光学系统汇聚后被所述第一接收电路所接收；
所述第二接收电路和所述第一接收电路同时开启，所述第一接收电路和所述第二接收电路在同一时段所接收到的光学信号分别为第一光学信号和第二光学信号；
所述处理模块用于根据所述第一光学信号和所述第二光学信号的强度判断所述第一光学信号是否为噪声。
本发明实施例第二方面提供一种测距方法，所述测距方法包括：
开启光发射器以发射光脉冲信号；
同时开启第一接收电路和第二接收电路，所述第一接收电路接收所述光脉冲信号的经光学系统汇聚后的至少部分回波信号；
根据第一光学信号和第二光学信号的强度判断所述第一光学信号是否为噪声，其中，所述第一光学信号和所述第二光学信号分别为所述第一接收电路和所述第二接收电路在同一时段所接收到的光学信号。
本发明实施例第三方面提供一种可移动平台，所述可移动平台包括：
可移动平台本体；以及本发明实施例第一方面提供的测距装置，所述测距装置搭载于所述可移动平台本体上。
本发明实施例的测距装置、测距方法和可移动平台，光发射器发射的光脉冲信号被物体反射的至少部分回波信号经光学系统汇聚后被第一接收电路所接收，第二接收电路和第一接收电路同时开启，第一接收电路和第二接收电路在同一时段所接收到的光学信号分别为第一光学信号和第二光学信号，根据第一光学信号和第二光学信号的强度判断第一光学信号是否为噪声，从而提高了测距装置的抗干扰性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明一个实施例的测距装置的结构框图；
图2示出了根据本发明一个实施例的测距装置的空间布局示意图；
图3示出了根据本发明一个实施例的测距装置的光路图；
图4示出了根据本发明一个实施例的测距装置的接收电路的电路图；
图5示出了根据本发明另一个实施例的测距装置的接收电路的电路图；
图6示出了根据本发明一个实施例的测距方法的示意性流程图。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。
在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的可选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
下面结合附图，对本申请的测距装置、测距方法和可移动平台进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
首先参考图1对本发明实施例中的一种测距装置的结构做详细的示例性地描述。本发明实施例的测距装置可以是激光雷达、激光测距设备等电子设备。在一种实施方式中，测距装置用于感测外部环境信息，例如，环境目标的距离信息、方位信息、反射强度信息、速度信息等。
一种实现方式中，测距装置可以通过测量测距装置和探测物之间光传播的时间，即光飞行时间(Time-of-Flight，TOF)，来探测探测物到测距装置的距离。或者，测距装置也可以通过其他技术来探测探测物到测距装置的距离，例如基于相位移动(phase shift)测量的测距方法，或者基于频率移动(frequency shift)测量的测距方法，在此不做限制。
如图1所示，本发明实施例的测距装置100包括光发射器110、光学系统(未图示)、接收电路120和处理模块130。
其中，光发射器110用于依次发射光脉冲信号。光发射器110的数量可以为一个或多个。不同的光发射器110发射的光脉冲信号的方向相同或不同，优选地，不同的光发射器110发射的光脉冲信号的方向不同，多个光发射器封装在一起或单独封装。可选地，光发射器110可以为激光器。接收电路120用于接收光学信号。
接收电路120至少包括第一接收电路120a和第二接收电路120b，光发射器110发射的光脉冲信号被物体反射的至少部分回波信号经光学系统汇聚后被第一接收电路120a所接收，第二接收电路120b和第一接收电路120a同时开启，第一接收电路120a和第二接收电路120b在同一时段所接收到的光学信号分别为第一光学信号和第二光学信号。即在第一接收电路120a开启以接收其所对应的光发射器发射的光脉冲信号经光学系统汇聚后的至少部分回波信号的时间范围内，第二接收电路120b也同时开启，第一接收电路120a接收第一光学信号，同时第二接收电路120b接收第二光学信号。处理模块130用于根据第一光学信号和所述第二光学信号的强度判断第一光学信号是否为噪声，从而提高了激光测距装置的抗干扰性能。
为了便于描述，本发明实施例中将当前时间范围内开启的光发射器称为第一光发射器110a，该第一光发射器110a发射的光脉冲信号被物体反射的至少部分回波信号经光学系统汇聚后被第一接收电路120a所接收，将与第一接收电路120a在同一时间范围内开启的接收电路称为第二接收电路120b，将与第二接收电路120b对应的光发射器称为第二光发射器110b，第二光发射器110b在当前时间范围内不开启，因而在图1中以虚线表示，需要说明的是，本申请实施例中可以存在多个光发射器，多个光发射器中至少存在部分光发射器可以在不同的时间范围内依次开启以出射光脉冲信号。
在接收电路开启以接收光学信号时，其接收到的光学信号可能包括光发射器发射的光脉冲信号经过被测物反射的回波信号，但也可能包括噪声。其中，噪声可能为泛光信号，例如，来自其他方向的杂散光在测距装置内部发生多次反射后入射到光电转换器的光线，这类噪声强度较弱。噪声也可能为测距装置工作场景内其他光源发射的、与测距装置的接收光路相同或平行的光线，这类噪声强度很强，甚至远强于被测物返回的回波信号。
为了区分噪声和回波信号，处理模块130对第一接收电路120a接收到的第一光学信号与第二接收电路120b接收到的第二光学信号的强度进行比较，根据比较结果判断第一光学信号是否为噪声。
参见图3，第一光发射器发射的光脉冲信号照射到与第一光发射器对应的视场(FOV)内，被视场内的被测物反射的回波信号304经光学系统303汇聚到第一接收电路中的第一光电转换器301上，此时第一接收电路处于开启状态，第一光电转换器301能够接收到光学信号，即此时第一光电转换器301接收到的光学信号中包括至少部分回波信号。在第一接收电路开启的同时，第二接收电路也开启，由于第二接收电路不与当前开启的第一光发射器对应，光学系统303不会将回波信号汇聚到第二接收电路中的第二光电转换器302上，因而第二光电转换器302不能接收到回波信号，只能接收到噪声，例如其他方向的杂射光305在测距装置内部反射的光学信号，该信号为强度较弱的泛光信号。由此可知，若第一接收电路接收到的光学信号中包括回波信号，第二接收电路接收到的是泛光信号，则第二接收电路接收到的第二光学信号的强度将远低于第一接收电路接收到的第一光学信号的强度。
相反，若当前时间范围内没有回波信号，则第一接收电路和第二接收电路接收到的均为泛光信号，则由于经反射的杂射光并不具有很强的方向性，各个方向光强分布差别相对较小，因而第一接收电路接收到的第一光学信号和第二光学信号接收到的第二光学信号强度相近。
因此，在一个实施例中，若第一光学信号与第二光学信号的强度的比值小于或等于第一阈值，则处理模块130判断第一光学信号为噪声。作为示例，第一阈值的取值范围为(0，3]，在该取值范围内可以认为第一光学信号与第二光学信号的强度比值相近。
进一步地，如上所述，当第一光学信号中包括回波信号时，第一光学信号的强度远大于第二光学信号的强度；同时，受到光发射器功率等因素的限制，第一光学信号的强度不会无限制地大于第二光学信号的强度，因此，若第一光学信号与第二光学信号的强度比值在第二阈值与第三阈值之间，则处理模块130判断第一光学信号不是噪声，其中，第二阈值小于第三阈值。可以理解的是，第二阈值大于或等于上述的第一阈值。第二阈值和第三阈值的具体数值可以根据测距装置的参数以及测距装置的应用场景等因素进行设置。
采用以上判断方式，可以有效地判断第一接收电路120a接收到的第一光学信号是否为噪声。当判断第一光学信号不是噪声时，处理模块130可以根据该第一光学信号进行测距；当第一光学信号为噪声时，处理模块130可以不采用第一光学信号进行测距，可选地，处理模块130可以滤除该第一光学信号，由此可以有效地剔除杂射光导致的噪声，减少点云中噪点的产生。
可以理解的是，第二光学信号仅用作对比的目的，处理模块130不根据第二光学信号进行测距。
而在另一种情况下，入射到第一接收电路的噪声是其他光源(例如路面场景下其他车辆的激光雷达)发射的与接收光路平行的光线，则此时第一接收电路接收到的第一光学信号的强度将远大于第二接收电路接收到的第二光学信号的强度。因此，在一个实施例中，若所述第一光学信号与所述第二光学信号的比值大于或等于第四阈值，则处理模块130判断所述第一光学信号为噪声。其中，所述第四阈值大于上述的第三阈值。
第四阈值可以根据测距装置的参数和测距装置的应用场景等因素进行设置。作为示例，第四阈值可以根据每一个光发射器110发射的光脉冲信号的强度而确定。具体地，可以预先确定无回波信号时接收电路120接收到的泛光信号的强度范围P1～P2，光发射器110发射的光脉冲信号的最大强度为Pmax，则当第一光学信号与第二光学信号的比值大于或等于Pmax/P1时，可以认为第一光学信号包括与当前接收光路相平行的其它光源直射的光线，因而此时可以判断第一光学信号为噪声。
采用以上判断方式，可以有效判断第一光学信号中是否包括来自其他光源的光线，从而能够抑制其他光源带来的影响。
在一些实施例中，接收电路120可以包括两个以上的第二接收电路120b，处理模块130综合两个以上的第二接收电路120b的第二光学信号来与第一光学信号进行比较，从而提高判断结果的准确性。例如，只有在至少两个接收电路接收到的第二光学信号与第一光学信号的比较结果满足上文中所述的判断第一光学信号为噪声的条件时，处理模块130确定第一光学信号为噪声。或者，只有在至少两个接收电路接收到的第二光学信号与第一光学信号的比较结果满足上文中所述的判断第一光学信号不是噪声的条件时，处理模块130确定第一光学信号不是噪声。
在一些实施例中，第一接收电路120a包括第一光电转换器，用于接收光学信号，并将所述光学信号转换为电信号；测距装置100还包括第一采样电路，所述第一采样电路与所述第一接收电路120a和处理模块130连接，用于对所述第一接收电路120a输出的电信号进行采样，以获得采样信号，并将所述采样信号发送至所述处理模块130，所述处理模块130根据所述采样信号确定所述光学信号的强度。
在一些实施例中，第二接收电路120b包括第二光电转换器，用于接收光学信号，并将所述光学信号转换为电信号；测距装置100还包括第二采样电路，所述第二采样电路与所述第二接收电路和所述处理模块连接，用于对所述第二接收电路输出的电信号进行采样，以获得采样信号，并将所述采样信号发送至所述处理模块130，所述处理模块130根据所述采样信号确定所述光学信号的强度。可选地，所述第一光电转换器、第二光电转换器包括APD(雪崩光电二极管)、PIN光电二极管或其他光敏器件。每个光电转换器可以包括一个或多个光敏器件，例如，每个光电转换器可以包括APD阵列中的一个或多个APD。光发射器110出射的光束经被测物反射后，不同视场区域的被测物返回的回波分别被光学系统汇聚到位于不同位置处的光电转换器上，光电转换器的光敏面受探测光照射时，光生载流子在电场的作用下产生漂移，在外电路中产生光电流。
示例性地，测距装置100包括至少三个光电转换器。示例性地，至少三个光电转换器中至少存在部分所述光电转换器为等间距设置。例如，多个光电转换器可以排布为等间隔的线阵或面阵，每个光电转换器可以对应相同大小的视场区域。示例性地，在至少三个光电转换器中，至少存在部分所述光电转换器为不等间距设置。例如，对应部分视场区域(例如中心视场区域)的光电转换器可以排列得相对密集，以采集更多的信息，而对应其他部分视场区域(例如边缘视场区域)的光电转换器可以排列的相对稀疏。
接收电路120还可以包括电流电压转换电路，电流电压转换电路与光电转换器和采样电路连接，用于将光电转换器输出的电流信号转换为电压信号，并将电压信号发送至采样电路。电流电压转换电路可以包括跨阻放大器(TIA)，其将电流信号转化为电压信号并可提供增益。电流电压转换电路也可以采用电容或其他类型的电容电压转换器件。电流电压转换电路也可以被视为一级放大器。
在一些实施例中，第一接收电路120a还包括电流电压转换电路，所述电流电压转换电路与所述第一光电转换器和所述第一采样电路连接，用于将所述第一光电转换器输出的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号发送至所述第一采样电路。
在一些实施例中，第二接收电路120b还包括电流电压转换电路，所述电流电压转换电路与所述第二光电转换器和所述第二采样电路连接，用于将所述第二光电转换器输出的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号发送至所述第二采样电路。
在一些实施例中，跨阻放大器还可以用于实现电路选通的功能，即用于开启包括该跨阻放大器的接收电路，或关闭包括该跨阻放大器的接收电路。在其他实施例中，也可以用开关实现接收电路的选通，即测距装置100还包括连接每个接收电路120的开关，所述开关用于开启与之连接的接收电路，或关闭与之连接的接收电路。
在一些实施例中，第一采样电路和第二采样电路的结构可以相同，也可不同，第一采样电路和第二采样电路用于对电信号进行采样。第一采样电路和第二采样电路输出的采样信号交由处理模块，处理模块可以根据采样信号确定光学信号的大小，进而确定是否根据第一光学信号进行测距。作为示例，第一采样电路和第二采样电路至少包括如下两种实现方式：
作为一种实现方式，采样电路包括比较器(例如，可以为模拟比较器(analog comparator，COMP)，用于将电信号转换为数字信号)和时间数字转换器(Time-to-Data Converter，TDC)，经由一级或二级放大电路放大后的电信号经所述比较器后进入时间测量电路，由时间测量电路测量激光脉冲序列从发射到接收之间的时间差。
其中，TDC可以是独立的TDC芯片，或者是基于现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)或特定应用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD等可编程器件的内部延时链来实现时间测量的TDC电路，或者，采用高频时钟实现时间测量的电路结构或者计数方式实现时间测量的电路结构。
示例性地，比较器的第一输入端用于接收从放大电路输入的电信号，第二输入端用于接收预设阈值，输入到比较器的电信号与预设阈值进行比较运算。比较器的输出信号进入TDC，TDC可以测量比较器输出信号沿的时间信息，所测量时间是以激光发射信号作为参考，也就是可以测量到激光信号从发射到接收之间的时间差。
作为另一种实现方式，采样电路包括模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)。输入到采样电路的模拟信号经过ADC的模数转换之后，可以输出数字信号至运算电路。同样地，ADC可以是独立的ADC芯片，或者是基于现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)等可编程器件实现的ADC电路。
在一些实施例中，每个接收电路(例如第一接收电路或第二接收电路)也可以分别包括至少一个信号放大器(AMP)，该信号放大器可以连接在跨阻放大器之后，用于对来自跨阻放大器的电信号进一步提供增益，以将跨阻放大器输出的弱信号放大到比较器能够识别的电压。
示例性地，除了在当前时间范围内开启的第一接收电路和第二接收电路以外，接收电路还包括在当前时间范围内关闭的至少一个第三接收电路，每个第三接收电路与一个第三光发射器对应。第三接收电路可以包括第三光电转换器。
在一些实施例中，每个接收电路连接一个采样电路，即第一接收电路连接第一采样电路，每个第二接收电路连接分别连接每个第二采样电路，每个第三接收电路分别连接每个第三采样电路，各接收电路和采样电路独立运行，串扰较小。图4示出了采用该方案的一种示例性的电路结构。在图4所示的电路结构中，第一接收电路410、第二接收电路420以及至少两个第三接收电路430均包括光电接收器、跨阻放大器(TIA)和二级放大器(AMP)，并且每个二级放大器都连接一个采样电路。
而在其他实施例中，由于第一接收电路和第二接收电路同时开启时，其余的多个第三接收电路关闭，因而不在同一时间范围内开启的部分接收电路之间也可以复用采样电路，从而降低硬件成本和功耗。示例性地，第一接收电路与至少一个第三接收电路可以复用同一个第一采样电路，第二接收电路与其余至少一个第三接收电路可以复用同一个第二采样电路。由于第一接收电路与第二接收电路同时开启，因而第一接收电路和第二接收电路不与同一第三接收电路复用同一个采样电路。
此外，若接收电路包括两个以上的第二接收电路，则由于两个以上的第二接收电路在同一时间范围内开启，每个第二接收电路之间不复用采样电路。
具体地，如图5所示，在图5所示的电路结构中，第一接收电路510与第一第三接收电路530复用同一个采样电路，第二接收电路520与第二第三接收电路540复用同一个采样电路。此外，由于跨阻放大器(TIA)可以实现电路选通的功能，因而每一个接收电路均可以包括跨阻放大器，从而实现每一个接收电路的独立的选通。复用同一个采样电路的两个接收电路也可以同时复用二级放大器(AMP)，以进一步节约成本。
虽然在图5所示的电路结构中每两个接收电路复用同一个采样电路，但在其他示例中，由于同一时间范围内存在多个当前时间范围内不开启的第三接收电路，因而三个或三个以上的接收电路也可以复用同一个采样电路，即第一接收电路可以与两个或两个以上的第三接收电路复用同一个采样电路，第二接收电路与其余两个或两个以上的第三接收电路复用同一个采样电路，只需要保证同一时间范围内同时开启的第一接收电路和第二接收电路不复用同一个采样电路即可。
需要说明的是，本发明实施例中，复用的情况可以随意组合和变换，可以根据实际需要决定是否复用以及哪些电路进行复用，例如部分接收电路存在复用的情况，部分接收电路不存在复用的情况，以上任何组合形式都属于本发明的保护范围。
如上所述，在本发明实施例中，以第二光学信号的强度作为参照来判断第一光学信号是否为噪声，并在第一光学信号和第二光学信号的强度相近时认为第一光学信号为噪声。但当接收第一光学信号的第一光电转换器与接收第二光学信号的第二光电转换器距离过远时，可能导致虽然第一光学信号和第二光学信号均为泛光，但强度相差较大，从而造成误判。因而在一个实施例中，可以将第一光电转换器与第二光电转换器相邻设置。也就是说，在每个时间范围内，相邻设置的两个光电转换器同时开启以接收光学信号，由此，当没有回波信号入射时，第一接收电路和第二接收电路将接收到近似强度的泛光信号，从而避免误判情况的产生。
进一步地，除了光电转换器以外，第一接收电路和第二接收电路中连接在光电转换器之后的跨阻放大器也可以相邻设置，从而进一步提高判断的准确性。
在一些实施例中，可以将第一光电转换器与第二光电转换器之间的距离设置在一定范围之内，从而保证第一光电转换器和第二光电转换器能够接收到类似的泛光信号。作为示例，第一光电转换器与第二光电转换器之间的距离在0.3毫米至2毫米之间，例如，二者的距离可以设置为约0.5毫米，该距离内的第一光电转换器和第二光电转换器接收到的泛光信号的强度相近。当第一光电转换器和第二光电转换器之间的距离在上述一定范围之内时，第一光电转换器和第二光电转换器可以相邻设置，也可以间隔设置。
在一个实施例，复用同一个第一采样电路的第一接收电路的第一光电转化器和第三接收电路的第三光电转换器间隔设置，复用同一个第二采样电路的第二接收电路的第二光电转换器和第三接收电路的第三光电转换器间隔设置，从而减少电路之间的串扰。例如，参照图5，第一接收电路510与第一第三接收电路530复用同一个采样电路，则第一接收电路510的第一光电转换器与第一第三接收电路530的第三光电转换器间隔设置；第二接收电路520与第二第三接收电路540复用同一个采样电路，则第二接收电路520的第二光电转换器与第二第三接收电路540的第三光电转换器间隔设置。
进一步地，复用同一个第一采样电路的第一接收电路的第一光电转换器和第三接收电路的第三光电转换器之间设置有第二接收电路的第二光电转换器，即由第二光电转换器将第一光电转换器和第三光电转换器间隔开来。继续参见图5，第一接收电路510的第一光电转换器与第一第三接收电路530的第三光电转换器之间设置有第二接收电路520的第二光电转换器。
测距装置100还包括光学系统，光学系统包括光路改变元件，用于改变入射到其上的光学信号的光路，以使所述光学信号被光电转换器接收。
作为示例，光路改变元件可以包括设置在光电转换器前方的透镜组。根据使用环境条件，透镜组可以设计为由单片或多片透镜组成，镜片面型为球面、非球面或球面与非球面的组合，透镜的镜片材料可以包括玻璃、塑料或玻璃与塑料的组合，本发明实施例对此不做限制。示例性地，可以对透镜组结构进行充分的消热差设计，以补偿温度漂移对成像的影响。
在一些实施例中，光发射器发射的光脉冲信号覆盖一定的视场，从该视场返回的回波信号被光路改变元件汇聚到与该光发射器对应的光电转换器上。由于本发明实施例中同时开启第一接收电路和第二接收电路，为了避免第二接收电路和第一接收电路同时接收到回波信号而难以比较，因而较佳地，光路改变元件可以设计为将回波信号汇聚到小于光电转换器尺寸的范围之内，以避免在相邻的两个光电转换器同时开启时造成串扰。
作为示例，第一接收电路包括第一光电转换器，第二接收电路包括第二光电转换器，第一光电转换器与所述第二光电转换器之间的距离与光路改变元件的焦距的比值不大于1/6，从而既能使第一光电转换器和第二光电转换器接收到相近的泛光信号，又能保证光路改变元件将回波信号汇聚到第一光电转换器上。
在一些实施例中，所述光学系统包括光路改变元件，光路改变元件用于改变入射到其上的光学信号的光路，以使所述光学信号被第一接收电路接收，其中，光路改变元件的焦距在28毫米与32毫米之间，具有该焦距范围的光路改变元件能够较好地实现本发明实施例中光路改变元件的上述功能。示例性地，光路改变元件的焦距可以设置为约30毫米。
若处理模块130判断第一光学信号不是噪声，则可以根据第一光学信号从发射到接收的时间差以及激光传输速率计算得出被测物的距离信息。之后，处理模块130还可以根据解算出的信息生成图像等，在此不做限制。测距装置100探测到的距离和方位可以用于遥感、避障、测绘、建模、导航等。
一些实现方式中，除了图1所示的电路，测距装置100还可以包括扫描模块，用于将发射电路出射的至少一路光脉冲序列(例如激光脉冲序列)改变传播方向出射，以对视场进行扫描。示例性地，所述扫描模块在测距装置的视场内的扫描区域随着时间的累积而增加。
其中，可以将包括光发射器110、接收电路120和处理模块130的模块称为测距模块，该测距模块可以独立于其他模块，例如，扫描模块。
测距装置中可以采用同轴光路，也即测距装置出射的光束和经反射回来的光束在测距装置内共用至少部分光路。例如，发射电路出射的至少一路激光脉冲序列经扫描模块改变传播方向出射后，经探测物反射回来的激光脉冲序列经过扫描模块后入射至接收电路。或者，测距装置也可以采用异轴光路，也即测距装置出射的光束和经反射回来的光束在测距装置内分别沿不同的光路传输。图2示出了本发明实施例的测距装置采用同轴光路的一种示例的示意图。
如图2所示，测距装置200包括测距模块210，测距模块210包括发射器203(可以包括上述的发射电路)、准直元件204、光电转换器205(可以包括上述的接收电路、采样电路和运算电路)和光路改变元件206。测距模块210用于发射光束，且接收回光，将回光转换为电信号。其中，发射器203可以用于发射光脉冲序列。在一个实施例中，发射器203可以发射激光脉冲序列。可选的，发射器203发射出的激光束为波长在可见光范围之外的窄带宽光束。准直元件204设置于发射器的出射光路上，用于准直从发射器203发出的光束，将发射器203发出的光束准直为平行光出射至扫描模块。准直元件还用于会聚经探测物反射的回光的至少一部分。该准直元件204可以是准直透镜或者是其他能够准直光束的元件。
在图2所示实施例中，通过光路改变元件206来将测距装置内的发射光路和接收光路在准直元件204之前合并，使得发射光路和接收光路可以共用同一个准直元件，使得光路更加紧凑。在其他的一些实现方式中，也可以是发射器203和光电转换器205分别使用各自的准直元件，将光路改变元件206设置在准直元件之后的光路上。
在图2所示实施例中，由于发射器203出射的光束的光束孔径较小，测距装置所接收到的回光的光束孔径较大，所以光路改变元件可以采用小面积的反射镜来将发射光路和接收光路合并。在其他的一些实现方式中，光路改变元件也可以采用带通孔的反射镜，其中该通孔用于透射发射器203的出射光，反射镜用于将回光反射至光电转换器205。这样可以减小采用小反射镜的情况中小反射镜的支架会对回光的遮挡。
在图2所示实施例中，光路改变元件偏离了准直元件204的光轴。在其他的一些实现方式中，光路改变元件也可以位于准直元件204的光轴上。
测距装置200还包括扫描模块202。扫描模块202放置于测距模块210的出射光路上，扫描模块202用于改变经准直元件204出射的准直光束219的传输方向并投射至外界环境，并将回光投射至准直元件204。回光经准直元件204汇聚到光电转换器205上。
在一个实施例中，扫描模块202可以包括至少一个光学元件，用于改变光束的传播路径，其中，该光学元件可以通过对光束进行反射、折射、衍射等等方式来改变光束传播路径，例如所述光学元件包括至少一个具有非平行的出射面和入射面的光折射元件。例如，扫描模块202包括透镜、反射镜、棱镜、振镜、光栅、液晶、光学相控阵(Optical Phased Array)或上述光学元件的任意组合。一个示例中，至少部分光学元件是运动的，例如通过驱动模块来驱动该至少部分光学元件进行运动，该运动的光学元件可以在不同时刻将光束反射、折射或衍射至不同的方向。在一些实施例中，扫描模块202的多个光学元件可以绕共同的轴209旋转或振动，每个旋转或振动的光学元件用于不断改变入射光束的传播方向。在一个实施例中，扫描模块202的多个光学元件可以以不同的转速旋转，或以不同的速度振动。在另一个实施例中，扫描模块202的至少部分光学元件可以以基本相同的转速旋转。在一些实施例中，扫描模块的多个光学元件也可以是绕不同的轴旋转。在一些实施例中，扫描模块的多个光学元件也可以是以相同的方向旋转，或以不同的方向旋转；或者沿相同的方向振动，或者沿不同的方向振动，在此不作限制。
在一个实施例中，扫描模块202包括第一光学元件214和与第一光学元件214连接的驱动器216，驱动器216用于驱动第一光学元件214绕转动轴209转动，使第一光学元件214改变准直光束219的方向。第一光学元件214将准直光束219投射至不同的方向。在一个实施例中，准直光束219经第一光学元件改变后的方向与转动轴209的夹角随着第一光学元件214的转动而变化。在一个实施例中，第一光学元件214包括相对的非平行的一对表面，准直光束219穿过该对表面。在一个实施例中，第一光学元件214包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第一光学元件214包括楔角棱镜，对准直光束219进行折射。
在一个实施例中，扫描模块202还包括第二光学元件215，第二光学元件215绕转动轴209转动，第二光学元件215的转动速度与第一光学元件214的转动速度不同。第二光学元件215用于改变第一光学元件214投射的光束的方向。在一个实施例中，第二光学元件215与另一驱动器217连接，驱动器217驱动第二光学元件215转动。第一光学元件214和第二光学元件215可以由相同或不同的驱动器驱动，使第一光学元件214和第二光学元件215的转速和/或转向不同，从而将准直光束219投射至外界空间不同的方向，可以扫描较大的空间范围。在一个实施例中，控制器218控制驱动器216和驱动器217，分别驱动第一光学元件214和第二光学元件215。第一光学元件214和第二光学元件215的转速可以根据实际应用中预期扫描的区域和样式确定。驱动器216和驱动器217可以包括电机或其他驱动器。
在一个实施例中，第二光学元件215包括相对的非平行的一对表面，光束穿过该对表面。在一个实施例中，第二光学元件215包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第二光学元件215包括楔角棱镜。
一个实施例中，扫描模块202还包括第三光学元件(图未示)和用于驱动第三光学元件运动的驱动器。可选地，该第三光学元件包括相对的非平行的一对表面，光束穿过该对表面。在一个实施例中，第三光学元件包括厚度沿至少一个径向变化的棱镜。在一个实施例中，第三光学元件包括楔角棱镜。第一、第二和第三光学元件中的至少两个光学元件以不同的转速和/或转向转动。
在一个实施例中，所述扫描模块包括在所述光脉冲序列的出射光路上依次排布的2个或3个所述光折射元件。可选地，所述扫描模块中的至少2个所述光折射元件在扫描过程中旋转，以改变所述光脉冲序列的方向。
所述扫描模块在至少部分不同时刻的扫描路径不同，扫描模块202中的各光学元件旋转可以将光投射至不同的方向，例如投射的光211的方向和方向213，如此对测距装置200周围的空间进行扫描。当扫描模块202投射出的光211打到探测物201时，一部分光被探测物201沿与投射的光211相反的方向反射至测距装置200。探测物201反射的回光212经过扫描模块202后入射至准直元件204。
光电转换器205与发射器203放置于准直元件204的同一侧，光电转换器205用于将穿过准直元件204的至少部分回光转换为电信号。
一个实施例中，各光学元件上镀有增透膜。可选的，增透膜的厚度与发射器203发射出的光束的波长相等或接近，能够增加透射光束的强度。
一个实施例中，测距装置中位于光束传播路径上的一个元件表面上镀有滤光层，或者在光束传播路径上设置有滤光器，用于至少透射发射器所出射的光束所在波段，反射其他波段，以减少环境光给接收器带来的噪音。
在一些实施例中，发射器203可以包括激光二极管，通过激光二极管发射纳秒级别的激光脉冲。进一步地，可以确定激光脉冲接收时间，例如，通过探测电信号脉冲的上升沿时间和/或下降沿时间确定激光脉冲接收时间。如此，测距装置200可以利用脉冲接收时间信息和脉冲发出时间信息计算TOF207，从而确定探测物201到测距装置200的距离。测距装置200探测到的距离和方位可以用于遥感、避障、测绘、建模、导航等。
综上所述，根据本发明实施例的测距装置100，在当前开启的光发射器发射光脉冲信号的时间范围内，除了开启与当前开启的光发射器对应的第一接收电路以外，还同时开启第二接收电路，并将第一接收电路与第二接收电路所接收到光学信号进行对比，以判断第一接收电路接收到的是否为噪声，从而提高了测距装置的抗干扰性能。
本发明实施例另一方面提供一种测距方法。图6示出了测距方法600的流程图。该测距方法600可以由上文任一实施例所述的测距装置实现。以下仅对测距方法600的主要步骤进行描述，而省略上文中的部分详细细节。
如图6所示，测距方法600包括如下步骤：
在步骤S610，开启光发射器以发射光脉冲信号；
在步骤S620，同时开启第一接收电路和第二接收电路，所述第一接收电路接收所述光脉冲信号的经光学系统汇聚后的至少部分回波信号；
在步骤S630，根据第一光学信号和第二光学信号的强度判断所述第一光学信号是否为噪声，其中，所述第一光学信号和所述第二光学信号分别为所述第一接收电路和所述第二接收电路在同一时段所接收到的光学信号。
作为示例，在步骤S630中，所述根据所述第一光学信号和所述第二光学信号的强度判断所述第一光学信号是否为噪声，包括：
若所述第一光学信号与所述第二光学信号的强度的比值小于或等于第一阈值，则判断所述第一光学信号为噪声。
作为示例，所述第一阈值的取值范围为(0，3]。
作为示例，在步骤S630中，所述根据所述第一光学信号和所述第二光学信号的强度，判断所述第一光学信号是否为噪声，包括：
若所述第一光学信号与所述第二光学信号的强度比值在第二阈值与第三阈值之间，则判断所述第一光学信号不是噪声，其中，所述第二阈值小于所述第三阈值。
其中，所述第二阈值大于所述第一阈值。
作为示例，在步骤S630中，所述根据所述第一光学信号和所述第二光学信号的强度判断所述第一光学信号是否为噪声，包括：
若所述第一光学信号与所述第二光学信号的比值大于或等于第四阈值，则判断所述第一光学信号为噪声。其中，所述第三阈值小于所述第四阈值，所述第四阈值可以根据每一个光发射器发射的光脉冲信号的强度而确定。
在一个实施例中，所述第一接收电路包括第一光电转换器，所述方法包括通过所述第一光电转换器接收光学信号，并将所述光学信号转换为电信号；所述测距装置还包括第一采样电路，所述第一采样电路与所述第一接收电路和所述处理模块连接，所述方法还包括通过所述第一采样电路对所述电信号进行采样，以获得采样信号，并将所述采样信号发送至所述处理模块，所述处理模块根据所述采样信号确定所述光学信号的强度。
在一个实施例中，所述第一接收电路还包括电流电压转换电路，所述方法还包括通过所述电流电压转换电路将所述第一光电转换器输出的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号发送至所述第一采样电路，所述电流电压转换电路与所述第一光电转换器和所述第一采样电路连接。
在一个实施例中，所述第二接收电路包括第二光电转换器，所述方法还包括通过所述第二光电转换器接收光学信号，并将所述光学信号转换为电信号；所述测距装置还包括第二采样电路，所述第二采样电路与所述第二接收电路和所述处理模块连接，所述方法还包括通过所述第二采样电路对所述第二接收电路输出的电信号进行采样，以获得采样信号，并将所述采样信号发送至所述处理模块，所述处理模块根据所述采样信号确定所述光学信号的强度。
在一个实施例中，所述第二接收电路还包括电流电压转换电路，所述电流电压转换电路与所述第二光电转换器和所述第二采样电路连接，所述方法还包括通过所述电流电压转换电路将所述第二光电转换器输出的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号发送至所述第二采样电路。
在一个实施例中，每个所述接收电路包括光电转换器，测距方法600包括通过所述光电转换器接收光学信号，并将所述光学信号转换为电信号，所述光电转换器包括所述第一接收电路中的第一光电转换器和所述第二接收电路中的第二光电转换器；测距方法600还包括通过采样电路对所述电信号进行采样，以获得采样信号，并将所述采样信号发送至所述处理模块，所述处理模块根据所述采样信号确定所述光学信号的强度，所述采样电路分别与所述接收电路和所述处理模块连接，所述采样电路包括与所述第一接收电路连接的第一采样电路和与所述第二接收电路连接的第二采样电路。
在一个实施例中，测距方法600还包括通过所述接收电路中的电流电压转换电路将所述光电转换器输出的电流信号转换为电压信号，并将所述电压信号发送至所述采样电路，所述电流电压转换电路与所述光电转换器和所述采样电路连接。
在一个实施例中，所述电流电压转换电路包括跨阻放大器，测距方法600包括通过所述跨阻放大器开启包括所述跨阻放大器的接收电路，或关闭包括所述跨阻放大器的接收电路。
在一个实施例中，所述接收电路包括两个以上的所述第二接收电路，每个所述第二接收电路复用一个所述第二采样电路。进一步地，所述接收电路还可以包括第三接收电路，所述第三接收电路在所述第一接收电路和所述第二接收电路开启的同一时段关闭。进一步地，第三接收电路至少为两个，第一接收电路与至少一个第三接收电路复用同一个所述第一采样电路，和/或，所述第二接收电路与其余至少一个第三接收电路复用同一个所述第二采样电路。
示例性地，所述第一光电转换器与所述第二光电转换器相邻设置。在一个实施例中，复用同一个第一采样电路的第一接收电路和第三接收电路的光电转换器间隔设置，复用同一个第二采样电路的第二接收电路和第三接收电路的所述光电转换器间隔设置。例如，复用同一个所述第一采样电路的所述第一接收电路和所述第三接收电路的所述光电转换器之间设置有所述第二接收电路的所述光电转换器。
在一个实施例中，接收电路与开关连接，测距方法600还包括通过所述开关开启与所述开关连接的接收电路，或关闭与所述开关连接的接收电路。
在一个实施例中，所述第一接收电路包括第一光电转换器，所述第二接收电路包括第二光电转换器，所述第一光电转换器和所述第二光电转换器用于接收光学信号；所述光学系统包括光路改变元件，测距方法600包括通过所述光路改变元件改变入射到其上的光学信号的光路，以使所述光学信号被所述光电转换器接收；其中，第一光电转换器与第二光电转换器之间的距离与光路改变元件的焦距的比值不大于1/6。
示例性地，所述光学系统包括光路改变元件，所述光路改变元件用于改变入射到其上的光学信号的光路，以使所述光学信号被所述第一接收电路接收，其中，光路改变元件的焦距在28毫米与32毫米之间。
示例性地，所述第一接收电路包括第一光电转换器，所述第二接收电路包括第二光电转换器，所述第一光电转换器和所述第二光电转换器用于接收光学信号，其中，第一光电转换器与第二光电转换器之间的距离在0.3毫米至2毫米之间。
在一个实施例中，所述方法还包括通过至少三个光电转换器接收光学信号，并将所述光学信号转换为电信号，其中，至少存在部分所述光电转换器为等间距设置，和/或，至少存在部分所述光电转换器为不等间距设置。
示例性地，不同光发射器发射的所述光脉冲信号的方向相同或不同。多个光发射器封装在一起或单独封装。
在一个实施例中，若判断所述第一光学信号为噪声，则所述测距方法600还包括：滤除所述第一光学信号。若判断所述第一光学信号不是噪声，则测距方法600还可以包括基于光飞行时间或基于相位移动等方法，根据第一光学信号进行测距。
根据本发明实施例的测距方法600，在当前开启的光发射器发射光脉冲信号的时间范围内，除了开启与当前开启的光发射器对应的第一接收电路以外，还同时开启第二接收电路，并将第一接收电路与第二接收电路所接收到光学信号进行对比，以判断第一接收电路接收到的是否为噪声，从而提高了测距方法的准确性。
本发明实施例还提供了一种可移动平台，所述可移动平台包括上述任一测距装置以及可移动平台本体，所述测距装置搭载在所述可移动平台本体上。在一些实施例中，所述可移动平台可以完全自主运行或者半自主运行。在一些实施例中，所述可移动平台既可以响应来自遥控器的一个或多个指令半自主运行，也可以遵循预设的程序指令完全自主运行。
进一步地，所述可移动平台包括但不限于汽车、遥控车、飞行器、机器人中的至少一种。所述汽车可以是自动驾驶汽车或半自动驾驶汽车，所述飞行器可以是无人飞行器，例如固定翼无人机、旋翼无人机等。当可移动平台为飞行器时，可移动平台本体为飞行器的机身。当可移动平台为汽车时，可移动平台本体为汽车的车身。当可移动平台为遥控车时，可移动平台本体为遥控车的车身。当可移动平台为机器人时，平台本体为机器人的机体。
可移动平台可以根据测距装置的测距结果控制可移动平台本体的移动。例如在道路场景下，测距装置得到点云数据以后，可移动平台可以根据点云数据预测障碍物的相关属性，实现前景障碍物的检测与分割，进而进行障碍物的轨迹预测，以此作为行驶规划的判断依据；还可以根据可行驶道路和交叉口等处的点云高度及连续性信息实现可通行空间检测，或者可以利用点云信息与高精度地图进行匹配，以此实现高精度定位。
由于本发明实施例的测距装置具有较高的抗干扰性能，因而采用上述测距装置的可移动平台也具有类似的优点。
尽管这里已经参考附图描述了示例实施例，应理解上述示例实施例仅仅是示例性的，并且不意图将本发明的范围限制于此。本领域普通技术人员可以在其中进行各种改变和修改，而不偏离本发明的范围和精神。所有这些改变和修改意在被包括在所附权利要求所要求的本发明的范围之内。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个设备，或一些特征可以忽略，或不执行。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。
本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些模块的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。
应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
