一种扫描测距仪及用于测距信号的噪点过滤的方法转让专利
申请号 : CN202110645277.X
文献号 : CN113093147B
文献日 : 2021-10-08
发明人 : 黎龙飞 , 夏吴斌 , 于远芳 , 雷乔 , 施玲玲 , 陈士凯
申请人 : 上海思岚科技有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于测距信号的噪点过滤的方法,其特征在于,所述方法包括:通过扫描测距仪的多个比较器分别采集当前测距信号的前沿点,得到多个前沿点;
从扫描测距仪的多个比较器中选取目标比较器,通过所述目标比较器采集当前测距信号的后沿点;
根据所述多个前沿点确定当前测距信号的前沿斜率,并根据所述后沿点与所述目标比较器所采集的前沿点确定当前测距信号的信号宽度;
根据所述当前测距信号的前沿斜率在预设关系基准表中查找对应的基准信号宽度,根据所述基准信号宽度与所述当前测距信号的信号宽度过滤当前测距信号的噪点。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述方法包括:确定被扫描对象的信号前沿斜率与信号宽度的预设关系基准表。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述被扫描对象包括被扫描单板,确定被扫描对象的信号前沿斜率与信号宽度的预设关系基准表,包括:改变所述被扫描单板的接收信号的信号强度,在每一个接收信号的信号强度状态下采集信号的前沿斜率和信号宽度;
根据采集到的所有的信号的前沿斜率和信号宽度确定预设关系基准表。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,从扫描测距仪的多个比较器中选取目标比较器,包括:
确定所述扫描测距仪的每一比较器对应的预设鉴别阈值;
将最小值的预设鉴别阈值对应的比较器作为目标比较器。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述基准信号宽度与所述当前测距信号的信号宽度过滤当前测距信号的噪点,包括:当所述当前测距信号的信号宽度大于所述基准信号宽度时,则判定所述当前测距信号为噪点。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,改变所述被扫描单板的接收信号的信号强度,包括以下任一种方式或任几种方式的组合来实现:通过将所述被扫描单板由白色到黑色的连续改变,进行改变所述被扫描单板的表面反射率;
保持所述被扫描单板的表面反射率不变,改变扫描测距仪的发射光的驱动电流从强到弱的连续变化;
所述被扫描单板的表面反射率不变,改变接收端有效光通量。
7.一种用于测距信号的噪点过滤的扫描测距仪,其特征在于,所述扫描测距仪包括:感光元件、信号转换模块、信号放大模块、比较器模块、时间数字转换器模块及信号分析处理模块;
所述感光元件用于感知接收被测对象表面的光信号,并将所述光信号转化为电信号;
所述感光元件与所述信号转换模块连接,所述信号转换模块用于将由所述电信号激发的电流信号转化为电压信号;
所述信号放大模块用于将所述电压信号进行放大并拟制信号底噪的产生;
所述比较器模块包括多个相同的比较器,所有比较器共同连接至所述信号放大模块的输出端,用于采集所述信号放大模块输出的信号的前沿点,得到多个前沿点,并从所述多个相同的比较器中选取目标比较器,通过所述目标比较器采集当前测距信号的后沿点;
所述时间数字转换器模块包括多个时间数字转换器,并分别连接到各个比较器的输出端,用于将所述比较器的输出信息转换成飞行时间信息;
所述信号分析处理模块用于将收集各个时间数字转换器提供的飞行时间信息,根据所述飞行时间信息确定测距结果;
其中,所述信号分析处理模块用于根据所述多个前沿点确定当前测距信号的前沿斜率,并根据所述后沿点与所述目标比较器所采集的前沿点确定当前测距信号的信号宽度,根据所述当前测距信号的前沿斜率在预设关系基准表中查找对应的基准信号宽度,根据所述基准信号宽度与所述当前测距信号的信号宽度过滤当前测距信号的噪点。
8.根据权利要求7所述的扫描测距仪,其特征在于,每一个比较器与所述信号放大模块之间的时延相等,且每一比较器的预设鉴别阈值不相同。
9.根据权利要求8所述的扫描测距仪,其特征在于,所述多个相同的比较器用于采集同一个当前测距信号的前沿点,得到多个前沿点;所有预设鉴别阈值中最小值对应的比较器作为目标比较器,通过所述目标比较器采集所述当前测距信号的后沿点。
10.一种计算机可读介质,其上存储有计算机可读指令,所述计算机可读指令可被处理器执行以实现如权利要求1至6中任一项所述的方法。
说明书 :
一种扫描测距仪及用于测距信号的噪点过滤的方法
技术领域
背景技术
真实的场景中,往往有这样一种情况,即前后两面墙体之间并不相连,而是独立分隔的,这
种场景对激光扫描测距仪是一种考验。在激光扫描测距仪扫描运行过程中,当扫描光束掠
过两面墙交界处时,部分光斑投射到前板墙体,剩余光斑投射到后板墙体,这样就造成了光
斑畸变,进一步在扫描图的前后两板之间形成连续噪点,这些噪点会被机器人误以为此处
有障碍物而影响路径规划的结果。在实际场景中,如图1所示,激光扫描测距仪投射到前后
独立的两块板(墙)的情形,前板与后板独立存在,并无相连,前板与后板之间的区域是空闲
的,无其他障碍物存在,激光扫描测距仪沿两板的方向扫描,部分光斑投射到前板,剩余光
斑投射到后板,造成光斑畸变,前后光斑分别反射回激光扫描测距仪的感光元件上,形成一
个叠加的波形信号。如图2所示出现了叠加信号,前板信号正常应该是A1‑B0构成的信号,后
板信号正常是A0‑B构成的信号,由于光斑同时投射到前板和后板,导致两个信号叠加形成
A1‑B信号。此时,如图3所示,出现了因光斑畸变在前后两板之间形成连续噪点的扫描效果,
近处散点是前板在扫描图上的呈现,远处离散点是后板在扫描图上的呈现,而中间散点是
由光斑畸变引起的检测噪点,在扫描场景中形成了一道并不存在的虚拟障碍墙,影响机器
人的路径规划。
了机器人的作业区域。更为严重的是,若实际场景中存在独立墙、承重柱等特征较多时,会
让机器人误认为它四周都是障碍物,从而无法进行正确的路径规划或地图构建,无法进行
有效的区域作业。
发明内容
构建,无法进行有效的区域作业的问题。
模块及信号分析处理模块;
度,根据所述当前测距信号的前沿斜率在预设关系基准表中查找对应的基准信号宽度,根
据所述基准信号宽度与所述当前测距信号的信号宽度过滤当前测距信号的噪点。
较器采集当前测距信号的后沿点;根据所述多个前沿点确定当前测距信号的前沿斜率,并
根据所述后沿点与所述目标比较器所采集的前沿点确定当前测距信号的信号宽度;根据所
述当前测距信号的前沿斜率在预设关系基准表中查找对应的基准信号宽度,根据所述基准
信号宽度与所述当前测距信号的信号宽度过滤当前测距信号的噪点。从而可以有效地识别
并滤除因光斑畸变产生的噪点,增加了环境识别的准确度。
附图说明
具体实施方式
内存。
ROM) 或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。
计算机的存储介质的例子包括,但不限于相变内存 (Phase‑Change RAM,PRAM)、静态随机
存取存储器 (Static Random Access Memory,SRAM)、动态随机存取存储器 (Dynamic
Random Access Memory,DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电
可擦除可编程只读存储器 (Electrically Erasable Programmable Read‑Only Memory,
EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器 (Compact Disc Read‑Only
Memory,CD‑ROM)、数字多功能光盘 (Digital Versatile Disk,DVD) 或其他光学存储、 磁
盒式磁带,磁带磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质,可用于存储可以被
计算设备访问的信息。按照本文中的界定,计算机可读介质不包括非暂存电脑可读媒体
(transitory media),如调制的数据信号和载波。
比较器模块400、时间数字转换器模块500及信号分析处理模块600;其中,所述感光元件100
用于感知接收被测对象表面的光信号,并将所述光信号转化为电信号;所述感光元件100与
所述信号转换模块200连接,所述信号转换模块200用于将由所述电信号激发的电流信号转
化为电压信号;所述信号转换模块200与所述信号放大模块300连接,所述信号放大模块300
用于将所述电压信号进行放大并拟制信号底噪的产生;所述比较器模块400包括多个相同
的比较器,所有比较器共同连接至所述信号放大模块300的输出端,用于采集所述信号放大
模块300输出的信号的前沿以及后沿信息;所述时间数字转换器模块500包括多个时间数字
转换器,并分别连接到各个比较器的输出端,用于将所述比较器的输出信息转换成飞行时
间信息;所述信号分析处理模块600用于将收集各个时间数字转换器提供的飞行时间信息,
根据所述飞行时间信息确定测距结果。
射到单个被测物表面并经该表面反射后得到的光信号;信号转换模块200,用于将感光元件
100激发的电流信号转化为电压信号;信号放大模块300,用于将电压信号幅值放大,并拟制
信号底噪的产生;比较器模块400由多个相同规格比较器组成,并共同连接到信号放大模块
300的输出端,用于采集信号的前沿及后沿信息,各个独立比较器与信号放大模块分别连
接,分别独立采集信号放大模块输出的信号,其中,前沿是指信号的上升沿,后沿是指信号
的下降沿;时间数字转换器模块500,即TDC(Time‑to‑Digital Converter)模块,是由多个
TDC(时间数字转换器)组成,分别连接到各个比较器的输出端,用于将比较器的输出信息转
换成飞行信息;信号分析处理模块600,用于收集各个TDC的信息,综合分析处理后输出测距
结果;其中,飞行信息是指光在介质中传播的时间,以脉冲激光发出为起始点,激光在空气
中传播,投射到被测物表面后,经被测物表面反射回来,以感光元件收到为终止点;使用飞
行时间进行度量测距,具体地,扫描仪到被测物的距离=1/2*光速*飞行时间。
法包括但不限于V1
出信号前沿的斜率。各个独立比较器分别独立采集信号放大模块输出的信号,各自与信号
放大模块之间的时延相等;从而可以确保各个比较器都在同一时刻采集当前信号,减小采
集误差。
点。在此,如图5所示,通过预设鉴别阈值各不相同的比较器1、比较器2、……比较器N,分别
采集同一信号的前沿坐标点A1,A2,……,AN,使用预设鉴别阈值最小的比较器1进行采集信
号的后沿点B;从而将采集到的前沿点和后沿点信息发送至信号分析处理模块中。
信号宽度,根据所述当前测距信号的前沿斜率在预设关系基准表中查找对应的基准信号宽
度,根据所述基准信号宽度与所述当前测距信号的信号宽度过滤当前测距信号的噪点。在
此,信号的前沿斜率至少需要两个或两个以上的比较器对信号前沿坐标点进行采集后计算
得到,可以通过前沿坐标点A1,A2,……,AN拟合计算出前沿斜率;可以使用预设鉴别阈值最
小的比较器采集到的前沿点A1和后沿点B计算信号宽度,B‑A1的横轴差值即为信号宽度,当
然可以理解的是,信号宽度的计算包括但不限于上述方式。信号的前沿斜率与信号宽度之
间呈单调关系,信号强度从强变弱的过程,信号宽度会从大减小,而信号的前沿斜率会从小
变大,且前沿斜率与信号宽度是同步变化的,因此,可以先加载前沿斜率‑信号宽度基准表,
该基准表是包括了前沿斜率与信号宽度之间的对应关系,当接收到信号后,比较器模块采
集信号的各个前沿点且比较器1同时采集信号后沿,计算信号的前沿斜率Ki和信号宽度Wi,
查找基准表中Ki对应信号宽度W0,比较Wi和W0,若Wi>W0,即当实际采集到的信号宽度大于
该前沿斜率对应的正常信号宽度时,则该信号即为两个信号叠加的结果,对应为部分光斑
投射到前板,剩余光斑投射到后板而造成的光斑畸变情形,即产生噪点的信号被识别出来,
需要进行滤除,否则,输出结果。从而可以有效地识别并滤除因光斑畸变产生的噪点,增加
了环境识别的准确度。
时,则该信号即为两个信号叠加的结果,对应为部分光斑投射到前板,剩余光斑投射到后板
而造成的光畸变情形,即产生噪点的信号被识别出来,得到更加准确的扫描效果图。
~
信号的前沿点,该当前测距信号为当前测到被测物得到的信号,信号的前沿点为信号的上
升沿点,从而可以得到多个由不同比较器采集的前沿点。
1、比较器2、……比较器N,分别采集同一信号的前沿坐标点A1,A2,……,AN;计算信号宽度
时,还需要一个后沿点,因此可以选取其中的一个比较器进行采集当前测距信号的后沿点。
比较器采集到的多个前沿点拟合计算出当前测距信号的前沿斜率Ki,比如选取的目标比较
器为比较器1,则根据比较器1采集到的前沿点A1和后沿点B计算当前测距信号的信号宽度
Wi。
号的噪点。在此,利用计算得到的前沿斜率Ki在预设关系基准表中查找该Ki对应的基准信
号宽度W0,从而比较W0和计算得到的Wi,根据比较结果判断当前测距信号的噪点,将得到的
噪点进行过滤,其中,预设关系基准表包括前沿斜率与信号宽度之间的对应关系。
应关系,因信号的前沿斜率与信号宽度之间呈单调关系,信号强度从强变弱的过程,信号宽
度会从大减小,而信号的前沿斜率会从小变大,且前沿斜率与信号宽度是同步变化的;所
以,可以通过对被扫描对象的测距扫描时来确定信号斜率与信号宽度之间的对应关系。
号的前沿斜率和信号宽度;根据采集到的所有的信号的前沿斜率和信号宽度确定预设关系
基准表。在此,如图8所示的激光扫描测距仪正常信号前沿斜率与信号宽度的关系图,以单
板信号为基准,通过改变接收信号的强弱,在每个信号强度状态下采集信号的前沿斜率与
信号宽度,形成以前沿斜率为横轴,以信号宽度为纵轴的基准表。
变所述被扫描单板的表面反射率;保持所述被扫描单板的表面反射率不变,改变扫描测距
仪的发射光的驱动电流从强到弱的连续变化;所述被扫描单板的表面反射率不变,改变接
收端有效光通量。在此,改变接收信号的强弱,可以通过连续改变被测单板表面反射率的方
式获得,保持被测单板表面反射率从强到弱变化,包括但不限于:从白色到黑色连续变化;
还可以保持被测单板表面反射率不变的情况下,通过改变发射光功率获得,包括但不限于
改变发射光的驱动电流从强到弱变化;还可以在保持被测单板表面反射率不变且保持发射
光功率不变的情况下,通过改变接收端有效光通量的方式获得,包括但不限于采用光圈收
缩或打开方式连续改变有效光通量。可以通过上述三种改变方式得到任意一种或任意组合
来实现;其中,单板表面是指能使全部光斑全部落在被测物表面的这种,当光斑全部落在墙
体上时,该墙体即为单板表面,若仅有部分光斑落在该墙体上,则该墙体不是单板表面。
包括多个相同规格的比较器,各个比较器的预设鉴别阈值不相等,设置方法可以是V1
限于根据使用预设鉴别阈值最小的比较器进行采集确定,如将最小值的预设鉴别阈值对应
的比较器(V1)作为目标比较器,从而该目标比较器采集到的前沿点和后沿点,计算得到信
号宽度。
且比较器1同时采集信号后沿,计算信号的前沿斜率Ki和信号宽度Wi,查找基准表中Ki对应
信号宽度W0,比较Wi和W0,若Wi>W0,即当实际采集到的信号宽度大于该前沿斜率对应的正
常信号宽度时,则该信号即为两个信号叠加的结果,对应为部分光斑投射到前板,剩余光斑
投射到后板而造成的光斑畸变情形,即产生噪点的信号被识别出来,需要进行滤除,否则,
输出结果。从而可以有效地识别并滤除因光斑畸变产生的噪点,增加了环境识别的准确度。
号的各个前沿点且比较器1同时采集信号前沿点和后沿点,根据前沿点A1、A2……AN计算前
沿斜率Ki,根据后沿点B和前沿点A1计算信号宽度Wi,查找基准表中Ki对应信号宽度W0,比
较Wi和W0,若Wi>W0,则判定为噪点予以滤除,否则,判定为正常点,输出结果。从而可以有效
地识别并滤除因光斑畸变产生的噪点,增加了环境识别的准确度。
之内,则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
中,本申请的软件程序可以通过处理器执行以实现上文所述步骤或功能。同样地,本申请的
软件程序(包括相关的数据结构)可以被存储到计算机可读记录介质中,例如,RAM存储器,
磁或光驱动器或软磁盘及类似设备。另外,本申请的一些步骤或功能可采用硬件来实现,例
如,作为与处理器配合从而执行各个步骤或功能的电路。
而调用本申请的方法的程序指令,可能被存储在固定的或可移动的记录介质中,和/或通过
广播或其他信号承载媒体中的数据流而被传输,和/或被存储在根据所述程序指令运行的
计算机设备的工作存储器中。在此,根据本申请的一个实施例包括一个装置,该装置包括用
于存储计算机程序指令的存储器和用于执行程序指令的处理器,其中,当该计算机程序指
令被该处理器执行时,触发该装置运行基于前述根据本申请的多个实施例的方法和/或技
术方案。
从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本申请的范围由所附权
利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有
变化涵括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此
外,显然“包括”一词不排除其他单元或步骤,单数不排除复数。第一,第二等词语用来表示
名称,而并不表示任何特定的顺序。