非预期遮挡物的检测方法、计算机存储介质及激光雷达与流程

1.本公开涉及光电探测技术领域，尤其涉及一种用于激光雷达的非预期遮挡物的检测方法、一种计算机存储介质以及一种激光雷达。


背景技术：

2.激光雷达做为目前市场上主流的自动驾驶感知系统中的传感器，其重要程度不言而喻，但其检测原理决定了激光雷达十分依赖激光传播的可靠性，当环境出现下雨、下雪、冰雹或沙尘等恶劣天气或光罩被昆虫尸体、泥污、油渍等污染，便会使激光传播光路受到遮挡，导致激光雷达的探测效率降低，可信度下降，极端条件下还可能危害交通参与者的人身财产安全。
3.背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。


技术实现要素：

4.本发明涉及一种用于激光雷达的非预期遮挡物的检测方法，激光雷达可以自主判断光罩是否存在脏污情况，激光雷达包括至少一个探测通道，每个探测通道包括发射器和对应的接收器，所述检测方法包括：
5.s101：发射多个探测光束；
6.s102：接收所述多个探测光束产生的回波；
7.s103：从所述回波中选择经同一目标物反射产生的多个回波；
8.s104：基于所述多个回波，获取所述目标物反射率的多个测量值；
9.s105：基于所述多个测量值，判断是否存在所述非预期遮挡物。
10.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s101包括：在多个水平角度，发射多个探测光束；所述步骤s104包括：获取分别在所述多个水平角度所述目标物反射率的多个测量值。
11.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s101包括：在其中每个水平角度，发射多个探测光束；所述步骤s104包括：在每个水平角度，根据在该水平角度经所述目标物反射后产生的回波计算的反射率的平均值或中位值，作为在该水平角度所述目标物反射率的测量值。
12.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s105包括：当在所述多个水平角度的所述目标物反射率的多个测量值中的至少两个测量值的差值或者变化率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。
13.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s101包括：在一个水平角度，通过多个探测通道的发射器发射多个探测光束；所述步骤s104包括：获取在所述一个水平角度通过多个探测通道测量的所述目标物反射率的测量值。
14.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s105包括：当所述多个测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。
15.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s105包括：滤除所述多个测量值中的部分最大值，当所述剩余测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。
16.根据本发明的一个方面，其中所述非预期遮挡物包括激光雷达的光罩的脏污，所述步骤s105还包括：识别所述脏污位置和/或脏污等级。
17.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s105还包括：根据所述多个测量值确定脏污位置，根据所述测量值变化确定脏污等级。
18.根据本发明的一个方面，所述激光雷达包括接收透镜，其中所述步骤s104包括：根据所述接收透镜的半径、激光雷达的干净的光罩的透光率、探测通道的发射能量和接收能量以及目标物的距离，获取所述目标物反射率的测量值。
19.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s103包括：基于所述激光雷达的点云和/或外部传感器的数据，从所述回波中选择经同一目标物反射产生的多个回波。
20.本发明还涉及一种计算机存储介质，包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如上所述的检测方法。
21.本发明还涉及一种激光雷达，包括：
22.发射模块，配置为发射多个探测光束；
23.接收模块，配置为接收所述探测光束反射后的回波，所述发射模块和所述接收模块构成至少一个探测通道；和
24.处理模块，与所述发射模块以及所述接收模块耦接，并配置成：
25.从所述回波中选择经同一目标物反射产生的多个回波；
26.基于所述多个回波，获取所述目标物反射率的多个测量值；
27.基于所述多个测量值，判断是否存在非预期遮挡物。
28.根据本发明的一个方面，其中所述发射模块配置成：在多个水平角度，发射多个探测光束；所述处理模块配置成：获取分别在所述多个水平角度所述目标物反射率的多个测量值。
29.根据本发明的一个方面，其中所述发射模块配置成：在其中每个水平角度，发射多个探测光束；所述处理模块配置成：在每个水平角度，根据在该水平角度经所述目标物反射后产生的回波计算的反射率的平均值或中位值，作为在该水平角度所述目标物反射率的测量值。
30.根据本发明的一个方面，其中所述处理模块配置成：当在所述多个水平角度的所述目标物反射率的多个测量值中的至少两个测量值的差值或者变化率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。
31.根据本发明的一个方面，其中所述发射模块配置成：在一个水平角度，通过多个探测通道发射多个探测光束；所述处理模块配置成：获取在所述一个水平角度通过多个探测通道测量的所述目标物反射率的测量值。
32.根据本发明的一个方面，其中所述处理模块配置成：当所述多个测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。
33.根据本发明的一个方面，其中所述处理模块配置成：滤除所述多个测量值中的部分最大值，当所述剩余测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在所
述非预期遮挡物。
34.根据本发明的一个方面，其中所述非预期遮挡物包括激光雷达的光罩的脏污，所述处理模块配置成：识别所述脏污位置和/或脏污等级。
35.根据本发明的一个方面，其中所述处理模块配置成：根据所述多个测量值确定脏污位置，根据所述测量值变化确定脏污等级。
36.根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达包括接收透镜，所述处理模块配置成：根据所述接收透镜的半径、激光雷达的干净的光罩的透光率、探测通道的发射能量和接收能量以及目标物的距离，获取所述目标物反射率的测量值。
37.根据本发明的一个方面，其中所述处理模块配置成：基于所述激光雷达的点云和/或外部传感器的数据，从所述回波中选择经同一目标物反射产生的多个回波。
38.本发明利用激光雷达自身的模块进行非预期遮挡物的检测，从时间、空间两个维度进行诊断，诊断精度高、结构简单、受电磁干扰或者光串扰的影响较小，在极端温度、环境光照条件下依然能够保持很好的检测效果，系统具有极高的鲁棒性。
附图说明
39.构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
40.图1a示出了光罩脏污遮挡激光雷达发射光路的示意图；
41.图1b示出了光罩脏污遮挡激光雷达接收光路的示意图；
42.图2示出了本发明一个实施例的用于激光雷达的非预期遮挡物的检测方法流程图；
43.图3示出了本发明一个实施例的激光雷达探测示意图；
44.图4a示出了本发明一个实施例的激光雷达在第一水平角度探测目标物的示意图；
45.图4b示出了本发明一个实施例的激光雷达在第二水平角度探测目标物的示意图；
46.图5示出了本发明一个实施例的激光雷达通过不同探测通道对目标物进行探测的示意图；
47.图6a示出了本发明一个实施例的激光雷达在不同水平角度下通过不同探测通道对目标物进行探测的流程示意图；
48.图6b示出了本发明另一个实施例的激光雷达在不同水平角度下通过不同探测通道对目标物进行探测的流程示意图。
具体实施方式
49.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
50.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
51.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
52.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
53.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
54.图1a示出了光罩脏污遮挡激光雷达发射光路的示意图，由于光罩上的脏污遮挡发射激光的光路，造成发射的激光无法正常射出并探测周围环境信息，从而导致激光雷达在光罩被污染的区域失去探测能力，造成部分区域“瞎线”。
55.图1b示出了光罩脏污遮挡激光雷达接收光路的示意图，由于光罩上的脏污遮挡接收光路，造成被探测物体反射的激光无法正常到达激光接收模块，降低了激光雷达接收的回波能量，使得激光雷达的检测能力下降，且对被探测物体的反射率的计算值偏低，造成探测结果质量的下降。
56.光罩脏污对雷达点云的影响主要有：
57.1)入射在目标物上的探测光束的功率减弱，导致测远能力下降，反射率下降；
58.2)经过目标物反射后，入射在雷达接收端的回波光束的功率减弱，导致测远能力下降，反射率下降；
59.3)从雷达光罩出射的探测光束的方向发生变化，导致部分点云的位置信息不准确；
60.4)被脏污反射的回波光束可能会造成额外的近距离噪点增多。
61.基于光罩脏污的上述影响，需要一种激光雷达的光罩脏污检测方法，使得使用者可以及时获取激光雷达当前是否处于脏污状态，进而可以及时处理，避免脏污对激光雷达探测性能产生影响，从而影响使用安全。
62.本发明提供一种用于激光雷达的非预期遮挡物的检测方法，利用雷达自身的处理
模块计算目标物的反射率，进而检测并识别非预期遮挡物，无需增加额外的发射模块(或发光时间窗口)以及接收模块，结构简单。该检测方案相比于利用专门的光罩回波检测电路进行检测的方法，受电磁干扰、光串扰影响更小，方案鲁棒性更高，在极端高低温、极大光照强度下的环境下同样有很好的检测效果。其中，非预期遮挡物是指影响激光雷达发射光路或接收光路性能的遮挡物，例如激光雷达的光罩外表面上的脏污、划痕、凹坑、裂纹等。
63.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
64.图2示出了本发明一个实施例的用于激光雷达的非预期遮挡物的检测方法流程图，激光雷达20包括至少一个探测通道，每个探测通道包括发射器211和对应的接收器221，所述检测方法100包括步骤s101-s105，具体如下：
65.在步骤s101发射多个探测光束l。
66.图3示出了本发明一个实施例的激光雷达探测示意图，激光雷达20包括发射模块21，配置为发射多个探测光束l。其中，发射模块21例如包括设置在发射电路板上的至少一个发射器211(发射器211-1、
……
、发射器211-n，n为大于1的正整数)，发射器211例如为垂直腔面发射激光器vcsel或者边发射激光器eel。多个发射器211可以沿竖直方向间隔排布形成一维线阵阵列；也可以至少两个一维线阵阵列的发射器阵列沿竖直方向交错排列或者矩阵式排列形成二维面阵阵列。本发明不对发射器211的类型、数量、排布以及发光时序做限定。所述多个探测光束l可以是多个发射器211发射的探测光束l的集合，也可以是单个发射器211分别在多个发射时间内发射探测光束l的集合。
67.在步骤s102接收多个探测光束l产生的回波l’。
68.继续参考图3，激光雷达20还包括接收模块22和处理模块23，接收模块22配置为接收多个探测光束l经目标物反射产生的回波l’并转换为电信号，处理模块23可基于该电信号获取点云数据。其中，接收模块22例如包括设置在同一接收电路板上的至少一个接收器221(接收器221-1、
……
、接收器221-n，n为大于1的正整数)，接收器221例如为硅光电倍增管si pm、单光子雪崩二极管spad、雪崩光电二极管apd等光电探测器。至少一个接收器221与至少一个发射器211对应设置，并且打开和关闭的控制时序也与对应的发射器211同步。但本发明不对接收器221的类型、数量、排布以及与发射器211的对应关系做限定。
69.在步骤s103从回波l’中选择经同一目标物反射产生的多个回波l’。
70.继续参考图3(图3为示意图，省略了探测光束l在发射器211、发射透镜、光罩之间的光路，省略了回波l’在光罩、接收透镜24、接收器221之间的光路)，发射模块21发射多个探测光束l(图3中用实线表示)，例如探测光束l-1、探测光束l-2、探测光束l-3、探测光束l-4以及探测光束l-5。其中探测光束l-1和探测光束l-2没有遇到遮挡物或障碍物而直射；探测光束l-3和探测光束l-4经过目标物反射产生回波l
’‑
3和回波l
’‑
4(图3中用虚线表示)；探测光束l-5遇到光罩25上的非预期遮挡物，一部分透射后再被目标物反射形成回波l
’‑
5，一部分被光罩25上的非预期遮挡物吸收，另一部分反射后形成光罩回波l”(图3中用点划线表示)。
71.本发明是基于对同一目标物的多个反射率的测量值的变化情况来判断探测光路上是否存在非预期遮挡物，因此需要筛选出经过同一目标物反射产生的回波l’。继续参考图3，接收模块22接收的回波除包括光罩回波l”、回波l
’‑
3、回波l
’‑
4以及回波l
’‑
5外，还可
能包括探测光束l-1和探测光束l-2遇到其它物体而反射的回波(图3中未示出)，其中回波l
’‑
3、回波l
’‑
4以及回波l
’‑
5对应同一目标物，因此选择回波l
’‑
3、回波l
’‑
4以及回波l
’‑
5进行后续计算。
72.根据本发明的一个优选实施例，其中所述步骤s103包括：基于激光雷达20的点云和/或外部传感器的数据，从回波中选择经同一目标物反射产生的多个回波l’。
73.是否为经同一目标物反射的回波l’的判断需要利用激光雷达20自身的算法，或者借助外部传感器进行判断。例如，激光雷达20中的处理模块23基于深度学习算法进行物体识别，进而选择经同一目标物反射的回波l’；又例如，激光雷达测得的相邻点在现实空间中的距离小于设定阈值(如5cm、10cm、20cm等)则判断为同一物体，其中相邻的点为相邻探测通道测得的点或者同一探测通道在相邻水平角度测得的点，进一步的相邻的点的距离可以通过该点距离雷达的距离、该点的水平角度位置、该点的垂直角度信息等位置计算得到；又例如，激光雷达测得的任意两个点在水平方向上的角度间距小于等于激光雷达最小分辨率的n倍(如，n为小于等于6的正整数)，且测得的点在垂直方向上的角度间距小于等于激光雷达最小分辨率的m倍(如，m为小于等于6的正整数)，且该两点测得的距离值之差小于等于第二阈值(如5cm、10cm等)，则认为该两点判断为同一物体，选择该两点的反射率进行脏污判断；又例如，激光雷达20包括用于采集图像信息的摄像头，处理模块23基于图像识别算法选择经同一目标物反射的回波l’。
74.在步骤s104基于多个回波l’，获取目标物反射率的多个测量值。
75.继续参考图3，发射模块21发射探测光束l-1、探测光束l-2、探测光束l-3、探测光束l-4以及探测光束l-5，接收模块22接收到光罩回波l”、回波l
’‑
3、回波l
’‑
4以及回波l
’‑
5。处理模块23从中选择经过同一目标物反射的回波l
’‑
3、回波l
’‑
4以及回波l
’‑
5，分别基于三个回波计算该目标物的反射率，获得三个测量值。
76.根据本发明的一个优选实施例，激光雷达20包括接收透镜24和光罩25，其中步骤s104包括：根据接收透镜24的半径、干净的光罩25的透光率、探测通道的发射能量和接收能量以及目标物的距离，获取目标物反射率的测量值。
77.根据激光雷达测距和反射率计算原理，反射率计算公式如下所示：
[0078][0079]
其中，ps表示探测通道的接收能量，β表示目标物的反射率，η表示干净的光罩25的透光率，p表示探测通道的发射能量，r表示接收透镜24的半径，l表示目标物的距离。
[0080]
在单次发光过程中，发射能量p受激光雷达20控制，接收能量ps为激光雷达20主功能所需测量的物理量，接收透镜24的半径r为激光雷达20的固有参数，目标物的距离l例如由tof(time of flight，飞行时间)计算所得。对于干净无遮挡物的光罩25，透光率η为光照的固有物理特性参数，对于同一目标物，反射率β也为目标物的固有属性(仅以目标物上各点为相同反射率的情况为例，如果目标物包括多种反射率，需要结合激光雷达20的算法或外部传感器进一步选择出对应相同反射率的目标物的局部的回波l’)，所以由激光雷达20根据上述参数计算的该同一目标物的反射率β是一个稳定的测量值，不随时间、空间转移而变化。
[0081]
基于上述分析，通过公式(1)计算目标物反射率的多个测量值以进行后续判断。
[0082]
在步骤s105基于多个测量值，判断是否存在非预期遮挡物。
[0083]
图4a示出了本发明一个实施例的激光雷达在第一水平角度探测目标物的示意图，当光罩25的表面存在非预期遮挡物(例如脏污)时，脏污会吸收、反射、折射部分探测光束l以及回波l’，透过脏污的部分探测光束l完成探测功能，使得公式(1)中的接收能量ps的测量结果偏低，从而导致计算的目标物反射率β偏低。
[0084]
图4b示出了本发明一个实施例的激光雷达在第二水平角度探测目标物的示意图，探测光束l透过光罩25的干净区域计算得到准确的目标物反射率β。对比第一水平角度和第二水平角度可知，部分水平角度下光罩25的表面存在脏污，会导致对应的水平角度下光罩25的透光率η发生显著的变化(η偏低)，从而导致接收能量ps的测量结果异常偏低(相对于无脏污的情况)，而在反射率计算公式中仍以干净光罩的透光率η进行计算，因此对外部同一目标物的反射率β的计算结果在不同时刻(目标物与激光类的相对位置发生变化)会发生显著变化，即对于同一目标物，在第一水平角度下的反射率测量值β1与在第一水平角度下的反射率测量值β2有显著差异。比较基于同一目标物的多个反射率测量值，当多个反射率测量值中至少两个测量值得差值或变化率超过阈值时，判断存在非预期遮挡物。
[0085]
进一步的，为避免接收到光罩回波l”计算的反射率对脏污判断造成的影响，当探测通道测量的点距离激光雷达的距离小于设定阈值(例如光罩到激光雷达发射端距离的二倍)时舍弃该回波。
[0086]
根据本发明的一个优选实施例，检测方法10的步骤s101包括：在多个水平角度，发射多个探测光束；步骤s104包括：获取分别在多个水平角度目标物反射率的多个测量值。
[0087]
结合图4a和图4b，在第一水平角度，发射探测光束l，接收经目标物反射的回波l’，获取目标物反射率的第一个测量值；在第二水平角度，发射探测光束l，接收经目标物反射的回波l’，获取目标物反射率的第二个测量值。理论上，两个测量值应该相同，但实际上，由于光罩25表面的脏污影响，对应第一水平角度的光罩透光率下降，接收能量偏低，而实际计算时仍采用干净光罩的透光率，因此目标物反射率的第一个测量值偏低，使得两个测量值存在较大偏差，由此可以判断光罩25上存在脏污。
[0088]
本领域技术人员可以理解，本实施例不对在多个水平角度进行探测的探测通道是否相同进行限制，例如，通过一个探测通道的发射器211在第一水平角度发射探测光束l并通过对应的接收器221接收回波l’，可以通过同一探测通道的发射器211在第二水平角度发射探测光束l并通过对应的接收器221接收回波l’，也可以通过另一探测通道的发射器211在第二水平角度发射探测光束l并通过对应的接收器221接收回波l’，只要两次探测对应同一目标物就都在本发明的保护范围内。
[0089]
根据本发明的一个优选实施例，检测方法100的步骤s101包括：在其中每个水平角度，多个探测通道分别发射探测光束，形成一个水平角度下的多个探测光束l；步骤s104包括：在每个水平角度，根据在该水平角度经同一目标物反射后产生的回波计算的反射率的平均值或中位值，作为在该水平角度目标物反射率的测量值。
[0090]
继续参考图3，发射模块21包括多个发射器211，其排布方式决定了每个发射器211对应不同的探测方位，在每个水平角度通过一个发射器211发射多个探测光束l或者通过多个发射器211各发射一个探测光束l，以获取在该水平角度的多个测量值，然后基于该些测量值计算目标物反射率的平均值或中位值，作为在该水平角度目标物反射率的测量值，可
以极大提升探测结果的可靠性和准确性，减少误判问题。
[0091]
根据本发明的一个优选实施例，其中步骤s105包括：当在多个水平角度的同一目标物反射率的多个测量值中的至少两个测量值的差值或者变化率超过阈值时，判断存在非预期遮挡物；具体的，常见的脏污为昆虫尸体、雨雪污渍、泥污、油污等等，根据多次实验判断在保证较高的脏污检测率和较低的脏污误判率的情况下，当同一目标物反射率的多个测量值中至少两个测量值之间的变化率超过20％，则判断存在非预期遮挡物。
[0092]
根据目标物反射率的测量值的变化情况判断是否存在非预期遮挡物，获取多个水平角度的反射率测量值之后，如何基于多个测量值判断存在非预期遮挡物也极为重要。例如，在多个水平角度中有部分水平角度对应的光罩25的表面上存在脏污，亦即，在反射率的多个测量值中，仅有部分测量值偏低，由于不同脏污可能对激光能量的吸收率和反射率不同，导致每个偏低的测量值也各不相同，可以根据光罩25的参数以及激光雷达20的应用环境设定阈值，当多个测量值中的至少两个测量值的差值超过阈值，或者测量值的变化率超过阈值时，判断存在非预期遮挡物。优选地，处理模块23可以对差值的阈值或者变化率的阈值进行调节，以适应不同的应用场景或者减少误报警等。
[0093]
以上实施例通过在不同时刻对同一目标物的反射率进行多次测量，基于获取的多个测量值判断该目标物的反射率差值或者变化率是否超过阈值，进而判断是否存在非预期遮挡物，亦即，该实施例从时间的维度对非预期遮挡物进行检测，为提高诊断方案的鲁棒性，检测方法100还可以从空间维度进行检测，以下进一步描述。
[0094]
根据本发明的一个优选实施例，检测方法100的步骤s101包括：在一个水平角度，通过多个探测通道的发射器211发射多个探测光束l；步骤s104包括：获取在一个水平角度通过多个探测通道测量的目标物反射率的测量值。
[0095]
对于某一表面光滑、一致性好的目标物(例如路牌、干净墙面等)，不同探测通道、不同水平角度探测得到的反射率测量值基本相同。
[0096]
图5示出了本发明一个实施例的激光雷达通过不同探测通道对目标物进行探测的示意图，激光雷达20通过m个探测通道的发射器211在同一水平角度下发射多个探测光束l，例如探测光束l-1，探测光束l-2,
……
，探测光束l-m，在光罩25的外表面存在非预期遮挡物(例如脏污)，脏污会反射、吸收、折射图5中某一探测通道对应的探测光束l-2，透过脏污的部分探测光束l-2完成探测功能，造成公式(1)中的接收能量ps的测量结果偏低，从而导致计算的反射率测量值偏低；相较于其他探测通道(或探测角度)计算得到的正常反射率测量值，该探测通道的反射率测量值有显著的变化。换言之，对于某一表面光滑、一致性好的目标物，光罩25表面上的脏污使部分探测通道(或探测角度)的探测激光能量减弱(或完全消失)，造成该部分探测通道(或探测角度)对该目标物计算的反射率测量值发生显著降低。
[0097]
根据本发明的一个优选实施例，其中步骤s105包括：当多个测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在非预期遮挡物。
[0098]
继续参考图5，激光雷达20通过m个探测通道发射探测光束l-1，探测光束l-2,
……
，探测光束l-m，在光罩25的外表面存在脏污，该脏污位置对应探测光束l-2，因此探测光束l-2会被反射、被吸收或者被折射，仅有一部分能量到达目标物后再被反射，因此该探测通道获得的反射率测量值偏低，可以根据光罩25的参数以及激光雷达20的应用环境设定阈值，当多个测量值中的最大值和最小值的差值超过阈值时，或者最大值和最小值的的
变化率超过阈值时，判断存在非预期遮挡物。优选地，处理模块23可以对差值的阈值或者变化率的阈值进行调节，以适应不同的应用场景或者减少误报警等。
[0099]
根据本发明的一个优选实施例，其中步骤s105包括：滤除多个测量值中的部分最大值，当剩余测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在非预期遮挡物。
[0100]
在理想情况下，在一个水平角度通过多个探测通道测量的目标物的反射率，计算得到的多个测量值应该相同。但实际应用中，获取的多个测量值中，可能由于电磁干扰的影响，最大的几个测量值并不准确。为减少误判或者数据运算量，可以滤除多个测量值中的部分最大值，再对剩余的测量值进行阈值比较并判断。
[0101]
以上实施例在同一水平角度通过多个探测通道对同一目标物的反射率进行多次测量，基于获取的多个测量值中的最大值和最小值的差值或变化率，判断是否存在非预期遮挡物，亦即，该实施例从空间的维度对非预期遮挡物进行检测。
[0102]
检测方法100检测非预期遮挡物时还可以从时间和空间两个维度共同触发，以提高诊断方案的鲁棒性。具体地，图6a示出了本发明一个实施例的激光雷达在不同水平角度下通过不同探测通道对目标物进行探测的流程示意图，以两个水平角度和两个探测通道为例，在第一水平角度，通过第一探测通道计算目标物的反射率为β11，通过第二探测通道计算目标物的反射率为β12；判断第一水平角度下，反射率的差值β11-β12是否超过阈值，如果超过阈值，在第二水平角度，通过第一探测通道计算同一目标物的反射率为β21，通过第二探测通道计算目标物的反射率为β22。判断第一水平角度和第二水平角度下计算的目标物的反射率的差值是否超过阈值，具体的，将β11、β12、β21以及β22进行大小排序，判断其中最大值和最小值的差值是否超过阈值，如果超过阈值，确认存在非预期遮挡物。
[0103]
图6b示出了本发明另一个实施例的激光雷达在不同水平角度下通过不同探测通道对目标物进行探测的流程示意图，以两个水平角度和多个探测通道为例，在第一水平角度，通过多个探测通道计算目标物的反射率的平均值或中位值为β1；在第二水平角度，通过多个探测通道计算目标物的反射率的平均值或中位值为β2，判断β1-β2是否超过阈值，如果超过阈值，再从第一水平角度下多个探测通道下多个探测通道的反射率测量值中选出最大值β1
max
和最小值β1
min
，以及从第二水平角度下多个探测通道的反射率测量值中选出最大值β2
max
和最小值β2
min
，判断β1
max
和β1
min
之差是否超过阈值，或者，β2
max
和β2
min
之差是否超过阈值，如果超过阈值，确认存在非预期遮挡物。
[0104]
当外部环境光发生巨大变化或者出现电磁干扰时，通过以上两个实施例，可以减少反射率测量值的异常变化造成的误判问题。
[0105]
综上所述，在时间维度上，通过不同时刻对同一目标物的反射率进行多次测量；在空间维度上，在同一水平角度通过多个探测通道对同一目标物的反射率进行多次测量，选择其中一个维度或者综合两个维度的多个测量值进行非预期遮挡物的判断，检测精度高，受电磁干扰、光串扰影响小，方案鲁棒性高。更进一步地，雷达在不同温度下表现性能不一致，在高温和低温下对同一目标物反射率的测量有差异，本发明通过比较反射率的差值或变化率判断是否存在非预期遮挡物，相较于测量值与绝对值比较的方法(如杂散光判断方法)不受环境温度变化的影响，在极端高低温、极大光照强度下的环境下同样有很好的检测效果。
[0106]
根据本发明的一个优选实施例，非预期遮挡物包括激光雷达的光罩的脏污，步骤s105还包括：识别脏污位置和/或脏污等级。根据检测到存在脏污的角度以及目标物反射率的变化率大小可以判断脏污的位置以及脏污严重程度。
[0107]
根据本发明的一个优选实施例，其中步骤s105还包括：根据多个测量值确定脏污位置，根据测量值变化确定脏污等级。
[0108]
例如，根据反射率测量值偏低的探测通道的探测角度识别脏污的位置。具体地，根据反射率测量值偏低时探测通道的激光出射方向，确定脏污在激光雷达坐标系中的位置，并根据激光雷达的光罩在激光雷达坐标系中的位置，确定脏污在光罩的位置。更进一步地，通过反射率测量值的变化率偏大或偏小判断脏污的严重程度。例如，根据脏污的严重程度，将脏污等级划分为轻微等级、中度等级和重度等级。预先设置并存储反射率的变化率与脏污等级的对应关系，在进行检测时，根据反射率的多个测量值的变化率，确定对应的脏污等级，具体的，对于同一目标物的多个反射率测量值中，当任意两个反射率测量值的变化率大于等于20％时，判断为轻度脏污(如昆虫尸体、雨雪脏污等)，当任意两个反射率测量值的变化率大于等于40％时，判断为中度脏污(如较轻的泥污、油污等)，当任意两个反射率测量值的变化率大于等于50％时，判断为重度脏污(如较重的泥污、油污等)，其中每个脏污等级的反射率测量值变化率可以根据需求调整设定。根据本发明的一个优选实施例，处理模块23周期性执行检测方法100，检测周期可根据需求设定。
[0109]
以上通过步骤s101-s105对检测方法100进行介绍，并结合多个实施例从时间和空间两个维度上对如何判断存在非预期遮挡物进一步介绍，检测方法100可以减少由于电磁干扰或者光串扰等造成的噪点等单个维度异常带来的误判现象，提高了诊断的准确度。同时，在极端高温或者极端环境光照条件下，激光雷达内部的电子元器件的性能出现一定的温漂等现象，造成雷达整体的性能偏差，由于检测方法是在同样环境条件下的多个测量值间的比较确定是否存在脏污，相较于测量值与固定值进行比较的方法，检测方法100不受雷达性能出现整体偏差的影响，系统鲁棒性高。
[0110]
进一步的，前述的非预期遮挡物的检测方法可以采用周期性检测方式或实时检测方式。例如，采用周期性检测方式，检测周期可以为每次开机后检测一次，或者间隔预设时间检测一次，或者激光雷达每采集一帧或几帧图像检测一次；采用实时检测的方式，激光雷达在采集点云的过程中持续进行非预期遮挡物的检测，具体的，当基于自身采集的数据进行同一目标物的判断时，每采集完一个水平角度的信息基于前述s101-s105步骤判断一次是否存在非预期遮挡物，当基于其他传感器(如摄像头等)数据进行同一目标物判断时，其他传感器每获取一次数据后基于前述s101-s105步骤判断一次是否存在非预期遮挡物。
[0111]
此外，本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或设备产品执行时，可以按照实施例或者流程图所示的方法顺序执行或者并行执行。
[0112]
本发明还涉及一种计算机存储介质，包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如上所述的检测方法100。
[0113]
本发明还涉及一种激光雷达20，参考图3，包括：
[0114]
发射模块21，配置为发射多个探测光束l；
[0115]
接收模块22，配置为接收所述探测光束l反射后的回波l’，所述发射模块21和所述接收模块22构成至少一个探测通道；和
[0116]
处理模块23，与所述发射模块21以及所述接收模块22耦接，并配置成：
[0117]
从所述回波l’中选择经同一目标物反射产生的多个回波l’；
[0118]
基于所述多个回波l’，获取所述目标物反射率的多个测量值；
[0119]
基于所述多个测量值，判断是否存在非预期遮挡物。
[0120]
根据本发明的一个优选实施例，其中所述发射模块21配置成：在多个水平角度，发射多个探测光束l；所述处理模块23配置成：获取分别在所述多个水平角度所述目标物反射率的多个测量值。
[0121]
根据本发明的一个优选实施例，其中所述发射模块21配置成：在其中每个水平角度，发射多个探测光束l；所述处理模块23配置成：在每个水平角度，根据在该水平角度经所述目标物反射后产生的回波l’计算的反射率的平均值或中位值，作为在该水平角度所述目标物反射率的测量值。
[0122]
根据本发明的一个优选实施例，其中所述处理模块23配置成：当在所述多个水平角度的所述目标物反射率的多个测量值中的至少两个测量值的差值或者变化率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。
[0123]
根据本发明的一个优选实施例，其中所述发射模块21配置成：在一个水平角度，通过多个探测通道发射多个探测光束l；所述处理模块23配置成：获取在所述一个水平角度通过多个探测通道测量的所述目标物反射率的测量值。
[0124]
根据本发明的一个优选实施例，其中所述处理模块23配置成：当所述多个测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。
[0125]
根据本发明的一个优选实施例，其中所述处理模块23配置成：滤除所述多个测量值中的部分最大值，当所述剩余测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。
[0126]
根据本发明的一个优选实施例，其中所述非预期遮挡物包括激光雷达20的光罩25的脏污，所述处理模块23配置成：识别所述脏污位置和/或脏污等级。
[0127]
根据本发明的一个优选实施例，其中所述处理模块23配置成：根据所述多个测量值确定脏污位置，根据所述测量值变化确定脏污等级。
[0128]
根据本发明的一个优选实施例，其中所述激光雷达20包括接收透镜24，所述处理模块23配置成：根据所述接收透镜24的半径、激光雷达20的干净的光罩25的透光率、探测通道的发射能量和接收能量以及目标物的距离，获取所述目标物反射率的测量值。
[0129]
根据本发明的一个优选实施例，其中所述处理模块23配置成：基于所述激光雷达20的点云和/或外部传感器的数据，从所述回波l’中选择经同一目标物反射产生的多个回波l’。
[0130]
综上所述，本发明提供一种激光雷达20，利用雷达自身的处理模块23计算目标物的反射率，具体地，在时间维度上，在不同时刻对同一目标物的反射率进行多次测量；在空间维度上，在同一水平角度通过多个探测通道对同一目标物的反射率进行多次测量，选择其中一个维度或者综合两个维度的多个测量值进行非预期遮挡物的判断，检测精度高，受电磁干扰、光串扰影响小，方案鲁棒性高，在极端高低温、极大光照强度下的环境下同样有
很好的检测效果。
[0131]
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种用于激光雷达的非预期遮挡物的检测方法，所述激光雷达包括至少一个探测通道，每个探测通道包括发射器和对应的接收器，所述检测方法包括：s101：发射多个探测光束；s102：接收所述多个探测光束产生的回波；s103：从所述回波中选择经同一目标物反射产生的多个回波；s104：基于所述多个回波，获取所述目标物反射率的多个测量值；s105：基于所述多个测量值，判断是否存在所述非预期遮挡物。2.根据权利要求1所述的检测方法，其中所述步骤s101包括：在多个水平角度，发射多个探测光束；所述步骤s104包括：获取分别在所述多个水平角度所述目标物反射率的多个测量值。3.根据权利要求2所述的检测方法，其中所述步骤s101包括：在其中每个水平角度，发射多个探测光束；所述步骤s104包括：在每个水平角度，根据在该水平角度经所述目标物反射后产生的回波计算的反射率的平均值或中位值，作为在该水平角度所述目标物反射率的测量值。4.根据权利要求2所述的检测方法，其中所述步骤s105包括：当在所述多个水平角度的所述目标物反射率的多个测量值中的至少两个测量值的差值或者变化率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。5.根据权利要求1所述的检测方法，其中所述步骤s101包括：在一个水平角度，通过多个探测通道的发射器发射多个探测光束；所述步骤s104包括：获取在所述一个水平角度通过多个探测通道测量的所述目标物反射率的测量值。6.根据权利要求5所述的检测方法，其中所述步骤s105包括：当所述多个测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。7.根据权利要求5所述的检测方法，其中所述步骤s105包括：滤除所述多个测量值中的部分最大值，当所述剩余测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。8.根据权利要求1-7中任一项所述的检测方法，其中所述非预期遮挡物包括激光雷达的光罩的脏污，所述步骤s105还包括：识别所述脏污位置和/或脏污等级。9.根据权利要求8所述的检测方法，其中所述步骤s105还包括：根据所述多个测量值确定脏污位置，根据所述测量值变化确定脏污等级。10.根据权利要求1-5中任一项所述的检测方法，所述激光雷达包括接收透镜，其中所述步骤s104包括：根据所述接收透镜的半径、激光雷达的干净的光罩的透光率、探测通道的发射能量和接收能量以及目标物的距离，获取所述目标物反射率的测量值。11.根据权利要求1-7中任一项所述的检测方法，其中所述步骤s103包括：基于所述激光雷达的点云和/或外部传感器的数据，从所述回波中选择经同一目标物反射产生的多个回波。12.一种计算机存储介质，包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如权利要求1-11中任一项所述的检测方法。13.一种激光雷达，包括：发射模块，配置为发射多个探测光束；
接收模块，配置为接收所述探测光束反射后的回波，所述发射模块和所述接收模块构成至少一个探测通道；和处理模块，与所述发射模块以及所述接收模块耦接，并配置成：从所述回波中选择经同一目标物反射产生的多个回波；基于所述多个回波，获取所述目标物反射率的多个测量值；基于所述多个测量值，判断是否存在非预期遮挡物。14.根据权利要求13所述的激光雷达，其中所述发射模块配置成：在多个水平角度，发射多个探测光束；所述处理模块配置成：获取分别在所述多个水平角度所述目标物反射率的多个测量值。15.根据权利要求14所述的激光雷达，其中所述发射模块配置成：在其中每个水平角度，发射多个探测光束；所述处理模块配置成：在每个水平角度，根据在该水平角度经所述目标物反射后产生的回波计算的反射率的平均值或中位值，作为在该水平角度所述目标物反射率的测量值。16.根据权利要求13所述的激光雷达，其中所述处理模块配置成：当在所述多个水平角度的所述目标物反射率的多个测量值中的至少两个测量值的差值或者变化率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。17.根据权利要求13所述的激光雷达，其中所述发射模块配置成：在一个水平角度，通过多个探测通道发射多个探测光束；所述处理模块配置成：获取在所述一个水平角度通过多个探测通道测量的所述目标物反射率的测量值。18.根据权利要求17所述的激光雷达，其中所述处理模块配置成：当所述多个测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。19.根据权利要求17所述的激光雷达，其中所述处理模块配置成：滤除所述多个测量值中的部分最大值，当所述剩余测量值中的最大值和最小值的差值或比率超过阈值时，判断存在所述非预期遮挡物。20.根据权利要求13-17中任一项所述的激光雷达，其中所述非预期遮挡物包括激光雷达的光罩的脏污，所述处理模块配置成：识别所述脏污位置和/或脏污等级。21.根据权利要求20所述的激光雷达，其中所述处理模块配置成：根据所述多个测量值确定脏污位置，根据所述测量值变化确定脏污等级。22.根据权利要求13-17中任一项所述的激光雷达，其中所述激光雷达包括接收透镜，所述处理模块配置成：根据所述接收透镜的半径、激光雷达干净的光罩的透光率、探测通道的发射能量和接收能量以及目标物的距离，获取所述目标物反射率的测量值。23.根据权利要求13-17中任一项所述的激光雷达，其中所述处理模块配置成：基于所述激光雷达的点云和/或外部传感器的数据，从所述回波中选择经同一目标物反射产生的多个回波。

技术总结
本发明提供一种用于激光雷达的非预期遮挡物的检测方法，所述激光雷达包括至少一个探测通道，每个探测通道包括发射器和对应的接收器，所述检测方法包括：S101：发射多个探测光束；S102：接收所述多个探测光束产生的回波；S103：从所述回波中选择经同一目标物反射产生的多个回波；S104：基于所述多个回波，获取所述目标物反射率的多个测量值；S105：基于所述多个测量值，判断是否存在所述非预期遮挡物。本发明利用激光雷达自身的模块进行非预期遮挡物的检测，从时间、空间两个维度进行诊断，诊断精度高、结构简单、受电磁干扰或者光串扰的影响较小，在极端温度、环境光照条件下依然能够保持很好的检测效果，系统具有极高的鲁棒性。系统具有极高的鲁棒性。系统具有极高的鲁棒性。


技术研发人员：赵鑫 王磊 向少卿
受保护的技术使用者：上海禾赛科技有限公司
技术研发日：2022.03.23
技术公布日：2023/10/8