技术领域
[0001] 本发明涉及数据探测技术领域，具体而言，涉及一种探测方法及探测设备。
相关背景技术
[0002] 飞行时间(TOF)传感器通常被认为是适用于汽车、工业以及无人机和机器人的最佳距离传感器。它可提供精确的距离测量，不受目标物体的尺寸或颜色的影响，也不受环境噪音的干扰，并且可以在阳光直射的环境下使用。它主要利用信号从发射到经目标物体反射后被接收的往返飞行时间来测量目标物体的距离。
[0003] 在实际应用中，往往除了获取物体距离信息，还需要对物体有进一步的判断，比如物体形状、材质等，从而实现物体识别的目的。现有技术中TOF传感器主要利用回波的信息对目标物体的距离进行测量，在物体识别或其他相关应用过程中具有局限性。
具体实施方式
[0066] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0067] 需要说明的是，本申请方案主要围绕TOF(Time of Flight，双向测距)探测设备展开说明，目前的TOF设备，利用回波的信息对距离进行测量。实际上，回波信息有更多的用法，不仅仅用于距离测量上，本申请的方案在现有的技术基础上，更加充分的利用回波信号，主要是利用获得回波的强度，进行特征提取，进而完成目标物体识别、材质识别等一系列目标。以下通过多个实施例对本申请提高的方案进行详细说明。
[0068] 图1为本申请实施例提供的一种探测方法的流程示意图；该方法的执行主体可以是探测器等激光探测设备。如图1所示，该方法可包括：
[0069] S101、获取探测设备中多个探测单元基于接收的回波信号产生的电信号，回波信号为发射辐射经目标对象反射回来的信号。
[0070] 可选地，发射辐射可以是点光源、面光源，探测设备中的多个探测单元向目标对象发射光源信号，光源经目标对象表面反射后产生的回波信号被探测设备接收。其中，接收的回波信号可以包括：背景光信号和有效信号。可选地，背景光信号可以包括能量均值和方差、颜色信息等；有效信号可以包括：能量和信号返回时间。
[0071] S102、根据各探测单元产生的电信号，获得各探测单元对应的目标对象的第一信息。
[0072] 可选地，根据上述获取的回波信号，可以获得探测单元基于所接收的回波信号而产生的电信号，基于信号发射以及探测单元所产生的电信号，以及距离计算公式，可以进一步地获得目标对象的第一信息，其中，第一信息包括距离信息，由此获得探测设备距离目标对象的距离信息。
[0073] 可选地，利用TOF原理，可以对目标对象同探测设备的距离进行测量，其距离计算公式为：D＝(△t·c)/2。其中，△t为信号发射到经目标物体反射后被接收的时间差，c为光速。本申请适用于ITOF和DTOF两种距离计算方法。
[0074] S103、根据各探测单元产生的电信号及所对应的目标对象的第一信息，获得探测单元对应的目标对象的第二信息，第二信息用于反映对应目标对象的属性。
[0075] 本申请的一个实施例中，根据各探测单元产生的电信号的大小，可进一步获得各探测单元产生的回波能量。将回波能量和第一信息相结合用于第二信息的获得。下面以ITOF距离计算方法为例，对回波能量的获得进行说明。
[0076] 图2为本申请实施例提供的一种回波信号波形示意图，如图2所示，Q0°，Q90°，Q180°，Q270°，分别是ITOF测距中用来调制解调激光回波能量的四相位解调信号经过积分后各自收到的光生电子数。可通过光电二极管器件将激光回波光子转换为电子并积分获得。当回波信号落在0～T/4周期内时，如图2所示，其中，z(t)是回波信
号的功率。根据上述计算公式，可以计算得到各探测单元产生的电信号。
[0077] 由此，可以得到每一个探测单元中像元的互补相位的信号能量累积，比如Q0°，Q180°。令QB为背景光在两个相位的能量累积之和，QB可以通过关闭发射光源后，任意一个相位的解调信号收集到的光生电子数乘2得到。这样的回波信号总能量可以采用公式1：Q0°+Q180°-QB计算得到。
[0078] 在一些实施例中，基于上述获取的回波能量以及第一信息(距离)，可以计算得到每个探测单元对应目标对象的第二信息，本实施例中，第二信息可以为反射率。
[0079] S104、根据各探测单元对应的目标对象的第二信息，对目标对象进行识别。
[0080] 可选地，基于上述计算获得的目标对应的反射率信息，可以进一步地根据反射率信息，采用预设方法，对该目标对象进行识别，其中，可以包括对目标对象的材质、轮廓、图像等的识别，具体的识别方法，可以参照下述多个具体实施例进行理解。
[0081] 综上，本实施例提供的探测方法，包括：获取探测设备中多个探测单元基于接收的回波信号产生的电信号，回波信号为发射辐射经目标对象反射回来的信号；根据各探测单元产生的电信号，获得各探测单元对应的目标对象的第一信息；根据各探测单元产生的电信号及所对应的目标对象的第一信息，获得探测单元对应的目标对象的第二信息，第二信息用于反映对应目标对象的属性；根据各探测单元对应的目标对象的第二信息，对目标对象进行识别。通过基于回波信号产生的电信号，计算目标探测单元对应的目标对象的距离信息，确定回波能量信息，并根据距离信息以及回波信息中的回波能量，计算得到目标对象的反射率，从而基于反射率，进行目标对象识别。使得回波信号不只是局限于进行距离计算，有效扩展了回波信号的应用范围，有效提高了回波信号的利用率。
[0082] 图3为本申请实施例提供的另一种探测方法的流程示意图；可选地，如图3所示，上述步骤S103中，根据各探测单元产生的电信号及所对应的目标对象的第一信息，获得探测单元对应的目标对象的第二信息，可包括：
[0083] S201、根据各探测单元产生的电信号，获得各探测单元所接收的回波信号的能量。
[0084] S202、根据各探测单元对应的第一信息和能量，依据预设函数、预设参数获得目标对象的第二信息。
[0085] 可选地，回波信号的能量的计算方法已在上述实施例中进行说明，也即，通过上述公式1：Q0°+Q180°-QB，可计算得到各探测单元所接收的回波信号的能量QR。
[0086] 可选地，第一信息为距离，第二信息为反射率；预设参数可包括：发射辐射的发射能量、探测设备的填充因子、各探测单元的距离对应的辐射衰减系数、目标对象反射的回波能量进入各探测单元的比率。
[0087] 可选地，可以根据上述计算得到的目标对象的第一信息以及回波信号的能量QR，采用公式3： 计算目标对象的第二信息，也即计算目标对象的反射率。其中，QR为回波信号的能量，QT为光源的发射能量，γ为填充因子，α为光传播距离L的衰减系数，β为目标对象反射的能量可以进入到探测单元(像素)内的比率。
[0088] 假设计算得到的目标对象的第一信息，也即距离信息为L，需要说明的是，上述公式3中，参数α和β均与距离信息为L有关，可以参照下述具体实施例，计算得到辐射衰减系数α以及比率β。
[0089] 图4为本申请实施例提供的另一种探测方法的流程示意图；可选地，上述步骤S202中，根据各探测单元对应的第一信息和能量，依据预设函数、预设参数获得目标对象的第二信息之前，本申请的方法还可包括：
[0090] S301、根据各探测单元对应的距离，采用预设的发射辐射对应波长的距离衰减模型，得到各探测单元的距离对应的辐射衰减系数。
[0091] 可选地，对于衰减系数α的计算进行说明：针对光源发射的光的波长，还有特定的天气条件，我们可以通过测试获得α在不同条件下随着距离变化的模型。在实际使用过程中，可以多信息融合获得天气条件，进而选取相应的模型带入到公式中进行计算。此外，针对某些光，比如红外光，如果最远待测距离不长，例如最远待测距离为200米时，在常见的天气条件下(雨、雪、中度雾霾等)，不同距离下光在大气中传播由大气散射造成的衰减比例并不大，可以认为是1。
[0092] S302、根据各探测单元对应的距离、探测设备中接收镜头的直径，得到目标对象反射的回波能量进入各探测单元的比率。
[0093] 可选地，目标对象反射的回波能量进入各探测单元的比率β的计算依赖于镜头直径和目标对象的第一信息(距离L)，镜头也即探测设备，例如探测器的镜头，可以根据公式4： 计算比率β。其中，d为镜头直径，L为第一信息，也即距离。
[0094] 在一些实施例中，第一信息为距离，第二信息为反射率；可选地，上述步骤S104中，根据各探测单元对应的目标对象的第二信息，对目标对象进行识别，可以包括：根据各探测单元对应的目标对象的反射率，得到目标对象的反射率的二维图，并根据反射率的二维图对目标对象进行识别。
[0095] 需要说明的是，我们常见的物体，由于物体的结构、表面材质的不同，这些物体的反射率图也呈现出不同的特征，例如对于车的背面，车灯和中间的车牌反射率高，反射率的灰度图就会呈现出一个反的笑脸；马路上的划道线反射率高，就会呈现出一条一条有规律的条带。
[0096] 本实施例中，可以根据计算得到的目标对象的反射率，获取目标对象的反射率的二维图，也即目标对象的反射率灰度图，并基于反射率灰度图的上述特征可以对目标对象进行识别。
[0097] 可选地，可以根据预先训练的二维图像识别模型，对反射率灰度图进行图像识别，获得目标对象的类别和/或轮廓；其中，二维图像识别模型可以为采用预设的多种不同材质的样本物体的反射率灰度图进行训练得到的模型。
[0098] 例如：获取多种不同材质和不同类型样本物体，对多个样本物体的反射率进行计算，得到所有样本物体的反射率灰度图，将所有样本物体的反射率灰度图作为样本输入识别模型中进行样本训练，得到训练好的二维图像识别模型，再利用训练好的二维图像识别模型，对任意目标对象的反射率灰度图进行识别，从而可以根据反射率灰度图与目标对象的对应关系，对目标对象进行识别。其中，包括：图像识别：对于常见的物体，我们可以对其进行材质分析，把每种材质的反射率指标作为灰度值代入，就可以得到该物体表面的灰度图。这些常见物体的反射率灰度图就是我们进行物体识别的训练集和测试集，进而进行图像识别。轮廓识别：利用材质分析后得到的灰度图进行轮廓识别，从而对物体进行识别。
[0099] 在一些实施例中，上述步骤S104中，根据各探测单元对应的目标对象的第二信息，对目标对象进行识别，可以包括：将各探测单元对应的目标对象的反射率与相应的探测单元对应的距离相融合，获得反射率的三维图，并根据反射率的三维图对目标对象进行识别。
[0100] 可选地，根据上述计算得到的目标对象的反射率，以及相应的探测单元对应的距离，利用TOF方法得到带有距离信息和反射率信息的目标对象的三维图像，也即反射率的三维图像，从而根据反射率的三维图，对目标对象进行识别。
[0101] 可选地，可根据预先训练的三维图像识别模型，对反射率的三维图进行图像识别，获得目标对象的类别和/或轮廓；其中，三维图像识别模型为采用预设的多种不同材质的样本物体的反射率的三维图进行训练得到的模型。
[0102] 在一些实施例中，由于目标对象不同表面距离探测设备的距离是不同的，从而可以根据探测设备距离目标对象的多个距离信息，对目标对象的轮廓进行还原，也即对目标对象的轮廓进行识别。进一步地，可以根据识别的轮廓信息，结合物体材质反射率，更准确的判断目标对象的材质。例如当我们已经判断出某个探测单元对应的目标对象属于车身的一部分，那么我们可以缩小材质分类范围，根据车的材质分类，更准确的判断出此探测单元对应的物体的材质，并进一步地判断探测设备对应的物体的材质。
[0103] 在一些实施例中，上述步骤S104中，根据各探测单元对应的目标对象的第二信息，对目标对象进行识别，还可以包括：根据多个探测单元对应目标对象的反射率，以及预设的物体材质与反射率的对应关系，对目标对象的材质进行识别。
[0104] 可选地，可以利用反射率，根据当前光源波长下不同物体的反射率的对应关系，确定目标对象的材质。如下表1为某种光源波长下正入射的反射率数值与物体材质的对应关系。其中，光源波长在589.3nm波段。
[0105] 表1
[0106]物体材质 反射率
银 0.95
金 0.85
铝 0.83
铜 0.70
[0107] 根据反射率与物体材质的对应关系，从而可以确定目标对象的材质。例如：通过上述计算得到目标对象的反射率为0.95，那么根据对应关系，可以确定目标对象的材质为银。
[0108] 需要说明的是，由于目标对象会受环境、空气等各种外界因素的影响，使得计算得到的目标对象的反射率可能会存在误差，从而不符合上述对应关系，对于这种情况，可以认为反射率与标准反射率之间的差值满足预设差值时，均可以认为目标对象的材质对应于标准反射率对应的物体材质。例如：假设预设差值为0.05，那么当计算得到的目标对象的反射率为0.9或者1.0时，均可以认为目标对象的材质为银。具体地，预设差值可以根据实际经验值确定，不限于上述的0.05，上述仅为举例数值。
[0109] 图5为本申请实施例提供的又一种探测方法的流程示意图；可选地，第一信息为距离，第二信息为反射率；上述步骤S104中，根据各探测单元对应的目标对象的第二信息，对目标对象进行识别，可以包括：
[0110] S401、根据各探测单元对应的目标对象的距离，获得目标对象的三维图像，根据三维图像对目标对象进行识别，获得第一识别结果。
[0111] 在一些实施例中，根据目标对象的距离，可以获得目标对象的三维图像，目标对象的三维图像可以为带有距离信息的三维图像，根据该三维图像，采用预设的三维图像识别模型进行识别，可以得到第一识别结果，第一识别结果可以为轮廓识别，也即得到目标对象的三维轮廓图形。
[0112] S402、根据各探测单元对应的目标对象的反射率、以及第一识别结果，获得第二识别结果。
[0113] 可选地，基于目标对象的三维轮廓图形，可以确定目标对象的不同部位，进一步地，结合目标对象的反射率，也即，根据目标对象不同部位对应的反射率，可以确定不同部位的材质，从而根据不同部位的材质，以及目标对象的轮廓信息，可以对目标对象进行识别，得到第二识别结果。
[0114] 例如：假设得到的目标对象的第一识别结果为：汽车，根据汽车不同部位的反射率，可以确定不同部位的材质，而对于汽车，每个部位对应的材质是基本固定的，那么根据确定的不同部位的材质，可以确定该部为是否为汽车对应的该部位，若每个不同部位均对应，那么可以确定该目标对象即为汽车。
[0115] 综上所述，本申请实施例提供的探测方法，包括：获取探测设备中多个探测单元基于接收的回波信号产生的电信号，回波信号为发射辐射经目标对象反射回来的信号；根据各探测单元产生的电信号，获得各探测单元对应的目标对象的第一信息；根据各探测单元产生的电信号及所对应的目标对象的第一信息，获得探测单元对应的目标对象的第二信息，第二信息用于反映对应目标对象的属性；根据各探测单元对应的目标对象的第二信息，对目标对象进行识别。通过基于回波信号产生的电信号，计算目标探测单元对应的目标对象的距离信息，确定回波能量信息，并根据距离信息以及回波信息中的回波能量，计算得到目标对象的反射率，从而基于反射率，进行目标对象识别。使得回波信号不只是局限于进行距离计算，有效扩展了回波信号的应用范围，有效提高了回波信号的利用率。
[0116] 图6为本申请实施例提供的一种探测设备的装置示意图；如图6所示，该探测设备包括：探测单元501、第一处理单元502、第二处理单元503及识别单元504；
[0117] 探测单元501，用于获取探测设备中多个探测单元基于接收的回波信号产生的电信号，回波信号为发射辐射经目标对象反射回来的信号；
[0118] 第一处理单元502，用于根据各探测单元产生的电信号，获得各探测单元对应的目标对象的第一信息；
[0119] 第二处理单元503，用于根据各探测单元产生的电信号及所对应的目标对象的第一信息，获得探测单元对应的目标对象的第二信息，第二信息用于反映对应目标对象的属性；
[0120] 识别单元504，用于根据各探测单元对应的目标对象的第二信息，对目标对象进行识别。
[0121] 可选地，第二处理单元503，具体用于根据各探测单元产生的电信号，获得各探测单元所接收的回波信号的能量；根据各探测单元对应的第一信息和能量，依据预设函数、预设参数获得目标对象的第二信息。
[0122] 可选地，第一信息为距离，第二信息为反射率；
[0123] 预设参数包括：发射辐射的发射能量、探测设备的填充因子、各探测单元的距离对应的辐射衰减系数、目标对象反射的回波能量进入各探测单元的比率。
[0124] 图7为本申请实施例提供的另一种探测设备的装置示意图；可选地，如图7所示，该设备还包括第三处理单元505；
[0125] 第三处理单元505，用于根据各探测单元对应的距离，采用预设的发射辐射对应波长的距离衰减模型，得到各探测单元的距离对应的辐射衰减系数；用于根据各探测单元对应的距离、探测设备中接收镜头的直径，得到目标对象反射的回波能量进入各探测单元的比率。
[0126] 图8为本申请实施例提供的另一种探测设备的装置示意图；图9为本申请实施例提供的又一种探测设备的装置示意图；可选地，如图8和图9所示，识别单元504，具体用于根据各探测单元对应的目标对象的反射率，得到目标对象的反射率的二维图，并根据反射率的二维图对目标对象进行识别；或者，将各探测单元对应的目标对象的反射率与相应的探测单元对应的距离相融合，获得反射率的三维图，并根据反射率的三维图对目标对象进行识别；或者，根据多个探测单元对应目标对象的反射率，以及预设的物体材质与反射率的对应关系，对目标对象的材质进行识别。
[0127] 可选地，第一信息为距离第二信息为反射率；识别单元504，具体用于根据预先训练的二维图像识别模型，对反射率的二维图进行图像识别，获得目标对象的类别和/或轮廓；二维图像识别模型为采用预设的多种不同材质的样本物体的反射率的二维图进行训练得到的模型；或者，
[0128] 识别单元504，具体用于根据预先训练的三维图像识别模型，对反射率的三维图进行图像识别，获得目标对象的类别和/或轮廓；三维图像识别模型为采用预设的多种不同材质的样本物体的反射率的三维图进行训练得到的模型；或者，
[0129] 识别单元504，用于根据多个探测单元对应目标对象的反射率，以及预设的物体材质与反射率的对应关系，对目标对象的材质进行识别。
[0130] 可选地，第一信息为距离，第二信息为反射率；
[0131] 识别单元504，还用于根据各探测单元对应的目标对象的距离，获得目标对象的三维图像，根据三维图像对目标对象进行识别，获得第一识别结果；根据各探测单元对应的目标对象的反射率、以及第一识别结果，获得第二识别结果。
[0132] 上述探测设备用于执行前述实施例提供的方法，其实现原理和技术效果类似，在此不再赘述。
[0133] 以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(digital singnal processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
[0134] 图10为本申请实施例提供的一种探测设备的示意图；该探测设备可以是探测器，该探测设备包括：处理器701、存储器702。
[0135] 存储器702用于存储程序，处理器701调用存储器702存储的程序，以执行上述方法实施例。具体实现方式和技术效果类似，这里不再赘述。
[0136] 可选地，本发明还提供一种程序产品，例如计算机可读存储介质，包括程序，该程序在被处理器执行时用于执行上述方法实施例。
[0137] 在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置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系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0138] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0139] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
[0140] 上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例所述方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取存储器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
