光探测装置、方法及雷达系统与流程

1.本技术涉及光电探测技术领域，特别涉及光探测装置、方法及雷达系统。


背景技术：

2.在激光雷达等应用场景中，为了对较大视场进行探测，光电探测方案可以在探测焦平面上布置大面积的光电探测器，以便对较大视场进行探测。这里，光电探测方案的扫描光束对视场内某一位置进行探测时，当前被光束扫描到的局部视场上回波信号与全视场中的背景光同时被光电探测器接收。局部视场的回波信号(有用信号)与全视场的背景光(噪声)的比例决定了系统探测的信噪比。由于全视场的背景光被光电探测器接收，光电探测方案存在系统探测信噪比低的问题。


技术实现要素：

3.本技术提出了新的光探测装置、方法及雷达系统，能够提高探测信噪比。
4.根据本技术一个方面，提供一种光探测装置，包括：
5.光电探测器；
6.可寻址孔径光阑，设置在所述光电探测器的光敏面之前，所述可寻址孔径光阑的通光孔位置可控，所述可寻址孔径光阑的通光孔之外的区域遮挡光线；
7.光阑控制器，用于：
8.根据对视场的扫描信号的角度，确定所述扫描信号的回波信号在光敏面上的到达位置；
9.控制所述可寻址孔径光阑的通光孔对准所述回波信号在光敏面上的到达位置，使得所述可寻址孔径光阑仅供所述扫描信号的回波信号通过。
10.在一些实施例中，所述光阑控制器根据下述方式执行所述根据对视场的扫描信号的角度，确定所述扫描信号的回波信号在光敏面上的到达位置的操作：
11.根据所述扫描信号的角度，确定回波信号的角度，其中，所述回波信号的角度包括第一角度分量和第二角度分量，所述第一角度分量为回波信号在第一平面上投影与光轴的夹角，所述第二角度分量为回波信号在第二平面上投影与光轴的夹角，所述第一平面为光轴与目标坐标系的第一坐标轴所处的共同平面，所述第二平面为光轴与目标坐标系的第二坐标轴所处的共同平面，所述目标坐标系为处于焦平面的二维坐标系，所述光敏面处于所述焦平面；根据镜头模组的焦距和回波信号的角度，确定回波信号在光敏面上的到达位置。
12.在一些实施例中，所述光阑控制器根据下述方式执行所述根据镜头模组的焦距和回波信号的角度，确定回波信号在光敏面上的到达位置的操作：
13.确定第一角度分量的正切值与焦距之积，并将其作为回波信号在目标坐标系中的第一坐标分量；
14.确定第二角度分量的正切值与焦距之积，并将其作为回波信号在目标坐标系中的第二坐标分量。
15.在一些实施例中，所述光阑控制器根据下述方式执行所述控制所述可寻址孔径光阑的通光孔对准所述回波信号在光敏面上的到达位置的操作：
16.根据所述回波信号在光敏面上的到达位置，确定可寻址孔径光阑上的通光位置，使得通光孔对准所述到达位置。
17.在一些实施例中，所述可寻址孔径光阑为二维阵列的液晶光阀。
18.在一些实施例中，所述可寻址孔径光阑包括：反射镜阵列和微电机系统，其中，微电机系统通过控制反射镜阵列中通光孔的位置。
19.在一些实施例中，光探测装置进一步包括：扫描器，用于发出扫描信号。
20.在一些实施例中，所述光阑控制器进一步用于：根据通光孔的预定尺寸，控制可寻址孔径光阑的通光孔的尺寸。
21.根据本技术一个方面，提供一种光探测方法，应用于光探测装置，光探测装置的光电探测器之前设置有可寻址孔径光阑，所述可寻址孔径光阑的通光孔位置可控，所述可寻址孔径光阑的通光孔之外的区域遮挡光线，所述光探测方法包括：
22.根据对视场的扫描信号的角度，确定所述扫描信号的回波信号在光敏面上的到达位置；
23.控制所述可寻址孔径光阑的通光孔对准所述回波信号在光敏面上的到达位置，使得所述可寻址孔径光阑仅供所述扫描信号的回波信号通过。
24.根据本技术一个方面，提供一种雷达系统，包括根据本技术实施例的光探测装置。
25.综上，根据本技术实施例的光电探测方案，通过可寻址孔径光阑和光阑控制器，能够根据扫描信号的角度控制可寻址孔径光阑中通光孔的位置，从而使得光电探测器仅接收扫描信号的回波信号而不接收由孔径光阑遮挡的噪声信号。在此基础上，本技术实施例的光电探测方案可以提高光电探测场景中的探测信噪比。另外说明的是，由于本技术实施例的光电探测方案可以在无需改动原有的光电探测装置的结构前提下，通过配置可寻址孔径光阑和光阑控制器，能够方便地对光电探测装置进行改进，实现信噪比的提升。
附图说明
26.图1示出了根据本技术一些实施例的物联网系统的示意图；
27.图2示出了根据本技术一些实施例的光电探测装置的示意图；
28.图3示出了根据本技术一些实施例的光电探测场景的示意图；
29.图4示出了根据本技术一些实施例的回波信号到达光电探测器的示意图；
30.图5示出了根据本技术一些实施例的光电探测方法500的流程图；
31.图6示出了根据本技术一些实施例的确定回波信号在光敏面上的位置的方法600的流程图；
32.图7示出了根据本技术一些实施例的光电探测方法700的流程图。
具体实施方式
33.为使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本技术进一步详细说明。
34.图1示出了根据本技术一些实施例的应用场景的示意图。
35.图1示出的光电探测装置包括光电探测器101和镜头模组102。光电探测器101可以接收视场103范围内的光信号。光电探测装置在应用于雷达等场景时，光电探测装置可以通过扫描器(图1未示出)对视场103发出扫描信号。这里，扫描信号例如为激光束。扫描信号的回波信号104可以到达光电探测器101。另外，视场103内除回波信号之外的背景信号(可以认为是噪声信号)也可以到达光电探测器101。
36.为了提高光电探测装置接收信号时的信噪比，本技术提出了一种新的光电探测装置。
37.图2示出了根据本技术一些实施例的光电探测装置的示意图。
38.如图2所示，光电探测装置200包括光电探测器201、可寻址孔径光阑202和光阑控制器203。
39.可寻址孔径光阑202设置在光电探测器201的光敏面之前。可寻址孔径光阑的通光孔位置可控。可寻址孔径光阑的通光孔之外的区域遮挡光线。换言之，可寻址孔径光阑仅供通光孔通过光线。可寻址孔径光阑是一种通光孔的位置可控的光阑，能够使指定位置的光通过，而阻挡其他位置的光线通过的组件。其中，光敏面为光电探测器201的感光面。
40.光阑控制器203用于根据对视场的扫描信号的角度，确定扫描信号的回波信号在光敏面上的到达位置。在此基础上，光阑控制器203可以控制可寻址孔径光阑的通光孔对准回波信号在光敏面上的到达位置，使得所述可寻址孔径光阑仅供扫描信号的回波信号通过。这里，光阑控制器203可以使得可寻址孔径光阑202中除通光孔之外的区域遮挡光信号。这样，可寻址孔径光阑202可以遮挡视场内的噪声信号。
41.综上，根据本技术实施例的光电探测装置，通过可寻址孔径光阑和光阑控制器，能够根据扫描信号的角度控制可寻址孔径光阑中通光孔的位置，从而使得光电探测器仅接收扫描信号的回波信号而不接收由孔径光阑遮挡的噪声信号。在此基础上，本技术实施例的光电探测装置可以提高光电探测场景中的探测信噪比。另外说明的是，由于本技术实施例的光电探测装置可以在无需改动原有的光电探测装置的结构前提下，通过配置可寻址孔径光阑和光阑控制器，能够方便地对光电探测装置进行改进，实现信噪比的提升。
42.图3示出了根据本技术一些实施例的光电探测场景的示意图。
43.如图3所示，可寻址孔径光阑202平行于光电探测器201设置。可寻址孔径光阑202与光电探测器间隙较小。另外，可寻址孔径光阑202的尺寸不小于光电探测器101的尺寸。
44.光电探测器201可以对光敏面上的光信号光强度进行探测，转换为输出电信号强度。这里，光敏面尺寸记为l*h(长*宽)，则光电探测装置200可探测视场角为：
45.水平视场角
46.竖直视场角
47.在一些实施例中，光电探测装置200还包括扫描器。扫描器可以发出扫描信号。例如，扫描器可以向视场205发射激光束。扫描器的回波信号例如为206。回波信号206在通过透镜模组204以及可寻址孔径光阑202的通光孔后达到光电探测器201。
48.在一些实施例中，光阑控制器203可以根据回波信号在光敏面上的到达位置，确定可寻址孔径光阑上的通光位置，使得通光孔对准到达位置。
49.在一些实施例中，为了确定回波信号在光敏面上的到达位置，光阑控制器203可以
根据扫描信号的角度，确定回波信号的角度。这里，回波信号的方向与扫描信号的方向相反，可以认为二者处于同一条直线上。例如图4示出了根据本技术一些实施例的回波信号到达光电探测器的示意图。
50.如图4所示，回波信号通过透镜模组的光心后到达焦平面。焦平面即为光电探测器的光敏面所处的平面。回波信号的角度包括第一角度分量和第二角度分量。第一角度分量为回波信号在第一平面上投影与光轴的夹角，第二角度分量为回波信号在第二平面上投影与光轴的夹角。第一平面为光轴与目标坐标系的第一坐标轴所处的共同平面，第二平面为光轴与目标坐标系的第二坐标轴所处的共同平面。目标坐标系为处于焦平面的二维坐标系。例如，图4示出了第一角度分量u和第二角度分量v。在此基础上，光阑控制器203可以根据镜头模组的焦距和回波信号的角度，确定回波信号在光敏面上的到达位置207。该到达位置207例如可以表示为目标坐标系xoy中的坐标(x，y)。
51.在一些实施例中，光阑控制器203确定第一角度分量的正切值与焦距之积，并将其作为回波信号在目标坐标系中的第一坐标分量。另外，光阑控制器203确定第二角度分量的正切值与焦距之积，并将其作为回波信号在目标坐标系中的第二坐标分量。例如，光阑控制器203可以根据下述公式确定回波信号在光敏面上的到达位置(x，y):
52.x＝f*tan(u)
53.y＝f*tan(v)
54.在此基础上，光阑控制器203可以控制可寻址孔径光阑202的通光孔对准到达位置(x，y)，以使得回波信号能够投射至光电探测器201上的到达位置(x，y)。并且，可寻址孔径光阑202可以遮挡视场内回波信号之外的背景信号(即噪声信号)。在一些实施例中，光阑控制器203可以根据通光孔的预定尺寸，控制孔径光阑的通光孔的尺寸。这里，通光孔的预定尺寸与回波信号在光敏面上形成的光斑区域的尺寸一致。在一些实施例中，光阑控制器203可以是arm，dsp等cpu、fpga、asic等构成的运算控制系统。
55.在一些实施例中，可寻址孔径光阑202为二维阵列的液晶光阀。光阑控制器203可以选通光阀的特定位置的像素，使得通光孔处于该特定位置。
56.在一些实施例中，可寻址孔径光阑202包括：反射镜阵列和微电机系统。其中，微电机系统通过控制反射镜阵列中通光孔的位置。例如，光阑控制器203通过微电机系统控制一个反射镜的镜面角度，使得该反射镜的镜面的法向垂直于光轴时，该反射镜的镜面位置可以形成通光孔。光阑控制器203通过微电机系统控制一个反射镜的镜面的法向平行于光轴时，该反射镜的镜面遮挡通过该反射镜所处位置的光线。
57.图5示出了根据本技术一些实施例的光电探测方法500的流程图。光电探测方法500应用于光探测装置。光探测装置的光电探测器之前设置有可寻址孔径光阑。可寻址孔径光阑的通光孔位置可控。可寻址孔径光阑的通光孔之外的区域遮挡光线。光探测装置例如为图2中200。光电探测方法500例如可以在光阑控制器203中执行。
58.如图5所示，在步骤s501中，根据对视场的扫描信号的角度，确定扫描信号的回波信号在光敏面上的到达位置。其中，光敏面为光电探测器的感光面。
59.在步骤s502中，控制可寻址孔径光阑的通光孔对准回波信号在光敏面上的到达位置，使得可寻址孔径光阑仅供扫描信号的回波信号通过。
60.综上，根据本技术实施例的光电探测方案，通过可寻址孔径光阑和光阑控制器，能
够根据扫描信号的角度控制可寻址孔径光阑中通光孔的位置，从而使得光电探测器仅接收扫描信号的回波信号而不接收由孔径光阑遮挡的噪声信号。在此基础上，本技术实施例的光电探测方案可以提高光电探测场景中的探测信噪比。另外说明的是，由于本技术实施例的光电探测方案可以在无需改动原有的光电探测装置的结构前提下，通过配置可寻址孔径光阑和光阑控制器，能够方便地对光电探测装置进行改进，实现信噪比的提升。
61.在一些实施例中，步骤s501可以实施为方法600。
62.如图6所示，在步骤s601中，根据扫描信号的角度，确定回波信号的角度。其中，回波信号的角度包括第一角度分量和第二角度分量。第一角度分量为回波信号在第一平面上投影与光轴的夹角，第二角度分量为回波信号在第二平面上投影与光轴的夹角。第一平面为光轴与目标坐标系的第一坐标轴所处的共同平面，第二平面为光轴与目标坐标系的第二坐标轴所述的共同平面。目标坐标系为处于焦平面的二维坐标系，光敏面处于所述焦平面。
63.在步骤s602中，根据镜头模组的焦距和回波信号的角度，确定回波信号在光敏面上的到达位置。在一些实施例中,步骤s602可以确定第一角度分量的正切值与焦距之积，并将其作为回波信号在目标坐标系中的第一坐标分量。另外，步骤s602可以确定第二角度分量的正切值与焦距之积，并将其作为回波信号在目标坐标系中的第二坐标分量。
64.综上，方法600能够根据扫描信号的角度，确定回波信号的角度，进而结合焦距确定回波信号在光敏面上的到达位置。
65.图7示出了根据本技术一些实施例的光电探测方法700的流程图。光电探测方法700应用于光探测装置。光探测装置的光电探测器之前设置有可寻址孔径光阑。可寻址孔径光阑的通光孔位置可控。可寻址孔径光阑的通光孔之外的区域遮挡光线。光探测装置例如为图2中200。光电探测方法700例如可以在光阑控制器203中执行。
66.如图7所示，在步骤s701中，根据对视场的扫描信号的角度，确定扫描信号的回波信号在光敏面上的到达位置。其中，光敏面为光电探测器的感光面。
67.在步骤s702中，控制可寻址孔径光阑的通光孔对准回波信号在光敏面上的到达位置。
68.在步骤s703中，根据通光孔的预定尺寸，控制孔径光阑的通光孔的尺寸，使得可寻址孔径光阑仅供扫描信号的回波信号通过。这里，通光孔的预定尺寸与回波信号在光敏面上形成的光斑区域的尺寸一致。
69.综上，根据本技术实施例的光电探测方案，通过可寻址孔径光阑和光阑控制器，能够根据扫描信号的角度控制可寻址孔径光阑中通光孔的位置，从而使得光电探测器仅接收扫描信号的回波信号而不接收由孔径光阑遮挡的噪声信号。在此基础上，本技术实施例的光电探测方案可以提高光电探测场景中的探测信噪比。另外说明的是，由于本技术实施例的光电探测方案可以在无需改动原有的光电探测装置的结构前提下，通过配置可寻址孔径光阑和光阑控制器，能够方便地对光电探测装置进行改进，实现信噪比的提升。
70.以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术保护的范围之内。