CN112098974B - 实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置 - Google Patents

实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置，属于激光测量领域。本发明的方法首先对于目标区域，进行大视场大光斑尺寸扫描，获得视场内疑似目标的位置信息，然后控制变焦液体透镜进行变焦，调整光斑间距，同时控制两个扫描振镜对预定的区域进行小范围扫描，减小扫描振镜的步进角度，提高对小范围区域的扫描点密度，从而实现对疑似目标的高分辨率信息获取。一种实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置可以兼顾大视场预警与对目标的高分辨率探测。

Description

实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置
技术领域
本发明涉及一种实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置，属于激光测量领域。
背景技术
激光雷达使用激光作为信号源，激光被物体反射后，通过接收***采集回波信号，并与初始信号相比较，得到光信号的时间或相位的变化量，从而获得被测物体距离的精确信息。由于激光具有重复频率高、激光光斑小、能量集中、指向性好等优点。使得激光雷达可以实现对被测物体的远距离、高精度测量。当前，激光雷达在航空航天、遥感探测、测量和智能驾驶等领域都有广泛的应用。
激光雷达在应用中，往往需要兼顾大视场与高分辨率。同时，对于采用二维振镜进行扫描的激光雷达***中，还存在扫描位置的畸变。因此，对于大视场，需要快速进行扫描，获得疑似目标的位置，同时校正扫描位置的畸变。对于小视场扫描，需要提高扫描密度，获得目标的高精度信息。因此，在进行扫描的过程中，对于大视场需要大扫描光斑尺寸和大步进角进行扫描，而对于小视场，需要小光斑尺寸和小步进角度。这就需要发射光斑在不同扫描视场下，需要进行缩放，来改变扫描光斑尺寸的大小。
发明内容
本发明的目的在于克服传统激光雷达无法兼顾大视场与高分辨率，同时在大范围扫描时还存在扫描位置畸变等问题，提供一种实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置该方法首先对于目标区域，进行大视场大光斑尺寸扫描，获得视场内疑似目标的位置信息，然后控制变焦液体透镜进行变焦，调整光斑间距及光斑直径，同时控制两个振镜对预定的区域进行小范围扫描，减小扫描振镜扫描的步进角度，提高对小范围区域的扫描点密度，从而实现对疑似目标的高分辨率信息获取。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法，包括如下步骤：
步骤一、采用基于变焦液体透镜的激光雷达进行大视场扫描；
步骤二、判断扫描点是否为边缘点；若扫描点为边缘点，则以激光点间距为e的n×n面阵激光光斑，扫描步进角为Δθ，进行扫描。
若扫描点为非边缘点，则首先计算当前扫描点距离边缘点的位置畸变值。
第i行第j列的扫描点位置坐标Skm通过下式计算得到：
Figure BDA0002684165060000021
其中，θi、θj为第i行第j列扫描时扫描振镜在行、列方向的扫描角度，H为两扫描振镜在垂直方向上的间距，l为扫描振镜到扫描区域的距离，pkm为n×n面阵激光光斑中第k行第m列个光斑的位置坐标。pkm的值由下式计算得到：
Figure BDA0002684165060000022
边缘扫描点的位置坐标S11由公式(3)计算得到
Figure BDA0002684165060000023
其中，θ1为第1行扫描时扫描振镜在行方向的扫描角度，θj为第一行第j列扫描时扫描振镜在列方向的扫描角度。P11的值由下式计算得到：
Figure BDA0002684165060000024
第i行第j列扫描点相对于第1行第j列在行方向的位置畸变由公式(5)计算得到
Li＝Skm-S11. (5)
补偿扫描点位置畸变的放大倍率βi由下式计算得到
Figure BDA0002684165060000025
控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现放大，放大后激光点间距为βi*e(βi>1)。以放大后激光点间距βi*e，扫描步进角Δθ，进行扫描；
步骤三、重复步骤二直至完成大视场扫描；记录存在回波信号的所有疑似目标区域信息。
步骤四、控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现缩小，缩小后激光点间距为β*e(β<1)。同时，减小扫描振镜的步进角度β*Δθ。以缩小后激光点间距为β*e(β<1)，扫描步进角β*Δθ，对步骤三中记录的疑似目标区域进行小视场、高密度扫描。记录回波信号的距离信息；所述距离信息与扫描位置信息相结合，获得目标的三维信息。
实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的装置，包括发射模块、扫描模块、接收模块、触发器和数据存储与处理单元。
所述发射模块包括激光器、准直镜、第一透反镜、分束镜、变焦液体透镜及反射镜；激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号。另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑。n×n面阵激光光斑通过变焦液体透镜后被缩放。经缩放后的n×n面阵激光光斑通过反射镜出射，经过第二透反镜后进入扫描模块。
所述扫描模块由两个轴线相垂直的扫描振镜组成。通过控制两个振镜的扫描角度与扫描步进角，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描，发现疑似目标，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元。
所述接收模块由第二透反镜、聚焦透镜、窄带滤光片及面阵APD探测器组成。经疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜反射后被聚焦透镜聚焦，经过聚焦透镜的光斑被会聚并经过窄带滤光片后，被面阵APD探测器接收，然后存储至数据存储与处理单元。
所述两扫描振镜在垂直方向上存在间距。两扫描振镜可在程序控制下实现特定视场角和特定方式的扫描。
激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号。另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑。n×n面阵激光光斑通过变焦液体透镜后被缩放。经缩放后的n×n面阵激光光斑通过反射镜出射，经过第二透反镜后进入扫描模块。扫描模块由两个轴线相垂直的扫描振镜组成。通过控制两个振镜的扫描角度与扫描步进角，引导经第二透反镜出射的面阵激光光斑，对目标区域进行扫描。经疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜反射后被聚焦透镜聚焦，经过聚焦透镜的光斑被会聚并经过窄带滤光片后，被面阵APD探测器接收。
工作过程：
激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号。另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑。n×n面阵激光光斑通过变焦液体透镜后被缩放。经缩放后的n×n面阵激光光斑通过反射镜出射，经过第二透反镜后进入扫描模块。
通过控制两个振镜的扫描角度与扫描步进角，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描，发现疑似目标，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元。
经疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜反射后被聚焦透镜聚焦，经过聚焦透镜的光斑被会聚并经过窄带滤光片后，被面阵APD探测器接收，然后存储至数据存储与处理单元。
其中，实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达扫描方法如下：
步骤一、采用变扫描视场及变扫描密度激光雷达对大视场区域(θxi,θyj)进行扫描。
步骤二、判断扫描点是否为边缘点；若扫描点为边缘点，激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号。另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑，所形成的n×n面阵激光光斑中激光点间距为e。n×n面阵激光光斑通过反射镜出射，经过第二透反镜后进入扫描模块。控制两个振镜以激光点间距为e，扫描步进角为Δθ，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描。疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜反射后被聚焦透镜聚焦，经过聚焦透镜的光斑被会聚并经过窄带滤光片后，被面阵APD探测器接收，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元。
若扫描点为非边缘点，则首先计算当前扫描点距离边缘点的位置畸变值。通过公式(1)与公式(2)计算第i行第j列的扫描点位置坐标。
通过公式(3)与公式(4)计算边缘扫描点的位置坐标。
通过公式(5)计算第i行第j列扫描点相对于与第1行第j列在行方向的位置畸变。
由公式(6)计算补偿扫描点位置畸变的放大倍率βi。
控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现放大，放大后激光点间距为βi*e(βi>1)。
步骤三、激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号。另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑，所形成的n×n面阵激光光斑中激光点间距为e。n×n面阵激光光斑通过变焦液体透镜后被放大，放大后激光点间距为βi*e，经过第二透反镜后进入扫描模块。控制两个振镜以放大后激光点间距βi*e，扫描步进角Δθ，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描。疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜反射后被聚焦透镜聚焦，经过聚焦透镜的光斑被会聚并经过窄带滤光片后，被面阵APD探测器接收，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元。
重复步骤二和步骤三，直至完成大视场区域(θxi,θyj)的扫描；记录存在回波信号的所有疑似目标区域信息。
步骤四、采用变扫描视场及变扫描密度激光雷达对步骤三中记录的疑似目标区域进行小视场(θx1,θy1)扫描。
激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号。另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑，所形成的n×n面阵激光光斑中激光点间距为e。控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现缩小，缩小后激光点间距为β*e(β<1),经过第二透反镜后进入扫描模块。同时，减小扫描振镜的步进角度β*Δθ。以缩小后激光点间距为β*e(β<1)，扫描步进角为β*Δθ，对步骤三中记录的疑似目标区域进行小视场、高密度扫描。记录回波信号的距离信息；所述距离信息与扫描位置信息相结合，获得目标的三维信息。
有益效果
1、本发明公开的实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置，通过在同轴结构中加入变焦液体透镜，可以实现对扫描光斑进行缩放，进而改变扫描光斑的大小。
2、本发明公开的实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置，当对大视场区域进行扫描时，可以控制变焦液体透镜对经分束镜产生的面阵光斑进行局部放大，补偿扫描振镜在扫描过程中产生的扫描位置畸变，进而覆盖整个视场，实现对整个视场的全面扫描。
3、本发明公开的实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置，当对小视场区域进行扫描时，可以控制变焦液体透镜对经分束镜产生的面阵光斑进行缩小，与扫描振镜的小扫描步进角相结合，可以实现对目标区域的高分辨率扫描。
4、本发明公开的实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置，可以首先以大扫描光斑与大步进角对大视场范围进行快速扫描，对疑似目标进行定位。之后以小扫描光斑与小步进角对疑似目标区域进行高密度扫描。因此，该实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达可以兼顾大视场预警与对目标的高分辨率探测。
附图说明
图1为本发明实施例的实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达结构示意图；
图2为本发明实施例的实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达工作流程图；
图3为本发明实施例中扫描点位置畸变值计算与补偿图；
图4为本发明实施例中大视场扫描点位置畸变图；
图5为本发明实施例中大视场扫描点位置畸变补偿图。
其中，1-激光器；2-准直镜；3-第一透反镜；4-分束镜；5-变焦液体透镜；6-反射镜；7-第二透反镜；8-聚焦透镜；9-窄带滤光片；10-面阵APD探测器；11-扫描振镜；12-触发器；13-数据存储与处理单元。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方案进行清楚、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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中，一种实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达包括发射模块、扫描模块和接收模块。激光器1发出的激光通过准直镜2将激光准直，再通过第一透反镜3，一部分信号发射至触发器12产生触发信号。另一路信号通过分束镜4，被均匀分为3×3面阵激光光斑。3×3面阵激光光斑通过变焦液体透镜5后被缩放。经缩放后的3×3面阵激光光斑通过反射镜6出射，经过第二透反镜7后进入扫描模块。扫描模块由两个轴线相垂直的扫描振镜11组成。通过控制两个扫描振镜11的扫描角度与扫描步进角，引导经第二透反镜7出射的面阵激光光斑，对目标区域进行扫描。经目标反射的激光回波信号，经过第二透反镜7反射后，由聚焦透镜8进行会聚，经过窄带滤光片9后，被面阵APD探测器10接收。实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达首先对于目标区域，进行大视场大光斑尺寸扫描，获得视场内疑似目标的位置信息，然后控制变焦液体透镜进行变焦，调整光斑间距及光斑直径，同时控制两个扫描振镜对预定的区域进行小范围扫描，减小扫描振镜的步进角度，提高对小范围区域的扫描点密度，从而实现对疑似目标的高分辨率信息获取。
如图1，为采用上述工作原理的实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的具体结构。
发射模块由激光器1、准直镜2、第一透反镜3、分束镜4、变焦液体透镜5及反射镜6组成。激光器1发出的激光通过准直镜2将激光准直，再通过第一透反镜3，一部分信号发射至触发器12产生触发信号。另一路信号通过分束镜4，被均匀分为3×3面阵激光光斑。3×3面阵激光光斑通过变焦液体透镜5后被缩放。经缩放后的3×3面阵激光光斑通过反射镜6出射，经过第二透反镜7后进入扫描模块。
扫描模块由两个轴线相垂直的扫描振镜11组成。通过控制两个振镜11的扫描角度与扫描步进角，引导面阵激光光斑对目标区域进行扫描，发现疑似目标，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元13。
接收模块由第二透反镜7、聚焦透镜8、窄带滤光片9及面阵APD探测器10组成。经疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜7反射后被聚焦透镜8聚焦，经过聚焦透镜8的光斑被会聚并经过窄带滤光片9后，被面阵APD探测器10接收，然后存储至数据存储与处理单元13。
如图2，为本发明实施例中变扫描视场及变扫描密度流程图。
实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达工作过程如下：
步骤一、采用变扫描视场及变扫描密度激光雷达对大视场区域(-6°,6°)进行扫描；
步骤二、判断扫描点是否为边缘点；若扫描点为边缘点，激光器1发出的激光通过准直镜2将激光准直，再通过第一透反镜3，一部分光束反射至触发器12产生触发信号。另一部分透射光束通过分束镜4，被均匀分为3×3面阵激光光斑，所形成的3×3面阵激光光斑中激光点间距为e＝8mm。3×3面阵激光光斑通过反射镜6出射，经过第二透反镜7后进入扫描模块。控制两个振镜11以激光点间距为e＝8mm，扫描步进角为Δθ＝1°，引导面阵激光光斑对目标区域进行扫描。疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜7反射后被聚焦透镜8聚焦，经过聚焦透镜8的光斑被会聚并经过窄带滤光片9后，被面阵APD探测器10接收，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元13。
若扫描点为非边缘点，则首先计算当前扫描点距离边缘点的位置畸变值。如图3，为扫描点位置畸变值计算与补偿图。通过公式(1)与公式(2)计算第i行第j列的扫描点位置坐标。其中，两扫描振镜13在垂直方向上的距离H＝50mm，扫描振镜13到扫描区域的距离l＝1m。
通过公式(3)与公式(4)计算边缘扫描点的位置坐标。
通过公式(5)计算第i行第j列扫描点相对于与第1行第j列在行方向的位置畸变。
由公式(6)计算补偿扫描点位置畸变的放大倍率βi。
控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现放大，放大后激光点间距为βi*e(βi>1)。
步骤三、激光器1发出的激光通过准直镜2将激光准直，再通过第一透反镜3，一部分光束反射至触发器12产生触发信号。另一部分透射光束通过分束镜4，被均匀分为3×3面阵激光光斑，所形成的3×3面阵激光光斑中激光点间距为e＝8mm。3×3面阵激光光斑通过变焦液体透镜5后被放大，放大后激光点间距为βi*e，经过第二透反镜7后进入扫描模块。控制两个振镜11以放大后激光点间距为βi*e，扫描步进角为Δθ＝1°，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描。疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜7反射后被聚焦透镜8聚焦，经过聚焦透镜8的光斑被会聚并经过窄带滤光片9后，被面阵APD探测器10接收，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元13。
重复步骤二和步骤三，直至完成大视场区域(-6°,6°)的扫描；记录存在回波信号的所有疑似目标区域信息。
步骤四、采用变扫描视场及变扫描密度激光雷达对步骤三中记录的疑似目标区域进行小视场(θx1,θy1)扫描。
激光器1发出的激光通过准直镜2将激光准直，再通过第一透反镜3，一部分光束反射至触发器12产生触发信号。另一部分透射光束通过分束镜4，被均匀分为3×3面阵激光光斑，所形成的3×3面阵激光光斑中激光点间距为e＝8mm。控制变焦液体透镜5产生变焦，对扫描点实现缩小，缩小后激光点间距为β*e(β<1),经过第二透反镜7后进入扫描模块。同时，减小扫描振镜11的步进角度β*Δθ。以缩小后激光点间距为β*e(β<1)，扫描步进角为β*Δθ，对步骤三中记录的疑似目标区域进行小视场、高密度扫描。记录回波信号的距离信息；所述距离信息与扫描位置信息相结合，获得目标的三维信息。
如图4，为本发明实施例中大视场(-6°,6°)扫描点位置畸变图。如图5，为本发明实施例中大视场(-6°,6°)扫描点位置畸变补偿图。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、采用基于变焦液体透镜的激光雷达进行大视场扫描；
步骤二、判断扫描点是否为边缘点；若扫描点为边缘点，则以激光点间距为e的n×n面阵激光光斑，扫描步进角为Δθ，进行扫描；
若扫描点为非边缘点，则首先计算当前扫描点距离边缘点的位置畸变值；
第i行第j列的扫描点位置坐标Skm通过下式计算得到：
Figure FDA0003660618850000011
其中，θi、θj为第i行第j列扫描时扫描振镜在行、列方向的扫描角度，H为两扫描振镜在垂直方向上的间距，l为扫描振镜到扫描区域的距离，pkm为n×n面阵激光光斑中第k行第m列个光斑的位置坐标；pkm的值由下式计算得到：
Figure FDA0003660618850000012
边缘扫描点的位置坐标S11由公式(3)计算得到
Figure FDA0003660618850000013
其中，θ1为第1行扫描时扫描振镜在行方向的扫描角度，θj为第一行第j列扫描时扫描振镜在列方向的扫描角度；P11的值由下式计算得到：
Figure FDA0003660618850000014
第i行第j列扫描点相对于第1行第j列在行方向的位置畸变由公式(5)计算得到
Li＝Skm-S11. (5)
补偿扫描点位置畸变的放大倍率βi由下式计算得到
Figure FDA0003660618850000015
控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现放大，放大后激光点间距为βi*e，βi>1；以放大后激光点间距βi*e，扫描步进角Δθ，进行扫描；
步骤三、重复步骤二直至完成大视场扫描；记录存在回波信号的所有疑似目标区域信息；
步骤四、控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现缩小，缩小后激光点间距为β*e，β<1；同时，减小扫描振镜的步进角度β*Δθ；以缩小后激光点间距为β*e，β<1，扫描步进角β*Δθ，对步骤三中记录的疑似目标区域进行小视场、高密度扫描；记录回波信号的距离信息；所述距离信息与扫描位置信息相结合，获得目标的三维信息。
2.实现如权利要求1所述方法的装置，其特征在于：包括发射模块、扫描模块、接收模块、触发器和数据存储与处理单元；
所述发射模块包括激光器、准直镜、第一透反镜、分束镜、变焦液体透镜及反射镜；激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号；另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑；n×n面阵激光光斑通过变焦液体透镜后被缩放；经缩放后的n×n面阵激光光斑通过反射镜出射，经过第二透反镜后进入扫描模块；
通过控制两个振镜的扫描角度与扫描步进角，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描，发现疑似目标，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元；
经疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜反射后被聚焦透镜聚焦，经过聚焦透镜的光斑被会聚并经过窄带滤光片后，被面阵APD探测器接收，然后存储至数据存储与处理单元。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述扫描模块由两个轴线相垂直的扫描振镜组成；通过控制两个振镜的扫描角度与扫描步进角，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描，发现疑似目标，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元。
4.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述接收模块由第二透反镜、聚焦透镜、窄带滤光片及面阵APD探测器组成。
5.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述两扫描振镜在垂直方向上存在间距；两扫描振镜可在程序控制下实现特定视场角和特定方式的扫描。
6.采用如权利要求2、3、4或5所述装置实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达扫描方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、采用变扫描视场及变扫描密度激光雷达对大视场区域(θxi,θyj)进行扫描；
步骤二、判断扫描点是否为边缘点；若扫描点为边缘点，激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号；另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑，所形成的n×n面阵激光光斑中激光点间距为e；n×n面阵激光光斑通过反射镜出射，经过第二透反镜后进入扫描模块；控制两个振镜以激光点间距为e，扫描步进角为Δθ，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描；疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜反射后被聚焦透镜聚焦，经过聚焦透镜的光斑被会聚并经过窄带滤光片后，被面阵APD探测器接收，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元；
若扫描点为非边缘点，则首先计算当前扫描点距离边缘点的位置畸变值；通过公式(1)与公式(2)计算第i行第j列的扫描点位置坐标；
通过公式(3)与公式(4)计算边缘扫描点的位置坐标；
通过公式(5)计算第i行第j列扫描点相对于与第1行第j列在行方向的位置畸变；
由公式(6)计算补偿扫描点位置畸变的放大倍率βi；
控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现放大，放大后激光点间距为βi*e，βi>1；
步骤三、激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号；另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑，所形成的n×n面阵激光光斑中激光点间距为e；n×n面阵激光光斑通过变焦液体透镜后被放大，放大后激光点间距为βi*e，经过第二透反镜后进入扫描模块；控制两个振镜以放大后激光点间距βi*e，扫描步进角Δθ，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描；疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜反射后被聚焦透镜聚焦，经过聚焦透镜的光斑被会聚并经过窄带滤光片后，被面阵APD探测器接收，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元；
重复步骤二和步骤三，直至完成大视场区域(θxi,θyj)的扫描；记录存在回波信号的所有疑似目标区域信息；
步骤四、采用变扫描视场及变扫描密度激光雷达对步骤三中记录的疑似目标区域进行小视场(θx1,θy1)扫描；
激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号；另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑，所形成的n×n面阵激光光斑中激光点间距为e；控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现缩小，缩小后激光点间距为β*e，β<1，经过第二透反镜后进入扫描模块；同时，减小扫描振镜的步进角度β*Δθ；以缩小后激光点间距为β*e，β<1，扫描步进角为β*Δθ，对步骤三中记录的疑似目标区域进行小视场、高密度扫描；记录回波信号的距离信息；所述距离信息与扫描位置信息相结合，获得目标的三维信息。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112881994A (zh) * 2021-01-15 2021-06-01 济南浪潮高新科技投资发展有限公司 一种自适应激光雷达线束扫描控制方法
CN115685137A (zh) * 2021-07-30 2023-02-03 武汉万集光电技术有限公司 一种opa激光雷达及噪点识别方法
WO2023141782A1 (zh) * 2022-01-25 2023-08-03 华为技术有限公司 激光雷达和激光雷达的控制方法
CN115856835B (zh) * 2023-03-01 2023-06-09 常州星宇车灯股份有限公司 实现变焦距扫描成像的激光雷达控制***及其控制方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105785342A (zh) * 2016-05-13 2016-07-20 合肥工业大学 一种主焦点变焦反射式激光雷达光学***
CN109239729A (zh) * 2018-09-28 2019-01-18 北京理工大学 一种无人驾驶变视场固态面阵激光雷达测距***及方法
CN109270515A (zh) * 2018-11-29 2019-01-25 北京理工大学 可变扫描区域同轴收发扫描激光雷达

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3460519A1 (en) * 2017-09-25 2019-03-27 Hexagon Technology Center GmbH Laser scanner
US11874399B2 (en) * 2018-05-16 2024-01-16 Yujin Robot Co., Ltd. 3D scanning LIDAR sensor

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105785342A (zh) * 2016-05-13 2016-07-20 合肥工业大学 一种主焦点变焦反射式激光雷达光学***
CN109239729A (zh) * 2018-09-28 2019-01-18 北京理工大学 一种无人驾驶变视场固态面阵激光雷达测距***及方法
CN109270515A (zh) * 2018-11-29 2019-01-25 北京理工大学 可变扫描区域同轴收发扫描激光雷达

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李小宝等.三维成像激光雷达***中的微电子机械***扫描：扫描视场角与扩束.《激光与光电子学进展》.2015, *
李晶.三维激光雷达共光路液体透镜变焦光学***设计.《红外与激光工程》.2019,第48卷(第4期), *

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