CN112346068A - 一种提高激光雷达角度分辨率的装置与方法 - Google Patents

一种提高激光雷达角度分辨率的装置与方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112346068A
CN112346068A CN202011186619.8A CN202011186619A CN112346068A CN 112346068 A CN112346068 A CN 112346068A CN 202011186619 A CN202011186619 A CN 202011186619A CN 112346068 A CN112346068 A CN 112346068A
Authority
CN
China
Prior art keywords
detection
scanning
point cloud
cloud data
light sources
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202011186619.8A
Other languages
English (en)
Inventor
袁志林
张石
李亚锋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shenzhen Yuwei Optical Technology Co ltd
Original Assignee
Shenzhen Yuwei Optical Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shenzhen Yuwei Optical Technology Co ltd filed Critical Shenzhen Yuwei Optical Technology Co ltd
Priority to CN202011186619.8A priority Critical patent/CN112346068A/zh
Publication of CN112346068A publication Critical patent/CN112346068A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种提高激光雷达角度分辨率的装置与方法，包括激光雷达光学模块、激光雷达控制模块、点云数据寄存器和点云数据处理器；激光雷达光学模块中的激光发射***包括并列设置的多个光源，多个光源的探测光斑在探测平面内间隔分布；或者，激光发射***包括一个光源，激光扫描***在该光源下进行多次扫描，相邻两次扫描错开预设角度；激光雷达控制模块基于多个光源或多次扫描时的探测数据形成点云数据；点云数据处理器用于将多个光源或多次扫描的点云数据拼接成单次扫描的点云数据。本发明在不提高探测光源重复频率的前提下，优化了激光雷达的角度分辨率，可有效提升激光雷达的空间目标识别能力。

Description

一种提高激光雷达角度分辨率的装置与方法
【技术领域】
本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种提高激光雷达角度分辨率的装置与方法。
【背景技术】
目前，激光雷达的主流技术是脉冲式探测激光雷达，即通过发射脉冲的方式探测目标的空间位置信息，此种技术方式的特点就是探测光源的重复频率决定了空间探测的角度分辨率。以二维平面扫描激光雷达为例，在有效的激光探测角度范围之内，光源重复频率越高，则可以将更多的脉冲信号平均分到更小的角度位置上，获取更为精细的空间目标信息。
如果要提高目标的空间探测角度分辨率，传统方法主要是通过增加光源的重复频率，可以将更多的探测脉冲发送至更加精细的角度上，则该激光雷达具有更加精细的角度分辨率，可以分辨更为精细的空间目标信息。但这种方法存在很大的局限，例如，更高的重复频率需要更加快速的控制电路；而且，当光源的重复频率增加到一定值之后，脉冲光信号的稳定度会变差，峰值功率会存在一定的衰减，激光雷达的探测效果会受到极大的限制；另外，更高的光源重复频率，光源也会更加发热，光源的长期使用寿命也受到影响。
鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
【发明内容】
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种提高激光雷达角度分辨率的装置与方法，其目的在于在不增加探测光源重复频率的前提下优化激光雷达的角度分辨率，有效提升激光雷达的空间目标识别能力，由此解决传统激光雷达中通过提高探测光源的重复频率来提高角度分辨率时，影响激光雷达的探测效果以及光源使用寿命等的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种提高激光雷达角度分辨率的装置，包括顺次连接设置的激光雷达光学模块1、激光雷达控制模块2、点云数据寄存器3和点云数据处理器4；
所述激光雷达光学模块1包括激光发射***、激光扫描***和激光接收***，分别用于实现探测光信号的发射、扫描和接收；其中，所述激光发射***包括并列设置的多个光源，此时所述激光扫描***进行单次扫描，所述多个光源的探测光斑在探测平面内间隔分布；或者，所述激光发射***包括一个光源，此时所述激光扫描***在该光源下进行多次扫描，且相邻两次扫描彼此错开预设角度；
所述激光雷达控制模块2用于控制激光雷达的工作状态和参数设置，并基于多个光源或多次扫描时的探测角度和探测距离形成点云数据；所述点云数据寄存器3用于缓存多个光源或多次扫描的点云数据；所述点云数据处理器4用于将多个光源或多次扫描的点云数据进行拼接，变换成单次扫描的点云数据。
优选地，当设置多个光源时，所述多个光源的探测波长相同，且所述多个光源轮流发出探测光信号；或者，所述多个光源的探测波长不同，且所述多个光源同时发出探测光信号。
优选地，当设置两个光源时，所述激光雷达光学模块1包括第一发射光源6、第二发射光源7、发射透镜***8、接收透镜***12、滤光片、第一接收探测器9和第二接收探测器10；
其中，所述第一发射光源6和第二发射光源7并列放置在所述发射透镜***8的前焦面上，发射的两个探测光信号分别经过所述发射透镜***8 准直后成一定探测角度往远处传输，两个探测光信号经目标反射回来之后由所述接收透镜***12接收，再经所述滤光片之后分别被所述第一接收探测器9和所述第二接收探测器10接收。
优选地，所述第一发射光源6和第二发射光源7的探测波长相同，均为λ1；
所述滤光片为均匀滤光片11，所述均匀滤光片11用于通过波长为λ1的光信号，过滤掉其余波长的光信号。
优选地，所述第一发射光源6和第二发射光源7的探测波长不同，分别为λ1和λ2；
所述滤光片为非均匀滤光片13，所述非均匀滤光片13被划分成两个区域，分别用于通过波长为λ1和λ2的光信号。
优选地，所述第一发射光源6和第二发射光源7的探测波长不同，分别为λ1和λ2；
所述滤光片设置两个，分别设置在所述第一接收探测器9和所述第二接收探测器10之前，并分别用于通过波长为λ1和λ2的光信号。
优选地，当设置一个光源并进行多次扫描时，相邻两次扫描之间错开的预设角度为Δθ/n；其中，n为扫描总次数，Δθ为第一次扫描时激光雷达的角度分辨率。
另一方面，本发明提供了一种提高激光雷达角度分辨率的方法，可通过第一方面上述的提高激光雷达角度分辨率的装置来完成，包括：
利用多个光源进行单次扫描探测或者利用单个光源进行多次扫描探测，得到多个光源或多次扫描时分别对应的探测角度和探测距离；
基于多个光源或多次扫描时的探测角度和探测距离形成点云数据，并将多个光源或多次扫描的点云数据进行拼接，变换成单次扫描的点云数据；
其中，利用多个光源进行单次扫描探测时，所述多个光源的探测光斑在探测平面内间隔分布；利用单个光源进行多次扫描探测时，相邻两次扫描彼此错开预设角度。
优选地，利用多个光源进行单次扫描探测时，所述多个光源的探测波长相同，且所述多个光源轮流发出探测光信号；或者，所述多个光源的探测波长不同，且所述多个光源同时发出探测光信号。
优选地，利用单个光源进行多次扫描探测时，相邻两次扫描之间错开的预设角度为Δθ/n，则当将n次扫描的点云数据进行拼接后，变换成角度分辨率为Δθ/n的点云数据；其中，n为扫描总次数，Δθ为第一次扫描时激光雷达的角度分辨率。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明提供的激光雷达装置中，一方面可在激光雷达光学模块中设置多个探测光源，通过增加光源数目来提高激光雷达的重复频率，进而解决单个光源的重复频率过低的问题；另一方面可在单探测光源下进行多次扫描，相邻扫描之间彼此错开一个角度间隔；最终通过将多个光源或多次扫描的点云数据进行拼接，变换成单次扫描的点云数据，得到更为精细的空间目标扫描角度分辨率。基于上述装置，在不提高探测光源重复频率的前提下，优化了激光雷达的角度分辨率，可有效提升激光雷达的空间目标识别能力。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种提高激光雷达角度分辨率的装置图；
图2为本发明实施例提供的一种双探测光源(相同波长)激光雷达的原理结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种双探测光源(相同波长)的点云拼接原理示意图；
图4为本发明实施例提供的一种双探测光源(不同波长)激光雷达的原理结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种双探测光源(不同波长)的点云拼接原理示意图；
图6本发明实施例提供的一种单个光源多次扫描的点云拼接原理示意图；
图7为本发明实施例提供的一种提高激光雷达角度分辨率的方法流程图；
其中，附图标记如下：
1：激光雷达光学模块；2：激光雷达控制模块；3：点云数据寄存器； 4：点云数据处理器；5：外部***；6：第一发射光源；7：第二发射光源； 8：发射透镜***；9：第一接收探测器；10：第二接收探测器；11：均匀滤波片；12：接收透镜***；13：非均匀滤光片。
【具体实施方式】
为解决传统激光雷达中通过提高探测光源的重复频率来提高角度分辨率时，影响激光雷达的探测效果以及光源使用寿命的问题，本发明在不增加探测光源重复频率的前提下，基于以下思路提升激光雷达的角度分辨率：
1)将多个探测光源并列放置，且多个光源的出射光斑在探测平面内间隔分布，多个光源轮流发出探测光信号，通过增加光源数目来提高激光雷达的重复频率，解决单个光源的重复频率过低的问题，如果需要更高的重复频率，则可以增加更多的探测光源数目。
2)进一步地，1)中的光源是波长相同的探测光源，多个光源不能同时发光；在此基础上还可以将光源设置成不同的探测波长，通过在探测器上增加不同的滤波片，多个光源可以同时发光且互不干扰，可以增加激光雷达的探测效率。
3)在不增加探测光源的前提下，光源的最大重复频率是固定的，此时为提升激光雷达的角度分辨率，可增加扫描次数，并使相邻扫描次数的扫描角度彼此错开一个间隔。
基于上述三种思路，通过将多个光源或多次扫描的点云数据合成为单次扫描的点云数据，然后传输给外部***，即可得到更为精细的空间目标扫描角度分辨率。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”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而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。
实施例1：
本发明实施例提供了一种提高激光雷达角度分辨率的装置，如图1所示，主要包括顺次连接设置的激光雷达光学模块1、激光雷达控制模块2、点云数据寄存器3和点云数据处理器4。
所述激光雷达光学模块1可对目标的空间位置信息进行探测，具体包括激光发射***、激光扫描***和激光接收***，分别用于实现探测光信号的发射、扫描和接收，进而得到对应的探测角度θ(即进行扫描时的扫描角度)和探测距离l。其中，所述激光发射***包括并列设置的多个光源，此时所述激光扫描***进行单次扫描，所述多个光源的探测光斑在探测平面内间隔分布；或者，所述激光发射***包括一个光源，此时所述激光扫描***在该光源下进行多次扫描，且相邻两次扫描彼此错开预设角度。
所述激光雷达控制模块2用于控制激光雷达的工作状态和参数设置，并基于多个光源或多次扫描时的探测角度θ和探测距离l形成点云数据(θ， l)，其中，每个光源每次扫描都会产生多个点云数据；所述点云数据寄存器3用于缓存多个光源或多次扫描的点云数据；所述点云数据处理器4用于将多个光源或多次扫描的点云数据进行拼接，变换成单次扫描的点云数据，然后传输给外部***5。
进一步地，当设置多个光源时，所述多个光源的探测波长可以设置为相同，此时所述多个光源轮流发出探测光信号，所述多个光源的探测光斑在探测平面内等角度间隔分布，即每两个相邻探测光板之间间隔一固定的角度差。所述多个光源的探测波长也可以设置为不同，此时通过在激光接收***中增加不同的滤光片，所述多个光源可同时发出探测光信号，且互不干扰，可以增加激光雷达的探测效率；同样地，所述多个光源的探测光斑也在探测平面内等角度间隔分布。
进一步地，当设置一个光源并进行多次扫描时，相邻两次扫描之间错开的预设角度优选为Δθ/n；其中，n为扫描总次数，Δθ为第一次扫描时激光雷达的角度分辨率。如此一来，当将n次扫描的点云数据进行拼接后，即可变换成角度分辨率为Δθ/n的点云数据；因此，n越大，即扫描次数越多，则获取的角度分辨率更为精细。
本发明实施例提供的上述激光雷达装置中，一方面可在激光雷达光学模块中设置多个探测光源，通过增加光源数目来提高激光雷达的重复频率，进而解决单个光源的重复频率过低的问题；另一方面可在单探测光源下进行多次扫描，相邻扫描之间彼此错开一个角度间隔；最终通过将多个光源或多次扫描的点云数据进行拼接，变换成单次扫描的点云数据，得到更为精细的空间目标扫描角度分辨率。基于上述装置，在不提高探测光源重复频率的前提下，优化了激光雷达的角度分辨率，可有效提升激光雷达的空间目标识别能力。
实施例2：
在上述实施例1的基础上，本发明实施例提供了一种基于多个光源拼接的提高角度分辨率的激光雷达装置，即在单个探测平面内，集成多个探测光源，通过增加探测光源的数量来增加激光雷达的整体重复频率，进而提升激光雷达的角度分辨率。不失为一般性，此处以双光源为例进行详细阐述，其它数量的光源级联以此类推。
如图1所示，本发明实施例提供的激光雷达装置包括顺次连接设置的激光雷达光学模块1、激光雷达控制模块2、点云数据寄存器3和点云数据处理器4。
如图2所示，所述激光雷达光学模块1包括第一发射光源6、第二发射光源7、发射透镜***8、接收透镜***12、均匀滤光片11、第一接收探测器9和第二接收探测器10。其中，所述第一发射光源6和第二发射光源 7的探测波长相同，均为λ1。
进一步结合图2，所述第一发射光源6和第二发射光源7并列放置在所述发射透镜***8的前焦面上，发射的两个波长相同的探测光信号分别经过所述发射透镜***8准直后，成一定探测角度往远处传输；两个波长相同的探测光信号经目标反射回来之后由所述接收透镜***12接收，再经所述均匀滤光片11之后，分别被所述第一接收探测器9和所述第二接收探测器10接收。需要注意的是，这里的滤光片为均匀滤光片11，所述均匀滤光片11用于通过波长为λ1的光信号，过滤掉其余波长的光信号，即所有面积均只通过同一个波长λ1，其余波长均被过滤掉。
设所述第一发射光源6的探测点云信息为(θk+1，lk+1)，则下一个点云数据为(θk+1，lk+1)。此时，所述第二发射光源7的探测点云信息应设置为 (θk+δθ，lk‘)，对应的下一个点云数据为(θk+1+δθ，l(k+1)‘)，即所述第二发射光源7的探测光斑相对于所述第一发射光源6的探测光斑，在相同角度级次上偏离一个固定的角度差δθ。进一步地，二者的点云数据合并如图3 所示，将所述第二发射光源7的探测光斑均匀地***到所述第一发射光源6 的探测光斑中，使所述第一发射光源6和所述第二发射光源7的探测光斑在探测平面内等角度间隔分布，即增加了激光雷达的重复频率，优化了角度分辨率。
当然，上述实施例仅以双光源为例进行描述，并不用以限制本发明。在本发明实施例提供的双光源装置基础上，如果想增加更多的重复频率，可以进一步增加更多的发射光源，与所述第一发射光源6并列设置，对应在所述第一发射光源6的探测光斑中等角度间隔增加更多的探测光斑，接收探测器的数量也相应增加。具体的装置结构以及点云数据可参考上述实施例，在此不做赘述。
实施例3
在上述实施例2中，所述第一发射光源6和第二发射光源7的探测波长相同，相同波长的发射光源互相之间会存在光信号串扰，因此，发射光源之间不能同时发光，必须按照时序设置间隔发光，即轮流发射探测光信号，使得激光雷达的探测时间过长。
为进一步优化上述问题，本发明实施例提出了更加优化的技术方案，将发射光源设置成不同波长。不失为一般性，此处仍以双光源为例进行详细说明，其它数量的光源级联以此类推。
如图1所示，本发明实施例提供的激光雷达装置包括顺次连接设置的激光雷达光学模块1、激光雷达控制模块2、点云数据寄存器3和点云数据处理器4。
如图4所示，所述激光雷达光学模块1包括第一发射光源6、第二发射光源7、发射透镜***8、接收透镜***12、非均匀滤光片13、第一接收探测器9和第二接收探测器10。其中，所述第一发射光源6和第二发射光源7的探测波长不同，分别为λ1和λ2。
进一步结合图4，所述第一发射光源6和第二发射光源7并列放置在所述发射透镜***8的前焦面上，发射的两个波长不同的探测光信号分别经过所述发射透镜***8准直后，成一定探测角度往远处传输；两个波长不同的探测光信号经目标反射回来之后由所述接收透镜***12接收，再经所述非均匀滤光片13之后，分别被所述第一接收探测器9和所述第二接收探测器10接收。需要注意的是，由于两个光源的探测波长不同，这里的滤光片需调整为非均匀滤光片13，所述非均匀滤光片13被划分成两个区域，分别用于通过波长为λ1和λ2的光信号，即不同区域对应的透过波长不一致。在可选的实施例中，也可直接设置两个不同的均匀滤光片，分别设置在所述第一接收探测器9和所述第二接收探测器10之前，并分别用于通过波长为λ1和λ2的光信号。
基于上述不同波长的设置，所有发射光源可以同时发光，在优化激光雷达角度分辨率的同时，不会增加激光雷达的单次扫描时间，提升了探测效率。此时二者的点云数据合并如图5所示，λ2代表的探测光斑等角度间隔***到λ1代表的探测光斑内。
当然，上述实施例仅以双光源为例进行描述，并不用以限制本发明。在本发明实施例提供的双光源装置基础上，如果想增加更多的重复频率，可以进一步增加更多不同波长的发射光源，与所述第一发射光源6并列设置，对应在λ1代表的的探测光斑中等角度间隔增加更多不同波长探测光斑，接收探测器的数量也相应增加。具体的装置结构以及点云数据可参考上述实施例，在此不做赘述。
进一步地，上述实施例中设置两个不同波长的光源，则非均匀滤光片 13划分成两个通过不同波长的区域；如果是三个不同波长的光源，则非均匀滤光片13划分成三个通过不同波长的区域；其它数量以此类推，如果是 m个不同波长的光源，则非均匀滤光片13划分成m个通过不同波长的区域。除此以外，还可将非均匀滤光片13替换为m个不同的均匀滤光片，分别设置在各接收探测器之前，并分别用于通过不同波长的光信号。
实施例4
在上述实施例2和实施例3中，增加发射光源和接收探测器的数量会增加激光雷达光学***的复杂度，进而会增加激光雷达的成本。有的应用场景对成本要求比较高，但对激光雷达的响应时间要求比较低，在这种应用场景下，为降低成本，则可以通过不改动激光雷达的硬件设置，仅改变激光雷达的控制算法来进行角度分辨率的优化。
为此，本发明实施例提出了更加优化的技术方案，在这种优化方案中，激光雷达装置仍包括顺次连接设置的激光雷达光学模块1、激光雷达控制模块2、点云数据寄存器3和点云数据处理器4，所述激光雷达光学模块1包括一个发射光源和一个接收探测器。不同之处在于，在单个光源下进行多次扫描，且相邻两次扫描彼此错开预设角度。
不失为一般性，此处以二维激光扫描仪的扫描点云数据来阐述本发明的点云数据拼接原理。如图6所示，第一次扫描的点云数据如黑色点所示，分别记为(θk，lk)，则下一个的点云数据为(θk+1，lk+1)，其中，θk+1＝θk+Δθ，Δθ为第一次扫描时激光雷达的角度分辨率，即激光雷达每增加一个角度分辨率对应的角度，则增加一个点云数据。
当激光雷达完成第一次扫描之后，将第一次扫描的点云数据缓存在所述点云数据寄存器3中，同时，激光雷达进行第二次扫描。在进行第二次扫描时，起始角度不能采用和第一次扫描一样的角度，需要再增加Δθ/2，点云数据记为(θk+Δθ/2，lk)，下一个点云数据记为(θk+1+Δθ/2，lk+1)，即第二次扫描的每个点云数据分别和第一次扫描的每个点云数据错位Δθ/2 的角度。然后，所述激光雷达控制模块2将第二次扫描的点云数据传输给所述点云数据寄存器3，再由所述点云数据处理器4将两次扫描的点云数据进行拼接，形成角度分辨率为Δθ/2的点云数据，即把角度分辨率提升了一倍。如果需要更为精细的角度分辨率，可以考虑将三次扫描的点云数据进行拼接，形成角度分辨率为Δθ/3的点云数据，依次类推；当将n次扫描的点云数据进行拼接后，形成角度分辨率为Δθ/n的点云数据。但需要引起注意的是，拼接的点云扫描次数越多，激光雷达的测试效率也越低，不适合应用在目标快速移动的场景，应根据实际应用场景进行合适的扫描点云数据拼接。
当然，上述实施例仅以二维激光扫描仪为例进行描述，并不用以限制本发明，在此基础上还可将二维激光扫描仪替换为三维激光扫描仪，具体拼接原理可参考上述实施例，在此不做赘述。
实施例5
在上述实施例1-实施例4的基础上，本发明实施例还提供了一种提高激光雷达角度分辨率的方法，可通过实施例1-实施例4中的激光雷达装置来完成。如图7所示，所述方法主要包括以下步骤：
步骤10，利用多个光源进行单次扫描探测或者利用单个光源进行多次扫描探测，得到多个光源或多次扫描时分别对应的探测角度和探测距离。
该步骤主要通过所述激光雷达光学模块1来实现，所述激光发射***发出探测光信号，由所述激光扫描***进行探测光信号的扫描(扫描角度为θ)后，发送至目标，目标反射回的探测光信号被所述激光接收***接收，得到目标的探测距离l。
当利用多个光源进行单次扫描探测时，所述多个光源的探测光斑在探测平面内间隔分布。所述多个光源的探测波长可以相同，此时所述多个光源轮流发出探测光信号，具体可采用类似图2的装置来完成；所述多个光源的探测波长也可不同，此时所述多个光源同时发出探测光信号，具体可采用类似图4的装置来完成。
当利用单个光源进行多次扫描探测时，相邻两次扫描彼此错开预设角度，预设角度优选为Δθ/n；其中，n为扫描总次数，Δθ为第一次扫描时激光雷达的角度分辨率。
步骤20，基于多个光源或多次扫描时的探测角度和探测距离形成点云数据，并将多个光源或多次扫描的点云数据进行拼接，变换成单次扫描的点云数据。
具体地，所述激光雷达控制模块2基于所述激光雷达光学模块1得到的多个光源或多次扫描时的探测角度θ和探测距离l形成点云数据(θ，l)，并缓存在所述点云数据寄存器3中，最终由所述点云数据处理器4将多个光源或多次扫描的点云数据进行拼接，变换成单次扫描的点云数据，并传输给外部***5。
当利用多个光源进行单次扫描探测时，具体拼接原理和过程可参考实施例2和实施例3，在此不做赘述。当利用单个光源进行多次扫描探测时， n次扫描的点云数据进行拼接后会变换成角度分辨率为Δθ/n的点云数据，具体拼接原理和过程可参考实施例4，在此不做赘述。
本发明实施例提供的上述方法中，一方面可通过增加光源数目来提高激光雷达的重复频率，进而解决单个光源的重复频率过低的问题；另一方面可在单探测光源下进行多次扫描，相邻扫描之间彼此错开一个角度间隔；最终通过将多个光源或多次扫描的点云数据进行拼接，变换成单次扫描的点云数据，得到更为精细的空间目标扫描角度分辨率，在不提高探测光源重复频率的前提下，优化了激光雷达的角度分辨率，可有效提升激光雷达的空间目标识别能力。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高激光雷达角度分辨率的装置，其特征在于，包括顺次连接设置的激光雷达光学模块(1)、激光雷达控制模块(2)、点云数据寄存器(3)和点云数据处理器(4)；
所述激光雷达光学模块(1)包括激光发射***、激光扫描***和激光接收***，分别用于实现探测光信号的发射、扫描和接收；其中，所述激光发射***包括并列设置的多个光源，此时所述激光扫描***进行单次扫描，所述多个光源的探测光斑在探测平面内间隔分布；或者，所述激光发射***包括一个光源，此时所述激光扫描***在该光源下进行多次扫描，且相邻两次扫描彼此错开预设角度；
所述激光雷达控制模块(2)用于控制激光雷达的工作状态和参数设置，并基于多个光源或多次扫描时的探测角度和探测距离形成点云数据；所述点云数据寄存器(3)用于缓存多个光源或多次扫描的点云数据；所述点云数据处理器(4)用于将多个光源或多次扫描的点云数据进行拼接，变换成单次扫描的点云数据。
2.根据权利要求1所述的提高激光雷达角度分辨率的装置，其特征在于，当设置多个光源时，所述多个光源的探测波长相同，且所述多个光源轮流发出探测光信号；或者，所述多个光源的探测波长不同，且所述多个光源同时发出探测光信号。
3.根据权利要求1所述的提高激光雷达角度分辨率的装置，其特征在于，当设置两个光源时，所述激光雷达光学模块(1)包括第一发射光源(6)、第二发射光源(7)、发射透镜***(8)、接收透镜***(12)、滤光片、第一接收探测器(9)和第二接收探测器(10)；
其中，所述第一发射光源(6)和第二发射光源(7)并列放置在所述发射透镜***(8)的前焦面上，发射的两个探测光信号分别经过所述发射透镜***(8)准直后成一定探测角度往远处传输，两个探测光信号经目标反射回来之后由所述接收透镜***(12)接收，再经所述滤光片之后分别被所述第一接收探测器(9)和所述第二接收探测器(10)接收。
4.根据权利要求3所述的提高激光雷达角度分辨率的装置，其特征在于，所述第一发射光源(6)和第二发射光源(7)的探测波长相同，均为λ1；
所述滤光片为均匀滤光片(11)，所述均匀滤光片(11)用于通过波长为λ1的光信号，过滤掉其余波长的光信号。
5.根据权利要求3所述的提高激光雷达角度分辨率的装置，其特征在于，所述第一发射光源(6)和第二发射光源(7)的探测波长不同，分别为λ1和λ2；
所述滤光片为非均匀滤光片(13)，所述非均匀滤光片(13)被划分成两个区域，分别用于通过波长为λ1和λ2的光信号。
6.根据权利要求3所述的提高激光雷达角度分辨率的装置，其特征在于，所述第一发射光源(6)和第二发射光源(7)的探测波长不同，分别为λ1和λ2；
所述滤光片设置两个，分别设置在所述第一接收探测器(9)和所述第二接收探测器(10)之前，并分别用于通过波长为λ1和λ2的光信号。
7.根据权利要求1所述的提高激光雷达角度分辨率的装置，其特征在于，当设置一个光源并进行多次扫描时，相邻两次扫描之间错开的预设角度为Δθ/n；其中，n为扫描总次数，Δθ为第一次扫描时激光雷达的角度分辨率。
8.一种提高激光雷达角度分辨率的方法，其特征在于，包括：
利用多个光源进行单次扫描探测或者利用单个光源进行多次扫描探测，得到多个光源或多次扫描时分别对应的探测角度和探测距离；
基于多个光源或多次扫描时的探测角度和探测距离形成点云数据，并将多个光源或多次扫描的点云数据进行拼接，变换成单次扫描的点云数据；
其中，利用多个光源进行单次扫描探测时，所述多个光源的探测光斑在探测平面内间隔分布；利用单个光源进行多次扫描探测时，相邻两次扫描彼此错开预设角度。
9.根据权利要求8所述的提高激光雷达角度分辨率的方法，其特征在于，利用多个光源进行单次扫描探测时，所述多个光源的探测波长相同，且所述多个光源轮流发出探测光信号；或者，所述多个光源的探测波长不同，且所述多个光源同时发出探测光信号。
10.根据权利要求8所述的提高激光雷达角度分辨率的方法，其特征在于，利用单个光源进行多次扫描探测时，相邻两次扫描之间错开的预设角度为Δθ/n，则当将n次扫描的点云数据进行拼接后，变换成角度分辨率为Δθ/n的点云数据；其中，n为扫描总次数，Δθ为第一次扫描时激光雷达的角度分辨率。
CN202011186619.8A 2020-10-30 2020-10-30 一种提高激光雷达角度分辨率的装置与方法 Pending CN112346068A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011186619.8A CN112346068A (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种提高激光雷达角度分辨率的装置与方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011186619.8A CN112346068A (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种提高激光雷达角度分辨率的装置与方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112346068A true CN112346068A (zh) 2021-02-09

Family

ID=74356602

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011186619.8A Pending CN112346068A (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种提高激光雷达角度分辨率的装置与方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112346068A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113109789A (zh) * 2021-04-09 2021-07-13 深圳煜炜光学科技有限公司 一种多线扫描激光雷达装置及控制方法
WO2023240619A1 (zh) * 2022-06-14 2023-12-21 探维科技(北京)有限公司 测量距离的方法及激光雷达
WO2024045521A1 (zh) * 2022-08-30 2024-03-07 上海禾赛科技有限公司 激光雷达及其扫描控制方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105319536A (zh) * 2015-11-03 2016-02-10 安科智慧城市技术（中国）有限公司 一种雷达三维扫描控制方法及***
CN107356929A (zh) * 2016-08-29 2017-11-17 北醒（北京）光子科技有限公司 一种快速扫描探测方法
KR20180061929A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 주식회사 모디엠 듀얼 라이다를 구비한 철도시설물의 모바일 3d 맵핑시스템 및 이를 이용한 철도시설물의 3d 맵핑방법
WO2020007274A1 (zh) * 2018-07-06 2020-01-09 江苏慧光电子科技有限公司 光束扫描的控制方法、装置、***及相应的介质
CN111289955A (zh) * 2020-05-06 2020-06-16 北京大汉正源科技有限公司 一种基于mems振镜的三维扫描激光雷达

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105319536A (zh) * 2015-11-03 2016-02-10 安科智慧城市技术（中国）有限公司 一种雷达三维扫描控制方法及***
CN107356929A (zh) * 2016-08-29 2017-11-17 北醒（北京）光子科技有限公司 一种快速扫描探测方法
KR20180061929A (ko) * 2016-11-30 2018-06-08 주식회사 모디엠 듀얼 라이다를 구비한 철도시설물의 모바일 3d 맵핑시스템 및 이를 이용한 철도시설물의 3d 맵핑방법
WO2020007274A1 (zh) * 2018-07-06 2020-01-09 江苏慧光电子科技有限公司 光束扫描的控制方法、装置、***及相应的介质
CN111289955A (zh) * 2020-05-06 2020-06-16 北京大汉正源科技有限公司 一种基于mems振镜的三维扫描激光雷达

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JENS BUSCK ET AL.: "Gated viewing and high-accuracy three-dimensional laser radar", 《APPLIED OPTICS》 *
刘博等: "激光雷达探测及三维成像研究进展", 《光电工程》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113109789A (zh) * 2021-04-09 2021-07-13 深圳煜炜光学科技有限公司 一种多线扫描激光雷达装置及控制方法
WO2023240619A1 (zh) * 2022-06-14 2023-12-21 探维科技(北京)有限公司 测量距离的方法及激光雷达
WO2024045521A1 (zh) * 2022-08-30 2024-03-07 上海禾赛科技有限公司 激光雷达及其扫描控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112346068A (zh) 一种提高激光雷达角度分辨率的装置与方法
CN214151038U (zh) 激光雷达
CN108646232A (zh) 一种激光雷达的校正***和激光雷达测距装置
EP3430428A1 (en) Integrated illumination and detection for lidar based 3-d imaging
CN106597468B (zh) 一种双模激光成像***及成像方法
CN108226948A (zh) 一种三维固态面阵激光雷达及其测距方法
CN104155639A (zh) 收发一体激光雷达装置
WO2022117011A1 (zh) 激光雷达的控制方法和装置、存储介质、电子装置
WO2020221185A1 (zh) 基于异步ToF离散点云的3D成像装置及电子设备
CN110780282B (zh) 一种具有同步并行扫描功能的多线激光雷达和控制方法
CN108873554B (zh) 一种基于液晶光学相控阵的多用户捕获跟踪方法
WO2020221188A1 (zh) 基于同步ToF离散点云的3D成像装置及电子设备
CN110838874B (zh) 一种支持高速多波束跟踪的移动光通信装置
CN113933811B (zh) 激光雷达的探测方法、激光雷达以及计算机存储介质
CN115267822A (zh) 高均匀度扫描式单光子激光三维雷达成像***及成像方法
US20130341486A1 (en) Apparatus for obtaining 3d information using photodetector array
CN114488173A (zh) 一种基于飞行时间的距离探测方法和***
CN110333500B (zh) 一种多波束激光雷达
CN209640493U (zh) 一种激光雷达***
CN210123470U (zh) 一种激光扫描雷达
CN111505654A (zh) 物***置探测方法和激光雷达
CN110346779B (zh) 一种用于多波束激光雷达的时间通道复用的测量方法
CN112835065B (zh) 一种智能级联量子成像探测***
CN114236561A (zh) 探测信号发射***、激光雷达***及探测方法
CN115047428A (zh) 激光雷达

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination