CN113109828A - 激光雷达调测装置及*** - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光雷达调测装置及***，其中该激光雷达调测装置通过使用合适的变焦相机和激光雷达原有的接收镜头组形成一个新的光学相机，对接收激光在激光接收模块的位置和运动情况进行监测，可以使近距离的情况更清晰，调测更方便。控制模块同步提取激光接收模块光电转换后的电信号，通过判断回波幅值的信号及变化情况，可以对近距离的原始信号进行量化记录，进一步增加近距离的信号的判断维度，使近距离性能更优。然后控制模块利用得到的包括多维度近距离情况的距离信息，控制变焦相机匹配被测物***置，保证获得推向的清晰度，且控制变焦相机采集过程与激光雷达的协作、同步，所以该激光雷达调测装置，使近距离的观测更智能化。

Description

激光雷达调测装置及***

技术领域

本申请涉及激光雷达调试和测距技术领域，特别是涉及一种激光雷达调测装置及***。

背景技术

随着激光雷达测距技术的发展，在建筑领域也越来越多借助激光仪器来进行测距工作，以便实现现场作业机器的自动避障和自动作业，提高建筑、测绘等领域的自动化作业程度。

目前的一些激光雷达测距装置，其测距精度仍不能满足作业要求。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提供多维度测距数据的激光雷达调测装置及***，通过增加近距离信号的判断维度，以便对激光雷达同步进行调试，使得调试后的激光雷达的测距精度更高。

一方面，本申请实施例提供了一种激光雷达调测装置，应用于激光雷达，激光雷达包括：

激光发射模块，激光发射模块用于提供发射激光；

发射镜头组，发射镜头组用于投射发射激光至目标范围内的被测物体；

接收镜头组，接收镜头组用于接收被测物体的反射激光；

激光接收模块，激光接收模块用于对接收镜头组投射的反射激光进行光电转换输出电信号；

激光雷达调测装置包括：

变焦相机，变焦相机与接收镜头组相应设置，用于透过接收镜头组获取激光接收模块上的光斑图像；

控制模块，控制模块分别与激光发射模块、激光接收模块和变焦相机连接，控制模块用于根据激光接收模块输出的电信号和变焦相机输出的光斑图像调测激光雷达和变焦相机协同工作。

本申请实施例提供的激光雷达调测装置，通过使用合适的变焦相机和激光雷达原有的接收镜头组形成一个新的光学相机，对接收的反射激光在激光接收模块的位置和运动情况进行监测，可以使近距离的情况更清晰，调测更方便。控制模块同步提取激光接收模块光电转换后的电信号，通过判断回波幅值的信号及变化情况，可以对近距离的原始信号进行量化记录，进一步增加近距离的信号的判断维度，使近距离性能更优。然后控制模块利用得到的包括多维度近距离情况的距离信息，控制变焦相机匹配被测物***置，保证获得推向的清晰度，且控制变焦相机采集过程与激光雷达的协作、同步，所以该激光雷达调测装置，使近距离的观测更智能化。

在其中一个实施例中，控制模块包括：

示波器，示波器的输入端连接激光接收模块；

控制器，控制器的第一输入端连接示波器的输出端，控制器的第二输入端连接变焦相机，控制器的第一输出端连接激光发射模块的控制端，控制器的第二输出端连接激光接收模块的控制端。

在其中一个实施例中，控制器包括：

驱动模块，驱动模块的第一输出端与激光发射模块的控制端连接，驱动模块的第二输出端与激光接收模块的控制端连接；

信息处理模块，信息处理模块的第一输入端连接示波器的输出端，控制器的第二输入端连接变焦相机，信息处理模块的输出端连接驱动模块的输入端。

在其中一个实施例中，激光雷达调测装置还包括：

导轨，被测物体设置于导轨上，且被测物体可在导轨上运动；

控制模块用于根据被测物体在导轨上的位置控制激光雷达和变焦相机协同工作。

在其中一个实施例中，激光雷达调测装置还包括：

导轨电机，导轨电机用于驱动导轨上的被测物体运动，导轨电机与控制模块电连接；

控制模块用于控制变焦相机、导轨电机、激光雷达协同工作。

在其中一个实施例中，导轨上设置有刻度，刻度信息用于标识被测物体在导轨上的位置。

在其中一个实施例中，变焦相机与接收镜头组所构成的光学相机的等效焦距为2mm～6mm。

在其中一个实施例中，控制模块还用于根据协同调测后所获取的激光接收模块输出的电信号和变焦相机输出的光斑图像得到测距结果。

另一方面，本申请实施例还提供了一种激光雷达调测***，包括上述激光雷达调测装置和激光雷达；

激光雷达包括：

激光发射模块，激光发射模块用于提供发射激光；

发射镜头组，发射镜头组用于投射发射激光至目标范围内的被测物体；

接收镜头组，接收镜头组用于接收被测物体的反射激光；

激光接收模块，激光接收模块用于对接收镜头组投射的反射激光进行光电转换输出电信号。

在其中一个实施例中，激光接收模块包括：

探测器，探测器用于将接收镜头组投射的反射激光进行光电转换后生成电信号输出至控制模块。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为一个实施例中激光雷达测试装置及***的结构示意图；

图2a为一个实施例中导轨和被测物体的相对设置关系；

图2b为图2a位置关系下，示波器信号的波形示意图；

图2c为图2a位置关系下，光斑在激光接收模块上的相对位置示意图；

图3a为另一实施例中导轨和被测物体的相对位置关系的示意图；

图3b为图3a位置关系下，示波器信号的波形示意图；

图3c为图3a位置关系下，光斑在激光接收模块上的相对位置示意图。

附图标记说明：

100、激光发射模块；200、发射镜头组；300、被测物体；400、接收镜头组；500、激光接收模块；600、变焦相机；700、控制模块；710、示波器；720控制器；721、驱动模块；722、信息处理模块；800、导轨；900、导轨电机。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

针对背景技术中提出的问题，本申请一方面提供了一种激光雷达调测装置，应用于激光雷达，如图1所示，激光雷达包括：

激光发射模块100，激光发射模块100用于提供发射激光；

发射镜头组200，发射镜头组200用于投射发射激光至目标范围内的被测物体300；

接收镜头组400，接收镜头组400用于接收被测物体300的反射激光；

激光接收模块500，激光接收模块500用于对接收镜头组400投射的反射激光进行光电转换输出电信号；

激光雷达调测装置包括：

变焦相机600，变焦相机600与接收镜头组400相应设置，用于透过接收镜头组400获取激光接收模块500上的光斑图像；

控制模块700，控制模块700分别与激光发射模块100、激光接收模块500和变焦相机600连接，控制模块700用于根据激光接收模块500输出的电信号和变焦相机600输出的光斑图像调测激光雷达和变焦相机600协同工作。

其中，激光雷达(Laser Radar)，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达***。通过向被测物体300发射激光束，然后将接收到的从被测物体300反射回来的回波与发射信号进行比较，作信息处理后获得被测物体300的距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对车辆周围障碍物、目标建筑等目标进行探测、跟踪和识别。

激光发射模块100是指能够发射激光的装置，用于将电脉冲变成光脉冲发射出去。发射镜头组200可以是包括一个或多个镜片的组件，用于将激光发射模块100发射的激光进行探测方向上的投射，例如，搭载该激光雷达的车辆或建筑领域的作业机器人，想要测量其运动方向上的障碍物情况，此时，发射镜头组200的投射方向即为该运动方向，用于向该运动方向上的物体投射激光。接收镜头组400是指包括一个或多个镜片的组件，被设置为能够满足激光雷达测距要求的位置。

激光接收模块500是指能够将被测物体300反射回来的光脉冲还原成电脉冲的模块，即将被测物体300反射激光进行电信号转换的模块，其可以包括探测器和其他组件，例如镜头等组件。激光接收模块500输出端的电信号可以输出至示波器710、显示器或者电脑等进行显示，以方便用于通过电信号的幅值和变化情况，进行激光雷达测距效果观察和调试。目标范围是指激光雷达所能探测到的范围，例如可以是0～3m的近距离范围。

变焦相机600是指其使用的镜头焦距可以调节改变的相机，通过改变镜头焦距可以获得不同的视觉和拍摄效果。该变焦相机600的镜头焦距变化以该变焦相机600与接收镜头匹配后能够保证清晰成像为准则。光斑图像用于表征激光接收模块500接收的光斑在所述激光接收模块500上的位置信息和运动情况。控制模块700可以通过变焦相机600中的镜片组改变其内部的两组空气间隙，从而补偿变焦镜头与接收镜片间的距离及变化量，确保时时刻刻都能清晰成像，而达到实时监测的目的，当然变焦相机600的镜头焦距变化控制过程也可以是变焦相机600内部的控制器720件作为执行主体实现的。变焦相机600通过接收镜头，获取和放大激光接收模块500有效受光面上的光斑图像。

具体的，激光发射模块100发射的激光由发射镜头组200准直、聚焦和匀化后，照射到近距离被测物体300上(其中，近距离被测物体300可以指0～3米范围内的被测物体300)，被测物体300发生散射和反射后，其反射激光被接收镜头组400收集聚焦到激光接收模块500上，绝大部分被吸收，发生光电转换过程；另一部分被散射和反射后，穿过接收镜头组400，被变焦相机600监测，控制模块700控制变焦相机600，透过接收镜头组400对激光接收模块500的受光面进行实时监测，就可以看到接收光斑在激光接收模块500上的位置信息及运动情况，同时，控制模块700还通过接收激光接收模块500输出的电信号，可以监测激光雷达在近距离运动的过程中的真实的接收信号的变化，多一个维度了解和监测近距离信息，作为调试激光雷达和变焦相机600等对象的判断依据。然后控制器720根据得到的电信号和光斑图像，进行激光雷达、变焦相机600的协作和同步控制，这里的同步是指信号采集同步，以便实现更好的近距离测距，具体同步控制过程可参见现有技术中对于激光雷达同步调试的实现方法。由于本方案中充分考虑未被激光接收模块500吸收的光信号所表征的信息的获取，所以可以更加全面地进行能够反映近距离物体情况的信号获取和处理，使得实现近距离下点云畸变的观测及激光雷达的高精度同步调试。

本申请实施例提供的激光雷达调测装置，通过使用合适的变焦相机600和激光雷达原有的接收镜头组400形成一个新的光学相机，对接收激光在激光接收模块500的位置和运动情况进行监测，可以使近距离的情况更清晰，调测更方便。控制模块700同步提取激光接收模块500光电转换后的电信号，通过判断回波幅值的信号及变化情况，可以对近距离的原始信号进行量化记录，进一步增加近距离的信号的判断维度，使近距离性能更优。然后控制模块700利用得到的包括多维度近距离情况的距离信息，控制变焦相机600匹配被测物体300位置，保证获得推向的清晰度，且控制变焦相机600采集过程与激光雷达的协作、同步，所以该激光雷达调测装置，使近距离的观测更智能化。

在其中一个实施例中，控制模块700包括：示波器710，示波器710的输入端连接激光接收模块500；控制器720，控制器720的第一输入端连接示波器710的输出端，控制器720的第二输入端连接变焦相机600，控制器720的第一输出端连接激光发射模块100的控制端，控制器720的第二输出端连接激光接收模块500的控制端。

示波器710将激光接收模块500输出的电信号进行实时显示，用户可以通过示波器710显示的幅值变化情况获知激光雷达在近距离运动过程中的真实的接收信号的变化情况，作为调试的依据。当然该调试过程可以采用自动化形式，利用控制器720的计算能力和控制能力，控制器720将示波器710输出的电信号和变焦相机600输出的光斑图像进行处理后，得到协同工作控制指令，该协同工作控制指令用于驱动激光雷达的激光发射模块100和激光接收模块500、变焦相机600进行信号收发的协调同步，以便保证雷达测距的效果，具体同步控制实现参照现有技术中的算法。

在其中一个实施例中，控制器720包括：驱动模块721和信息处理模块722，驱动模块721的第一输出端与激光发射模块100的控制端连接，驱动模块721的第二输出端与激光接收模块500的控制端连接；信息处理模块722的第一输入端连接示波器710的输出端，控制器720的第二输入端连接变焦相机600，信息处理模块722的输出端连接驱动模块721的输入端。

驱动模块721是指用于驱动改变激光发射模块100发射激光的时间、激光能量大小等参数的模块，驱动模块721还可以是指用于驱动激光接收模块500进行光调制、光电转换等过程的模块。信息处理模块722是指能够利用示波器710的输出电信号和变焦相机600输出的光斑图像生成协同工作控制指令的模块。信息处理模块722还可以根据示波器710的输出电信号和变焦相机600输出的光斑图像得到被测物体300距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数的模块。其中，信息处理模块722根据光斑图像对应的点云和激光接收模块500输出的电信号实现测距和调试的过程可参见现有技术中的一些算法，在此不做赘述。

在其中一个实施例中，激光雷达调测装置还包括：导轨800，被测物体300设置于导轨800上，且被测物体300可在导轨800上运动；控制模块700用于根据被测物体300在导轨800上的位置控制激光雷达和变焦相机600协同工作。为了更好地进行激光雷达调测，该调测装置还包括导轨800，被测物体300设置于导轨800上，通过改变被测物体300在导轨800上的位置，从而实现不同距离的多次测量，被测激光雷达可在不同距离处进行多次测距校准调试和精度检定。

在其中一个实施例中，激光雷达调测装置还包括：导轨电机900，导轨电机900用于驱动导轨800上的被测物体300运动，导轨电机900与控制模块700电连接；控制模块700用于控制变焦相机600、导轨电机900、激光雷达协同工作。为了进一步提高调测过程的自动化程度，该激光雷达调测装置还包括导轨电机900，导轨电机900设置在导轨800上，在控制模块700的驱动下，带动被测物体300运动，实现不同距离的多次测量，整个过程无需人工控制，自动化程度高，效率高，控制精度高。被测物体300位于图2a中位置时，示波器710波形如图2b所示，光斑在激光接收模块500上的位置如图2c所示。当被测物体300位于图3a所示的位置时，示波器710波形如图3b所示，光斑在激光接收模块500有效受光面上的位置如图3c所示(其中a和b为示波器的一幅值量)。导轨电机900可以直接与控制模块700中的驱动模块721连接，受驱动模块721控制改变其自身的运动状态。

在其中一个实施例中，导轨800上设置有刻度，刻度信息用于标识被测物体300在导轨800上的位置。采用设置有刻度的导轨800，可以知道每次测量位置的具体坐标，便于后续控制模块700根据示波器710的输出电信号和变焦相机600输出的光斑图像生成协同工作控制指令时与实际位置变化进行比对，在第一次调试后，在第二次调试时，可参照被测物体300的位置变化快速进行激光雷达、变焦相机600的协作同步控制。

在其中一个实施例中，变焦相机600与接收镜头组400所构成的光学相机的等效焦距为2mm～6mm。发明人发现在激光雷达测距和调试过程中，对于近距离探测方面的探测精度往往达不到预期，基于此，本申请实施例提供的激光雷达调测装置中，变焦相机600与接收镜头组400所组成的新的光学相机的等效焦距可以为2mm～6mm，用于通过接收镜头组400采集被激光接收模块500反射和散射的光信号所对应的光斑图像，该等效焦距下可以更好的监测近距离被测物体300的情况，实现激光雷达的近距离观察、调试和测试，可靠性高。

在其中一个实施例中，控制模块700还用于根据协同调测后所获取的激光接收模块500输出的电信号和变焦相机600输出的光斑图像得到测距结果。本申请实施例提供的激光雷达调测装置，控制模块700在调试激光雷达、变焦相机600之后，确保其已经完成工作同步的前提下，利用采集的电信号和/或光斑图像(即点云图像)计算得到被测物体300距离信息。由控制模块700控制激光雷达的信号驱动及导轨电机900工作状态，完成整个激光雷达的近距离观察、调试和测试过程，整个调测装置只需要在激光雷达基础上增加一个与接收镜头组400匹配的变焦相机600和控制模块700即可，结构简单，连接方便快捷，适用范围广，有利于大范围推广，可应用多种使用激光雷达的场景。利用较低成本即可实现近距离点云畸变观测及激光雷达、导轨电机900、变焦相机600调试。

另一方面，本申请实施例还提供了一种激光雷达调测***，包括上述激光雷达调测装置和激光雷达；

激光雷达包括：

激光发射模块100，激光发射模块100用于提供发射激光；

发射镜头组200，发射镜头组200用于投射发射激光至目标范围内的被测物体300；

接收镜头组400，接收镜头组400用于接收被测物体300的反射激光；

激光接收模块500，激光接收模块500用于对接收镜头组400投射的反射激光进行光电转换输出电信号。

其中，该激光雷达调测***中的各组成部分释义可参见上述激光雷达调测装置实施例中的描述，在此不做赘述。本申请实施例提供的激光雷达调测***，可以实现上述上述激光雷达调测装置的任意实施例的有益效果，其实现过程也可参见上述激光雷达调测装置中实施例的描述。

在其中一个实施例中，激光接收模块500包括：探测器，探测器用于将接收镜头组400投射的反射激光进行光电转换后生成电信号输出至控制模块700。

探测器可以与控制模块700中的示波器710直接连接，通过示波器710可以提取光电转换后的原始信号，用户可以通过示波器710显示的波形，判断回波幅值的信号及变化情况，可以对近距离的原始信号进行量化记录，增加近距离的信号的判断维度，为激光雷达调试提供更多的参考数据。本申请实施例提供的激光雷达调测***，结合变焦相机600采集的图像和探测器输出的光电信号来综合观测点云畸变和实现调试的方案，通过多维度数据来提高精准度。另外，使近距离测试性能更优。该探测器可以是单像素探测器。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达调测装置，其特征在于，应用于激光雷达，所述激光雷达包括：

激光发射模块，所述激光发射模块用于提供发射激光；

发射镜头组，所述发射镜头组用于投射所述发射激光至目标范围内的被测物体；

接收镜头组，所述接收镜头组用于接收被测物体的反射激光；

激光接收模块，所述激光接收模块用于对所述接收镜头组投射的反射激光进行光电转换输出电信号；

所述激光雷达调测装置包括：

变焦相机，所述变焦相机与所述接收镜头组相应设置，用于透过所述接收镜头组获取所述激光接收模块上的光斑图像；

控制模块，所述控制模块分别与所述激光发射模块、所述激光接收模块和所述变焦相机连接，所述控制模块用于根据所述激光接收模块输出的电信号和所述变焦相机输出的光斑图像调测所述激光雷达和所述变焦相机协同工作。

2.根据权利要求1所述的激光雷达调测装置，其特征在于，所述控制模块包括：

示波器，所述示波器的输入端连接所述激光接收模块；

控制器，所述控制器的第一输入端连接所述示波器的输出端，所述控制器的第二输入端连接所述变焦相机，所述控制器的第一输出端连接所述激光发射模块的控制端，所述控制器的第二输出端连接所述激光接收模块的控制端。

3.根据权利要求2所述的激光雷达调测装置，其特征在于，所述控制器包括：

驱动模块，所述驱动模块的第一输出端与所述激光发射模块的控制端连接，所述驱动模块的第二输出端与所述激光接收模块的控制端连接；

信息处理模块，所述信息处理模块的第一输入端连接所述示波器的输出端，所述控制器的第二输入端连接所述变焦相机，所述信息处理模块的输出端连接所述驱动模块的输入端。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的激光雷达调测装置，其特征在于，还包括：

导轨，所述被测物体设置于导轨上，且所述被测物体可在所述导轨上运动；

所述控制模块用于根据所述被测物体在导轨上的位置控制所述激光雷达和所述变焦相机协同工作。

5.根据权利要求4所述的激光雷达调测装置，其特征在于，还包括：

导轨电机，所述导轨电机用于驱动所述导轨上的被测物体运动，所述导轨电机与所述控制模块电连接；

所述控制模块用于控制所述变焦相机、所述导轨电机、所述激光雷达协同工作。

6.根据权利要求5所述的激光雷达调测装置，其特征在于，所述导轨上设置有刻度，所述刻度信息用于标识所述被测物体在所述导轨上的位置。

7.根据权利要求1、2、3、5、6中任一所述的激光雷达调测装置，其特征在于，所述变焦相机与所述接收镜头组所构成的光学相机的等效焦距为2mm～6mm。

8.根据权利要求1或2或3或5或6所述的激光雷达调测装置，其特征在于，所述控制模块还用于根据协同调测后所获取的所述激光接收模块输出的电信号和所述变焦相机输出的光斑图像得到测距结果。

9.一种激光雷达调测***，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的激光雷达调测装置和激光雷达；

所述激光雷达包括：

激光发射模块，所述激光发射模块用于提供发射激光；

发射镜头组，所述发射镜头组用于投射所述发射激光至目标范围内的被测物体；

接收镜头组，所述接收镜头组用于接收被测物体的反射激光；

激光接收模块，所述激光接收模块用于对所述接收镜头组投射的反射激光进行光电转换输出电信号。

10.根据权利要求9所述的激光雷达调测***，其特征在于，所述激光接收模块包括：

探测器，所述探测器用于将所述接收镜头组投射的反射激光进行光电转换后生成电信号输出至所述控制模块。

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