CN103983982A - 车用红外/可见光双摄像头激光雷达 - Google Patents

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王玉雷
王力
秦兰琦
刘振奇
曾诚宇
张旺
陈清梁
王丽
王超
陈云昌
陈运达
廉成
崔树民
范志刚
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles

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Abstract

一种车用红外/可见光双摄像头激光雷达，属于光学成像测距技术领域。所述雷达由线状光束激光器、可见光相机、红外相机和摆镜组成；其中，线状光束激光器、可见光相机、红外相机和摆镜的中心位于同一基线上，可见光相机和红外相机的光轴平行且与基线垂直，摆镜中心位于可见光相机和红外相机连线的中点，线状光束激光器的出射光沿基线出射照在摆镜的中心，摆镜的周期转动产生周期扫描，被测物体反射光在可见光相机和红外相机上成像。本发明通过红外/可见光双摄像头成像，既能提供准确的测距信息，用于测距报警；又能提供视场内的红外和可见光图像，用于生物报警。

Description

车用红外/可见光双摄像头激光雷达
技术领域
本发明属于光学成像测距技术领域，涉及一种基于激光三角测距原理的双摄像头激光成像测距系统，可以用作汽车的倒车雷达。
背景技术
倒车雷达全称叫“倒车防撞雷达”，也叫“泊车辅助装置”，是汽车泊车或者倒车时的安全辅助装置。
传统的倒车雷达由超声波传感器(俗称探头)、控制器和显示器(或蜂鸣器)等部分组成。以声音或者更为直观的显示告知驾驶员周围障碍物的情况，解除了驾驶员泊车、倒车和起动车辆时前后左右探视所引起的困扰，并帮助驾驶员扫除了视野死角和视线模糊的缺陷。
传统的以超声波测距原理为基础的倒车雷达，由于声波的固有属性，存在着不少的缺陷：一、超声波传感器必须装在隔震的平台上，避免平台的共振，这就大大限制了超声波倒车雷达的使用范围；二、超声波是一种机械波，波长较长，根据奈奎斯特定律，超声测距的精度较低：三、传统的倒车雷达一般会配备一可见光摄像机来辅助驾驶员来观察车后的景象，但摄像机的能力没有充分发挥，造成浪费；四、超声波测距传感器在距障碍物较近范围内的测距精度很差，而且测距范围窄，不能覆盖整个汽车所对应的后视范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于激光三角测距原理的成像测距系统，其可用于汽车后视辅助雷达，通过红外/可见光双摄像头成像，既能提供准确的测距信息，用于测距报警；又能提供视场内的红外和可见光图像，用于生物报警。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种车用红外/可见光双摄像头激光雷达，由线状光束激光器、可见光相机、红外相机和摆镜组成。其中，线状光束激光器、可见光相机、红外相机和摆镜的中心位于同一直线(基线)上，可见光相机和红外相机的光轴平行且与基线垂直，摆镜中心位于可见光相机和红外相机连线的中点。线状光束激光器的出射光沿基线出射照在摆镜的中心，摆镜的周期转动可产生周期扫描，被测物体反射光在可见光相机和红外相机上成像。
本发明具有以下优点：
(1)采用线状激光器进行激光测距，提高了测距精度，摆镜的使用，完成目标区域的扫描，增大了测距范围；
(2)采用808nm的近红外激光，避开“大气窗口”可减小环境红外辐射都相机的干扰，同时激光不在可见光范围内，不会对人产生干扰；
(3)双相机测距提高了测距精度，减小因相机故障测距出问题的几率，额外开发了可见光相机成像外的测距功能；
(4)近红外相机的工作波段(800-1050nm)包含人体辐射的波段，可生成红外图像，进行“生物报警”；
(5)双相机和激光器的使用测距精度高，线状激光光束和扫描摆镜(可摆动不同角度)的使用增大了测距范围；
(6)近红外相机的使用可生成红外图像，进行“生物报警”；
(7)可见光相机既可以提供后视景象，还可以用作行车记录仪，更增加了与激光器合作完成测距的功能。
附图说明
图1为激光三角测距原理图；
图2为车用红外/可见光双摄像头激光雷达示意图；
图3为空间结构图；
图4为激光器与摆镜的具体位置关系图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
本发明提供了一种基于激光三角测距原理的成像测距系统，下面对其原理进行介绍并给出测距公式。
图1是激光三角测距的原理图。激光三角测距，由激光器和相机构成。图中，L是激光器(Laser)，I是相机(Image)，O是被测目标(Object)。要求Laser和Image要在同一平面内，即Laser的出射光线与Image的光轴以及反射光线的主光轴在同一平面内。测距时，Laser的出射光线被Object反射，反射光透过Image的透镜组在感光元件Q点上成像。由几何关系可得，△LOI与△PIQ相似，则有：
d＝fs/(x+f*tanβ)。
其中，x为成像点Q到感光元件中心P的距离，f为Image的焦距，s为Laser与Image之间的距离，d为Laser到Object的距离，β为激光光束与基平面的夹角。可见，只要得到x的值就可以求出d。
如图2和图4所示，本发明的基于激光三角测距原理的成像测距系统由线状光束激光器(所发出的激光光束是一条直线)、摆镜和两个相机(可见光相机和红外相机)组成。为了视觉上的简单，我们把像平面相对相机的主点做对称变换，即将像平面由主点之后放在物平面与主点之间。L是线状光束激光器，C1是可见光相机，C2是红外相机，线状光束激光器L、可见光相机C1、红外相机C2和摆镜B的中心位于同一直线(基线)上，可见光相机C1和红外相机C2的光轴平行且与基线垂直，摆镜B中心位于可见光相机C1和红外相机C2连线的中点。P1是光束与物平面水平中线的交点，P2是激光光束上一点。在像平面上，P1’和P2’分别是P1和P2的像点，显然P1’在像平面的水平中线上且P2’与P1’在同一光束线的像上。
为了方便计算，绘制了空间结构图(图3)，在图3中可以清楚地看出空间各点之间的几何关系。
工作流程如下：线状光束激光器L发出808nm的近红外线状光束，照射在被测物体上，反射光分别进入可见光相机C1(带有360-850nm滤光片)和红外相机C2(带有800-1050nm滤光片)并在相机上成像，根据像面上激光光束的像和相机的像元尺寸、焦距可求出激光光束照射目标与激光器的距离。激光器光束可由摆镜B控制对目标区域进行周期扫描，从而获得目标区域的距离信息。

Claims (4)

1.一种车用红外/可见光双摄像头激光雷达，其特征在于所述雷达由线状光束激光器、可见光相机、红外相机和摆镜组成；其中，线状光束激光器、可见光相机、红外相机和摆镜的中心位于同一基线上，可见光相机和红外相机的光轴平行且与基线垂直，摆镜中心位于可见光相机和红外相机连线的中点，线状光束激光器的出射光沿基线出射照在摆镜的中心，摆镜的周期转动产生周期扫描，被测物体反射光在可见光相机和红外相机上成像。
2.根据权利要求1所述的车用红外/可见光双摄像头激光雷达，其特征在于所述可见光相机带有360-850nm滤光片。
3.根据权利要求1所述的车用红外/可见光双摄像头激光雷达，其特征在于所述红外相机带有800-1050nm滤光片。
4.根据权利要求1所述的车用红外/可见光双摄像头激光雷达，其特征在于所述线状光束激光器发出808nm的近红外线状光束。
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