CN106569221A - 一种固态激光雷达及其测距方法 - Google Patents

Abstract

一种固态激光雷达及其测距方法，它涉及360度距离测量装置。它包含激光发生器和广角摄像头，激光发生器和广角摄像头分别安装在夹角固定架上，且激光发生器的发射口安装有分光镜，广角摄像头的镜头表面安装有滤光镜，广角摄像头连接图像采集系统。所述的分光镜为直线或者环形分光镜。采用环形红外激光标线，实现同一时刻进行360度全方位标定，采用至少1个的广角红外激光摄像头对环形激光标线进行检测，利用三角测量原理，摄像头横向像素的用于测量细分角度的激光点，纵向像素用于测量该细分角度的距离。解决了机械旋转所带来的稳定性差、耐久性差、需要特殊连接器件的问题，还能从根本上提高扫描效率。

Description

一种固态激光雷达及其测距方法

技术领域

本发明涉及360度距离测量装置，具体涉及一种应用于移动机器人、自动驾驶汽车等领域的固态激光雷达及其测距方法。

背景技术

传统激光雷达均采用激光测距系统和机械旋转云台组成，通过旋转云台带动激光测距系统旋转，实现激光测距系统的旋转扫描测距。这种测距方式在旋转工作过程中存在机械稳定性较低、耐久性较差、线路连接成本高、测量效率较低等问题。

机械稳定性较低。指的是因为传统的云台式激光雷达的旋转动作，该旋转动作容易受到外加干扰，影响到其正常的旋转速度。如安装载体在工作时受到的震动、冲击，使得云台在高速旋转时受到侧向力的作用而导致机械碰撞或磨损的问题。

机械耐久性较低。指的是因为传统的云台式激光雷达的旋转动作，由安装在云台上的电机带动，该电机一般采用有刷直流电机或无刷直流电机。有刷直流电机因存在换相电刷，在旋转过程中会产生电火花而导致磨损，长期旋转会直接导致有刷直流电机性能降低甚至不能工作。无刷直流电机不存在有刷电机的换相磨损问题，但无刷直流电机需采用比有刷直流电机更高的驱动成本。

线路连接成本高。指的是因为传统的云台式激光雷达的旋转动作，旋转云台和云台支架需要相互传递电源及数字信号，但由于云台是单向连续旋转，采用连接线缆的方式并不适合，因此需要采用特殊的导电滑环把电源和信号进行传递，这样会增加较高的成本。

测量效率较低。指的是因为采用单点测距，机械扫描的形式执行，如果需要连续均匀地测出每个角度的距离值，需要旋转频率和测量频率有一个较高要求的频率配合关系，否则将会获得部分角度的距离重复过度地测量，而另一部分的角度的距离却很少测量。而云台旋转的速度是很容易受到外界环境影响，因此导致测量效率较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种解决了机械旋转所带来的稳定性差、耐久性差、需要特殊连接器件的问题，还能从根本上提高扫描效率的固态激光雷达及其测距方法。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：一种固态激光雷达，它包含激光发生器和广角摄像头，激光发生器和广角摄像头分别安装在夹角固定架上，且激光发生器的发射口安装有分光镜，广角摄像头的镜头表面安装有滤光镜，广角摄像头连接图像采集系统。

作为本发明的进一步改进；所述的分光镜为直线或者环形分光镜。

一种固态激光雷达的测距方法，利用三角测距原理进行测量，当扫描线平面照射到环境上并进行反射，通过滤光镜进入到广角摄像头中，并投射到感光面上，使得在感光面上形成一条感光线图像，由于安装结构特点，该感光线将与感光面的横轴平行；感光面的横轴像素用于标定扫描角度，感光面的纵轴像素用于计算各标定扫描角度的测量距离,当扫描点上被激光照射的物体的距离发生变化时，感光面对应扫描角度的点将会在纵轴上上下运动，且该运动的像素变化距离与实际物体的变化距离成正比，因此利用像素变化距离通过标定系数，即可计算出实际的距离变化；通过计算横轴标定的扫描点角度上的点在纵轴上的像素距离，即可计算出每个角度的实际距离；需要360度测距时，只需再增加2个广角摄像头，且每个广角摄像头互成摄像头的图像角度均匀安装，即可对360度的环境进行距离测量。

本发明的原理为：采用环形红外激光标线，实现同一时刻进行360度全方位标定，采用至少1个的广角红外激光摄像头对环形激光标线进行检测，利用三角测量原理，摄像头横向像素的用于测量细分角度的激光点，纵向像素用于测量该细分角度的距离。

采用上述技术方案后，本发明具有以下有益效果：

由于取消了机械式扫描方式，改用电子扫描方式，不但解决了机械旋转所带来的稳定性差、耐久性差、需要特殊连接器件的问题，还能从根本上提高扫描效率，由于投射到环境上的直线激光或环形通过反射回摄像头，这个过程是每个点都是几乎同步地投射摄像头的感光片上，因此扫描频率完全取决于对光线图像处理速度，并能按序均匀扫描，实现比传统激光雷达更高的扫描效率、更高的扫描频率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有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为本发明所提供的实施例的结构示意图；

图2为本发明所提供的实施例的原理图；

附图标记：

1—分光镜；2—激光发生器；3—夹角固定架；4—滤光镜；5—广角摄像头；6—图像采集系统。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，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方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本具体实施方式采用以下技术方案：一种固态激光雷达，它包含分光镜1、激光发生器2、夹角固定架3、滤光镜4、广角摄像头5、图像采集系统6，激光发生器2和广角摄像头5分别安装在夹角固定架3上，且激光发生器2的发射口安装有分光镜1，广角摄像头3的镜头表面安装有滤光镜4，广角摄像头5连接图像采集系统6。

请参阅图2，一种固态激光雷达的测距方法为：对本装置通电后，激光发生器2将发出激光，激光通过安装在激光发射口的分光镜1进行分光，分出一条直线或环形激光线，并投射到周围环境，直线或环形激光线与激光发射器2的轴线形成一个平面，称为扫描线平面。

广角摄像头5的镜头安装有滤光镜4，滤光镜4用于允许特定波长的光通过，而阻隔掉大部分的其他波长的光，使得投射到摄像头感光面的光基本只有指定波长的激光。

广角摄像头5和激光发射器2分别安装在夹角固定架3上，使得广角摄像头2的轴线与激光发射器3的轴线互成一定的夹角a，该夹角所在的平面称为安装角平面，安装角平面与扫描线平面相互垂直。

广角摄像头5的像素感光面中，纵轴与摄像头的轴线所形成的平面称为测距平面，该平面与安装角平面共面；横轴与摄像头的轴线所形成的平面称为扫描平面，该平面与安装角平面垂直，并与扫描线平面互成夹角a。

利用广角摄像头5的较广的图像角度，对投射到环境的特定波长的直线或环形激光进行检测，以感光面的横轴作为角度标定，以感光面的纵轴作为距离标定，实现无需利用机械式旋转的测距扫描。该扫描由广角摄像头5的可拍摄角度决定，但需要360度测距时，只需再增加2个广角摄像头5，且每个广角摄像头5互成摄像头的图像角度均匀安装，即可对360度的环境进行距离测量。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种固态激光雷达，其特征在于：它包含激光发生器和广角摄像头，激光发生器和广角摄像头分别安装在夹角固定架上，且激光发生器的发射口安装有分光镜，广角摄像头的镜头表面安装有滤光镜，广角摄像头连接图像采集系统。

2.根据权利要求1所述的一种固态激光雷达，其特征在于：所述的分光镜为直线或者环形分光镜。

3.一种固态激光雷达的测距方法，其特征在于：利用三角测距原理进行测量，当扫描线平面照射到环境上并进行反射，通过滤光镜进入到广角摄像头中，并投射到感光面上，使得在感光面上形成一条感光线图像，由于安装结构特点，该感光线将与感光面的横轴平行；感光面的横轴像素用于标定扫描角度，感光面的纵轴像素用于计算各标定扫描角度的测量距离,当扫描点上被激光照射的物体的距离发生变化时，感光面对应扫描角度的点将会在纵轴上上下运动，且该运动的像素变化距离与实际物体的变化距离成正比，因此利用像素变化距离通过标定系数，即可计算出实际的距离变化；通过计算横轴标定的扫描点角度上的点在纵轴上的像素距离，即可计算出每个角度的实际距离；需要360度测距时，只需再增加2个广角摄像头，且每个广角摄像头互成摄像头的图像角度均匀安装，即可对360度的环境进行距离测量。