CN107179295A - 激光雷达获取物体反射率的方法、装置以及系统 - Google Patents

激光雷达获取物体反射率的方法、装置以及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种激光雷达获取物体反射率的方法、装置及系统，包括步骤获取激光雷达发出的激光束的传输路径中第一位置的光路补偿值；获取所述第一位置的目标物体的第一实测反射率；根据所述目标物体的所述第一实测反射率与所述光路补偿值计算得到所述目标物体的真实反射率。上述激光雷达获取物体反射率的方法、装置以及系统，通过标准物体在与目标物体相同位置的实测反射率与真实反射率，获取该位置的光路补偿值；使得通过获取目标物体在该位置的实测反射率与光路补偿值得到目标物体的真实反射率，如此通过对激光光束在传输过程中因光路衰减所测量的目标物体的实测反射率进行补偿，有利于提升物体反射率测量精度。

Description

激光雷达获取物体反射率的方法、装置以及系统
技术领域
本发明涉及激光传感技术领域，特别涉及一种激光雷达获取物体反射率的方法、装置以及系统。
背景技术
自然界中任何物体经受光的照射之后，都会对入射光具有吸收和反射的现象。不同类型的物体所特有的电磁波性质也不相同，因而它们的反射入射光的性质也不相同。也就是说当入射光一定的情况下，打到不同的物质其反射光的强度也不相同。通常，反射光的强度用反射率来表示，即物体的反射光能量与入射光总能量的百分比。
物体反射率是表征一个物体自身特性的物理量，可以作为识别一个物体类别的物理量。传统方式中，通常根据获取发射器打到目标物体的发射功率和接收器所接收的目标物体的接收功率计算物体的反射率。然而，在真实的测试环境中，随着距离增加，光路的衰减将极大的影响物体的反射率，从而影响测量的准确性。
发明内容
基于此，有必要针对现有反射率测量过程中因光路衰减导致测量准确度不高的问题，提供一种能提升反射率测量精度的激光雷达获取物体反射率的方法、装置以及系统。
一种激光雷达获取物体反射率的方法，其包括：
获取激光雷达发出的激光束的传输路径中第一位置的光路补偿值；
获取所述第一位置的目标物体的第一实测反射率；
根据所述目标物体的所述第一实测反射率与所述光路补偿值计算得到所述目标物体的真实反射率。
在其中一个实施例中，所述获取位于激光雷达中激光束传输路径上第一位置的光路补偿值包括：
获取所述标准物体位于所述第一位置的第一实测反射率；
根据所述标准物体的真实反射率与所述标准物体的第一实测反射率计算得到所述标准物体处于所述第一位置时的光路衰减值；
根据所述光路衰减值获得所述标准物体处于所述第一位置时的所述光路补偿值。
在其中一个实施例中，在所述根据所述目标物体的所述第一实测反射率与所述光路补偿值计算得到所述目标物体的真实反射率之后，还包括：
根据所述目标物体的所述真实反射率可视化地区别显示所述目标物体。
在其中一个实施例中，所述标准物体为标准朗伯反射板。
一种激光雷达获取物体反射率的装置，其包括：
数据获取模块，用于获取位于激光雷达发出的激光束的传输路径中第一位置的光路补偿值及位于第一位置上目标物体的第一实测反射率；
计算分析模块，用于根据所述目标物体的第一实测反射率与所述光路补偿值计算得到目标物体的真实反射率。
在其中一个实施例中，还包括存储模块，所述存储模块预先存储所述标准物体的真实反射率，所述数据获取模块还用于获取所述标准物体位于所述第一位置的第一实测反射率，所述计算分析模块还用于根据所述标准物体的真实反射率与所述标准物体的第一实测反射率计算得到所述光路补偿值。
在其中一个实施例中，还包括显示模块，所述显示模块用于根据所述目标物体的所述真实反射率可视化地区别显示所述目标物体。
在其中一个实施例中，所述显示模块通过颜色、形状、绘制边界和/或轮廓可视化地区别显示所述目标物体。
在其中一个实施例中，所述显示模块还用于可视化地显示所述目标物体的所述第一实测反射率、所述标准物体的所述第一实测反射率、所述标准物体的所述真实反射率以及所述目标物体的所述真实反射率。
一种激光雷达获取物体反射率的系统，其包括上述所述的激光雷达获取物体反射率的装置以及多线激光雷达产生器，所述多线激光雷达产生器用于产生多条激光束，所述激光雷达获取物体反射率的装置用于获取位于多条所述激光束传输路径中不同位置上不同目标物体的真实反射率。
上述激光雷达获取物体反射率的方法、装置以及系统，通过标准物体在与目标物体相同位置的实测反射率与真实反射率，获取该位置的光路补偿值；使得通过获取目标物体在该位置的实测反射率与光路补偿值得到目标物体的真实反射率，如此通过对激光光束在传输过程中因光路衰减所测量的目标物体的实测反射率进行补偿，有利于提升物体反射率测量精度。
附图说明
图1为本发明一个实施例中激光雷达获取物体反射率的方法的流程示意图；
图2为本发明一个实施例中步骤获取激光雷达发出的激光束的传输路径中第一位置的光路补偿值的流程示意图；
图3为本发明一个实施例中激光雷达获取物体反射率的装置的模块示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明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对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明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，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本发明一个实施例中激光雷达获取物体反射率的方法包括步骤S110～S130：
步骤S110：获取激光雷达发出的激光束的传输路径中第一位置的光路补偿值。
其中，在激光雷达的扫描范围内，预先在激光束传输路径中设置具有已知反射率(即以下提到的真实反射率)的标准物体，沿激光束传输路径相对激光雷达移动标准物体至多个不同位置，并获得标准物体在多个不同位置的实测反射率，即标准物体在多个不同位置时标准物体的反射光功率与入射光功率的比值；根据真实反射率及当前位置的实测反射率获得标准物体在对应位置的衰减值，进而得到激光束传输路径上不同位置的光路补偿值。上述真实反射率为理想状态下物体的反射率，实测反射率即在实测过程中存在光路距离或其它影响的情况下物体的反射率，其中实测反射率可能小于或等于其自身的真实反射率。
请参看图2，具体地，步骤S110包括步骤S1101～S1103：
步骤S1101：获取标准物体位于第一位置的第一实测反射率；其中，当激光束传输至第一位置并打到标准物体上时，接收经标准物体反射后的反射光功率，并根据标准物体的入射光功率得到标准物体位于第一位置的第一实测反射率。
为了简便起见，定义第一位置为A，标准物体为b，标准物体b在第一位置A的第一实测反射率为ρAb。其中，标准物体b在第一位置A时第一实测反射率ρAb可根据公式：
PAbr为标准物体在第一位置时的反射光功率；
PAbs为标准物体在第一位置时的入射光功率。
步骤S1102：根据标准物体的真实反射率与标准物体的第一实测反射率计算得到标准物体处于第一位置时的光路衰减值。其中，定义标准物体b的真实反射率为ρo，且真实反射率ρo在该激光雷达的光路中与标准反射光功率Por及标准入射光功率Pos之间的对应关系可通过激光雷达在预设位置预先进行获取，即为已知。其中，预设位置可选择为与激光雷达距离较小的范围内，此时光路衰减较小，可忽略。根据公式及公式可知标准物体b在第一位置A时的光路衰减值Atten为：
步骤S1103：根据光路衰减值获得标准物体处于第一位置时的光路补偿值；具体地，标准物体b在第一位置A时的光路补偿值可根据公式：
步骤S120：获取第一位置的目标物体的第一实测反射率。其中，定义目标物体为m，在激光束传输至第一位置A并打到目标物体m上时，接收经目标物体m反射后的反射光功率PAmr，并根据标准物体b的已知反射率ρo可得到目标物体m在第一位置A的第一实测反射率ρAm为：
即
目标物体m的入射光功率PAms得到目标物体m位于第一位置A的第一实测反射率ρAm。
步骤S130：根据目标物体的第一实测反射率与光路补偿值计算得到目标物体的真实反射率。其中，目标物体m的真实反射率ρm可根据公式：
在本具体实施例中，具有已知反射率的标准物体为标准朗伯反射板，由于标准朗伯反射板是一种均匀反射表面，从材料表面任何给定方向上反射的光强正比于该方向与表面法线之间夹角的余弦，因此具有很好的漫反射特性和平坦的光谱反射特性。进一步地，在步骤S130之后，还包括以下步骤S140：
步骤S140：根据目标物体m的真实反射率ρm可视化地区别显示目标物体m；其中，可通过颜色、形状、绘制边界和/或轮廓可视化地区别显示目标物体m，以对目标物体m进行显示。
请参看图3，本发明还涉及一种激光雷达获取物体反射率的装置100，其包括数据获取模块10和计算分析模块30。数据获取模块10用于获取位于激光雷达发出的激光束的传输路径中第一位置A的光路补偿值Correct及位于第一位置A上目标物体m的第一实测反射率ρAm，计算分析模块30用于根据目标物体m的第一实测反射率ρAm与光路补偿值Correct计算得到目标物体m的真实反射率ρm。
具体地，激光雷达获取物体反射率的装置100包括存储模块50，存储模块50预先存储标准物体b的真实反射率ρo，数据获取模块10还用于获取标准物体b位于第一位置A的第一实测反射率ρAb，计算分析模块30还用于根据标准物体b的真实反射率ρo与标准物体b的第一实测反射率ρAb计算得到光路补偿值Correct。
进一步地，激光雷达获取物体反射率的装置100还包括显示模块70，显示模块70用于根据目标物体m的真实反射率ρm可视化地区别显示目标物体m，以对目标物体m进行显示。具体地，显示模块70可通过颜色、形状、绘制边界和/或轮廓可视化地区别显示目标物体m。
更进一步地，为了更直观的显示上述的测量数据，显示模块70还用于可视化地显示目标物体的第一实测反射率ρAm、标准物体b的第一实测反射率ρAb、标准物体b的真实反射率ρo以及目标物体的真实反射率ρm。
在获取过程中，首先在相同距离的同一位置处，分别将已知反射率ρo的标准朗伯反射板b和未知反射率的目标物体m垂直地面放置，并保持标准朗伯反射板b和未知反射率的目标物体m的中心和激光雷达的中心保持高度一致，测量得到标准朗伯反射板b和未知反射率的目标物体m在该位置的实测反射率ρAb和ρAm；
选取多个距离B.....K，并记录不同位置激光雷达的发射功率和反射功率，以计算在不同距离上目标物体m的实测反射率，以统计获得不同光路距离的光路衰减值Atten和光路补偿值Correct，最后通过插值，将离散距离变成连续的任意值，进而可计算得到任意位置上目标物体m的真实反射率ρm，并通过显示模块70可视化地区别显示。
本发明一个实施例中的激光雷达获取物体反射率的系统包括激光雷达获取物体反射率的装置100以及多线激光雷达产生器，多线激光雷达产生器用于产生多条激光束，激光雷达获取物体反射率的装置100用于获取位于多条激光束传输路径中不同位置上不同目标物体的真实反射率，从而对不同位置的不同目标物体进行显示。
上述激光雷达获取物体反射率的方法、装置以及系统，通过标准物体在与目标物体相同位置的实测反射率与真实反射率，获取该位置的光路补偿值；使得通过获取目标物体在该位置的实测反射率与光路补偿值得到目标物体的真实反射率，如此通过对激光光束在传输过程中因光路衰减所测量的目标物体的实测反射率进行补偿，有利于提升物体反射率测量精度。
以上所述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发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达获取物体反射率的方法，其特征在于，包括：
获取激光雷达发出的激光束的传输路径中第一位置的光路补偿值；
获取所述第一位置的目标物体的第一实测反射率；
根据所述目标物体的所述第一实测反射率与所述光路补偿值计算得到所述目标物体的真实反射率。
2.根据权利要求1所述的激光雷达获取物体反射率的方法，其特征在于，所述获取位于激光雷达中激光束传输路径上第一位置的光路补偿值包括：
获取所述标准物体位于所述第一位置的第一实测反射率；
根据所述标准物体的真实反射率与所述标准物体的第一实测反射率计算得到所述标准物体处于所述第一位置时的光路衰减值；
根据所述光路衰减值获得所述标准物体处于所述第一位置时的所述光路补偿值。
3.根据权利要求1所述的激光雷达获取物体反射率的方法，其特征在于，在所述根据所述目标物体的所述第一实测反射率与所述光路补偿值计算得到所述目标物体的真实反射率之后，还包括：
根据所述目标物体的所述真实反射率可视化地区别显示所述目标物体。
4.根据权利要求1至3任一项所述的激光雷达获取物体反射率的方法，其特征在于，所述标准物体为标准朗伯反射板。
5.一种激光雷达获取物体反射率的装置，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取位于激光雷达发出的激光束的传输路径中第一位置的光路补偿值及位于所述第一位置上目标物体的第一实测反射率；
计算分析模块，用于根据所述目标物体的第一实测反射率与所述光路补偿值计算得到目标物体的真实反射率。
6.根据权利要求5所述的激光雷达获取物体反射率的装置，其特征在于，还包括存储模块，所述存储模块预先存储所述标准物体的真实反射率，所述数据获取模块还用于获取所述标准物体位于所述第一位置的第一实测反射率，所述计算分析模块还用于根据所述标准物体的真实反射率与所述标准物体的第一实测反射率计算得到所述光路补偿值。
7.根据权利要求5所述的激光雷达获取物体反射率的装置，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块用于根据所述目标物体的所述真实反射率可视化地区别显示所述目标物体。
8.根据权利要求7所述的激光雷达获取物体反射率的装置，其特征在于，所述显示模块通过颜色、形状、绘制边界和/或轮廓可视化地区别显示所述目标物体。
9.根据权利要求7所述的激光雷达获取物体反射率的装置，其特征在于，所述显示模块还用于可视化地显示所述目标物体的所述第一实测反射率、所述标准物体的所述第一实测反射率、所述标准物体的所述真实反射率以及所述目标物体的所述真实反射率。
10.一种激光雷达获取物体反射率的系统，其特征在于，包括上述权利要求5至9任一项所述的激光雷达获取物体反射率的装置以及多线激光雷达产生器，所述多线激光雷达产生器用于产生多条激光束，所述激光雷达获取物体反射率的装置用于获取位于多条所述激光束传输路径中不同位置上不同目标物体的真实反射率。
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