CN108387904A - 一种激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种激光雷达装置，该激光雷达装置包括：发射装置、接收装置和信号处理装置；其中，信号处理装置分别与发射装置和接收装置连接；发射装置，用于将点状发射光转换为面状发射光，将面状发射光发射至目标物体；接收装置，用于接收面状发射光在目标物体上反射回的面状反射光，将接收到的面状反射光发送至信号处理装置；信号处理装置，用于根据面状反射光确定目标物体对应的特征信息。本发明提供的技术方案，可以提高面状发射光的发射功率，进而扩大测量范围，提高激光雷达的信噪比，进而提高测量精度。

Description

一种激光雷达装置

技术领域

本发明实施例涉及光电探测技术，尤其涉及一种激光雷达装置。

背景技术

激光雷达是指用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。

现有的激光雷达包括：发射装置、接收装置和信号处理装置。其中，发射装置向外场空间发射光线，发射出的光线照射到目标物体上后反射目标物体对应的目标回波；接收装置接收目标物体对应的目标回波；信号处理装置根据目标物体对应的目标回波计算目标物体中各个目标点与激光雷达之间的距离。这样，激光雷达不断地向目标物体发射光线，就可以得到目标物体中全部目标点与激光雷达之间的距离，利用这些距离进行成像处理，就可以得到目标物体的三维立体图像。

现有的激光雷达的发射装置主要由面光源组成，包括：多个发光二极管并列排布形成的面光源、多个激光管并列排布形成的面光源或者一个泵浦激光器形成的面光源。由于受制作工艺的限制，面光源的发射功率越大体积越大，导致激光雷达的测量范围有限；而且由于面光源的脉冲能量的可调范围有限，面对不同反射率的目标物体时，其目标回波的脉冲能量也不同，因此，在较为复杂的测量环境中时，激光雷达的信噪比较低，进而导致测量精度也较低。

发明内容

本发明提供一种激光雷达装置，不仅扩大测量范围，而且还可以提高测量精度。

本发明实施例提供了一种激光雷达装置，所述激光雷达装置包括：发射装置、接收装置和信号处理装置；其中，所述信号处理装置分别与所述发射装置和所述接收装置连接；

所述发射装置，用于将点状发射光转换为面状发射光，将所述面状发射光发射至目标物体；

所述接收装置，用于接收所述面状发射光在目标物体上反射回的面状反射光，将接收到的所述面状反射光发送至所述信号处理装置；

所述信号处理装置，用于根据所述面状反射光确定所述目标物体对应的特征信息。

本发明实施例提供了一种激光雷达装置，该激光雷达装置包括：发射装置、接收装置和信号处理装置；其中，信号处理装置分别与发射装置和接收装置连接；发射装置，用于将点状发射光转换为面状发射光，将面状发射光发射至目标物体；接收装置，用于接收面状发射光在目标物体上反射回的面状反射光，将接收到的面状反射光发送至信号处理装置；信号处理装置，用于根据面状反射光确定目标物体对应的特征信息。本发明提供的技术方案，激光雷达装置中的发射装置先将点状发射光转换为面状发射光并发射至目标物体，可以提高面状发射光的发射功率，进而扩大测量范围。进一步的，面对不同反射率的目标物体时，可以根据面状反射光中各个点状反射光的信息调节点状发射光的功率，提高激光雷达的信噪比，进而提高测量精度。

附图说明

图1是本发明实施例一中的激光雷达装置的结构示意图；

图2是本发明实施例二中的激光雷达装置的发射装置的结构示意图；

图2a是本发明实施例二中的发射装置中线状光转换模块的结构示意图；

图2b是本发明实施例二中的发射装置中线状光转换模块的结构示意图；

图2c是本发明实施例二中的发射装置中面状光转换模块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1是本发明实施例一中的激光雷达装置的结构示意图。本实施例提供的激光雷达装置可适用于任何雷达测距测速的情况。该激光雷达装置主要包括如下装置：发射装置110、接收装置120和信号处理装置130；其中，信号处理装置130分别与发射装置110和接收装置120连接。

发射装置110，用于将点状发射光转换面状发射光，将面状发射光发射至目标物体；接收装置120，用于接收面状发射光在目标物体上反射回的面状反射光，将接收到的面状反射光发送至信号处理装置130；信号处理装置130，用于根据面状反射光确定目标物体对应的特征信息。

现有的激光雷达的发射装置主要由面光源组成，包括：多个发光二极管并列排布形成的面光源、多个激光管并列排布形成的面光源或者一个泵浦激光器形成的面光源。激光雷达面光源的发射的原理：激光发射驱动电路生成激光信号，并对生成的激光信号进行调制，以输出调制好的激光信号。激光发射阵列一般包含多个激光发射器，多个激光发射器设置在同一平面的不同位置，激光发射阵列接收激光驱动电路发射的激光信号，并平均分配至每个激光发射器，每个激光发射器向外发射一路激光信号，形成面发射。由于受现有的制作工艺的限制，实现大功率的面照明时，激光发射驱动电路的体积会很大，但是激光雷达中安装激光发射驱动电路的位置有限，进而导致了现有的激光雷达的测量范围有限。

在本实施例中，发射装置110依然是对目标物体进行面发射，但是并没有采用由常规的激光发射阵列来产生面光源。发射装置110，通过光的反射原理将点状发射光转换为面状发射光，并将面状发射光发射至目标物体。点状发射光是指激光发射驱动电路生成激光信号。点状发射光是指激光发射驱动电路生成激光信号。面状发射光是指点状发射光通过两次反射之后转换成的面状发射光。面状发射光一般有多路点状发射光组成。

在本实施例中，接收装置120采用激光测距单元阵列，激光测距单元阵列由多个激光测距单元组成。多个激光测距单元设置在同一平面的不同位置。接收装置120接收面状发射光在目标物体上反射回的面状反射光，并将接收的面状反射光发送至信号处理装置130。

在本实施例中，信号处理装置130用于根据面状反射光确定目标物体与发射装置之间的相对距离信息，进而根据目标物体与发射装置之间的相对距离信息，确定目标物体对应的特征信息。

本发明实施例提供了一种激光雷达装置，该激光雷达装置包括：发射装置、接收装置和信号处理装置；其中，信号处理装置分别与发射装置和接收装置连接；发射装置，用于将点状发射光转换为面状发射光，将面状发射光发射至目标物体；接收装置，用于接收面状发射光在目标物体上反射回的面状反射光，将接收到的面状反射光发送至信号处理装置；信号处理装置，用于根据面状反射光确定目标物体对应的特征信息。本发明提供的技术方案，激光雷达中的发射装置先将状发射光转换为面状发射光并发射至目标物体，可以提高面状发射光的发射功率，进而扩大测量范围。进一步的，面对不同反射率的目标物体时，可以根据面状反射光中各个点状反射光的信息调节点状发射光的功率，提高激光雷达的信噪比，进而提高测量精度。

实施例二

图2是本发明实施例一中的激光雷达装置的发射装置的结构示意图。本实施例提供的激光雷达装置的发射装置可适用于任何雷达系统，该激光雷达装置的发射装置主要包括如下装置：点光源发射模块210、线状光转换模块220和面状光转换模块230；其中，点光源发射模块210分别与点状光发射模块210和面状光转换模块230连接。

点光源发射模块210，用于向线状光转换模块220发射点状发射光。

点光源发射模块210是指任何可以发射出点光源的装置，可以是发光二极管、激光二极管、超宽带光源和耦合光源等。

线状光转换模块220，用于将点状发射光转换为线状发射光；将线状发射光发射至面状光转换模块230。

图2a是本发明实施例二中的发射装置中线状光转换的模块结构示意图；图2b是本发明实施例二中的发射装置中线状光转换模块的结构示意图。如图2a和图2b所示，线状光转换模块220包括：第一驱动电机223和第一反射镜221；第一驱动电机223，用于驱动第一反射镜221按照预先设置的第一旋转速度进行旋转；第一反射镜221，用于在旋转过程中将点状发射光转换为线状发射光。

在本实施例中，点光源发射模块210发射出点状发射光，点状发射光入射到第一反射镜221上，由于第一驱动电机223驱动第一反射镜221按照预先设置的第一旋转速度沿第一驱动轴222进行旋转，第一反射镜221反射出的光形成一条线状发射光。示例性的，如图2a所述，第一时刻时，第一反射镜221将点状发射光反射，形成一路光，照射在平面镜231上。如图2b所示，第二时刻时，第一反射镜221将点状发射光反射，形成一路光，照射在平面镜231上。由于第一反射镜221在第一驱动电机223驱动下，按照预先设置的第一旋转速度沿第一驱动轴222进行旋转，点状发射光通过第一平面镜221的反射光的反射角度都会随着第一平面镜221的旋转不断改变。在第一时刻与第二时刻之间的这段时间内，第一反射镜221的反射光会形成一条线状发射光，如图2b所示，图中的虚线是指在第一时刻与第二时刻之间的这段时间内点状发射光经过反射镜221的反射形成的线状发射光。第一旋转速度可以根据需要进行设定。

进一步的，第一反射镜221是由至少三个平面镜构成的棱柱反射镜。棱柱反射镜的面数可以根据系统所需要的横向扫描角度来确定。横向扫描角度是指在棱柱反射镜其中一个平面镜中，在一个旋转周期内，点状发射光在该平面镜形成的第一路反射光与点状发射光在该平面镜形成的最后一路反射光之间的夹角。也是指在平面镜231中形成的线状光中第一路反射光与最后一路反射光之间的夹角。横向扫描角度由第一反射镜221与第二反射镜231之间的距离和线状反射光的长度决定。线状反射光的长度可以根据需要进行设定。进一步的，第一平面镜中棱柱平面镜的面数等于720度除以横向扫描角度。

面状光转换模块230，用于将线状发射光转换为面状发射光；将面状发射光发射发至目标物体。

图2c是本发明实施例二中的发射装置中面状光转换模块的结构示意图。如图2c所述，面状光转换模块包括：第二驱动电机233和第二反射镜231；其中，第二驱动电机233，用于驱动第二反射镜231按照预先设置的第二旋转速度进行转动；第二反射镜231，用于在旋转过程中将线状发射光转换成面状发射光。进一步的，第二反射镜是由至少三个平面镜构成的棱柱反射镜或者由一个平面镜构成的平面反射镜。

在本实施例中，线状光转换模块220形成的线状发射光照射在面状光转换模块230的第二平面镜231上，在第二平面镜231上形成一道线状发射光。由于第二平面镜231在第二驱动电机233的驱动下按照预先设置的第二旋转速度沿第二驱动轴232进行转动，线状发射光通过第二平面镜231的反射光的反射角度会随着第二平面镜231的旋转不断改变，进而将线状发射光转换成面状发射光。

进一步的，当第二反射镜231是由至少三个平面镜构成的棱柱反射镜时，第二反射镜231按照预先设置的第二旋转速度进行360度旋转；当第二反射镜231是由一个平面镜构成的平面反射镜时，第二反射镜231按照预先设置的第二旋转速度在预设的角度内进行摆动。其中，第二旋转速度可以根据需要进行设定。进一步的，构成第二反射镜231的面数由面状反射光的长度可以根据需要进行设定。并且第二反射镜231的旋转速度可以根据需要实时更改。进一步的，当第二反射镜231是由一个平面镜构成的平面反射镜时，第二反射镜231的旋转速度为360度与第一反射镜的面数之商的整数倍。这样在可以保证，第一反射镜在第二反射镜中形成一条完整线状发射光，不会在第二反射镜中出现一条线状发射光从中间断开的现象。

进一步的，第一驱动电机223，具体用于接收信号处理装置发送的第一控制信号；根据第一控制信号驱动第一反射镜221按照预先设置的第一旋转速度进行旋转。第二驱动电机233，具体用于接收信号处理装置发送的第二控制信号；根据第二控制信号驱动第二反射镜231按照预先设置的第二旋转速度进行旋转。

进一步的，点光源发射模块210还可以接收信号处理装置发送的第三控制信号，根据第三控制进行调整点状发射光的功率。信号处理装置发送的第三控制信号由接收模块接收的面状反射光中的其中一个点状反射光确定。进一步的，接收模块接收的面状反射光依然是由多个点发射光组成。可以根据当前点状反射光的功率和目标物体的反射率来确定当前点状发射光的功率。这样，针对不同反射率的物体时，可以调节点状发射光的功率，进而提高接收装置的信噪比，提高测量精度。

进一步的，发射装置210还包括准直模块；准直模块用于将点状发射光准直为平行光。

本发明实施例提供了一种激光雷达装置的发射装置，该装置包括：点光源发射模块、线状光发射模块和面状光发射模块；点光源发射模块，用于向线状光发射模块发射点状发射光；线状光发射模块，用于将点状发射光转换为第三功率的线状发射光；将线状发射光发射至面状光发射模块；面状光发射模块，用于将线状发射光转换为面状发射光；将面状发射光发射发至目标物体。本发明提供的技术方案，激光雷达装置中的发射装置先将点状发射光转换为线状发射光；然后将线状发射光转换为面状发射光；将面状发射光发射发至目标物体，可以提高面状发射光的发射功率，进而扩大测量范围。进一步的，面对不同反射率的目标物体时，可以根据面状反射光中各个点状反射光的信息调节点状发射光的功率，提高激光雷达的信噪比，进而提高测量精度。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (9)

1.一种激光雷达装置，其特征在于，包括：发射装置、接收装置和信号处理装置；其中，所述信号处理装置分别与所述发射装置和所述接收装置连接；

所述发射装置，用于将点状发射光转换为面状发射光，将所述面状发射光发射至目标物体；

所述接收装置，用于接收所述面状发射光在目标物体上反射回的面状反射光，将接收到的所述面状反射光发送至所述信号处理装置；

所述信号处理装置，用于根据所述面状反射光确定所述目标物体对应的特征信息。

2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述发射装置包括：点光源发射模块、线状光转换模块和面状光转换模块；其中，所述线状光转换模块分别与所述点光源发射模块和所述面状光转换模块连接；

所述点光源发射模块，用于向所述线状光转换模块发射所述点状发射光；

所述线状光转换模块，用于将所述点状发射光转换为线状发射光；将所述线状发射光发射至所述面状光转换模块；

所述面状光转换模块，用于将所述线状发射光转换为所述面状发射光；将所述面状发射光发射发至所述目标物体。

3.根据权利要求2所述的激光雷达装置，其特征在于，所述线状光转换模块包括：第一驱动电机和第一反射镜；

所述第一驱动电机，用于驱动所述第一反射镜按照预先设置的第一旋转速度进行旋转；

所述第一反射镜，用于在旋转过程中将所述点状发射光转换为所述线状发射光。

4.根据权利要求3所述的激光雷达装置，其特征在于，所述第一反射镜是由至少三个平面镜构成的棱柱反射镜。

5.根据权利要求3所述的激光雷达装置，其特征在于，所述第一驱动电机，具体用于接收所述信号处理装置发送的第一控制信号；根据所述第一控制信号驱动所述第一反射镜按照预先设置的第一旋转速度进行旋转。

6.根据权利要求2所述的激光雷达装置，其特征在于，所述面状光转换模块包括：第二驱动电机和第二反射镜；其中，

所述第二驱动电机，用于驱动所述第二反射镜按照预先设置的第二旋转速度进行转动；

所述第二反射镜，用于在旋转过程中将所述线状发射光转换成所述面状发射光。

7.根据权利要求6所述的激光雷达装置，其特征在于，所述第二反射镜是由至少三个平面镜构成的棱柱反射镜或者由一个平面镜构成的平面反射镜。

8.根据权利要求6所述的激光雷达装置，其特征在于，所述第二驱动电机，具体用于接收所述信号处理装置发送的第二控制信号；根据所述第二控制信号驱动所述第二反射镜按照预先设置的第二旋转速度进行旋转。

9.根据权利要求2所述的激光雷达装置，其特征在于，所述发射装置还包括：准直模块；其中，

所述准直模块，用于将所述点状发射光准直为平行光。