CN108957425B - 用于LiDAR测光系统的模拟设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于LiDAR测光系统的模拟设备，其具有LiDAR光接收传感器(1)，其中光发射器(12)设置于所述LiDAR受光传感器(1)的平面内。

Description

用于LiDAR测光系统的模拟设备

技术领域

本发明涉及一种用于LiDAR测光系统的模拟设备以及一种模拟LiDAR光接收传感器的检测环境的方法。

背景技术

除光学距离和速度测量的其他应用之外，还会采用LiDAR(光探测与测距的缩写形式)测光系统。LiDAR测光系统发射光线并且测量光线在对象上反射后又返回到LiDAR测光系统的经过时间。由公知的光速，得出对象与LiDAR测光系统之间的距离。根据LiDAR测光系统的设计，可能在几厘米到几十万公里的范围内进行距离测量。

LiDAR测光系统的重点应用领域涉及约1米到几百米的测量范围。这些应用领域的实例是用于汽车应用领域的光学距离测量和LiDAR测光系统的移动仪器，即驾驶辅助系统和自动驾驶。

为了测试LiDAR测光系统，例如在工业质量控制中，需要一种方法在确定的距离下进行测量。为此，在最简单的情况下，需要对这类限定长度测量路径。为了进行质量控制，还需要确定与环境有关的环境条件，诸如测量路径沿途的温度、湿度和外界光线，并且需要测量对象的定义光学特性。维持环境条件相当要求保证测量路径的空间。因此，很难实现大约10米以上长度的测试路径。

倘若LiDAR测光系统配备多个通道，类似于常规的相机，这些通道以孔径角采集图像，那么与直线距离测量系统相比，空间需求增大。对于水平孔径角为360°、垂直孔径角为45°且最大测量距离为100米的LiDAR光接收传感器而言，需要直径为200米、高度为83米的测量站。

除以固定距离对LiDAR测光系统进行简单测试之外，还要求测试系统提供运动场景。这对应用开发中测试LiDAR传感器而言尤其必要。举例而言，为了测试LiDAR测光系统在自动驾驶应用中的性能，必须执行驾驶，在该过程中采集传感器数据。然而，只能测试这样执行驾驶过程中的场景。例如开发应用中所需的变化则需要新的测量行驶。

发明内容

发明目的

本发明的目的是克服现有技术中的缺陷。特定而言，本发明提供一种模拟设备，其能够以节约成本的方式实现功能和质量控制，从而节省时间。

解决方案

本发明达成上述目的解决方案为前述的用于LiDAR测光系统的模拟设备，其具有LiDAR光接收传感器，其中光发射器设置于所述LiDAR光接收传感器的平面内。

另外，本发明达成上述目的解决方案为前述的模拟LiDAR光接收传感器的检测环境的方法，所述LiDAR光接收传感器具有光发射器以及在同一平面内毗邻所述光发射器安装的另外的光发射器，该方法包括以下步骤：激活所述LiDAR光接收传感器；所述光发射器在限定时间后发射光信号；所述LiDAR光接收传感器记录所述光信号。

本发明允许LiDAR测光系统能够呈现任意的移动场景。代替在从测量对象到传感器的测量路径中返回延时光信号，通过可调的延迟路径产生延时光信号。

例如，借用光电探测器检测由LiDAR测光系统发射出的光信号，并且例如借由光阱阻挡进一步的传播。检测由LiDAR测光系统发射出的光信号的时间点用作生成延时信号的触发时刻。

产生与触发相关的延时信号。在本发明中，基于电子器件决定的最小延迟，可以任意设定并更改延时。产生延时信号借助电子延时单元来完成。更改延时同样能以电子方式实现，并且优选在超过10s-1的范围内。延时信号用于借助适当的快速放大器产生光信号。

如此产生的光信号传导到LiDAR测光系统并且被其解释为与延时相对应的一定距离的对象。

对于LiDAR测光系统的每个通道而言，存在这种独立于其他通道的信号链。这样LiDAR系统就能生成模拟的运动环境。

-生成对应于1维至3维运动场景的可变延时信号，这些延时信号与经过时间同步地与景物相匹配。

-定标通道的通道数，直到所用的光学系统足以达成距离测量。

-定标距离，自最短距离起，直到光学系统的最大检测范围，该最短距离受用于检测光脉冲经由延时单元直到发光的电子部件的反应速度限制。

-尤其是采用几种不同传感器的时间同步组合进行模拟，以使虚拟现实可视化。

-尤其是在ADAS(高级驾驶辅助系统)领域。

-调整静态延时，这与静态距离相对应。

根据本发明的模拟设备设置用于LiDAR测光系统。在此，特别是针对LiDAR光接收传感器。鉴于这种LiDAR光接收传感器的功能和质量控制，需要定期扩大场景结构，这样就无法顺利进行控制。在这类结构中，人物和物体与LiDAR光接收传感器的距离不同。随后，激活LiDAR光发射器，以便由从人物和物体反射回LiDAR光接收传感器的时间推导距离。在根据本发明的解决方案中，又回到LiDAR光发射器。确切而言，由发光器取代这种结构。在此情形下，如此采用该光发射器，使其如同LiDAR光发射器的反射光一样被光接收传感器感知。在此情形下，光接收传感器静态固定。光发射器保持在同一平面上。这就表明，光发射器安装在距底座的一定高度上，使得发射的光信号径直射出并且基本上平行于底座。

此外，在光接收传感器的平面内毗邻该光发射器布置另外的光发射器。这又表明，利用所述光发射器的光信号或所述另外的光发射器的另外的信号，可以从不同的方向激活光接收传感器。此时，如果激活光接收传感器至激活第一光发射器的持续时间短于激活光接收传感器至记录另外的光发射器的另外的光信号的持续时间，则光接收传感器的感知是，所述光发射器比所述另外的光发射器更近。实际上，两个光发射器到光接收传感器等距并列。

在优选实施例中，所述光发射器和所述另外的光发射器均为玻璃纤维头。使用玻璃纤维缆的优势在于，它在释放光信号到产生光信号时不会出现不必要的延迟，从而使光接收传感器接收到实际时间维度的真实画面。

此外，设置控制光接收传感器的计算机。该计算机确定接通光接收传感器，而且协调对光发射器与另外的光发射器的控制，因此也协调接通光接收传感器与接通这两个光发射器之间的时间间隔。在此，该计算机还记录光接收传感器是否正常工作并且将不同的时间间隔分成相应的空间距离。

该计算机还用来监测并控制LiDAR光接收传感器的激活以及经由所述光发射器或所述另外的光发射器发射光信号的时间间隔，其中记录来自所述光发射器或所述另外的光发射器的光信号的信号输入。

在另一优选实施例中，LiDAR光发生器的LiDAR光信号经由放大器、比较器、延迟元件以及LED驱动器或激光二极管驱动器激活所述光发射器和/或所述另外的光发射器中的LED或激光二极管。这样就不再需要单独的光源。确切而言，LiDAR光信号能够根据需要并且以发送至接收的理想时间间隔传递到所述光发射器或所述另外的光发射器。举例而言，延迟元件的目的在于，发射的LiDAR光信号在限定时间后才传递，直到其返回到光接收传感器。

此外，所述光发射器和所述另外的光发射器在360°的圆周内静态地安装在保持器上，该保持器与LiDAR光接收传感器成中心对齐。除所述光发射器和所述另外的光发射器之外，还能够在同一平面内并排布置不定数量的其他光发射器。通过这种方式，能够获得待检测环境的尽可能完整的图像。各个光发射器的保持器被设计成使得它们全部基本上布置在同一平面上，即距共同的底座相同的高度，并且能够被光接收传感器检测到。

此外，本发明提供一种用于模拟光接收传感器的检测环境的方法，该光接收传感器具有光发射器以及在与该光发射器相同的平面内毗邻该光发射器安装的另外的光发射器，其中执行以下方法步骤：

-激活LiDAR光接收传感器；

-光发射器在限定时间后发射光信号；

-LiDAR光接收传感器记录该光信号。

此外，在进一步激活光接收传感器之后，另外的光发射器发射另外的光信号，其中光接收传感器记录该另外的光信号。

所述光信号与所述另外的光信号可以确实在时间上同步射出。举例而言，这就会被光接收传感器感知为两个等距的物体。

最后，现存的LiDAR光发生器的LiDAR光信号经由放大器、比较器和延迟元件导入LED驱动器或激光二极管驱动器，其中，LED驱动器随后激活光学系统中的LED，并且激光二极管驱动器激活光学系统中的激光二极管。作为光学系统，确实也将上述玻璃纤维缆考虑在内。这种布置的不同之处在于，在前述替选方案中，不管LiDAR光信号如何，都使用以任何不同方式生成的光信号或另外的光信号。在本实施例中，无论如何，使用这些LiDAR系统中现有的LiDAR光信号或者使其转向。

附图说明

通过以下优选实施方案的描述并参照附图对本发明的其他优点、特征和细节加以阐述。

图1示出示意电路图；

图2示出根据本发明的模拟设备的透视图。

具体实施方式

图1示出本发明实施例的示意电路图，其中不仅使用LiDAR测光系统14的LiDAR光接收传感器1，而且还使用LiDAR光信号发生器2。

在这种情况下，LiDAR光信号发生器2发射的LiDAR光信号首先导入光电探测器3。使用电信号中的光电效应来转换光或者表示与入射辐射有关的电阻的电子器件称为光电探测器，又称光传感器或光探测器、光电传感器。但该术语也指与这种辐射测量器件整合的应用。

随后，由光电探测器3接收到的信号传递到放大器4，该放大器4增强信号并将其放大以供进一步处理。

此后，信号传递到比较器5。在此情形下，计算机6监视比较器5以及信号传递到延迟元件7，该延迟元件7采用限定的形式并且在计算机6的影响下以不同的延时将信号传递到LED驱动器8。

LED驱动器8继而点亮光学系统10中用于输出信号的LED9。在信号经由光学系统10中的LED转换成光信号之后，LiDAR光接收传感器1接收光学系统10的光信号。

图2进一步示出布置在共同底座15上的模拟设备。在此，LiDAR光接收传感器1布置在距底座15一定距离处。此外，图中还示出用于容纳光发射器12或另外的光发射器13的保持器11。另外，可以附加多个其他的光发射器，在图2中示出这些其他的光发射器，但并未进一步标号。

在另一实施例中，当光接收传感器1不仅接收水平的光信号而且还接收垂直的光信号时，保持器11也可以倾斜90°。还可以考虑水平光学系统10与另一个垂直光学系统的组合。在此应理解，水平布置和/或垂直布置皆在光接收传感器1的平面内。

光发射器12和另外的光发射器13由保持器保持在同一平面内。这就表明，在本实施例中距底座15等距。这些光发射器并排布置。这又表明，光发射器12与另外的光发射器13以与LiDAR光接收传感器1中心对齐的方式成部分圆形布置。

尽管本文仅描述和图示本发明的一个/几个优选实施例，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员显然可以作出多种修改。

附图标记列表

1 LiDAR光接收传感器

2 LiDAR光信号发生器

3 光电探测器

4 放大器

5 比较器

6 计算机

7 延迟元件

8 LED驱动器

9 LED

10 光学系统

11 保持器

12 光发射器

13 另外的光发射器

14 LiDAR测光系统

15 底座

Claims (10)

1.一种用于LiDAR测光系统的模拟设备，包括：

布置在距底座(15)已知高度处的LiDAR光接收传感器(1)，

设置于保持器(11)上的光发射器(12)和另外的光发射器(13)，所述保持器(11)配置成将所述光发射器(12)和另外的光发射器(13)布置在距所述底座(15)与所述LiDAR光接收传感器(1)相同高度处；

其中，所述保持器(11)呈弯曲状并限定背向所述LiDAR光接收传感器(1)的凸表面，并且其中，所述光发射器(12)和所述另外的光发射器(13)与所述LiDAR光接收传感器(1)位于同一平面内。

2.根据权利要求1所述的模拟设备，其特征在于，所述光发射器(12)和所述另外的光发射器(13)是玻璃纤维的一部分。

3.根据权利要求1所述的模拟设备，其特征在于，进一步包括计算机(6)，所述计算机(6)控制所述LiDAR光接收传感器(1)。

4.根据权利要求3所述的模拟设备，其特征在于，所述计算机(6)控制所述光发射器(12)和所述另外的光发射器(13)。

5.根据权利要求3所述的模拟设备，其特征在于，所述计算机(6)监测所述LiDAR光接收传感器(1)的激活以及经由所述光发射器(12)和/或所述另外的光发射器(13)发射光信号的时间间隔并且记录来自所述光发射器(12)或所述另外的光发射器(13)的光信号的信号输入。

6.根据权利要求1所述的模拟设备，其特征在于，LiDAR光信号发生器(2)的LiDAR光信号能够经由放大器(4)、比较器(5)、延迟元件(7)以及LED驱动器(8)或激光二极管驱动器，激活所述光发射器(12)和/或所述另外的光发射器(13)中的LED(9)或激光二极管。

7.根据权利要求1所述的模拟设备，其特征在于，所述光发射器(12)和所述另外的光发射器(13)在360°的圆周内静态地安装在保持器上，相对于所述LiDAR光接收传感器(1)成中心对齐。

8.根据权利要求1所述的模拟设备，其特征在于，所述保持器相对于所述LiDAR光接收传感器水平布置或垂直布置。

9.一种模拟LiDAR光接收传感器(1)的检测环境的方法，所述LiDAR光接收传感器(1)具有均安装于保持器(11)的光发射器(12)和另外的光发射器(13)，

其特征在于，所述方法包括以下步骤：

-将所述保持器(11)定位于距底座(15)与所述LiDAR光接收传感器(1)相同高度处，其中，所述保持器(11)为弯曲构件，其具有背向所述LiDAR光接收传感器(1)的凸表面，并且其中，所述光发射器(12)和所述另外的光发射器(13)由所述保持器(11)保持并与所述LiDAR光接收传感器(1)位于同一平面内；

-激活所述LiDAR光接收传感器(1)；

-所述光发射器(12)在限定时间后发射光信号；以及

-在进一步激活所述LiDAR光接收传感器(1)之后，所述另外的光发射器(13)发射另外的光信号，其中，所述LiDAR光接收传感器(1)记录所述另外的光信号。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，LiDAR光信号发生器(2)的LiDAR光信号通过光电探测器(3)、放大器(4)、比较器(5)和延迟元件(7)导入LED驱动器(8)或激光二极管驱动器中，随后所述LED驱动器(8)或所述激光二极管驱动器激活光学系统(10)中的LED(9)或激光二极管。