CN108957478A - 多传感器同步采样系统及其控制方法、车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多传感器同步采样系统及其控制方法、车辆。其中，所述多传感器同步采样系统包括激光雷达，适于以激光作为检测光源对目标空间进行扫描，以获取所述目标空间的三维点云数据；至少一个图像采集装置，所述图像采集装置适于采集其视场内的目标空间的二维图像数据；以及控制装置，适于控制所述激光雷达和所述图像采集装置同步地采集数据。本发明实施例的多传感器同步采样系统能够实现多传感器之间数据采集的同步，有利于实现多传感器的数据融合，保障采集数据的准确性和可靠性，优化所述多传感器同步采样系统在无人驾驶等领域的应用。

Description

多传感器同步采样系统及其控制方法、车辆

技术领域

本发明涉及多传感器融合探测技术领域，尤其涉及一种多传感器同步采样系统及其控制方法、以及车辆。

背景技术

在自动驾驶领域，车辆往往需要融合多种传感器的信息以实现环境感知。传感器融合的前提是同步采样。激光雷达和摄像头是无人驾驶的传感方案中最重要的传感器。

激光雷达和摄像头采集数据的方式不同，激光雷达通过发射激光束对三维空间进行扫描、并接收激光束的回波信号实现对三维空间的探测，而摄像头通过曝光实现对环境的感知。摄像头的曝光类型可分为全局曝光和卷帘快门曝光，其中全局曝光是对整幅画面同时曝光，而卷帘快门曝光则是按照摄像头的时序逐行进行曝光。

现有技术中，激光雷达和摄像头的采集总是难以做到完全一致，如何实现激光雷达和摄像头的同步采集仍是目前亟待解决的问题。

发明内容

经发明人研究发现，使用全局曝光的摄像头，当全局曝光的摄像头和激光雷达的采集实现左边缘对齐时，则右边缘无法对齐；若做到中心对齐，则左右均无法对齐。再比如，使用卷帘快门的摄像头，当卷帘快门中心行和激光雷达中间列对齐时，那么离对角线越远的点，就越对不齐。综合下来，一张图片上不同位置处的像素和激光雷达的点云，采样时间差会相差±10ms量级。若以40km/h的车速估计，传感器会因为采样时间差，使得沿车辆行进方向上的采集产生11cm的偏差。如果有相向行驶的两辆车，则会产生22cm的偏差。

因此，激光雷达和摄像头非同步采集数据将会造成测量结果的较大偏差，影响测量数据的准确性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种同步采集系统，包括：激光雷达，适于以激光作为检测光源对目标空间进行扫描，以获取所述目标空间的三维点云数据；至少一个图像采集装置，所述图像采集装置适于采集其视场内的目标空间的二维图像数据；以及控制装置，适于控制所述激光雷达和所述图像采集装置同步地采集数据。

可选地，所述激光雷达适于对所述目标空间进行逐列扫描，所述图像采集装置适于对其视场内的目标空间进行逐列曝光，且所述激光雷达扫描的列方向与所述图像采集装置曝光的列方向平行。

可选地，所述激光雷达适于通过旋转对所述目标空间进行逐列扫描，所述图像采集装置适于以卷帘快门的模式对所述目标空间进行逐列曝光，所述激光雷达逐列扫描的角速度与所述图像采集装置逐列曝光的角速度相同；其中，所述激光雷达逐列扫描的角速度为所述激光雷达沿其旋转方向扫描的角速度，所述图像采集装置逐列曝光的角速度为将所述图像采集装置的卷帘快门平移速度映射到所述目标空间获得的曝光角速度。

可选地，所述图像采集装置包括图像传感器和镜头，所述图像传感器适于逐列地处理数据，且所述图像传感器处理数据的列方向与所述激光雷达扫描的列方向平行；所述镜头为透镜，所述图像采集装置沿所述目标空间任一维度的曝光顺序与所述图像传感器沿该维度处理数据的顺序相反，且所述图像采集装置对所述目标空间逐列曝光的角速度的大小为所述镜头沿所述卷帘快门平移方向的视场角与所述图像传感器的卷帘快门扫过一帧图像所需时间的比值。

可选地，所述控制装置适于当所述激光雷达扫描的列方向与所述图像采集装置曝光的起始列的方向重合时，控制所述图像采集装置开始曝光。

可选地，所述多传感器同步采样系统包括一个激光雷达和多个图像采集装置，所述多个图像采集装置环绕所述激光雷达的旋转轴设置、且位于所述激光雷达的上方或下方。

可选地，任意相邻的两个图像采集装置的水平视场相互交叠，所述多个图像采集装置的水平视场角的集合覆盖所述多个图像采集装置周围水平方向0°～360°的目标空间。

可选地，所述激光雷达扫描的列方向与每个图像采集装置曝光的列方向平行，且所述激光雷达逐列扫描的角速度与每个图像采集装置对所述目标空间逐列曝光的角速度相同。

可选地，所述多个图像采集装置的数目为N，N为大于等于2的正整数；所述控制装置适于当所述激光雷达扫描的列方向与第i个图像采集装置的曝光起始列的方向重合时，控制所述第i个图像采集装置开始曝光，其中1≤i≤N。

可选地，所述控制装置包括角度获取模块和时钟模块，所述角度获取模块适于获取所述激光雷达当前旋转扫描的方位角，所述时钟模块适于当所述角度获取模块获取的方位角与所述第i个图像采集装置的曝光起始列对应的方位角相同时，向所述第i个图像采集装置发送触发信号，控制所述第i个图像采集装置开始曝光。

可选地，所述激光雷达为多线激光雷达。

可选地，所述激光雷达包括接收器、驱动器以及多个激光器；其中，所述多个激光器沿所述目标空间的竖直方向排列，适于发射多个激光束，所述接收器适于接收所述多个激光束的回波信号，所述驱动器适于驱动所述多个激光器和所述接收器旋转。

可选地，所述图像采集装置包括摄像头或相机。

可选地，还包括数据融合模块，所述数据融合模块适于将所述激光雷达采集的三维点云数据与所述图像采集装置采集的二维图像数据进行融合。

本发明实施例还提供一种车辆，包括：车辆本体、以及所述多传感器同步采样系统，所述多传感器同步采样系统安装在所述车辆本体上，适于探测所述车辆周围的目标空间中的障碍物的信息。

可选地，所述多传感器同步采样系统包括一个激光雷达和四个摄像头，所述四个摄像头的视场分别覆盖所述车辆的前方、后方、左方和右方区域。

本发明实施例还提供一种所述的多传感器同步采样系统的控制方法，包括：控制所述激光雷达以预设频率进行旋转扫描；实时地获取所述激光雷达旋转扫描的方位角；当所获取的激光雷达旋转扫描的方位角与所述第i个图像采集装置的曝光起始列对应的方位角相同时，控制所述第i个图像采集装置开始曝光。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明实施例的多传感器同步采样系统集成激光雷达和图像采集装置两种传感器于一体，通过控制装置控制所述激光雷达和所述图像采集装置同步地采集数据，有利于实现多传感器之间的数据融合，能够保障所述同步采样系统获取的数据和信息的准确性和可靠性，从而优化所述多传感器同步采样系统在无人驾驶等领域的应用。

进一步地，本发明实施例通过配置激光雷达的扫描参数和图像采集装置的曝光参数，实现二者数据采集的同步。一方面，所述激光雷达适于对所述目标空间进行逐列扫描，所述图像采集装置适于对其视场内的目标空间进行逐列曝光，所述激光雷达扫描的列方向与所述图像采集装置曝光的列方向平行，从而保证所述激光雷达与所述图像采集装置沿所述目标空间的纵向采集数据方向的一致。另一方面，所述激光雷达逐列扫描的角速度与所述图像采集装置逐列曝光的角速度相同，从而保证所述激光雷达与所述图像采集装置沿所述目标空间横向采集数据的方向和速率的匹配。

进一步地，所述控制装置适于当所述激光雷达扫描的列方向与所述图像采集装置曝光的起始列的方向重合时，控制所述图像采集装置开始曝光，从而保证了所述激光雷达和所述图像采集装置同步采集数据的起点相同，又由于二者沿所述目标空间纵向采集数据的方向平行、沿横向采集数据的角速度相同，从而实现了所述激光雷达与所述图像采集装置在任一时刻采集的是相同区域的数据。

进一步地，所述多传感器同步采样系统包括一个激光雷达和多个图像采集装置，所述多个图像采集装置环绕所述激光雷达的旋转轴设置，且位于所述激光雷达的上方或下方，即所述激光雷达和所述多个图像采集装置同轴设置，以实现所述激光雷达和所述多个图像采集装置的视场角重合。

进一步地，任意相邻的两个图像采集装置的水平视场相互交叠，所述多个图像采集装置的水平视场角的集合覆盖所述多个图像采集装置周围水平方向0°～360°的目标空间，能够在所述目标空间较大范围内实现所述激光雷达和多个图像采集装置的数据同步，满足实际应用场景的需求。

本发明实施例还提供一种车辆，所述车辆包括车辆本体和所述多传感器同步采样系统，所述多传感器同步采样系统集成激光雷达与图像采集装置两种传感器于一体，且两种传感器能够同步地采样数据，所述多传感器同步采样系统采集数据的准确性得以提高，进而提高所述车辆行驶的安全性。

本发明实施例还提供一种所述多传感器同步采样系统的控制方法，所述控制方法能够实现所述激光雷达和所述图像采集装置于同一时刻在相同位置处开始扫描。

附图说明

图1是本发明一个实施例的多传感器同步采样系统10的结构框图；

图2是本发明一个实施例的图像采集装置12的曝光模式的示意图；

图3是本发明另一实施例的多传感器同步采样系统20的立体结构示意图；

图4是本发明图3所示实施例的多传感器同步采样系统20的多个图像采集装置22的俯视图；

图5是本发明一个实施例的四个摄像头22的视场角分布的示意图；

图6是本发明一个实施例的时钟模块发送的触发信号与所述第i个摄像头22的曝光时序图；

图7是本发明另一实施例的四个摄像头22的视场角分布的示意图；

图8是本发明一个实施例的多传感器同步采样系统的控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。

结合参考图1，图1是本发明一个实施例的多传感器同步采样系统10的结构框图。

在一些实施例中，所述多传感器同步采样系统10可以包括激光雷达11、图像采集装置12、以及控制装置13。所述图像采集装置12的数目可以是一个或者多个。

其中，所述激光雷达11适于以激光作为检测光源对目标空间进行扫描，以获取所述目标空间的三维点云数据。所述图像采集装置12适于采集位于其视场内的目标空间的二维图像数据。所述控制装置13适于控制所述激光雷达11和所述图像采集装置12同步地采样数据。

在一些实施例中，还可以通过配置所述激光雷达11的扫描参数和所述图像采集装置12的曝光参数，实现二者数据采集的同步。例如，可以控制所述激光雷达11和所述图像采集装置12的扫描方向相同、扫描速度相同，再通过所述控制装置13控制所述激光雷达11和所述图像采集装置12在同一时刻于相同位置处开始扫描，则在后续的扫描时序中，任一时刻，所述激光雷达11和所述图像采集装置12采集的是所述目标空间相同区域的数据，从而实现同步采样。

在一些实施例中，所述激光雷达11适于对所述目标空间进行逐列扫描，所述图像采集装置12适于对位于其视场内的目标空间进行逐列曝光，且所述激光雷达11扫描的列方向与所述图像采集装置12曝光的列方向平行。具体地，所述激光雷达11扫描的列方向与所述图像采集装置12曝光的列方向可以均沿所述目标空间的竖直方向。

在一些实施例中，所述激光雷达11包括多个激光器，所述多个激光器可以沿所述目标空间的竖直方向排列，适于发射多个激光束，所述多个激光器可以同时发射激光束或者非同时发射激光束。

在一些实施例中，所述激光雷达11可以是多线激光雷达，适于通过旋转对所述目标空间进行逐列扫描。

在一些实施例中，所述图像采集装置12可以是摄像头或相机，且适于以卷帘快门的模式进行逐行或者逐列曝光，这里所述的“行”和“列”采用的是本领域技术人员对图像的行和列的习惯性定义，即所述行可以是一帧图像的长边方向，所述列可以是一帧图像的短边方向。通常提到的以卷帘快门模式进行逐行曝光是指沿所述目标空间的水平方向进行逐行曝光。由于本实施例中，所述激光雷达11扫描的列方向为所述目标空间的竖直方向，因此为了满足所述激光雷达11的扫描的列方向和所述图像采集装置12的曝光的行方向平行，可以将所述图像采集装置12转置，事实上是将所述图像采集装置12中的图像传感器转置90°，此时成像仍为正向，但是所述图像传感器处理数据的方向由行变成了列，即所述图像采集装置12的曝光顺序由逐行曝光转变为逐列曝光。

在一些实施例中，为了保证所述激光雷达11与所述图像采集装置12采集数据的同步，还可以进一步地设置所述激光雷达11逐列扫描的角速度与所述图像采集装置12的逐列曝光的角速度相同，即所述激光雷达11逐列扫描的角速度的大小和方向均与所述图像采集装置12逐列曝光的角速度的大小和方向相同。其中，所述激光雷达11逐列扫描的角速度为所述激光雷达11沿其旋转方向扫描的角速度，所述图像采集装置12逐列曝光的角速度为将所述图像采集装置12的卷帘快门平移速度映射到所述目标空间获得的曝光角速度。所述卷帘快门平移速度是指所述卷帘快门的曝光列的平移速度。

为了方便理解，下面结合参考图2，对所述图像采集装置12的卷帘快门平移速度与所述图像采集装置12对所述目标空间逐列曝光的角速度的映射关系加以说明。

参考图2，图2是本发明一个实施例的图像采集装置12的曝光模式的示意图。

在一些实施例中，所述图像采集装置12可以是摄像头或相机，所述图像采集装置12适于以卷帘快门的模式进行逐列曝光。所述图像采集装置12可以包括图像传感器121(后视图)和镜头122，所述图像传感器121包括像素阵列，图2中标注了像素原点O(0,0)的位置，这里可以将x轴方向定义为像素阵列的行方向，y轴方向定义为像素阵列的列方向，则所述图像传感器121适于沿y轴方向处理每列像素数据，沿x轴方向平移其处理的像素列。具体地，所述图像传感器121可以沿y轴同时处理任一列的像素数据。所述镜头122可以为透镜。

根据透镜成像原理，目标空间中的任一目标物16通过所述镜头122可以呈现倒立的实像16'。需要说明的是，图2以一个平面图反映的是所述图像采集装置12与所述目标物16之间的空间映射关系。当所述图像传感器121沿A'点像素至B'点像素方向平移其处理的像素列时，所述像素列的平移速度通过所述镜头122的光心P映射到目标空间中实质上对应的是一个角速度，即在所述图像传感器121处理的像素列由A'点平移到B'点的时间t内，所述图像采集装置12完成了目标空间α角度的逐列曝光。因此，所述图像采集装置12对所述目标空间进行逐列曝光的角速度大小为ω＝α/t。根据所述图像采集装置12的成像原理，可以将所述图像采集装置12对所述目标空间逐列曝光的角速度的大小定义为所述镜头122沿所述卷帘快门平移方向(即x轴方向)的视场角与所述图像传感器121的卷帘快门扫过一帧图像所需时间的比值。因此，为了保证所述图像采集装置12逐列曝光的角速度与所述激光雷达11逐列扫描的角速度的匹配，可以通过镜头122的选择和所述图像传感器121处理数据的速率的设置来实现。

此外，由图2可知，所述图像采集装置12沿所述目标空间任一维度的曝光顺序与所述图像传感器121沿该维度处理数据的顺序相反。例如，所述图像传感器121沿像素阵列的B'点至C'点(y轴正方向)依次处理数据，则通过所述镜头122映射到目标空间，对所述目标物16的曝光顺序为由B点至C点(y轴负方向)；所述图像传感器121沿像素阵列的A'点至B'点(x轴正方向)依次处理数据，则通过所述镜头122映射到目标空间，对所述目标物16的曝光顺序为由A点至B点(x轴负方向)。因此，为了使所述图像采集装置12与所述激光雷达11的采集数据的方向一致，可以通过设置所述图像传感器121处理数据的方向实现。具体地，所述图像传感器121处理数据的列方向与所述激光雷达11扫描的列方向平行，但所述图像传感器121处理数据的列方向既可以沿y轴正方向，也可以沿y轴负方向。

由上可知，通过配置所述激光雷达11的扫描参数和图像采集装置12的曝光参数，使得所述激光雷达11与所述图像采集装置12在所述目标空间的纵向上采集数据的方向一致(即所述激光雷达11扫描的列方向与所述图像采集装置12曝光的列方向平行)，在横向上采集数据的方向和速率均一致(即所述激光雷达11逐列扫描的角速度与所述图像采集装置12逐列曝光的角速度相同)。在一些实施例中，可以进一步地设置所述激光雷达11和所述图像采集装置12于同一时刻在相同位置处开始采集数据(即采样起点相同)，则可以保证所述激光雷达11与所述图像采集装置12在任一时刻采集的是所述目标空间相同区域的数据，从而实现同步采集。

继续参考图1，在一些实施例中，所述控制装置13适于当所述激光雷达11扫描的列方向与所述图像采集装置12曝光的起始列的方向重合时，控制所述图像采集装置12开始曝光。

需要说明的是，本发明实施例的技术方案主要通过控制所述激光雷达11和所述图像采集装置12沿所述目标空间横向扫描的角速度之间的匹配实现同步采样，而对两种传感器沿所述目标空间纵向扫描的速率不作限制。例如当所述激光雷达11的分辨率小于所述图像采集装置12的分辨率时，所述激光雷达11扫描的所述目标空间的一列数据可以对应所述图像采集装置12采集的所述目标空间的多列数据，只要所述激光雷达11和所述图像采集装置12沿所述目标空间水平方向采集数据的角速度相同即可。

为使本领域技术人员更好地理解和实施本发明，本发明实施例还提供了另一种多传感器同步采样系统。

参考图3和图4，图3是本发明另一实施例的多传感器同步采样系统20的立体结构示意图，图4是本发明图3所示实施例的多传感器同步采样系统20的多个图像采集装置22的俯视图，所述多传感器同步采样系统20可以包括一个激光雷达21、多个图像采集装置22和控制装置(未示出)。

在一些实施例中，所述激光雷达21可以为多线激光雷达，所述激光雷达21适于对目标空间进行旋转扫描。具体地，所述激光雷达21可以包括接收器、驱动器以及多个激光器，所述多个激光器沿目标空间的竖直方向排列，适于发射多个激光束，所述接收器适于接收所述多个激光束的回波信号，所述驱动器适于驱动所述多个激光器和所述接收器旋转。具体地，所述驱动器可以包括电机，所述多个激光器和所述接收器可以设置于转动腔内或者旋转台上，且适于在所述电机的驱动下旋转。所述多个激光器可以排成一列或多列。

在一些实施例中，所述图像采集装置22可以为摄像头，所述摄像头的数目可以为四，所述四个摄像头22可以环绕所述激光雷达21的旋转轴设置、且设置于所述激光雷达21的下方。在其他实施例中，所述四个摄像头22也可以设置于所述激光雷达21的上方。

在一些实施例中，所述四个摄像头22可以分别具有不同的朝向，使得所述这四个摄像头22的视场覆盖所述目标空间的不同区域。任意相邻的两个摄像头22的水平视场可以相互交叠，使得所述4个摄像头22的水平视场角的集合覆盖所述4个摄像头22周围水平方向0°～360°的目标空间。

与前述实施例类似，为了实现所述激光雷达21和所述四个摄像头22同步采集数据，可以对所述激光雷达21的扫描参数和所述四个摄像头22的曝光参数作如下设置：所述激光雷达21适于对目标空间逐列扫描，所述四个摄像头22适于对所述目标空间逐列曝光，且所述述激光雷达21扫描的列方向与每个摄像头22曝光的列方向平行，例如可以均沿所述目标空间的竖直方向，所述激光雷达21沿所述目标空间水平方向扫描的角速度与每个摄像头22沿所述目标空间水平方向曝光的角速度相同。通过将所述摄像头22的图像传感器转置90度，可以实现所述摄像头22沿所述目标空间的竖直方向曝光。通过所述摄像头22的镜头选择和所述摄像头22的图像传感器的处理数据的速率配置，可以实现所述摄像头22沿所述目标空间水平方向曝光的角速度与所述激光雷达21沿所述目标空间水平方向扫描的角速度匹配。

为了方便理解所述控制装置对所述四个摄像头22的曝光时序的控制，下面以图5和图6为例，对所述四个摄像头22的曝光时序加以说明。

参考图5，图5是本发明一个实施例的四个摄像头22的视场角分布的示意图。以所述四个摄像头22的镜头光心所在平面为水平面，沿图5中逆时针方向排列的四个摄像头22在所述水平面上的视场角依次为0°至90°，90°至180°，180°至270°，270°至360°(0°)。所述四个摄像头22的曝光的列方向均垂直于所述水平面，每个摄像头22均沿所述水平面的逆时针方向逐列曝光，即位于I区的摄像头22的曝光起始列对应的方位角为0°，曝光终止列对应的方位角为90°，位于II区的摄像头22的曝光起始列对应的方位角为90°，曝光终止列对应的方位角为180°，位于III区的摄像头22的曝光起始列对应的方位角为180°，曝光终止列对应的方位角为270°，位于IV区的摄像头22的曝光起始列对应的方位角为270°，曝光终止列对应的方位角为360°(0°)，任意一个摄像头22的曝光起始列与相邻一侧的摄像头22的曝光终止列相接，且所述任意一个摄像头22的曝光终止列与相邻另一侧的摄像头22的曝光起始列相接。

所述控制装置适于当所述激光雷达21扫描的列方向与第一个(I区)摄像头22的曝光起始列的方向(即0°)重合时，控制所述第一个摄像头22开始曝光，当所述激光雷达21扫描的列方向与第二个(II区)摄像头22的曝光起始列的方向(即90°)重合时，控制所述第二个摄像头22开始曝光，当所述激光雷达21扫描的列方向与第三个(III区)摄像头22的曝光起始列的方向(即180°)重合时，控制所述第三个摄像头22开始曝光，当所述激光雷达21扫描的列方向与第四个(IV区)摄像头22的曝光起始列的方向(即270°)重合时，控制所述第四个摄像头22开始曝光。

在一些实施例中，所述控制装置包括角度获取模块和时钟模块，所述角度获取模块适于获取所述激光雷达21当前旋转扫描的方位角，所述时钟模块适于当所述角度获取模块获取的方位角与第i个所述摄像头22的曝光起始列对应的方位角的相同时，向所述第i个摄像头发送触发信号，控制所述第i个摄像头开始曝光，其中1≤i≤N。

参考图6，是本发明一个实施例的时钟模块发送的触发信号与第i个摄像头22的曝光时序图。

以所述第一个(即i＝1)摄像头22为例进行说明，在一些实施例中，所述时钟模块适于当所述角度获取模块获取的所述激光雷达21当前旋转扫描的方位角为0°时，向所述第一个(I区)摄像头22发送触发信号。

在另一些实施例中，所述时钟模块适于在所述角度获取模块获取的所述激光雷达21当前扫描的方位角为-n°(n＞0)时，向所述第一个(I区)摄像头22发送触发信号。因为由图6可知，所述摄像头22并非在接收到所述触发信号后立即开始曝光，在所述时钟模块发出所述触发信号与所述摄像头22的第一列开始曝光之间具有一定的时间间隔t1，因此为了保证所述激光雷达21扫描至0°时，所述第一个摄像头22同时开始曝光，可以根据所述时间间隔t1和所述激光雷达的扫描角速度ω设置所述时钟模块预先在-n°时向所述第一个摄像头22发出触发信号，例如n＝ω·t1。

需要说明的是，图6中仅示意性地示出了所述第i个摄像头22第一列至第四列的曝光时序，省略了其它列的曝光时序，本发明实施例对所述摄像头22的曝光列数不作限制。

在所述激光雷达21的一个扫描周期内，即完成所述水平面内的360°扫描，所述时钟模块发送的触发信号的次数取决于所述摄像头22的数目。

在一些实施例中，所述角度获取模块可以是旋转码盘，安装于旋转台或者转动腔内，适于获取所述激光雷达21当前旋转扫描的方位角。需要说明的是，所述角度获取模块不限于是旋转码盘，也可以是其他用于获取角度的传感器。

参考图7，是本发明另一实施例的四个摄像头22的视场角分布的示意图。本实施例与图5所示实施例的区别仅在于所述四个摄像头22的视场角不同。具体地，沿图7所示平面的逆时针方向所述I、II、III、IV四个区的摄像头22在所述水平面上的视场角依次为0°至120°，90°至210°，180°至300°，270°至360°(0°)，其中任意相邻的两个摄像头22的视场角重合30°，所述第一个(I区)摄像头22和所述第二个(II区)摄像头22的视场角在90°至120°范围内重合，所述第二摄像头22和所述第三个(III区)摄像头22的视场角在180°至210°范围内重合，所述第三个摄像头和所述第四个(IV区)摄像头22的视场角在270°至300°范围内重合，所述第四个摄像头22和所述第一个摄像头22的视场角在0°(360°)至30°范围内重合。

本实施例中，所述控制装置的时钟模块适于在角度获取模块获取的所述激光雷达21当前旋转扫描的方位角为0°时，控制所述第一个(I区)摄像头22开始曝光，当角度获取模块获取的所述激光雷达21当前旋转扫描的方位角为90°时，控制所述第二个(II区)摄像头22开始曝光，当角度获取模块获取的所述激光雷达当前旋转扫描的方位角为180°时，控制所述第三个(III区)摄像头22开始曝光，当角度获取模块获取的所述激光雷达21当前旋转扫描的方位角为270°时，控制所述第四个(IV区)摄像头22开始曝光。由此可见，图7所示实施例的控制装置控制所述四个摄像头22开始曝光对应的所述激光雷达21当前旋转扫描的方位角与图5所示的实施例相同，即在所述多传感器同步采样系统所包含的摄像头22的数目及激光雷达21旋转扫描的角速度一定的情况下，相邻摄像头22之间视场角的重叠不影响所述控制装置向所述多个摄像头22发送触发信号的时序。

上述实施例以所述多传感器同步采样装置包括四个摄像头22为例进行说明，本领域技术人员能够理解，所述多传感器同步采样装置也可以包括两个、三个、或五个等其它数目的摄像头。相邻的两个摄像头沿所述目标空间水平方向的视场角可以有重叠的区域，当所述摄像头的数目较少时，可以采用广角摄像头。

假设所述多个图像采集装置22的数目为N，N为大于等于2的正整数，则所述控制装置适于当所述激光雷达21扫描的列方向与第i个图像采集装置22的曝光起始列的方向重合时，控制所述第i个图像采集装置22开始曝光，其中1≤i≤N。

在一些实施例中，所述多传感器同步采样系统20还包括数据融合模块，所述数据融合模块适于将所述激光雷达21采集的三维点云数据与所述多个图像采集装置22采集的二维图像数据进行融合。所述数据融合模块采用的数据融合算法可以参照现有技术中的一些融合算法，此处不再赘述。

需要说明的是，所述控制装置可以包括第一控制装置和第二控制装置，所述第一控制装置适于控制所述激光雷达21发射检测激光束以对目标空间进行旋转式逐列扫描，所述第二控制装置适于控制所述图像采集装置22以逐列曝光的方式采集其视场内的目标空间的二维图像数据。所述第一控制装置和所述第二控制装置可以集成于同一模块也可以分立地设置于不同的模块，只要能够实现相应的控制功能即可。

还需要说明的是，本发明实施例的所述多传感器同步采样系统也可以仅包括一个激光雷达和一个图像采集装置，可以采用与前述实施例相同或相似的方法配置所述激光雷达的扫描参数和所述图像采集装置的曝光参数，实现两个传感器数据采集的同步。此时只需对所述激光雷达在特定空间范围内获取的三维点云数据与所述一个图像采集装置获取的二维图像数据进行数据融合即可，所述特定空间范围即为所述一个图像采集装置的视场角覆盖的目标空间区域。

本发明实施例还提供一种车辆，所述车辆包括本发明上述实施例的多传感器同步采样系统，所述多传感器同步采样系统可以安装在所述车辆本体上，适于探测所述车辆周围的目标空间中的障碍物的信息。

在一些实施例中，所述多传感器同步采样系统可以安装在所述车辆顶部。所述障碍物的信息可以包括所述障碍物的距离、速度或方位等信息。

在一些实施例中，所述多传感器同步采样系统包括一个激光雷达和四个摄像头。具体地，所述激光雷达可以为多线激光雷达，所述四个摄像头可以为黑白摄像头、或者彩色摄像头、或者黑白摄像头与彩色摄像头的任意组合。所述四个摄像头的视场可以分别覆盖所述车辆的前方、后方、左方和右方区域。

本发明实施例还提供一种本发明上述实施例的多传感器同步采样系统的控制方法。参考图8，是本发明一个实施例的多传感器同步采样系统的控制方法的流程图，所述控制方法包括以下步骤：S11，控制所述激光雷达以预设频率进行旋转扫描；S13，实时地获取所述激光雷达旋转扫描的方位角；S15，当所获取的激光雷达旋转扫描的方位角与所述第i个图像采集装置的曝光起始列对应的方位角相同时，控制所述第i个图像采集装置开始曝光，其中1≤i≤N，N为所述多个图像采集装置的数目，且N为大于等于2的正整数。

在一些实施例中，所述激光雷达每转动θ角，所述控制装置向所述激光雷达发送一次触发信号，控制所述激光雷达扫描一次，则所述激光雷达每旋转一周得到360/θ个三维阵列数据。

在另一些实施例中，也可以每隔时间t，所述控制装置向所述激光雷达发送一次触发信号，控制所述激光雷达扫描一次，假设所述激光雷达的旋转周期为T，则所述激光雷达每旋转一周得到T/t个三维阵列数据。

在一些实施例中，可以通过旋转码盘等角度获取装置实时地获取所述激光雷达旋转扫描的方位角。

在另一些实施例中，也可以当所获取的激光雷达旋转扫描的方位角与所述第i个图像采集装置的曝光起始列对应的方位角相差-n°(n＞0)时，向所述第i个图像采集装置发送触发信号，控制所述第i个图像采集装置开始曝光，n＝ω·t1，其中，ω为所述激光雷达旋转扫描的角速度，t1(如图6所示)为向所述第i个图像采集装置发送触发信号与所述第i个图像采集装置开始第一列曝光之间的时间间隔。

综上所述，本发明实施例的多传感器同步采样系统集成激光雷达和图像采集装置两种传感器于一体，通过控制装置控制所述激光雷达和所述图像采集装置同步地采集数据，有利于实现多传感器之间的数据融合，能够保障所述同步采样系统获取的数据和信息的准确性和可靠性，从而优化所述多传感器同步采样系统在无人驾驶等领域的应用。

进一步地，本发明实施例通过配置激光雷达的扫描参数和图像采集装置的曝光参数，实现二者数据采集的同步。一方面，所述激光雷达适于对所述目标空间进行逐列扫描，所述图像采集装置适于对其视场内的目标空间进行逐列曝光，所述激光雷达扫描的列方向与所述图像采集装置曝光的列方向平行，从而保证所述激光雷达与所述图像采集装置沿所述目标空间的纵向采集数据方向的一致。另一方面，所述激光雷达逐列扫描的角速度与所述图像采集装置逐列曝光的角速度相同，从而保证所述激光雷达与所述图像采集装置沿所述目标空间横向采集数据的方向和速率的匹配。

进一步地，所述控制装置适于当所述激光雷达扫描的列方向与所述图像采集装置曝光的起始列的方向重合时，控制所述图像采集装置开始曝光，从而保证了所述激光雷达和所述图像采集装置同步采集数据的起点相同，又由于二者沿所述目标空间纵向采集数据的方向平行、沿横向采集数据的角速度相同，从而实现了所述激光雷达与所述图像采集装置在任一时刻采集的是相同区域的数据。

进一步地，所述多传感器同步采样系统包括一个激光雷达和多个图像采集装置，所述多个图像采集装置环绕所述激光雷达的旋转轴设置，且位于所述激光雷达的上方或下方，即所述激光雷达和所述多个图像采集装置同轴设置，以实现所述激光雷达和所述多个图像采集装置的视场角重合。

进一步地，任意相邻的两个图像采集装置的水平视场相互交叠，所述多个图像采集装置的水平视场角的集合覆盖所述多个图像采集装置周围水平方向0°～360°的目标空间，能够在所述目标空间较大范围内实现所述激光雷达和多个图像采集装置的数据同步，满足实际应用场景的需求。

本发明实施例还提供一种车辆，所述车辆包括车辆本体和所述多传感器同步采样系统，所述多传感器同步采样系统集成激光雷达与图像采集装置两种传感器于一体，且两种传感器能够同步地采样数据，所述多传感器同步采样系统采集数据的准确性得以提高，进而提高所述车辆行驶的安全性。

本发明实施例还提供一种所述多传感器同步采样系统的控制方法，所述控制方法能够实现所述激光雷达和所述图像采集装置于同一时刻在相同位置处开始扫描。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (17)

1.一种多传感器同步采样系统，其特征在于，包括：

激光雷达，适于以激光作为检测光源对目标空间进行扫描，以获取所述目标空间的三维点云数据；

至少一个图像采集装置，所述图像采集装置适于采集其视场内的目标空间的二维图像数据；以及

控制装置，适于控制所述激光雷达和所述图像采集装置同步地采集数据。

2.如权利要求1所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，所述激光雷达适于对所述目标空间进行逐列扫描，所述图像采集装置适于对其视场内的目标空间进行逐列曝光，且所述激光雷达扫描的列方向与所述图像采集装置曝光的列方向平行。

3.如权利要求2所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，所述激光雷达适于通过旋转对所述目标空间进行逐列扫描，所述图像采集装置适于以卷帘快门的模式对所述目标空间进行逐列曝光，所述激光雷达逐列扫描的角速度与所述图像采集装置逐列曝光的角速度相同；

其中，所述激光雷达逐列扫描的角速度为所述激光雷达沿其旋转方向扫描的角速度，所述图像采集装置逐列曝光的角速度为将所述图像采集装置的卷帘快门平移速度映射到所述目标空间获得的曝光角速度。

4.如权利要求3所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，所述图像采集装置包括图像传感器和镜头，所述图像传感器适于逐列地处理数据，且所述图像传感器处理数据的列方向与所述激光雷达扫描的列方向平行；

所述镜头为透镜，所述图像采集装置沿所述目标空间任一维度的曝光顺序与所述图像传感器沿该维度处理数据的顺序相反，且所述图像采集装置对所述目标空间逐列曝光的角速度的大小为所述镜头沿所述卷帘快门平移方向的视场角与所述图像传感器的卷帘快门扫过一帧图像所需时间的比值。

5.如权利要求3或4所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，所述控制装置适于当所述激光雷达扫描的列方向与所述图像采集装置曝光的起始列的方向重合时，控制所述图像采集装置开始曝光。

6.如权利要求5所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，所述多传感器同步采样系统包括一个激光雷达和多个图像采集装置，所述多个图像采集装置环绕所述激光雷达的旋转轴设置、且位于所述激光雷达的上方或下方。

7.如权利要求6所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，任意相邻的两个图像采集装置的水平视场相互交叠，所述多个图像采集装置的水平视场角的集合覆盖所述多个图像采集装置周围水平方向0°～360°的目标空间。

8.如权利要求6所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，所述激光雷达扫描的列方向与每个图像采集装置曝光的列方向平行，且所述激光雷达逐列扫描的角速度与每个图像采集装置对所述目标空间逐列曝光的角速度相同。

9.如权利要求8所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，所述多个图像采集装置的数目为N，N为大于等于2的正整数；

所述控制装置适于当所述激光雷达扫描的列方向与第i个图像采集装置的曝光起始列的方向重合时，控制所述第i个图像采集装置开始曝光，其中1≤i≤N。

10.如权利要求9所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，所述控制装置包括角度获取模块和时钟模块，所述角度获取模块适于获取所述激光雷达当前旋转扫描的方位角，所述时钟模块适于当所述角度获取模块获取的方位角与所述第i个图像采集装置的曝光起始列对应的方位角相同时，向所述第i个图像采集装置发送触发信号，控制所述第i个图像采集装置开始曝光。

11.如权利要求1所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，所述激光雷达为多线激光雷达。

12.如权利要求1所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，所述激光雷达包括接收器、驱动器以及多个激光器；

其中，所述多个激光器沿所述目标空间的竖直方向排列，适于发射多个激光束，所述接收器适于接收所述多个激光束的回波信号，所述驱动器适于驱动所述多个激光器和所述接收器旋转。

13.如权利要求1所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，所述图像采集装置包括摄像头或相机。

14.如权利要求1所述的多传感器同步采样系统，其特征在于，还包括数据融合模块，所述数据融合模块适于将所述激光雷达采集的三维点云数据与所述图像采集装置采集的二维图像数据进行融合。

15.一种车辆，其特征在于，包括：车辆本体、以及根据权利要求1至14任一项所述的多传感器同步采样系统，所述多传感器同步采样系统安装在所述车辆本体上，适于探测所述车辆周围的目标空间中的障碍物的信息。

16.如权利要求15所述的车辆，其特征在于，所述多传感器同步采样系统包括一个激光雷达和四个摄像头，所述四个摄像头的视场分别覆盖所述车辆的前方、后方、左方和右方区域。

17.一种如权利要求10所述的多传感器同步采样系统的控制方法，其特征在于，包括：

控制所述激光雷达以预设频率进行旋转扫描；

实时地获取所述激光雷达旋转扫描的方位角；

当所获取的激光雷达旋转扫描的方位角与所述第i个图像采集装置的曝光起始列对应的方位角相同时，控制所述第i个图像采集装置开始曝光。