CN109444855B - 激光雷达及其扫描方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达技术领域，公开一种激光雷达及其分辨率自适应调节方法。该激光雷达包括壳体、激光测距单元、旋转扫描单元、角度测量单元和控制及信号处理单元；激光测距单元用于通过激光光束测定目标物体的目标距离值，并将目标距离值发送给控制及信号处理单元；旋转扫描单元用于改变激光光束的传播方向，以使得激光光路能够扫描目标物体；角度测量单元能够与旋转扫描单元同轴旋转，用于确定旋转扫描单元的当前角度位置；控制及信号处理单元用于获取旋转扫描单元的当前角度位置信息和对应的目标距离值，以及根据旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率。

Description

激光雷达及其扫描方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及激光雷达及其扫描方法。

背景技术

激光雷达是利用激光探测目标的距离、角度和速度等特征量的雷达系统。由于激光雷达具有抗干扰能力强、角度分辨率高和探测精度高等优点，使其在机器人避障导航、无人驾驶、安防检测和地图测绘等方面得到越来越广泛的应用。

角度分辨率作为激光雷达的一项重要的性能指标，是指探测目标上的邻近两个激光点到激光发射器之间的连线所形成的夹角。角度分辨率决定了激光雷达的空间探测分辨能力和对探测目标的轮廓识别能力。在实际的应用中，人们往往需要针对不同的场景采用不同的角度分辨率进行探测，甚至针对同一场景的不同区域用不同角度分辨率进行探测，比如在需要更多空间细节的区域采用更高的角度分辨率，而对于不需要太多空间细节的区域采用较低的角度分辨率。因此，实现激光雷达能够根据同一应用场景的不同区域来自适应调节角度分辨率将会是一项重要的技术突破。

目前，机械式激光雷达产品的角度分辨率与旋转速度相关，比如Sick和Hoyuko的单线激光雷达的角度分辨率随着旋转速度增加而减小。还有一种激光雷达通过改变云台转速来改变角度分辨率，由于转速的改变存在加速或减速过程，难以在同一圈的扫描中针对不同区域或角度满足不同转速而实现不同角度分辨率的探测。还有一种激光雷达通过改变激光器与透镜的距离来改变激光束的散度实现可变分辨率激光雷达系统，由于该系统无法实现很高的透镜位置变化速度和位置精度，而不能解决以上问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了激光雷达及其扫描方法，以解决现有技术中激光雷达不能够根据同一应用场景的不同区域来自适应调节角度分辨率的问题。

本发明实施例第一方面提供了一种激光雷达，包括：壳体、激光测距单元、旋转扫描单元、角度测量单元和控制及信号处理单元；所述激光测距单元、旋转扫描单元、角度测量单元和控制及信号处理单元设置在所述壳体中；

所述激光测距单元，用于通过激光光束测定目标物体的目标距离值，并将所述距离值发送给所述控制及信号处理单元；

所述旋转扫描单元，用于改变激光光束的传播方向，以使得激光光路能够扫描所述目标物体；

所述角度测量单元，能够与所述旋转扫描单元同轴旋转，用于确定所述旋转扫描单元的当前角度位置；

所述控制及信号处理单元，用于获取所述旋转扫描单元的当前角度位置信息和对应的目标距离值，以及根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率。

可选的，所述激光测距单元包括：

激光发射模块，用于产生激光光束；

激光接收模块，用于接收所述激光发射模块产生的激光光束回波信号；

处理模块，用于处理所述回波信号，得出目标物体的目标距离值；

其中，所述激光光束通过所述旋转扫描单元和目标物体反射至所述激光接收模块。

可选的，所述旋转扫描单元包括：

电机，包括定子和转子；

反射镜，固定在电机的转子上；

其中，所述激光发射模块产生的激光光束通过所述反射镜射的第一反射面射向目标物体，经目标物体反射后射向反射镜，经反射镜的第二反射面射向所述激光接收模块。

可选的，所述角度测量单元包括：

光电码盘，固定在电机的转子上，且与电机的转子同轴，径向设置有多道通光缝；所述多道通光缝间隔一定距离呈圆环状；

光电组件，与所述壳体固定，包括光发射端和光接收端；光发射端生成光信号，通过通光缝射向光接收端；

角度编码器，与光接收端连接，用于根据光接收端接收到的光信号确定光电码盘的角度位置。

可选的，所述激光雷达还包括：上位机，与所述控制及信号处理单元通信连接，用于接收所述控制及信号处理单元发送的角度位置信息和/或距离值，以及生成目标物体的点云图并显示该点云图。

本发明实施例第二方面提供了一种激光雷达扫描方法，包括：

控制及信号处理单元控制旋转扫描单元转动，并通过角度测量单元获取所述旋转扫描单元的角度位置；

所述控制及信号处理单元控制激光测距单元探测所述旋转扫描单元旋转预设角度对应的目标物体的目标距离值；

所述控制及信号处理单元根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率。

可选的，所述激光雷达扫描方法还包括：

控制及信号处理单元控制旋转扫描单元转动，通过角度测量单元获取所述旋转扫描单元的多个角度位置和对应的时间点，并根据角度位置和时间点判断所述旋转扫描单元是否是匀速转动，若是则执行所述控制及信号处理单元控制旋转扫描单元转动，并通过角度测量单元获取所述旋转扫描单元的角度位置的步骤。

可选的，所述控制及信号处理单元根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率，包括：

根据目标距离值的大小调整当前角度分辨率，当前角度分辨率β_r＝(N-[N*R_t/R_m])*β_d，其中N为整数，且N<β_d/α，β_d为光电码盘的默认角度分辨率，R_m为最大探测距离极限，α为激光光束发散角，[]为取整运算符。

可选的，所述控制及信号处理单元根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率，包括：

根据角度位置信息调整当前角度分辨率，当前角度分辨率β_r为

β_r＝([2N*A_t/A_m]+1)*β_d，0≤A_t<A_m/2

β_r＝([2N*(A_m-A_t)/A_m]+1)*β_d，A_m/2≤A_t<A_m

其中，N为整数，满足N<β_d/α，β_d为光电码盘的默认角度分辨率，A_m为最大角度范围，α为激光光束发散角，A_m/2的角度位置为激光雷达正前方，[]为取整运算符。

可选的，所述控制及信号处理单元根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率，包括：

根据角度位置信息和目标距离值调整当前角度分辨率，当前的角度分辨率βr为

β_r＝([N*A_t/A_m]-[N/2*ΔR/R_m]+N/2+1)*β_d，0≤A_t<A_m/2

βr＝([N*(A_m-A_t)/A_m]-[N/2*ΔR/R_m]+N/2+1)*β_d，A_m/2≤A_t<A_m

其中，N为整数，满足N<β_d/α，β_d为光电码盘的默认角度分辨率，R_m为最大探测距离极限，ΔR为上一周的前一角度所对应的距离与当前角度所对应的距离之差，A_m为最大角度范围，α为激光光束发散角，A_m/2的角度位置为激光雷达正前方，[]为取整运算符。

可选的，所述调整当前角度分辨率，包括：

将光电码盘相邻的明线和暗线区域相对于转轴成的夹角θ所对应的时间长度T₀均分为N份；其中N为整数，且N<θ/α，α为激光光束发散角；

控制及信号处理单元在时刻T₁＝n*T₀/N时，控制激光测距单元进行探测，每次探测通过调整n改变角度分辨率来实现快速变化的角度分辨率探测；其中n为整数，且n≤N。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例，控制及信号处理单元控制激光测距单元以默认角度分辨率开始探测，控制及信号处理单元接收旋转扫描单元旋转预设角度的角度位置信息和目标距离值，控制及信号处理单元根据旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率。本发明实施例，通过根据旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值来调整当前角度分辨率，能够针对不同应用需求来实现相应的自适应探测，优化激光雷达整机探测性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图2是本发明又一实施例提供的激光雷达的结构示意图

图3是本发明实施例提供的光电码盘的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的将光电码盘角度分辨率提高到原来的N倍进行探测的时序图；

图5是本发明实施例提供的将光电码盘角度分辨率提高到原来的6倍进行探测的时序图；

图6是本发明实施例提供的激光雷达以默认角度分辨率进行探测的示意图；

图7是本发明实施例提供的激光雷达以默认角度分辨率进行探测的点云图；

图8是本发明实施例提供的根据角度位置信息进行自适应角度分辨率探测场景的示意图；

图9是本发明实施例提供的根据角度位置信息进行自适应角度分辨率探测场景的点云图；

图10是本发明实施例提供的根据目标距离值进行自适应角度分辨率探测场景的示意图；

图11是本发明实施例提供的根据目标距离值进行自适应角度分辨率探测场景的点云图；

图12是本发明实施例提供的根据角度位置信息和目标距离值进行自适应角度分辨率探测场景的示意图；

图13是本发明实施例提供的根据角度位置信息和目标距离值进行自适应角度分辨率探测场景的点云图；

图14是本发明实施例提供的激光雷达扫描方法的流程图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本发明实施例提供的激光雷达的结构示意图，参见图1，该激光雷达可以包括壳体(图未示)、激光测距单元101、旋转扫描单元102、角度测量单元103和控制及信号处理单元104；所述激光测距单元101、旋转扫描单元102、角度测量单元103和控制及信号处理单元104设置在所述壳体中。

所述激光测距单元101，用于通过激光光束测定目标物体的目标距离值，并将所述目标距离值发送给所述控制及信号处理单元104。所述旋转扫描单元102，用于改变激光光束的传播方向，以使得激光光束能够扫描所述目标物体。所述角度测量单元103，能够与所述旋转扫描单元102同轴旋转，用于确定所述旋转扫描单102元的当前角度位置。所述控制及信号处理单元104，用于获取所述旋转扫描单元102的当前角度位置信息和对应的目标距离值，以及根据所述旋转扫描单元102之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率。

上述激光雷达，控制及信号处理单元104控制激光测距单元101以默认角度分辨率开始探测，控制及信号处理单元104接收旋转扫描单元102旋转预设角度的角度位置信息和目标距离值，控制及信号处理单元104根据旋转扫描单元102之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率。

本发明实施例，通过根据旋转扫描单元102之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值来调整当前角度分辨率，能够针对不同应用需求来实现相应的自适应探测，优化激光雷达整机探测性能，一定程度上解决实际应用中的角度分辨率性能指标冗余或不足问题。

参见图2，一个实施例中，激光测距单元101可以包括激光发射模块210、激光接收模块211和处理模块212。

激光发射模块210用于产生激光光束；激光接收模块211用于接收所述激光发射模块210产生的激光光束的回波信号；处理模块212用于处理所述回波信号，得出目标物体的目标距离值；其中，所述激光光束通过所述旋转扫描单元102和目标物体反射至所述激光接收模块212，得到激光光束的回波信号。

参见图2，一个实施例中，所述旋转扫描单元102可以包括电机220和反射镜222。电机220包括定子(图未示)和转子221可以固定在壳体10中，反射镜222固定在电机220的转子221上。其中，电机220的转子221转动，能够带动反射镜222转动；反射镜222设置有第一反射面2221和第二反射面2222；所述激光发射模块210产生的激光光束通过所述反射镜射222的第一反射面反射后通过透镜106射向目标物体，经目标物体反射后通过透镜106射向反射镜222的第二反射面，经反射镜222的第二反射面射向所述激光接收模块211。第一反射面2221和第二反射面2222可以呈如图2中所示的具有一定夹角的形状。

参见图2，一个实施例中，所述角度测量单元103可以包括光电码盘230、光电组件231和角度编码器232。

光电码盘230固定在电机220的转子221上，且与电机220的转子221同轴，且径向设置有多道通光缝；所述多道通光缝间隔一定距离呈圆环状；光电组件231可以相对于所述壳体10固定，包括光发射端和光接收端；光发射端生成光信号，通过通光缝射向光接收端；角度编码器232与光接收端连接，用于根据光接收端接收到的光信号确定光电码盘230的角度位置。

示例性的，参见图3，光电码盘230可以整体为圆盘状，该光电码盘230的默认角度分辨率β_d由沿着光电码盘230边缘均匀间隔分布的明线区域31或暗线区域32相对于圆心O所对应角度值所决定。其中，角度测量单元103可以以明线区域31和暗线区域32之间的交界30作为其探测的角度值。

控制及信号处理单元104调整当前角度分辨率的方法，包括：

将光电码盘230相邻的明线区域31和暗线区域32相对于转轴成的夹角θ所对应的时间长度T₀均分为N份；其中N为正整数，且N<θ/α，α为激光光束发散角；

控制及信号处理单元104在时刻T₁＝n*T₀/N时，控制激光测距单元101进行探测，每次探测通过调整n改变角度分辨率来实现快速变化的角度分辨率探测；其中n为整数，且n≤N。

参见图4，图4为将光电码盘230角度分辨率提高到原来的N倍进行探测的时序图，N为正整数。参见图5，图5为将光电码盘230角度分辨率提高到原来的6倍进行探测的时序图。图4和图5中，最上面的时序曲线为光电码盘光信号的时序曲线，中间的时序曲线为激光发射模块210发射的激光光束信号的时序曲线，最下面的时序曲线为激光接收模块211发射的激光光束的回波信号的时序曲线。

本发明实施例，通过在时域上均匀划分光电码盘230的上一个明线区域31和暗线区域32所对应的时间间隔实现更高角度分辨率的探测，使得能够在不提高码光电盘角度230分辨率的情况下实现高角度分辨率探测，从而降低机械加工精度要求，更容易实现且成本更低。

参见图1和图2，一个实施例中，所述激光雷达还可以包括上位机105，上位机105与所述控制及信号处理单元104通信连接，用于接收所述控制及信号处理单元104发送的角度位置信息和/或目标距离值，以及生成目标物体的点云图并显示该点云图。

作为一种可实现方式，控制及信号处理单元104根据所述旋转扫描单元102之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率，其实现方法可以包括：

根据角度位置信息调整当前角度分辨率，当前角度分辨率β_r为

β_r＝([2N*A_t/A_m]+1)*β_d，0≤A_t<A_m/2

β_r＝([2N*(A_m-A_t)/A_m]+1)*β_d，A_m/2≤A_t<A_m

其中，N为整数，满足N<β_d/α，β_d为光电码盘的默认角度分辨率，A_m为最大角度范围，α为激光光束发散角，A_m/2的角度位置为激光雷达正前方，[]为取整运算符。

参见图6和图7，图6为激光雷达以默认角度分辨率进行探测的示意图，图7为激光雷达以默认角度分辨率进行探测的点云图。如果激光雷达50仅采用固定或默认角度分辨率对周围的场景51进行扫描探测，则不能针对同一场景的重要区域以不同角度分辨率进行扫描探测，使得点云图无法适时识别重要区域的边界特征，而无法满足导致安防、避障和导航应用要求。对于避障应用而言，图6中的重要区域是激光雷达正前方即三角箭头所指示的圆弧区域，但是图7的点云图不能识别处于较近位置的圆弧区域可能是一个障碍，而认为远处的直线区域才是雷达的障碍，使得避障应用存在失败的风险。

参见图8和图9，图8为激光雷达根据角度位置信息进行自适应角度分辨率探测场景的示意图，图9为激光雷达根据角度位置信息进行自适应角度分辨率探测场景的点云图。图8的激光雷达60自适应角度分辨率探测场景61是根据角度信息进行的，离激光雷达正前方的角度越近则角度分辨率越高。角度分辨率根据角度信息划分为三个等级：激光雷达60的正前方区域的角度分辨率最高，其侧向区域的角度分辨率中等，而其后方区域的角度分辨率最低，为默认角度分辨率。图9中的点云图显示出激光雷达正前方的更多轮廓细节。根据角度信息获得的自适应角度分辨率探测场景适合于机器人避障应用场景。

作为另一种可实现方式，控制及信号处理单元104根据所述旋转扫描单元102之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率，其实现方法可以为：

根据目标距离值的大小调整当前角度分辨率，当前角度分辨率β_r＝(N-[N*R_t/R_m])*β_d，其中N为整数，且N<β_d/α，β_d为光电码盘的默认角度分辨率，R_m为最大探测距离极限，α为激光光束发散角，[]为取整运算符。

参见图10和图11，图10为激光雷达根据目标距离值进行自适应角度分辨率探测场景的示意图，图11为激光雷达根据目标距离值进行自适应角度分辨率探测场景的点云图。图10的激光雷达70自适应角度分辨率探测场景71是根据距离值进行的，离激光雷达70的距离越远则角度分辨率越高，该角度分辨率根据距离值划分为两个等级。图11中的点云图示出场景更多细节，适合应用于场景建图领域。

作为又一种可实现方式，控制及信号处理单元104根据所述旋转扫描单元102之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率，其实现方法可以包括：

根据角度位置信息和目标距离值调整当前角度分辨率，当前的角度分辨率βr为

β_r＝([N*A_t/A_m]-[N/2*ΔR/R_m]+N/2+1)*β_d，0≤A_t<A_m/2

βr＝([N*(A_m-A_t)/A_m]-[N/2*ΔR/R_m]+N/2+1)*β_d，A_m/2≤A_t<A_m

其中，N为整数，满足N<β_d/α，β_d为光电码盘的默认角度分辨率，R_m为最大探测距离极限，ΔR为上一周的前一角度所对应的距离与当前角度所对应的距离之差，A_m为最大角度范围，α为激光光束发散角，A_m/2的角度位置为激光雷达正前方，[]为取整运算符。

参见图12和图13，图12为激光雷达根据角度位置信息和目标距离值进行自适应角度分辨率探测场景的示意图，图13为激光雷达根据角度位置信息和目标距离值进行自适应角度分辨率探测场景的点云图。图12的激光雷达80自适应角度分辨率探测场景81是根据角度信息和距离值进行的，越接近激光雷达80正前方的角度则角度分辨率越高，并且相邻两个角度的距离差越大则角度分辨率越高，该角度分辨率根据角度信息和距离值划分为三个等级。图13中的点云图示出雷达正前方不同物体轮廓的更多细节，适合应用于障碍物识别探测。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种激光雷达扫描方法。参见图2，对该激光雷达扫描方法详述如下：

S101，控制及信号处理单元控制旋转扫描单元转动，并通过角度测量单元获取所述旋转扫描单元的角度位置。

其中，在S101之前，该激光雷达扫描方法还可以包括：

S100，控制及信号处理单元控制旋转扫描单元转动，通过角度测量单元获取所述旋转扫描单元的多个角度位置和对应的时间点，并根据多个角度位置和对应的时间点判断所述旋转扫描单元是否匀速转动；若所述旋转扫描单元匀速转动，则执行S101，否则继续执行S100。

S102，所述控制及信号处理单元控制激光测距单元探测所述旋转扫描单元旋转预设角度对应的目标物体的目标距离值。

S103，所述控制及信号处理单元根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率。

作为一种可实施方式，所述控制及信号处理单元根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率，包括：

根据目标距离值的大小调整当前角度分辨率，当前角度分辨率β_r＝(N-[N*R_t/R_m])*β_d，其中N为整数，且N<β_d/α，β_d为光电码盘的默认角度分辨率，R_m为最大探测距离极限，α为激光光束发散角，[]为取整运算符。

作为一种可实施方式，所述控制及信号处理单元根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率，包括：

根据角度位置信息调整当前角度分辨率，当前角度分辨率β_r为

β_r＝([2N*A_t/A_m]+1)*β_d，0≤At<A_m/2

β_r＝([2N*(A_m-A_t)/A_m]+1)*β_d，A_m/2≤A_t<A_m

其中，N为整数，满足N<β_d/α，β_d为光电码盘的默认角度分辨率，A_m为最大角度范围，α为激光光束发散角，A_m/2的角度位置为激光雷达正前方，[]为取整运算符。

作为一种可实施方式，所述控制及信号处理单元根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率，包括：

根据角度位置信息和目标距离值调整当前角度分辨率，当前的角度分辨率βr为

β_r＝([N*A_t/A_m]-[N/2*ΔR/R_m]+N/2+1)*β_d，0≤A_t<A_m/2

βr＝([N*(A_m-A_t)/A_m]-[N/2*ΔR/R_m]+N/2+1)*β_d，A_m/2≤A_t<A_m

其中，N为整数，满足N<β_d/α，β_d为光电码盘的默认角度分辨率，R_m为最大探测距离极限，ΔR为上一周的前一角度所对应的距离与当前角度所对应的距离之差，A_m为最大角度范围，α为激光光束发散角，A_m/2的角度位置为激光雷达正前方，[]为取整运算符。

作为一种可实施方式，所述调整当前角度分辨率，包括：

将光电码盘相邻的明线和暗线区域相对于转轴成的夹角θ所对应的时间长度T₀均分为N份；其中N为整数，且N<θ/α和T₀/N>T_m，α为激光光束发散角，T_m为激光测距系统每次探测所用的最长时间；

控制及信号处理单元在时刻T₁＝n*T₀/N时，控制激光测距单元进行探测，每次探测通过调整n改变角度分辨率来实现快速变化的角度分辨率探测；其中n为整数，且n≤N。

本实施例中，通过在时域上均匀划分光电码盘230的上一个明线区域31和暗线区域32所对应的时间间隔实现更高角度分辨率的探测，使得能够在不提高码光电盘角度230分辨率的情况下实现高角度分辨率探测，从而降低机械加工精度要求，更容易实现且成本更低。

上述激光雷达，控制及信号处理单元控制激光测距单元以默认角度分辨率开始探测，控制及信号处理单元接收旋转扫描单元旋转预设角度的角度位置信息和目标距离值，控制及信号处理单元根据旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率。

本发明实施例，通过根据旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值来调整当前角度分辨率，能够针对不同应用需求来实现相应的自适应探测，优化激光雷达整机探测性能，一定程度上解决实际应用中的角度分辨率性能指标冗余或不足问题。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括壳体、激光测距单元、旋转扫描单元、角度测量单元和控制及信号处理单元；所述激光测距单元、旋转扫描单元、角度测量单元和控制及信号处理单元设置在所述壳体中；

所述激光测距单元，用于通过激光光束测定目标物体的目标距离值，并将所述距离值发送给所述控制及信号处理单元；

所述旋转扫描单元，用于改变激光光束的传播方向，以使得激光光路能够扫描所述目标物体；

所述角度测量单元，能够与所述旋转扫描单元同轴旋转，用于确定所述旋转扫描单元的当前角度位置；

所述控制及信号处理单元，用于获取所述旋转扫描单元的当前角度位置信息和对应的目标距离值，以及根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率；

所述控制及信号处理单元用于根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率，其实现方法包括：

根据目标距离值的大小调整当前角度分辨率，当前角度分辨率β_r＝(N-[N*R_t/R_m])*β_d；

根据角度位置信息调整当前角度分辨率，当前角度分辨率β_r为

β_r＝([2N*A_t/A_m]+1)*β_d，0≤A_t<A_m/2

β_r＝([2N*(A_m-A_t)/A_m]+1)*β_d，A_m/2≤A_t<A_m；

根据角度位置信息和目标距离值调整当前角度分辨率，当前的角度分辨率β_r为

β_r＝([N*A_t/A_m]-[N/2*ΔR/R_m]+N/2+1)*β_d，0≤A_t<A_m/2

β_r＝([N*(A_m-A_t)/A_m]-[N/2*ΔR/R_n]+N/2+1)*β_d，A_m/2≤A_t<A_m；

其中N为整数，且N<β_d/α，β_d为光电码盘的默认角度分辨率，α为激光光束发散角，[]为取整运算符，R_m为最大探测距离极限，A_m为最大角度范围，A_m/2的角度位置为激光雷达正前方，ΔR为上一周的前一角度所对应的距离与当前角度所对应的距离之差。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光测距单元包括：

激光发射模块，用于产生激光光束；

激光接收模块，用于接收所述激光发射模块产生的激光光束的回波信号；

处理模块，用于处理所述回波信号，得出目标物体的目标距离值；

其中，所述激光光束通过所述旋转扫描单元和目标物体反射至所述激光接收模块。

3.如权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述旋转扫描单元包括：

电机，包括定子和转子；

反射镜，固定在电机的转子上；

其中，所述激光发射模块产生的激光光束通过所述反射镜射的第一反射面射向目标物体，经目标物体反射后射向反射镜，经反射镜的第二反射面射向所述激光接收模块。

4.如权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述角度测量单元包括：

光电码盘，固定在电机的转子上，且与电机的转子同轴，径向设置有多道通光缝；所述多道通光缝间隔一定距离呈圆环状；

光电组件，与所述壳体固定，包括光发射端和光接收端；光发射端生成光信号，通过通光缝射向光接收端；

角度编码器，与光接收端连接，用于根据光接收端接收到的光信号确定光电码盘的角度位置。

5.如权利要求1至4任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括：上位机，与所述控制及信号处理单元通信连接，用于接收所述控制及信号处理单元发送的角度位置信息和/或目标距离值，以及生成目标物体的点云图并显示该点云图。

6.一种激光雷达扫描方法，其特征在于，包括：

控制及信号处理单元控制旋转扫描单元转动，并通过角度测量单元获取所述旋转扫描单元的角度位置；

所述控制及信号处理单元控制激光测距单元探测所述旋转扫描单元旋转预设角度对应的目标物体的目标距离值；

所述控制及信号处理单元根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率；

所述控制及信号处理单元根据所述旋转扫描单元之前旋转预设角度对应的角度位置信息和/或目标距离值，调整当前角度分辨率，包括：

根据目标距离值的大小调整当前角度分辨率，当前角度分辨率β_r＝(N-[N*R_t/R_m])*β_d；

根据角度位置信息调整当前角度分辨率，当前角度分辨率β_r为

β_r＝([2N*A_t/A_m]+1)*β_d，0≤A_t<A_m/2

β_r＝([2N*(A_m-A_t)/A_m]+1)*β_d，A_m/2≤A_t<A_m；

根据角度位置信息和目标距离值调整当前角度分辨率，当前的角度分辨率β_r为

β_r＝([N*A_t/A_m]-[N/2*ΔR/R_m]+N/2+1)*β_d，0≤A_t<A_m/2

β_r＝([N*(A_m-A_t)/A_m]-[N/2*ΔR/R_m]+N/2+1)*β_d，A_m/2≤A_t<A_m；

其中N为整数，且N<β_d/α，β_d为光电码盘的默认角度分辨率，α为激光光束发散角，[]为取整运算符，R_m为最大探测距离极限，A_m为最大角度范围，A_m/2的角度位置为激光雷达正前方，ΔR为上一周的前一角度所对应的距离与当前角度所对应的距离之差。

7.如权利要求6所述的激光雷达扫描方法，其特征在于，在所述控制及信号处理单元控制旋转扫描单元转动，并通过角度测量单元获取所述旋转扫描单元的角度位置之前，还包括：

控制及信号处理单元控制旋转扫描单元转动，通过角度测量单元获取所述旋转扫描单元的多个角度位置和对应的时间点，并根据多个角度位置和对应的时间点判断所述旋转扫描单元是否匀速转动，若所述旋转扫描单元匀速转动，则执行所述控制及信号处理单元控制旋转扫描单元转动，并通过角度测量单元获取所述旋转扫描单元的角度位置的步骤。

8.如权利要求6至7任一项所述的激光雷达扫描方法，其特征在于，所述调整当前角度分辨率，包括：

将光电码盘相邻的明线和暗线区域相对于转轴成的夹角θ所对应的时间长度T₀均分为N份；其中N为整数，且N<θ/α，α为激光光束发散角；

控制及信号处理单元在时刻T₁＝n*T₀/N时，控制激光测距单元进行探测，每次探测通过调整n改变角度分辨率来实现快速变化的角度分辨率探测；其中n为整数，且n≤N。

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