CN110244317A - 激光雷达系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种激光雷达系统，该激光雷达系统包括：发射组件和接收组件，发射组件包括发射阵列；上述发射阵列用于发射出射激光，且上述出射激光呈360°分布；接收组件包括探测器和至少两个光学镜头；上述至少两个光学镜头的视场角度之和大于或等于360°，用于将接收到的反射激光会聚至上述探测器，如此，上述激光雷达系统通过发射阵列实现出射激光的360°发射，且通过光学镜头实现反射激光的360°接收，实现了激光雷达系统周围360°无盲区的探测，克服了传统激光雷达系统的探测视场角受限的问题，进而也扩大了激光雷达系统的应用场景。

Description

激光雷达系统
技术领域
本申请涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达系统。
背景技术
随着光学技术的发展和应用，涌现出多种以发射激光光束探测目标物体的位置、速度等特征量的激光雷达系统，且已被广泛应用于各种领域，例如，自动驾驶、测距系统、低飞目标的跟踪测量、武器制导、大气监测、测绘、预警、交通管理等领域。
目前，非扫描式的flash激光雷达系统因其具有结构简单、系统负载低、光机寿命长等优点被广泛应用，其基本工作原理是通过发射组件的发射阵列将出射激光一次性地照亮被探测的视场区域，接收组件的探测器同时接收探测视场内的所有反射激光并根据反射激光生成回波信号，从而通过分析回波信号得到视场区域内的探测信息。
然而，上述的flash激光雷达系统存在探测视场角有限，导致适应场景受限的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够有效提高激光雷达系统探测视场的激光雷达系统。
一种激光雷达系统，所述激光雷达系统包括：发射组件和接收组件；
所述发射组件包括发射阵列；所述发射阵列用于发射出射激光，且所述出射激光呈360°分布；
所述接收组件包括探测器和至少两个光学镜头；所述至少两个光学镜头的视场角度之和大于或等于360°，用于将接收到的反射激光会聚至所述探测器。
在其中一个实施例中，所述接收组件置于所述发射组件的上方或下方。
在其中一个实施例中，所述发射组件包括多个发射器线阵，所述发射器线阵沿纵向排列，并分布在圆柱面或棱柱面上。
在其中一个实施例中，所述发射器线阵的发射功率不全部相同。
在其中一个实施例中，所述发射器线阵的多个发射器沿纵向排列不均匀。
在其中一个实施例中，所述发射器线阵的多个激光器自上而下的排列为疏密疏。
在其中一个实施例中，所述发射器线阵的多个激光器的发射功率不全部相同。
在其中一个实施例中，所述发射器线阵的多个激光器为中间功率大、两端功率小。
在其中一个实施例中,多个所述发射器线阵发射的出射激光的方向不同。
在其中一个实施例中，所述发射组件的驱动电路为柔性电路板。
第二方面，一种激光雷达系统的控制方法，所述方法包括：
发射组件的发射阵列发射出射激光，所述出射激光呈360°分布；
接收组件的至少两个光学镜头将接收到的反射激光会聚至探测器，所述两个光学镜头的视场角度之和大于或等于360°。
本申请提供一种激光雷达系统，该激光雷达系统包括：发射组件和接收组件；上述发射组件包括发射阵列；上述发射阵列用于发射出射激光，且上述出射激光呈360°分布，上述接收组件包括探测器和至少两个光学镜头；上述至少两个光学镜头的视场角度之和大于或等于360°，用于将接收到的反射激光会聚至上述探测器，如此，上述激光雷达系统通过发射阵列实现出射激光的360°发射，且通过光学镜头实现反射激光的360°接收，实现了激光雷达系统周围360°无盲区的探测，克服了传统激光雷达系统的探测视场角受限的问题，进而也扩大了激光雷达系统的应用场景。
附图说明
图1为一个实施例提供的一种应用场景示意图；
图2为一个实施例提供的激光雷达系统的示意图；
图3为一个实施例提供的一种激光雷达系统的控制方法的流程图；
图4为一个实施例提供的一种计算机设备内部结构示意图。
附图说明：
100：发射组件；
200：接收组件；
101：发射器线阵；
201：探测器；
202：光学镜头；
203：滤光片。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的激光雷达系统，可以应用于如图1所示的应用环境中，其中，激光雷达系统可安装于车辆车顶上，作为近场补盲的激光雷达系统，车辆通过激光雷达系统探测周围环境，以使车辆能够根据探测到的物体信息(如：障碍物、路沿、行人、其他车辆、隔离带等)进行路径规划，通过运算可实现车辆的近场“无盲区”；其中，车辆可以是自动驾驶车辆、无人物流车辆等。
在一个实施例中，如图2所示，图2提供了一种激光雷达系统，上述激光雷达系统包括：发射组件100和接收组件200；上述发射组件100包括发射阵列；上述发射阵列用于发射出射激光，且上述出射激光呈360°分布；上述接收组件200包括探测器201和至少两个光学镜头202；上述至少两个光学镜头202的视场角度之和大于或等于360°，用于将接收到的反射激光会聚至上述探测器201。
具体地，本申请实施例中，发射阵列的光源类型可以是发光二极管(LightEmitting Diode，LED)、垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface EmittingLaser，VCSEL)、镭射二极管(Laser Diode,LD)等，发射阵列的光源发光方式可以根据不同的测距原理设置为脉冲式或连续式等，本申请实施例均不做具体限定；此外，发射阵列的个数和排列方式也不做具体限制，只需满足发射的出射激光呈360°分布即可。
其中，可通过发射组件的驱动电路实现对发射阵列的控制，例如，可通过调整驱动电路的驱动电流或驱动电压，以实现发射阵列的发射功率的变化，从而可以改变激光雷达系统的最远光子飞行距离，进而实现对动态范围内不同远近的目标物体的探测。其中，驱动电路的形状可与激光雷达系统的外型形状相适配，可选地，驱动电路的形状可呈圆柱形或棱柱形。
具体地，接收组件200包括探测器201和至少两个光学镜头202，其中，光学镜头202可以是广角镜头、普通镜头等，还可以根据不同类型的光学镜头设置不同数量的光学镜头，光学镜头的视场角度之和大于或等于360°，示例性地，光学镜头302可以是设置4个普通镜头，每个普通镜头的视场角度为90°，进而实现接收视场角度等于360°；光学镜头302可以是设置3个普通镜头，每个普通镜头的视场角度为150°，则光学镜头的视场角度之和为450°，进而通过对光学镜头的设置，也能实现接收视场角度等于360°。
其中，探测器201可根据测距原理的不同而不同，如基于直接脉冲飞行时间(DTOF)测距原理的方案，探测器201采用具有时间分辨能力的半导体阵列探测器，如集成时间数字转换器(TDC)的单光子雪崩二极管阵列(SPADs)或单光子光电倍增管(SIPM)等；如基于间接飞行时间测距(iTOF)或者鉴别相位的连续波测距(CW)等，探测器201则采用CCD、CMOS等可积分读取的半导体探测器阵列或集成度更高的TOF芯片。
可选地，接收组件200可置于发射组件100的上方，或者，接收组件200也可置于发射组件100的下方，本申请实施例不做具体限定。
上述实施例中提供的激光雷达系统包括：发射组件和接收组件，其中，上述发射组件包括发射阵列，发射阵列发射出射激光，且出射激光呈360°分布；接收组件包括探测器和至少两个光学镜头，上述至少两个光学镜头的视场角度之和大于或等于360°，用于将接收到的反射激光会聚至上述探测器，如此，上述激光雷达系统通过发射阵列实现出射激光的360°发射，且通过光学镜头实现反射激光的360°接收，实现了激光雷达系统周围360°无盲区的探测，克服了传统激光雷达系统的探测视场角受限的问题，进而也扩大了激光雷达系统的应用场景。
在上述实施例的基础上，作为一种可选地实施方式，继续参照图2，上述发射组件100包括多个发射器线阵101，上述发射器线阵101沿纵向排列，并分布在圆柱面或棱柱面上。
其中，发射器线阵101呈纵向分布。具体地，发射组件包括多个发射器线阵，每个发射器线阵的发射功率可以不完全相同，也可以完全相同，本申请实施例不做具体限定。
在其中一个实施例中，每个发射器线阵包括多个发射器，且每个发射器线阵的发射器沿纵向排列，并分布在圆柱面或棱柱面上。可选地，发射器线阵的多个发射器沿纵向排列均匀，也可以排列不均匀。示例性地，发射器线阵的多个激光器自上而下的排列方式为疏密疏。
在其中一个实施例中，发射器线阵的多个激光器的发射功率可以完全相同，也可以不全部相同。可选地，发射器线阵的多个激光器为中间功率大、两端功率小。
其中，发射器线阵的多个激光器类型可以相同，也可以采用不同类型的激光器，示例性地，可以在发射器线阵上下两端设置LED类型的光源，这是由于LED光空间分布比较弥漫，更适合于探测近场；而在同一发射器线阵的中间可以设置VCSEL类型的光源，由于VCSEL光能量较为集中，因此更适合于远场，如此，通过光源的设置，可以同时实现远场和近场的目标物体探测。
在其中一个实施例中，多个上述发射器线阵发射的出射激光的方向不同，通过多个上述发射器线阵发射的出射激光方向不同，可在一定程度上扩大发射组件的纵向视场角度范围；示例性的，部分发射器线阵的出射激光的方向斜向上，其余部分发射器线阵的出射激光的方向斜向下，通过两部分发射器线阵的出射激光在纵向上的拼接，能够扩大整个发射组件的出射激光在纵向覆盖的角度范围。
在上述实施例的基础上，作为一种可选地实施方式，上述发射组件的驱动电路为柔性电路板。其中，柔性电路板主要是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高可靠性、绝佳可挠性的印刷电路板，其多采用多层线路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。一般柔性电路板多采用多层线路板，其优点包括组装密度高、体积小、质量轻等。可选地，柔性电路板还可安装金属芯层，进而使驱动电路满足特殊热隔热等功能与需求。可选的，柔性电路板还可以设置电路屏蔽层或电磁屏蔽层。
上述实施例中，由于驱动电路为柔性电路板，可以将柔性电路板设置成圆柱形，发射器线阵分布在柔性电路板形成的圆柱面上，使发射器线阵的排列和出射方向能够平滑过渡；若采用普通电路板排列成棱柱形，发射器线阵分布在棱柱形的棱柱面上，位于侧棱两侧的发射器线阵分别位于两个侧面上，相应的发射器线阵的出射方向之间的夹角也较大，易造成该夹角区域内的物体漏检，出射激光呈360°全范围分布排列困难；而柔性电路板没有这些问题，柔性电路板上的发射器线阵依次排列，相邻的出射激光的出射方向夹角小，出射激光分布较为均匀，使出射激光呈360°完全覆盖激光雷达系统的周围区域，避免漏检。
在其中一个实施例中，光学镜头可以是两个广角镜头，两个广角镜头的视场角度之和大于或等于360°，覆盖激光雷达系统周围的360°全范围，通过360°全景成像技术，后期的点云数据及灰度成像信息经过数据处理、拼接后可以实现360°完整视野的呈现。无需多个发射组件和多个接收组件，进而可以减少激光雷达系统硬件结构的复杂度，也能减少数据计算量。
其中，360°全景技术就是一次性收录激光雷达系统周围的所有图像信息，其原理是依据仿生学，采用物理光学的球面镜透射加反射原理一次性将水平360°，垂直180°的信息成像，再通过计算进行转换，以人眼习惯的方式呈现出画面；上述广角镜头允许桶形畸变合理存在，除了画面中心的景物保持不变，其他本应水平或垂直的景物都发生了相应的变化，通过数据转换对图像进行坐标变换把畸变后的图像转化为适合于人眼的正常图像，从而得到360°角度范围内的点云及距离信息。
需要说明的是，光学镜头也可以是3个光学镜头、4个光学镜头等，本申请实施例不做具体限定，只需满足拼接后的视场角度能够覆盖360°即可。其中，对于广角镜头的边缘畸变，可以通过畸形矫正算法实现矫正，克服边缘畸变问题；而对于其他普通的光学镜头，则无需考虑边缘畸变，可增加相应的探测器即可实现。
继续参照图2，在上述实施例的基础上，作为一种可选的实施方式，所述接收组件还包括设置在上述光学镜头前方滤光片203；上述滤光片203用于对上述反射激光进行过滤后传输至上述光学镜头，具体的，接收组件还包括滤光片，滤光片设置在接收组件的前方，用于滤除传递给接收组件的返回光信号中的干扰光。
可选地，上述滤光片与上述驱动电路的中心轴之间的夹角大于或等于零、且小于预设阈值。其中，预设阈值可以根据实际滤光状况所设。
在本实施例中，接收组件还包括的滤光片，滤除了传递给接受组件的返回光信号中的干扰光，在一定程度上提高了激光接收系统接收的光信号的准确度，进而提高了获取的目标物体的信息的准确度。
结合上述实施例，可选的，本申请还提供了一种激光雷达系统的具体实施例，在该激光雷达系统中，包括发射组件和接收组件，具体地，发射组件包括发射阵列，发射阵列发射出射激光，使出射激光呈360°分布，反射激光经过滤光片传输至两个广角镜头，通过360°成像技术实现两个广角镜头的360°视场拼接，进而实现将反射激光聚集至探测器。
需要说明的是，在其中一个实施例中，通过上述激光雷达系统可实现360°全景探测，不仅可适用自动驾驶领域的近场补盲，解决对车辆行驶过程中固有的物理盲区的探测，提高了自动驾驶的可靠性；还可应用于自动化工业生产的机器人监控、物流车辆等，可以实现360°视场探测和监控。
在上述所有实施例的基础上，本申请还提供了一种激光雷达系统的控制方法，该方法应用于上述任一实施例所述的激光雷达系统。如图3所示，该方法包括：
S301，发射组件的发射阵列发射出射激光，所述出射激光呈360°分布。
S302，接收组件的至少两个光学镜头将接收到的反射激光会聚至探测器，所述两个光学镜头的视场角度之和大于或等于360°。
上述步骤S301-S302所述的激光雷达系统的控制方法对应前述图2实施例所述的激光雷达系统，具体解释说明参见图2实施例的说明内容，在此不做重复说明。
应该理解的是，虽然图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行。
本申请提供的激光雷达系统的方法，可以应用于如图4所示的计算机设备中。该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种激光雷达系统的控制方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
发射组件的发射阵列发射出射激光，所述出射激光呈360°分布；
接收组件的至少两个光学镜头将接收到的反射激光会聚至探测器，所述两个光学镜头的视场角度之和大于或等于360°。
上述实施例提供的一种计算机设备，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：
发射组件的发射阵列发射出射激光，所述出射激光呈360°分布；
接收组件的至少两个光学镜头将接收到的反射激光会聚至探测器，所述两个光学镜头的视场角度之和大于或等于360°。
上述实施例提供的一种计算机可读存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双倍数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上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)

1.一种激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达系统包括：发射组件和接收组件；
所述发射组件包括发射阵列；所述发射阵列用于发射出射激光，且所述出射激光呈360°分布；
所述接收组件包括探测器和至少两个光学镜头；所述至少两个光学镜头的视场角度之和大于或等于360°，用于将接收到的反射激光会聚至所述探测器。
2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述接收组件置于所述发射组件的上方或下方。
3.根据权利要求1或2所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射组件包括多个发射器线阵，所述发射器线阵沿纵向排列，并分布在圆柱面或棱柱面上。
4.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射器线阵的发射功率不全部相同。
5.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射器线阵的多个发射器沿纵向排列不均匀。
6.根据权利要求5所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射器线阵的多个激光器自上而下的排列为疏密疏。
7.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射器线阵的多个激光器的发射功率不全部相同。
8.根据权利要求7所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射器线阵的多个激光器为中间功率大、两端功率小。
9.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，多个所述发射器线阵发射的出射激光的方向不同。
10.根据权利要求1或2所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射组件的驱动电路为柔性电路板。
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