一种激光雷达系统及相关测量方法
技术领域
本申请涉及激光测量技术领域,尤其是涉及一种激光雷达系统及相关测量方法。
背景技术
激光雷达系统是一种采用激光测距技术的扫描式传感器,其工作原理与一般的雷达系统类似,通过发射激光光束来探测目标,并通过搜集反射回来的光束来形成点云并获取数据,这些数据经光电处理后可生成为精确的三维立体图像。激光雷达系统已广泛应用于汽车自动驾驶、无人驾驶、定位导航、空间测绘、机器人等领域。
目前的激光雷达系统一般只支持测量与目标物体之间的距离信息。然而在无人驾驶等应用场景中,除距离信息之外,还需要结合目标物体的图像信息进行目标识别。目前的解决办法是用户在使用激光雷达系统时,通过相机额外测量图像信息。
然而,由于用户需要对相机和激光雷达系统进行标定,如果标定不准或者使用过程中激光雷达和相机之间的位置有所偏离,将会导致出现点云和图像不匹配的现象;此外,在使用时还需要对相机和激光雷达系统进行同步触发,如果任何一方出现不确定的延迟都会对测量结果造成影响。
发明内容
本申请解决的技术问题在于提供一种激光雷达系统及相关测量方法,不仅通过一种具体的光路设计实现同时测量目标物体的距离信息和图像信息,避免了标定、同步触发等过程造成的误差,而且结构简单、成本低、便于推广应用。
为此,本申请解决技术问题的技术方案是:
本申请提供了一种激光雷达系统,包括:发射端和接收端;
所述发射端包括:激光光源以及发射透镜;
所述接收端包括:接收透镜、第一滤光组件、成像模块以及光电接收模块;
其中,所述激光光源用于发射激光光束;所述发射透镜设置在所述激光光源的发射光路上,用于将所述激光光源发射的所述激光光束准直成平行光束后向目标物体发射;
所述接收透镜用于对所述目标物体的回波光束进行汇聚并输出汇聚光束,所述第一滤光组件设置在所述接收透镜和所述光电接收模块之间,用于对所述接收透镜输出的汇聚光束滤光后透射并输出透射光束,以及对所述汇聚光束进行反射输出反射光束,所述光电接收模块用于接收所述第一滤光组件输出的透射光束,所述成像模块用于接收所述第一滤光组件输出的反射光束。
可选的,所述发射端还包括:补偿光源;
所述补偿光源用于输出补偿光束以对所述成像模块的视场区域进行光补偿。
可选的,所述补偿光源设置在所述发射透镜的内侧,所述激光雷达系统还包括:第二滤光组件;
所述补偿光源用于向所述第二滤光组件输出补偿光束;
所述第二滤光组件设置在所述激光光源和所述发射透镜之间,用于对所述激光光源发射的所述激光光束滤光后透射并输出透射光束,以及对所述补偿光源输出的补偿光束进行反射并输出反射光束;所述第二滤光组件输出的透射光束和反射光束经所述发射透镜准直成平行光束后向目标物体发射。
可选的,所述补偿光源设置在所述发射透镜的外侧,向所述发射透镜的发射方向输出补偿光束。
可选的,所述补偿光源包括白光光源和/或彩色光源组合。
可选的,所述补偿光源包括匀光器件。
可选的,所述补偿光源中设置有调节组件,用于对所述补偿光源输出的光强度进行调节。
可选的,所述光电接收模块用于将所述光电接收模块接收的光信号转换成数字信号,并将所述数字信号输出至数据处理模块;
所述成像模块还用于根据接收的光信号获得所述目标物体的图像信息,并将所述图像信息输出至所述数据处理模块;
所述数据处理模块用于根据所述数字信号获得所述目标物体的距离信息,并对所述距离信息和所述图像信息进行数据匹配,获得所述目标物体的特征参数。
可选的,所述成像模块还包括:检测模块;
所述检测模块包括光敏电阻和光电转换器,用于获得环境光强信号,并将所述环境光强信号输出至阈值调整模块;
所述阈值调整模块根据所述环境光强信号,设置所述光电接收模块的回波信号阈值。
可选的,所述成像模块还包括:成像修正透镜,所述成像修正透镜用于矫正成像相差。
可选的,所述发射端和所述接收端并排设置,中间设置有隔光板。
本申请提供了一种测量方法,用于上述任一激光雷达系统中,所述方法包括:
所述激光光源发射激光光束;
所述发射透镜将所述激光光源发射的所述激光光束准直成平行光束后向目标物体发射;
所述接收透镜对所述目标物体的回波光束进行汇聚并输出汇聚光束;
第一滤光组件对所述接收透镜输出的汇聚光束滤光后透射并输出透射光束,以及对所述汇聚光束进行反射输出反射光束;
所述光电接收模块接收所述第一滤光组件输出的透射光束,将光信号转换成数字信号,并将所述数字信号输出至数据处理模块;
所述成像模块接收所述第一滤光组件输出的反射光束,获得所述目标物体的图像信息,并将所述图像信息输出至所述数据处理模块;
所述数据处理模块用于根据所述数字信号获得所述目标物体的距离信息,并对所述距离信息和所述图像信息进行数据匹配,获得所述目标物体的特征参数。
可选的,所述方法还包括:补偿光源输出补偿光束以对所述成像模块的视场区域进行光补偿。
通过上述技术方案可知,本申请实施例的激光雷达系统包括:发射端和接收端;其中,发射端包括:激光光源和发射透镜,接收端包括:接收透镜、第一滤光组件、成像模块以及光电接收模块。可见本申请实施例中通过设置成像模块,并通过接收透镜对视场区域内的目标物体进行拍摄。本申请实施例不仅通过一种具体的光路设计实现同时测量目标物体的距离信息和图像信息,其中图像信息可以具体为彩色图像信息,由于距离信息和图像信息是相互对应的,从而避免了标定、同步触发等过程,因此减少了误差;而且本申请实施例结构非常简单、成本低、便于推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例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申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本申请实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图;
图2为本申请实施例提供的一种测量方法的流程示意图。
具体实施方式
本申请解决的技术问题在于提供一种激光雷达系统及相关测量方法,不仅通过一种具体的光路设计实现同时测量目标物体的距离信息和图像信息,避免了标定、同步触发等过程造成的误差,而且结构简单、成本低、便于推广应用。
请参阅图1所示,本申请实施例提供了一种激光雷达系统,该激光雷达系统包括:发射端10和接收端20。
发射端10包括:激光光源11、发射透镜12以及补偿光源13。接收端20包括:接收透镜21、第一滤光组件22、成像模块23以及光电接收模块24。
其中,激光光源11可以为单一波长的激光发射器,或者可调谐多波长的激光发射器,例如红外激光器。激光光源11用于发射激光光束。
发射透镜12设置在激光光源11的发射光路上,用于将激光光源11发射的激光光束准直成平行光束后向目标物体发射。其中,发射透镜12可以为单个透镜,也可以为多个透镜构成的透镜组。
补偿光源13可以为白光光源,也可以为彩色光源组合,例如RGB(红绿蓝)光源组合。补偿光源13的主要作用是输出补偿光束以对成像模块23的视场区域进行光补偿,使得成像模块23能够接收更多的能量,减少曝光时间。补偿光源13中可以设置调节组件,通过软件或者硬件方式对输出的光强度进行调节。并且当不需要补偿光源时,可以调节补偿光源13的光强度为0,成像模块成为被动光源成像。另外,为使得成像模块23得到均匀的照明成像,补偿光源13可以设置为均匀光源,例如,具体可以通过数量较少的光源和匀光器件构成。其中,匀光器件包括衍射光学器件、匀光片等。在本申请实施例中,补偿光源13为一种可选的实施方式。
补偿光源13可以设置在发射透镜12的内侧,也可以设置在发射透镜12的外侧。图1示出的是,补偿光源13设置在发射透镜12的内侧,其中“内侧”指的是补偿光源13输出的补偿光束经过发射透镜12后发射到目标物体上。此时,激光雷达系统还包括:第二滤光组件14,第二滤光组件14具体可以为滤光片;第二滤光组件14设置在激光光源11和发射透镜12之间,补偿光源13向第二滤光组件14输出补偿光束。第二滤光组件14对激光光源11发射的激光光束进行滤光,例如使得红外激光器的光束透射,并对补偿光源13输出的补偿光束进行反射,第二滤光组件14输出的透射光束和反射光束经发射透镜12准直成平行光束后向目标物体发射。另外,当补偿光源13设置在发射透镜12的外侧时,其中“外侧”指的是补偿光源13输出的补偿光束直接发射至目标物体上,无需经过发射透镜12,此时可以进一步省略第二滤光组件14,由补偿光源13向发射透镜12的发射方向输出补偿光束。
接收透镜21用于对目标物体的回波光束进行汇聚并输出汇聚光束。其中,接收透镜21可以为单个透镜,也可以为多个透镜构成的透镜组。
第一滤光组件22设置在接收透镜21和光电接收模块24之间,对接收透镜21输出的汇聚光束进行滤光,例如使得红外激光器对应波长的光束透射,以及对汇聚光束进行反射。其中,第一滤光组件22和第二滤光组件14滤光的波长范围相同或者近似。
光电接收模块24用于接收第一滤光组件22输出的透射光束,成像模块23用于接收第一滤光组件22输出的反射光束。成像模块23可以为CCD/CMOS成像模块。其中,为了提高成像质量,还可以在成像模块23中设置成像修正透镜,成像修正透镜用于矫正成像相差,例如在CCD和第一滤光组件22之间增减透镜组。
其中,光电接收模块24可以将接收到的光信号转换成数字信号,并将数字信号输出至数据处理模块,该数字信号能够反映目标物体的距离信息。成像模块23可以根据接收的光信号获得目标物体的图像信息,并将图像信息输出至数据处理模块。数据处理模块用于根据数字信号获得目标物体的距离信息,并对距离信息和图像信息进行数据匹配,获得目标物体的特征参数。其中图像信息可以具体为彩色图像信息。
本申请实施例的具体工作过程包括:激光光源11发射激光光束,经过第二滤光组件14后,输出至发射透镜12,同时补偿光源13输出的补偿光束也会经过第二滤光组件14反射到发射透镜12上,以对成像模块23的视场区域进行光补偿。发射透镜12将接收到的光束准直成平行光束后,发射到目标物体上。目标物体的回波光束经过接收透镜21,透过第一滤光组件22后被光电接收模块24接收,同时回波光束的部分光束被第一滤光组件22反射至成像模块23。数据处理模块根据光电接收模块24和成像模块23接收的光信号,分别获得目标物体的距离信息和图像信息。
可见本申请实施例中通过在发射端10设置补偿光源13,能够对所述成像模块23的视场区域进行光补偿,并且在接收端20设置成像模块23,通过接收透镜21对视场区域内的目标物体进行拍摄。本申请实施例不仅通过一种具体的光路设计实现同时测量目标物体的距离信息和图像信息,其中图像信息可以具体为彩色图像信息。由于距离信息和图像信息是相互对应的,从而避免了标定、同步触发等过程,因此减少了误差;而且本申请实施例结构非常简单、成本低、便于推广应用。
本申请实施例中的发射端10和接收端20可以并排设置,例如水平分布或者垂直分布。并且发射端10和接收端20的中间可以设置有隔光板30。
本申请实施例中,成像模块23的另一个作用可以是采集激光雷达系统所处环境的光信号,根据该信号调节光电接收模块24的接收阈值,减少噪声点。
例如在阳光强烈的户外时,可以通过成像模块23采集的总光强,提高光电接收模块24的接收阈值;反之,在阴天时,降低光电接收模块24的接收阈值。具体实现时,成像模块还包括:检测模块(图中未示出);检测模块包括光敏电阻和光电转换器,用于获得环境光强信号(数字信号),将所述环境光强信号通过数据处理模块处理后反馈给阈值调整模块,所述阈值调整模块根据所述环境光强信号,设置所述光电接收模块24的接收阈值。
如图2所示,本申请实施例还提供了一种用于上述任一激光雷达系统的测量方法,包括:
201:激光光源11发射激光光束;
202:发射透镜12将激光光源11发射的激光光束准直成平行光束后向目标物体发射;
203:接收透镜21对目标物体的回波光束进行汇聚并输出汇聚光束;
204:第一滤光组件22对接收透镜21输出的汇聚光束滤光后透射并输出透射光束,以及对汇聚光束进行反射输出反射光束;
205:光电接收模块24接收第一滤光组件22输出的透射光束,将光信号转换成数字信号,并将数字信号输出至数据处理模块;
206:成像模块23接收第一滤光组件22输出的反射光束,获得目标物体的图像信息,并将图像信息输出至数据处理模块;
207:数据处理模块用于根据数字信号获得目标物体的距离信息,并对距离信息和图像信息进行数据匹配,获得目标物体的特征参数。
以上所述,以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,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申请各实施例技术方案的精神和范围。