CN110596729A - 激光扫描仪及自动驾驶汽车 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种激光扫描仪及自动驾驶汽车，涉及环境感知领域。该激光扫描仪包括图像采集装置、扫描探头和控制装置，其中：图像采集装置，包括N个图像采集单元，各图像采集单元围绕一轴线沿圆周分布，按照各图像采集单元的分布顺序对其由第1～第N依次编号；扫描探头，以第1个图像采集单元所在位置为初始位置绕轴线转动，并在扫描探头转动到第x个图像采集单元的位置时，其绕轴线转动的角度为θ，其中0°≤θ＜360°，1≤x≤N，且x为整数；控制装置，在扫描探头转动的夹角为θ的时刻控制第x个图像采集单元及扫描探头同时采集图像信息。本公开的激光扫描仪可降低数据融合难度，提高融合的数据的精确度。

Description

激光扫描仪及自动驾驶汽车

技术领域

本公开涉环境感知技术领域，具体而言，涉及一种激光扫描仪及自动驾驶汽车。

背景技术

随着无人驾驶汽车技术的发展，对环境感知技术的要求越来越高。环境感知技术主要通过感应装置和图像采集装置获取周边环境的图像信息及空间信息，通过对采集到的图像信息和空间信息进行融合，从而对行驶环境进行感知。

由于扫描装置和图像采集装置分别独立的采集数据，进而使得采集的数据在时间和空间上不同步，从而造成数据融合难度较大，且融合的数据精确度较低。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种激光扫描仪及自动驾驶汽车，可实现扫描探头扫描的数据与图像采集单元采集的数据在时间和空间上精准同步，从而降低数据融合难度，提高融合的数据的精确度。

根据本公开的一个方面，提供一种激光扫描仪，包括：

图像采集装置，包括N个图像采集单元，各所述图像采集单元围绕一轴线沿圆周分布，按照各所述图像采集单元的分布顺序对其由第1～第N依次编号；

扫描探头，以第1个图像采集单元所在位置为初始位置绕所述轴线转动，并在所述扫描探头转动到第x个图像采集单元的位置时，其绕所述轴线转动的角度为θ，其中0°≤θ＜360°，1≤x≤N，且x为整数；

控制装置，在所述扫描探头转动的夹角为θ的时刻控制所述第x个图像采集单元及所述扫描探头同时采集图像信息。

在本公开的一种示例性实施例中，各所述图像采集单元沿所述圆周均匀分布，所述扫描探头绕所述轴线匀速转动，且其转动一周的时间为T。

在本公开的一种示例性实施例中，在一个转动周期内所述探头转动的时间为时，所述控制装置控制所述第x个图像采集单元及所述扫描探头同时采集所述图像信息。

在本公开的一种示例性实施例中，所述图像采集单元的数量为4个，第1个图像采集单元的位置对应的角度θ为0°，第2个图像采集单元的位置对应的角度θ为90°，第3个图像采集单元的位置对应的角度θ为180°，第4个图像采集单元的位置对应的角度θ为270°。

在本公开的一种示例性实施例中，所述扫描仪还包括：

转轴，所述扫描探头与所述转轴固定连接，并能随所述转轴同步转动；

支撑平台，所述扫描探头设于所述支撑平台上，所述图像采集装置设于所述支撑平台远离所述扫描探头的一侧。

在本公开的一种示例性实施例中，所述激光扫描仪还包括：

驱动组件，用于驱动所述扫描探头绕所述轴线沿预设方向转动。

在本公开的一种示例性实施例中，所述控制装置包括：

定时组件，按照预设时间发出脉冲信号，以便根据所述脉冲信号控制所述驱动组件驱动所述轴线转动。

在本公开的一种示例性实施例中，所述预设时间包括多个转动周期。

在本公开的一种示例性实施例中，所述扫描探头转动一周的时间为100毫秒，所述控制装置每经过25毫秒发送一次触发信号，以便于控制所述图像采集单元采集所述图像信息。

在本公开的一种示例性实施例中，所述扫描探头包括至少一个激光传感器。

根据本公开的一个方面，提供一种自动驾驶汽车，包括上述任意一项所述的激光扫描仪。

本公开的激光扫描仪及自动驾驶汽车，由于扫描探头扫描的初始位置与第1个图像采集单元的位置相同，从而可保证初始时刻扫描探头扫描的视场与图像采集单元采集图像的视场相同，进而使得在扫描初始时刻采集的图像信息在时间和空间上严格同步；在扫描过程中，当扫描探头转动的角度为θ时，其转动至第x个图像采集单元的位置，且控制装置在扫描探头转动的夹角为θ的时刻控制第x个图像采集单元和扫描探头同时采集图像信息，进而可保证在同一时刻扫描探头在转动过程中采集的图像的视场与第x个图像采集单元采集的图像的视场保持一致，进而实现扫描探头扫描的数据与图像采集单元采集的数据在时间和空间上精准同步，从而降低数据融合难度，提高融合的数据的精确度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施方式激光扫描仪的俯视图。

图2为本公开实施方式激光扫描仪的侧视图。

图3为本公开实施方式激光扫描仪的原理图。

图4为本公开实施方式扫描探头的转动示意图。

图中：1、图像采集单元；2、扫描探头；3、支撑平台；4、控制装置；5、上位机。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。当某结构在其它结构“上”时，有可能是指某结构一体形成于其它结构上，或指某结构“直接”设置在其它结构上，或指某结构通过另一结构“间接”设置在其它结构上。

用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。

本公开实施方式提供了一种激光扫描仪，如图1-图3所示，该激光扫描仪可以包括图像采集装置、扫描探头2及控制装置4，其中：

图像采集装置可包括N个图像采集单元1，各图像采集单元1可围绕一轴线沿圆周分布，可按照各图像采集单元1的分布顺序对其由第1～第N依次编号。

扫描探头2可以第1个图像采集单元所在位置为初始位置绕轴线转动，并可在扫描探头2转动到第x个图像采集单元的位置时，其绕轴线转动的角度为θ，其中0°≤θ＜360°，1≤x≤N，且x为整数。

控制装置4可在扫描探头2转动的夹角为θ的时刻控制第x个图像采集单元及扫描探头2同时采集图像信息。

本公开的激光扫描仪及自动驾驶汽车，由于扫描探头2扫描的初始位置与第1个图像采集单元的位置相同，从而可保证初始时刻扫描探头2扫描的视场与图像采集单元1采集图像的视场相同，进而使得在扫描初始时刻采集的图像信息在时间和空间上严格同步；在扫描过程中，当扫描探头2转动的角度为θ时，其转动至第x个图像采集单元的位置，且控制装置4在扫描探头2转动的夹角为θ的时刻控制第x个图像采集单元和扫描探头2同时采集图像信息，进而可保证在同一时刻扫描探头2在转动过程中采集的图像的视场与第x个图像采集单元采集的图像的视场保持一致，进而实现扫描探头2扫描的数据与图像采集单元1采集的数据在时间和空间上精准同步，从而降低数据融合难度，提高融合的数据的精确度。

下面对本公开实施方式激光扫描仪的各部分进行详细说明：

图像采集装置可包括N个图像采集单元1，各图像采集单元1可围绕一轴线的外周间隔设置，且可围成一个圆形，并可沿该圆的周向分布，其可以均匀分布于该圆的外周，也可以非均匀的分布于该圆的外周在此不做特殊限定。各图像采集单元1可沿其围成的圆的径向方向向外采集图像。N可以是1、2、4、6、8、10或12，当然，N还可以是其他值，在此不做特殊限定。

可按照各图像采集单元1绕圆周分布的顺序对其由第1～第N依次编号，举例而言，可选定各图像采集单元1中任一图像采集单元1作为第1个图像采集单元，并可从第1个图像采集单元开始按照各图像采集单元1在圆周上以顺时针方向出现的顺序依次进行编号，即在顺时针方向上第1个图像采集单元之后出现的图像采集单元1为第2个图像采集单元，在顺时针方向上第2个图像采集单元之后出现的图像采集单元为第3个图像采集单元，在顺时针方向上第3个图像采集单元之后出现的图像采集单元1为第4个图像采集单元，在顺时针方向上第N-1个图像采集单元之后出现的图像采集单元1为第N个图像采集单元。

图像采集单元1可以是照相机，也可以是摄像机，还可以是其他可以采集图像的装置，在此不再一一列举。

扫描探头2可绕一轴线进行360°转动，该轴线可与各图像采集单元1环绕的轴线相重合，扫描探头2旋转的初始位置可以是第1个图像采集单元所在的位置，从而可保证在初始时刻扫描探头2扫描的视场与图像采集装置采集图像的视场相同，进而使得在扫描初始时刻采集的图像信息在时间和空间上严格同步。扫描探头2扫描的视场与图像采集单元1采集图像的视场相同是指扫描探头2和图像采集单元1捕捉到的最大范围相同，且捕捉到的图像信息一致。举例而言，扫描探头2可以包括至少一个激光传感器，其可以是激光雷达，可将向目标发射的探测信号与接收到的目标反射回来的信号(目标回波)进行比较，从而可获得目标的有关信息，该信息可以包括：目标距离、方位、高度、速度、姿态或形状等参数。

如图4所示，扫描探头2可从初始位置开始旋转，并在其转动到第x个图像采集单元的位置时，其绕轴线转动的角度可以为θ，、0°≤θ＜360°，1≤x≤N，且x为整数，举例而言，当N为4时，x可以是1、2、3或4。扫描探头2旋转一周的时间可为T，即：扫描探头2的转动周期为T，在一实施方式中，T可以是100毫秒，还可以是200毫秒、300毫秒、400毫秒或500毫秒，当然，T还可以是其他值，在此不做特殊限定。

在一实施方式中，扫描探头2可绕轴线匀速转动，相邻两个图像采集单元1与圆心围成的夹角可为且扫描探头2每经过个周期可与下一个图像采集单元1重合。

由于扫描探头2转动到第x个图像采集单元的位置时，其绕轴线转动的角度为θ，控制装置4可在扫描探头2转动的夹角为θ的时刻控制第x个图像采集单元及扫描探头2同时采集图像信息，从而可保证扫描探头2和图像采集单元1在同一时刻采集的视场相同，从而实现扫描探头2扫描的数据与图像采集单元1采集的数据在时间和空间上精准同步，从而降低数据融合难度，提高融合的数据的精确度。

举例而言，控制装置4在扫描探头2转动的角度为θ时控制装置4可向第x个图像采集单元发送触发信号，图像采集单元1接收到该触发信号后完成图像信息采集工作，且图像采集单元1可将采集到的图像信息实时控制装置4传输至上位机5。在一个转动周期内探头转动的时间为时，控制装置4可控制第x个图像采集单元及扫描探头2同时采集所述图像信息，并可将采集到的图像信息传输至上位机5，以便在时间和空间上对采集到的信息进行融合图像采集单元1扫描探头2。

本公开实时方式的激光扫描仪还可以包括转轴和支撑平台3，扫描探头2可与转轴固定连接，且可套设于转轴的外周，并能随转轴同步转动；转轴可以呈柱状结构，其可以是圆柱、棱柱或其他柱状结构，在此不做特殊限定，只要能带动扫描探头2转动即可。扫描探头可设于支撑平台3上，且图像采集装置可设于支撑平台3远离扫描探头2的一侧。支撑平台3可呈板状结构，其可以是圆形、椭圆形、矩形或不规则图形，在此不做特殊限定，其材料可以是透明材料，还可以是金属或不锈钢等，在此不做特殊限定。

本公开实施方式的激光扫描仪还可以包括驱动组件，可用于驱动轴线沿预设方向转动，举例而言，其可以是直线电机或其他可以驱动转轴转动的装置或设备，在此不再一一列举。

为了向扫描探头2提供稳定的脉冲信号，本公开实施方式的激光扫描仪还可以包括定时组件，该定时组件可按照预设时间发出脉冲信号，以便根据脉冲信号控制驱动组件驱动轴线转动。该预设时间可以包括多个转动周期，举例而言，其可以包括10个转动周期。定时组件可用于控制时间，其可以1毫秒中断一次，转动周期可以是100毫秒，预设时间可以是1000毫秒，定时组件可每经过1000次中断给扫描探头2发送一次秒脉冲。扫描探头2可进行相位锁控制，可将相位锁设置为0°，即可实现扫描探头2每次收到脉冲的时候刚好扫描探头2转动到0度。

在一实施方式中，图像采集单元1的数量为4个，扫描探头的转动周期为100毫秒，第1个图像采集单元的位置对应的θ可为0°，第2个图像采集单元的位置对应的角度θ可为90°，第3个图像采集单元的位置对应的角度θ可为180°，第4个图像采集单元的位置对应的角度θ可为270°。

当扫描探头2转动到0度时，即在每个周期开始的时刻，控制装置4同时给第1个图像采集单元发送一个同步触发信号；当扫描探头2转动到90°度时，此时处于每个周期开始后再加25毫秒，控制装置4同时给第2个图像采集单元发送一个同步触发信号。当扫描探头2转动到180°度时，此时处于每个周期开始后再加50毫秒，控制装置4同时给第3个图像采集单元发送一个同步触发信号。当扫描探头2转动到270°度时，此时处于每个周期开始后再加75毫秒，控制装置4同时给第4个图像采集单元发送一个同步触发信号，从而可保证扫描探头2在经过每个图像采集单元1的时候其采集的空间数据与图像采集单元1采集的图像信息相对应。

本公开实施方式还提供一种自动驾驶汽车，该自动驾驶汽车可以包括上述任一实施方式的激光扫描仪。激光扫描仪的结构以及有益效果可参考上述实施方式中的激光扫描仪，在此不再详述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (11)

1.一种激光扫描仪，其特征在于，包括：

图像采集装置，包括N个图像采集单元，各所述图像采集单元围绕一轴线沿圆周分布，按照各所述图像采集单元的分布顺序对其由第1～第N依次编号；

扫描探头，以第1个图像采集单元所在位置为初始位置绕所述轴线转动，并在所述扫描探头转动到第x个图像采集单元的位置时，其绕所述轴线转动的角度为θ，其中0°≤θ＜360°，1≤x≤N，且x为整数；

控制装置，在所述扫描探头转动的夹角为θ的时刻控制所述第x个图像采集单元及所述扫描探头同时采集图像信息。

2.根据权利要求1所述的扫描仪，其特征在于，各所述图像采集单元沿所述圆周均匀分布，所述扫描探头绕所述轴线匀速转动，且其转动一周的时间为T。

3.根据权利要求2所述的扫描仪，其特征在于，在一个转动周期内所述探头转动的时间为时，所述控制装置控制所述第x个图像采集单元及所述扫描探头同时采集所述图像信息。

4.根据权利要求1所述的扫描仪，其特征在于，所述图像采集单元的数量为4个，第1个图像采集单元的位置对应的角度θ为0°，第2个图像采集单元的位置对应的角度θ为90°，第3个图像采集单元的位置对应的角度θ为180°，第4个图像采集单元的位置对应的角度θ为270°。

5.根据权利要求1所述的扫描仪，其特征在于，所述扫描仪还包括：

转轴，所述扫描探头与所述转轴固定连接，并能随所述转轴同步转动；

支撑平台，所述扫描探头设于所述支撑平台上，所述图像采集装置设于所述支撑平台远离所述扫描探头的一侧。

6.根据权利要求1所述的扫描仪，其特征在于，所述激光扫描仪还包括：

驱动组件，用于驱动所述扫描探头绕所述轴线沿预设方向转动。

7.根据权利要求6所述的扫描仪，其特征在于，所述控制装置包括：

定时组件，按照预设时间发出脉冲信号，以便根据所述脉冲信号控制所述驱动组件驱动所述轴线转动。

8.根据权利要求7所述的扫描仪，其特征在于，所述预设时间包括多个转动周期。

9.根据权利要求2所述的扫描仪，其特征在于，所述扫描探头转动一周的时间为100毫秒，所述控制装置每经过25毫秒发送一次触发信号，以便于控制所述图像采集单元采集所述图像信息。

10.根据权利要求1所述的扫描仪，其特征在于，所述扫描探头包括至少一个激光传感器。

11.一种自动驾驶汽车，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的激光扫描仪。