CN110749876B - 可用于激光雷达的校准方法以及装校结构 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种可用于激光雷达的校准方法，包括：步骤S101：提供一装校相机结构；步骤S102：将来自所述激光雷达的探测器的第一光束入射到所述成像镜头上，使所述激光雷达的探测器在所述图像传感器上成第一像；步骤S103：将来自所述激光雷达的激光发射器的第二光束入射到所述成像镜头上，使所述激光雷达的激光发射器在所述图像传感器上成第二像；步骤S104：根据所述第一像和所述第二像，调节所述探测器和/或所述激光发射器的位置，使得所述第一像和所述第二像的位置相互对应。

Description

可用于激光雷达的校准方法以及装校结构

技术领域

本公开涉及激光雷达技术领域，尤其是涉及一种可用于激光雷达的校准方法以及装校结构。

背景技术

激光雷达通常包括发射模组与接收模组两大部分。发射模组包括发射镜头、发射器件及驱动电路；接收模组包括接收镜头、接收器件及信号读出电路，发射镜头和接收镜头可分别独立或共用一组镜头。目前，多数激光雷达收发模组互相独立(如图1所示)，大体地，发射器件和发射镜头构成发射通道，接收器件和接收镜头构成接收通道，发射器件和接收器件分别置于发射镜头和接收镜头的焦平面上。激光雷达的校准需要将收发模组的接收光束与发射光束调校至互相平行(即瞄准无穷远处的同一物体)，或瞄准至(较近的)目标距离处的同一物体。

在进行收发模组校准时，一般采取的方案是：使预装配的整机对同一目标进行盲扫，通过接收端读取信号的强弱进行判断收发模组是否校准。或者，通过设置独立的扫描机构，首先在目标距离处扫描出接收端的视场范围，进行标记，再将发射端的光束调节到标记区域内，从而实现收发模组校准。

现有方案具有调节方向不明确、占用场地空间大、装校检测流程复杂、效率低等缺点。例如，在盲扫方案中，为了使调校好的收发模组瞄准目标物体，则需要具有与目标距离相当的长度空间(例如200m)，并且盲扫时，无法预先知道接收模组与发射模组的瞄准点，在调节过程中首先需要按照一定的扫描路径进行搜寻，没有明确的方向，在接收端采集到信号后才能够进行递归调节。再如，预先标记接收端视场的方案中，仍需要与目标距离相当的长度空间，并且在目标平面上足够大的区间内进行遍历扫描，才能够得到接收视场，从而完成标记，过程复杂并且低效。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

有鉴于现有技术中的至少一个缺陷，本申请提供一种可用于激光雷达的校准方法，包括：

步骤S101：提供一装校相机结构；

步骤S102：将来自所述激光雷达的探测器的预装位置处的第一光束入射到所述装校相机结构，使所述激光雷达的探测器在所述装校相机结构成第一像；

步骤S103：将来自所述激光雷达的激光发射器的预装位置处的第二光束入射到所述装校相机结构，使所述激光雷达的激光发射器在所述装校相机结构成第二像；

步骤S104：根据所述第一像和所述第二像，调节所述探测器和/或所述激光发射器的位置，使得所述第一像和所述第二像的位置相互对应。

根据本公开的一个方面，所述装校相机结构包括成像镜头与图像传感器，所述步骤S102包括：将来自所述激光雷达的探测器的预装位置处的第一光束入射到所述装校相机结构的成像镜头，使所述激光雷达的探测器在所述装校相机结构的图像传感器上成第一像；

所述步骤S103包括：将来自所述激光雷达的激光发射器的预装位置处的第二光束入射到所述装校相机结构的成像镜头，使所述激光雷达的激光发射器在所述装校相机结构的图像传感器上成第二像。

根据本公开的一个方面，所述装校相机结构还包括反射镜和分光片，所述第一光束和所述第二光束中的其中一组入射至所述反射镜，被所述反射镜反射至所述分光片上，并被所述分光片部分反射至所述成像镜头上；所述第一光束和所述第二光束中的另一组入射至所述分光片并被所述分光片部分透射到所述成像镜头上。

根据本公开的一个方面，所述的校准方法在步骤S101之前还包括：标定所述装校相机结构，使得所述反射镜与所述分光片相互平行。

根据本公开的一个方面，所述步骤S104包括：调节所述探测器和/或所述激光发射器的位置，使得所述第一像和所述第二像相互重合或具有相对目标距离。

根据本公开的一个方面，在进行所述步骤S102时，阻止所述激光发射器在所述图像传感器上成像；在进行所述步骤S103时，阻止所述探测器在所述图像传感器上成像。

根据本公开的一个方面，所述装校相机结构的成像镜头包括第一成像镜头与第二成像镜头，所述图像传感器包括第一图像传感器和第二图像传感器，其中来自所述激光雷达的探测器的所述第一光束和来自所述激光雷达的激光发射器的所述第二光束中的一组入射到所述第一成像镜头上，使所述探测器或激光发射器中的一个成像在所述第一图像传感器上，所述第一光束和所述第二光束中的另一组入射到所述第二成像镜头上，使所述激光发射器或探测器中的另一个成像在所述第二图像传感器上。

根据本公开的一个方面，所述的校准方法在步骤S101之前还包括通过以下步骤标定所述装校相机结构：

通过一平行光管系统，产生源自靶面的第三平行光束和第四平行光束，其中所述第三平行光束与第四平行光束相平行；

使所述第三平行光束入射到所述第一成像镜头，使所述第四平行光束入射到所述第二成像镜头上；

调整所述装校相机结构，使得所述靶面分别在所述第一图像传感器和所述第二图像传感器上所成的像的位置相互对应。

根据本公开的一个方面，所述调整所述装校相机结构的步骤包括：调节所述第一图像传感器和/或所述第二图像传感器的位置，使得所述靶面分别在所述第一图像传感器和所述第二图像传感器的中心位置上成像。

根据本公开的一个方面，所述步骤S102包括：使用光源照亮所述激光雷达的探测器，通过接收镜头对来自所述激光雷达的探测器的光束进行调制，产生所述第一光束；

所述步骤S103包括：使用光源照亮所述激光雷达的激光发射器，通过发射镜头对来自所述激光雷达的激光发射器的光束进行调制，产生所述第二光束。

根据本公开的一个方面，其中所述步骤S102还包括：采集所述第一像；

所述步骤S103还包括：采集所述第二像；

所述步骤S104还包括：通过图像识别，标定出所述第一像和第二像。

根据本公开的一个方面，其中所述第一光束为第一平行光束，第二光束为第二平行光束。

本公开还提供一种可用于激光雷达的装校结构，包括：

成像镜头，配置成可接收来自所述激光雷达的探测器的第一光束以及来自所述激光雷达的激光发射器的第二光束；

图像传感器，配置成可为所述激光雷达的探测器和所述激光雷达的激光发射器分别成第一像和第二像；和

图像处理装置，与所述图像传感器耦合，配置成可识别所述第一像和/或第二像的位置参数。

根据本公开的一个方面，所述的装校结构还包括反射镜和分光片，其中所述反射镜配置成可接收所述第一光束和第二光束中的一组的入射，并反射至所述分光片上，并被所述分光片部分反射到所述成像镜头上；所述第一光束和第二光束中的另一组入射至所述分光片上并被所述分光片部分透射到所述成像镜头上。

根据本公开的一个方面，所述反射镜与所述分光片相互平行。

根据本公开的一个方面，所述成像镜头包括第一成像镜头与第二成像镜头，所述图像传感器包括第一图像传感器和第二图像传感器，其中来自所述激光雷达的探测器的所述第一光束和来自所述激光雷达的激光发射器的所述第二光束中的一组入射到所述第一成像镜头上，使所述探测器或激光发射器中的一个成像在所述第一图像传感器上，所述第一光束和第二光束中的另一组入射到所述第二成像镜头上，使所述激光发射器或探测器中的另一个成像在所述第二图像传感器上。

根据本公开的一个方面，所述的装校结构还包括光源，所述光源配置成可照亮所述探测器和激光发射器，所述光源的波长与所述激光雷达的工作波长相同。

根据本公开的一个方面，所述激光雷达包括接收镜头和发射镜头，其中所述探测器位于所述接收镜头的焦平面处，从而对来自所述探测器的光束进行整形，产生所述第一光束；所述激光发射器位于所述发射镜头的焦平面处，从而对来自所述激光发射器的光束进行整形，产生所述第二光束。

根据本公开的一个方面，所述成像镜头与激光雷达的接收镜头和/或发射镜头相同，以消除畸变。

根据本公开的一个方面，所述第一光束为第一平行光束，第二光束为第二平行光束。

通过本公开的实施例的技术方案，能够在有限装校空间内，通过可视化的方法及装置对激光雷达的收发模组进行定量化的校准，并且具有以下优点中的至少一个：

1.通过分光合束的方式，使收发模组的焦面器件同时成像于一处，可目视检测收发模组的校准情况，具有直观的优点。

2.通过光学成像的原理，可将较长的目标对准距离缩短到很小的工作平台上，即，此装校方法所需的空间很小，仅需容纳待调校雷达、装校相机结构以及调校机构即可。

3.通过对所采集图像的数字化处理，可快速直接的校准收发模组。

附图说明

构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1示意性示出了相互独立的激光雷达收发模组；

图2示出了根据本公开一个实施例的一种可用于激光雷达的校准方法；

图3示出了根据本公开一个实施例的装校相机结构；

图4示出了根据本公开另一个实施例的装校相机结构；

图5示出了根据本公开另一个实施例的装校相机结构；

图6示出了使得探测器与激光发射器成像的光路图；

图7示出了相对目标距离的计算方式；

图8示出了标定装校相机结构的光路图；

图9示出了根据本公开一个实施例的激光雷达的校准方法；和

图10示出了根据本公开一个实施例的装校结构。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"，可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本申请的发明人发现，可以通过装校相机结构来实现激光雷达收发模组的校准。通过光学成像的方法对激光雷达发射模组和接收模组的焦面器件(发射器件以及接收器件)进行图像采集，并通过图像处理的方式计算发射器件以及接收器件在装校相机结构的成像系统中的像点坐标位置，随后对发射器件和/或接收器件分别在发射模组和/或接收模组的焦平面进行位置调节，来进行收发模组的校准，从而实现激光雷达的校准。以下参考附图详细描述。

图2示出了根据本公开一个实施例的一种可用于激光雷达的校准方法100。如图2所示，校准方法100包括：

在步骤S101：提供一装校相机结构，所述装校相机结构例如包括成像镜头与图像传感器。

图3示出了根据本公开一个实施例的装校相机结构10。如图3所示，装校相机结构10包括成像镜头11和图像传感器12。其中所述成像镜头11包括一个或多个透镜，用于接收入射光束，入射光束经过成像镜头11后会聚至所述图像传感器12上。所述图像传感器12例如包括CMOS或者CCD传感器，位于所述成像镜头11的焦平面上，从而对位于所述成像镜头11另一侧的激光雷达的发射器件和接收器件进行成像。

图4示出了根据本公开另一个优选实施例的装校相机结构。如图4所示，除了成像镜头11和图像传感器12，所述装校相机结构10还包括反射镜13和分光片14。其中，反射镜13用于接收第一光束L1，并将第一光束L1反射到所述分光片14上。分光片14例如为1:1分光片，对于特定波长的入射光，能够将50％的能量进行反射，允许50％的能量透射穿过。因此，第一光束L1被反射到所述分光片14上之后，50％的能量被二次反射，进而入射到所述装校相机结构10的成像镜头11，并经成像镜头11会聚至所述图像传感器12上。第二光束L2入射至所述分光片14上，并被所述分光片14部分透射(例如50％透射)至所述成像镜头11上，然后经成像镜头11后会聚至所述图像传感器12上。根据本公开的一个优选实施例，所述反射镜13平行于分光片14，并且均与所述成像镜头11的光轴方向成45度角；所述第一光束L1与第二光束L2相互平行，并且均平行于所述成像镜头11的光轴方向。

本领域技术人员容易理解，第一光束L1、第二光束L2有一定(较小的)发散角(即L1非完全平行光、L2非完全平行光)时，上述校准方法也可以执行。当第一光束L1为第一平行光束、第二光束L2为第二平行光束时，上述校准方法执行效果更好。

本领域技术人员名理解，所述分光片14的1:1的反射/透射比率仅是示意性的，不用于限制本公开的保护范围，也可以采用其他规格分光片。

图5示出了根据本公开另一个实施例的装校相机结构20。如图5所示，装校相机结构20同样包括成像镜头和图像传感器，其中与图3和4所示结构的不同之处在于，成像镜头包括第一成像镜头21-1和第二成像镜头21-2，图像传感器包括第一图像传感器22-1和第二图像传感器22-2，分别对应于所述第一成像镜头21-1和第二成像镜头21-2。第一图像传感器22-1例如位于第一成像镜头21-1的焦平面上，从而接收由所述第一成像镜头21-1会聚的来自激光雷达的发射器件或接收器件中一个的光束，并进行成像；第二图像传感器22-2例如位于第二成像镜头21-2的焦平面上，从而接收由所述第二成像镜头21-2会聚的来自激光雷达的发射器件或接收器件中另一个的光束，并进行成像。

在步骤S102：将来自所述激光雷达的探测器的预装位置处的第一光束入射到所述装校相机结构上，使所述激光雷达的探测器在所述装校相机结构上成第一像。例如将来自所述激光雷达的探测器的预装位置处的第一光束入射到所述装校相机结构的成像镜头，使所述激光雷达的探测器在图像传感器上成第一像。

在步骤S103：将来自所述激光雷达的激光发射器的预装位置处的第二光束入射到所述装校相机结构上，使所述激光雷达的激光发射器在所述装校相机结构上成第二像。例如将来自所述激光雷达的激光发射器的预装位置处的第二光束入射到所述装校相机结构的成像镜头，使所述激光雷达的激光发射器在所述装校相机结构的图像传感器上成第二像。

图6示出了步骤S102和S103的示意图。

使得激光雷达的探测器R和激光发射器E分别处于各自的预装位置处。如图6所示，第一光束L1来自于激光雷达的探测器R，第二光束L2来自激光雷达的激光发射器E。本领域技术人员容易理解，第一光束L1也可以来自于激光雷达的激光发射器E，第二光束L2也可以来自激光雷达的探测器R。

以第一光束L1为例，其入射到所述反射镜13上，被反射到所述分光片14，然后大约50％的能量被进一步反射到所述成像镜头11上，被成像镜头11会聚到所述图像传感器12上，从而所述激光雷达的探测器R在所述图像传感器12上成第一像。如图6所示，根据本公开的一个优选实施例，所述步骤S102包括：使用光源LS均匀照亮所述激光雷达的探测器R，通过接收镜头OR对来自所述激光雷达的探测器R的光束进行调制和整形，产生所述第一光束L1。照明光源的波长例如与激光雷达的工作波长相同。所述接收镜头OR例如是激光雷达的接收镜头。

如图6所示，第二光束L2来自于激光雷达的激光发射器E，入射到所述分光片14上，然后例如大约50％的能量透射穿过所述分光片14，入射到所述成像镜头11上，被成像镜头11会聚到所述图像传感器12上，从而所述激光雷达的发射器E在所述图像传感器12上成第二像。如图6所示，根据本公开的一个优选实施例，所述步骤S103包括：使用光源LS均匀照亮所述激光雷达的激光发射器E，通过发射镜头OE对来自所述激光雷达的激光发射器E的光束进行调制和整形，产生所述第二光束L2。所述发射镜头OE例如是激光雷达的发射镜头。

图6中使用了图4的装校相机结构10为例来说明步骤S102和S103。也可以使用图5所示的装校相机结构20来实施步骤S102和S103。在此情况下，可将来自激光雷达的探测器R的第一光束L1入射到所述第一成像镜头21-1上，经第一成像镜头21-1，所述探测器R在第一图像传感器22-1上成第一像；将来自激光发射器E的第二光束L2入射到所述第二成像镜头21-2上，经第二成像镜头21-2，所述激光发射器E在第二图像传感器22-2上成第二像。此处不再赘述。

虽然上面是以步骤S102、步骤S103的顺序进行的描述，但本领域技术人员容易理解，本公开的保护范围不限于步骤S102和S103的顺序，可以按照S102、S103的顺序进行，也可以按照S103、S102的顺序进行，也可以二者同时进行，这些都在本公开的保护范围内。

在步骤S104：根据所述第一像和所述第二像，调节所述探测器和/或所述激光发射器的位置，使得所述第一像和所述第二像的位置相互对应，可实现激光雷达的校准。根据采集的第一像和第二像的图像数据进行激光发射器及探测器的调校(例如分别在发射镜头OE和接收镜头OR的焦平面二维调节)，直至使激光发射器及探测器的像互相重合或具有相对目标距离。

在步骤S102和步骤S103中，激光雷达的探测器R在所述图像传感器12上成第一像，激光雷达的发射器E在所述图像传感器12上成第二像，通过动态地调节探测器R和激光发射器E的位置，使得第一像和第二像在图像传感器12上的位置相对应，即可确保激光雷达的发射模组和接收模组已校准。

例如在图6的光路图中，探测器R与发射器E均成像在同一个图像传感器12上。此时，调节探测器R和激光发射器E的位置，例如分别在发射镜头OE和接收镜头OR的焦平面二维调节，使得图像传感器12第一像和第二像相互重合。

另外，代替使得第一像和第二像相互重合，也可以使得第一像和第二像具有相对目标距离。本公开中，相对目标距离是指：根据激光雷达需要“瞄准至目标距离处的同一物体的要求”折算出的激光器和探测器的像之间的距离。相对目标距离的计算如图7所示。

例如，激光雷达发射镜头OE距目标的距离为d(即目标距离为d),发射镜头OE和接收镜头OR的轴间距为dA,f'为接收镜头OR的焦距，θ为接收镜头OR的光轴与接收镜头OR中心和目标的连线的夹角，则激光器及探测器的像的距离(即相对目标距离)为d',d'＝f'θ＝f'(dA/d)。其中上述参数d可以取值为激光雷达的测远目标距离。例如设计的激光雷达是远距离激光雷达，测远目标距离是200m，那么200m相对于透镜的焦距几十mm来说就相当于无穷远，d可以取值为200m或者无穷大；例如设计的激光雷达是近距离激光雷达，测远目标距离是数米，那么这个数米的测远目标就作为上面的参数d。

上面描述的是使用图4所示的装校相机结构进行校准。可替换的，在使用图5所示的装校相机结构进行校准时，例如，源自探测器R的第一光束L1通过第一成像镜头21-1入射到所述第一图像传感器22-1上，从而探测器R在第一图像传感器22-1上成第一像；源自激光发射器E的第二光束L2通过第二成像镜头21-2入射到所述第二图像传感器22-2上，从而激光发射器E在第二图像传感器22-2上第二像。在此情况下，调节所述探测器R和所述激光发射器E的位置，使得所述第一像在所述第一图像传感器22-1上的位置对应于所述第二像在所述第二图像传感器22-2上的位置，即可校准激光雷达的发射模组和接收模组。例如，调节所述探测器R和所述激光发射器E的位置，使得第一像和第二像分别位于所述第一图像传感器和第二图像传感器的中心位置上。另外，代替使得第一像和第二像具有相同的相对位置，也可以使得第一像和第二像具有相对目标距离。相对目标距离是指：根据激光雷达需要“瞄准至目标距离处的同一物体的要求”折算出的激光器和探测器的像和两个图像传感器中心之间的距离d'。所述相对目标距离d'与上文参考图7描述的相同。以图5的装校相机结构为例，在标定的时候，例如分别将来自平行光管的两个像调节至第一图像传感器和第二图像传感器的中心位置上(下文具体描述)，那么这里的d'就是第一像相对于第一图像传感器中心位置和第二像相对于第二图像传感器中心位置偏离的差值，例如第一像仍在第一图像传感器中心位置，第二像则偏离第二图像传感器中心位置为d'，这种情况下，第一像和第二像具有所述相对目标距离。

本领域技术人员容易理解，本申请中，“使得所述第一像和所述第二像的位置相互对应”包括多种情况，例如第一像与第二像是重合的，或者分别位于对应的图像传感器的相同位置上(例如均位于图像传感器的中心)，或者具有相对目标距离，这些都在本公开的保护范围内。

根据本公开的一个优选实施例，所述校准方法100还包括：在步骤S101之前，标定所述装校相机结构。例如对于图4所示的装校相机结构10，标定的目标是使得所述反射镜13与所述分光片14相互平行。根据本公开的一个优选实施例，可以通过平行光管系统，产生源自一靶面的第三平行光束和第四平行光束(第三平行光束与第四平行光束相平行)，使得所述第三平行光束和第四平行光束分别通过所述成像镜头，并分别在所述图像传感器上形成所述靶面的像，调节所述装校相机结构，使得由所述第三平行光束和第四平行光束分别在图像传感器上成的所述靶面的像相互重合。下面参考图8详细描述。

如图8所示，平行光管系统包括光源31、毛玻璃32、靶面33、折转反射镜34、离轴抛物面反射镜35，用于产生第三平行光束L3和第四平行光束L4，其中第三平行光束L3与第四平行光束L4相互平行。

图8中示出了靶面33例如为非标十字靶面，经过平行光管系统后形成第三平行光束L3与第四平行光束L4，分别经过成像镜头11会聚到图像传感器12上，从而分别在所述图像传感器12上成所述靶面33的像。通过调节反射镜13与分光片14的位置，确保所述靶面33在图像传感器12上所成的两个像相互重合，最终锁定反射镜13的位置，即可实现装校相机结构10的标定。

如图8所示，靶面33被光源31通过毛玻璃均匀照亮，经过折转反射镜34和离轴抛物面反射镜35后形成相互平行的第三平行光束L3和第四平行光束L4，然后通过反射镜13及分光片14，在装校相机结构10的图像传感器12上分别成像。平行光管系统对于本领域技术人员是熟知的，此处不再赘述。根据本公开的一个优选实施例，在调节过程中，可将所述分光片14的角度固定，调节反射镜13的角度，使两个像重合。优选地，可以通过图像识别的方法标定出所述像的中心坐标，调节装校相机10的图像传感器12的位置，使重合像的中心坐标位于图像传感器12的中心，然后锁定反射镜13及图像传感器12的位置。可替换的，可以固定所述反射镜13的位置，而调节所述分光片14以及图像传感器12的位置。这些都在本公开的保护范围内。

本领域技术人员容易理解，图8所示的平行光管系统也可以用于校准图5所示的装校相机结构20。例如使得第三平行光束L3入射到所述第一成像镜头21-1，使得第四平行光束L4入射到所述第二成像镜头21-2，然后进行调节以完成装校相机结构20的标定。具体可通过以下步骤来进行标定：

通过平行光管系统，产生源自靶面的第三平行光束和第四平行光束，其中所述第三平行光束与第四平行光束相平行；

使所述第三平行光束入射到所述第一成像镜头，使所述第四平行光束入射到所述第二成像镜头上；

调整所述装校相机结构，使得所述靶面分别在所述第一图像传感器和所述第二图像传感器上所成的像的位置相互对应。例如，可以使得靶面分别在所述第一图像传感器和所述第二图像传感器上所成的像分为位于各自传感器的中心位置处，或者位于相对于中心位置具有相同偏移的位置处。

根据本公开的一个优选实施例，在进行所述步骤S102时，例如可通过遮挡所述激光发射器E或者所述发射镜头OE，阻止所述激光发射器E在所述图像传感器上成像；在进行所述步骤S103时，例如可通过遮挡所述探测器R或者接收镜头OR，阻止所述探测器R在所述图像传感器上成像。

根据本公开的一个优选实施例，所述步骤S102还包括：采集所述第一像；所述步骤S103还包括：采集所述第二像；所述步骤S104还包括：通过图像识别，标定出所述第一像和第二像，例如标定出所述第一像和第二像的轮廓、中心位置、特征点等等中的一个或多个。通过自动地采集第一像和第一像并进行图像识别和标定，可以有助于快速进行校准。

在完成校准之后，可锁紧所述探测器和激光发射器的位置，以确保所述探测器和激光发射器的位置不再发生变化。

图9示出了根据本公开一个优选实施例的激光雷达的校准方法200，例如通过上述的装校相机结构10/20来进行。下面参考图9描述。

在步骤201，将激光雷达上机，相对于装校相机结构进行安装。如图6所示，将激光雷达的接收镜头OR及发射镜头OE置于装校相机结构10的前端，例如使得所述接收镜头OR的光轴与所述反射镜13成45度角，以保证从接收镜头OR出射的第一光束L1能够入射到所述反射镜13上；同样使得发射镜头OE的光轴与所述分光片14成45度角，以保证从发射镜头OE出射的第二光束L2能够入射到所述分光片14上。第一光束L1优选为第一平行光束，第二光束L2优选为第二平行光束。

在步骤202，预装激光雷达的发射器件和接收器件，诸如激光雷达的激光发射器E和探测器R，分别置于发射镜头OE和接收镜头OR的焦平面处。

在步骤203，开启照明光源，使接收器件及发射器件被均匀照亮，从而通过所述装校相机结构，在图像传感器上分别成第一像和第二像。照明光源的波长例如与激光雷达的工作波长相同。

在步骤204，采集所述发射器件和接收器件在所述图像传感器上所成的第一像和第二像。例如首先开启接收镜头OR，并遮挡发射镜头OE，采集接收器件的图像；然后开启发射镜头OE，并遮挡接收镜头OR，采集发射器件图像。

在步骤205，对所述第一像和第二像进行数字化的处理，并在步骤206进行图像数据的存储。另外优选的，可以计算发射器件及接收器件的中心坐标(即图像数字化处理)，并保存数据及图像。

在步骤207，判断所述第一像和第二像是否对准。本领域技术人员容易理解，此处的“对准”包括多种情形，例如第一像与第二像重合，第一像与第二像分别位于第一图像传感器与第二图像传感器的相同或相对应位置上，或者第一像与第二像具有相对目标距离。这些都在公开的保护范围内。

如果在步骤207判断第一像与第二像相互对准，则进行到步骤211，锁紧发射器件和/或接收器件；否则，进行到步骤208，调节发射器件和/或接收器件的位置，然后返回步骤204，重新采集第一像和第二像，直至步骤207的判断结果为第一像与第二像相互对准。

步骤211之后，进行对准校核(步骤210)，校核所述发射器件和/或接收器件是否失调，如果失调，进行到步骤209，松开所述发射器件和/或接收器件器，返回到步骤208，调节发射器件和/或接收器件的位置，然后返回步骤204，重新采集第一像和第二像，直至步骤210的判断结果为发射器件和/或接收器件未失调，进行到步骤212。

在步骤212，关闭照明光源，然后在步骤213，激光雷达下机，完成校准。

本公开优选实施例的激光雷达装校方法大体上包括：使用平行光管系统对装校相机进行标定；装校相机标定结束后，用装校相机装校激光雷达。其中，所述的装校相机结构有如下两种：第一种装校相机结构包括具有分光与合束作用的1:1分光片、反射镜、成像镜头以及图像传感器，如CMOS或CCD。第二种装校相机结构可包括互相独立的两组成像镜头和图像传感器。

如图10所示，本公开还涉及一种可用于激光雷达的装校结构40，例如包括上文描述的装校相机结构10、20、以及图像处理装置42。所述装校相机结构包括成像镜头(11,21-1,21-2)和图像传感器(12,22-1,22-2)，成像镜头配置成可接收来自所述激光雷达的探测器的第一光束以及来自所述激光雷达的激光发射器的第二光束；所述激光雷达的探测器和所述激光雷达的激光发射器分别在所述图像传感器上成第一像和第二像，此处不再赘述。其中第一光束优选为第一平行光束，第二光束优选为第二平行光束。

如图10所示，图像处理装置42与所述图像传感器耦合，配置成可识别所述第一像和/或第二像的参数，包括但不限于所述第一像和/或第二像的轮廓、中心位置、或关键点的坐标等。

另外优选的，所述图像处理装置42配置成可根据所述第一像和第二像的位置参数，例如中心位置，获取所述第一像和第二像的偏移，并向操作者给出反馈和提示，以帮助操作者调节所述探测器和激光发射器，使得所述第一像和第二像位于相同或相对应的位置上，或者具有相对目标距离。

根据本公开的一个优选实施例，如图3所示，所述的装校结构还包括反射镜13和分光片14，其中所述第一光束和第二光束中的一组入射至所述反射镜13，被所述反射镜13反射至所述分光片14上，并被所述分光片14部分反射到所述成像镜头11上；所述第一光束和第二光束中的另一组入射至所述分光片14上并被所述分光片14部分透射到所述成像镜头11上。

根据本公开的一个优选实施例，如图4所示，所述反射镜13与所述分光片14相互平行。

根据本公开的一个优选实施例，如图5所示，所述成像镜头包括第一成像镜头21-1与第二成像镜头21-2，所述图像传感器包括第一图像传感器22-1和第二图像传感器22-2，其中来自所述激光雷达的探测器的所述第一光束和来自所述激光雷达的激光发射器的所述第二光束中的一组入射到所述第一成像镜头21-1上，使所述探测器或激光发射器中的一个成像在所述第一图像传感器22-1上，所述第一光束和第二光束中的另一组入射到所述第二成像镜头21-2上，使所述激光发射器或探测器中的另一个成像在所述第二图像传感器22-2上。

根据本公开的一个优选实施例，如图6所示，所述的装校结构还包括光源LS，所述光源配置成可均匀照亮所述探测器和激光发射器，所述光源的波长与所述激光雷达的工作波长相同。

根据本公开的一个优选实施例，所述激光雷达包括接收镜头和发射镜头，其中所述探测器位于所述接收镜头的焦平面处，从而对来自所述探测器的光束进行整形，产生所述第一光束；所述激光发射器位于所述发射镜头的焦平面处，从而对来自所述激光发射器的光束进行整形，产生所述第二光束。

根据本公开的一个优选实施例，所述成像镜头与激光雷达的接收镜头和/或发射镜头相同，以消除畸变。将装校结构的镜头设计为与激光雷达的收发镜头相同，此结构可以使激光雷达镜头的畸变像差得到补偿，会使发射器件及接收器件在装校结构图像传感器的像无畸变或具有最小畸变，从而提高校准的判别性。

本公开中所述的装校结构作为一个整体，可借助平行光管系统进行标定。对图4中的装校相机结构，主要是为了标定反射镜及分光镜互相平行；对图5中的装校相机结构，是为了获得平行光管系统的靶面在双相机结构中各图像传感器的成像位置。装校相机标定结束后，即可用于装校激光雷达，并且相机的标定仅需定期复查，无需每次装校雷达前都进行重复。

通过本公开的实施例的技术方案，能够在有限装校空间内，通过可视化的方法及装置对激光雷达的收发模组进行定量化的校准，并且具有以下优点中的至少一个：

1.通过分光合束的方式，使收发模组的焦面器件同时成像于一处，可目视检测收发模组的校准情况，具有直观的优点。

2.通过光学成像的原理，可将较长的目标校准距离缩短到很小的工作平台上，即，此装校方法所需的空间很小，仅需容纳待调校雷达、装校相机结构以及调校机构即可。

3.通过对所采集图像的数字化处理，可快速直接的校准收发模组。

最后应说明的是：以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种可用于激光雷达的校准方法，其中所述激光雷达包括接收镜头和发射镜头，所述校准方法包括：

步骤S101：提供一装校相机结构；

步骤S102：将来自所述激光雷达的探测器的预装位置处的光束经过所述接收镜头产生的第一光束入射到所述装校相机结构，使所述激光雷达的探测器在所述装校相机结构上成第一像；

步骤S103：将来自所述激光雷达的激光发射器的预装位置处的光束经过所述发射镜头产生的第二光束入射到所述装校相机结构，使所述激光雷达的激光发射器在所述装校相机结构成第二像；

步骤S104：根据所述第一像和所述第二像，调节所述探测器和/或所述激光发射器的位置，使得所述第一像和所述第二像的位置相互对应。

2.根据权利要求1所述的校准方法，其中所述装校相机结构包括成像镜头与图像传感器，所述步骤S102包括：将来自所述激光雷达的探测器的预装位置处的第一光束入射到所述装校相机结构的成像镜头，使所述激光雷达的探测器在所述装校相机结构的图像传感器上成第一像；

所述步骤S103包括：将来自所述激光雷达的激光发射器的预装位置处的第二光束入射到所述装校相机结构的成像镜头，使所述激光雷达的激光发射器在所述装校相机结构的图像传感器上成第二像。

3.根据权利要求2所述的校准方法，其中所述装校相机结构还包括反射镜和分光片，所述第一光束和所述第二光束中的其中一组入射至所述反射镜，被所述反射镜反射至所述分光片上，并被所述分光片部分反射至所述成像镜头上；所述第一光束和所述第二光束中的另一组入射至所述分光片并被所述分光片部分透射到所述成像镜头上。

4.根据权利要求3所述的校准方法，在步骤S101之前，还包括：标定所述装校相机结构，使得所述反射镜与所述分光片相互平行。

5.根据权利要求3或4所述的校准方法，其中所述步骤S104包括：调节所述探测器和/或所述激光发射器的位置，使得所述第一像和所述第二像相互重合或具有相对目标距离。

6.根据权利要求3或4所述的校准方法，其中在进行所述步骤S102时，阻止所述激光发射器在所述图像传感器上成像；

在进行所述步骤S103时，阻止所述探测器在所述图像传感器上成像。

7.根据权利要求2所述的校准方法，其中所述装校相机结构的成像镜头包括第一成像镜头与第二成像镜头，所述图像传感器包括第一图像传感器和第二图像传感器，其中来自所述激光雷达的探测器的所述第一光束和来自所述激光雷达的激光发射器的所述第二光束中的一组入射到所述第一成像镜头上，使所述探测器或激光发射器中的一个成像在所述第一图像传感器上，所述第一光束和所述第二光束中的另一组入射到所述第二成像镜头上，使所述激光发射器或探测器中的另一个成像在所述第二图像传感器上。

8.根据权利要求7所述的校准方法，在步骤S101之前，还包括通过以下步骤标定所述装校相机结构：

通过一平行光管系统，产生源自靶面的第三平行光束和第四平行光束，其中所述第三平行光束与第四平行光束相平行；

使所述第三平行光束入射到所述第一成像镜头，使所述第四平行光束入射到所述第二成像镜头上；

调整所述装校相机结构，使得所述靶面分别在所述第一图像传感器和所述第二图像传感器上所成的像的位置相互对应。

9.根据权利要求8所述的校准方法，其中所述调整所述装校相机结构的步骤包括：调节所述第一图像传感器和/或所述第二图像传感器的位置，使得所述靶面分别在所述第一图像传感器和所述第二图像传感器的中心位置上成像。

10.根据权利要求4所述的校准方法，其中所述步骤S102包括：使用光源照亮所述激光雷达的探测器，通过接收镜头对来自所述激光雷达的探测器的光束进行调制，产生所述第一光束；

所述步骤S103包括：使用光源照亮所述激光雷达的激光发射器，通过发射镜头对来自所述激光雷达的激光发射器的光束进行调制，产生所述第二光束。

11.根据权利要求1、2、3、4、7、8、9、10中任一项所述的校准方法，其中所述步骤S102还包括：采集所述第一像；

所述步骤S103还包括：采集所述第二像；

所述步骤S104还包括：通过图像识别，标定出所述第一像和第二像。

12.根据权利要求1、2、3、4、7、8、9、10中任一项所述的校准方法，其中所述第一光束为第一平行光束，第二光束为第二平行光束。

13.一种可用于激光雷达的装校结构，其中所述激光雷达包括接收镜头和发射镜头，所述装校结构包括：

成像镜头，配置成可接收来自所述激光雷达的探测器并经过所述接收镜头的第一光束以及来自所述激光雷达的激光发射器并经过所述发射镜头的第二光束；

图像传感器，配置成可为所述激光雷达的探测器和所述激光雷达的激光发射器分别成第一像和第二像；和

图像处理装置，与所述图像传感器耦合，配置成可识别所述第一像和/或第二像的位置参数。

14.根据权利要求13所述的装校结构，还包括反射镜和分光片，其中所述反射镜配置成可接收所述第一光束和第二光束中的一组的入射，并反射至所述分光片上，并被所述分光片部分反射到所述成像镜头上；所述第一光束和第二光束中的另一组入射至所述分光片上并被所述分光片部分透射到所述成像镜头上。

15.根据权利要求14所述的装校结构，其中所述反射镜与所述分光片相互平行。

16.根据权利要求13所述的装校结构，所述成像镜头包括第一成像镜头与第二成像镜头，所述图像传感器包括第一图像传感器和第二图像传感器，其中来自所述激光雷达的探测器的所述第一光束和来自所述激光雷达的激光发射器的所述第二光束中的一组入射到所述第一成像镜头上，使所述探测器或激光发射器中的一个成像在所述第一图像传感器上，所述第一光束和第二光束中的另一组入射到所述第二成像镜头上，使所述激光发射器或探测器中的另一个成像在所述第二图像传感器上。

17.根据权利要求13-16中任一项所述的装校结构，还包括光源，所述光源配置成可照亮所述探测器和激光发射器，所述光源的波长与所述激光雷达的工作波长相同。

18.根据权利要求13-16中任一项所述的装校结构，其中所述激光雷达包括接收镜头和发射镜头，其中所述探测器位于所述接收镜头的焦平面处，从而对来自所述探测器的光束进行整形，产生所述第一光束；所述激光发射器位于所述发射镜头的焦平面处，从而对来自所述激光发射器的光束进行整形，产生所述第二光束。

19.根据权利要求13-16中任一项所述的装校结构，所述成像镜头与激光雷达的接收镜头和/或发射镜头相同，以消除畸变。

20.根据权利要求13-16中任一项所述的装校结构，其中所述第一光束为第一平行光束，第二光束为第二平行光束。

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