CN110892282A

CN110892282A - 激光雷达系统

Info

Publication number: CN110892282A
Application number: CN201880023480.XA
Authority: CN
Inventors: 刘昕; H·贝伦斯; G·弗朗茨
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-03-28
Publication date: 2020-03-17
Also published as: EP3602113A1; DE102017205402A1; WO2018178159A1

Abstract

本发明涉及一种激光雷达系统(1)，所述激光雷达系统包括：第一光源(2)，所述第一光源用于发送第一光(4)，所述第一光以第一频率进行幅度调制；第二光源(3)，所述第二光源用于发送第二光(5)，所述第二光以与所述第一频率不同的第二频率进行幅度调制；接收设备(6)，所述接收设备用于识别以下反射(7)：在所述反射处所述第一光(4)和所述第二光(5)叠加。

Description

激光雷达系统

技术领域

本发明涉及一种激光雷达系统。此外，本发明涉及一种包括这样的激光雷达系统的车辆。最后，本发明涉及一种用于确定至对象的间距的方法。

背景技术

由现有技术已知应用在车辆中的激光雷达系统。这样的激光雷达系统用于求取对象的间距，其中，尤其通过三角测量和/或通过确定光传播时间测量能够实现以下测量：所述测量能够实现对在车辆前方的空间中的对象进行位置确定。例如由DE 100 37 771 A1已知一种激光雷达系统。原则上，已知的激光雷达系统在差天气的情况下是有问题的。特别在雾的情况下，间距的测量是不可能的或至少强烈地受限制。此外，不能够容易地解决以上提及的在差天气的情况下的问题。因此，为了改善视线，必须提高激光雷达系统的光功率。然而，由该激光雷达系统引起对人眼的增加的危害。这随之又带来监管问题。

发明内容

根据本发明的激光雷达系统能够实现即使在差天气的情况下借助光、尤其激光进行改善的测量，其中，同时排除光对眼睛的危害。这通过以下方式来实现：设置接收设备，该接收设备仅仅识别出由来自具有不同的幅度调制频率的两个光源的光的叠加而形成的反射。可以简单地并且开销低地识别出这样的反射，其中，同时能够求取出对象与激光雷达系统之间的间距。

根据本发明的激光雷达系统包括第一光源和第二光源以及接收设备。第一光源和/或第二光源尤其涉及高的射束密度的光源。第一光源构造用于发送第一光，所述第一光以第一频率进行幅度调制。第二光源构造用于发送第二光，所述第二光以不同于第一频率的第二频率进行幅度调制。接收设备用于识别以下反射：在该反射处第一光和第二光叠加。因此，接收设备仅仅必须寻找具有这种叠加的反射。这简化反射的识别，从而存在安全并且可靠的识别。当视线由于差天气(例如尤其雾)而受限时尤其是这种情况。即使在这种情况下，接收设备可以安全并且可靠地探测到所述反射。特别有利地，接收设备涉及用于对反射进行光学识别的摄像机。一旦已经识别出反射，就可以借助已知的方法实现在产生反射的对象与激光雷达系统之间的间距。

从属权利要求具有本发明的优选的扩展方案的内容。

优选地设置，第二频率是第一频率的最大200％、优选最大150％并且超过所述第一频率的100％。以这种方式，在反射时产生可以由接收设备简单并且开销低地探测到的差拍(Schwebung)。该差拍具有由第一频率和第二频率计算出的低频率。因为两个频率之间的间距由于第二频率和第一频率的所描述的大小而是小的，所以可以简单并且开销低地探测到差拍。

特别有利地，接收设备具有滤光器，该滤光器不抑制以下反射并且因此仅仅对于以下频率是可穿透的：其具有由第一频率与第二频率之间的差计算出的拍频(Schwebungsfrequenz)。这意味着：仅仅所述拍频通过滤光器，而抑制所有其他频率，尤其幅度的准静态部分除外。因此，当差的视线情况占主导和/或存在强烈的外部照明时，激光雷达系统也可以简单并且开销低地运行。接收设备尤其仅仅必须识别所述反射，这可以根据拍频简单并且开销低地实现。有利地，接收设备是以下光学传感器：在该优选的实施方式中，该光学传感器因此仅仅看到反射，但不能看到由激光雷达系统已经发送的所有其他光。因此，能够实现安全并且可靠的识别。然后，根据三角测量可以计算出至反射的间距。这能够实现：执行安全并且可靠的间距测量方法。如果接收设备是摄像机，则摄像机可以优选地具有另外的滤光器、尤其另外的电子滤光器，以便除了先前描述的仅仅显示反射的图像之外也可以提供另外的图像。

优选地，第一光和/或第二光可以由第一光源和/或第二光源行状地和/或列状地发送。因此，第一光源和第二光源尤其优选地用于发送以下线状光：该线状光在照射到物体上时引起线状的反射。如果一个照明装置的行状地构造的光和另一照明装置的列状地构造的光叠加，则在空间中产生叠加线。如果该叠加线遇到对象，则尤其产生所述反射。此外，特别有利地，以如此方式实现行状光与列状光之间的同步，使得第一光源和第二光源是同步的。因此，已知如何在空间上相对彼此地发送线状光和列状光。基于该信息，三角测量可以简单并且开销低地进行计算。这能够实现：简单并且开销低地计算出反射至激光雷达系统的间距。

有利地，激光雷达系统如此构造，使得第一光源和/或第二光源构造成以第一扫描频率以及第二扫描频率逐行地和/或逐列地扫描周围环境。逐列扫描也称为水平扫描，而逐行扫描也称为竖直扫描。有利地，第一扫描频率用于竖直扫描，而第二扫描频率用于水平扫描。第一扫描频率有利地是在80Hz与120Hz之间、尤其在90Hz与110Hz之间、特别优选地是100Hz。第二扫描频率优选地在1kHz与40kHz之间、尤其在10kHz与30kHz之间、特别优选是20kHz。又特别有利地设置，在逐行扫描与逐列扫描之间进行同步。因此，确保：第一光源和第二光源发送光到相同的周围环境中，从而所述反射可以通过第一光和第二光的叠加而出现。此外，尤其设置，借助行状光进行逐行扫描，其中，行状光具有通过逐列扫描而覆盖的延展。同样的适用于逐列扫描和优选用于此目的的列状光。因此，确保：始终可以通过第一光和第二光的叠加而出现反射，因为在列状光与行状光之间始终存在重叠。此外，优选如此实现同步，使得对于接收设备而言始终已知的是，在发送光期间，逐行和/或逐列地进行扫描的光处在哪个位置。

有利地，接收设备是摄像机。尤其设置，接收设备具有在80fps与120fps之间、尤其在90fps与110fps之间、特别优选是100fps的图像重复频率(Bildwiederholfrequenz)。“fps”可以理解成表述“frames per second：每秒钟帧数”，这意味着：接收设备能够分辨每秒这样的数目的单个图像。以这种方式，可以——尤其通过所述差拍——简单并且开销低地识别出反射。

此外，本发明涉及一种包括这样的激光雷达系统的车辆。因此，车辆构造用于能够安全并且可靠地探测到至周围环境中的对象的间距。在此，尤其能够实现：当差的视线情况、尤其由于雾而占主导时，也可以执行这样的探测。同时存在光的眼睛安全性，因为通过有利的线状/扇形的扩展，光的仅仅一小部分被眼睛吸收，也就是说，可以使用具有更高的光功率的光。这可以防止在车辆中使用激光雷达系统时的监管问题。

最后，本发明涉及一种用于执行间距测量的方法。该方法包括以下步骤：首先发送以第一光、尤其激光，所述第一光以第一频率进行幅度调制；发送第二光、尤其激光，所述第二光以第二频率进行幅度调制。第二频率与第一频率不同。优选地，扇形地发送第一光和/或第二光，其中，这些扇形形状特别优选地沿着一个线相交。接下来，对通过叠加线照射在对象上而产生的反射进行识别，在该反射处第一光和第二光叠加。优选地，通过对第一光和第二光(叠加线)的叠加的光路和反射光的光路进行三角测量来实现间距测量。特别有利地，借助三角测量以摄像机的图像实施间距测量。在摄像机图像中，以斑点调制地照亮产生反射的对象。这尤其当第一光和第二光的扇形相交处的以上描述的线照射到对象时尤其是这种情况。然后，通过摄像机的图像中的像素位置和空间中的线的位置可以简单地执行间距测量。反射光是从反射延伸至接收设备的光。第一光和第二光的光路是从相应的光源引导至反射的那些光路。尤其在通过以下激光雷达系统限定的参考点进行间距的计算：该激光雷达系统包括用于发送第一光和第二光的各一个光源以及所述接收设备。当光学测量方法例如激光雷达由于差的视线条件如尤其雾而不能够被使用或仅仅能够限定地使用时，该方法也能够实现安全并且可靠的间距测量。因此，该方法尤其能够实现车辆中的间距的安全并且可靠的测量，因为在此丝毫不存在对周围环境条件的影响。

为了执行该方法，第二频率优选地是第一频率的最大200％、尤其最大150％，并且大于第一频率的100％。以这种方式，在第一光和第二光叠加的情况下产生差拍。所述差拍可以简单并且开销低地探测到，由此可以安全并且可靠地实现：所述差拍可以通过接收设备探测到。当视线由于周围环境条件例如尤其由于雾而受限时也是这种情况。

最后，优选地设置，仅仅识别以下反射：所述反射具有拍频。拍频由第一频率和第二频率之间的差计算出。以这种方式实现：接收设备仅仅看到反射。由此确保：安全并且可靠地探测到反射。同时，由于三角测量和/或传播时间测量，可以安全并且可靠地计算出至反射的间距。因此，可以安全并且可靠地测量间距。

优选地，在以上描述的叠加线上——第一光和第二光的扇形沿着该叠加线相交——发生差拍。如果两个光扇——这意味着第一光和第二光——进行扫描，则扇形沿着其相交的线也在空间中移位。如果线照射到空间中的对象上，则以拍频照亮该对象。

附图说明

以下参照附图详细地描述本发明的实施例。在附图中，

图1示出根据本发明的一个的激光雷达系统的示意性视图；

图2示出根据本发明的一个实施例的车辆的示意性视图。

具体实施方式

图1示意性地示出根据本发明的一个实施例的激光雷达系统1。激光雷达系统1包括第一光源2(尤其激光光源)、第二光源3(尤其激光光源)和接收设备6。第一光源2用于发送第一光4，该第一光以第一频率进行幅度调制。第二光源2用于发送第二光5，该第二光以第二频率进行幅度调制。第一频率和第二频率不同。特别优选地，第一频率是100MHz，而第二频率是101MHz。

第一光源2构造用于执行激光雷达系统1的周围环境8(参见图2)的竖直扫描。竖直扫描称为逐行扫描，这意味着，使用行状的第一光4，其竖直地或逐行地运动通过周围环境8。

通过第二光源3实现周围环境8的水平扫描。这也称为逐列扫描。为此，第二光5列状地构造并且水平地运动。以这种方式，能够实现周围环境8的完整扫描。

优选地设置，在第一光4与第二光5之间始终存在叠加。这样的叠加伴随着：水平或逐列的方向上的扫描路径包括相应于第一光4的行形状的大小的尺寸。同样地，在相应于行状的第二光5的尺寸的扫描路径中进行逐行扫描或竖直扫描。以这种方式，在第一光4与第二光5之间始终存在相交线。这导致，始终可以产生由第一光4和第二光5的叠加组成的反射。

如果第一光4和第二光5之间的相交线照射到对象11上(参见图2)，则实现至接收设备6的反射7。反射7是由第一光4和第二光5构成的叠加。由于略微不同的第一频率和第二频率，反射是差拍。这意味着第一光4和第二光5叠加处的线具有差拍，从而在具有差拍的线照射时照亮对象11。差拍具有1MHz的拍频，这相应于第一频率和第二频率之间的差。所述差拍可以由接收设备6通过相应的滤光器简单并且开销低地探测到。为此，接收设备6有利地构造为具有100fps的图像频率的摄像机。此外，摄像机优选地具有电子滤光器，该电子滤光器同步到拍频上。这样的电滤光器例如已知为锁相放大器(Lock-in-

)。

在差的天气条件的情况下，尤其在雾的情况下，可以看见整个线，其中，反射7由于更大的亮度仍然可以识别为反射。因此，始终确保：安全并且可靠地识别出反射7，由此能够实现可靠的间距测量。

优选地，第一光源2和第二光源3与接收设备6同步。因此，存在第一同步线路100，该第一同步线路能够实现竖直或逐行的同步。此外，存在第二同步线路200，该第二同步线路能够实现一方面在第一光源2与第二光源3之间以及在第二光源3与接收设备6之间的水平的或逐列的同步。以这种方式确保：不仅光源2、3而且接收设备6都照明以及检测周围环境8的同一区域。因此，通过简单的三角测量可以安全并且可靠地求取已经产生反射7的对象11与激光雷达系统1之间的间距。

第一光源2和第二光源3尤其包括发光二极管9。第一光源2的发光二极管9构造用于以所述第一频率来发送第一光4。第二光源3的发光二极管9构造用于以所述第二频率来发送第二光5。在此设置，通过第三同步线路300使第一频率和第二频率与接收设备6同步，发光二极管9以第一频率和第二频率发送光。以这种方式可以将先前描述的滤光器安全并且可靠地调节到由第一频率与第二频率之间的差计算出的拍频上。因此，确保接收设备6至少在一种运行模式中仅仅看到反射7。

特别有利地，接收装置6提供多个不同的图像，其可以基于不同的电子滤光器来产生。因此，接收设备6尤其可以提供高分辨率的摄像机图像并且同时提供仅仅看到反射的低分辨率图像。以这种方式能够实现周围环境8的全面的扫描和/或检测。

图2示意性地示出根据本发明的一个实施例的车辆10。车辆10具有根据图1的激光雷达系统1。因此，车辆10构造用于扫描车辆10周围的周围环境8并且识别对象11。此外，通过三角测量还能够实现：计算出至对象11的间距以及对象11相对于车辆10的位置。基于以下事实：反射7是由第一光4和第二光5构成的叠加，所以该反射由于叠加而导致的差拍而可以被简单并且开销低地识别出。

因此，总的来说，对象11沿测量线可探测，其中，测量线由第一光源2的光扇与第二光源3的光扇之间的区段来确定。一旦在该测量线内存在对象11，就如先前所描述地那样产生反射7。在导致视线降低的雾或其他的周围环境影响的情况下，反射7不被清晰地限界并且具有较低的强度，然而通过接收设备6可以安全并且可靠地识别出该反射。

激光雷达系统1具有以下优点：

雾中的3D测量(激光雷达系统1在雾的情况下也看到)；

作用范围受差拍探测的信号/噪声比限制，由此在低的视线的情况下作用范围也最大化；

能够实现非金属表面的探测(与基于雷达的系统相反)；

仅仅需要识别反射的3D图像和高分辨率的摄像机图像由于相同的接收设备6的使用是100％一致的；

尽管高的光通量，仍存在眼睛安全性；

基于可以用于激光雷达系统1的有利的光源2、3，可以成本有利地制造激光雷达系统1；

提供激光雷达系统1的热稳定性；

能够实现多个光源供应装置，从而优化激光雷达系统1的制造。

Claims

1.一种激光雷达系统(1)，所述激光雷达系统包括：

第一光源(2)，所述第一光源用于发送第一光(4)，所述第一光以第一频率进行幅度调制；

第二光源(3)，所述第二光源用于发送第二光(5)，所述第二光以与所述第一频率不同的第二频率进行幅度调制；

接收设备(6)，所述接收设备用于识别以下反射(7)：在所述反射处所述第一光(4)和所述第二光(5)叠加。

2.根据权利要求1所述的激光雷达系统(1)，其特征在于，所述第二频率是所述第一频率的最大200％、优选最大150％并且超过所述第一频率的100％。

3.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达系统(1)，其特征在于，所述接收设备(6)具有滤光器，所述滤光器仅仅对于以下反射(7)是可穿透的：所述反射具有由第一频率与第二频率之间的差计算出的拍频。

4.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达系统(1)，其特征在于，所述第一光(4)和/或所述第二光(5)能够通过所述第一光源(2)和/或所述第二光源(3)行状地和/或列状地发送。

5.根据权利要求4所述的激光雷达系统(1)，其特征在于，所述第一光源(2)和/或所述第二光源(3)构造成以在80Hz与120Hz之间、尤其在90Hz与110Hz之间、优选地是100Hz的第一扫描频率和/或以在1kHz与40kHz之间、尤其在10kHz与30kHz之间、优选地是20kHz的第二扫描频率逐行地和/或逐列地扫描周围环境(8)。

6.根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达系统(1)，其特征在于，所述接收设备(6)具有在80fps与120fps之间、尤其在90fps与110fps之间、优选是100fps的图像重复频率。

7.一种车辆(10)，所述车辆包括根据以上权利要求中任一项所述的激光雷达系统(1)。

8.一种用于执行间距测量的方法，所述方法包括以下步骤：

发送第一光(4)，所述第一光以第一频率进行幅度调制；

发送第二光(5)，所述第二光以与所述第一频率不同的第二频率进行幅度调制；

识别以下反射(7)：在所述反射处所述第一光(4)和所述第二光(5)叠加；以及

通过对所述第一光(4)的、所述第二光(5)的和所述反射光(12)的光路进行三角测量或者通过所述第一光(4)的发送和/或所述第二光(5)的发送以及所述反射的识别之间的传播时间来确定至所述反射(7)的间距。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二频率是所述第一频率的最大200％、优选最大150％并且超过所述第一频率的100％。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，仅仅识别以下反射：所述反射具有拍频，所述拍频由所述第一频率与所述第二频率之间的差计算出。