CN110907940A - 一种三维激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三维激光雷达，适用于激光雷达技术领域。包括：信息采集单元、平面旋转部件，信息采集角度调整装置和控制系统。所述信息采集单元包括激光发射单元、激光接收单元和高速摄像头。所述信息采集单元配合信息采集角度调整装置总成使得信息采集方向可以在纵面上调整。所述平面旋转部件在平面上的旋转又使得信息采集单元可以在一个平面360度的方向上进行信息采集。该发明的三维激光雷达较以往的多线三维激光雷达而言，信息采集的区域可以更广，而且可以针对某特定区域进行重点信息采集。同时信息采集单元中设置的高速摄像头使得采集到的信息与普通的三维激光雷达相比较而言还多了图像信息，有利于人工智能对环境进行全面判断。

Description

一种三维激光雷达
技术领域
本发明涉及激光扫描技术领域，具体涉及一种旋转式激光扫描装置。
背景技术
激光雷达是通过发射激光束实现探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。随着激光技术的发展，激光扫描技术越来越广泛地应用于测量、交通、驾驶辅助和无人机、移动机器人等领域。
目前的三维激光雷达，多为多线激光雷达，比如16线或是32线三维激光雷达，这种雷达可以探测空间中多个平面上的距离信息。这种设计的三维激光雷达尽管可以采集多个平面的信息，但是空间中更多平面的信息被忽略掉了，同时这种设计的三维激光雷达也不能根据具体需求对特定区域进行重点信息采集。另外目前的三维激光雷达只能采集距离信息而没有融合图像信息，不利于将来基于人工智能的运输及交通工具对环境进行全面判断，从而会影响人工智能设备在空间中的行进。
发明内容
有鉴于此，有必要设计一种可以探测空间中各个方位上的距离信息并且可以为距离信息赋予对应图像信息的激光雷达。
为满足此技术需求，本发明实施公开了以下技术方案：
一种三维激光雷达，包括信息采集单元、平面旋转部件，信息采集角度调整装置总成和控制系统。所述信息采集单元包括激光发射单元、激光接收单元和高速摄像头。所述信息采集单元配合信息采集角度调整装置总成使得信息采集方向可以在纵面上调整。所述平面旋转部件在平面上的旋转又使得信息采集单元可以在一个平面360度的方向上进行信息采集。
所述信息采集单元包括激光发射单元、激光接收单元和高速摄像头等三个功能单元，三个功能单元可以单独安装，也可以集成到一个模块之中。
所述激光发射单元包括激光器和对应的发射准直透镜，激光发射出后经过激光准直透镜调整成一束平行光用于探测。
所述激光发射单元可以发射脉冲激光并用TOF飞行时间法进行测距，也可以发射经过幅度调制后的激光束并用相位测距原理进行测距。
所述激光接收单元包括激光接收传感器和对应的激光聚焦透镜，返回的激光经过激光聚焦透镜聚焦于激光接收传感器上。
所述高速摄像头方向与激光发射方向一致，在激光雷达旋转采集信息的过程中，按设定每间隔一定平面角度拍摄一张图片，并通过图像处理卡和主控制板的运算将对应的图像信息赋予采集到的距离信息。
所述平面旋转部件包括旋转驱动件、旋转架、部件安装架、码盘、码盘计数传感器。
所述旋转驱动件可以是单独的电机，并利用传动装置带动旋转架旋转，所述旋转驱动件也可以是特殊设计的电机，旋转架本身就是电机转子的一部分，所述旋转驱动件还可以是电磁驱动装置。
所述码盘套装于旋转架的外部，所述码盘计数传感器与码盘位置对应，以监测旋转架的旋转角度方位。
所述信息采集角度调整装置总成包括：角度调整驱动装置、角度传感器和纵面旋转轴。角度调整驱动装置可以是旋转电机、摆动电机或其他任意驱动形式。角度驱动装置带动综面旋转轴旋转从而调整信息采集的角度。角度传感器将纵面旋转轴的旋转角度反馈给控制系统。
所述信息采集角度调整装置总成安装于平面旋转部件的部件安装架上。
所述信息采集角度调整装置总成的角度调整范围可以被控制系统限定在一个范围内。比如在地面无人车在行进时，可以将信息采集角度限定在车身范围内。在全角度情况下，可以将此三维激光雷达作为三维激光扫描仪应用。
所述控制系统包含时间计算单元、平面旋转部件控制单元、信息采集角度调整装置控制单元、图像处理卡以及主控制板。
所述三维激光雷达可以竖直安装到设备上并且限定纵面信息采集角度的范围进行应用，也可以横向安装于设备上并且限定纵面信息采集角度的范围甚至将纵面信息采集角度限定到某特定角度上进行应用。
附图说明
图1为本发明其中一个示例性实施例示出的三维激光雷达的等轴侧视图
图2为本发明另外一个示例性实施例示出的三维激光雷达的等轴侧视图
图3为本发明一个示例性实施例示出的激光发射单元和激光接收单元的示意图
具体实施方式
以下将结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明。
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1所示，三维激光雷达包括信息采集单元10、平面旋转部件20、信息采集角度调整装置30和控制系统40。
控制系统40位于三维激光雷达的底部，内置时间计算单元、平面旋转部件控制单元、信息采集角度调整装置控制单元、图像处理卡以及主控制板(以上板卡图上均未识出)。
平面旋转部件20安装于控制系统40的外壳上部。
本应用例的平面旋转部件20的旋转驱动件为一个外转子电机，其外转子201也即为平面旋转部件20的旋转架。在其他应用例中，旋转驱动件也可以是单独的电机配合传动装置，还可以其他类型电磁驱动装置。
本应用例的平面旋转部件20包括外转子电机的定子203、外转子电机的外转子201、安装于安装架202之上。
图1所示应用例的信息采集角度调整装置30为角度调整电机301利用皮带302带动纵面旋转轴303，角度传感器安装在纵面旋转轴末端(图上未示出)
图1所示应用例的信息采集单元安装在纵面旋转轴303上，随着纵面旋转轴的旋转而改变信息采集角度。
图2所示应用例图1所示应用例的信息采集角度调整装置30为角度调整电机301利用皮带302带动纵面旋转轴303，角度传感器安装在纵面旋转轴末端(图上未示出)，单面反射镜304安装在纵面旋转轴303随着纵面旋转轴的旋转而旋转。
图2所示应用例的信息采集单元10竖直安装在平面旋转部件20的中空部位，采集方向为竖直向上，并通过单面反射镜304的反射而对周边环境信息进行采集，信息采集方向随着单面反射镜304的旋转而改变。
本应用例的信息采集单元10为一个集成模块，包括激光发射单元101、激光接收单元102和高速摄像头103。
高速摄像头103方向与激光发射方向一致，在激光雷达旋转采集信息的过程中，按设定每间隔一定平面角度拍摄一张图片，并通过图像处理卡和主控制板的运算将对应的图像信息赋予采集到的距离信息。
激光发射单元包括激光器111和对应的发射准直透镜112，激光发射出后经过激光准直透镜调整成一束平行光用于探测。
激光接收单元包括激光接收传感器114和对应的激光聚焦透镜113，返回的激光经过激光聚焦透镜聚焦于激光接收传感器上。

Claims (10)

1.一种三维激光雷达，其特征在于，包括：信息采集单元、平面旋转部件、信息采集角度调整装置总成和控制系统；所述信息采集单元包括激光发射单元、激光接收单元和高速摄像头；所述信息采集单元配合信息采集角度调整装置总成使得信息采集方向可以在纵面上调整；所述平面旋转部件在平面上的旋转又使得信息采集单元可以在一个平面360度的方向上进行信息采集。
2.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，所述信息采集单元包括激光发射单元、激光接收单元和高速摄像头等三个功能单元，三个功能单元可以单独安装，也可以继承到一个模块之中。
3.根据权利要求1和2所述的三维激光雷达，其特征在于，所述激光发射单元包括激光器和对应的发射准直透镜，激光发射出后经过激光准直透镜调整成一束平行光用于探测。
4.根据权利要求1-3所述的三维激光雷达，其特征在于，所述激光发射单元可以发射脉冲激光并用TOF飞行时间法进行测距，也可以发射经过幅度调制后的激光束并用相位测距原理进行测距。
5.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，所述激光接收单元包括激光接收传感器和对应的激光聚焦透镜，返回的激光经过激光聚焦透镜聚焦于激光接收传感器上。
6.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，所述高速摄像头方向与激光发射方向一致，在激光雷达旋转采集信息的过程中，按设定每间隔一定平面角度拍摄一张图片，并通过图像处理卡和主控制板的运算将对应的图像信息赋予采集到的距离信息。
7.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，所述平面旋转部件包括旋转驱动件、旋转架、部件安装架、码盘、码盘计数传感器；所述旋转驱动件可以是单独的电机，并利用传动装置带动旋转架旋转，所述旋转驱动件也可以是特殊设计的电机，旋转架本身就是电机转子的一部分，所述旋转驱动件还可以是电磁驱动装置；所述码盘套装于旋转架的外部，所述码盘计数传感器与码盘位置对应，以监测旋转架的旋转角度方位。
8.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，所述信息采集角度调整装置总成包括：角度调整驱动装置、角度传感器和纵面旋转轴；所述角度调整驱动装置可以是旋转电机、摆动电机或其他任意驱动形式，角度驱动装置带动综面旋转轴旋转从而调整信息采集的角度；所述角度传感器将纵面旋转轴的旋转角度反馈给控制系统；所述信息采集角度调整装置总成安装于平面旋转部件的部件安装架上，其角度调整范围可以被控制系统限定在一个范围内。
9.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，所述控制系统包含时间计算单元、平面旋转部件控制单元、信息采集角度调整装置控制单元、图像处理卡以及主控制板。
10.根据权利要求1所述的三维激光雷达，其特征在于，所述三维激光雷达可以竖直安装到设备上并且限定纵面信息采集角度的范围进行应用，也可以横向安装于设备上并且限定纵面信息采集角度的范围甚至将纵面信息采集角度限定到某特定角度上进行应用。
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