CN111521994A - 测量激光雷达的角分辨率、竖直视场角的方法及测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种测量激光雷达的角分辨率、竖直视场角的方法及测试装置，测量激光雷达的角分辨率的方法，包括：通过聚焦设备将激光雷达在多个不同时刻对应发射的多条激光束聚焦至成像面上以形成与多个所述时刻对应的多个光斑；获取成像面上相邻的两个光斑之间的距离H；根据α＝arctan(H/f′)求取激光雷达的角分辨率α；其中，f′为聚焦设备的焦距。本发明的测量激光雷达的角分辨率的方法解决了现有技术中的激光雷达测试不方便的问题。

Description

测量激光雷达的角分辨率、竖直视场角的方法及测试装置

技术领域

本发明涉及激光雷达测试领域，具体而言，涉及一种测量激光雷达的角分辨率、竖直视场角的方法及测试装置。

背景技术

激光雷达的角分辨率和激光雷达的竖直视场角均是激光雷达的重要性能指标。为了能较准确地获取激光雷达的角分辨率和激光雷达的竖直视场角，现有技术中在对激光雷达的角分辨率和激光雷达的竖直视场角进行测试时需要使激光雷达发射的激光束照射到很远处的靶标上，因此需要很大的测试场地，存在测试不方便的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种测量激光雷达的角分辨率、竖直视场角的方法及测试装置，以解决现有技术中的激光雷达测试不方便的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种测量激光雷达的角分辨率的方法，包括：通过聚焦设备将激光雷达在多个不同时刻对应发射的多条激光束聚焦至成像面上以形成与多个时刻对应的多个光斑；获取成像面上相邻的两个光斑之间的距离H；根据α＝arctan(H/f′)求取激光雷达的角分辨率α；其中，f′为聚焦设备的焦距。

进一步地，测量激光雷达的角分辨率的方法包括：通过图像采集设备采集成像面上的多个光斑，形成光斑图像；获取光斑图像上相邻的两个光斑的像之间的像素数量△；根据H＝△×l/N求取成像面上相邻的两个光斑之间的距离H；其中，l为光斑图像上单个像素沿第一方向的长度，第一方向为多个光斑的分布方向；N为成像面上单位长度在光斑图像上沿第一方向所占的像素数量。

进一步地，通过图像采集设备采集成像面上的多个光斑的方法包括：通过图像采集设备按照预定时间间隔拍摄成像面，以获取多张图片，各张图片上均包含一个光斑；将多张图片上的各个光斑叠加至一张图片上，以在一张图片上形成多个间隔设置的光斑。

进一步地，通过图像采集设备采集成像面上的多个光斑的方法包括：图像采集设备以预定积分时长拍摄成像面，以形成包含多个光斑的光斑图像。

进一步地，测量激光雷达的角分辨率的方法包括：划取光斑图像的至少部分作为目标图像，以第一方向为X轴，以第二方向为Y轴建立坐标系；第二方向为光斑图像所在的平面内与第一方向垂直的方向，在该坐标系下，X轴的单位长度为l，Y轴的单位长度为h，h为光斑图像上单个像素沿第二方向的长度；获取目标图像上各个像素点处的灰度值，求取目标图像的与X轴上各个坐标对应的像素在Y轴方向的灰度值的积分I_x；将求取的各个灰度值的积分I_x与X轴的坐标拟合为第一曲线方程F(x,I_x)，获取第一曲线方程F(x,I_x)的多个极大值对应的X轴坐标以组成第一数组；根据第一数组求取光斑图像上相邻的两个光斑的像之间的像素数量△。

进一步地，根据第一数组求取光斑图像上相邻的两个光斑的像之间的像素数量△的步骤包括：剔除第一数组中的最大值和最小值以获取第二数组；依次求取第二数组中相邻的两数之差以获取第三数组；求取第三数组的绝对值的平均值并将该值作为△。

进一步地，测量激光雷达的角分辨率的方法包括：对第一曲线方程F(x,I_x)一阶求导以获取第二曲线方程F′(x,I_x)，获取第二曲线方程F′(x,I_x)＝0时对应的X轴坐标以组成第四数组；对第一曲线方程F(x,I_x)二阶求导以获取第三曲线方程F″(x,I_x)，将第四数组中的各个值代入第三曲线方程F″(x,I_x)以获取第五数组；提取第五数组中F″(x,I_x)＜0的情况下对应的X轴坐标值以组成第一数组。

根据本发明的第二个方面，提供了一种测量激光雷达的竖直视场角的方法，包括：通过聚焦设备将激光雷达发射的至少一条激光束聚焦至成像面上以形成至少一个光斑；获取成像面上的光斑沿第二方向的长度L；根据γ＝arctan(L/f′)求取激光雷达的竖直视场角；其中，第二方向为激光雷达内部的旋转轴的轴线所在的方向；f′为聚焦设备的焦距。

进一步地，测量激光雷达的竖直视场角的方法包括：通过图像采集设备采集成像面上的光斑，形成光斑图像；获取光斑图像上的光斑的像的两个有效端之间的像素数量σ；根据L＝σ×h/N求取成像面上的光斑沿第二方向的长度L；其中，h为光斑图像上单个像素沿第二方向的长度；N为成像面上单位长度在光斑图像上沿第二方向所占的像素数量。

进一步地，测量激光雷达的竖直视场角的方法包括：划取光斑图像的至少部分作为目标图像，以第一方向为X轴，以第二方向为Y轴建立坐标系；第一方向为光斑图像所在的平面内与第二方向垂直的方向，在该坐标系下，X轴的单位长度为l，Y轴的单位长度为h，l为光斑图像上单个像素沿第一方向的长度；获取目标图像上各个像素点处的灰度值，求取目标图像的与Y轴上各个坐标对应的像素在X轴方向的灰度值的积分I_y以组成第六数组；根据第六数组中的各个灰度值的积分与Y轴坐标的对应关系求取光斑图像上的光斑的像的两个有效端之间的像素数量σ。

进一步地，测量激光雷达的竖直视场角的方法包括：将求取的各个灰度值的积分I_y与Y轴的坐标拟合为第四曲线方程F(y,I_y)，获取第四曲线方程F(y,I_y)的最大值；获取第六数组中的最大值I_MAX和最小值I_MIN；令第四曲线方程F(y,I_y)＝(I_MAX-I_MIN)/e²以求取Y轴坐标y₁和y₂；根据σ＝|y₁-y₂|求取光斑图像上的光斑的像的两个有效端之间的像素数量σ。

根据本发明的第三个方面，提供了一种激光雷达测试装置，激光雷达测试装置包括：聚焦设备，聚焦设备用于对激光雷达发射的多条激光束进行聚焦；成像设备，成像设备具有成像面，以使经过聚焦设备聚焦后的光斑落在成像面上；其中，成像面为平面，成像面垂直于聚焦设备的主光轴。

进一步地，激光雷达测试装置包括用于采集成像面上的光斑的图像采集设备，图像采集设备的镜头朝向成像面设置。

进一步地，图像采集设备为工业相机，镜头为工业镜头，以通过将工业相机与计算机通讯连接以将光斑的图像传输至计算机；其中，工业相机的光谱响应波段覆盖激光雷达的工作波长。

进一步地，激光雷达测试装置包括：基座，聚焦设备和成像设备均设置于基座上；定位工装，定位工装具有用于与激光雷达接触以对其进行定位的定位部，定位工装设置于基座上，定位工装位于聚焦设备远离成像设备的一侧。

进一步地，聚焦设备为平行光管；成像设备由透光材料制成，图像采集设备设置于成像设备远离聚焦设备的一侧。

进一步地，聚焦设备的焦距f′＞2×f′_激光，其中f′_激光为激光雷达的准直镜组的焦距。

进一步地，聚焦设备的焦距f′的范围为1m至3m。

进一步地，成像设备为分划板，分划板上设有沿预设方向分布设置的刻度值，图像采集设备为红外相机；或者，成像设备为倍频片，图像采集设备为可见光相机。

应用本发明的技术方案的测量激光雷达的角分辨率的方法包括：通过聚焦设备将激光雷达在多个不同时刻对应发射的多条激光束聚焦至成像面上以形成与多个时刻对应的多个光斑；获取成像面上相邻的两个光斑之间的距离H；根据α＝arctan(H/f′)求取激光雷达的角分辨率α；其中，f′为聚焦设备的焦距。通过采用聚焦设备对激光雷达在多个时刻发射的多条激光束进行聚焦，可使激光雷达发射的激光束聚焦在位置较近的成像面上，且通过聚焦处理可使相邻的光束在成像面上形成的光斑明显地间隔分布开，这样，只需要获取成像面上相邻的光斑之间的距离H以及聚焦设备的焦距f′，便可根据光学原理用公式α＝arctan(H/f′)计算出对应的两条光束之间的夹角，即激光雷达的角分辨率α。通过采用上述方法，在实验室内等较小的场地即可测试出激光雷达的角分辨率，无需使用很大的测试场地，解决了现有技术中对激光雷达的角分辨率测试不方便的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了应用本发明的测量激光雷达的角分辨率的方法的实施例通过聚焦设备将呈α夹角的两条激光束聚焦至成像面的示意图；

图2示出了应用本发明的测量激光雷达的角分辨率的方法的实施例通过聚焦设备将多条激光束聚焦至成像设备的成像面上的示意图；

图3示出了应用本发明的测量激光雷达的角分辨率的方法的实施例从光斑图像上划取的目标图像的示意图；

图4示出了应用本发明的测量激光雷达的角分辨率的方法的实施例获取的第一曲线方程的图像的示意图；

图5示出了根据本发明的激光雷达测试装置的实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

1、聚焦设备；2、激光雷达；3、图像采集设备；31、镜头；4、成像设备；41、成像面；5、计算机；6、基座；7、定位工装。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

请参考图1至图4，本发明提供了一种测量激光雷达的角分辨率的方法，包括：通过聚焦设备1将激光雷达2在多个不同时刻对应发射的多条激光束聚焦至成像面41上以形成与多个时刻对应的多个光斑；获取成像面41上相邻的两个光斑之间的距离H；根据α＝arctan(H/f′)求取激光雷达2的角分辨率α；其中，f′为聚焦设备1的焦距。

本发明的测量激光雷达的角分辨率的方法包括：通过聚焦设备1将激光雷达2在多个不同时刻对应发射的多条激光束聚焦至成像面41上以形成与多个时刻对应的多个光斑；获取成像面41上相邻的两个光斑之间的距离H；根据α＝arctan(H/f′)求取激光雷达2的角分辨率α；其中，f′为聚焦设备1的焦距。通过采用聚焦设备1对激光雷达2在多个时刻发射的多条激光束进行聚焦，可使激光雷达发射的激光束聚焦在位置较近的成像面41上，且通过聚焦处理可使相邻的光束在成像面41上形成的光斑明显地间隔分布开，这样，只需要获取成像面41上相邻的光斑之间的距离H以及聚焦设备1的焦距f′，便可根据光学原理用公式α＝arctan(H/f′)计算出对应的两条光束之间的夹角，即激光雷达的角分辨率α。通过采用上述方法，在实验室内等较小的场地即可测试出激光雷达的角分辨率，无需使用很大的测试场地，解决了现有技术中对激光雷达的角分辨率测试不方便的问题。

而且，该方法简单、操作方便、测量时间短，测量精度高，角分辨率测量的稳定性高，适合出厂前的批量测量。凡是可以将激光雷达发射的激光束聚焦为光斑的设备均属于上述的聚焦设备1。

如图1所示，平行光a₁a₂平行于聚焦设备1的主光轴，聚焦于主光轴上的一点，平行光b₁b₂相对于聚焦设备1的主光轴斜入射，聚焦于主光轴之外的一点，两个聚焦点之间的连线为H，且该连线垂直于光学系统101的光轴，则平行光a₁a₂与平行光b₁b₂之间的夹角α＝arctan(H/f′)，式中f′为聚焦设备1的焦距，故根据该公式可确定夹角α的值，即激光雷达的角分辨率。

为了能更直观、准确地观察成像面41上的光斑，从而保证测量精度，测量激光雷达的角分辨率的方法包括：通过图像采集设备3采集成像面41上的多个光斑，形成光斑图像；获取光斑图像上相邻的两个光斑的像之间的像素数量△；根据H＝△×l/N求取成像面41上相邻的两个光斑之间的距离H；其中，l为光斑图像上单个像素沿第一方向的长度，第一方向为多个光斑的分布方向；N为成像面41上单位长度在光斑图像上沿第一方向所占的像素数量。成像面41上的单位长度可以是各种尺度，例如以mm、cm为单位，相应地，计算出的H值也为该尺度下的长度。

在具体实施时，通过图像采集设备3采集成像面41上的多个光斑可以有以下实现方式：

在一种实现方式中，通过图像采集设备3采集成像面41上的多个光斑的方法包括：通过图像采集设备3按照预定时间间隔拍摄成像面41，以获取多张图片，各张图片上均包含一个光斑；将多张图片上的各个光斑叠加至一张图片上，以在一张图片上形成多个间隔设置的光斑。采用这种实现方式对图像采集设备3的帧率要求低，不会因为图像采集设备3的帧率不足而出现光斑重叠的现象，可显著提高测量准确性。

在另一种实现方式中，通过图像采集设备3采集成像面41上的多个光斑的方法包括：图像采集设备3以预定积分时长拍摄成像面41，以形成包含多个光斑的光斑图像。可以理解为，通过控制图像采集设备3的曝光时长，使多个光斑同时成像在一张图片上，从而形成光斑图像。采用这种实现方式操作起来较为方便，有利于提高测量效率，且测量准确性也较高。

为了减小测量误差，从而保证测量精度，测量激光雷达的角分辨率的方法包括：划取光斑图像的至少部分作为目标图像，以第一方向为X轴，以第二方向为Y轴建立坐标系；第二方向为光斑图像所在的平面内与第一方向垂直的方向，在该坐标系下，X轴的单位长度为l，Y轴的单位长度为h，h为光斑图像上单个像素沿第二方向的长度；获取目标图像上各个像素点处的灰度值，求取目标图像的与X轴上各个坐标对应的像素在Y轴方向的灰度值的积分I_x；将求取的各个灰度值的积分I_x与X轴的坐标拟合为第一曲线方程F(x,I_x)，获取第一曲线方程F(x,I_x)的多个极大值对应的X轴坐标以组成第一数组；根据第一数组求取光斑图像上相邻的两个光斑的像之间的像素数量△。也就是说，在该坐标系下，沿X轴的第a个像素的横坐标为a，沿Y轴的第b个像素的纵坐标为b。具体地，l和h可以是各种尺度，例如以μm、mm为单位。采用这种处理方式与直接读取光斑图像的方式相比，可有效地提高像素数量△确定精度，并可减小图像畸变等因素的影响，可显著地提高激光雷达角分辨率的测量精度。

在此基础上，根据第一数组求取光斑图像上相邻的两个光斑的像之间的像素数量△的步骤包括：剔除第一数组中的最大值和最小值以获取第二数组；依次求取第二数组中相邻的两数之差以获取第三数组；求取第三数组的绝对值的平均值并将该值作为△。这样，可避免最大值和最小值对结果的影响，使得计算结果更精确。

在具体实施时，测量激光雷达的角分辨率的方法包括：对第一曲线方程F(x,I_x)一阶求导以获取第二曲线方程F′(x,I_x)，获取第二曲线方程F′(x,I_x)＝0时对应的X轴坐标以组成第四数组；对第一曲线方程F(x,I_x)二阶求导以获取第三曲线方程F″(x,I_x)，将第四数组中的各个值代入第三曲线方程F″(x,I_x)以获取第五数组；提取第五数组中F″(x,I_x)＜0的情况下对应的X轴坐标值以组成第一数组。这样，可准确地找出第一曲线方程F(x,I_x)的多个极大值，从而使测得的激光雷达的角分辨率更精确。

以下将具体说明本发明的测量激光雷达的角分辨率的方法的一个实施例的实现过程：

通过聚焦设备1将激光雷达2发射的多条激光束聚焦至成像面41上以形成多个光斑。

通过图像采集设备3采集成像面41上的光斑，形成光斑图像。

在光斑图像上划取n×m个像素的区域作为目标图像，以第一方向为X轴，以第二方向为Y轴建立坐标系；第二方向为光斑图像所在的平面内与第一方向垂直的方向，X轴的单位长度为l，Y轴的单位长度为h，h为光斑图像上单个像素沿第二方向的长度；以目标图像第一角处的像素的坐标为[0，0]，以目标图像与第一角呈对角线关系的第二角处的像素的坐标为[n，m]；该图像上任意一点[x,y]的灰度值为I_xy。

沿图像X轴方向获取图像Y轴方向的灰度值的积分

将灰度值积分

与图像的X轴坐标值拟合成第一曲线方程F(x,I_x)；即

在本实施例中，第一曲线方程F(x,I_x)的图像请参考图4，其图像表现沿X轴方向的灰度积分的变化量。

对第一曲线方程F(x,I_x)一阶求导得到第二曲线方程F′(x,I_x)，令第二曲线方程F′(x,I_x)＝0，计算出多个值(x₁、x2…xp)，这多个值组成第四数组，则(x₁、x2…xp)为第一曲线方程F(x,I_x)的多个极值点。

对第一曲线方程F(x,I_x)二阶求导得到第三曲线方程F″(x,I_x)，将(x₁、x₂…x_p)这一系列的数值带入第三曲线方程F″(x,I_x)中，产生多个值

这多个值组成第五数组；提取出第五数组中的j-i+1个数

其值：

(x_i…x_j)即为第一数组，将(x_i…x_j)代入第一曲线方程F(x,I_x)便可构成第一曲线方程F(x,I_x)的极大值。

在(x_i…x_j)中剔除两端的数x_i和x_j形成第二数组，将第二数组中的数据中相邻的两数相减，获取出新的数组，即第三数组，该第三数组求取绝对值的平均值得到△。

最后，成像面41中单位刻度在光斑图像中所占像素个数N，再根据图像采集设备3的参数：像素尺寸为l×h，求取激光雷达2的角分辨率α，即

为了提高对激光雷达角分辨率测量的准确性，成像面上至少聚焦5条以上的亮暗分布的条纹(即光斑)，成像面有效尺寸D＞5×f′×tan(α)；聚焦设备1的物镜的视场角W＞5×α。

本发明还提供了一种测量激光雷达的竖直视场角的方法，包括：通过聚焦设备1将激光雷达2发射的至少一条激光束聚焦至成像面41上以形成至少一个光斑；获取成像面41上的光斑沿第二方向的长度L；根据γ＝arctan(L/f′)求取激光雷达2的竖直视场角；其中，第二方向为激光雷达2内部的旋转轴的轴线所在的方向；f′为聚焦设备1的焦距。成像面41上的光斑沿第二方向的长度L是指光斑的与激光雷达工作时可用的区域的长度。

为了能更直观、准确地观察成像面41上的光斑，从而保证测量精度，测量激光雷达的竖直视场角的方法包括：通过图像采集设备3采集成像面41上的光斑，形成光斑图像；获取光斑图像上的光斑的像的两个有效端之间的像素数量σ；根据L＝σ×h/N求取成像面41上的光斑沿第二方向的长度L；其中，h为光斑图像上单个像素沿第二方向的长度；N为成像面41上单位长度在光斑图像上沿第二方向所占的像素数量。光斑图像上的光斑的像的两个有效端是指光斑在激光雷达工作时可起到探测作用的端部。

为了减小测量误差，从而保证测量精度，测量激光雷达的竖直视场角的方法包括：划取光斑图像的至少部分作为目标图像，以第一方向为X轴，以第二方向为Y轴建立坐标系；第一方向为光斑图像所在的平面内与第二方向垂直的方向，在该坐标系下，X轴的单位长度为l，Y轴的单位长度为h，l为光斑图像上单个像素沿第一方向的长度；获取目标图像上各个像素点处的灰度值，求取目标图像的与Y轴上各个坐标对应的像素在X轴方向的灰度值的积分I_y以组成第六数组；根据第六数组中的各个灰度值的积分与Y轴坐标的对应关系求取光斑图像上的光斑的像的两个有效端之间的像素数量σ。

具体地，测量激光雷达的竖直视场角的方法包括：将求取的各个灰度值的积分I_y与Y轴的坐标拟合为第四曲线方程F(y,I_y)，获取第四曲线方程F(y,I_y)的最大值；获取第六数组中的最大值I_MAX和最小值I_MIN；令第四曲线方程F(y,I_y)＝(I_MAX-I_MIN)/e²以求取Y轴坐标y₁和y₂；根据σ＝|y₁-y₂|求取光斑图像上的光斑的像的两个有效端之间的像素数量σ。e为自然对数的底数。

以下将具体说明本发明的测量激光雷达的角分辨率的方法的一个实施例的实现过程：

通过聚焦设备1将激光雷达2发射的多条激光束聚焦至成像面41上以形成至少一个光斑。

通过图像采集设备3采集成像面41上的光斑，形成光斑图像。

在光斑图像上划取n×m个像素的区域作为目标图像，以第一方向为X轴，以第二方向为Y轴建立坐标系；第二方向为光斑图像所在的平面内与第一方向垂直的方向，X轴的单位长度为l，Y轴的单位长度为h，h为光斑图像上单个像素沿第二方向的长度；以目标图像第一角处的像素的坐标为[0，0]，以目标图像与第一角呈对角线关系的第二角处的像素的坐标为[n，m]；该图像上任意一点[x,y]的灰度值为I_xy；

沿图像Y轴方向获取图像X轴方向的灰度值的积分

即第六数组。

将灰度值积分

与图像的Y轴坐标值拟合第四曲线方程F(y,I_y)：即

获取第六数组中的最大值I_MAX和最小值I_MIN，计算出(I_MAX-I_MIN)/e²，使F(y,I_y)＝(I_MAX-I_MIN)/e²，可计算出纵轴坐标下的两个坐标值y₁和y₂。

成像面41中单位刻度在光斑图像中所占像素个数N，再根据图像采集设备3的参数：像素尺寸为l×h，求取激光雷达的垂直发散角γ，即

此外，如图5所示，本发明还提供了一种激光雷达测试装置，其可以应用于实现上述的测量激光雷达的角分辨率的方法和上述的测量激光雷达的竖直视场角的方法，该激光雷达测试装置包括：聚焦设备1，聚焦设备1用于对激光雷达2发射的多条激光束进行聚焦；成像设备4，成像设备4具有成像面41，以使经过聚焦设备1聚焦后的光斑落在成像面41上；其中，成像面41为平面，成像面41垂直于聚焦设备1的主光轴。

另外，激光雷达测试装置包括用于采集成像面41上的光斑的图像采集设备3，图像采集设备3的镜头31朝向成像面41设置。

可选地，图像采集设备3为工业相机，镜头31为工业镜头，以通过将工业相机与计算机5通讯连接以将光斑的图像传输至计算机5；其中，工业相机的光谱响应波段覆盖激光雷达2的工作波长。另外，图像采集设备3也可以是有限共轭距的远心镜头。

为了对聚焦设备1和成像设备4起到稳定的支撑效果，激光雷达测试装置包括：基座6，聚焦设备1和成像设备4均设置于基座6上；定位工装7，定位工装7具有用于与激光雷达2接触以对其进行定位的定位部，定位工装7设置于基座6上，定位工装7位于聚焦设备1远离成像设备4的一侧。

具体地，聚焦设备1为平行光管；成像设备4为分划板，分划板上设有沿预设方向分布的刻度值；和/或，成像设备4由透光材料制成，图像采集设备3设置于成像设备4远离聚焦设备1的一侧。

具体地，聚焦设备1的焦距f′＞2×f′_激光，其中f′_激光为激光雷达2的准直镜组的焦距。

采用聚焦设备对激光束进行聚焦后测量的方式会引起激光雷达2发射端的检测误差：(f′_激光×δL)/f′²，其中δL为激光雷达2中光路对焦时存在的离焦量，当f′＞2×f′_激光时，该误差会显著地减少，有效地缩小测量误差。

优选地，聚焦设备1的焦距f′的范围为1m至3m，从而增大平行光管的焦深，以使测量激光雷达2出射激光束聚焦后准直性和测量的角分辨率的精度更高。

在具体实施时，成像设备4为分划板，分划板上设有沿预设方向分布设置的刻度值，图像采集设备3为红外相机；或者，成像设备4为倍频片，图像采集设备3为可见光相机。倍频片也就是上转换片，其可将激光雷达2发射的红外光转换为可见光，从而无需使用红外相机进行测量，可通过调节可见光相机增益对光斑图像的对比度进行调节，使用更灵活，实用性高。而且，通过采用倍频片作为成像设备4，可适用于不同波长、不同功率的雷达测试，无需更具不同的激光雷达2而定制不同分光比、不同膜层的分划板，适用范围广。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

本发明的测量激光雷达的角分辨率的方法包括：通过聚焦设备1将激光雷达2在多个不同时刻对应发射的多条激光束聚焦至成像面41上以形成与多个时刻对应的多个光斑；获取成像面41上相邻的两个光斑之间的距离H；根据α＝arctan(H/f′)求取激光雷达2的角分辨率α；其中，f′为聚焦设备1的焦距。通过采用聚焦设备1对激光雷达2在多个时刻发射的多条激光束进行聚焦，可使激光雷达发射的激光束聚焦在位置较近的成像面41上，且通过聚焦处理可使相邻的光束在成像面41上形成的光斑明显地间隔分布开，这样，只需要获取成像面41上相邻的光斑之间的距离H以及聚焦设备1的焦距f′，便可根据光学原理用公式α＝arctan(H/f′)计算出对应的两条光束之间的夹角，即激光雷达的角分辨率α。通过采用上述方法，在实验室内等较小的场地即可测试出激光雷达的角分辨率，无需使用很大的测试场地，解决了现有技术中对激光雷达的角分辨率测试不方便的问题。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (19)

1.一种测量激光雷达的角分辨率的方法，其特征在于，包括：

通过聚焦设备(1)将激光雷达(2)在多个不同时刻对应发射的多条激光束聚焦至成像面(41)上以形成与多个所述时刻对应的多个光斑；

获取所述成像面(41)上相邻的两个光斑之间的距离H；

根据α＝arctan(H/f′)求取所述激光雷达(2)的角分辨率α；

其中，f′为所述聚焦设备(1)的焦距。

2.根据权利要求1所述的测量激光雷达的角分辨率的方法，其特征在于，所述测量激光雷达的角分辨率的方法包括：

通过图像采集设备(3)采集所述成像面(41)上的多个光斑，形成光斑图像；

获取所述光斑图像上相邻的两个光斑的像之间的像素数量Δ；

根据H＝Δ×l/N求取所述成像面(41)上相邻的两个光斑之间的距离H；

其中，l为所述光斑图像上单个像素沿第一方向的长度，所述第一方向为多个光斑的分布方向；N为所述成像面(41)上单位长度在所述光斑图像上沿所述第一方向所占的像素数量。

3.根据权利要求2所述的测量激光雷达的角分辨率的方法，其特征在于，通过所述图像采集设备(3)采集所述成像面(41)上的多个光斑的方法包括：

通过所述图像采集设备(3)按照预定时间间隔拍摄所述成像面(41)，以获取多张图片，各张所述图片上均包含一个光斑；

将多张所述图片上的各个光斑叠加至一张所述图片上，以在一张所述图片上形成多个间隔设置的光斑。

4.根据权利要求2所述的测量激光雷达的角分辨率的方法，其特征在于，通过所述图像采集设备(3)采集所述成像面(41)上的多个光斑的方法包括：所述图像采集设备(3)以预定积分时长拍摄所述成像面(41)，以形成包含多个光斑的所述光斑图像。

5.根据权利要求2所述的测量激光雷达的角分辨率的方法，其特征在于，所述测量激光雷达的角分辨率的方法包括：

划取所述光斑图像的至少部分作为目标图像，以第一方向为X轴，以第二方向为Y轴建立坐标系；所述第二方向为所述光斑图像所在的平面内与所述第一方向垂直的方向，在该坐标系下，X轴的单位长度为l，Y轴的单位长度为h，h为所述光斑图像上单个像素沿所述第二方向的长度；

获取所述目标图像上各个像素点处的灰度值，求取所述目标图像的与X轴上各个坐标对应的像素在Y轴方向的灰度值的积分I_x；

将求取的各个灰度值的积分I_x与X轴的坐标拟合为第一曲线方程F(x,I_x)，获取所述第一曲线方程F(x,I_x)的多个极大值对应的X轴坐标以组成第一数组；

根据所述第一数组求取所述光斑图像上相邻的两个光斑的像之间的像素数量Δ。

6.根据权利要求5所述的测量激光雷达的角分辨率的方法，其特征在于，根据所述第一数组求取所述光斑图像上相邻的两个光斑的像之间的像素数量Δ的步骤包括：

剔除所述第一数组中的最大值和最小值以获取第二数组；

依次求取所述第二数组中相邻的两数之差以获取第三数组；

求取所述第三数组的绝对值的平均值并将该值作为Δ。

7.根据权利要求5所述的测量激光雷达的角分辨率的方法，其特征在于，所述测量激光雷达的角分辨率的方法包括：

对所述第一曲线方程F(x,I_x)一阶求导以获取第二曲线方程F′(x,I_x)，获取所述第二曲线方程F′(x,I_x)＝0时对应的X轴坐标以组成第四数组；

对所述第一曲线方程F(x,I_x)二阶求导以获取第三曲线方程F″(x,I_x)，将所述第四数组中的各个值代入所述第三曲线方程F″(x,I_x)以获取第五数组；

提取所述第五数组中F″(x,I_x)＜0的情况下对应的X轴坐标值以组成所述第一数组。

8.一种测量激光雷达的竖直视场角的方法，其特征在于，包括：

通过聚焦设备(1)将激光雷达(2)发射的至少一条激光束聚焦至成像面(41)上以形成至少一个光斑；

获取所述成像面(41)上的光斑沿第二方向的长度L；

根据γ＝arctan(L/f′)求取所述激光雷达(2)的竖直视场角；

其中，所述第二方向为所述激光雷达(2)内部的旋转轴的轴线所在的方向；f′为所述聚焦设备(1)的焦距。

9.根据权利要求8所述的测量激光雷达的竖直视场角的方法，其特征在于，所述测量激光雷达的竖直视场角的方法包括：

通过图像采集设备(3)采集所述成像面(41)上的光斑，形成光斑图像；

获取所述光斑图像上的光斑的像的两个有效端之间的像素数量σ；

根据L＝σ×h/N求取所述成像面(41)上的光斑沿所述第二方向的长度L；

其中，h为所述光斑图像上单个像素沿所述第二方向的长度；N为所述成像面(41)上单位长度在所述光斑图像上沿所述第二方向所占的像素数量。

10.根据权利要求9所述的测量激光雷达的竖直视场角的方法，其特征在于，所述测量激光雷达的竖直视场角的方法包括：

划取所述光斑图像的至少部分作为目标图像，以第一方向为X轴，以所述第二方向为Y轴建立坐标系；所述第一方向为所述光斑图像所在的平面内与所述第二方向垂直的方向，在该坐标系下，X轴的单位长度为l，Y轴的单位长度为h，l为所述光斑图像上单个像素沿所述第一方向的长度；

获取所述目标图像上各个像素点处的灰度值，求取所述目标图像的与Y轴上各个坐标对应的像素在X轴方向的灰度值的积分I_y以组成第六数组；

根据所述第六数组中的各个灰度值的积分与Y轴坐标的对应关系求取所述光斑图像上的光斑的像的两个有效端之间的像素数量σ。

11.根据权利要求10所述的测量激光雷达的竖直视场角的方法，其特征在于，所述测量激光雷达的竖直视场角的方法包括：

将求取的各个所述灰度值的积分I_y与Y轴的坐标拟合为第四曲线方程F(y,I_y)，获取所述第四曲线方程F(y,I_y)的最大值；

获取所述第六数组中的最大值I_MAX和最小值I_MIN；

令所述第四曲线方程F(y,I_y)＝(I_MAX-I_MIN)/e₂以求取Y轴坐标y₁和y₂；

根据σ＝|y₁-y₂|求取所述光斑图像上的光斑的像的两个有效端之间的像素数量σ。

12.一种激光雷达测试装置，其特征在于，所述激光雷达测试装置包括：

聚焦设备(1)，所述聚焦设备(1)用于对激光雷达(2)发射的多条激光束进行聚焦；

成像设备(4)，所述成像设备(4)具有成像面(41)，以使经过所述聚焦设备(1)聚焦后的光斑落在所述成像面(41)上；

其中，所述成像面(41)为平面，所述成像面(41)垂直于所述聚焦设备(1)的主光轴。

13.根据权利要求12所述的激光雷达测试装置，其特征在于，所述激光雷达测试装置包括用于采集所述成像面(41)上的光斑的图像采集设备(3)，所述图像采集设备(3)的镜头(31)朝向所述成像面(41)设置。

14.根据权利要求13所述的激光雷达测试装置，其特征在于，所述图像采集设备(3)为工业相机，所述镜头(31)为工业镜头，以通过将所述工业相机与计算机(5)通讯连接以将光斑的图像传输至所述计算机(5)；其中，所述工业相机的光谱响应波段覆盖所述激光雷达(2)的工作波长。

15.根据权利要求12所述的激光雷达测试装置，其特征在于，所述激光雷达测试装置包括：

基座(6)，所述聚焦设备(1)和所述成像设备(4)均设置于所述基座(6)上；

定位工装(7)，所述定位工装(7)具有用于与所述激光雷达(2)接触以对其进行定位的定位部，所述定位工装(7)设置于所述基座(6)上，所述定位工装(7)位于所述聚焦设备(1)远离所述成像设备(4)的一侧。

16.根据权利要求13所述的激光雷达测试装置，其特征在于，所述聚焦设备(1)为平行光管；所述成像设备(4)由透光材料制成，所述图像采集设备(3)设置于所述成像设备(4)远离所述聚焦设备(1)的一侧。

17.根据权利要求12所述的激光雷达测试装置，其特征在于，所述聚焦设备(1)的焦距f′＞2×f′_激光，其中f′_激光为所述激光雷达(2)的准直镜组的焦距。

18.根据权利要求12所述的激光雷达测试装置，其特征在于，所述聚焦设备(1)的焦距f′的范围为1m至3m。

19.根据权利要求13所述的激光雷达测试装置，其特征在于，所述成像设备(4)为分划板，所述分划板上设有沿预设方向分布设置的刻度值，所述图像采集设备(3)为红外相机；或者，

所述成像设备(4)为倍频片，所述图像采集设备(3)为可见光相机。

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