CN111856505A - 激光雷达和激光雷达系统 - Google Patents

激光雷达和激光雷达系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111856505A
CN111856505A CN202010838077.1A CN202010838077A CN111856505A CN 111856505 A CN111856505 A CN 111856505A CN 202010838077 A CN202010838077 A CN 202010838077A CN 111856505 A CN111856505 A CN 111856505A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lidar
detector
light
polarization
laser beam
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010838077.1A
Other languages
English (en)
Inventor
不公告发明人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
DeepRoute AI Ltd
Original Assignee
DeepRoute AI Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by DeepRoute AI Ltd filed Critical DeepRoute AI Ltd
Priority to CN202010838077.1A priority Critical patent/CN111856505A/zh
Publication of CN111856505A publication Critical patent/CN111856505A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4802—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4913—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4914—Circuits for detection, sampling, integration or read-out of detector arrays, e.g. charge-transfer gates

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本申请涉及一种激光雷达和激光雷达系统，其中激光雷达包括：激光器，用于发射激光光束；发射镜头，用于光学地将激光器发射的激光光束投射到目标物体上；接收镜头，用于接收目标信号，目标信号包括激光光束照射下目标物体的反射光；探测器，探测器用于探测接收镜头接收的光，并进行光电转换输出电信号；偏光器件，偏光器件具有一透振方向，用于滤除目标信号中偏振方向与偏光器件的透振方向垂直的分量。利用漫反射物体和镜面反射物体的反射光的偏振差异，通过在接收路放置偏光器件，选择性地将镜面反射光进行抑制，从而减少镜面反射物体和漫反射物体的信号强度差异，降低对探测器的要求。

Description

激光雷达和激光雷达系统
技术领域
本发明涉及激光测量技术领域，特别是涉及一种激光雷达和激光雷达系统。
背景技术
这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。
激光雷达测量物体信息时，待测物体被激光照亮，携带物体信息的反射光由接收镜头进行接收，探测器用于将光信号转换为电信号，并由数字电路进行读取和记录。在进行激光雷达探测时，目标物体有可能是漫反射物体，回光信号弱；还有可能是镜面反射物体，回光信号强。若采用灵敏度高的探测器，当目标物体为镜面反射物体时，探测器上接收到的光较强，探测器会饱和甚至损坏；若采用灵敏度低的探测器，当目标物体为漫反射物体时，探测器上接收到的光较弱，无法获得足够的信噪比；若采用探测范围能够同时兼顾大信号和小信号的探测器，成本高。
发明内容
基于此，有必要针对漫反射物体和镜面反射物体的反射光强不同的问题，提供一种激光雷达和激光雷达系统，以解决低成本探测器难以同时兼顾大信号和小信号的测量问题，保证目标物体的探测效果。
本发明实施例提供了一种激光雷达，包括：
激光器，用于发射激光光束；
发射镜头，用于光学地将激光器发射的激光光束投射到目标物体上；
接收镜头，用于接收目标信号，所述目标信号包括激光光束照射下所述目标物体的反射光；
探测器，所述探测器用于探测所述接收镜头接收的光，并进行光电转换输出电信号；
偏光器件，所述偏光器件具有一透振方向，用于滤除目标信号中偏振方向与所述偏光器件的透振方向垂直的分量。
在其中一个实施例中，所述激光光束为完全非偏振光或s偏振光时，所述偏光器件的透振方向为p方向；
所述激光光束为p偏振光时，所述偏光器件的透振方向为s方向。
在其中一个实施例中，所述偏光器件设置在所述接收镜头和所述目标物体之间。
在其中一个实施例中，所述偏光器件设置在所述接收镜头与所述探测器之间。
在其中一个实施例中，所述偏光器件为偏振片。
在其中一个实施例中，所述偏光器件为格兰泰勒棱镜或偏振分光棱镜。
在其中一个实施例中，所述探测器为光电探测器。
在其中一个实施例中，激光雷达还包括：
处理模块，所述处理模块与所述探测器电连接。
在其中一个实施例中，所述处理模块包括数据读取接口，处理芯片和存储器；
所述数据读取接口的一端与所述探测器电连接，所述数据读取接口另一端与所述处理芯片连接，所述处理芯片与所述存储器电连接。
一种激光雷达系统，包括上述激光雷达。本申请实施例提供的激光雷达，利用漫反射物体和镜面反射物体的偏振差异，通过在接收路放置偏光器件，选择性地将镜面反射光进行抑制，从而减少镜面反射物体和漫反射物体的信号强度差异，降低对探测器的要求，在保证成像质量的前提下，降低成本。。
附图说明
图1为一个实施例中激光雷达的结构示意图；
图2为另一个实施例中激光雷达的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件并与之结合为一体，或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“安装”、“一端”、“另一端”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明实施例提供了一种激光雷达，如图1、图2所示，包括：激光器50，用于发射激光光束至目标物体60；接收镜头10，用于接收目标信号，所述目标信号包括激光光束照射下目标物体60的反射光；探测器20，所述探测器20用于探测所述接收镜头10接收的光，并进行光电转换输出电信号；偏光器件30，所述偏光器件30具有一透振方向，用于滤除目标信号中偏振方向与所述偏光器件30的透振方向垂直的分量。
其中，激光器50是指能够发射激光的器件，例如，可以是自由电子激光器、脉冲激光器等。发光的偏振特性可以为完全非偏振光、s偏振光或p偏振光。接收镜头10可以是单个透镜、胶合透镜或包括多个镜头的镜头组。接收镜头10可以是单个透镜、胶合透镜或包括多个镜头的镜头组。。高反射率物体是指反射光集中在特定方向上的物体，探测器20接收到的光较强。激光光束是指激光器50发射的激光光束，该激光光束为线偏振光。
具体的，一种偏振激光雷达如图1所示。激光光束照亮目标物体60和高反射率物体上，两种物体的反射光经过偏光器件30，偏光器件30抑制大量镜面反射光，得到待测光，减少镜面反射物体和漫反射物体的反射光信号强度差异，然后由接收镜头10对待测光进行接收并投射至探测器上，探测器20进行光电转换，生成电信号。由于抑制了镜面反射光，降低了对探测器20的要求，在保证探测效果的前提下，降低激光雷达的成本。
在其中一个实施例中，激光雷达还可以包括：发射镜头70，用于发射激光光束至目标物体60。其中，发射镜头70可以是单个透镜、胶合透镜或包括多个镜头的镜头组。
在其中一个实施例中，所述激光光束为完全非偏振光或s偏振光时，所述偏光器件30的透振方向为p方向；
所述激光光束为p偏振光时，所述偏光器件30的透振方向为s方向。
其中，漫反射物体是指物体后在光源照射下反射的光向各个方向反射的物体。镜面反射物体是指水面、玻璃等表面光滑的物体，当平行入射的光线射到这个反射面时，仍会平行地向一个方向反射出来的物体。在照明光源为完全非偏振光的情况下，漫反射物体的反射光同样为完全非偏振光，而镜面反射物体的反射光为部分偏振光(s分量居多，p分量居少)。在照明光源(激光雷达的激光光束)为s偏振光的情况下，漫反射物体的反射光同样具有完全非偏振光的偏振特性，而镜面反射物体的反射光为线偏振光(s偏振光)或部分偏振光(s分量居多，p分量居少)。在激光雷达的激光光束为p偏振光的情况下，漫反射物体的反射光同样具有完全非偏振光的偏振特性，而镜面反射物体的反射光为线偏振光(p偏振光)或部分偏振光(p分量居多，s分量居少)。根据这种偏振差异则可以在进行探测前，通过加入偏光器件30，选择性地将镜面反射光进行抑制，从而减少镜面反射物体和漫反射物体的信号强度差异，降低对探测器20的要求。
在其中一个实施例中，所述偏光器件30设置在所述接收镜头10和所述目标物体60之间。激光光束照射目标物体60时，目标物体60反射的光和目标物体60附近的镜面反射物反射的光被接收镜头10接收，通过在接收镜头10前设置偏光器件30，抑制水面、玻璃等镜面反射物反射的光强，使得探测器20可以探测到目标物体60的反射光，保证对目标信号的探测效果的前提下，降低探测器20成本，降低激光雷达成本。
在其中一个实施例中，所述偏光器件30设置在所述接收镜头10与所述探测器20之间。由于主要是避免探测器20探测的光信号中镜面反射光和漫反射光强度差异过大，所以偏光器件30还可以设置在接收镜头10与探测器20之间，以便对探测器20接收光路上的高反射率光进行抑制，减少镜面反射物体和漫反射物体的信号强度差异，在保证激光雷达探测效果和可靠性的前提下，降低成本。
在其中一个实施例中，所述偏光器件30为偏振片或格兰泰勒棱镜或偏振分光棱镜。格兰泰勒棱镜是一种由天然方解石晶体制成的双折射偏光器件30，主要成分为CaCO3的斜方六面体结晶。输入一束无偏光的光束，可以得到一束线偏振光。与其他偏光器件30(如偏光板)相比，其透过率和偏光纯度更高。偏振分光棱镜是指能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏振光的器件。其中p偏振光完全通过，而s偏振光以45度角被反射，出射方向与p偏振光成90度角。偏振分光棱镜可以由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜。除此处列举的方式，还可以采用其他类型的用于检偏的器件，本领域技术人员根据此处记载的实施方式，能够想到的其他替代方式均属于本申请的保护范围。
在其中一个实施例中，所述探测器20为光电探测器20。光电探测器20可以根据入射的光强度输出相应强度的电流、电压或数字信号。根据待测光的波长，探测器20可以以硅、锗、铟镓砷、硒化镉等为探测材料。具体的，探测器22可以选用但不限定于单像素探测器22，也可以为CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)、CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)或者MPPC(multi-pixel photon counter，硅光电倍增管)等，需要说明的是，此处举例不对本申请方案实际保护范围造成限定。
其中，单像素探测器20是以硅为探测材料的粒子径迹探测器20，具有单像素的半导体探测器20，用以在粒子通过该单像素时输出数据，例如，将接收镜头接收到的光转换为电信号。单像素探测器20为只能探测光强、不能分辨空间信息的探测器的统称。常用的有光电二极管、光电倍增管、雪崩光电二极管等。为了更好的说明本申请实施例提供的激光雷达的工作原理，在此举例说明，利用反射光偏振差异识别低反射率目标物体60的激光雷达如图1所示。激光光束照亮目标物体60和镜面反射物体，两种物体的反射光(目标信号)首先经过偏振片等偏光器件30(偏光器件的透振方向取决与激光器的偏振特性)，经过偏光器件30，削弱了镜面反射光的强度，减少了镜面反射物体和漫反射物体的反射光信号强度差异，形成待测光，由接收镜头10对待测光进行接收并投射至探测器20上。单像素探测器20进行探测转换为电信号，由于镜面反射光强度被削弱，减少了镜面反射物体和漫反射物体的信号强度差异，降低对光电探测器的要求，降低探测器成本，然后由处理模块进行电信号读取和记录、存储等工作，实现激光雷达探测，进而在保证探测效果的同时，降低了激光雷达的成本。
本申请实施例提供的激光雷达，利用物体不同类型反射光的偏振差异，根据激光照射下镜面反射物体和漫反射物体之间的偏振差异特性，选择性地抑制镜面反射物的反射光，减少了镜面反射物体和漫反射物体的信号强度差异，降低对光电探测器20的要求。。
在其中一个实施例中，激光雷达还包括：处理模块40，所述处理模块40与所述探测器20电连接。处理模块40是指能够进行数据读取和数据存储功能的器件或多个器件的组合。
在其中一个实施例中，所述处理模块40包括数据读取接口，处理芯片和存储器；所述数据读取接口的一端与所述探测器20电连接，所述数据读取接口另一端与所述处理芯片连接，所述处理芯片与所述存储器电连接。数据读取接口可以是串口、并口等数据传输接口。处理芯片可以进行数据计算。存储器用于存储数据。
一种激光雷达系统，包括上述激光雷达。
本申请实施例提供的激光雷达系统，可以实现激光雷达的有益效果，其工作实现过程可以参照上述激光雷达实施例中的描述，在此不做赘述。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：
激光器，用于发射激光光束至目标物体；
接收镜头，用于接收目标信号，所述目标信号包括激光光束照射下所述目标物体的反射光；
探测器，所述探测器用于探测所述接收镜头接收的光，并进行光电转换输出电信号；
偏光器件，所述偏光器件具有一透振方向，用于滤除目标信号中偏振方向与所述偏光器件的透振方向垂直的分量。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光光束为s偏振光完全非偏振光或s偏振光时，所述偏光器件的透振方向为p方向；
所述激光光束为p偏振光时，所述偏光器件的透振方向为s方向。
3.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其特征在于，所述偏光器件设置在所述接收镜头和所述目标物体之间。
4.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其特征在于，所述偏光器件设置在所述接收镜头与所述探测器之间。
5.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其特征在于，所述偏光器件为偏振片。
6.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其特征在于，所述偏光器件为格兰泰勒棱镜或偏振分光棱镜。
7.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其特征在于，所述探测器为光电素探测器。
8.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其特征在于，还包括：
处理模块，所述处理模块与所述探测器电连接。
9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述处理模块包括数据读取接口，处理芯片和存储器；
所述数据读取接口的一端与所述探测器电连接，所述数据读取接口另一端与所述处理芯片连接，所述处理芯片与所述存储器电连接。
10.一种激光雷达系统，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的激光雷达。
CN202010838077.1A 2020-08-19 2020-08-19 激光雷达和激光雷达系统 Pending CN111856505A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010838077.1A CN111856505A (zh) 2020-08-19 2020-08-19 激光雷达和激光雷达系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010838077.1A CN111856505A (zh) 2020-08-19 2020-08-19 激光雷达和激光雷达系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111856505A true CN111856505A (zh) 2020-10-30

Family

ID=72970389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010838077.1A Pending CN111856505A (zh) 2020-08-19 2020-08-19 激光雷达和激光雷达系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111856505A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112666539A (zh) * 2020-12-01 2021-04-16 天津优控智行科技有限公司 一种无人驾驶系统激光雷达点云去噪方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112666539A (zh) * 2020-12-01 2021-04-16 天津优控智行科技有限公司 一种无人驾驶系统激光雷达点云去噪方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4276495A1 (en) Detection device, control method, fusion detection system, and terminal
US6388754B1 (en) Shape measuring system and method
JP2574780B2 (ja) 反射型光電スイッチ
CN212694050U (zh) 激光雷达和激光雷达系统
US20200221068A1 (en) Method and system for reducing returns from retro-reflections in active illumination system
Breugnot et al. Modeling and performance of a polarization active imager at lambda= 806 nm
KR102195594B1 (ko) 결함 검사 장치 및 결함 검사 방법
US4831276A (en) Apparatus for measuring reflectivity
CN111856505A (zh) 激光雷达和激光雷达系统
CN111566543A (zh) 使用圆偏振光的成像方法及装置
CN111856502A (zh) 成像装置和成像系统
CN111948671A (zh) 成像装置和成像系统
US5606418A (en) Quasi bright field particle sensor
CN101922918B (zh) 环境光自适应位移测量装置及其测量方法
CN111812664A (zh) 一种实现远距与近距测量的激光测距系统
US20220404579A1 (en) Imaging apparatus
CN115079203B (zh) 一种非视域成像系统及成像方法
CN212965407U (zh) 激光雷达系统
US20200064479A1 (en) Spad-based lidar system
CN212965421U (zh) 成像装置和成像系统
US20190036617A1 (en) Receiving Unit For Optical Communication, Optical Communication Apparatus And Optical Communication Method
US20230007979A1 (en) Lidar with photon-resolving detector
CN212694049U (zh) 成像装置和成像系统
CN107340006A (zh) 一种传感器主体及回归反射型光电传感器
CN207020306U (zh) 一种具有组合孔径的激光扫描装置及其激光雷达装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination