CN112213729A - 一种可拼接的tof系统装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光深度测量技术领域，尤其涉及一种可拼接的TOF系统装置及控制方法。该装置包括激光雷达系统，所述激光雷达系统包括发射模组、采集模组、控制与处理电路，所述激光雷达系统有三组，三组同一水平面上呈扇形分布，组成一个大视场激光雷达系统，位于中间的激光雷达系统与两边的雷达系统所使用的工作波段不同。三组同一水平面上呈扇形分布，组成一个大视场激光雷达系统，克服可现有技术中机械旋转式精度低，易磨损转轴的缺点，能够固定一次性成像，不需要旋转。
Description
技术领域：
本发明涉及激光深度测量技术领域，尤其涉及一种可拼接的TOF系统装置及控制方法。
背景技术：
随着激光雷达技术的发展，基于TOF技术的深度相机逐渐成熟，已经在机器人导航、自动驾驶、无人机、AR/VR/MR、三维重建、人机互动、智能制造等热门领域开始应用。3DTOF相机基本原理是激光器发出经调制的近红外光，遇物体后反射，传感器通过计算光线发射和反射时间差或者相位差，来换算被拍摄景物的距离，以产生深度信息，此外再结合传统的相机拍摄，就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。
探测距离远、探测范围广是激光雷达产品两个重要的指标。但是探测距离远需要大焦距镜头，视场就会变小；探测范围广的镜头焦距就会比较小。为了同时满足这两个指标要求，激光雷达主要分为旋转式激光雷达和固态激光雷达。
旋转式激光雷达通过多束激光束列而排，绕轴进行360°旋转，每一束激光扫描一个平面，纵向叠加后呈现出三维立体图形。多线束激光雷达可分为16线、32线、64线，线束越高，可扫描的平面越多，获取目标的信息也就越详细，线束越低的激光雷达由于点云密度较低，容易带来分辨率不高的问题。
固态激光雷达摒弃了原有的机械扫描方式，采用相控阵原理，有许多个固定的细小光束组层，通过每个阵元点产生光束的相位与幅度，以此强化光束在指定方向上的强度，并压抑其他方向的强度，从而实现让光束的方向发生改变。由于固态式激光雷达不具备旋转组件，这在一定程度降低了硬件成本和磨损消耗，且在个别光束阵元损坏的前提下，固态式激光雷达整体仍可持续工作，在可靠性上实现了大大提升。
固态激光雷达结构简单、尺寸小，由于不需要旋转部件，可以大大压缩雷达的结构和尺寸，提高使用寿命，并降低成本。机械式激光雷达由于光学结构固定，适配不同机器往往需要精密调节其位置和角度，振动大，对光路影响比较大，会导致图像输出不稳定。
机械式超大视场激光雷达测距仪目前已经有成熟的产品，这种方式最为直接，技术难度也最小，但考虑到镜片、机械结构、电路板等因素，多点测距模块通常无法在尺寸和重量上进行优化，因此电机带动模块进行长时间旋转时，轴承极易损耗，使得传统机械扫描在可靠性方面备受诟病，由于损耗增加的成本也是非常现实的问题。
发明内容：
为克服上述问题，本发明的目的在于提供一种可拼接的TOF系统装置及控制方法，以解决现有技术的不足。
本发明由如下技术方案实施：
一种可拼接的TOF系统装置，包括激光雷达系统，所述激光雷达系统包括发射模组、采集模组、控制与处理电路，所述激光雷达系统有ABC三组，三组同一水平面上呈扇形分布，组成一个大视场激光雷达系统，位于中间的C组激光雷达系统与两边的AB雷达系统所使用的工作波段不同。
使用三个固态激光雷达系统拼接成一个超大视场的固态激光雷达系统，光路稳定，输出图像稳定。不会像传统机械扫描一样，因为电机带动模式进行长时间旋转带来的不可靠性，也不会因为轴承易损耗而增加成本。
中间固态激光雷达模组和两边固态激光雷达模组波段不同，避免了光路交叉部分反射回来的激光对系统精度的影响。
所述控制与处理电路包括TOF光源电路和感光电路。
所述光源电路包括一电源和保护电路，所述电源为保护电路提供工作电能，所述保护电路提供所述TOF光源预定的限制功率。
所述保护电路包括一分流模块和一采样模块，所述分流模块和所述采样模块并列电连接。
所述保护电路包括一平均低通模块，所述采样模块输出电流信息至所述平均低通模块，所述平均低通模块处理所述电流信息得到电流平均值。
所述平均低通模块是一电阻和一电容。
所述分流模块是一电阻，所述采样模块是一电流检测放大器。
一种可拼接的TOF系统的控制方法，包括：
S1：由三个激光雷达系统同一水平面上呈扇形分布，拼组成一个大视场激光雷达系统，位于中间的激光雷达系统与两边的雷达系统所使用的工作波段不同；
S2：开启三个激光雷达系统工作，各个系统的发射模组发出光源；
S3：采集模组接受经过目标物反射回的光束形成电信号；
S4：电信号经过控制与处理电路计算以获得目标物距离，将图像进行处理融合，输出超大视场深度图像信息。
工作步骤如下：
(1)大视场TOF模组A、B、C拼接成全固态的超大视场TOF产品，模组C的工作波段和模组AB的工作波段不同。三个模组在同一水平面上，无需扫描，结构简单易于操作。相较于机械式超大视场TOF产品，其振动小、光路稳定、可输出稳定的图像信息，可靠性极高；
(2)三个模组交叉重合部分互相干扰，会对测试结果造成很大的误差。故使AB两个模组和C的工作波段不同，这样既不互相干扰还能拼接出超大视场的图像；
(3)本专利只利用三个探测器中间有效像素，降低数据计算量，提高工作效率；
(4)两个模组图像融合，输出超大视场深度图像信息。
本发明的优点：
(1)三组同一水平面上呈扇形分布，组成一个大视场激光雷达系统，克服可现有技术中机械旋转式精度低，易磨损转轴的缺点，能够固定一次性成像，不需要旋转。
(2)能够实现超大视场激光雷达系统测距测速功能，全固态，结构紧凑，光路稳定图像稳定；两个系统交替工作，避免了光路交叉部分反射回来的激光对系统精度的影响；使用每个探测器中间有效像素，降低数据处理量，提高系统帧频。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为TOF系统水平示意图；
图2为TOF系统垂直视场示意图；
图3为TOF系统工作流程图。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一种可拼接的TOF系统装置，包括激光雷达系统，所述激光雷达系统包括发射模组、采集模组、控制与处理电路，所述激光雷达系统有ABC三组，三组同一水平面上呈扇形分布，组成一个大视场激光雷达系统，位于中间的C组激光雷达系统与两边的AB雷达系统所使用的工作波段不同。
使用三个固态激光雷达系统拼接成一个超大视场的固态激光雷达系统，光路稳定，输出图像稳定。不会像传统机械扫描一样，因为电机带动模式进行长时间旋转带来的不可靠性，也不会因为轴承易损耗而增加成本。
中间固态激光雷达模组和两边固态激光雷达模组波段不同，避免了光路交叉部分反射回来的激光对系统精度的影响。
所述控制与处理电路包括TOF光源电路和感光电路。
所述光源电路包括一电源和保护电路，所述电源为保护电路提供工作电能，所述保护电路提供所述TOF光源预定的限制功率。
所述保护电路包括一分流模块和一采样模块，所述分流模块和所述采样模块并列电连接。
所述保护电路包括一平均低通模块，所述采样模块输出电流信息至所述平均低通模块，所述平均低通模块处理所述电流信息得到电流平均值。
所述分流模块是一电阻，所述采样模块是一电流检测放大器。
工作步骤如下：
(1)大视场TOF模组A、B、C拼接成全固态的超大视场TOF产品，模组C的工作波段和模组AB的工作波段不同。三个模组在同一水平面上，无需扫描，结构简单易于操作。相较于机械式超大视场TOF产品，其振动小、光路稳定、可输出稳定的图像信息，可靠性极高；
(2)三个模组交叉重合部分互相干扰，会对测试结果造成很大的误差。故使AB两个模组和C的工作波段不同，这样既不互相干扰还能拼接出超大视场的图像；
(3)本专利只利用三个探测器中间有效像素，降低数据计算量，提高工作效率；
(4)两个模组图像融合，输出超大视场深度图像信息。
实施例二：
一种可拼接的TOF系统装置，包括激光雷达系统，所述激光雷达系统包括发射模组、采集模组、控制与处理电路，所述激光雷达系统有ABC三组，三组同一水平面上呈扇形分布，组成一个大视场激光雷达系统，位于中间的C组激光雷达系统与两边的AB雷达系统所使用的工作波段不同。
使用三个固态激光雷达系统拼接成一个超大视场的固态激光雷达系统，光路稳定，输出图像稳定。不会像传统机械扫描一样，因为电机带动模式进行长时间旋转带来的不可靠性，也不会因为轴承易损耗而增加成本。
中间固态激光雷达模组和两边固态激光雷达模组波段不同，避免了光路交叉部分反射回来的激光对系统精度的影响。
所述控制与处理电路包括TOF光源电路和感光电路。
所述光源电路包括一电源和保护电路，所述电源为保护电路提供工作电能，所述保护电路提供所述TOF光源预定的限制功率。
所述保护电路包括一分流模块和一采样模块，所述分流模块和所述采样模块并列电连接。
所述保护电路包括一平均低通模块，所述采样模块输出电流信息至所述平均低通模块，所述平均低通模块处理所述电流信息得到电流平均值。
所述平均低通模块是一电阻和一电容。
一种可拼接的TOF系统的控制方法，包括：
S1：由三个激光雷达系统同一水平面上呈扇形分布，拼组成一个大视场激光雷达系统，位于中间的激光雷达系统与两边的雷达系统所使用的工作波段不同；
S2：开启三个激光雷达系统工作，各个系统的发射模组发出光源；
S3：采集模组接受经过目标物反射回的光束形成电信号；
S4：电信号经过控制与处理电路计算以获得目标物距离，将图像进行处理融合，输出超大视场深度图像信息。
工作步骤如下：
(1)大视场TOF模组A、B、C拼接成全固态的超大视场TOF产品，模组C的工作波段和模组AB的工作波段不同。三个模组在同一水平面上，无需扫描，结构简单易于操作。相较于机械式超大视场TOF产品，其振动小、光路稳定、可输出稳定的图像信息，可靠性极高；
(2)三个模组交叉重合部分互相干扰，会对测试结果造成很大的误差。故使AB两个模组和C的工作波段不同，这样既不互相干扰还能拼接出超大视场的图像；
(3)本专利只利用三个探测器中间有效像素，降低数据计算量，提高工作效率；
(4)两个模组图像融合，输出超大视场深度图像信息。
Claims (8)
1.一种可拼接的TOF系统装置，包括激光雷达系统，所述激光雷达系统包括发射模组、采集模组、控制与处理电路，其特征在于：
所述激光雷达系统有三组，三组同一水平面上呈扇形分布，组成一个大视场激光雷达系统，位于中间的激光雷达系统与两边的雷达系统所使用的工作波段不同。
2.根据权利要求1所述的可拼接的TOF系统装置，其特征在于：所述控制与处理电路包括TOF光源电路和感光电路。
3.根据权利要求2所述的可拼接的TOF系统装置，其特征在于：所述光源电路包括一电源和保护电路，所述电源为保护电路提供工作电能，所述保护电路提供所述TOF光源预定的限制功率。
4.根据权利要求3所述的可拼接的TOF系统装置，其特征在于：所述保护电路包括一分流模块和一采样模块，所述分流模块和所述采样模块并列电连接。
5.根据权利要求3所述的可拼接的TOF系统装置，其特征在于：所述保护电路包括一平均低通模块，所述采样模块输出电流信息至所述平均低通模块，所述平均低通模块处理所述电流信息得到电流平均值。
6.根据权利要求5所述的可拼接的TOF系统装置，其特征在于：所述平均低通模块是一电阻和一电容。
7.根据权利要求4所述的可拼接的TOF系统装置，其特征在于：所述分流模块是一电阻，所述采样模块是一电流检测放大器。
8.一种可拼接的TOF系统的控制方法，其特征在于，包括：
S1：由三个激光雷达系统同一水平面上呈扇形分布，拼组成一个大视场激光雷达系统，位于中间的激光雷达系统与两边的雷达系统所使用的工作波段不同；
S2：开启三个激光雷达系统工作，各个系统的发射模组发出光源；
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S4：电信号经过控制与处理电路计算以获得目标物距离，将图像进行处理融合，输出超大视场深度图像信息。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010975655.6A CN112213729A (zh) | 2020-09-16 | 2020-09-16 | 一种可拼接的tof系统装置及控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202010975655.6A CN112213729A (zh) | 2020-09-16 | 2020-09-16 | 一种可拼接的tof系统装置及控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112213729A true CN112213729A (zh) | 2021-01-12 |
Family
ID=74049624
Family Applications (1)
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| CN202010975655.6A Pending CN112213729A (zh) | 2020-09-16 | 2020-09-16 | 一种可拼接的tof系统装置及控制方法 |
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|---|---|
| CN (1) | CN112213729A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115508846A (zh) * | 2021-06-23 | 2022-12-23 | 株式会社理光 | 测距装置、测距系统 |
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2020
- 2020-09-16 CN CN202010975655.6A patent/CN112213729A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115508846A (zh) * | 2021-06-23 | 2022-12-23 | 株式会社理光 | 测距装置、测距系统 |
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