CN112578390A - 激光雷达及生成激光点云数据的方法 - Google Patents

激光雷达及生成激光点云数据的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112578390A
CN112578390A CN201910932355.7A CN201910932355A CN112578390A CN 112578390 A CN112578390 A CN 112578390A CN 201910932355 A CN201910932355 A CN 201910932355A CN 112578390 A CN112578390 A CN 112578390A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
lidar
transceiver
transceivers
position sensor
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
CN201910932355.7A
Other languages
English (en)
Inventor
陈如新
杜德涛
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.)
Ruifu Technology Beijing Co ltd
Rayz Technologies Co Ltd
Original Assignee
Ruifu Technology Beijing Co 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 Ruifu Technology Beijing Co ltd filed Critical Ruifu Technology Beijing Co ltd
Priority to CN201910932355.7A priority Critical patent/CN112578390A/zh
Priority to PCT/CN2020/118644 priority patent/WO2021058016A1/zh
Publication of CN112578390A publication Critical patent/CN112578390A/zh
Priority to US17/707,679 priority patent/US20220221584A1/en
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
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • 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
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • 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
    • G01S17/86—Combinations of lidar systems with systems other than lidar, radar or sonar, e.g. with direction finders
    • 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
    • G01S17/87—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves
    • 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
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G01S7/4815—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters
    • 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
    • G01S7/4817—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements relating to scanning

Landscapes

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

Abstract

本申请提供了一种激光雷达及生成激光点云数据的方法。所述激光雷达包括：激光接收和发射器(激光收发器)，所述激光收发器包括激光发射器和激光接收器，所述激光接收器基于由所述激光发射器发射并经物体反射的激光来确定所述激光收发器距所述物体的距离信息，所述激光收发器不记录所述物体的方位信息；位置传感器，所述位置传感器基于由所述物体反射的激光确定所述物体的方位信息；以及处理器，所述处理器与所述激光收发器和所述位置传感器通信，并且基于所述距离信息和所述方位信息获取所述物体的激光点云数据。

Description

激光雷达及生成激光点云数据的方法
技术领域
本申请涉及测量与测试领域，具体地，涉及一种激光雷达及生成激光点云数据的方法。
背景技术
作为一种重要的感测工具，激光雷达(LIDAR)在诸多领域发挥着日益重要的作用。例如，在目前的无人驾驶领域，激光雷达被作为重要的感测工具。
发明内容
本申请提供了一种激光雷达。所述激光雷达包括：激光收发器，所述激光收发器包括激光发射器和激光接收器，所述激光接收器基于由所述激光发射器发射并经物体反射的激光来确定所述激光收发器距所述物体的距离信息，所述激光收发器不记录所述物体的方位信息；位置传感器，所述位置传感器基于由所述物体反射的激光确定所述物体的方位信息；以及处理器，所述处理器与所述激光收发器和所述位置传感器通信，并且基于所述距离信息和所述方位信息获取所述物体的激光点云数据。
根据本申请实施方式，所述激光收发器包括至少两组激光收发器，所述至少两组激光收发器彼此独立地进行扫描。
根据本申请实施方式，所述激光收发器具有非均匀的扫描步进量。
根据本申请实施方式，所述至少两组激光收发器非均匀地分割所述激光雷达的总视场角。
根据本申请实施方式，与所述至少两组激光收发器中的每组激光收发器对应的激光的波长不同于与其它激光收发器对应的激光的波长。
根据本申请实施方式，与所述至少两组激光收发器中的每组激光收发器对应的激光的调制不同于与其它激光收发器对应的激光的调制。
根据本申请实施方式，每组激光收发器的激光接收器均包括过滤与其它激光收发器对应的激光的滤波器。
根据本申请实施方式，所述激光雷达包括与所述激光收发器对应的扫描驱动器，所述扫描驱动器驱动所述激光收发器随机扫描，所述扫描驱动器不输出激光发射的方向信息。
根据本申请实施方式，所述扫描驱动器包括：反射镜和/或透光镜，所述反射镜和/或透光镜控制与所述激光收发器对应的激光的发射方向；以及电机，所述电机驱动所述反射镜和/或透光镜在预定角度范围内随机振动。
根据本申请实施方式，所述扫描驱动器通过光路控制器件驱动所述激光收发器在预定角度范围内随机振动，或者驱动所述激光收发器在至少一次扫描时的空间角度变化大于上一次扫描时的空间角度变化的1.5倍。
根据本申请实施方式，所述光路控制器件包括光学相控阵列、微机电系统、液晶光导器件、反射式液晶光阀和透射式液晶光阀中的至少一项。
根据本申请实施方式，所述激光收发器包括空间上彼此分离的至少两个激光接收器。
根据本申请实施方式，所述激光接收器还确定反射的激光的光强信息。
根据本申请实施方式，所述位置传感器输出的像素点的数量小于所述位置传感器的像素点的总数量的一半并且大于每次测量中与由所述物体反射的激光对应的像素点的数量。
根据本申请实施方式，所述位置传感器包括CMOS、CCD图像传感器、APD阵列，所述位置传感器在曝光时长内基于由所述物体反射的激光确定所述物体的方位信息。
根据本申请实施方式，所述位置传感器还包括时钟计数器，所述时钟计数器记录由所述物体反射的激光相对于曝光开始时刻在所述曝光时长中到达的时刻。
根据本申请实施方式，所述激光收发器包括至少两组激光收发器，其中至少一组激光收发器是Flash激光雷达，所述Flash激光雷达的视场角小于所述激光雷达测量待测场景的总视场角的0.75倍。
本申请提供了一种生成激光点云数据的方法，其特征在于，所述方法包括：利用激光收发器测量物体距所述激光收发器的距离信息；基于独立于所述激光收发器的位置传感器测量所述物体的方位信息；基于所述距离信息和所述方位信息生成所述物体的激光点云数据。
根据本申请实施方式，所述激光收发器包括激光发射器和激光接收器，测量所述距离信息包括：利用所述激光发射器发射激光；利用所述激光接收器接收由所述激光发射器发射并经所述物体反射的激光；基于发射和反射的激光的飞行时间确定所述距离信息。
根据本申请实施方式，所述激光收发器包括在空间上彼此分离的至少两个激光接收器，并且测量所述距离信息还包括，基于所述彼此分离的至少两个激光接收器的位置和所述飞行时间共同确定所述距离信息。
根据本申请实施方式，所述激光收发器包括至少两组激光收发器，所述方法包括：为每组激光收发器配置不同的激光波长或调制。
根据本申请实施方式，所述扫描是空间随机扫描。
根据本申请实施方式，所述方法还包括基于反射的激光的光强信息确定所述物体的材质或表面形状。
根据本申请实施方式，测量所述物体的方位信息包括：基于在所述位置传感器的曝光时长内感测到的激光信号的强度大于预定阈值，记录所述方位信息。
根据本申请实施方式，测量所述物体的方位信息包括：基于在所述位置传感器的曝光时长内感测到的激光信号的一组最强激光光强的激光组的区域数目大于发射的激光源数目、并且所述最强激光组中的任一激光的强度大于非最强激光组中的任一激光的强度的1.5倍，记录所述方位信息。
根据本申请实施方式，所述方法还包括记录由所述物体反射的激光相对于曝光开始时刻在所述曝光时长中到达的时刻，并且基于所述时刻辅助对所述距离信息的测量。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1A和图1B是根据本申请实施方式的激光雷达的示意性框图；
图2是根据本申请实施方式的激光雷达的各激光收发器的视场角的示意图；
图3是根据本申请实施方式的扫描驱动器的工作方式示意图；
图4是根据本申请实施方式的激光收发器的示意性框图；
图5是根据本申请实施方式的位置传感器的工作方式示意图；
图6是根据本申请实施方式的生成激光点云数据的流程图；以及
图7是根据本申请实施方式的一种处理电路的框图。
具体实施方式
为了更好地理解本申请，将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解，这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述，而非以任何方式限制本申请的范围。在说明书全文中，相同的附图标号指代相同的元件。表述“和/或”包括相关联的所列项目中的一个或多个的任何和全部组合。
应注意，在本说明书中，第一、第二、第三等的表述仅用于将一个特征与另一个特征区分开来，而不表示对特征的任何限制。因此，在不背离本申请的教导的情况下，下文中讨论的第一激光收发器也可被称作第二激光收发器。反之亦然。
在附图中，为了便于说明，已稍微调整了部件的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。如在本文中使用的，用语“大致”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。
还应理解的是，诸如“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”等表述在本说明书中是开放性而非封闭性的表述，其表示存在所陈述的特征、元件和/或部件，但不排除一个或多个其它特征、元件、部件和/或它们的组合的存在。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，其修饰整列特征，而非仅仅修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。
除非另外限定，否则本文中使用的所有措辞(包括工程术语和科技术语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，除非本申请中有明确的说明，否则在常用词典中定义的词语应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，而不应以理想化或过于形式化的意义解释。
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。另外，除非明确限定或与上下文相矛盾，否则本申请所记载的方法中包含的具体步骤不必限于所记载的顺序，而可以任意顺序执行或并行地执行。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
图1A示出了根据本申请实施方式的一种激光雷达100的框图。激光雷达100可以是单源雷达或多源雷达，所述单源雷达可以是单线雷达或者或单个闪光激光雷达(Flash激光雷达)，所述多源雷达可以是多线雷达或者或多个闪光激光雷达。
本申请提供的激光雷达100包括激光收发器110、位置传感器120和处理器130。激光收发器110包括激光发射器和激光接收器。激光接收器基于由激光发射器发射并经物体反射的激光来确定激光收发器距物体的距离信息111。位置传感器120基于由物体反射的激光确定物体的方位信息112。处理器130与激光收发器110和位置传感器120通信，并且基于距离信息111和方位信息112获取物体的激光点云数据。根据本申请实施方式，由于位置传感器可以获取物体的方位信息。因此，无需激光接收器记录物体的方位信息。在这种情况下，激光收发器的设计和加工精度可降低，从而降低了激光雷达的成本。
一般而言，多线激光雷达一般由多个单线激光雷达排成规则的阵列，并且同步旋转扫描。多线激光雷达每旋转一个小角度即发射一组激光。当多线激光雷达旋转遍及其设计角度范围时，即生成一帧完整的数据。这一数据可以看作是具有不同高度的多行点阵，具有类似于图像帧的形式。
传统的多线激光雷达中的每一个激光发射器均配备与之对应的激光接收器。该激光接收器接收同组激光发射器发射并经物体反射的激光，然后利用该激光携带的信息确定诸如物体的材质、物体距激光雷达的距离等信息。此外，物体的反射点位置由多线激光雷达的旋转角度信息和距离信息来确定。换言之，激光雷达在扫描的过程中，要不停地记录其旋转的角度，然后利用该角度信息和物体的距离信息还原出激光反射点所在的位置。
传统的多线激光雷达中的每一个激光发射器均与其它激光发射器具有确定的角度和距离关系，并且在扫描过程中保持这一关系的不变性。例如，传统的多线激光雷达中的各个激光发射器平分整个激光雷达的视场角(FOV)。
为了避免还原出的激光反射点的图像发生畸变，传统的多线激光雷达在扫描过程中，仍然需要保证每个激光发射器之间的相对位置(诸如，相对距离、相对角度)保持不变，并且在扫描过程中，需要非常高的扫描步进精度。这对于激光雷达的设计和加工带来很大的挑战。因此，当前市场上的64线和128线激光雷达的价格仍然居高不下。
图1B示出了根据本申请实施方式的多线式激光雷达1000。激光雷达1000包括激光收发器阵列1010、位置传感器1020和处理器1030。激光收发器阵列1010包括至少两组激光收发器。图1B中示例性示出了激光收发器阵列1010包括第一激光收发器1011和第二激光收发器1012。然而，本领域技术人员可知，可以基于应用的需求而为激光收发器阵列1010配备相应数量的激光收发器。例如，在车载主激光雷达应用场景中，可以为激光收发器阵列1010配备64个、128个或256个激光收发器。其中，至少一组激光收发器可以是Flash激光雷达，Flash激光雷达的视场角小于激光雷达测量待测场景的总视场角的0.75倍。
根据本申请，各组激光收发器可彼此相对独立地进行扫描。例如，第一激光收发器1011和第二激光收发器1012不必按照同步的方式进行扫描。第一激光收发器1011和第二激光收发器1012可以分别具有各自的扫描驱动机构并且分别按照不同的规律进行扫描。再例如，第一激光收发器1011和第二激光收发器1012可以以弱关联地方式进行扫描。第一激光收发器1011和第二激光收发器1012彼此之间可以具有一定的活动冗余量，使得即使第一激光收发器1011和第二激光收发器1012由共同的机械或者电子控制机构控制进行扫描，第一激光收发器1011和第二激光收发器1012也可不必保持固定的相对角度和位置。应当理解，在本申请中，表述“相对独立地”或“独立”表示第一激光收发器1011和第二激光收发器1012的扫描允许存在一定的错位和非关联性。
每组激光收发器均可包括激光发射器和激光接收器。激光接收器可例如采用雪崩光电二极管(APD)。每组激光收发器的激光发射器和激光接收器可彼此配对，使得每组激光收发器的激光接收器能够对应地接收由这一组激光收发器的激光发射器发射并经物体反射的激光，从而确定这一组激光收发器距物体的距离信息。例如，激光接收器可以基于激光从发射到接收之间的时间差来确定激光收发器距物体之间的距离。这种测距方式一般称作时间飞行(TOF)测距法。
位置传感器1020基于由物体反射的激光确定物体的方位信息。位置传感器1020是独立于激光收发器阵列1010中任一激光收发器的图像传感器。位置传感器1020独立地采集物体表面的激光反射点，并且确定这些激光反射点的方位信息。方位信息可以是平面信息。例如，方位信息可不包含深度/距离信息，而仅包括这些反射点在位置传感器上的投影位置或方位角。位置传感器1020可识别每个激光反射点分别源自于哪一激光收发器的激光发射器。
处理器1030与激光收发器阵列1010和位置传感器1020通信，并且基于上述距离信息和方位信息获取物体的激光点云数据。例如，处理器1030可以将距离信息与方位信息进行关联，从而生成三维(3D)激光点云数据。所生成的3D激光点云数据可反映出激光雷达所探测的环境情况。由于位置传感器1020记录了物体的方位信息，因此激光收发器阵列1010可不记录物体的方位信息。
根据本申请实施方式，采用了位置传感器来采集物体的方位信息。激光雷达的测距和方位感知分别由不同的传感器来完成。因此，在激光雷达所测量的激光点云数据的建立过程中，不必依赖于扫描过程中所记录的扫描位置来还原物体的方位。另外，激光收发器阵列的各激光收发器可彼此独立地进行扫描而不必严格同步扫描。上述方案提高了激光收发器阵列的设计和加工自由度，降低了激光收发器阵列的信号处理和机械加工的要求，从而显著降低了激光雷达的成本。
根据本申请实施方式，激光收发器的扫描可以是非均匀的。具体地，激光收发器在扫描过程中的一个帧的步进量不同于另一帧的步进量。例如，第一激光收发器1011在第一帧中的步进量可以不同于其在第二帧中的步进量。如上文所述，方位信息可以基于位置传感器1020来采集。因此，在对激光点云数据的建立过程中，不必依赖于激光收发器的扫描位置来确定物体的激光反射点位置。在这种情况下，激光收发器的扫描可以具有较高的设计自由度。例如，在连续两帧的扫描中激光接收器没有探测到反射回的激光信号，并且位置传感器也没有探测到相应的激光反射点，可以确定这两帧激光发射方向没有物体(或，障碍物)的存在。在这种情况下，可以加大下一帧的扫描间距(例如，扫过的角度)。当之后的连续两帧的扫描中激光接收器探测到反射回的激光信号并且位置传感器也探测到相应的反射点时，可以确定扫描到了物体(或，障碍物)。此时，可以减小下一帧的扫描间距(例如，扫过的角度)，从而获得密集的感测信号。这种非均匀的扫描方式可以在不显著降低对物体的探测精度的前提下减小数据采集量，从而降低数据的传输和处理负担，有利于将激光雷达应用于各种对“实时性”要求高的应用场景。
根据本申请实施方式，各个激光收发器可以非均匀地分割激光雷达的总视场角。参照图2，假设激光雷达具有总视场角FOV。总视场角FOV可以指代水平视场角或竖直视场角。例如，在激光雷达沿竖直方向的轴线旋转扫描时，图2所示的总视场角FOV可以指代在竖直方向上的FOV。每个激光收发器可均具有各自的主视场角。例如，第一激光收发器1011具有第一主视场角θ1，第二激光收发器1012具有第二主视场角θ2。在本申请中，主视场角指代该激光收发器负责监控的区域的角度范围而非激光收发器的物理上的最大视场角。为了确保各个激光收发器能够完全覆盖总视场角FOV，每个激光收发器的物理上的最大视场角应当大于该激光收发器的主视场角。
根据本申请实施方式，θ1可不等于θ2。例如当总视场角为40度并且激光收发器数量为10个时，各个激光收发器的主视场角可不按照等分40度的方式具有4度的视场角。在这种情况下θ1可等于5度，而θ2可等于3度。在许多应用场景中，并非所有的视场区域的信息均具有等同的重要性。例如，可能中间视场区域的信息相对更重要并且需要较高的数据精度，而边缘视场区域的信息相对不重要并且可允许较低的数据精度。因此，可以为不同的视场区域分配不同密集程度的激光收发器，从而兼顾数据精度和数据负担。
根据本申请实施方式，与至少两组激光收发器中的每组激光收发器对应的激光的波长不同于与其它激光收发器对应的激光的波长。例如，第一激光收发器1011的激光发射器可发射633nm的红色激光，而第二激光收发器1012的激光发射器可发射543nm的绿色激光。在这种情况下，各激光收发器的激光接收器均可包括过滤与其它激光收发器对应的激光的滤波器，例如，滤光片。在这种情况下，每组激光收发器的激光发射器和激光接收器可一一对应匹配而不会产生数据串扰。另外，位置传感器1020可基于从物体反射回的激光的波长(换言之，物体上的激光反射点的颜色)来区分每束反射回的激光分别来自于哪组激光收发器。
根据本申请实施方式，与至少两组激光收发器中的每组激光收发器对应的激光的调制不同于与其它激光收发器对应的激光的调制。例如，第一激光收发器1011的激光发射器可发射按照第一包络线调频的激光，而第二激光收发器1012的激光发射器可发射按照第二包络线调频的激光。在这种情况下，各激光收发器的激光接收器均可包括过滤与其它激光收发器对应的激光的滤波器，例如，数字滤波器。在这种情况下，每组激光收发器的激光发射器和激光接收器可一一对应匹配而不会产生数据串扰。另外，位置传感器1020可基于从物体反射回的激光的调频方式来区分每束反射回的激光分别来自于哪组激光收发器。
根据本申请实施方式，激光雷达的扫描可采用机械扫描、电子相控扫描或者机电混合扫描。激光雷达可包括与每组激光收发器对应的扫描驱动器，扫描驱动器驱动激光收发器随机扫描。以下以机械扫描的方式来进一步阐释这种随机扫描的实现过程。然而，本领域技术人员能够理解，其它扫描技术也可按照这一技术构思来实现。
参考图3，扫描驱动器可包括反射镜3110和电机3120。激光收发器包括激光发射器3210和激光接收器3220。激光发射器3210发射的激光经由反射镜3110反射而打到物体3300上，经物体3300反射的激光经由反射镜3110的再次反射被激光接收器3220接收。电机3120驱动反射镜3110在预定角度范围内随机振动，从而实现激光收发器的随机扫描。此外，本领域技术人员可知，也可用透光镜来替换反射镜3110，并且通过电机3120控制该透光镜来实现随机扫描。
在电子相控扫描或者机电混合扫描的情境下，扫描驱动器通过光路控制器件驱动激光收发器在预定角度范围内随机振动，或者驱动激光收发器在至少一次扫描时的空间角度变化大于上一次扫描时的空间角度变化的1.5倍。所述光路控制器件包括但不限于光学相控阵列(OPA)、微机电系统(MEMS)、液晶光导器件、反射式液晶光阀和透射式液晶光阀中的至少一项。
根据本申请实施方式，每组激光收发器包括在空间上彼此分离的至少两个激光接收器。参照图4，激光收发器4100可包括激光发射器4110、第一激光接收器4120和第二激光接收器4130。第一激光接收器4120和第二激光接收器4130可彼此间隔开距离d。由激光发射器4110发射并经物体反射的激光可被第一激光接收器4120和第二激光接收器4130接收。在这种情况下，可利用三角测距法测量物体距激光收发器4100的距离。在应用过程中，可以独立采用三角测距方法来获得距离信息，或者通过利用时间飞行和三角测距配合来共同生成距离信息。
根据本申请实施方式，每组激光收发器的激光接收器还确定反射的激光的光强信息。处理器可基于反射的激光的光强信息确定所述物体的材质或表面形状等。处理器还可以基于反射的激光的光强信息微调激光接收器确定的距离信息。相应地，位置传感器可不记录激光的光强信息。例如，位置传感器可只记录物体上的激光反射点的方位，而不记录所反射的激光的光强。此外，位置传感器输出的像素点的数量可小于位置传感器的像素点的总数量的一半并且大于每次测量中与由物体反射的激光对应的像素点的数量，从而降低数据处理和传输负担。
根据本申请实施方式，位置传感器包括CMOS、CCD图像传感器、APD阵列，位置传感器在曝光时长内基于由物体反射的激光确定物体的方位信息。参考图5，其示出了位置传感器的曝光时长5100。其中，曝光时长从T1开始，至T2结束。在曝光时长5100内，当任一像素因光电转换导致的电荷电平在T3时刻超过预定阈值Th时，位置传感器即记录这次触发事件并记录该像素的坐标。该像素的坐标包含着上文所述的方位信息。该所述触发事件的时刻T3被用于对应所述位置传感器所测得的方位信息和所述激光收发器所测得的距离信息。与此同时，位置传感器还可记录与激光信号有关的信息，例如激光的波长或调制，从而辨别该激光来自于那一组激光收发器的激光发射器。
位置传感器还可包括高精度的时钟计数器，该时钟计数器的最小时钟单位可小于曝光时长的十分之一，从而记录由物体反射的激光相对于曝光开始时刻T1在曝光时长5400中到达的时刻T3。
该方法可通过以下方式实现：基于在位置传感器的曝光时长内感测到的激光信号的一组最强激光光强的激光组的区域数目大于发射的激光源数目、并且最强激光组中的任一激光的强度大于非最强激光组中的任一激光的强度的1.5倍，记录方位信息。
所记录的激光到达的时刻可以辅助生成激光点云数据。例如，当记录的激光到达的时刻与对应激光发射器的激光发射时刻之间的时间差明显偏离正常值范围时，可以判断这一次激光接收的事件是非正常事件，例如，光干扰、电噪声或黑客攻击等。此外，记录的激光到达的时刻与对应激光发射器的激光发射时刻之间的时间差也可以与激光收发器记录的飞行时间做比较，从而修正距离信息。
图6示出了基于上述激光雷达生成激光点云数据的方法6000。方法6000包括：在操作S6100，利用激光收发器测量物体距激光收发器的距离信息；在操作S6200，基于独立于激光收发器的位置传感器测量物体的方位信息；以及在操作S6300，基于距离信息和方位信息生成物体的激光点云数据。
根据本申请实施方式，激光收发器包括激光发射器和激光接收器。测量距离信息包括：利用激光发射器发射激光；利用激光接收器接收由激光发射器发射并经物体反射的激光；基于反射的激光的飞行时间确定距离信息。
根据本申请实施方式，激光收发器包括彼此分离的至少两个激光接收器。测量距离信息还包括：基于至少两个激光接收器的位置和飞行时间共同确定距离信息。
根据本申请实施方式，激光收发器包括至少两组激光收发器，并且所述方法包括：为每组激光收发器配置不同的激光波长或调制。
根据本申请实施方式，扫描是空间随机扫描。
根据本申请实施方式，上述方法还包括基于反射的激光的光强信息确定物体的材质或表面形状。
根据本申请实施方式，测量物体的方位信息包括：基于在位置传感器的曝光时长内感测到的激光信号的强度大于预定阈值，记录方位信息。
根据本申请实施方式，上述方法还包括记录由物体反射的激光相对于曝光开始时刻在曝光时长中到达的时刻，并且基于时刻辅助对距离信息的测量。
参照图7，本申请还提供了一种服务于激光雷达的处理电路的框图，该处理电路例如可以集成到汽车的行车电脑上或者激光雷达上。处理电路包括一个或多个处理器、通信部等，所述一个或多个处理器例如：一个或多个中央处理单元(CPU)701，和/或一个或多个图像处理器(GPU)713等，处理器可以根据存储在只读存储器(ROM)702中的可执行指令或者从存储部708加载到随机访问存储器(RAM)703中的可执行指令而执行各种适当的动作和处理。通信部712可包括但不限于网卡，所述网卡可包括但不限于IB(Infiniband)网卡。
处理器可与只读存储器702和/或随机访问存储器703中通信以执行可执行指令，通过总线704与通信部712相连、并经通信部712与其他目标设备通信，从而完成本申请实施例提供的任一项方法对应的操作，例如：利用所述激光发射器发射激光；利用所述激光接收器接收由所述激光发射器发射并经所述物体反射的激光；基于反射的激光的飞行时间确定所述距离信息。
此外，在RAM 703中，还可存储有装置操作所需的各种程序和数据。CPU 701、ROM702以及RAM 703通过总线704彼此相连。在有RAM 703的情况下，ROM 702为可选模块。RAM703存储可执行指令，或在运行时向ROM 702中写入可执行指令，可执行指令使CPU 701执行上述通信方法对应的操作。输入/输出(I/O)接口705也连接至总线704。通信部712可以集成设置，也可以设置为具有多个子模块(例如多个IB网卡)，并在总线链接上。
以下部件连接至I/O接口705：包括键盘、鼠标等的输入部706；包括诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)等以及扬声器等的输出部707；包括硬盘等的存储部708；以及包括诸如LAN卡、调制解调器等的网络接口卡的通信接口709。通信接口709经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器710也根据需要连接至I/O接口705。可拆卸介质711，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器710上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部708。
需要说明的，如图7所示的架构仅为一种可选实现方式，在具体实践过程中，可根据实际需要对上述图7的部件数量和类型进行选择、删减、增加或替换；在不同功能部件设置上，也可采用分离设置或集成设置等实现方式，例如GPU和CPU可分离设置或者可将GPU集成在CPU上，通信部可分离设置，也可集成设置在CPU或GPU上，等等。这些可替换的实施方式均落入本申请公开的保护范围。
另外，根据本申请的实施方式，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请提供了一种非暂时性机器可读存储介质，所述非暂时性机器可读存储介质存储有机器可读指令，所述机器可读指令能够由处理器运行以执行与本申请提供的方法步骤对应的指令，例如：利用所述激光发射器发射激光；利用所述激光接收器接收由所述激光发射器发射并经所述物体反射的激光；基于反射的激光的飞行时间确定所述距离信息。在这样的实施方式中，该计算机程序可以通过通信接口709从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质711被安装。在该计算机程序被中央处理单元(CPU)701执行时，执行本申请的方法中限定的上述功能。
可能以许多方式来实现本申请的方法和装置、设备。例如，可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本申请的方法和装置、设备。用于方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明，本申请的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序，除非以其它方式特别说明。此外，在一些实施例中，还可将本申请实施为记录在记录介质中的程序，这些程序包括用于实现根据本申请的方法的机器可读指令。因而，本申请还覆盖存储用于执行根据本申请的方法的程序的记录介质。
以上描述仅为本申请的实施方式以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的保护范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述技术构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (26)

1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：
激光收发器，所述激光收发器包括激光发射器和激光接收器，所述激光接收器基于由所述激光发射器发射并经物体反射的激光来确定所述激光收发器距所述物体的距离信息，所述激光收发器不记录所述物体的方位信息；
位置传感器，所述位置传感器基于由所述物体反射的激光确定所述物体的方位信息；以及
处理器，所述处理器与所述激光收发器和所述位置传感器通信，并且基于所述距离信息和所述方位信息获取所述物体的激光点云数据。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光收发器包括至少两组激光收发器，所述至少两组激光收发器彼此独立地进行扫描。
3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光收发器具有非均匀的扫描步进量。
4.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述至少两组激光收发器非均匀地分割所述激光雷达的总视场角。
5.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，与所述至少两组激光收发器中的每组激光收发器对应的激光的波长不同于与其它激光收发器对应的激光的波长。
6.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，与所述至少两组激光收发器中的每组激光收发器对应的激光的调制不同于与其它激光收发器对应的激光的调制。
7.根据权利要求4或5所述的激光雷达，其特征在于，每组激光收发器的激光接收器均包括过滤与其它激光收发器对应的激光的滤波器。
8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括与所述激光收发器对应的扫描驱动器，所述扫描驱动器驱动所述激光收发器随机扫描，所述扫描驱动器不输出激光发射的方向信息。
9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述扫描驱动器包括：
反射镜和/或透光镜，所述反射镜和/或透光镜控制与所述激光收发器对应的激光的发射方向；以及
电机，所述电机驱动所述反射镜和/或透光镜在预定角度范围内随机振动。
10.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述扫描驱动器通过光路控制器件驱动所述激光收发器在预定角度范围内随机振动，或者驱动所述激光收发器在至少一次扫描时的空间角度变化大于上一次扫描时的空间角度变化的1.5倍。
11.根据权利要求10所述的激光雷达，其特征在于，所述光路控制器件包括光学相控阵列、微机电系统、液晶光导器件、反射式液晶光阀和透射式液晶光阀中的至少一项。
12.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光收发器包括空间上彼此分离的至少两个激光接收器。
13.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光接收器还确定反射的激光的光强信息。
14.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述位置传感器输出的像素点的数量小于所述位置传感器的像素点的总数量的一半并且大于每次测量中与由所述物体反射的激光对应的像素点的数量。
15.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述位置传感器包括CMOS、CCD图像传感器、APD阵列，所述位置传感器在曝光时长内基于由所述物体反射的激光确定所述物体的方位信息。
16.根据权利要求15所述的激光雷达，其特征在于，所述位置传感器还包括时钟计数器，所述时钟计数器记录由所述物体反射的激光相对于曝光开始时刻在所述曝光时长中到达的时刻。
17.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光收发器包括至少两组激光收发器，其中至少一组激光收发器是Flash激光雷达，所述Flash激光雷达的视场角小于所述激光雷达测量待测场景的总视场角的0.75倍。
18.一种生成激光点云数据的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用激光收发器测量物体距所述激光收发器的距离信息；
基于独立于所述激光收发器的位置传感器测量所述物体的方位信息；
基于所述距离信息和所述方位信息生成所述物体的激光点云数据。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述激光收发器包括激光发射器和激光接收器，测量所述距离信息包括：
利用所述激光发射器发射激光；
利用所述激光接收器接收由所述激光发射器发射并经所述物体反射的激光；
基于发射和反射的激光的飞行时间确定所述距离信息。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述激光收发器包括在空间上彼此分离的至少两个激光接收器，并且测量所述距离信息还包括，基于所述彼此分离的至少两个激光接收器的位置和所述飞行时间共同确定所述距离信息。
21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述激光收发器包括至少两组激光收发器，所述方法包括：为每组激光收发器配置不同的激光波长或调制。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述扫描是空间随机扫描。
23.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于反射的激光的光强信息确定所述物体的材质或表面形状。
24.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，测量所述物体的方位信息包括：基于在所述位置传感器的曝光时长内感测到的激光信号的强度大于预定阈值，记录所述方位信息。
25.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，测量所述物体的方位信息包括：基于在所述位置传感器的曝光时长内感测到的激光信号的一组最强激光光强的激光组的区域数目大于发射的激光源数目、并且所述最强激光组中的任一激光的强度大于非最强激光组中的任一激光的强度的1.5倍，记录所述方位信息。
26.根据权利要求24到25所述的方法，其特征在于，所述方法还包括记录由所述物体反射的激光相对于曝光开始时刻在所述曝光时长中到达的时刻，并且基于所述时刻辅助对所述距离信息的测量。
CN201910932355.7A 2019-09-29 2019-09-29 激光雷达及生成激光点云数据的方法 Pending CN112578390A (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910932355.7A CN112578390A (zh) 2019-09-29 2019-09-29 激光雷达及生成激光点云数据的方法
PCT/CN2020/118644 WO2021058016A1 (zh) 2019-09-29 2020-09-29 激光雷达及生成激光点云数据的方法
US17/707,679 US20220221584A1 (en) 2019-09-29 2022-03-29 Laser radar and method for generating laser point could data

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910932355.7A CN112578390A (zh) 2019-09-29 2019-09-29 激光雷达及生成激光点云数据的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112578390A true CN112578390A (zh) 2021-03-30

Family

ID=75110682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910932355.7A Pending CN112578390A (zh) 2019-09-29 2019-09-29 激光雷达及生成激光点云数据的方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220221584A1 (zh)
CN (1) CN112578390A (zh)
WO (1) WO2021058016A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023284227A1 (zh) * 2021-07-12 2023-01-19 美智纵横科技有限责任公司 一种传感器模组及清洁机器人
CN116758174A (zh) * 2023-08-16 2023-09-15 北京易控智驾科技有限公司 激光点云数据的压缩传输方法、装置、电子设备及存储介质

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113393508A (zh) * 2021-06-18 2021-09-14 中国工商银行股份有限公司 激光测距成像方法、装置、电子设备和存储介质

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190129008A1 (en) * 2017-04-26 2019-05-02 Ours Technology, Inc. Wide-angle high-resolution solid-state lidar system using grating lobes
CN109814127A (zh) * 2017-11-22 2019-05-28 浙江舜宇智能光学技术有限公司 高分辨tof成像系统及方法
CN109581408B (zh) * 2018-12-10 2023-01-06 中国电子科技集团公司第十一研究所 一种利用激光复合成像进行目标识别的方法和系统
CN109375237B (zh) * 2018-12-12 2019-11-19 北京华科博创科技有限公司 一种全固态面阵三维成像激光雷达系统
CN109444855B (zh) * 2018-12-29 2021-02-26 森思泰克河北科技有限公司 激光雷达及其扫描方法
CN109507679A (zh) * 2019-01-04 2019-03-22 武汉海达数云技术有限公司 一种激光扫描仪及激光雷达系统
CN109581400A (zh) * 2019-01-31 2019-04-05 无锡流深光电科技有限公司 一种分布式激光雷达系统和激光测距方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023284227A1 (zh) * 2021-07-12 2023-01-19 美智纵横科技有限责任公司 一种传感器模组及清洁机器人
CN116758174A (zh) * 2023-08-16 2023-09-15 北京易控智驾科技有限公司 激光点云数据的压缩传输方法、装置、电子设备及存储介质
CN116758174B (zh) * 2023-08-16 2023-11-10 北京易控智驾科技有限公司 激光雷达点云数据的压缩传输方法、装置及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021058016A1 (zh) 2021-04-01
US20220221584A1 (en) 2022-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10330780B2 (en) LIDAR based 3-D imaging with structured light and integrated illumination and detection
EP3593166B1 (en) Integrated lidar illumination power control
CN113538591B (zh) 一种距离测量装置与相机融合系统的标定方法及装置
US20220221584A1 (en) Laser radar and method for generating laser point could data
US20230042797A1 (en) Lidar based distance measurements with tiered power control
US9528819B2 (en) Spatially selective detection using a dynamic mask in an image plane
CA3062701A1 (en) Lidar data acquisition and control
KR20220146711A (ko) 잡음 적응형 솔리드-스테이트 lidar 시스템
US20210321080A1 (en) Apparatus and method for generating three-dimensional image
EP2815251A1 (en) Time of flight camera with stripe illumination
US11408982B2 (en) Electromagnetic wave detection apparatus, program, and electromagnetic wave detection system
JP2022506031A (ja) 再帰反射体のマッピングのための方法およびシステム
CN111175786B (zh) 一种多路消除串扰的宽视场高分辨率固态激光雷达
US11754678B2 (en) Electromagnetic wave detection apparatus, program, and electromagnetic wave detection system
KR20190014977A (ko) ToF 모듈
US20200018837A1 (en) Compensation for Laser Light Source Misalignment in a Multiple Laser Scanning TOF Sensor System
JP6186863B2 (ja) 測距装置及びプログラム
US11573301B2 (en) Electromagnetic wave detection apparatus, program, and electromagnetic wave detection system
US11194021B2 (en) Electromagnetic wave detection apparatus, program, and electromagnetic wave detection system comprising a controller to update related information associating an emission direction and two elements defining two points on a path of electromagnetic waves
EP3543741A1 (en) Light modulating lidar system
US20230184951A1 (en) Electromagnetic-wave detection apparatus and distance-measurement apparatus
CN114556150A (zh) 用于检测处于观察区域中的对象的多脉冲激光雷达系统和方法
US20230161040A1 (en) Electromagnetic wave detection apparatus and range finder
WO2023071307A1 (zh) 一种三维成像的方法和装置
WO2023143593A1 (zh) 激光系统及激光测量方法

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