CN113109786A - 一种激光雷达扫描装置及其扫描方法 - Google Patents
一种激光雷达扫描装置及其扫描方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113109786A CN113109786A CN202110376569.8A CN202110376569A CN113109786A CN 113109786 A CN113109786 A CN 113109786A CN 202110376569 A CN202110376569 A CN 202110376569A CN 113109786 A CN113109786 A CN 113109786A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- scanning
- laser radar
- line laser
- servo motor
- monitoring area
- 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
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 7
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 51
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 9
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 5
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
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
- 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)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
本发明提供了一种激光雷达扫描装置及其扫描方法，包括单线激光雷达、雷达立柱、固定底板；所述固定底板安装在雷达立柱上，所述单线激光雷达通过旋转装置安装在固定底板上，所述旋转装置用于使单线激光雷达旋转，所述单线激光雷达用于提供单光源脉冲信号光输出，实现水平面二维扫描。所述旋转装置包括伺服电机、同步带传动装置和编码器；所述伺服电机通过同步带传动装置与单线激光雷达连接，所述编码器用于反馈控制伺服电机旋转角度。所述伺服电机旋转角速度为非线性，用于在扫描线的宽度方向获得均匀分布扫描线。本发明通过控制伺服电机的旋转角速度，进而实现扫描线均匀分布。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，特别涉及一种激光雷达扫描装置及其扫描方法。
背景技术
三维成像激光雷达在用于道路障碍物监测以及智能交通监测领域，往往要求具有较高的角分辨率以达到高监测效率的目的。现有的相对成熟的三维成像激光雷达，通常是基于自动驾驶应用而开发的，大体包括两种扫描方式，第一种为机械式扫描，机械式扫描激光雷达是由多个垂直堆垛而成的激光器通过机械旋转实现的三维成像，这种扫描方式不仅难以保证高的纵向角分辨率，而且价格昂贵，不适用于道路监测领域的应用。第二种为振镜扫描方式，发射的激光通过高速旋转的振镜来实现三维扫描，但这种扫描方式的扫描视场角较小，且纵向角分辨率也不高，在实际应用中不能对监测区域形进行高精度成像。因此，现有的激光雷达的扫描方式并不能满足铁路线路监测这种特殊的应用场合，而且其扫描线在监测区域内的分布稀疏不一致。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种激光雷达扫描装置及其扫描方法，提出角速度渐进变化的扫描方式解决扫描线分布不均匀的问题，以适用于铁路监测的高精度、高可靠性要求。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种激光雷达扫描装置，包括单线激光雷达、雷达立柱、固定底板；所述固定底板安装在雷达立柱上，所述单线激光雷达通过旋转装置安装在固定底板上，所述旋转装置用于使单线激光雷达旋转，所述单线激光雷达用于提供单光源脉冲信号光输出，实现水平面二维扫描。
进一步，所述旋转装置包括伺服电机、同步带传动装置和编码器；所述伺服电机通过同步带传动装置与单线激光雷达连接，所述编码器用于反馈控制伺服电机旋转角度。
进一步，所述伺服电机旋转角速度为非线性，用于在扫描线的宽度方向获得均匀分布扫描线。
一种激光雷达扫描装置的扫描方法，包括如下步骤：
确定监测区域，确定需要扫描监测区域长度a和监测区域宽度b，确定所述单线激光雷达与监测区域水平距离d，确定所述单线激光雷达与监测区域的垂直高度h；
确定单次扫描所用时间t与监测区域宽度b的关系，得出扫描线的宽度方向扫描速度，具体为：
监测区域宽度b内的扫描线总数条数n，监测区域的扫描时间为t，每条扫描线扫过的监测宽度为b/(n-1)，扫描用时t/(n-1)，得出扫描线的宽度方向扫描速度v；
确定单线激光雷达旋转的角度随时间的变化关系为：
确定单线激光雷达旋转的角度速度与时间变化关系；根据角度速度与时间变化关系控制伺服电机旋转速度。
本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的激光雷达扫描装置，通过在伺服电机控制激光雷达俯仰运动实现三维扫描；通过控制伺服电机的旋转角速度，进而实现扫描线运动状态可控功能；该扫描结构及扫描方式能够满足激光雷达三维扫描的功能同时解决扫描线分布不均问题。
2.本发明所述的激光雷达扫描装置，仅需要一个光源且简化内部光路结构，将复杂扫描方式简单化成外部辅助扫描，实现扫描线分布均匀。
3.本发明所述的激光雷达扫描装置的扫描方法，监测区域内实现各个位置监测精度一致，能够在识别远处小体积障碍物。
附图说明
图1为本发明所述的激光雷达扫描装置示意图。
图2为本发明所述的伺服电机旋转角速度非线性变化曲线图。
图3为本发明所述的监测区域俯视示意图。
图4为本发明所述的监测区域侧视示意图。
图5为本发明所述的扫描线的距离随时间变化曲线图。
图6为现有技术非均匀性扫描线图示。
图7为本发明所述的均匀性扫描线图示。
图8为现有技术的激光雷达扫描装置得到的实际点云图。
图9为本发明所述的扫描装置得到的实际点云图。
图中：
1-雷达立柱；2-固定底板；3-伺服电机；4-同步带；5-编码器；6-单线激光雷达；7-监测区域；13-扫描线；a-监测区域长度；b-监测区域宽度；α-扫描角度；h-雷达立杆高度。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1、图3和图4所示，本发明所述的激光雷达扫描装置，包括单线激光雷达6、雷达立柱1、固定底板2；所述固定底板2悬挂安装在雷达立柱1上，这样安装便捷省力同时还能减轻伺服电机3负载，另外在悬挂安装的结构中固定底板2能够起到遮挡落尘雨水的作用；所述单线激光雷达6通过旋转装置安装在固定底板2上，所述旋转装置用于使单线激光雷达6旋转，所述单线激光雷达6用于提供单光源脉冲信号光输出，实现水平面二维扫描。所述旋转装置包括伺服电机3、同步带传动装置和编码器5；所述伺服电机3通过同步带传动装置与单线激光雷达6连接，所述编码器5用于反馈控制伺服电机3旋转角度。所述伺服电机3旋转角速度为非线性，用于在扫描线的宽度方向获得均匀分布扫描线，伺服电机旋转角速度非线性变化曲线图如图2所示。
本发明所述的激光雷达扫描装置的扫描方法，包括如下步骤：
确定监测区域7，确定需要扫描监测区域长度a和监测区域宽度b，确定所述单线激光雷达6与监测区域水平距离d，确定所述单线激光雷达6与监测区域7的垂直高度h；
确定单次扫描所用时间t与监测区域宽度b的关系，得出扫描线的宽度方向扫描速度，具体为：
监测区域宽度b内的扫描线总数条数n，监测区域7的扫描时间为t，每条扫描线扫过的监测宽度为b/(n-1)，扫描用时t/(n-1)，得出扫描线的宽度方向扫描速度v；图5是扫描线的宽度方向扫描距离随时间变化的图像，其斜率的数值就是扫描线速度的值v，得到扫描线的宽度方向扫描速度是一个恒定值，而扫描线分布均匀化的过程就是将动态变化的扫描线速度变成恒定扫描线速度的过程。
确定单线激光雷达6纵向旋转的角度随时间的变化关系为：
α为扫描角度。
确定单线激光雷达6纵向旋转的角度速度与时间变化关系为：
ω为电机旋转角速度；根据角度速度与时间变化关系控制伺服电机3旋转速度。
图6为现有技术的匀角速度扫描获得的非均匀分布的扫描线，图中在监测区域内的扫描线13是非均匀分布的；而图7为本发明非线性旋转角速度获得的扫描线是均匀分布的，图中相邻扫描线13之间距离相等，近端可测到的小障碍物在远处依然可以测到，避免漏报的发生。
图8是现有的匀速扫描方式得到的实际点云图像，扫描线分布稀疏不一致。扫描线分布稀疏区域存在障碍物识别盲区，即可能存在障碍物恰好位于两条相邻扫描线之间。
图9是本发明所述的激光雷达扫描装置的扫描方法得到的实际点云图，扫描线分布稀疏一致，分布致密，可以实现高精度监测目标。
本发明所述的激光雷达扫描装置的扫描方法原理为：
首先根据实际监测需求划定监测范围，然后将单帧点云图像中扫描线总线数均匀分布在监测范围内，得到激光雷达扫描线在道路上的扫描线速度，紧接着将扫描线速度根据雷达所在位置反推出雷达俯仰扫描的角速度变化公式，最后得到所需的非线性旋转角速度。
该扫描方式可以提升有效监测距离的原因为：在一次完整的扫描后形成的点云图中，该扫描方式得到的扫描线分布是均匀的，扫描线之间的线间距较小，能识别到小体积障碍物，而结合完整的扫描区域(根据监测道路人为划定的矩形监测区域)来看，整体脉冲信号点在距离雷达较远的位置依然能保持均匀分布，而且能够和近处一样分辨较小的障碍物，因此总体上可以提升监测区域内的监测精度。
本发明所述的激光雷达扫描装置的扫描方法的优点是：在监测的特殊应用环境中，便于规定监测区域内实现各个位置监测精度一致；还能够在识别远处小体积障碍物。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种激光雷达扫描装置，其特征在于，包括单线激光雷达(6)、雷达立柱(1)、固定底板(2)；所述固定底板(2)安装在雷达立柱(1)上，所述单线激光雷达(6)通过旋转装置安装在固定底板(2)上，所述旋转装置用于使单线激光雷达(6)旋转，所述单线激光雷达(6)用于提供单光源脉冲信号光输出，实现水平面二维扫描。
2.根据权利要求1所述的激光雷达扫描装置，其特征在于，所述旋转装置包括伺服电机(3)、同步带传动装置和编码器(5)；所述伺服电机(3)通过同步带传动装置与单线激光雷达(6)连接，所述编码器(5)用于反馈控制伺服电机(3)旋转角度。
3.根据权利要求1所述的激光雷达扫描装置，其特征在于，所述伺服电机(3)旋转角速度为非线性，用于在扫描线的宽度方向获得均匀分布扫描线。
4.一种根据权利要求2所述的激光雷达扫描装置的扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定监测区域(7)，确定需要扫描监测区域长度a和监测区域宽度b，确定所述单线激光雷达(6)与监测区域水平距离d，确定所述单线激光雷达(6)与监测区域(7)的垂直高度h；
确定单次扫描所用时间t与监测区域宽度b的关系，得出扫描线的宽度方向扫描速度，具体为：
监测区域宽度b内的扫描线总数条数n，监测区域(7)的扫描时间为t，每条扫描线扫过的监测宽度为b/(n-1)，扫描用时t/(n-1)，得出扫描线的宽度方向扫描速度v；
确定单线激光雷达(6)旋转的角度随时间的变化关系为：
确定单线激光雷达(6)旋转的角度速度与时间变化关系为：
根据角度速度与时间变化关系控制伺服电机(3)旋转速度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110376569.8A CN113109786A (zh) | 2021-04-07 | 2021-04-07 | 一种激光雷达扫描装置及其扫描方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110376569.8A CN113109786A (zh) | 2021-04-07 | 2021-04-07 | 一种激光雷达扫描装置及其扫描方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113109786A true CN113109786A (zh) | 2021-07-13 |
Family
ID=76714795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110376569.8A Pending CN113109786A (zh) | 2021-04-07 | 2021-04-07 | 一种激光雷达扫描装置及其扫描方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113109786A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114966616A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-08-30 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 激光雷达及存储介质 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111948667A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-11-17 | 苏州玖物互通智能科技有限公司 | 三维扫描系统 |
| CN111983633A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-24 | 中国科学院半导体研究所 | 用于铁路监测的多线三维雷达及其扫描方法 |
| CN111983634A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-24 | 中国科学院半导体研究所 | 用于铁路监测的非均匀单线扫描的三维雷达和方法 |
-
2021
- 2021-04-07 CN CN202110376569.8A patent/CN113109786A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111948667A (zh) * | 2020-07-21 | 2020-11-17 | 苏州玖物互通智能科技有限公司 | 三维扫描系统 |
| CN111983633A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-24 | 中国科学院半导体研究所 | 用于铁路监测的多线三维雷达及其扫描方法 |
| CN111983634A (zh) * | 2020-08-26 | 2020-11-24 | 中国科学院半导体研究所 | 用于铁路监测的非均匀单线扫描的三维雷达和方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114966616A (zh) * | 2022-07-26 | 2022-08-30 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 激光雷达及存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN207318710U (zh) | 一种单激光器多线束混合激光雷达 | |
| CN206773192U (zh) | 基于多个非均匀分布激光器的激光雷达 | |
| WO2022037345A1 (zh) | 激光雷达的探测方法、激光雷达及包括其的车辆系统 | |
| CN1808177A (zh) | 车载雷达 | |
| CN103353391B (zh) | 瞄准灯箱的空间光度分布特性测量装置及测量方法 | |
| CN113109786A (zh) | 一种激光雷达扫描装置及其扫描方法 | |
| CN1664494A (zh) | 一种激光大坝安全监测的方法 | |
| CN103208186A (zh) | 一种激光三维扫描车辆的方法及装置 | |
| DE102006054083A1 (de) | Verfahren und Navigationssystem zum Navigieren eines Transportmittels für Waren, deren Anwendungen und Verwendungen sowie Computerprogramm und Datenspeichermedium | |
| CN108801653A (zh) | 搬运小车的测评工具和搬运小车的测评方法 | |
| EP1788347A1 (de) | Verfahren zur automatischen Parametrierung von Messsystemen | |
| CN108955584A (zh) | 一种路面探测方法及装置 | |
| CN111781579A (zh) | 一种激光雷达扫描装置的控制方法 | |
| CN215728846U (zh) | 一种车厢顶部无挡板的运输车的建模装置 | |
| CN208334781U (zh) | 旋转式激光扫描装置 | |
| CN210534336U (zh) | 一种激光雷达 | |
| DE102019118581A1 (de) | Messgerät und Verfahren zur Erstellung einer Tanktabelle | |
| CN105629236A (zh) | 一种具有环境感知能力的全自动轮式清洁装置 | |
| CN112378475B (zh) | 大长径比立式罐容积连续激光扫描内测装置及测量方法 | |
| KR20220049499A (ko) | 노변 센싱기기 및 스마트 교통 시스템 | |
| CN201311712Y (zh) | 红外激光交通信息采集仪 | |
| CN209803013U (zh) | 一种分布式道路检测装置和系统 | |
| CN112229478A (zh) | 一种料堆作业过程中高度变化的监测方法及系统 | |
| CN214795208U (zh) | 一种装配式建筑产部品三维质量检测装置 | |
| CN217894530U (zh) | 一种散货港口堆场内的车辆定位装置 |
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 |