CN113359142A - 激光雷达及其测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达，包括：发射单元，包括激光器，可发出多个激光束用以目标物探测；接收单元，包括探测器阵列，可接收反射的回波并将回波转换为电信号；处理单元，可根据探测器阵列输出的电信号计算目标物和激光雷达间的距离，当满足预设条件时，按照预设模式输出所述探测器阵列中部分探测器的电信号。还提供一种使用激光雷达测距的方法。通过在近距目标物上减少线数，来改善激光雷达在测量近距目标物性能下降和近处线数冗余的问题。利用高线束激光雷达在近距处线数冗余这一特性，在设计激光雷达时，优先保证部分线束的近距测量性能，近距性能较差的线束测量得到的距离值是在近处某个特定范围内时，则不输出这些线束的测量结果。

Description

激光雷达及其测距方法

技术领域

本公开涉及光电技术领域，尤其涉及一种激光雷达以及利用该激光雷达进行测距的方法。

背景技术

在一些收发分置的激光雷达中，其接收透镜组和发射透镜组的光轴是不重合的(非同轴)，这种光学结构会导致激光雷达对于近处目标物的测量性能下降。这个问题只能通过各种光学等方法做一定程度的改善，无法彻底解决。

随着激光雷达线数的提高，激光雷达的空间分辨率越来越高。但是由于激光雷达不同线是放射发散的，导致在离激光雷达越近的地方，不同线的距离越小，甚至出现相邻线束的激光光斑是相互重叠的。因此对于近处的目标物，其上投射的激光线束有可能是过于密，存在冗余。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

本发明提供一种激光雷达和利用该激光雷达进行测距的方法。

根据本发明的一个方面，激光雷达包括：

发射单元，包括激光器，配置成可发出多个激光束用以目标物探测；

接收单元，包括探测器阵列，配置成可接收所述多个激光束被目标物反射的回波并将所述回波转换为电信号；

处理单元，配置成可根据所述探测器阵列输出的电信号计算目标物和激光雷达间的距离，并配置成当满足预设条件时，按照预设模式输出所述探测器阵列中部分探测器的电信号。

根据本发明的一个方面，所述预设条件包括：所述目标物和激光雷达间的距离小于第一预设值，所述激光雷达还包括：转轴，所述转轴位于所述激光雷达内部；

所述发射单元还包括发射透镜，所述发射透镜位于所述激光器的光路下游并接收所述多个激光束，调制后发射到所述激光雷达的外部，所述激光器阵列位于所述发射透镜的焦平面；

所述接收单元还包括接收透镜，配置成可将所述多个激光束被目标物反射的回波会聚至所述探测器阵列上，所述探测器阵列位于所述接收透镜的焦平面。

根据本发明的一个方面，所述探测器阵列包括沿着垂直所述转轴的第一方向上的多列，每一列包括平行于所述转轴方向分布的至少一个探测器，所述预设模式包括：当所述目标物和激光雷达间的距离小于所述第一预设值时，对于在所述第一方向上可能发生光串扰的两列探测器，输出与所述转轴的距离较小的一列探测器的电信号。

根据本发明的一个方面，所述探测器阵列包括多个探测器，所述多个探测器平行于所述转轴方向成一列排布。

根据本发明的一个方面，所述预设模式包括：当所述目标物和激光雷达间的距离小于所述第一预设值时，所述处理单元在所述探测器阵列的平行于所述转轴的方向上每隔n个探测器输出一个探测器的电信号，其中n为正整数。

根据本发明的一个方面，所述预设模式包括：当所述目标物和激光雷达间的距离小于所述第一预设值时，所述处理单元根据以下方式输出所述探测器的阵列中部分探测器的电信号：随着所述目标物和激光雷达间的距离减小，增加n的数值。

根据本发明的一个方面，处理单元配置成当所述激光雷达处于预设垂直视场范围内时，按照所述预设模式输出所述探测器阵列中部分探测器的电信号。

根据本发明的一个方面，所述发射单元包括由单个激光器或线阵激光器或面阵激光器形成的激光器阵列，所述激光器包括边发射型激光器或垂直腔面发射激光器。

本发明还提供一种使用激光雷达测距的方法，所述激光雷达包括发射单元和接收单元，所述发射单元包括激光器，所述接收单元包括探测器阵列，所述方法包括：

向所述激光雷达外部发射激光束用以目标物探测；

接收所述激光束被目标物反射的回波并将所述回波转换为电信号；

根据所述探测器阵列输出的电信号计算目标物和激光雷达间的距离；

当满足预设条件时，按照预设模式输出所述探测器阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据。

根据本发明的一个方面，所述预设条件包括：所述目标物和激光雷达间的距离小于第一预设值，所述激光雷达还包括转轴，所述转轴位于所述激光雷达内部，其中所述探测器阵列包括沿着垂直所述转轴的第一方向上的多列，每一列包括平行于所述转轴方向分布的至少一个探测器，

其中所述当满足所述预设条件时，按照预设模式输出探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据的步骤包括：

对于在所述第一方向上可能发生光串扰的两列探测器，输出与所述转轴的距离较小的一列探测器的电信号用以形成三维点云数据。

根据本发明的一个方面，所述预设条件包括：所述目标物和激光雷达间的距离小于第一预设值，所述探测器阵列包括多个探测器，所述多个探测器平行于所述转轴方向成一列排布。

根据本发明的一个方面，所述当满足预设条件时，按照预设模式输出探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据的步骤包括：

当所述目标物与激光雷达间的距离小于所述第一预设值时，在平行于所述转轴方向每隔n个探测器输出一个探测器的电信号用以形成三维点云数据，其中n为正整数。

根据本发明的一个方面，随着所述目标物和激光雷达间的距离减小，增加n的数值。

根据本发明的一个方面，所述当满足预设条件时，按照预设模式输出所述探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据的步骤包括：

当所述激光雷达处于预设垂直视场范围内时，按照所述预设模式输出所述探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据。

多线束激光雷达设计时一般优先保证远处测量的性能，光学结构和电子电路设计都会尽可能使雷达在远距离达到最高效率。然而在近处时，每一线束的光学效率一般会有所下降，同时各个线束间的光电串扰在近距离会增强，所以会导致每个线束的近距测量性能有不同程度的下降。为了提高远处的分辨率，激光线数也会增加。而这样导致近距目标物表面被投射的激光线束会非常密，甚至可能发生光斑堆叠，存在冗余。此时可以适当剔除部分被覆盖线束，留下合适数量的线束。在选择剔除哪些数量的时候，可以预先通过实验或计算了解哪些线束的近距测量性能相对较差。然后选择合适的减线规则，使得能够尽可能多的剔除这些近距性能较差的通道。

本发明实施例的方法是通过在近距目标物上减少线数，来改善激光雷达在测量近距目标物性能下降和近处线数冗余的问题。本发明利用高线束激光雷达在近距处线数冗余这一特性，在设计激光雷达时，优先保证部分线束的近距测量性能，另一部分的线束近距性能做必要的牺牲。如果这些近距性能较差的线束测量得到的距离值是在近处某个特定范围内时，则不输出这些线束的测量结果。另外，如果激光雷达的线束分布不均匀，比如在某个垂直视场角范围内是加密的，其他垂直视场角范围是非加密的，可以对不同垂直视场角区间的线束制定不同的减线规则。通过近处目标物减线减少了线束冗余，提高了探测精度。

附图说明

构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明第一方面的一种激光雷达的框图；

图2示出了激光雷达的外观示意图；

图3A示出了激光器阵列和探测器阵列的示意图；

图3B示出了根据本发明一个实施例的激光器阵列的布置方式；

图3C示出了根据本发明另一个实施例的激光器阵列和探测器阵列的布置方式；

图4示出了激光雷达中光斑漂移的示意图；

图5示出了激光雷达在探测远处目标物时激光扫过轨迹的示意图；

图6示出了激光雷达在探测近处目标物时激光扫过轨迹的示意图；

图7示出了对激光雷达进行减线处理前后的示意图；

图8示出了对激光雷达进行减线操作的示意图；和

图9示出了根据本发明一个方面使用激光雷达进行测距的方法的示意图。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

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"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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所述特征。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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"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，也可以是电连接或可以相互通讯；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或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的发明人发现，高线束激光雷达在近距测量时，性能会出现下降，并且每个线束的下降程度不一样；高线束激光雷达在近处目标物上的激光光斑堆叠严重，线束存在冗余。基于以上问题，在测量近距的目标物时可以根据每个线束的性能表现，设计一种剔除一些线束的方法，使得保留下来的线束的平均性能尽可能高，同时线束的分布尽可能均匀。本发明便提出了这样一种方法。

具体的，本申请的发明人提出一种激光雷达和利用该激光雷达进行探测的方法，例如在识别到目标物处于某个近距范围时，有意地从硬件或软件上关闭某些冗余或性能不佳的线，而且这些被关闭的线可能是在设计阶段为了保证其他线近距测量的高性能而有意牺牲近距测量性能的线束。通过这种技术，不但没有降低对目标物的识别和探测能力，反而减少了冗余，提高了探测精度。下面参考附图详细描述。

图1示出了根据本发明第一方面的一种激光雷达100，其包括发射单元110、接收单元120以及处理单元130。其中发射单元110包括激光器或激光器阵列111(参见图3)，激光器阵列111配置成可发出多个激光束L用以目标物探测。激光束L被目标物OB漫反射，反射回波L′返回到激光雷达，并且被接收单元120所接收。接收单元120包括探测器阵列121(参见图3A)，探测器阵列121配置成可接收所述多个激光束被目标物反射的回波并将所述回波转换为电信号。处理单元130与接收单元120耦接以接收所述探测器阵列121输出的电信号，并且配置成可根据所述探测器阵列121输出的电信号计算目标物和激光雷达间的距离。所述处理单元130例如可以根据所述探测器阵列输出的电信号来确定回波到达的时间，并且根据激光束L的发射时间，计算出激光的飞行时间，然后基于飞行时间测距法(TOF，距离＝飞行时间*光速/2)，即可得到目标物与激光雷达间的距离。所述处理单元130可以耦接到所述发射单元100，从而可以获知激光束L的发射时间，当然通过其他方式获知发射时间也是可行的，此处不再赘述。所述处理单元130并且配置成当满足一预设条件时，按照预设模式输出所述探测器阵列121中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据。例如优选的，当识别到目标物处于某个近距范围时，即所述目标物和激光雷达间的距离小于第一预设值时，此时关闭某些冗余或性能不佳的通道的输出，或者将其摒弃掉，从而可以保证其他通道的近距测量的高性能。下面将详细描述。

图2示出了激光雷达100的外观示意图。如图所示，激光雷达100可以沿着竖直方向发射出多条激光束L(图中示意性示出了64条激光束，L1、L2、…、L63、L64，即64线激光雷达)。激光雷达100具有转轴101，所述转轴101位于所述激光雷达100的内部；激光雷达101的转子可以围绕该转轴旋转。激光器阵列111和探测器阵列121通常位于所述转子上，绕该转轴101旋转。

图3A示出了激光器阵列111和探测器阵列121的示意图。激光器阵列111包括多个可单独控制的激光器，如其中的A′和B′所示的，包括边发射型激光器或垂直腔面发射激光器，所述激光器阵列111可以是由单个激光器或线阵激光器或面阵激光器形成的激光器阵列。探测器阵列121例如为APD、SiPM、SPAD等探测器的阵列。根据本发明的一个优选实施例，激光器阵列111和探测器阵列121相对于转轴101是平移关系，如图3A所示，当然激光器阵列111和探测器阵列121也可以是相对于转轴101成对称布置。通常在远距离视场匹配的激光器和探测器即构成一个通道(或探测通道)，多线束激光雷达设计时一般优先保证远处测量的性能，光学结构和电子电路设计都会尽可能使雷达在远距离达到最高效率。理想情况下，一个激光器发出的激光束，在远处目标物上漫反射后的回波照射到该激光器所在通道的探测器上。下面以探测通道1和探测通道2为例进行描述，其中探测通道1包括激光器A′和探测器A，探测通道2包括激光器B′和探测器B。例如激光器A′发出的激光束经过远处目标物漫反射后产生的回波，在理想情况下，会照射到探测器A上；激光器B′发出的激光束经过远处目标物漫反射后产生的回波，在理想情况下，会照射到探测器B上。图3A中示出了激光器阵列111的多个激光器设置在一个基板上。图3B中示出了多个激光器设置在多个基板上的情形，其中各个激光器位于竖直方向上的不同高度处。

另外，虽然图3A中示出了发射单元110包括的激光器阵列111，但本领域技术人员容易理解，发射单元110也可以包括单个的激光器而非激光器阵列，在激光器的出光方向上设置扫描装置，例如一维摆镜或者振镜，用于对单个激光器发出的激光束进行扫描，当扫描装置处于不同角度时，出射的激光束的角度也不同，因而同样可以形成多个激光束L用于目标物探测。这些都在本发明的保护范围内。

图3C示出了根据本发明另一个实施例的激光器阵列111和探测器阵列121的布置方式。其中所述探测器阵列121包括多个探测器，所述多个探测器平行于所述转轴101的方向成一列排布，并且所述探测器在该列的中间位置的排布密度高于在该列的边缘位置的排布密度，也就是在中间位置处，探测器之间的间距较小；在边缘位置处，探测器之间的间距较大。另外，所述激光器阵列111也可以进行类似的排布，多个激光器平行于所述转轴101的方向成一列排布，并且所述激光器在该列的中间位置的排布密度高于在该列的边缘位置的排布密度。激光器和/或探测器的这样的排布方式在一些情况中是特别优选的。例如，激光雷达在探测过程中，经常需要在视场的中间位置处具有更高的分辨率，从而能够更加精确地进行目标物的探测。图3C的优选实施例中，通过将激光器阵列111和探测器阵列在中间位置处布置地更加密集，而在边缘位置处适当稀疏一些，能够有效提高激光雷达的探测性能。本领域技术人员应当理解，将激光器和/或探测器排布成多列的情况能更进一步提升空间分辨率。

根据本发明的一个实施例，所述发射单元110还包括发射透镜112(未示出)，所述发射透镜112位于所述激光器阵列111的光路下游并接收所述多个激光束L，将入射的激光束L调制后发射到所述激光雷达100的外部，所述激光器阵列111位于所述发射透镜112的焦平面上，从而使得从发射透镜112出射的光束准直为平行光束。所述接收单元120还包括接收透镜122，所述接收透镜122配置成可将所述多个激光束L被目标物OB反射的回波L′会聚至所述探测器阵列121上，所述探测器阵列121位于所述接收透镜122的焦平面上。如图3A所示，其中所述探测器阵列121包括沿着垂直所述转轴的第一方向上的多列探测器，图3A中示意性示出了四列，每一列包括平行于所述转轴方向分布的至少一个探测器。本领域技术人员应当理解，本实施例中的多列探测器至少为两列探测器。

根据本发明的一个优选实施例，当识别到目标物处于某个近距范围时，例如与激光雷达的距离在5米以内，那么对于可能发生光串扰的两个或者两列探测器，优先关闭或者丢弃那些距离转轴较远的探测器的电信号，输出那些距离转轴较近的探测器的电信号。因此所述预设模式包括：当所述目标物和激光雷达100间的距离小于所述第一预设值时，在图3所示的多列探测器中，对于在所述第一方向上可能发生光串扰的两列探测器，输出与所述转轴的距离较小的一列探测器的电信号。本发明不限于第一预设值的具体数值，其可以根据激光雷达100的线数、激光器的排布、探测器的排布等具体参数因素来决定。

本发明的发明人发现，光串扰具有单向性。对于非同轴光学系统，近处目标物反射回波到达探测器阵列时，光斑只是朝着一个方向偏，因此串扰攻击一般是单向的，体现为近转轴通道对远离转轴通道串扰攻击，如图4所示。结合图4进行对比，以充分理解本发明的实施例。如图4所示，当激光雷达100用于探测远处的目标物时，激光器A′发出的探测光束被远处目标物反射后，雷达回波接近于平行光，会照射到与激光器A′所在探测通道1的探测器A上，如图4中左上方所示的，这是比较理想的情况。而当激光雷达100用于探测近处的目标物时，激光器A′发出的探测光束被近处目标物反射后，雷达回波为非平行的光束，由于光斑弥散，会照射到探测器A旁边的探测器B上，探测器B(位于接收透镜系统的焦平面上，与探测器A在焦平面的高度不同)也接收到部分光，受到干扰攻击。如图1中左下方所示的，这种光斑的偏移和弥散会造成激光雷达各个通道的串扰，影响激光雷达的测距精度和准确性。因此，对于图3和图4中的探测器A和B，二者可能发生光串扰，因此可选择关闭与转轴101距离较大的探测器B的电信号，输出与转轴距离较小的探测器A的电信号。相应的，对于探测器A和B所在的两列探测器，可以选择读取和输出探测器A所在的一列探测器的电信号，而关闭探测器B所在的一列探测器的电信号。从图4中左下方的光斑漂移的示意图可以清楚看出，探测器B此时的输出的电信号，并不能真正表征探测器B所在探测通道2的探测结果，因此如果采用探测器B输出的电信号来计算和生成激光雷达的点云，将会存在相当显著的误差。本发明的实施例中，通过去除探测器B的输出的电信号，有效避免或者减少了这种误差。

因此，本发明的上述实施例基于光串扰的单向性，也就是越靠转轴(即通道的探测器中心与转轴的水平距离越小)受到的串扰攻击越小，如图4中，探测器A的中心与转轴的水平距离比探测器B的中心与转轴的水平距离小，受到的串扰攻击小。因此，近距离留下的线束(通道)应该尽可能为靠近转轴的线束(通道)。并且优选的，在设计阶段，就重点优化留下线束(通道)的光电隔离度，使它们近距离性能更佳。

本领域技术人员容易理解，本发明中的“关闭”电信号，具有相对广泛的含义，可以包括物理上隔断该探测器的光通路、不读取该探测器输出的电信号(通过其他方式已知目标物距离)，也可以包括虽然读取该探测器输出的电信号但不输出用以形成三维点云数据，后者是一种更易实现的方式。

上面的实施例中，在垂直于激光雷达转轴的第一方向上进行了“减束”操作处理。另外的或者可替换的，也可以在平行于激光雷达转轴的方向上进行“减束”操作处理。下面详细描述。根据本发明的一个实施例，所述预设模式包括：当所述目标物和激光雷达间的距离小于所述第一预设值时，所述处理单元在所述探测器阵列的平行于转轴的方向上每隔n个探测器输出一个探测器的电信号，其中n为正整数。图5和图6分别示意性显示了远处目标物和近处目标物激光扫过痕迹的示意图。如图5所示，当探测远处的目标物时，由于距离较远，所以在目标物上扫描的轨迹能够清楚的间隔开，不会存在光斑堆叠和冗余，此时能够最大化地利用激光雷达的全部通道和最大性能。而如图6所示，当探测近处的目标物时，放射发散的距离短，因此在目标物上各个激光束扫过的轨迹或光斑存在堆叠和冗余，会对于激光雷达的测量精度造成影响。

图7显示了对于近处目标物进行减线后的情形与未减线的情形的对比，可见适当的减线后不但没有降低对目标物的识别和探测能力，反而减少了冗余，提高了探测精度。设计近距减线的规则时，需要设计出减线的距离范围，以及被缩减线束的分布。一般来说，应该尽可能保证减线后的线束分布均匀，比如：隔n线留一线(n为整数)。

另外根据本发明的一个优选实施例，所述n可以为动态变化的值，例如随着所述目标物和激光雷达间的距离减小，增加n的数值。n的取值应该考虑到线束光斑的堆叠，依据堆叠程度确定n。一种方式是在不同的距离下选择不同的n，比如：在进入近距减线范围时首先取n＝1，缩减一半的线束；当距离继续缩小，光斑堆叠度进一步增加，此时可以将n增加为3，留下1/4的线束，以此类推。

上面分别描述了单独在第一方向上减线和在平行于转轴方向上减线的实施例。本领域技术人员容易理解，除了单独在第一方向上减束和在平行于转轴方向上减束以外，还可以将二者进行结合，也就是即在第一方向上减线，同时也在平行于转轴的方向上减线，这些都在本发明的保护范围内，此处不再赘述。

根据本发明的一个优选实施例，处理单元配置成当所述激光雷达处于预设垂直视场范围内时，按照所述预设模式输出所述探测器阵列中部分探测器的电信号。如图2所示，激光雷达100在竖直方向发射出64条激光束，分别对应不同的垂直视场角度范围。可以根据实际的情况，对于一定的垂直视场范围内的探测通道进行减线操作。

本发明的第二方面涉及一种使用激光雷达测距的方法200，所述激光雷达包括发射单元和接收单元，所述发射单元如图1所示的发射单元110，包括激光器阵列111(如图3所示)，所述接收单元如图1所示的接收单元120，包括探测器阵列121(如图3所示)，所述方法200例如通过图1所示的激光雷达100来实施。所述测距的方法200包括：

在步骤S201：向所述激光雷达外部发射激光束用以目标物探测。

在步骤S202：接收所述激光束被目标物反射的回波并将所述回波转换为电信号。

在步骤S203：根据所述探测器阵列输出的电信号计算目标物和激光雷达间的距离。

在步骤S204：当满足预设条件时，按照预设模式输出所述探测器阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据。

根据本发明的一个优选实施例，其中所述预设条件包括：所述目标物和激光雷达间的距离小于第一预设值，所述激光雷达还包括转轴101，所述转轴位于所述激光雷达内部，其中所述探测器阵列包括沿着垂直所述转轴的第一方向上的多列，每一列包括平行于所述转轴方向分布的至少一个探测器。

其中所述当满足所述预设条件时，按照预设模式输出探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据的步骤包括：

对于在所述第一方向上可能发生光串扰的两列探测器，输出与所述转轴的距离较小的一列探测器的电信号用以形成三维点云数据。

根据本发明的一个优选实施例，所述预设条件包括：所述目标物和激光雷达间的距离小于第一预设值，所述探测器阵列包括多个探测器，所述多个探测器平行于所述转轴方向成一列排布，其中所述探测器在该列的中间位置的排布密度高于在该列的边缘位置的排布密度，如图3C所示。

根据本发明的一个优选实施例，所述当满足预设条件时，按照预设模式输出探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据的步骤包括：

当所述目标物与激光雷达间的距离小于所述第一预设值时，在平行于所述转轴方向每隔n个探测器输出一个探测器的电信号用以形成三维点云数据，其中n为正整数。

根据本发明的一个优选实施例，随着所述目标物和激光雷达间的距离减小，增加n的数值。

根据本发明的一个优选实施例，所述当满足预设条件时，按照预设模式输出所述探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据的步骤包括：

当所述激光雷达处于预设垂直视场范围内时，按照所述预设模式输出所述探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据。

根据本发明的一个优选实施例，在生成激光雷达的三维点云数据时，根据所述目标物与激光雷达之间的距离来选择探测器的输出用于生成三维点云数据。例如当目标物与激光雷达之间的距离在5米以内时，选择所述部分探测器的电信号用于生成三维点云数据，例如上文中所述的靠近转轴的探测器的电信号，或者按照一定减线规则后留下的探测器的电信号，或者这两者的结合；而当目标物与激光雷达之间的距离大于5米时，选择使用激光雷达的所有探测器输出的电信号，用于生成三维点云数据。本领域技术人员容易理解，上述5米的距离仅仅是一个示例，本领域技术人员可以根据实际情况设定不同的距离值。

本发明利用高线束激光雷达在近距处线数冗余这一特性，在设计雷达时，优先保证部分线束的近距测量性能，另一部分的线束近距性能做必要的牺牲。如果这些近距性能较差的线束测量得到的距离值是在近处某个特定范围内时，则不输出这些线束的测量结果。如果激光雷达的线束分布不均匀，比如在某个垂直视场角范围内是加密的，其他垂直视场角范围是非加密的，可以对不同垂直视场角区间的线束制定不同的减线规则。通过近处目标物减线后与未减线的对比，可见适当的减线后不但没有降低对目标物的识别和探测能力，反而减少了线束冗余，提高了探测精度。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (14)

1.一种激光雷达，包括：

发射单元，包括激光器，配置成可发出多个激光束用以目标物探测；

接收单元，包括探测器阵列，配置成可接收所述多个激光束被目标物反射的回波并将所述回波转换为电信号；

处理单元，配置成可根据所述探测器阵列输出的电信号计算目标物和激光雷达间的距离，并配置成当满足预设条件时，按照预设模式输出所述探测器阵列中部分探测器的电信号。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其中所述预设条件包括：所述目标物和激光雷达间的距离小于第一预设值，所述激光雷达还包括：转轴，所述转轴位于所述激光雷达内部；

所述发射单元还包括发射透镜，所述发射透镜位于所述激光器的光路下游并接收所述多个激光束，调制后发射到所述激光雷达的外部，所述激光器阵列位于所述发射透镜的焦平面；

所述接收单元还包括接收透镜，配置成可将所述多个激光束被目标物反射的回波会聚至所述探测器阵列上，所述探测器阵列位于所述接收透镜的焦平面。

3.如权利要2所述的激光雷达，其中所述探测器阵列包括沿着垂直所述转轴的第一方向上的多列，每一列包括平行于所述转轴方向分布的至少一个探测器，所述预设模式包括：当所述目标物和激光雷达间的距离小于所述第一预设值时，对于在所述第一方向上可能发生光串扰的两列探测器，输出与所述转轴的距离较小的一列探测器的电信号。

4.如权利要求2所述的激光雷达，其中所述探测器阵列包括多个探测器，所述多个探测器平行于所述转轴方向成一列排布。

5.如权利要求2-4中任一项所述的激光雷达，其中所述预设模式包括：当所述目标物和激光雷达间的距离小于所述第一预设值时，所述处理单元在所述探测器阵列的平行于所述转轴的方向上每隔n个探测器输出一个探测器的电信号，其中n为正整数。

6.如权利要求5所述的激光雷达，其中所述预设模式包括：当所述目标物和激光雷达间的距离小于所述第一预设值时，所述处理单元根据以下方式输出所述探测器的阵列中部分探测器的电信号：随着所述目标物和激光雷达间的距离减小，增加n的数值。

7.如权利要求1或2所述的激光雷达，其中处理单元配置成当所述激光雷达处于预设垂直视场范围内时，按照所述预设模式输出所述探测器阵列中部分探测器的电信号。

8.如权利要求1-3中任一项所述的激光雷达，其中所述发射单元包括由单个激光器或线阵激光器或面阵激光器形成的激光器阵列，所述激光器包括边发射型激光器或垂直腔面发射激光器。

9.一种使用激光雷达测距的方法，所述激光雷达包括发射单元和接收单元，所述发射单元包括激光器，所述接收单元包括探测器阵列，所述方法包括：

向所述激光雷达外部发射激光束用以目标物探测；

接收所述激光束被目标物反射的回波并将所述回波转换为电信号；

根据所述探测器阵列输出的电信号计算目标物和激光雷达间的距离；

当满足预设条件时，按照预设模式输出所述探测器阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述预设条件包括：所述目标物和激光雷达间的距离小于第一预设值，所述激光雷达还包括转轴，所述转轴位于所述激光雷达内部，其中所述探测器阵列包括沿着垂直所述转轴的第一方向上的多列，每一列包括平行于所述转轴方向分布的至少一个探测器，

其中所述当满足所述预设条件时，按照预设模式输出探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据的步骤包括：

对于在所述第一方向上可能发生光串扰的两列探测器，输出与所述转轴的距离较小的一列探测器的电信号用以形成三维点云数据。

11.如权利要求9所述的方法，其中所述预设条件包括：所述目标物和激光雷达间的距离小于第一预设值，所述探测器阵列包括多个探测器，所述多个探测器平行于所述转轴方向成一列排布。

12.如权利要求9-11中任一项所述的方法，其中所述当满足预设条件时，按照预设模式输出探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据的步骤包括：

当所述目标物与激光雷达间的距离小于所述第一预设值时，在平行于所述转轴方向每隔n个探测器输出一个探测器的电信号用以形成三维点云数据，其中n为正整数。

13.如权利要求12所述的方法，其中随着所述目标物和激光雷达间的距离减小，增加n的数值。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述当满足预设条件时，按照预设模式输出所述探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据的步骤包括：

当所述激光雷达处于预设垂直视场范围内时，按照所述预设模式输出所述探测器的阵列中部分探测器的电信号用以形成三维点云数据。

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