CN113740863A - 一种高亮度单管实现多线光发射/接收的激光雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高亮度单管实现多线光发射/接收的激光雷达系统，包括：激光光源系统包括高亮度光源及激光整形耦合系统，激光整形耦合系统对高亮度光源发射的光斑整形并耦合后输出；双锥激光反射体包括双椎体光源侧光高反射面和双椎体探测器侧光高反射面，双椎体光源侧光高反射面用于接收激光光源系统的出射光并反射至目标物，双椎体探测器侧光高反射面用于接收目标物的反射光并反射至云点传感器成像系统；激光探测器阵列接收双锥激光反射体反射的激光，并对其余方向反射光进行探测，将阵列信号发送至云点数量控制系统，将拾取的云点发送至点云成像系统，进行目标物显示。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，更具体的说是涉及一种高亮度单管实现多线光发射/接收的激光雷达系统。
背景技术
目前，光雷达是智能无人驾驶、测距、遥感、物联网中必不可少的关键核心设备，随着科技发展以及智能无人驾驶的普及，智能无人驾驶和物联网越来越走进人们日常生活。目前，现有的智能无人驾驶和物联网用激光雷达需要多线阵式高精度、长距离云点成像，这就对光源提出了苛刻的要求，要求光源系统呈线阵式排布的同时，也对系统的装配精度提出了更高要求，同时也带来了成本的急剧增加。高线阵式激光雷达系统价格甚至可以与中高端型小轿车相比拟，这为系统应用推广带来了现实问题。
但是，现有的激光雷达需要根据精度确定云点量，云点量由多线阵激光光源决定。而多线阵激光光源直接决定了整个系统的装配难度、复杂性和成本。这就增加了多线阵激光雷达系统发展的局限性以及应用推广的难度。因此，找到一种替代方案，以此来降低系统的装配难度、复杂性和生产成本，这是当前迫切急需解决的问题。
因此，降低系统的装配难度、复杂性和生产成本是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高亮度单管实现多线光发射/接收的激光雷达系统；包括高亮度激光光源系统、双锥激光反射体和云点传感器成像系统。高亮度激光光源系统包括高亮度激光光源、供电系统、温控系统和激光整形耦合系统；双锥激光反射体是双锥的一体式结构，两侧锥体表面镀有针对特定波长的激光全反膜；云点传感器成像系统包括激光探测器阵列、云点数量控制系统和点云成像生成系统。
高亮度激光光源系统以一定发散角发射连续或者窄脉冲激光，该激光照射在双锥激光反射体锥一侧，经双锥激光反射体一侧反射，激光打在目标物上，经目标物反射回双锥激光反射体另一侧，经这一侧反射给云点传感器成像系统，通过云点探测器成像系统可确定采集云点的数量和分布，最终确定目标物的分布和位置信息。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高亮度单管实现多线光发射/接收的激光雷达系统，包括：激光光源系统、双锥激光反射体和云点传感器成像系统；
所述激光光源系统包括高亮度光源及激光整形耦合系统，所述激光整形耦合系统对所述高亮度光源发射的光斑整形并耦合后输出；
所述双锥激光反射体包括双椎体光源侧光高反射面和双椎体探测器侧光高反射面，所述双椎体光源侧光高反射面用于接收所述激光光源系统的出射光并反射至目标物，所述双椎体探测器侧光高反射面用于接收目标物的反射光并反射至所述云点传感器成像系统；
所述云点传感器成像系统包括激光探测器阵列、云点数量控制系统和点云成像系统，所述激光探测器阵列接收所述双锥激光反射体反射的激光，并对其余方向反射光进行探测，将阵列信号发送至所述云点数量控制系统，进行云点快速拾取及精度优化，将拾取的云点发送至所述点云成像系统，进行目标物显示。
优选的，所述激光光源系统还包括供电系统和温控系统，所述供电系统用于为所述高亮度光源、所述激光整形耦合系统和所述温控系统供电，所述温控系统用于控制所述高亮度光源温度，防止光源因过高的热量积累导致的功率、光束质量下降和波长漂移。
优选的，所述双锥激光反射体的两侧锥面为相同顶角或不同顶角的椎体组合体，锥体材料为镀有高反射膜的光学玻璃、高度抛光的金属体或其组合体。两侧锥体可以是相同顶角也可以是不同顶角的锥体组合体，针对激光雷达常用波长的激光反射率大于90％，两锥体顶角可根据实际探测距离和探测精度进行匹配调节。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高亮度单管实现多线光发射/接收的激光雷达系统；包括高亮度激光光源系统、双锥激光反射体和云点传感器成像系统。高亮度激光光源系统包括高亮度激光光源、供电系统、温控系统和激光整形耦合系统；双锥激光反射体是双锥的一体式结构，两侧锥体表面镀有针对特定波长的激光全反膜；云点传感器成像系统包括激光探测器阵列、云点数量控制系统和点云成像生成系统。
高亮度激光光源系统以一定发散角发射连续或者窄脉冲激光，该激光照射在双锥激光反射体锥一侧，经双锥激光反射体一侧反射，激光打在目标物上，经目标物反射回双锥激光反射体另一侧，经这一侧反射给云点传感器成像系统，通过云点探测器成像系统可确定采集云点的数量和分布，最终确定目标物的分布和位置信息。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的激光光源系统结构示意图。
图2附图为本发明提供的云点传感器成像系统的结构示意图。
图3附图为本发明提供的激光雷达系统结构示意图。
图4附图为本发明提供的激光雷达系统的工作示意图。
图5附图为本发明提供的激光雷达系统的结构框架示意图。
其中，1为激光光源系统，2为双锥激光反射体，3为云点传感器成像系统，11为高亮度光源，12为激光整形耦合系统，13为供电系统，14为温控系统，21为双椎体光源侧光高反射面，22为双椎体探测器侧光高反射面，31为激光探测器阵列，32为云点数量控制系统，33为点云成像系统。
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做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。
本发明实施例公开了一种高亮度单管实现多线光发射/接收的激光雷达系统，包括：激光光源系统1、双锥激光反射体2和云点传感器成像系统3；
激光光源系统1包括高亮度光源11及激光整形耦合系统12，激光整形耦合系统12对高亮度光源11发射的光斑整形并耦合后输出；
双锥激光反射体2包括双椎体光源侧光高反射面21和双椎体探测器侧光高反射面22，双椎体光源侧光高反射面21用于接收激光光源系统1的出射光并反射至目标物，双椎体探测器侧光高反射面22用于接收目标物的反射光并反射至云点传感器成像系统3；
云点传感器成像系统3包括激光探测器阵列31、云点数量控制系统32和点云成像系统33，激光探测器阵列31接收双锥激光反射体2反射的激光，并对其余方向反射光进行探测，将阵列信号发送至云点数量控制系统32，进行云点快速拾取及精度优化，将拾取的云点发送至点云成像系统33，进行目标物显示。
为进一步优化上述技术方案，激光光源系统1还包括供电系统13和温控系统14，供电系统13用于为高亮度光源11、激光整形耦合系统12和温控系统14供电，温控系统14用于控制高亮度光源11温度，防止光源因过高的热量积累导致的功率、光束质量下降和波长漂移。
为进一步优化上述技术方案，双锥激光反射体2的两侧锥面为相同顶角或不同顶角的椎体组合体，锥体材料为镀有高反射膜的光学玻璃、高度抛光的金属体或其组合体。两侧锥体可以是相同顶角也可以是不同顶角的锥体组合体，针对激光雷达常用波长的激光反射率大于90％，两锥体顶角可根据实际探测距离和探测精度进行匹配调节
面阵式激光探测器端的工作过程：
面阵式激光探测器端可通过激光雷达壳体上的透明电极进行供电，透明电极外可镀增透膜增加保护壳体的激光透过性。同时可以与wifi或5G进行系统集成，方便数据的快速实时传输。锥体不需旋转也可正常工作。
高亮度激光光源系统的工作：
整个激光雷达系统在工作时处在外部环境当中。因为激光器对温度特别敏感，高亮度激光光源系统需要高效的温控能力。常规的激光雷达光源置于暴露的外部环境当中，而本发明的激光光源是处在驾驶室内或者不与外界直接接触的环境中，并有单独的温控系统，可通过激光整形耦合系统输出给双锥激光反射体，整个系统安装简单可靠方便。
设备管理系统的工作过程：
系统工作时：会先进行各部分硬件软件的自检，完成自检后方可进行启动工作，并有相应的光电信号或者语音提示或者告警。
双锥激光反射体工作过程：
双锥激光反射体两面各有分工，一面靠近光源端，一面靠近面阵式激光探测器端，双锥激光反射体两面的锥角可以不同，可以根据发射和接受光的角度进行调节，从而实现目标物的最优化探测。
电源系统的工作过程：
电源系统为整个激光雷达系统提供能源支持，电源系统还包括一个专门用于给激光雷达的无线充电模块，也可与车载供电系统相连，实时充电。
云点采集器工作过程：
云点采集器可以控制所需云点量，通过控制云点量可以控制点云成像精度，可以适合不同场景的工作方式，系统优化无人驾驶系统的计算资源。通过云点量的采集量优化，可以实现不影响云成像效果的前提下的最优化成像。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (3)
1.一种高亮度单管实现多线光发射/接收的激光雷达系统，其特征在于，包括：激光光源系统(1)、双锥激光反射体(2)和云点传感器成像系统(3)；
所述激光光源系统(1)包括高亮度光源(11)及激光整形耦合系统(12)，所述激光整形耦合系统(12)对所述高亮度光源(11)发射的光斑整形并耦合后输出；
所述双锥激光反射体(2)包括双椎体光源侧光高反射面(21)和双椎体探测器侧光高反射面(22)，所述双椎体光源侧光高反射面(21)用于接收所述激光光源系统(1)的出射光并反射至目标物，所述双椎体探测器侧光高反射面(22)用于接收目标物的反射光并反射至所述云点传感器成像系统(3)；
所述云点传感器成像系统(3)包括激光探测器阵列(31)、云点数量控制系统(32)和点云成像系统(33)，所述激光探测器阵列(31)接收所述双锥激光反射体(2)反射的激光，并对其余方向反射光进行探测，将阵列信号发送至所述云点数量控制系统(32)，进行云点快速拾取及精度优化，将拾取的云点发送至所述点云成像系统(33)，进行目标物显示。
2.根据权利要求1所述的一种高亮度单管实现多线光发射/接收的激光雷达系统，其特征在于，所述激光光源系统(1)还包括供电系统(13)和温控系统(14)，所述供电系统(13)用于为所述高亮度光源(11)、所述激光整形耦合系统(12)和所述温控系统(14)供电，所述温控系统(14)用于控制所述高亮度光源(11)温度，防止光源因过高的热量积累导致的功率、光束质量下降和波长漂移。
3.根据权利要求1所述的一种高亮度单管实现多线光发射/接收的激光雷达系统，其特征在于，所述双锥激光反射体(2)的两侧锥面为相同顶角或不同顶角的椎体组合体，锥体材料为镀有高反射膜的光学玻璃、高度抛光的金属体或其组合体。
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