CN113740876B - 三维激光雷达光路调节方法、装置和电子设备 - Google Patents

三维激光雷达光路调节方法、装置和电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请的实施例提供了一种三维激光雷达光路调节方法、装置和电子设备，该方法包括：获取具有基准线的目标板上的光斑图、三维激光雷达各通道接收回波信号对应的幅值强度以及三维激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图，所述距离图包括各通道距离中心通道的距离信息；调节三维激光雷达的发射器直至所述光斑图满足第一预设条件；和/或，调节三维激光雷达的接收器直至所述幅值强度满足第二预设条件；和/或，调节三维激光雷达的接收器直至所述距离图满足第三预设条件。本申请相比于手动调节改善了三维激光雷达调节光路的效率和良率。

Description

三维激光雷达光路调节方法、装置和电子设备
技术领域
本申请的实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种三维激光雷达光路调节方法、装置和电子设备。
背景技术
三维激光雷达在人工智能领域尤其是自动驾驶领域应用越来越广泛。三维激光雷达由核心测距机芯和扫描装置组成。测距机芯一般由激光发射器、激光接收器、信号处理模块组成，其测距的原理是利用飞行时间法(Time Of Flight，简称TOF)，通过激光发射器给目标连续发送光脉冲，然后利用激光接收器接收从物体返回的光，通过计算光脉冲的飞行(往返)时间从而得到目标物距离，从而进行3D成像。回波光脉冲的强度越大，其接收器显示的信号强度相应的也越大，成正比例关系。最终测距机芯将会输出一个扫描视场内对应目标物体的距离图。
为简化光学系统，降低激光雷达系统成本，可以使用线光源匹配线阵接收器件，实现多通道同步采集的效果。在这种激光雷达系统中，要实现准确清晰的三维成像，则需要发射器和接收器的光路精确对准。
目前该光路的调节方法多为人工调节，采用传统调节光路的方法，调节过程复杂，而且依靠一定的调光经验，整体效率和良率较低，难以实现自动化生产。
发明内容
为了改善三维激光雷达调节光路的效率和良率，本申请的实施例提供了一种三维激光雷达光路调节方法、装置和电子设备。
在本申请的第一方面，提供了一种三维激光雷达光路调节方法，包括：
获取具有基准线的目标板上的光斑图、三维激光雷达各通道接收回波信号对应的幅值强度以及三维激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图，所述距离图包括各通道距离中心通道的距离信息；
调节三维激光雷达的发射器直至所述光斑图满足第一预设条件；和/或，调节激光雷达的接收器直至所述幅值强度满足第二预设条件；和/或，调节三维激光雷达的接收器直至所述距离图满足第三预设条件。
在一种可能的实现方式中，所述获取具有基准线的目标板上的光斑图、三维激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图以及各通道对应的幅值强度之前，还包括：
定义参考面并使三维激光雷达的出光方向平行于所述参考面，以出光方向为Z轴，以垂直于所述参考面的方向为Y轴，以垂直于Y轴和Z轴的方向为X轴，建立三维坐标系；
在X轴和Y轴形成的平面内放置目标板，根据三维激光雷达和所述目标板的距离和位置标定所述基准线，所述基准线与Y轴平行。
在一种可能的实现方式中，所述第一预设条件包括所述光斑图中光斑与所述基准线对准，且光斑形状满足预设要求；
调节所述三维激光雷达的发射器直至所述光斑图满足第一预设条件包括：
在所述三维坐标系内，调节所述发射器的位置和/或姿态直至光斑对准所述基准线。
在一种可能的实现方式中，所述第二预设条件包括三维激光雷达中心通道接收到回波信号对应的幅值强度最大；
调节所述三维激光雷达的接收器直至所述幅值强度满足第二预设条件包括：
在X轴方向，调节所述接收器的位置，直至三维激光雷达中心通道接收到回波信号对应的幅值强度最大。
在一种可能的实现方式中，所述第三预设条件包括三维激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布；
调节所述三维激光雷达的接收器直至所述距离图满足第三预设条件包括：
在目标板的中心和边缘放置障碍物，在Y轴方向，调节所述接收器的位置，直至三维激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布。
在一种可能的实现方式中，还包括：
在Z轴方向，调节所述接收器的位置，使相邻通道测距值最接近背景平面，即完成中心通道合焦调节；在X轴方向，调节所述接收器的姿态，在Z轴方向，调节所述接收器的位置，在保证三维激光雷达中心通道合焦效果的条件下，使三维激光雷达边缘通道达到最佳的合焦效果。
在本申请的第二方面，提供了一种三维激光雷达光路调节装置，包括：
获取模块，用于获取具有基准线的目标板上的光斑图、三维激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图以及三维激光雷达各通道接收到回波信号对应的幅值强度，所述距离图包括各通道距离中心通道的距离信息；
第一调节模块，用于调节三维激光雷达的发射器直至所述光斑图满足第一预设条件；和/或，调节三维激光雷达的接收器直至所述幅值强度满足第二预设条件；和/或，调节三维激光雷达的接收器直至所述距离图满足第三预设条件。
在一种可能的实现方式中，还包括：
定义模块，用于定义参考面并使三维激光雷达的出光方向平行于所述参考面，以出光方向为Z轴，以垂直与所述参考面的方向为Y轴，以垂直于Y轴和Z轴的方向为X轴，建立三维坐标系；
放置模块，用于在X轴和Y轴形成的平面内放置目标板，根据三维激光雷达和所述目标板的距离和位置标定所述基准线，所述基准线与Y轴平行。
在一种可能的实现方式中，还包括：
第二调节模块，用于在X轴方向，调节所述接收器的姿态，在Z轴方向，调节所述接收器的位置，在保证三维激光雷达中心通道合焦效果的条件下，使三维激光雷达边缘通道达到最佳的合焦效果。
在本申请的第三方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面任一项所述的方法。
在本申请实施例提供的三维激光雷达光路调节方法、装置和电子设备中，首先获取得到具有基准线的目标板上的光斑图、三维激光雷达各通道接收回波信号对应的幅值强度以及三维激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图，然后调节三维激光雷达的发射器使得光斑图满足第一预设条件、调节三维激光雷达的接收器使得幅值强度满足第二预设条件来实现发射器和接收器在水平方向的光路对准、调节三维激光雷达的接收器使得距离图满足第三预设条件来实现发射器和接收器在竖直方向和出光方向的光路对准，从而能够实现三维激光雷达的光路调节，相比于手动调节改善了三维激光雷达调节光路的效率和良率。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本申请的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本申请各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。
图1示出了本申请实施例的三维激光雷达光路调节方法的流程图。
图2示出了本申请实施例的三维激光雷达和目标板的位置示意图。
图3示出了本申请实施例的目标板上基准线的分布示意图。
图4示出了本申请实施例的三维激光雷达光路调节示意图。
图5示出了本申请实施例的设置障碍物调节接收器示意图。
图6示出了本申请实施例的三维成像软件生成的目标板距离分布图。
图7示出了本申请实施例的三维激光雷达光路调节装置的方框图。
图8示出了本申请实施例的电子设备的方框图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图1示出了本申请的实施例的三维激光雷达光路调节方法的流程图。参见图1，该方法包括以下步骤：
步骤110，获取光斑图、幅值强度以及距离图。
在本申请实施例中，光斑图为具有基准线的目标板上的光斑图。幅值强度为三维激光雷达各通道接收回波信号对应的幅值强度。距离图由三维激光雷达各通道接收到回波信号生成，距离图包括各通道距离中心通道的距离信息。
在一些可选的实施方式中，可以通过成像设备来获得目标板上的光斑图像作为光斑图，光斑图包括光斑的形状和光斑在目标板上的位置信息。在一些可选的实施方式中，为了方便三维激光雷达的调节，三维激光雷达各通道接收回波信号对应的幅值强度可以形成强度图。
步骤120，调节三维激光雷达的发射器直至光斑图满足第一预设条件；和/或，调节三维激光雷达的接收器直至幅值强度满足第二预设条件；和/或，调节三维激光雷达的接收器直至距离图满足第三预设条件。
为了实现三维激光雷达的发射器和接收器的光路精确对准。那么，第一预设条件可以被设置为：三维激光雷达的发射器发射的光束在目标板上形成的光斑对准基准线；第二预设条件可以被设置为：三维激光雷达的中心通道接收到回波信号对应的幅值强度最大；第三预设条件可以被设置为：三维激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布。
为了实现三维激光雷达的发射器和接收器的光路精确对准，本领域技术人员设置优先调节三维激光雷达的发射器使得光斑图满足第一预设条件，然后调节三维激光雷达的接收器使得幅值强度满足第二预设条件，最后调节三维激光雷达的接收器使得距离图满足第三预设条件。
在一些实施例中，在获取光斑图、幅值强度以及距离图之前，需要放置目标板、标定基准线，可以按照如下方式来布置目标板并在目标板上标定基准线。
具体地，定义参考面并使三维激光雷达的出光方向平行于参考面，以出光方向为Z轴，以垂直于参考面的方向为Y轴，以垂直于Y轴和Z轴的方向为X轴，建立三维坐标系；在X轴和Y轴形成的平面内放置目标板，根据三维激光雷达和目标板的距离和位置标定基准线，基准线与Y轴平行。
例如，参见图2，定义参考面400，以三维激光雷达的发射器301的出光方向为Z轴，以垂直于参考面400的方向为Y轴，以垂直于Y轴和Z轴的方向为X轴，建立三维坐标系。
参见图3，在建立完成三维坐标系后，在X轴和Y轴形成的平面内放置目标板201，在目标板上标定基准线202，在本申请实施例中，基准线202可以为沿目标板长度方向分布的具有一定宽度的直线，或者长度方向沿目标板201的长度方向分布的矩形，也就是说，基准线202和Y轴方向平行。需要说明的是，基准线202的长度和宽度可以根据三维激光雷达和目标板的距离和位置来确定。
在一些实施例中，第一预设条件包括光斑图中光斑与基准线对准。那么，调节三维激光雷达的发射器直至光斑图满足第一预设条件包括：在三维坐标系内，调节发射器的位置和/或姿态直至光斑对准基准线，且光斑形状满足预设形状要求。
在本申请实施例中，参见图4，调节三维激光雷达的发射器301的位置和/或姿态，即沿X轴、Y轴、Z轴对发射器301进行平移或旋转，直至光斑图中的光斑与基准线对准，且光斑形状满足预设形状要求。
在一些实施例中，第二预设条件包括三维激光雷达中心通道接收到回波信号对应的幅值强度最大。那么，调节三维激光雷达的接收器直至幅值强度满足第二预设条件包括：在X轴方向，调节接收器的位置，直至三维激光雷达中心通道接收到回波信号对应的幅值强度最大。
在本申请实施例中，继续参见图4，三维激光雷达中心通道接收到回波信号对应的幅值强度由三维距离图成像软件303测量得到，通过在X轴方向上调节接收器302的位置，直至三维激光雷达中心通道接收到的回波信号对应的幅值强度最大。在一些可选的实施方式中，在X轴方向调节接收器302的位置可以选用自动化平移工装。
在一些实施例中，第三预设条件包括三维激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布。那么，调节三维激光雷达的接收器直至距离图满足第三预设条件包括：在目标板的中心和边缘放置障碍物，在Y轴方向，调节接收器的位置，直至三维激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布。
在本申请实施例中，参见图5，在目标板201的中心和边缘放置障碍物203。障碍物203可以选用表面光滑的障碍物，例如标准反射率板，其宽度对应三维激光雷达单通道收集的信号范围，和背景平面形成一定的距离。在Y轴方向，调节接收器302的位置使得三维激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布。在一些可选的实施方式中，在Y轴方向调节接收器302的位置可以选用自动化平移工装。
在一些实施例中，该方法还包括：在Z轴方向，调节接收器的位置，使相邻通道测距值最接近背景平面，即完成中心通道合焦调节；在X轴方向，调节接收器的姿态，在Z轴方向，调节接收器的位置，在保证三维激光雷达中心通道合焦效果的条件下，使三维激光雷达边缘通道达到最佳的合焦效果。
本申请实施例中，参见图6，最佳的合焦效果，即未放置障碍物203的所有通道测距值最接近背景平面，且各通道间不出现串扰现象，从而实现边缘通道合焦调节。
需要说明的是，本申请实施例中，发射器和接收器均可以采用自动化工装来进行调节，自动化工装可以选用现有技术中能够实现上述调节方式的任意工装，本申请实施例对此不做限定。
根据本申请实施例，首先获取得到具有基准线的目标板上的光斑图、三维激光雷达各通道接收回波信号对应的幅值强度以及三维激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图，然后调节三维激光雷达的发射器使得光斑图满足第一预设条件、调节三维激光雷达的接收器使得幅值强度满足第二预设条件来实现发射器和接收器在水平方向的光路对准、调节三维激光雷达的接收器使得距离图满足第三预设条件来实现发射器和接收器在竖直方向的光路对准，从而能够实现三维激光雷达的光路调节，相比于手动调节改善了三维激光雷达调节光路的效率和良率。
以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本申请所述方案进行进一步说明。
图7示出了本申请实施例的三维激光雷达光路调节装置的方框图。参见图7，该装置包括获取模块710和第一调节模块720。
获取模块710，用于获取具有基准线的目标板上的光斑图、三维激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图以及三维激光雷达各通道接收到回波信号对应的幅值强度，所述距离图包括各通道距离中心通道的距离信息。
第一调节模块720，用于调节三维激光雷达的发射器直至所述光斑图满足第一预设条件；和/或，调节激光雷达的接收器直至所述幅值强度满足第二预设条件；和/或，调节三维激光雷达的接收器直至所述距离图满足第三预设条件。
在一些实施例中，该装置还包括定义模块和放置模块。
定义模块，用于定义参考面并使三维激光雷达的出光方向平行于所述参考面，以出光方向为Z轴，以垂直与所述参考面的方向为Y轴，以垂直于Y轴和Z轴的方向为X轴，建立三维坐标系。
放置模块，用于在X轴和Y轴形成的平面内放置目标板，根据三维激光雷达和所述目标板的距离和位置标定所述基准线，所述基准线与Y轴平行。
在一些实施例中，该装置还包括第二调节模块。
第二调节模块，用于在X轴方向，调节所述接收器的姿态，在Z轴方向，调节所述接收器的位置，在保证三维激光雷达中心通道合焦效果的条件下，使三维激光雷达边缘通道达到最佳的合焦效果。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本申请实施例中提供了一种电子设备，如图8所示，图8所示的电子设备800包括：处理器801和存储器803。其中，处理器801和存储器803相连，如通过总线802相连。可选地，电子设备800还可以包括收发器804。需要说明的是，实际应用中收发器804不限于一个，该电子设备800的结构并不构成对本申请实施例的限定。
处理器801可以是CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，通用处理器，DSP(Digital Signal Processor，数据信号处理器)，ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，专用集成电路)，FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件、硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。处理器801也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等。
总线802可包括一通路，在上述组件之间传送信息。总线802可以是PCI(Peripheral Component Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(ExtendedIndustry Standard Architecture，扩展工业标准结构)总线等。总线802可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器803可以是ROM(Read Only Memory，只读存储器)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是EEPROM(Electrically ErasableProgrammable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)、CD-ROM(Compact DiscRead Only Memory，只读光盘)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。
存储器803用于存储执行本申请方案的应用程序代码，并由处理器801来控制执行。处理器801用于执行存储器803中存储的应用程序代码，以实现前述方法实施例所示的内容。
其中，电子设备包括但不限于：移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、PDA(个人数字助理)、PAD(平板电脑)、PMP(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字TV、台式计算机等等的固定终端。图8示出的电子设备仅仅是一个示例，不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种三维激光雷达光路调节方法，其特征在于，包括：
获取具有基准线的目标板上的光斑图、三维激光雷达各通道接收回波信号对应的幅值强度以及三维激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图，所述距离图包括各通道距离中心通道的距离信息；
在三维坐标系内，调节三维激光雷达的发射器的位置和/或姿态直至所述光斑图满足第一预设条件，其中，所述第一预设条件包括所述光斑图中光斑与所述基准线对准且光斑形状满足预设要求；和/或，
在X轴方向，调节三维激光雷达的接收器的位置直至所述幅值强度满足第二预设条件，其中，所述第二预设条件包括三维激光雷达中心通道接收到回波信号对应的幅值强度最大；和/或，
在目标板的中心和边缘放置障碍物，在Y轴方向，调节三维激光雷达的接收器的位置，直至所述距离图满足第三预设条件，其中，所述第三预设条件包括三维激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取具有基准线的目标板上的光斑图、三维激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图以及各通道对应的幅值强度之前，还包括：
定义参考面并使三维激光雷达的出光方向平行于所述参考面，以出光方向为Z轴，以垂直于所述参考面的方向为Y轴，以垂直于Y轴和Z轴的方向为X轴，建立三维坐标系；
在X轴和Y轴形成的平面内放置目标板，根据三维激光雷达和所述目标板的距离和位置标定所述基准线，所述基准线与Y轴平行。
3.根据权利要求2述的方法，其特征在于，还包括：
在Z轴方向，调节所述接收器的位置，使相邻通道测距值最接近背景平面，即完成中心通道合焦调节；
在X轴方向，调节所述接收器的姿态，在Z轴方向，调节所述接收器的位置，在保证三维激光雷达中心通道合焦效果的条件下，使三维激光雷达边缘通道达到最佳的合焦效果。
4.一种三维激光雷达光路调节装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取具有基准线的目标板上的光斑图、三维激光雷达各通道接收到回波信号生成的距离图以及三维激光雷达各通道接收到回波信号对应的幅值强度，所述距离图包括各通道距离中心通道的距离信息；
第一调节模块，用于在三维坐标系内，调节三维激光雷达的发射器的位置和/或姿态直至所述光斑图满足第一预设条件，其中，所述第一预设条件包括所述光斑图中光斑与所述基准线对准且光斑形状满足预设要求；和/或，在X轴方向，调节三维激光雷达的接收器的位置直至所述幅值强度满足第二预设条件，其中，所述第二预设条件包括三维激光雷达中心通道接收到回波信号对应的幅值强度最大；和/或，在目标板的中心和边缘放置障碍物，在Y轴方向，调节三维激光雷达的接收器的位置，直至所述距离图满足第三预设条件，其中，所述第三预设条件包括三维激光雷达中心通道两侧相邻通道的距离图对称分布。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，还包括：
定义模块，用于定义参考面并使三维激光雷达的出光方向平行于所述参考面，以出光方向为Z轴，以垂直与所述参考面的方向为Y轴，以垂直于Y轴和Z轴的方向为X轴，建立三维坐标系；
放置模块，用于在X轴和Y轴形成的平面内放置目标板，根据三维激光雷达和所述目标板的距离和位置标定所述基准线，所述基准线与Y轴平行。
6.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3任一项所述的方法。
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