CN114371469A - 可实现激光雷达点云与图像融合的系统 - Google Patents

可实现激光雷达点云与图像融合的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及激光雷达深度信息与图像信息的融合技术领域，特别涉及可实现激光雷达点云与图像融合的系统，激光发射模块发射激光并对激光进行处理，分光镜透过激光发射模块发射的激光，并将从被测物体反射回来的激光和可见光反射到光学接收模块，光束操控模块对从分光镜透过的激光进行操作，光学接收模块将从光束操控模块上反射的激光和可见光聚焦到感光芯片模块实现成像，感光芯片模块包括平行排列的一列线阵激光感光芯片和一列线阵可见光感光芯片。与现有技术相比，本发明的可实现激光雷达点云与图像融合的系统简化了系统结构，提高了系统的稳定性，降低硬件成本，减小了系统标定的复杂度，探测信息重合降低了图像融合的难度。

Description

可实现激光雷达点云与图像融合的系统
【技术领域】
本发明涉及激光雷达深度信息与图像信息的融合技术领域，特别涉及可实现激光雷达点云与图像融合的系统。
【背景技术】
激光雷达能够探测物体的三维信息，生成物体的深度点云图；物体的图像信息提供了物体的纹理、色彩等特征信息，便于识别。将激光雷达的深度信息与图像的特征信息融合，形成色彩三维图像，有利于三维图像的识别、处理和应用。
现有技术的融合方案使用激光雷达和相机，两个独立的部件系统，导致结构设计繁杂，设计的稳定性要求高，需要对激光雷达系统和相机图像系统进行标定，然后分别获取被测物体的点云和图像，图像融合的算法复杂，同时两套系统也导致成本的增加。
【发明内容】
为了克服上述问题，本发明提出一种可有效解决上述问题的可实现激光雷达点云与图像融合的系统。
本发明解决上述技术问题提供的一种技术方案是：提供一种可实现激光雷达点云与图像融合的系统，包括光发射模块、分光镜、光束操控模块、光学接收模块和感光芯片模块，所述激光发射模块用于发射激光并对发射的激光光束进行处理，所述分光镜用于透过激光发射模块发射的激光，并将从被测物体反射回来的激光和可见光反射到光学接收模块，所述光束操控模块用于对从分光镜透过的激光进行操作，所述光学接收模块用于将从光束操控模块上反射的激光和可见光聚焦到感光芯片模块实现成像；所述感光芯片模块包括一列线阵激光感光芯片和一列线阵可见光感光芯片，所述激光感光芯片和可见光感光芯片平行排列。
优选地，所述激光感光芯片和可见光感光芯片一一平齐，激光感光芯片和可见光感光芯片均为大小相同的矩形芯片。
优选地，所述激光感光芯片和可见光感光芯片相邻两侧边的间距为D1，所述两相邻激光感光芯片或两相邻可见光感光芯片之间的相邻两侧边的间距为D2。
优选地，所述D1和D2为0。
优选地，所述D1和D2为20-30微米。
优选地，所述激光感光芯片内包括激光感光像素单元，所述激光感光像素单元用于接收激光，并把激光转化为电信号；所述可见光感光芯片内包括可见光感光像素单元，所述可见光感光像素单元用于接收可见光，并把可见光转化为电信号。
优选地，所述激光感光芯片和可见光感光芯片的数量相等。
优选地，所述激光发射模块、分光镜和光束操控模块位于同一直线上，所述分光镜位于激光发射模块和光束操控模块之间，所述分光镜、光学接收模块和感光芯片模块位于同一直线上，所述光学接收模块位于分光镜和感光芯片模块之间。
优选地，所述激光发射模块对激光光束的处理包括对激光光束进行准直或扩束处理。
优选地，所述光束操控模块对激光的操作包括反射发射的激光到物体上进行探测或者通过旋转反射发射激光到物体上实现对物体的扫描探测，以及将从被探测物体反射回来的激光及可见光反射到分光镜上。
与现有技术相比，本发明的可实现激光雷达点云与图像融合的系统将激光雷达和图像探测部件集成到一个系统，简化了系统结构，提高了系统的稳定性，降低雷达点云与图像融合的硬件成本；线阵激光感光芯片与可见光感光芯片平行排列，共用光学接收部件，减小了系统标定的复杂度，探测信息重合降低了图像融合的难度。
【附图说明】
图1为本发明可实现激光雷达点云与图像融合的系统的结构框架图；
图2为本发明可实现激光雷达点云与图像融合的系统的感光芯片模块结构图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅限于指定视图上的相对位置，而非绝对位置。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
请参阅图1和图2，本发明的可实现激光雷达点云与图像融合的系统，包括激光发射模块、分光镜、光束操控模块、光学接收模块和感光芯片模块，所述激光发射模块用于发射激光并对发射的激光光束进行处理，所述分光镜用于透过激光发射模块发射的激光，并将从被测物体反射回来的激光和可见光反射到光学接收模块，所述光束操控模块用于对从分光镜透过的激光进行操作，所述光学接收模块用于将从光束操控模块上反射的激光和可见光聚焦到感光芯片模块实现成像。
所述感光芯片模块包括一列线阵激光感光芯片和一列线阵可见光感光芯片，所述激光感光芯片和可见光感光芯片平行排列。
所述激光感光芯片内包括激光感光像素单元，所述激光感光像素单元用于接收激光，并把激光转化为电信号。
所述可见光感光芯片内包括可见光感光像素单元，所述可见光感光像素单元用于接收可见光，并把可见光转化为电信号。
所述激光发射模块对激光光束的处理包括对激光光束进行准直、扩束等处理。
所述光束操控模块对激光的操作包括反射发射的激光到物体上进行探测或者通过旋转反射发射激光到物体上实现对物体的扫描探测，以及将从被探测物体反射回来的激光及可见光反射到分光镜上。
本实施例中，所述一列线阵激光感光芯片呈1*10激光感光芯片阵列，所述一列线阵可见光感光芯片呈1*10可见光感光芯片阵列，封装在同一块基板上。激光感光芯片和可见光感光芯片的数量可以不止为10个，可根据实际情况增加或者减少激光感光芯片和可见光感光芯片的数量。所述激光感光芯片和可见光感光芯片的数量相等。工作时，通过光束操控模块控制发射激光的扫面间隔，使得当前被激光扫描的物体与上一次扫描位置可见光探测到的物体重合；由此除了第一次扫描位置和最后一次扫描位置，同一被测位置都能经过一次激光扫描探测和一次可见光探测，激光感光芯片和可见光感光芯片探测得到图像信息能够重合。
所述激光感光芯片和可见光感光芯片平行排列，并且激光感光芯片和可见光感光芯片一一平齐，激光感光芯片和可见光感光芯片均为大小相同的矩形芯片。
所述激光感光芯片可采用光电二极管、雪崩光电二极管等，实现对激光的探测。所述可见光感光芯片可采用COMOS或者CCD，用于接收被测物体反射或产生的可见光，生成被测物体的图像。
所述激光感光芯片和可见光感光芯片相邻两侧边的间距为D1，所述两相邻激光感光芯片或两相邻可见光感光芯片之间的相邻两侧边的间距为D2。所述D1和D2根据不同的封装工艺确定，理论上D1和D2为0是最好的，可以使结构更紧凑，提高光能量的利用率。所述D1和D2优选为20-30微米，既能在工艺上满足要求，控制工艺成本，又能使得结构相对紧凑，保持较高的光能量的利用率。
本实施例中，所述激光发射模块、分光镜和光束操控模块位于同一直线上，所述分光镜位于激光发射模块和光束操控模块之间，所述分光镜、光学接收模块和感光芯片模块位于同一直线上，所述光学接收模块位于分光镜和感光芯片模块之间。
与现有技术相比，本发明的可实现激光雷达点云与图像融合的系统将激光雷达和图像探测部件集成到一个系统，简化了系统结构，提高了系统的稳定性，降低雷达点云与图像融合的硬件成本；线阵激光感光芯片与可见光感光芯片平行排列，共用光学接收部件，减小了系统标定的复杂度，探测信息重合降低了图像融合的难度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.可实现激光雷达点云与图像融合的系统，其特征在于，包括光发射模块、分光镜、光束操控模块、光学接收模块和感光芯片模块，所述激光发射模块用于发射激光并对发射的激光光束进行处理，所述分光镜用于透过激光发射模块发射的激光，并将从被测物体反射回来的激光和可见光反射到光学接收模块，所述光束操控模块用于对从分光镜透过的激光进行操作，所述光学接收模块用于将从光束操控模块上反射的激光和可见光聚焦到感光芯片模块实现成像；
所述感光芯片模块包括一列线阵激光感光芯片和一列线阵可见光感光芯片，所述激光感光芯片和可见光感光芯片平行排列。
2.如权利要求1所述的可实现激光雷达点云与图像融合的系统，其特征在于，所述激光感光芯片和可见光感光芯片一一平齐，激光感光芯片和可见光感光芯片均为大小相同的矩形芯片。
3.如权利要求2所述的可实现激光雷达点云与图像融合的系统，其特征在于，所述激光感光芯片和可见光感光芯片相邻两侧边的间距为D1，所述两相邻激光感光芯片或两相邻可见光感光芯片之间的相邻两侧边的间距为D2。
4.如权利要求3所述的可实现激光雷达点云与图像融合的系统，其特征在于，所述D1和D2为0。
5.如权利要求3所述的可实现激光雷达点云与图像融合的系统，其特征在于，所述D1和D2为20-30微米。
6.如权利要求1所述的可实现激光雷达点云与图像融合的系统，其特征在于，所述激光感光芯片内包括激光感光像素单元，所述激光感光像素单元用于接收激光，并把激光转化为电信号；所述可见光感光芯片内包括可见光感光像素单元，所述可见光感光像素单元用于接收可见光，并把可见光转化为电信号。
7.如权利要求1所述的可实现激光雷达点云与图像融合的系统，其特征在于，所述激光感光芯片和可见光感光芯片的数量相等。
8.如权利要求1所述的可实现激光雷达点云与图像融合的系统，其特征在于，所述激光发射模块、分光镜和光束操控模块位于同一直线上，所述分光镜位于激光发射模块和光束操控模块之间，所述分光镜、光学接收模块和感光芯片模块位于同一直线上，所述光学接收模块位于分光镜和感光芯片模块之间。
9.如权利要求1所述的可实现激光雷达点云与图像融合的系统，其特征在于，所述激光发射模块对激光光束的处理包括对激光光束进行准直或扩束处理。
10.如权利要求1所述的可实现激光雷达点云与图像融合的系统，其特征在于，所述光束操控模块对激光的操作包括反射发射的激光到物体上进行探测或者通过旋转反射发射激光到物体上实现对物体的扫描探测，以及将从被探测物体反射回来的激光及可见光反射到分光镜上。
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