CN114660569A - 激光雷达装置、系统及测距方法 - Google Patents

激光雷达装置、系统及测距方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114660569A
CN114660569A CN202011535715.9A CN202011535715A CN114660569A CN 114660569 A CN114660569 A CN 114660569A CN 202011535715 A CN202011535715 A CN 202011535715A CN 114660569 A CN114660569 A CN 114660569A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light source
light
multiplied
detection
areas
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
Application number
CN202011535715.9A
Other languages
English (en)
Inventor
屈志巍
张帆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Wuhan Wanji Photoelectric Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Wanji Technology Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Wanji Technology Co Ltd filed Critical Beijing Wanji Technology Co Ltd
Priority to CN202011535715.9A priority Critical patent/CN114660569A/zh
Publication of CN114660569A publication Critical patent/CN114660569A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • 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
    • G01S7/483—Details of pulse systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本公开提供的激光雷达装置、系统及测距方法，通过在激光雷达装置中设置激光光源阵列、探测器阵列、信号处理单元以及主控单元；激光光源阵列包括预设的M×N个光源发射区，每个光源发射区中包括激光光源阵列中的至少一个激光脉冲光源，探测器阵列包括预设的M×N个探测区；各光源发射区与各探测区一一对应分布设置；通过采用这样的设置方式，能够使得在同一个测量周期中，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出脉冲光并得到反射光，基于反射光确定计时信息以及被测目标的距离信息。从而在一个测量周期内，保证激光光源阵列的总脉冲光强度不变的情况下，降低单次脉冲光的光强度，避免脉冲光照射至人眼时，对人眼造成的损伤的问题。

Description

激光雷达装置、系统及测距方法
技术领域
本公开实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达装置、系统及测距方法。
背景技术
随着激光雷达技术的迅速发展，激光雷达的应用市场和规模也日益扩大。
Flash激光雷达是激光雷达的一种，其通常包括光源、探测器、主控单元等部件。其中，为获得较大的探测视场角，光源会在主控单元的控制下产生脉冲光，以使脉冲光覆盖整个被测距的探测视场；而探测器则可接收到被测目标反射回来的反射光，经主控单元计算输出被测目标的距离信息。
为了覆盖较大的探测区域，现有的激光雷达会使用大发射功率的激光源。但是，激光雷达在使用时存在脉冲光照射至人眼的概率，大发射功率的激光源所发出的脉冲光一旦射入人眼，将出现人身安全受损的问题。
发明内容
针对上述问题，本公开提供了一种激光雷达装置、系统及测距方法。
第一方面，本公开提供了一种激光雷达装置，包括：激光光源阵列、探测器阵列、信号处理单元以及主控单元；
所述激光光源阵列包括预设的M×N个光源发射区，每个光源发射区中包括激光光源阵列中的至少一个激光脉冲光源；所述探测器阵列包括预设的M×N个探测区，所述各光源发射区与所述各探测区对应分布设置；
在同一个测量周期中，所述主控单元控制所述M×N个光源发射区，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出脉冲光，一个光源发射区发出的发射光经所述被测目标反射形成一组反射光；
所述探测器阵列用于接收所述反射光，其中，所述主控单元的控制所述M×N个探测区，按照探测区工作，接收对应光源发射区发射的脉冲光所形成的反射光；
所述信号处理单元用于对所述反射光进行处理，获得计时信息；
所述主控单元用于根据所述计时信息确定被测目标的距离信息，其中，M为正整数，N为正整数。
可选实施例中，在同一个测量周期中，所述主控单元控制所述M×N个光源发射区中的激光脉冲光源，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出M×N组脉冲光，所述M×N组脉冲光经被测目标反射后形成M×N组反射光；
所述主控单元的控制所述M×N个探测区，按照探测区与所述光源发射区的对应关系接收所述M×N组反射光；
所述信号处理单元用于对所述M×N组反射光进行处理，获得A×M×N个计时信息；其中，A为每一所述探测区中单像元探测器的数量；
所述主控单元用于根据所述A×M×N个计时信息确定所述被测目标的距离信息。
可选实施例中，所述光源发射区的数量与探测区的数量对应，且光源发射区的行列分布与探测区的行列分布也对应。
可选实施例中，所述信号处理单元包括多个处理子单元，所述处理子单元的数量等于每一探测区中的探测器的数量。
可选实施例中，每个探测区中包括的单像元探测器的数量根据对应的光源发射区中的激光脉冲光源的数量确定。
可选实施例中，所述激光光源阵列中激光脉冲光源的数量小于等于所述探测器阵列中单像元探测器的数量。
可选实施例中，针对任一光源发射区，其中的每个激光脉冲光源在所述主控单元的控制下单次或多次向被测目标发送发射脉冲；
所述任一光源发射区的全部激光脉冲光源在同一测量周期所发射的全部发射脉冲，作为所述任一光源发射区发射的一组脉冲光；针对任一探测区，其中的每个单像元探测器在所述主控单元的控制下，接收单个或多个反射光脉冲；
所述任一探测区在同一测量周期接收的全部反射光脉冲，作为所述任一探测区接收的一组反射光。
可选实施例中，该激光雷达装置还包括：
整形光学模组，所述整形光学模组用于将所述激光光源阵列发射的脉冲光进行整形，并将整形后的脉冲光发射至被测目标；
和/或，
接收光学模组，所述接收光学模组用于将被测目标反射形成的所述M×N组反射光汇聚至所述探测器阵列。
可选实施例中，所述整形光学模组包括M×N个第一透镜组；所述M×N个第一透镜组的分布与M×N个光源发射区的分布相同；每个第一透镜组用于对M×N个光源发射区中的一个光源发射区所发射的脉冲光进行整形；
所述接收光学模组包括M×N个第三透镜组；所述M×N个第三透镜组的分布与所述M×N个探测区的分布相同；其中，每个第三透镜组用于将所述M×N组反射光中的一组反射光汇聚至所述M×N个探测区中的一个探测区上。
可选实施例中，所述整形光学模组包括一个第二透镜组，所述第二透镜组至少由一块非球面透镜或两块球面透镜组成，所述第二透镜组用于对M×N个光源发射区所发射的脉冲光进行整形；
所述接收光学模组包括一个第四透镜组，所述第四透镜组至少由一块非球面透镜或两块球面透镜组成，所述第四透镜组用于将所述M×N组反射光汇聚至所述M×N个探测区中。
第二方面，本公开实施例提供了一种测距方法，应用于第一方面任一项所述的激光雷达装置，所述测距方法包括：
在同一个测量周期中，控制M×N个光源发射区，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出脉冲光，一个光源发射区发出的发射光经所述被测目标反射形成一组反射光；
控制所述M×N个探测区，按照探测区工作，接收对应光源发射区发射的脉冲光所形成的反射光；
对所述反射光进行处理，获得计时信息；
根据所述计时信息确定被测目标的距离信息。
可选实施例中，在同一个测量周期中，控制M×N个光源发射区，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出脉冲光；控制所述M×N个探测区，按照探测区工作，接收对应光源发射区发射的脉冲光所形成的反射光；根据所述计时信息确定被测目标的距离信息包括：
控制M×N个光源发射区中所有的光源发射区，在不同时刻，向被测目标单次或多次发射M×N组脉冲光，其中，一组脉冲光为一个光源发射区在同一测量周期所发射的全部发射脉冲；
控制所述M×N个探测区，按照探测区与所述光源发射区的对应关系接收所述M×N组反射光；
对所述M×N组反射光进行处理，获得A×M×N个计时信息；其中，A为每一所述探测区中单像元探测器的数量；
根据所述A×M×N个计时信息确定所述被测目标的距离信息。
第三方面，本公开实施例提供了一种激光雷达系统，包括：
激光雷达主体、安装在所述激光雷达主体上的如第一方面任一项所述的激光雷达装置。
本公开提供的激光雷达装置、系统及测距方法，通过激光光源阵列、探测器阵列、信号处理单元以及主控单元；所述激光光源阵列包括预设的M×N个光源发射区，每个光源发射区中包括激光光源阵列中的至少一个激光脉冲光源；所述探测器阵列包括预设的M×N个探测区，所述各光源发射区与所述各探测区对应分布设置；在同一个测量周期中，所述主控单元控制所述M×N个光源发射区，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出脉冲光，一个光源发射区发出的发射光经所述被测目标反射形成一组反射光；所述探测器阵列用于接收所述反射光，其中，所述主控单元的控制所述M×N个探测区，按照探测区工作，接收对应光源发射区发射的脉冲光所形成的反射光；所述信号处理单元用于对所述反射光进行处理，获得计时信息；所述主控单元用于根据所述计时信息确定被测目标的距离信息，其中，M为正整数，N为正整数，从而在一个测量周期内，保证激光光源阵列的总脉冲光强度与现有的大发射功率的激光源的脉冲光强度相同的情况下，降低单次脉冲光的光强度，避免脉冲光照射至人眼时，对人眼造成的损伤的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的一种激光雷达装置的结构示意图；
图2为本公开实施例提供的一种激光雷达装置的结构示意图；
图3a为本公开提供的激光光源阵列101中光源发射区的一种排布方式；
图3b为本公开提供的激光光源阵列101中光源发射区的另一种排布方式；
图3c为本公开提供的激光光源阵列101中光源发射区的又一种排布方式；
图4a为本公开提供的探测器阵列107中探测区的一种排布方式；
图4b为本公开提供的探测器阵列107中探测区的另一种排布方式；
图4c为本公开提供的探测器阵列107中探测区的又一种排布方式；
图5为本公开提供的信号处理单元的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的另一种激光雷达装置的结构示意图；
图7a为本公开提供的整形光学模组102中第一透镜组的一种排布方式；
图7b为本公开提供的整形光学模组102中第一透镜组的另一种排布方式；
图7c为本公开提供的整形光学模组102中第一透镜组的又一种排布方式。
具体实施方式
为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
随着激光雷达技术的迅速发展，激光雷达的应用市场和规模也日益扩大。
Flsh激光雷达是一种激光雷达的一种，其通常包括光源、探测器、主控单元等部件。其中，为获得较大的探测视场角，光源会在主控单元的控制下产生脉冲光，以使脉冲光覆盖整个被测距的探测视场；而探测器则可接收到被测目标反射回来的反射光，经主控单元计算输出被测目标的距离信息。
为了覆盖较大的探测区域，现有的激光雷达会使用大发射功率的激光源。但是，激光雷达在使用时存在脉冲光照射至人眼的概率，大发射功率的激光源所发出的脉冲光一旦射入人眼，将出现人身安全受损的问题。
参考图1，图1为现有技术中的一种激光雷达装置的结构示意图。如图1所示的，现有技术中的激光雷达装置包括光源、探测器、信号处理单元以及主控单元。
其中，光源的发散角的大小将决定了探测视场的大小，根据激光原理可知，增大激光器的发散角必然会降低其脉冲光的单位面积的光强度。而在现有技术中，为了保证激光雷达装置能够具备较大的探测视场，光源将采用大功率激光器以使得在光源在主控单元的控制下向探测视场中的被测目标发射具备一定光强度的脉冲光。
随后，探测器将接收来自被测目标对脉冲光反射而形成的反射光，进而将反射光通过信号处理单元进行处理，得到计时信息。最后由主控单元对计时信息进行处理得到被测目标的距离信息。
如前所述的，发明人发现，在现有技术中，为了保证激光雷达装置能够具备较大的探测视场，光源将采用大功率激光器以使得在光源在主控单元的控制下向探测视场中的被测目标发射具备一定光强度的脉冲光。而在实际使用时，激光雷达装置是存在射入人眼的可能性的，而众所周知的是，大功率激光器所发出的脉冲光会灼烧人眼的视网膜而使得人眼失去其功能，这就使得基于大功率激光器作为激光雷达装置的光源将存在一定的人身安全危险。
面对这样的技术问题，发明人考虑到采用激光光源阵列和探测器阵列的结构以替代现有技术中的光源和探测器，一方面能够降低激光雷达装置在单次发送脉冲光的光强，避免人眼受损，另一方面，通过在一个测量周期内发射多组脉冲光，并接收被测目标对多组脉冲光进行反射所形成的多组反射光能够有效对于提高被测目标的测量精度和激光雷达装置的雷达性能。
第一方面，为了解决上述提及的问题，本公开提供了一种激光雷达装置，该激光雷达装置具体包括有激光光源阵列、探测器阵列、信号处理单元以及主控单元。
其中，激光光源阵列包括预设的M×N个光源发射区，每个光源发射区中包括激光光源阵列中的至少一个激光脉冲光源；探测器阵列包括预设的M×N个探测区，各光源发射区与所述各探测区对应分布设置；
在同一个测量周期中，主控单元控制所述M×N个光源发射区，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出脉冲光，一个光源发射区发出的发射光经所述被测目标反射形成一组反射光；
探测器阵列用于接收所述反射光，其中，主控单元的控制所述M×N个探测区，按照探测区工作，接收对应光源发射区发射的脉冲光所形成的反射光；
信号处理单元用于对所述反射光进行处理，获得计时信息；可选的，所述信号处理单元108包括多个处理子单元，所述处理子单元的数量等于每一探测区中的探测器的数量。图5为本公开提供的信号处理单元的结构示意图，如图5所示的，为了使得信号处理单元108能够快速处理来探测区中多个单像元探测器接收到的反射光脉冲，信号处理单元108具体可由多个处理子单元组成，其中的每一个处理子单元可用于处理一个单像元探测器接收的反射光脉冲，并将其转换为电信号，即计时信息，以输出至主控单元100进行后续处理。
本实施方式与现有方案不同的是，由于现有方案中发射区与探测区中的全部单元均同时工作，在现有方案中一般采用每一探测器一般对应一个处理子单元的设置方式。而在本方案中，由于发射区与探测区均是分时工作的，因此处理子单元在一个时间可用采用分时复用的工作方式，即在同一时刻为一个探测区工作，在下一时刻再处理另一探测区的信号。这样的设置方式可以减少处理子单元的数量，因此，减小了信号处理单元的体积，利于器件集成。
主控单元用于根据所述计时信息确定被测目标的距离信息，其中，M为正整数，N为正整数。
通过采用上述结构，能够使得通过采用上述结构，从而在一个测量周期内，按照分区，分时向被测目标发送脉冲光，这可以在保证激光光源阵列的总脉冲光强度与现有的大发射功率的激光源的脉冲光强度相同的情况下，降低单次脉冲光的光强度，避免脉冲光照射至人眼时，对人眼造成的损伤的问题。
需要说明的是，在一个探测周期内，M×N个光源发射区可以全部进行脉冲光发射，也可以是部分进行脉冲光发射。但是考虑到产品能够发挥更大的性能，一般情况下，在一个探测周期内，M×N个光源发射区中所有的光源发射区均参与脉冲光发射。在其中一个可选的实施例中，上述M×N个光源发射区还可以基于环境或者探测需求被灵活控制进行脉冲光发射。例如，在激光雷达装置被作为车载设备时，激光雷达装置在进行目标探测时，其探测环境很可能是变化的环境(车辆移动)，此时，考虑到不同的环境需求，在某些场景下，需探测的范围广阔，此时M×N个光源发射区中所有的光源发射区均需参与脉冲光发射；而在另外的一些场景下，需探测的范围较小，此时可能无需M×N个光源发射区中所有的光源发射区均需参与脉冲光发射，其可能仅需要与探测区更加匹配的光源发射区发射脉冲光，此时则可以控制M×N个光源发射区中的部分光源发射区发射脉冲光。
下面将提供一种具体的实现结构，且以M×N个光源发射区中所有的光源发射区均参与脉冲光发射的情形，对本申请提供的激光雷达装置的结构以及工作原理进行进一步说明。
参考图2，图2为本公开实施例提供的一种激光雷达装置的结构示意图。本公开实施例提供的激光雷达装置，包括：
激光光源阵列101、探测器阵列107、信号处理单元108以及主控单元100。
所述激光光源阵列101包括预设的M×N个光源发射区，每个光源发射区中包括激光光源阵列101中的多个激光脉冲光源；所述探测器阵列107包括预设的M×N个探测区，每个探测区中包括的单像元探测器的数量根据对应的光源发射区中的激光脉冲光源的数量确定；所述各光源发射区与所述各探测区对应分布设置；
在同一个测量周期中，所述M×N个光源发射区用于在所述主控单元100的控制下，依次向被测目标104发射出M×N组脉冲光，所述各光源发射区发出的脉冲光经所述被测目标104反射形成M×N组反射光；
所述探测器阵列107用于接收所述M×N组反射光，其中，所述M×N个探测区中的每一探测区在所述主控单元100的控制下依次工作，以使其接收的反射光为其相应的光源发射区发射的脉冲光所形成的反射光；
所述信号处理单元108用于对所述M×N组反射光进行处理，获得A×M×N个计时信息；
所述主控单元100用于根据所述A×M×N个计时信息确定所述A×M×N个距离信息，还用于根据所述A×M×N个距离信息确定被测目标的距离信息。其中，M×N个光源发射区，以及M×N个探测区中，M为光源发射区和探测区分别在激光光源阵列和探测器阵列中的行的数量，M为光源发射区和探测区分别在激光光源阵列和探测器阵列中的列的数量。可选地，M为大于1的正整数，所述N为大于1的正整数，所述A为大于1的正整数。
在可选实施例中，激光光源阵列101中的光源发射区的数量与探测器阵列107的探测区的数量对应，且光源发射区的行列分布与探测区的行列分布也对应。
在可选实施例中，为了更加便于数据的处理，激光光源阵列101中的各光源发射区需要与探测器阵列107的各探测区一一对应分布设置，在此种设置方式下，可以选择将光源发射区的数量设置的与探测区的数量保持一致，且光源发射区的行列分布与探测区的行列分布也保持一致。可选地，还可以选择将探测区的数量设置的为光源发射区的倍数，且光源发射区的行列分布与探测区的行列分布也保持一致。可选地，也可以将激光光源阵列101中的各光源发射区与探测器阵列107的各探测区一一对应分布设置，且将探测区的数量设置为光源发射区的数量倍数，且光源发射区的行列分布与探测区的行列分布也保持一致。
图3a、图3b，图3c图4a、图4b以及图4c为示例性的光源发射区与探测器阵列107的各探测区一一对应分布设置的示意图。具体的，图3a、图3b以及图3c分别为本公开提供的激光光源阵列101中光源发射区的排布方式；相应的，图4a、图4b以及图4c分别为本公开提供的探测器阵列107中探测区的排布方式。其中，当采用如图3a所示的光源发射区的排布方式时，需相应采用图4a所示的探测区的排布方式；当采用如图3b所示的光源发射区的排布方式时，需相应采用图4b所示的探测区的排布方式；当采用如图3c所示的光源发射区的排布方式时，需相应采用图4c所示的探测区的排布方式。
在实际测量时，针对每一个测量周期，主控单元100可控制激光光源阵列101中的各激光发射区依次发送脉冲光，如图3a所示排布方式中，主控单元100依次控制激光发射区L-1、激光发射区L-2、激光发射区L-3……激光发射区L-N分别进行脉冲光的发射，而当每一激光发射区完成一次发射后，本次测量周期结束。相应的，主控单元100还将依次控制探测区工作，以使各探测区接收到相应的脉冲光所反射的反射光，即如图4a所示排布方式中，主控单元100依次控制探测区D-1、探测区D-2、探测区D-3……探测区D-N依次工作，以使探测区D-1接收激光发射区L-1的脉冲光所反射的反射光，探测区D-2接收激光发射区L-2的脉冲光所反射的反射光，探测区D-3接收激光发射区L-3的脉冲光所反射的反射光……探测区D-N接收激光发射区L-N的脉冲光所反射的反射光。
在图3b和图4b所示的排布方式下的激光雷达装置的工作方式，以及在图3c和图4c所示的排布方式下的激光雷达装置的工作方式，与上述图3a和图4a所示的排布方式下的激光雷达装置的工作方式类似，本实施例对此不进行赘述。
光源发射区的激光脉冲光源相对于探测区中包括的单像元探测器来说，具有更大的视场，为了保证光源发射区的视场与探测区在视场上的匹配，可选实施例中，所述探测器阵列107中的每个探测区中包括的单像元探测器的数量根据对应的光源发射区中的激光脉冲光源的数量确定。
在其中可选实施方式中，所述激光光源阵列101中激光脉冲光源的数量小于等于所述探测器阵列107中单像元探测器的数量，以便于光源发射区视场能够被探测区视场覆盖，避免由于探测区视场不能覆盖光源发射区视场而丢失部分反射光脉冲。
可选实施例中，针对任一光源发射区，其中的每个激光脉冲光源在所述主控单元100的控制下单次或多次向被测目标发送发射脉冲；所述任一光源发射区的全部激光脉冲光源在同一测量周期所发射的全部发射脉冲，作为所述任一光源发射区发射的一组脉冲光；
针对任一探测区，其中的每个单像元探测器在所述主控单元100的控制下，接收单个或多个反射光脉冲；所述任一探测区在同一测量周期接收的全部反射光脉冲，作为所述任一探测区接收的一组反射光。
具体的，为了提高激光雷达装置的探测准确率，主控单元100可控制激光光源阵列101中的一个光源发射区(如图3a中所示的L-1)进行脉冲光的发射时，可控制其中的各激光脉冲光源单次或多次向被测目标发送发射脉冲，而全部的发射脉冲将构成该激光发射区的脉冲光。
相应的，每一个到达被测目标的发射脉冲均将发生反射，并生成相应的反射光脉冲，这些反射光脉冲将进入相应的探测区(如图4a中所示的D-1)，并被该探测区的各单像元探测器接收，也就是说，该探测区在同一测量周期接收的全部反射光脉冲，将作为所述探测区接收的反射光。
通过上述方式，激光光源阵列101将发送M×N组脉冲光，每组脉冲光包括多个发射脉冲，相应的探测器阵列107将接收到M×N组反射光，每组反射光包括多个反射光脉冲。
而在主控单元100对每组反射光中的多个反射光脉冲对应的计时信息进行处理时，将采用统计算法，以排除其中异常值，进而获得更为准确的距离信息。
可选实施例中，图6为本申请实施例提供的另一种激光雷达装置的结构示意图，在前述各实施例的基础上，为了提高脉冲光的光质量，以及反射光的接收质量，该激光雷达装置还包括：整形光学模组102，和/或，接收光学模组106。
其中，整形光学模组102用于将所述激光光源阵列发射的脉冲光进行整形，并将整形后的脉冲光发射至被测目标；
接收光学模组106用于将被测目标反射形成的所述M×N组反射光汇聚至所述探测器阵列。
可选实施例中，图7a、图7b以及图7c分别为本公开提供的整形光学模组102中第一透镜组的排布方式。可选地，整形光学模组102包括第一透镜组；所述M×N个第一透镜组的分布与M×N个光源发射区的分布相同；每个第一透镜组用于对M×N个光源发射区中的一个光源发射区所发射的脉冲光进行整形。也就是说，图7a所示的整形光学模组102适配于图3a所示的光源发射区，图7b所示的整形光学模组102适配于图3b所示的光源发射区，图7c所示的整形光学模组102适配于图3c所示的光源发射区。
或者，可选地，整形光学模组包括一个第二透镜组，所述第二透镜组至少由一块非球面透镜或两块球面透镜组成，所述第二透镜组用于对M×N个光源发射区所发射的脉冲光进行整形。
而所述接收光学模组106用于将被测目标反射形成的所述M×N组反射光汇聚至所述探测器阵列107。可选实施例中，接收光学模组106包括M×N个第三透镜组；所述M×N个第三透镜组的分布与所述M×N个探测区的分布相同；其中，每个第三透镜组用于将所述M×N组反射光中的一组反射光汇聚至所述M×N个探测区中的一个探测区上。
或者，可选地，接收光学模组包括一个第四透镜组，所述第四透镜组至少由一块非球面透镜或两块球面透镜组成，所述第四透镜组用于将所述M×N组反射光汇聚至所述M×N个探测区中。
此外，本公开还提供了一种激光雷达系统，包括：
激光雷达主体、安装在所述激光雷达主体上的如前任一项所述的激光雷达装置：其中，采用第二方面所述激光雷达的测距方法控制所述激光雷达装置对被测目标进行测距。
本公开提供的激光雷达装置以及激光雷达系统，通过在激光雷达装置中设置激光光源阵列、探测器阵列、信号处理单元以及主控单元；激光光源阵列包括预设的M×N个光源发射区，探测器阵列包括预设的M×N个探测区；各光源发射区与各探测区对应分布设置；通过采用这样的设置方式，能够使得在同一个测量周期中，M×N个光源发射区在主控单元的控制下分时向被测目标发射出M×N组脉冲光，M×N个探测区在主控单元的控制下依次接收相应的光源发射区的脉冲光对应的反射光，以供信号处理单元根据M×N组反射光处理，获得A×M×N个计时信息，并使得主控单元根据A×M×N个计时信息确定A×M×N个距离信息；根据所述A×M×N个距离信息确定被测目标的距离信息，从而在一个测量周期内，保证激光光源阵列的总脉冲光强度与现有的大发射功率的激光源的脉冲光强度相同的情况下，降低单次脉冲光的光强度，避免脉冲光照射至人眼时，对人眼造成的损伤的问题。
本公开提供了一种激光雷达的测距方法，所述测距方法适用于前述所述的激光雷达装置，所述测距方法包括：
步骤101、在同一个测量周期中，控制M×N个光源发射区，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出脉冲光，一个光源发射区发出的发射光经所述被测目标反射形成一组反射光；
步骤102、控制所述M×N个探测区，按照探测区工作，接收对应光源发射区发射的脉冲光所形成的反射光；
步骤103、对所述反射光进行处理，获得计时信息；
步骤104、根据所述计时信息确定被测目标的距离信息。
具体来说，针对图2所示结构，可采用如下方式：
首先，控制M×N个光源发射区中所有的光源发射区，在不同时刻，向被测目标单次或多次发射M×N组脉冲光，其中，一组脉冲光为一个光源发射区在同一测量周期所发射的全部发射脉冲；
其次，控制所述M×N个探测区，按照探测区与所述光源发射区的对应关系接收所述M×N组反射光；
然后，对所述M×N组反射光进行处理，获得A×M×N个计时信息；其中，A为每一所述探测区中单像元探测器的数量；
最后，根据所述A×M×N个计时信息确定所述被测目标的距离信息。
通过这样的控制方式，使得在一个测量周期内，保证激光光源阵列的总脉冲光强度与现有的大发射功率的激光源的脉冲光强度相同的情况下，降低单次脉冲光的光强度，避免脉冲光照射至人眼时，对人眼造成的损伤的问题。
以上描述仅为本公开的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。
尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。

Claims (12)

1.一种激光雷达装置，其特征在于，包括：激光光源阵列、探测器阵列、信号处理单元以及主控单元；
所述激光光源阵列包括预设的M×N个光源发射区，每个光源发射区中包括激光光源阵列中的激光脉冲光源；所述探测器阵列包括预设的M×N个探测区，所述各光源发射区与所述各探测区对应分布设置；
在同一个测量周期中，所述主控单元控制所述M×N个光源发射区，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出脉冲光，一个光源发射区发出的发射光经所述被测目标反射形成一组反射光；
所述探测器阵列用于接收所述反射光，其中，所述主控单元的控制所述M×N个探测区，按照探测区工作，接收对应光源发射区发射的脉冲光所形成的反射光；
所述信号处理单元用于对所述反射光进行处理，获得计时信息；
所述主控单元用于根据所述计时信息确定被测目标的距离信息，其中，M为正整数，N为正整数；
所述信号处理单元包括多个处理子单元，所述处理子单元的数量等于每一探测区中的探测器的数量。
2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，
在同一个测量周期中，所述主控单元控制所述M×N个光源发射区中的激光脉冲光源，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出M×N组脉冲光，所述M×N组脉冲光经被测目标反射后形成M×N组反射光；
所述主控单元的控制所述M×N个探测区，按照探测区与所述光源发射区的对应关系接收所述M×N组反射光；
所述信号处理单元用于对所述M×N组反射光进行处理，获得A×M×N个计时信息；其中，A为每一所述探测区中单像元探测器的数量；
所述主控单元用于根据所述A×M×N个计时信息确定所述被测目标的距离信息。
3.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述光源发射区的数量与探测区的数量对应，且光源发射区的行列分布与探测区的行列分布也对应。
4.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，每个探测区中包括的单像元探测器的数量根据对应的光源发射区中的激光脉冲光源的数量确定。
5.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，所述激光光源阵列中激光脉冲光源的数量小于等于所述探测器阵列中单像元探测器的数量。
6.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，针对任一光源发射区，其中的每个激光脉冲光源在所述主控单元的控制下单次或多次向被测目标发送发射脉冲；
所述任一光源发射区的全部激光脉冲光源在同一测量周期所发射的全部发射脉冲，作为所述任一光源发射区发射的一组脉冲光；针对任一探测区，其中的每个单像元探测器在所述主控单元的控制下，接收单个或多个反射光脉冲；
所述任一探测区在同一测量周期接收的全部反射光脉冲，作为所述任一探测区接收的一组反射光。
7.根据权利要求1-6任一项所述的激光雷达装置，其特征在于，还包括：
整形光学模组，所述整形光学模组用于将所述激光光源阵列发射的脉冲光进行整形，并将整形后的脉冲光发射至被测目标；
和/或，
接收光学模组，所述接收光学模组用于将被测目标反射形成的所述M×N组反射光汇聚至所述探测器阵列。
8.根据权利要求7所述的激光雷达装置，其特征在于，所述整形光学模组包括M×N个第一透镜组；所述M×N个第一透镜组的分布与M×N个光源发射区的分布相同；每个第一透镜组用于对M×N个光源发射区中的一个光源发射区所发射的脉冲光进行整形；
所述接收光学模组包括M×N个第三透镜组；所述M×N个第三透镜组的分布与所述M×N个探测区的分布相同；其中，每个第三透镜组用于将所述M×N组反射光中的一组反射光汇聚至所述M×N个探测区中的一个探测区上。
9.根据权利要求7所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述整形光学模组包括一个第二透镜组，所述第二透镜组至少由一块非球面透镜或两块球面透镜组成，所述第二透镜组用于对M×N个光源发射区所发射的脉冲光进行整形；
所述接收光学模组包括一个第四透镜组，所述第四透镜组至少由一块非球面透镜或两块球面透镜组成，所述第四透镜组用于将所述M×N组反射光汇聚至所述M×N个探测区中。
10.一种测距方法，其特征在于应用于权利要求1-9任一项所述的激光雷达装置，所述测距方法包括：
在同一个测量周期中，控制M×N个光源发射区，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出脉冲光，一个光源发射区发出的发射光经所述被测目标反射形成一组反射光；
控制所述M×N个探测区，按照探测区工作，接收对应光源发射区发射的脉冲光所形成的反射光；
对所述反射光进行处理，获得计时信息；
根据所述计时信息确定被测目标的距离信息。
11.根据权利要求10所述的测距方法，其特征在于，在同一个测量周期中，控制M×N个光源发射区，按照光源发射区在不同时刻，向被测目标发射出脉冲光；控制所述M×N个探测区，按照探测区工作，接收对应光源发射区发射的脉冲光所形成的反射光；根据所述计时信息确定被测目标的距离信息包括：
控制M×N个光源发射区中所有的光源发射区，在不同时刻，向被测目标单次或多次发射M×N组脉冲光，其中，一组脉冲光为一个光源发射区在同一测量周期所发射的全部发射脉冲；
控制所述M×N个探测区，按照探测区与所述光源发射区的对应关系接收所述M×N组反射光；
对所述M×N组反射光进行处理，获得A×M×N个计时信息；其中，A为每一所述探测区中单像元探测器的数量；
根据所述A×M×N个计时信息确定所述被测目标的距离信息。
12.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：
激光雷达主体、安装在所述激光雷达主体上的如权利要求1-9任一项所述的激光雷达装置。
CN202011535715.9A 2020-12-22 2020-12-22 激光雷达装置、系统及测距方法 Pending CN114660569A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011535715.9A CN114660569A (zh) 2020-12-22 2020-12-22 激光雷达装置、系统及测距方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011535715.9A CN114660569A (zh) 2020-12-22 2020-12-22 激光雷达装置、系统及测距方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114660569A true CN114660569A (zh) 2022-06-24

Family

ID=82025445

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011535715.9A Pending CN114660569A (zh) 2020-12-22 2020-12-22 激光雷达装置、系统及测距方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114660569A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115825926A (zh) * 2023-01-29 2023-03-21 苏州识光芯科技术有限公司 一种固态激光雷达的控制方法及固态激光雷达

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115825926A (zh) * 2023-01-29 2023-03-21 苏州识光芯科技术有限公司 一种固态激光雷达的控制方法及固态激光雷达
WO2024156266A1 (zh) * 2023-01-29 2024-08-02 苏州识光芯科技术有限公司 一种固态激光雷达的控制方法及固态激光雷达

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210278540A1 (en) Noise Filtering System and Method for Solid-State LiDAR
US12055629B2 (en) Adaptive multiple-pulse LIDAR system
CN109856644B (zh) 用于无人驾驶汽车的高探测效率vcsel阵列混沌激光雷达装置
CN110346781B (zh) 基于多激光束的雷达发射接收装置及激光雷达系统
CN106646510A (zh) 一种基于光子标记的首光子激光成像系统
US10140722B2 (en) Distance measurement apparatus, distance measurement method, and non-transitory computer-readable storage medium
CN109901142B (zh) 一种标定方法及装置
CN109901141B (zh) 一种标定方法及装置
Rosenberger et al. Analysis of real world sensor behavior for rising fidelity of physically based lidar sensor models
US8547531B2 (en) Imaging device
CN114660569A (zh) 激光雷达装置、系统及测距方法
CN112540378A (zh) 用于距离测量的方法和设备
WO2020249359A1 (en) Method and apparatus for three-dimensional imaging
US20220365219A1 (en) Pixel Mapping Solid-State LIDAR Transmitter System and Method
US20230028749A1 (en) Lidar with multi-range channels
CN110456327B (zh) 激光雷达接收装置及激光雷达系统
WO2021079811A1 (ja) イメージング装置、車両用灯具、車両、イメージング方法
CN111751830B (zh) 一种基于vcsel混合激光的空间微弱目标红外探测系统
CN110441783B (zh) 用于光学测距的方法和装置
CN117111093B (zh) 基于神经网络的单像素三维成像方法和系统
CN114910888B (zh) 扫描器异常检测方法及装置、激光雷达及存储介质
US20240067094A1 (en) Gating camera, vehicle sensing system, and vehicle lamp
WO2021126082A1 (en) Eye-safe operation of lidar scanner
CN117849815A (zh) 一种多波长激光测距装置及测距方法
US11460551B2 (en) Virtual array method for 3D robotic vision

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
TA01 Transfer of patent application right
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20231219

Address after: 430200, 7th floor, Building 3, Phase II, Modern Service Industry Demonstration Base, Huazhong University of Science and Technology Science Park, Guandong Street, Donghu New Technology Development Zone, Wuhan City, Hubei Province

Applicant after: Wuhan Wanji Photoelectric Technology Co.,Ltd.

Address before: 100193 building 12, Zhongguancun Software Park, Haidian District, Beijing

Applicant before: BEIJING WANJI TECHNOLOGY Co.,Ltd.