CN114966609A - 激光雷达以及激光雷达检测方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种激光雷达以及激光雷达检测方法。激光雷达包括：壳体（1）；设置在所述壳体内部的激光发射器（2），用于发射激光；设置在所述壳体处的光学窗口（3），从所述激光发射器发出的激光通过所述光学窗口离开所述壳体，并且经过目标物体反射的激光通过所述光学窗口返回所述壳体的内部；设置在所述壳体内部的激光接收器（4），用于接收经过目标物体反射的激光；以及光学模板（5），从所述激光发射器发出的部分激光经过所述光学模板反射到所述激光接收器。根据本申请的激光雷达能够确保激光雷达的可靠性。

Description

激光雷达以及激光雷达检测方法
技术领域
本申请涉及汽车领域，具体而言，涉及一种激光雷达以及利用这样的激光雷达的激光雷达检测方法。
背景技术
激光雷达可以实现对于与被测目标距离的精确测量，是非常关键的距离测量传感器设备。当前激光雷达内部通常带有机械、光学和众多电子器件等部件。激光雷达产品大规模可靠应用有待被验证。因此需要有对于激光雷达产品在应用中的故障检测能力，以便保证激光雷达的可靠性。
特别地，对于当前各种自动驾驶系统来说，车载激光雷达内部的光学部件，电子器件和机械部件等经常会由于汽车高速行驶的颠簸和冲击等原因导致设备故障。大规模使用的车载激光雷达产品将面临恶劣应用环境对于产品可靠性的考验，所以需要有对于车载激光雷达产品在应用中的故障检测能力，以便保证车载激光雷达的可靠性。
车载激光雷达产品将伴随自动驾驶汽车在整个15-20年的生命周期内发挥功能，那么需要一种在应用中测试激光雷达可靠性的方法，否则激光雷达很难保证产品在整个生命周期内都是满足技术参数指标，并且例如能够给自动驾驶系统提供正确/准确的距离测量数据。最终，还可能因为车载激光雷达测距不准导致事故。
所以，很有必要针对包括上述这些情况在内的现有问题或弊端进行充分研究，以便加以改进。
发明内容
本申请提出一种激光雷达，其能够确保激光雷达的可靠性。
根据本申请一个方面提出的激光雷达，包括：
壳体；
设置在所述壳体内部的激光发射器，用于发射激光；
设置在所述壳体处的光学窗口，从所述激光发射器发出的激光通过所述光学窗口离开所述壳体，并且经过目标物体反射的激光通过所述光学窗口返回所述壳体的内部；
设置在所述壳体内部的激光接收器，用于接收经过目标物体反射的激光；以及
光学模板，从所述激光发射器发出的部分激光经过所述光学模板反射到所述激光接收器。
根据本申请一个方面提出的激光雷达，所述激光雷达为车载激光雷达。
根据本申请一个方面提出的激光雷达，所述激光雷达包括：
转镜，所述转镜的转动轴垂直于XOY平面；以及
振镜，所述振镜的转动轴垂直于XOZ平面。
根据本申请一个方面提出的激光雷达，在所述光学模板的边界处设有吸收光的区域。
根据本申请一个方面提出的激光雷达，所述光学模板包括多个子模板。
根据本申请一个方面提出的激光雷达，在各个子模板的边界处设有吸收光的区域。
根据本申请一个方面提出的激光雷达，所述光学模板设置在壳体内部的光学通路中。
根据本申请一个方面提出的激光雷达，所述激光雷达包括光电转换模块和电缆接头。
此外，本申请提出一种激光雷达检测方法，其利用这样的激光雷达进行检测。由于该激光雷达检测方法利用根据本申请的激光雷达，因此能够具有如上面所述的优点。此外，所述激光雷达检测方法包括以下步骤：
a）标定所述光学模板的参数得到标准值；
b）测量所述光学模板的参数得到测量值并且与标准值进行比较，若所述测量值与所述标准值之间的差超过一定的阈值则判断激光雷达发生故障。
根据本申请一个方面提出的激光雷达检测方法，所述光学模板的参数包括所述光学模板对激光的反射强度和所述光学模板的坐标。
根据本申请一个方面提出的激光雷达检测方法，计算所述光学模板的几何中心或者光学重心作为所述光学模板的坐标。
根据本申请一个方面提出的激光雷达检测方法，根据吸收光的区域附近反射强度的突变来判断所述光学模板的边界。
根据本申请一个方面提出的激光雷达检测方法，所述激光雷达为车载激光雷达，在步骤b）中，在车辆行驶过程中，实时地测量所述光学模板的参数。
本申请的有益效果包括：在激光雷达中设置光学模板，借助于光学模板进行检测能够判断出激光雷达是否发生故障，从而确保激光雷达的可靠性。
附图说明
参照附图来说明本申请的公开内容。应当了解，附图仅仅用于说明目的，而并非意在对本申请的保护范围构成限制。其中：
图1示意性显示了根据本申请一个实施方式提出的激光雷达；
图2示意性显示了根据本申请一个实施方式提出的激光雷达中的光学模板。
具体实施方式
容易理解，根据本申请的技术方案，在不变更本申请实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本申请的技术方案的示例性说明，而不应当视为本申请的全部或者视为对本申请技术方案的限定或限制。
下面对本文中所建立的坐标系进行说明。坐标系的原点O与车辆的质心重合，XOZ处于车辆左右对称的平面中。当车辆在水平路面上行驶时，X轴平行于地面指向前方，Y轴指向驾驶员左侧，Z轴通过质心指向上方。
根据本申请的一实施方式结合图1和图2示出，其中可看出：激光雷达包括：壳体1；设置在所述壳体内部的激光发射器2（例如激光发射阵列），用于发射激光；设置在所述壳体处的光学窗口3，从所述激光发射器2发出的激光通过所述光学窗口3离开所述壳体（参考图1中浅色箭头所示的激光线束X1），并且经过目标物体（即激光雷达的探测目标）反射的激光通过所述光学窗口3返回所述壳体的内部（参考图1中深色箭头所示的激光线束X2）；设置在所述壳体内部的激光接收器4（例如激光接收阵列），用于接收经过目标物体反射的激光；以及光学模板5，从所述激光发射器2发出的部分激光经过所述光学模板5反射到所述激光接收器4。
激光雷达可以与地面固定为固定式激光雷达，或者激光雷达可以与车辆固定为车载激光雷达。
在根据该实施方式的激光雷达中设置光学模板，借助于光学模板进行检测能够判断出激光雷达是否发生故障，从而确保激光雷达的可靠性。
示例性地，在车辆的行驶过程中，实时地测量所述光学模板的参数，如果测量值与之前通过标定得到的标准值之间的差超过一定的阈值，则判断出车载激光雷达发生故障接着发出报警信号，从而在车辆的行驶过程中实时地确认车载激光雷达的可靠性，并且提高车辆的行驶安全性。
进一步地，激光雷达包括转镜6，所述转镜的转动轴垂直于XOY平面。所述转镜处于激光从所述激光发射器到所述光学窗口之间的必经光学路径中，激光通过所述转镜发生反射。通过转镜围绕垂直于XOY平面的转动轴转动，使得通过所述光学窗口离开所述壳体的激光能够调整水平角度，从而在水平方向覆盖激光雷达的可探测范围。
又进一步地，激光雷达包括振镜7，所述振镜的转动轴垂直于XOZ平面。所述振镜处于激光从所述激光发射器到所述光学窗口之间必经的光学路径中，激光通过所述振镜发生反射。通过振镜围绕垂直于XOZ平面的转动轴转动，使得通过所述光学窗口离开所述壳体的激光能够调整竖直角度，从而在竖直方向覆盖激光雷达的可探测范围。
例如，从所述激光发射器发出的部分激光依次经过所述振镜和所述转镜反射到所述光学模板，经过所述光学模板的反射后再依次经过所述转镜和所述振镜回到所述激光接收器并且被其接收。
示例性地，参考图2所示，在所述光学模板的边界处设有吸收光的区域（吸收性区域）、例如黑色区域。所述光学模板的（不包括边界的）主体部分由具有一定的反射率的反射性区域组成，所述光学模板的边界由反射率极低的吸收光的区域组成，所述光学模板的反射性区域与吸收性区域对激光的反射率存在较大差别。通过在所述光学模板的边界处设置的吸收光的区域，能够将所述光学模板与周围环境显著区别出来，有利于对所述光学模板的识别，并且因此有利于对所述光学模板的位置进行识别。图2中仅示出了光学模板的内边界处的吸收光的区域（即围绕中间白色区域的黑色方框），当然也可以在光学模板的外边界处设置吸收光的区域。
所述光学模板设置在壳体内部的光学通路中。所述光学模板可以设置在所述光学窗口处。例如，所述光学模板通过胶水粘贴在所述光学窗口处的玻璃上。所述光学模板也可以采用其他方式固定在壳体处。例如，所述光学模板采用伸向壳体内部的支架固定，该支架处于所述转镜与所述光学窗口之间的激光发射通路中。
又示例性地，所述光学模板包括多个优选具有不同的反射率的子模板。例如一个子模板为绿色，另一个子模板为紫红色，因此它们的反射率不同。各个子模板的参数可以分别测量，最后将各个子模板的参数结合。优选地，两个子模板的坐标（例如X坐标、Y坐标和Z坐标）有尽量大的差异，便于数据分析时的特征量判定，并且测量结果更加准确。参考图2所示，在相邻的子模板之间设有吸收光的区域，并且在各个子模板的边界处也设有吸收光的区域，便于对各个子模板的区分和识别。
各个子模板可以相邻地布置，例如参考图2所示，各个子模板围绕发出的激光连续地布置形成环状。此时，反光模板的外边界是激光可以扫描到的边界，反光模板的内边界是激光雷达测量远距离物体需要使用的有效边界。此外，各个子模板也可以间隔地布置，例如一个子模板设置在光学窗口的左上，另一个子模板设置在光学窗口的右下。图中的各个子模板示意性地为矩形，然而每个子模板可以为各种形状，例如正方形、圆形、三角形、梯形以及不规则形状等。
此外，所述激光雷达还可以包括光电转换模块和电缆接头8，所述光电转换模块用于将所述激光接收器所接收的激光信号转换成电信号，并且借助所述电缆接头以传输所述电信号，还可以通过所述电缆接头向激光发射器供电。
本申请还公开了一种激光雷达检测方法，其利用前述任一项或多项实施方式所述的激光雷达进行检测。在其中，所述激光雷达检测方法包括以下步骤：a）（例如在出厂时）标定所述光学模板的参数得到标准值，标定所述光学模板得到的参数例如存储在激光雷达的计算单元或者车辆的控制器中；b）测量所述光学模板的参数得到测量值并且与标准值进行比较，若所述测量值与所述标准值之间的差超过一定的阈值（例如相差超过0.1%、0.2%、0.5%、1%、2%、5%、10%、15%、20%、25%或者30%）则判断激光雷达发生故障。
在根据该实施方式的激光雷达检测方法中，借助于光学模板进行检测能够判断出激光雷达是否发生故障，从而确保激光雷达的可靠性。
进一步地，所述激光雷达为车载激光雷达，在步骤b）中，在车辆的行驶过程中，实时地测量所述光学模板的参数，如果测量值与之前通过标定得到的标准值之间的差超过一定的阈值，则判断出车载激光雷达发生故障接着发出报警信号，从而在车辆的行驶过程中实时地确认车载激光雷达的可靠性，并且提高车辆的行驶安全性。
示例性地，以光学窗口为参考（即YOZ平面内），振镜和转镜配合作用使得从激光发射器发出的激光从左往右以及从上往下依次扫描到光学窗口中全部的点。
所述光学模板的参数可以包括所述光学模板对激光的反射强度和所述光学模板的坐标。例如，可以通过设置光学模板具有不同的颜色使其具有不同的反射强度。在实际的测量中，光学模板由于制造、安装、与激光源的距离或者周围照射条件的不同可能导致原本设置相同颜色（即相同反射强度）的光学模板实际测得的反射强度并非完全一致。因此可以采用一定的算法将同一个光学模板中的所有采样点的测量值进行拟合，从而得到该光学模板的反射强度和坐标。示例性地，计算所述光学模板的几何中心或者光学重心作为所述光学模板的坐标，并且采用光学模板的几何中心或者光学重心的反射强度作为该光学模板的反射强度。所述几何中心为所述光学模板中的所有点的坐标的平均值，所述光学重心为所述光学模板中的所有点的坐标乘以反射强度的加权平均值。
此外，可以根据吸收光的区域附近反射强度的突变来判断所述光学模板的边界。例如，在所述光学模板的边界处设有吸收光的区域（吸收性区域）、例如黑色区域。所述光学模板的主体部分（不包括边界）由具有一定的反射率的反射性区域组成，所述光学模板的边界由反射率极低的吸收光的区域组成，所述光学模板的反射性区域与吸收性区域对激光的反射率存在较大差别，因此其测得的反射强度存在突变。
在车载激光雷达发生故障的情况下，车辆的控制器发出故障信号。例如，将激光接收器所接收的激光信号经过光电转换后通过电缆接头以及电缆传递给计算单元，在判断出发生故障后向车辆的控制器发送故障信号；或者直接传递给控制器进行计算以及故障判断。
进一步地，可以根据测量结果来判断发生故障的具体零件。例如，如果光学模板的Y轴坐标与标准值存在偏差则可能是转镜发生故障；如果光学模板的Z轴坐标与标准值存在偏差则可能是振镜发生故障；如果光学模板的发射强度与标准值存在偏差则可能是其他零件，例如激光发射器、激光接收器或者光电转换模块发生故障。
本申请的技术范围不仅仅局限于上述说明中的内容，本领域技术人员可以在不脱离本申请技术思想的前提下，对上述实施例进行多种变形和修改，而这些变形和修改均应当属于本申请的保护范围内。

Claims (13)

1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：
壳体（1）；
设置在所述壳体内部的激光发射器（2），用于发射激光；
设置在所述壳体处的光学窗口（3），从所述激光发射器（2）发出的激光通过所述光学窗口（3）离开所述壳体（1），并且经过目标物体反射的激光通过所述光学窗口（3）返回所述壳体的内部；
设置在所述壳体内部的激光接收器（4），用于接收经过目标物体反射的激光；以及
光学模板（5），从所述激光发射器（2）发出的部分激光经过所述光学模板反射到所述激光接收器（4）。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达为车载激光雷达。
3. 根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：
转镜（6），所述转镜的转动轴垂直于XOY平面；以及
振镜（7），所述振镜的转动轴垂直于XOZ平面。
4.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，在所述光学模板的边界处设有吸收光的区域。
5.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光学模板包括多个子模板。
6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，在各个子模板的边界处设有吸收光的区域。
7.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光学模板设置在壳体内部的光学通路中。
8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括光电转换模块和电缆接头。
9.一种激光雷达检测方法，其利用根据权利要求1-8中任一项所述的激光雷达进行检测，其特征在于，所述激光雷达检测方法包括以下步骤：
a）标定光学模板的参数得到标准值；
b）测量所述光学模板的参数得到测量值并且与标准值进行比较，若所述测量值与所述标准值之间的差超过一定的阈值则判断激光雷达发生故障。
10.根据权利要求9所述的激光雷达检测方法，其特征在于，所述光学模板的参数包括所述光学模板对激光的反射强度和所述光学模板的坐标。
11.根据权利要求10所述的激光雷达检测方法，其特征在于，计算所述光学模板的几何中心或者光学重心作为所述光学模板的坐标。
12.根据权利要求9所述的激光雷达检测方法，其特征在于，根据吸收光的区域附近反射强度的突变来判断所述光学模板的边界。
13.根据权利要求9所述的激光雷达检测方法，其特征在于，所述激光雷达为车载激光雷达，在步骤b）中，在车辆行驶过程中，实时地测量所述光学模板的参数。
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