CN116559825A - 激光系统及激光测量方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种激光系统及激光测量方法。该激光系统包括：光发射组件，生成发射信号并根据发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光；接收端组件，将发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号；在本帧扫描时长内，接收端组件的接收视场在目标场景内的位置按照第一指定规律变化和/或接收视场的形状按照第二指定规律变化；自对应发射光发出的发射起始时刻起，光发射组件的发射视场在预设接收时长内位于当前的接收视场中，且接收视场的面积大于或等于发射视场的面积的两倍。本申请无需利用光扫描组件精确高速的同步匹配发射视场与接收视场，能够在保证分辨率的情况下，降低整个系统的复杂程度和成本。

Description

激光系统及激光测量方法
技术领域
本申请实施方式涉及雷达技术领域，尤其涉及激光系统及激光测量方法。
背景技术
雷达是利用电磁波探测目标物体的电子设备，雷达对目标物体发射电磁波并接收其回波，通过处理后可获得目标物体至电磁波发射点的距离、方位、高度等信息。
以激光为工作光束的雷达称为激光雷达。相关技术中，接收视场与发射视场大小基本相同，为了提高某一方向的分辨率，激光雷达沿该方向具有多个发射视场，从而需要对应匹配与发射视场相同数量的接收视场，也即，对于每个发射视场来说，激光雷达在预设时长内只有一个接收视场与其对应。而为了能够高速精确的同步匹配发射视场与接收视场，激光雷达需要设置复杂的控制系统来控制光扫描件精准的偏转发射光和反射光，这不仅显著增大了整个激光雷达的复杂程度，而且还提高了成本。并且，分辨率越高，激光雷达的复杂程度和成本随之越高。
申请内容
根据本申请第一方面提供的激光系统包括：
光发射组件，生成发射信号并根据所述发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光；其中，所述发射信号包括表示每组所述发射光的发射起始时刻的时刻信息；
接收端组件，将所述发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号；其中，所述输出信号的类型为电信号；
其中，在所述本帧扫描时长内，所述接收端组件的接收视场在所述目标场景内的位置按照第一指定规律变化和/或所述接收视场的形状按照第二指定规律变化；自对应所述发射光发出的发射起始时刻起，所述光发射组件的发射视场在预设接收时长内位于当前的所述接收视场中，且所述接收视场的面积大于或等于所述发射视场的面积的两倍；其中，所述第一指定规律包括沿指定方向变动；所述发射视场为每组所述发射光在所述目标场景内的投射区域，所述接收视场为在所述预设接收时长内所述接收端组件能够接收到的所有光束在所述目标场景内对应的区域。
根据本申请第二方面提供的激光测量方法包括：
生成发射信号并根据所述发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光；
将所述发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号；其中，所述输出信号的类型为电信号；
根据所述发射信号和/或所述输出信号确定所述目标物体的距离、所述目标物体的反射率和所述目标物体的轮廓中的至少一个；
其中，在所述本帧扫描时长内，接收视场在所述目标场景内的位置按照第一指定规律变化和/或所述接收视场的形状按照第二指定规律变化；自对应所述发射光发出的发射起始时刻起，发射视场在预设接收时长内位于当前的所述接收视场中，且所述接收视场的面积大于或等于所述发射视场的面积的两倍；其中，所述第一指定规律包括沿指定方向变化；所述发射视场为每组所述发射光在所述目标场景内的投射区域，所述接收视场为在所述预设接收时长内能够被转换为所述输出信号的所有光束在所述目标场景内对应的区域。
本申请实施例提供的激光系统及激光测量方法，由于自对应发射光发出的发射起始时刻起光发射组件的发射视场在预设接收时长内位于接收端组件的当前的接收视场中，且接收视场的面积大于或等于发射视场的面积的两倍，因此无需利用光扫描组件精确高速的同步匹配发射视场与接收视场。由此便能在保证分辨率的情况下，降低整个系统的复杂程度和成本。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。在附图中：
图1是根据本申请一个实施方式的激光系统的接收视场和发射视场的示意图；
图2是根据本申请一个实施方式的激光系统的框图；
图3是根据本申请另一个实施方式的激光系统的框图；
图4是根据本申请一个实施方式的接收端组件的工作原理示意图；
图5是根据本申请另一个实施方式的接收端组件的工作原理示意图；
图6是根据本申请的激光系统的局部工作原理示意图；
图7是根据本申请另一个实施方式的激光系统的接收视场和发射视场的示意图；
图8是根据本申请又一个实施方式的激光系统的接收视场和发射视场的示意图；
图9是根据本申请一个实施方式的光扫描组件的结构示意图；
图10是根据本申请另一个实施方式的光扫描组件的结构示意图；
图11是根据本申请实施方式的激光系统确定接收视场的超像素的工作原理示意图；
图12是根据本申请实施方式的激光测量方法的流程图。
附图标记：
100、激光系统；101、发射视场；102、接收视场；
200、光发射组件；300、光扫描组件；310、第一扫描件；
320、第二扫描件；330、MEMS振镜；340、光学相控阵列；
350、光栅阵列；360、旋转镜；400、接收端组件；
410、光接收组件；411、接收透镜；420、光电转换组件；
421、光电转换件；422、光学元件；423、光电单元阵列；
424、光电转换单元；425、光锥；430、电放大模块；
500、处理装置；600、目标物体；700、目标场景；
801、三维点云图像；802、目标物体的超像素；
803、接收视场的超像素。
具体实施方式
在本申请实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。另外，各个步骤描述的顺序并不一定指这些步骤的执行顺序，除非根据上下文可以确定这些步骤是顺序执行的。
以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1和图6所示，本申请实施例提供了一种激光系统100，该激光系统100包括光发射组件200和接收端组件400；其中，光发射组件200生成发射信号并根据发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光；发射信号包括表示每组发射光的发射起始时刻的时刻信息；其中，接收端组件400将发射光经过目标场景700中的至少一个目标物体600反射后的至少一组反射光转换为输出信号，输出信号的类型为电信号；其中，在本帧扫描时长内，接收端组件400的接收视场102在目标场景700内的位置按照第一指定规律变化和/或接收视场102的在目标场景700内的形状按照第二指定规律变化；自对应发射光发出的发射起始时刻起，光发射组件200的发射视场101在预设接收时长内位于当前的接收视场102中，且接收视场102的面积大于或等于发射视场101的面积的两倍。其中，第一指定规律包括沿指定方向变动；发射视场101为每组发射光在目标场景700的投射区域，接收视场102为在预设接收时长内接收端组件400能够接收到的所有光束在目标场景700内对应的区域。
由于本申请实施例中自对应发射光发出的发射起始时刻起光发射组件200的发射视场101在预设接收时长内位于接收端组件400的当前的接收视场102中，且接收视场102的面积大于或等于发射视场101的面积的两倍，因此无需利用光扫描组件300精确高速的同步匹配发射视场101与接收视场102。由此便能在保证分辨率的情况下，降低整个系统的复杂程度和成本。
需要说的是，“接收视场102在目标场景700内的位置按照第一指定规律变化”一般指代的是每当光发射组件200依次发出多组发射光后接收视场102在目标场景700内的位置变动一次。例如，若本帧扫描时长内多组发射光对应的发射视场101呈矩形点阵分布，那么接收视场102则每间隔一定时长沿矩形点阵的宽度方向移动一次位置。同理，“接收视场102的在目标场景700内的形状按照第二指定规律变化”一般指代的是每当光发射组件200依次发出多组发射光后接收视场102在目标场景700内的形状变化一次。例如，若本帧扫描时长内多组发射光对应的发射视场101呈环形点阵分布，那么接收视场102可为环形区域，则每间隔一定时长接收视场102的宽度增大一次。
考虑到接收视场102大于发射视场101的情况下，接收的背景噪音随之增大，所以，为了适当降低噪音，以平衡噪音、成本和分辨率，如图1所示，接收视场102包括至少一个条形的连续区域，本帧扫描时长内多组发射光对应的发射视场101呈点阵分布，点阵的长度方向与接收视场102的长度方向相适应，点阵的宽度方向与指定方向平行。需要说明的是，“点阵的长度方向与接收视场102的长度方向相适应”一般指代的是点阵的长度方向与接收视场102的长度方向相对应。例如，若目标物体600反射的反射光不经过光扫描组件300偏转，同时光接收组件410对反射光也不进行偏转，也就是说，光接收组件410不包括偏转镜例如45°反射镜，那么点阵的长度方向与接收视场102的长度方向平行。若目标物体600反射的反射光经过光扫描组件300或光接收组件410偏转方向，例如偏转45°，那么点阵的长度方向不再平行于接收视场102的长度方向，而平行于将接收视场102偏转45°以后的长度方向，也即，此时点阵的长度方向与接收视场102的长度方向之间的夹角大于零。
在接收视场102为一整块条形的连续区域的情况下：由于每组发射光对应的接收视场102的面积大于或等于发射视场101的面积的两倍，也即接收视场102的面积远大于发射视场101的面积，因此发射光的发射角度以及反射光射向接收端组件400的方向无需被精确控制，也就是说，发射视场101和接收视场102均无需被精确控制，只要每组发射光经目标物体600反射后的反射光能够从当前的接收视场102的任意位置射出，则均能被接收端组件400接收。从而本申请实施例中的激光系统无需通过光扫描组件300精准地偏转发射光和反射光来精确的同步匹配发射视场101与接收视场102。例如，如图1所示，在本帧扫描时长内光发射组件200射出的发射光数量大于四组。以前四组发射光为例，在指定时长内也即自第一组发射光发出的发射起始时刻起一直到第四组发射光发出后的预设接收时长终止，接收端组件400的接收视场102在目标场景700内的位置未变化，也就是说，光发射组件200依次射出的四组发射光对应的发射视场101均对应同一个接收视场102，接收视场102每间隔上述指定时长沿指定方向变化一次位置。假设图1中目标场景700内每个虚线圆圈所限定的区域即为一个发射视场101，图1中目标场景700内虚线矩形框所限定的区域即为接收端组件400能够接收到的所有光束在目标场景700内对应的区域也即当前的接收视场102。那么，对于每组发射光来说，其发射视场101可以为图1中任意一个虚线圆圈所限定的区域，也就是说，发射光的发射角度无需被精确控制，发射光投射至上述任意一个虚线圆圈所限定的区域其反射光均能被接收端组件400接收。可见，本申请实施例中发射视场101和接收视场102均无需被精确控制。
在接收视场102包括多个条形的连续区域的情况下：由于自对应发射光发出的发射起始时刻起，光发射组件200的发射视场101在预设接收时长内位于当前的接收视场102中，点阵的长度方向与所述接收视场的长度方向相适应，因此，接收视场102的各个连续区域与光发射组件200各个发射视场101一一对应，也就是说，对于任意一组发射光来说，自该发射光发出的发射起始时刻起，在预设接收时长内接收视场102的多个条形的连续区域同时存在。由此，每组发射光只要按照既定的方向射出，该发射光经目标物体600反射后的反射光必定能从接收视场102的对应连续区域射出，进而被接收端组件400接收。从而本申请实施例中的激光系统无需通过光扫描组件300精准地偏转从目标物体600反射的反射光来精确的同步匹配发射视场101与接收视场102。
此外，还需要说明的是，“条形的连续区域”一般指代的是长宽比大于1的区域，该连续区域既可以为多边形区域例如长方形区域，也可以为曲形区域例如S形区域，或者其他不规则形状的区域例如异形区域等。其中，至少一个连续区域的最大宽度和总长度之比小于第一比例阈值，第一比例阈值不大于0.5，例如第一比例阈值可以但不限于是0.5、0.1、0.01、或者0.001。
在一些实施例中，发射视场101的面积与接收视场102的面积之比小于第一比例阈值，第一比例阈值可以但不限于是0.5、0.1、0.01、或者0.001。
在一些实施例中，自相邻两组发射光中前一组发射光发出的发射起始时刻起至后一组发射光发出预设接收时长后止，沿点阵的长度方向的相邻两个发射视场101之间的方向角度变化幅度与接收视场102的方向角度变化幅度之比大于第二比例阈值，第二比例阈值不小于1，例如第二比例阈值可以但不限于是1、10、100、10000或者1000000，也就是说，与各个发射视场101对应的接收视场102的位置不同，发射视场101的位置变化幅度大于或等于接收视场102的位置变化幅度。需要说明的是，“相邻两个发射视场101之间的方向角度变化幅度”一般指代的是沿点阵长度方向的相邻两组发射光在目标场景700的投射方向之间的夹角；同理，“接收视场102的方向角度变化幅度”一般指代的是接收视场102每次沿指定方向偏转的角度。下面以接收视场102的长度方向沿竖直方向、指定方向为水平方向为例，假设射向目标场景700的第一组发射光的光路方向与垂直方向的夹角为α1，射向目标场景700的第一组发射光的光路方向与垂直方向的夹角为α2，那么对于第一组发射光来说，自第一组发射光发出的发射起始时刻起，第一组发射光在目标场景700内的投射区域也即第一组发射光的发射视场101在预设接收时长内位于当前的接收视场102中。自第一组发射光发出的发射起始时刻起至第二组发射光发出的发射起始时刻止，当前的接收视场102沿水平方向的偏转角度为γ1；而对于第二组发射光来说，由于接收视场102的位置发生了变化，因此自第二组发射光发出的发射起始时刻起至第三组发射光发出的发射起始时刻止，当前的接收视场102沿水平方向的偏转角度变为γ2，第二组发射光在目标场景700内的投射区域也即第二组发射光的发射视场101在预设接收时长内位于当前的接收视场102中。其中，(α2-α1)÷(γ2-γ1)≥T，其中，T表示第二比例阈值。
在一些实施例中，发射视场101的面积与目标场景700的面积之比小于第三比例阈值，第三比例阈值不大于0.1，例如第三比例阈值可以但不限于是0.1、0.01、0.001、0.0001或0.0001。
如图8所示，发射光包括多个光脉冲，发射光中的至少两个光脉冲的夹角大于预设夹角α；其中，预设夹角α与接收视场102的视场角β之比小于第四比例阈值，第四比例阈值不小于0.01，例如第四比例阈值可以但不限于是0.01、0.1、0.3、0.5或0.9。
在一些实施例中，目标场景700的面积与接收视场102的面积之比大于或等于第五比例阈值，第五比例阈值不小于2，例如第五比例阈值可以但不限于是2、4、8、16、100、1000或10000。
如图3所示，接收端组件400包括光接收组件410和光电转换组件420；其中，光接收组件410依次接收经目标物体600反射的多组反射光并将多组反射光依次转换为对应的第一光信号；光电转换组件420将多个第一光信号依次转换为对应的第一电信号。
在接收视场102为一整块条形的连续区域的情况下：为了使接收视场102为条形的连续区域，光电转换组件420可以采用如下结构形式，例如：
如图4所示，光电转换组件420包括光电转换件421和光学元件422；其中，光电转换件421具有连续的光电转换区域，光学元件422的进光端朝向光接收组件410，光学元件422的出光端朝向光电转换区域；且光学元件422的出光端呈条形且长度方向与接收视场102的长度方向相适应，光学元件422用于将第一光信号选择性射向光电转换区域，光电转换区域用于将第一光信号转换为第一电信号。其中，光学元件422可以但不限于包括微透镜阵列、至少一个光阑、光锥425和光导器中的至少一种。需要说明的是，“光学元件422的出光端呈条形且长度方向与接收视场102的长度方向相适应”一般指代的是光学元件422的长度方向与接收视场102的长度方向相对应。例如，若目标物体600反射的反射光不经过光扫描组件300偏转，同时光接收组件410对反射光也不进行偏转，也就是说，光接收组件410不包括偏转镜例如45°反射镜，那么光学元件422的长度方向与接收视场102的长度方向平行。若目标物体600反射的反射光经过光扫描组件300或光接收组件410偏转方向，例如偏转45°，那么光学元件422的长度方向不再平行于接收视场102的长度方向，而是平行于将接收视场102偏转45°以后的长度方向，也即，此时光学元件422的长度方向与接收视场102的长度方向之间的夹角大于零。
以接收视场102的长度方向为竖直方向、光学元件422为光阑为例，如图4所示，光接收组件410为接收透镜411，光阑为位于光电转换件421与接收透镜411之间，光电转换件421的光电转换区域的面积大于或等于光阑的面积。由于光阑的进光端朝向接收透镜411，光阑的出光端朝向光电转换件421的光电转换区域，因此从图4中目标场景700内虚线矩形框所限定的区域射出的至少部分反射光透过接收透镜411后可直接照射至光阑的进光端，从光阑的出光端射出的第一光信号则被光电转换件421的光电转换区域接收，光电转换区域将第一光信号转换为第一电信号。由于光阑的出光端呈条形且长度方向与接收视场102的长度方向相适应，光电转换件421朝向接收透镜411的一侧具有连续的光电转换区域，因此从图4中虚线矩形框所限定的区域中任意位置射出的至少部分反射光均能通过光阑照射至光电转换件421，并被光电转换件421的光电转换区域转换为第一电信号。可见，本申请实施例中接收端组件400的接收视场102即为图4中虚线矩形框所限定的区域。并且，由上可知本申请实施例中反射光依次透过接收透镜411和光阑后只要能够射到光电转换区域的任意位置即可，光阑的透射光路上只需设置一个光电转换件421，无需快速精确控制反射光的反射方向，也就是说，无需使反射光照射至光电转换组件420的某个特定位置，从而显著降低了整个激光系统100的复杂程度。
在接收视场102包括多个条形的连续区域的情况下：为了使接收视场102具有多个条形的连续区域，光电转换组件420可以采用如下结构形式，例如：
形式一、如图5所示，光电转换组件420包括光电单元阵列423和至少一个光学元件422；其中，光学元件422位于光接收组件410与光电单元阵列423之间，光电单元阵列423包括多个沿预设方向依次设置的光电转换单元424；光学元件422用于将光接收组件410射向相邻两个光电转换单元424之间的第元件一光信号偏转方向后射向光电转换单元424，光电转换单元424用于将第一光信号转换为第一电信号。其中，预设方向与接收视场102的长度方向相适应。需要说明的是，此处“预设方向与接收视场102的长度方向相适应”与上文类似，也就是说，预设方向是否平行于接收视场102的长度方向取决于反射光在照射至光电单元阵列423之前是否被光扫描组件300和/或光接收组件410偏转方向。其中，光电转换单元424可以但不限于是APD(Avalanche Photo Diode，全称为雪崩光电二极管)、SPAD(SinglePhoton Avalanche Diode，全称为单光子雪崩二极管)、SIPM(Silicon photomultiplier，全称为硅光电倍增管)、PIN二极管和PD(Photo-Diode)，全称为光电二极管)中的至少一种。光电转换单元424的光敏材料包括Si、GaAs、InP和InGaAs中至少一种。其中，光学元件422可以但不限于包括微透镜阵列、至少一个光阑、光锥和光导器中的至少一种。
以接收视场102的长度方向为竖直方向、光学元件422为微透镜阵列为例，如图5所示，光接收组件410为接收透镜411，微透镜阵列(图中未示出)位于光电转换件421与接收透镜411之间，微透镜阵列的长度方向平行于竖直方向。从图5中目标场景700内虚线矩形框所限定的区域射出的至少部分反射光透过接收透镜411后射向微透镜阵列，因微透镜阵列的存在，射向相邻两个光电转换单元424之间的第一光信号经过微透镜阵列中对应微透镜的折射后偏转方向射向附近的光电转换单元424。
形式二、光电转换组件420包括光电单元阵列423，光电单元阵列423包括多个沿预设方向依次设置的光电转换单元424，光电转换单元424用于将第一光信号转换为第一电信号。其中，预设方向与接收视场102的长度方向相适应。在此情况下，接收端组件400还包括电放大模块430，电放大模块430的数量少于光电单元阵列423的光电转换单元424的数量，至少两个光电转换单元424的输出端连接至同一个电放大模块430的输入端。
以接收视场102的长度方向为竖直方向为例，由于光电单元阵列423包括多个沿竖直方向依次设置的光电转换单元424，因此从图5中目标场景700内虚线矩形框所限定的区域中任意位置射出的反射光穿过接收透镜411后至少部分能够照射至多个光电转换单元424，这些光电转换单元424将接收到的第一光信号转换为第一电信号。假设，这些光电转换单元424的输出端均连接至同一个电放大模块430的输入端，那么若第一电信号为脉冲电信号，这些光电转换单元424转换生成的所有第一电信号依次输入对应的电放大模块430时就会形成一个连续的电波信号，该电波信号经过电放大模块430放大后形成波形连续的第二电信号。由此，本申请实施例中接收视场102的其中一个连续区域即为图5中虚线矩形框所限定的区域。
形式三、光电转换组件420包括光电单元阵列423，光电单元阵列423包括多个沿预设方向依次设置的光电转换单元424，光电转换单元424用于将第一光信号转换为第一电信号。其中，预设方向与接收视场102的长度方向相适应。在此情况下，接收端组件400还包括电放大模块430，电放大模块430的数量大于或等于光电单元阵列的光电转换单元424的数量；每个光电转换单元424的输出端与至少一个电放大模块430的输入端电连接，至少两个与不同的光电转换单元424的连接的电放大模块430的输出端相互连接形成总输出端。下面以电放大模块430的数量与光电单元阵列的光电转换单元424的数量相同为例，假设各个光电转换单元424分别与不同的电放大模块430的输入端电连接，也即，电放大模块430与光电单元阵列423的光电转换单元424一一对应时，至少两个电放大模块430的输出端相互连接形成总输出端。由此，每当第一电信号为脉冲电信号时，各个光电转换单元424生成的第一电信号依次分别输入对应的电放大模块430。对于输出端相互连接的至少两个电放大模块430来说，输入这些电放大模块430的第一电信号经过对应的电放大模块430放大后的脉冲电信号依次从总输出端输出，由此从总输出端输出的信号便可形成波形连续的第二电信号。可见，本申请实施例中接收视场102的其中一个连续区域即为图5中虚线矩形框所限定的区域。
在一些实施例中，光接收组件410包括至少一组透镜组，透镜组包括至少一个位于反射光的光路上的接收透镜411。在光接收组件410包括多组透镜组的情况下，多组透镜组沿指定方向方向依次设置。由此，从接收视场102的任意位置射出的至少部分反射光能够照射至其中至少一组透镜组，反射光穿过该透镜组的接收透镜411并最终被光电转换组件420转换为第一电信号。当接收视场102的长度方向平行于竖直方向时，接收透镜411的镜面既可以平行于竖直方向，也可以与竖直方向之间呈一定夹角例如接收透镜411的镜面可相对竖直方向倾斜45°。
如图2所示，本申请实施例中的激光系统100还包括扫描控制件、光扫描组件300和处理装置500；其中，扫描控制件生成扫描控制信号；光扫描组件300根据扫描控制信号将光发射组件200射出的发射光偏转方向后照射至目标场景700内的至少一个目标物体600，和/或将至少一个目标物体600反射的至少一组反射光偏转方向以被接收端组件400接收；处理装置500分别与光发射组件200、扫描控制件和接收端组件400电连接，处理装置500用于根据发射信号和/或输出信号确定目标物体600的距离、目标物体600的方向角度、目标物体600的反射率和目标物体600的轮廓中的至少一个。
为了扩大光扫描组件300的扫描范围，光扫描组件300包括多个沿发射光的光路依次设置的光扫描件，相邻两个光扫描件中其中一个光扫描件将发射光偏转方向后射向另外一个光扫描件；其中，至少两个光扫描件的扫描方式不同；其中，扫描方式包括光扫描件的反射面的面积、扫描方向、扫描角度范围、扫描频率和扫描维度中的至少一个。其中，光扫描组件300的扫描维度可以但不限于是一维或二维。
下面以二维扫描为例，如图3所示，多个光扫描件包括第一扫描件310和第二扫描件320，第一扫描件310的扫描方向和第二扫描件320的扫描方向不同，上文中指定方向为第一扫描方向，具体地，第一扫描件310在本帧扫描时长内将多组发射光沿着第二扫描方向依次偏转方向后射向第二扫描件320；第二扫描件320将经过第一扫描件310偏转的发射光沿第一扫描方向偏转后射向目标物体600；其中，第二扫描方向平行于接收视场102的长度方向，第一扫描方向与第二扫描方向不同向。相比于直接采用价格昂贵的二维扫描件例如2D的MEMS振镜330来说，本申请实施例通过采用两个一维扫描件即第一扫描件310和第二扫描件320进行复合扫描便能在降低成本的前提下实现二维扫描、扩大光扫描组件300的扫描范围。
在一些实施例中，第一扫描件310和第二扫描件320可以但不限于包括MEMS振镜、旋转棱镜、旋转楔镜、光学相控阵列、光电偏转器件和液晶扫描件中的至少一个；所述液晶扫描件包括液晶空间光调制器、液晶超晶面、液晶线控阵、透视式一维液晶阵列、透射式二维液晶阵列或液晶显示模组。第一扫描方向和第二扫描方向可以但不限于是水平方向、竖直方向或倾斜方向；其中，倾斜方向介于竖直方向与水平方向之间。
例如，如图6所示，第一扫描件310为MEMS振镜330，第二扫描件320为旋转镜360，第一扫描方向为水平方向，第二扫描方向为竖直方向。其中，旋转镜360可以但不限于是旋转棱镜或旋转楔镜。由于，MEMS振镜330的扫描频率很快，旋转镜360的扫描频率较慢，因此MEMS振镜330将多组发射光快速沿竖直方向依次偏转方向后射向旋转镜360，旋转镜360再将接收到的多组发射光沿水平方向依次偏转方向后以很大的水平扫描角度射向目标物体600，也就是说，多组发射光经旋转镜360偏转方向后射向目标物体600的轨迹在水平面围设形成一个圆心角很大的扇形面。由此，整个光扫描组件300便能实现垂直高频扫描+水平广角扫描，从而不仅可以提高扫描分辨率，而且还可以增大反射光的接收面积，也就是说，目标物体600的反射光经过旋转镜360的反射，可以增大该反射光穿过光接收组件410后照射在光电转换组件420的面积。另外，由于旋转镜360的成本远低于MEMS振镜330的成本，而MEMS振镜330扫描速度更快，因此通过依次利用MEMS振镜330和旋转镜360偏转发射光不仅能够以较低的成本扩大光接收组件410的接收视场角，而且还可以提高激光系统对目标场景700的分辨能力
当然，为了实现二维扫描，光扫描组件300还可以采用其他结构形式：
例如，如图9所示，光扫描组件300包括MEMS振镜330和光学相控阵列340，光学相控阵列340固定于MEMS振镜330的反射面，光学相控阵列340的进光口通过线缆与光发射组件200连接，光学相控阵列340的出光口朝向目标物体600。其中，光学相控阵列340(OpticalPhased Array，简称OPA)包括多个呈阵列分布的波导，波导的材质包括硅晶体、氧化硅和氮化硅中的至少一个。由此，光学相控阵列340响应于扫描控制件生成的扫描控制信号使得各个波导的相对馈电相位随之发生改变进而产生相位差，相位差的存在又会使发射光发生干涉进而改变光路方向。与此同时，MEMS振镜330响应于扫描控制信号其镜面发生微小的平动和扭转往复运动，而由于光学相控阵列340固定于MEMS振镜330的反射面，因此光学相控阵列340整体随MEMS振镜330的镜面同步运动，由此便可使光学相控阵列340实现全方位扫描。可见，本申请实施例通过将光学相控阵列340固定在MEMS振镜330的反射面，就可使光学相控阵列340基于相位差进行扫描的同时自身整体也发生转动，从而便可扩大光扫描组件300的扫描范围、提高扫描速率。
又如，如图10所示，光扫描组件300包括MEMS振镜330和光栅阵列350，光栅阵列350固定于MEMS振镜330的反射面；其中，发射信号还包括表示每组发射光的波长的波长信息，发射光的偏转方向基于波长信息确定。由于光栅阵列350反射光束的方向与入射光束的波长相关，因此光发射组件200根据波长信息射出指定波长的发射光，发射光照射至光栅阵列350后则按照相应的方向反射出去。与此同时，MEMS振镜330响应于扫描控制信号其镜面发生微小的平动和扭转往复运动，而由于光栅阵列350固定于MEMS振镜330的反射面，因此光栅阵列350整体随MEMS振镜330的镜面同步运动，由此便可使光栅阵列350实现全方位扫描。可见，本申请实施例通过将光栅阵列350固定在MEMS振镜330的反射面，就可使光栅阵列350基于发射光的波长改变发射光光路方向的同时自身整体也发生转动，从而便可扩大光扫描组件300的扫描范围、提高扫描速率。
在一些实施例中，光扫描组件300还被配置为将目标物体600反射的反射光偏转方向的同时生成当前扫描角度信号。当前扫描角度信号可为水平扫描角度信号：例如，在光扫描组件300包括旋转镜360的情况下，旋转镜360上设置有码盘。码盘实时检测旋转镜360当前的水平扫描角度，并将检测结果即当前扫描角度信号发送给处理装置500。又如，在光扫描组件300包括MEMS振镜330的情况下，MEMS振镜330上设置有扭矩检测器。扭矩检测器实时检测MEMS振镜330的扭矩，并将MEMS振镜330的扭矩转换为当前扫描角度信号后发送给处理装置500。处理装置500还被配置为根据发射信号、扫描控制信号、当前扫描角度信号、输出信号以及光电转换组件420上输出第一电信号的位置中的至少一个确定发射光照射至目标物体600的照射角度。例如，在光电转换组件420包括多个光电转换单元424的情况下，“光电转换组件420上输出第一电信号的位置”一般指代的是输出第一电信号的光电转换单元424所在的位置。
如图7所示，为了扩大该激光系统100的应用领域，使其能够应用于AR、VR和元宇宙领域，多组发射光包括至少一组第一发射光和至少一组第二发射光，第一发射光的发射时刻早于第二发射光的发射时刻，第一发射光经对应的目标物体600反射后的反射光被转换为输出信号，第二发射光为可见光，也就是说，第一发射光用于测量距离、反射率或轮廓中的至少一个，第二发射光用于投影图像。光扫描组件300被配置为将第一发射光照射至多个目标物体600后，根据距离、照射角度、反射率和轮廓中的至少一个将第二发射光按照预设效果投影于多个目标物体600中的其中一个目标物体600的表面。由于第二发射光是根据目标物体600的距离、照射角度、目标物体600的反射率和目标物体600的轮廓中的至少一个投影在目标物体600表面的，因此第二发射光在目标物体600表面的成像可以再现真实图像。
例如，目标物体600的表面为球面时，光发射组件200通过探头组件先发射至少一组第一发射光至目标物体600表面，然后再射出至少一组第二发射光。处理装置500根据与第一发射光对应的发射信号和/或输出信号确定目标物体600的距离、目标物体600的反射率和目标物体600的轮廓中的至少一个，与此同时，处理装置500还根据扫描控制信号、当前扫描角度信号、输出信号以及光电转换组件420上输出第一电信号的位置中的至少一个确定发射光照射至目标物体600的照射角度。之后，光扫描组件300根据处理装置500基于第一发射光确定的目标物体600的距离、照射角度、目标物体600的反射率和目标物体600的轮廓中的至少一个，将第二发射光例如昆虫图像投影在目标物体600的表面。由于，第二发射光是根据目标物体600的距离、照射角度、目标物体600的反射率和目标物体600的轮廓中的至少一个投影在目标物体600的表面的，因此昆虫的图像并未被目标物体600的曲面扭曲，而是按照一定的曲率覆盖在目标物体600的曲面，使得目标物体600真实还原了昆虫。其中，第二发射光可以但不限于包括红光、蓝光和绿光中的至少一种。
又如，目标物体600为汽车挡风玻璃或AR眼镜时，光扫描组件300先将第一发射光投影在汽车挡风玻璃或AR眼镜上，然后再根据目标物体600的距离、照射角度、目标物体600的反射率和目标物体600的轮廓中的至少一个，将预设的虚拟AR图像也即第二发射光投影在汽车挡风玻璃或AR眼镜上，以使用户能够看到增强后的现实世界和虚拟世界的景象。
当然，光扫描组件300也可以直接将第一发射光和第二发射光分别投影在两个不同的目标物体600的表面，在此情况下该激光系统100相当于一个普通的投影设备。
在一些实施例中，当前扫描角度信号包括第一扫描角度信号；其中，第一扫描角度信号为光扫描组件300将反射光沿第一扫描方向偏转时生成的扫描角度信号；处理装置500被配置为根据第一扫描角度信号确定照射角度沿第一扫描方向的分量，与此同时，处理装置500还根据扫描控制信号、当前扫描角度信号、输出信号以及光电转换组件420上输出第一电信号的位置中的至少一个确定照射角度沿第二扫描方向的分量；其中，指定方向为第一扫描方向。例如，第二扫描件320为旋转镜360，由于旋转镜360的扫描频率较慢，因此第二扫描件320根据扫描控制信号偏转指定角度后反馈第一扫描角度信号至处理装置500，处理装置500根据第一扫描角度信号就可确定出目标物体600的照射角度沿第一扫描方向的分量。当然，当第一扫描件310的扫描频率较慢时，当前扫描角度信号包括第二扫描角度信号，处理装置500也可以直接通过第二扫描角度信号确定照射角度沿第二扫描方向的分量。
在一些实施例中，激光系统100还包括通讯部件，通讯部件用于向外界传送指定信息和/或接收外界信息；其中，指定信息包括目标物体的距离、目标物体的反射率、目标物体的方向角度、目标物体的轮廓和照射角度中的至少一个。
处理装置500还被配置为根据目标参数确定目标物体600的三维融合图像、目标物体的超像素802、接收视场的超像素803、第一指定规律和第二指定规律中的至少一个；其中，目标参数包括发射信号、扫描控制信号、当前扫描角度信号、输出信号、光电转换组件420上输出第一电信号的位置和外界信息中的至少一个。需要说明的是，“目标物体的超像素802”一般指代的是构成目标物体的图像的所有像素点中的多个像素点的集合；“接收视场的超像素803”一般指代的是构成接收视场的图像的所有像素点中多个像素点的集合。其中，目标物体的超像素802的形状和接收视场的超像素803的形状可以但不限于包括直线、多边形、圆形和椭圆形中的至少一个。
在一些实施例中，激光系统100还包括图像传感器，图像传感器用于获取目标场景700的二维图像；目标参数包括二维图像。通讯部件还用于向外界传送目标物体的超像素802。
下面以确定接收视场的超像素803为例，如图11所示，光发射组件200在本帧扫描时长内依次射出多组发射光，光扫描组件300根据扫描控制信号将光发射组件200射出的多组发射光依次偏转方向后照射至目标场景700内的目标物体600。处理装置500根据发射信号、扫描控制信号、当前扫描角度信号、输出信号、光电转换组件420上输出第一电信号的位置和外界信息中的至少一个确定目标物体的三维点云图像801，处理装置500将目标物体600的三维点云图像801进行超像素分割，将其分解为图11中的13个目标物体的超像素802，进而在根据这13个目标物体的超像素802生成两个接收视场的超像素803。下一帧扫描时长内，接收视场102先位于上方的接收视场的超像素803所在位置，光发射组件200先朝接收视场102依次射出多组发射光，以使各组发射光在目标场景700内的投射区域也即各个发射视场101呈点阵分布并恰好位于接收视场102内；接着，接收视场102按照第一指定规律移动至下方的接收视场的超像素803所在位置，光发射组件200再朝当前的接收视场102依次射出多组发射光，以使各个发射视场101呈点阵分布并恰好位于该接收视场102内。
在一些实施例中，接收端组件400包括光接收组件410和光电转换组件420；其中，光接收组件410依次接收经目标物体600反射的多组反射光并将多组反射光依次转换为对应的第一光信号；光电转换组件420将多个第一光信号依次转换为对应的第一电信号。在此情况下，第一电信号作为输出信号。
当然，考虑到第一电信号的信号强度可能较弱，为了提高测量的准确性，在一些实施例中，接收端组件400则包括光接收组件410、光电转换组件420和电放大模块430；其中，光接收组件410依次接收经目标物体600反射的多组反射光并将多组反射光依次转换为对应的第一光信号；光电转换组件420将多个第一光信号依次转换为对应的第一电信号，电放大模块430用于将第一电信号放大为第二电信号。在此情况下，第二电信号作为输出信号。
此外，需要说明的是，处理装置500可以基于多种方法来确定目标物体600的距离、目标物体600的反射率和目标物体600的轮廓中的至少一个，例如，处理装置500可以基于飞行时间法、相位法测距或三角式测距法等方法来确定目标物体600的距离。
在处理装置500基于飞行时间法确定目标物体600的距离的情况下，处理装置500包括处理器、至少一个比较器以及与比较器一一对应的时长确定模块。其中，电放大模块430包括多个相互串联或并联的放大器，多个放大器中至少其中一个放大器输出的放大电信号的强度小于另外一个放大器输出的放大电信号的强度的一半。其中，至少输出最大的放大电信号的放大器的输出端连接至少一个比较器的输入端，比较器的比较输入与放大器一一对应。例如，当多个放大器依次串联时，最后一级放大器输出的放大电信号最大，若比较器的数量为一个，那么在比较器的数量为一个的情况下，这个比较器通过最后一级放大器与时长确定模块连接；当比较器的数量为多个时，多个放大器的输出端均连接有比较器，且每个比较器的比较输入的电压值不同。比较器接入比较输入，用于将比较输入的电压值与对应放大器输出的电信号进行比较，以确定触发起始时刻、触发结束时刻和脉冲宽度；其中，触发起始时刻和触发结束时刻分别为放大器输出的电信号的强度高于比较输入的电压值的起始时刻和终止时刻，脉冲宽度为触发结束时刻与触发起始时刻的差值；时长确定模块与比较器一一对应；时长确定模块用于根据发射起始时刻与对应比较器输出的触发起始时刻确定光飞行时长。处理器根据光飞行时长、脉冲宽度、第二电信号的强度和光速中的至少一个确定距离、反射率和轮廓中的至少一个。
以测量目标物体600的距离为例，在此情况下处理器根据飞行时间法确定目标物体600的距离。由于触发起始时刻受到比较输入的电压值大小的影响，而触发放大器输出的电信号的比较输入的电压值不同时对应的脉冲宽度也不同，因此为了减小上述影响处理器先根据脉冲宽度修正光飞行时长，然后再根据光速和修正后的光飞行时长确定目标物体600的距离。
其中，比较输入可以是从外部输入比较器的动态电压曲线，也可以是预存在比较器内的动态电压曲线。此外，时长确定模块可以但不限于是TDC(时间数字转换器，全称为时间数字转换器)。时长确定模块与处理器可以均为独立部件，也可以集成为一个部件。
在一些实施例中，本申请实施例中的激光系统100还包括主壳体和至少一个探头壳体，探头壳体与主壳体分体设置，探头壳体与目标场景一一对应。其中，主壳体内设置有光发射组件200、扫描控制件和处理装置500；探头壳体内设置有光接收组件410和光扫描组件300；其中，光电转换组件420设于主壳体或探头壳体。
由于本申请实施例中探头壳体与主壳体分体设置，因此探头壳体和主壳体可以分开固定安装，相比于整个激光系统100来说，探头壳体的体积很小，探头壳体能够安装在小体积的应用对象或应用位置上。以应用对象是盲人眼镜为例，探头壳体可以固定在盲人眼镜的镜架上，主壳体夹持在用户的腰部或者放置在用户的衣服口袋内。再以应用对象是汽车的后视镜为例，探头壳体可以固定在汽车的后视镜上，主壳体则固定在汽车的天花板。可见，安装该激光系统100时便只需将探头壳体安装于应用对象或应用位置，而无需将整个激光系统100安装在应用对象或应用位置上，从而便可扩大激光系统100的适用范围。此外，由于向目标物体600射出发射光的光扫描组件300以及接收目标物体600的反射光的光接收组件410均设置在探头壳体上，而探头壳体安装在应用对象或应用位置上，因此可以保证整个激光系统100的探测范围不受影响。
在探头壳体的数量为多个的情况下，各个探头壳体内的光扫描组件300可分别将对应的发射光照射至不同目标场景700内的目标物体600。
在一些实施例中，光发射组件200通过第一光纤与光扫描组件300连接，光接收组件410通过第二光纤与光电转换组件420连接，处理装置500通过线缆分别与光发射组件200、扫描控制件、光电转换组件420和光扫描组件300电连接。需要说明的是，上述各个部件除了可以借助光纤或线缆实现光/电连接以外，还可以借助其他光学元件422和无线通信元件通过空间传送电信号和/或光信号来实现光/电连接。
在一些实施例中，激光系统100还包括显示部件和/或提示部件；其中，显示部件用于显示目标物体600的距离、照射角度、目标物体600的反射率和目标物体600的轮廓中的至少一个；提示部件用于根据目标物体600的距离、照射角度、目标物体600的反射率和目标物体600的轮廓中的至少一个输出提示信号。其中，提示部件可以但不限于是麦克风或震动器。
在一些实施例中，接收端组件400还包括偏置电压模块。其中，偏置电压模块提供动态偏置电压；动态偏置电压的绝对值从发射起始时刻起按照第一预设规律在第一预设时长变化至第一预定阈值、并保持不小于第一预定阈值第二预设时长，且动态偏置电压的绝对值在第一预设时长内小于第一预定阈值；其中，光电转换组件420用于根据动态偏置电压将第一光信号依次转换为对应的第一电信号；第一预设时长小于发射起始时刻与接收时刻的最大差值，接收时刻为反射光被接收端组件400接收的时刻。
若目标物体600距离光发射组件200较远，那么相比于光发射组件200射出的发射光来说，光接收组件410接收到的反射光的光强显著衰减。由于动态偏置电压的绝对值从发射起始时刻起在第一预设时长变化至第一预定阈值、并保持不小于第一预定阈值第二预设时长，而由上文可知发射光经远距离目标物体600反射回来的耗时较长，因此光接收组件410接收反射光的时刻对应的动态偏置电压的绝对值不小于第一预定阈值，从而光电转换单元424根据该动态偏置电压就可将较弱的光信号转换为较强的第一电信号。
同理，若目标物体600距离光发射组件200较近，那么相比于光发射组件200射出的发射光来说，光接收组件410接收到的反射光的光强衰减较少。由于动态偏置电压的绝对值从发射起始时刻起在第一预设时长内小于第一预定阈值，而由上文可知发射光经近距离目标物体600反射回来的耗时较短，因此光接收组件410接收反射光的时刻对应的动态偏置电压的绝对值小于第一预定阈值，从而光电转换单元424根据该动态偏置电压就可将较强的光信号转换为相对较弱的第一电信号，以避免较强的光信号经光电转换放大后饱和失真。
由上可知，本申请实施例中的雷达系统基于光束在传播过程中其强度随传播距离即传播时间的增大而衰减的原理，通过采用随时间变化的动态偏置电压，在光电转换过程中就可使自远距离目标物体600反射回来的反射光对应绝对值较大的动态偏置电压也即该动态偏置电压的绝对值不小于第一预定阈值，使自近距离目标物体600反射回来的反射光对应绝对值减小的动态偏置电压也即该动态偏置电压的绝对值小于第一预定阈值，从而不仅可以提高近距离的测量精度、避免近距离反射光束经光电转换放大后饱和失真，而且又不影响远距离的探测能力。
在一些实施例中，动态偏置电压的绝对值从第一调整时刻起按照第二预设规律在第三预设时长变化至第二预定阈值、并保持不小于第二预定阈值第四预设时长，且动态偏置电压的绝对值在第三预设时长内小于第二预定阈值；其中，第一调整时刻早于接收时刻；处理装置500还被配置为根据发射信号、扫描控制信号、当前扫描角度信号、输出信号和光电转换组件420上输出第一电信号的位置中的至少一个确定调整时刻。
如图12所示，本申请实施例还提供了一种激光测量方法，该方法包括：
S100、生成发射信号并根据发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光；
S200、将发射光经过目标场景700中的至少一个目标物体600反射后的至少一组反射光转换为输出信号；其中，输出信号的类型为电信号；
S300、根据发射信号和/或输出信号确定目标物体600的距离、目标物体600的反射率和目标物体600的轮廓中的至少一个；
其中，在本帧扫描时长内，接收视场102在目标场景700内的位置按照第一指定规律变化和/或接收视场102的形状按照第二指定规律变化；自对应发射光发出的发射起始时刻起，发射视场101在预设接收时长内位于当前的接收视场102中，且接收视场102的面积大于或等于发射视场101的面积的两倍。其中，第一指定规律包括沿指定方向变化；发射视场101为每组发射光在目标场景700的投射区域，接收视场102为在预设接收时长内能够被转换为输出信号的所有光束在目标场景700内对应的区域。
步骤S200包括：
S210、依次接收经目标物体600反射的多组反射光并将多组反射光依次转换为对应的第一光信号；
S220、将多个第一光信号依次转换为对应的第一电信号。
在执行步骤S100之后，并在执行步骤S200之前，该激光测量方法还包括：
S110、生成扫描控制信号；
S120、根据扫描控制信号将发射光偏转方向后照射至目标场景700内的至少一个目标物体600，和/或将至少一个目标物体600反射的至少一组反射光偏转至接收方向。
进一步地，步骤S120包括：
S121、在本帧扫描时长内将多组发射光沿着第二扫描方向依次偏转方向；
S122、将沿第二扫描方向偏转后的发射光沿第一扫描方向偏转后射向目标物体600；其中，第二扫描方向平行于接收视场102的长度方向，第一扫描方向与第二扫描方向不同向，指定方向为第一扫描方向。
在一些实施例中，在执行步骤S110之后，该激光测量方法还包括：
将目标物体600反射的反射光偏转方向的同时生成当前扫描角度信号；
根据发射信号、扫描控制信号、当前扫描角度信号、输出信号以及第一光信号的转换位置中的至少一个确定发射光照射至目标物体600的照射角度。
步骤S100包括：在本帧扫描时长内依次射出至少一组第一发射光和至少一组第二发射光；第一发射光的发射时刻早于第二发射光的发射时刻；其中，第二发射光为可见光；
步骤S200包括：将第一发射光经对应的目标物体600反射后的反射光转换为输出信号。
在一些实施例中，步骤S120中根据扫描控制信号将发射光偏转方向后照射至目标场景700内的至少一个目标物体600，包括：根据扫描控制信号将第一发射光照射至多个目标物体600后，根据距离、照射角度、反射率和轮廓中的至少一个将第二发射光按照预设效果投影于多个目标物体600中的其中一个目标物体600的表面。这样设置的好处在于，将预设的虚拟AR图像也即第二发射光投影在目标物体600上，以使用户能够看到增强后的现实世界和虚拟世界的景象。
在一些实施例中，步骤S120中根据扫描控制信号将发射光偏转方向后照射至目标场景700内的至少一个目标物体600，包括：根据所述扫描控制信号将所述发射光偏转方向后，将第一发射光和第二发射光分别照射至两个不同的目标物体600。在此情况下，该步骤相当于一个普通的投影操作。
上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (50)

1.一种激光系统，其特征在于，包括：
光发射组件，生成发射信号并根据所述发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光；其中，所述发射信号包括表示每组所述发射光的发射起始时刻的时刻信息；
接收端组件，将所述发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号；其中，所述输出信号的类型为电信号；
其中，在所述本帧扫描时长内，所述接收端组件的接收视场在所述目标场景内的位置按照第一指定规律变化和/或所述接收视场的形状按照第二指定规律变化；自对应所述发射光发出的发射起始时刻起，所述光发射组件的发射视场在预设接收时长内位于当前的所述接收视场中，且所述接收视场的面积大于或等于所述发射视场的面积的两倍；其中，所述第一指定规律包括沿指定方向变动；所述发射视场为每组所述发射光在所述目标场景内的投射区域，所述接收视场为在所述预设接收时长内所述接收端组件能够接收到的所有光束在所述目标场景内对应的区域。
2.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所述接收视场包括至少一个条形的连续区域，所述本帧扫描时长内多组所述发射光对应的所述发射视场呈点阵分布，所述点阵的宽度方向与所述指定方向平行。
3.根据权利要求2所述的激光系统，其中，所述连续区域为曲形区域。
4.根据权利要求2或3所述的激光系统，其中，所述发射视场的面积与所述接收视场的面积之比小于第一比例阈值，所述第一比例阈值为0.5、0.1、0.01、或者0.001。
5.根据权利要求4所述的激光系统，其中，至少一个所述连续区域的最大宽度和总长度之比小于所述第一比例阈值。
6.根据权利要求2所述的激光系统，其中，自相邻两组所述发射光中前一组所述发射光发出的发射起始时刻起至后一组所述发射光发出所述预设接收时长后止，沿所述点阵的长度方向的相邻两个所述发射视场之间的方向角度变化幅度与所述接收视场的方向角度变化幅度之比大于第二比例阈值，所述第二比例阈值为1、10、100、10000或者1000000。
7.根据权利要求1至3任一项所述的激光系统，其中，所述发射视场的面积与所述目标场景的面积之比小于第三比例阈值，所述第三比例阈值为0.1、0.01、0.001、0.0001或0.0001。
8.根据权利要求1至3任一项所述的激光系统，其中，所述发射光包括多个光脉冲，所述发射光中的至少两个所述光脉冲的夹角大于预设夹角；其中，所述预设夹角与所述接收视场的视场角之比小于第四比例阈值，所述第四比例阈值为0.01、0.1、0.3、0.5或0.9。
9.根据权利要求1至3任一项所述的激光系统，其中，所述目标场景的面积与所述接收视场的面积之比大于或等于第五比例阈值，所述第五比例阈值为2、4、8、16、100、1000或10000。
10.根据权利要求2所述的激光系统，其中，所述接收端组件包括：
光接收组件，依次接收经所述目标物体反射的多组反射光并将多组所述反射光依次转换为对应的第一光信号；以及
光电转换组件，将多个所述第一光信号依次转换为对应的第一电信号。
11.根据权利要求10所述的激光系统，其中，所述光电转换组件包括：
光电转换件，具有连续的光电转换区域；
光学元件，所述光学元件的进光端朝向所述光接收组件，所述光学元件的出光端朝向所述光电转换区域；所述光学元件用于将所述第一光信号选择性射向所述光电转换区域，所述光电转换区域用于将所述第一光信号转换为所述第一电信号。
12.根据权利要求10所述的激光系统，其中，所述光电转换组件包括：
光电单元阵列，包括多个沿预设方向依次设置的光电转换单元；所述光电转换单元用于将所述第一光信号转换为所述第一电信号。
13.根据权利要求12所述的激光系统，其中，所述光电转换组件还包括：
至少一个光学元件，位于所述光接收组件与所述光电单元阵列之间，用于将所述光接收组件射向相邻两个所述光电转换单元之间的所述第一光信号偏转方向后射向所述光电转换单元。
14.根据权利要求12所述的激光系统，其中，所述光电转换单元包括APD、SPAD、SIPM、PIN和PD中的至少一种。
15.根据权利要求11或13所述的激光系统，其中，所述光学元件包括微透镜阵列、至少一个光阑、光锥和光导器中的至少一种。
16.根据权利要求10至14任一项所述的激光系统，其中，所述光接收组件包括至少一组透镜组，所述透镜组包括至少一个位于所述反射光的光路上的接收透镜。
17.根据权利要求10至14任一项所述的激光系统，其中，所述激光系统还包括：
扫描控制件，生成扫描控制信号；
光扫描组件，根据所述扫描控制信号将所述光发射组件射出的所述发射光偏转方向后照射至所述目标场景内的至少一个所述目标物体，和/或将至少一个所述目标物体反射的至少一组所述反射光偏转方向以被所述接收端组件接收；
处理装置，分别与所述光发射组件、所述扫描控制件和所述接收端组件电连接，所述处理装置用于根据所述扫描控制信号、所述发射信号和所述输出信号中的至少一个确定所述目标物体的距离、所述目标物体的反射率、所述目标物体的方向角度、所述目标物体的轮廓中的至少一个。
18.根据权利要求17所述的激光系统，其中，所述光扫描组件包括多个沿所述发射光的光路依次设置的光扫描件，相邻两个所述光扫描件中其中一个所述光扫描件将所述发射光偏转方向后射向另外一个所述光扫描件；其中，至少两个所述光扫描件的扫描方式不同；所述扫描方式包括所述光扫描件的反射面的面积、扫描方向、扫描角度范围、扫描频率和扫描维度中的至少一个。
19.根据权利要求18所述的激光系统，其中，多个所述光扫描件包括第一扫描件和第二扫描件；所述第一扫描件在本帧扫描时长内将多组所述发射光沿着第二扫描方向依次偏转方向后射向所述第二扫描件；所述第二扫描件将经过所述第一扫描件偏转的所述发射光沿第一扫描方向偏转后射向所述目标物体；
其中，所述第二扫描方向平行于所述接收视场的长度方向，所述第一扫描方向与所述第二扫描方向不同向，所述指定方向为所述第一扫描方向。
20.根据权利要求19所述的激光系统，其中，所述第一扫描方向和所述第二扫描方向为水平方向、竖直方向或倾斜方向；其中，所述倾斜方向介于所述竖直方向与所述水平方向之间。
21.根据权利要求19所述的激光系统，其中，所述第一扫描件和所述第二扫描件包括MEMS振镜、旋转棱镜、旋转楔镜、光学相控阵列、光电偏转器件和液晶扫描件中的至少一个；所述液晶扫描件包括液晶空间光调制器、液晶超晶面、液晶线控阵、透视式一维液晶阵列、透射式二维液晶阵列或液晶显示模组。
22.根据权利要求17所述的激光系统，其中，所述光扫描组件包括MEMS振镜和光学相控阵列，所述光学相控阵列固定于所述MEMS振镜的反射面，所述光学相控阵列的进光口通过线缆与所述光发射组件连接，所述光学相控阵列的出光口朝向所述目标物体。
23.根据权利要求22所述的激光系统，其中，所述光学相控阵列包括多个呈阵列分布的波导，所述波导的材质包括硅晶体、氧化硅和氮化硅中的至少一个。
24.根据权利要求17所述的激光系统，其中，所述光扫描组件包括MEMS振镜和光栅阵列，所述光栅阵列固定于所述MEMS振镜的反射面；其中，所述发射信号还包括表示每组所述发射光的波长的波长信息，所述发射光的偏转方向基于所述波长信息确定。
25.根据权利要求17所述的激光系统，其中，所述光扫描组件还被配置为将所述目标物体反射的反射光偏转方向的同时生成当前扫描角度信号；所述处理装置还被配置为根据所述发射信号、所述扫描控制信号、所述当前扫描角度信号、所述输出信号以及所述光电转换组件上输出所述第一电信号的位置中的至少一个确定所述发射光照射至所述目标物体的照射角度。
26.根据权利要求25所述的激光系统，其中，多组所述发射光包括至少一组第一发射光和至少一组第二发射光，所述第一发射光的发射时刻早于所述第二发射光的发射时刻，所述第一发射光经对应的所述目标物体反射后的反射光被转换为所述输出信号，所述第二发射光为可见光；
其中，所述光扫描组件将所述第一发射光照射至多个所述目标物体后，根据所述距离、所述照射角度、所述反射率和所述轮廓中的至少一个将所述第二发射光按照预设效果投影于多个所述目标物体中的其中一个所述目标物体的表面；或者，
所述光扫描组件将所述第一发射光和所述第二发射光分别照射至两个不同的所述目标物体。
27.根据权利要求26所述的激光系统，其中，所述第二发射光包括红光、蓝光和绿光中的至少一种。
28.根据权利要求25所述的激光系统，其中，所述当前扫描角度信号包括第一扫描角度信号；其中，所述第一扫描角度信号为所述光扫描组件将所述反射光沿第一扫描方向偏转时生成的扫描角度信号；
所述处理装置被配置为根据所述第一扫描角度信号确定所述照射角度沿所述第一扫描方向的分量，以及根据所述扫描控制信号、所述当前扫描角度信号、所述输出信号以及所述光电转换组件上输出所述第一电信号的位置中的至少一个确定所述照射角度沿第二扫描方向的分量；其中，所述指定方向为所述第一扫描方向。
29.根据权利要求25所述的激光系统，其中，所述激光系统还包括通讯部件，所述通讯部件用于向外界传送指定信息和/或接收外界信息；其中，所述指定信息包括所述目标物体的距离、所述目标物体的反射率、所述目标物体的方向角度、所述目标物体的轮廓和所述照射角度中的至少一个。
30.根据权利要求29所述的激光系统，其中，所述处理装置还被配置为根据目标参数确定所述目标物体的三维融合图像、所述目标物体的超像素、所述接收视场的超像素、所述第一指定规律和所述第二指定规律中的至少一个；
其中，所述目标参数包括所述发射信号、所述扫描控制信号、所述当前扫描角度信号、所述输出信号、所述光电转换组件上输出所述第一电信号的位置和所述外界信息中的至少一个。
31.根据权利要求30所述的激光系统，其中，所述激光系统还包括图像传感器，所述图像传感器用于获取所述目标场景的二维图像；所述目标参数包括所述二维图像。
32.根据权利要求30所述的激光系统，其中，所述指定信息还包括所述目标物体的超像素。
33.根据权利要求17所述的激光系统，其中，所述接收端组件还包括电放大模块，所述电放大模块用于将所述第一电信号放大为第二电信号。
34.根据权利要求33所述的激光系统，其中，所述光电转换组件包括光电单元阵列，所述电放大模块的数量少于所述光电单元阵列的光电转换单元的数量，至少两个所述光电转换单元的输出端连接至同一个所述电放大模块的输入端。
35.根据权利要求33所述的激光系统，其中，所述光电转换组件包括光电单元阵列，所述电放大模块的数量大于或等于所述光电单元阵列的光电转换单元的数量；每个所述光电转换单元的输出端与至少一个所述电放大模块的输入端电连接，至少两个与不同的所述光电转换单元的连接的所述电放大模块的输出端相互连接形成总输出端。
36.根据权利要求33所述的激光系统，其中，所述电放大模块包括多个相互串联或并联的放大器，多个所述放大器中至少其中一个所述放大器输出的放大电信号的强度小于另外一个所述放大器输出的放大电信号的强度的一半。
37.根据权利要求36所述的激光系统，其中，所述处理装置包括：
至少一个比较器；至少输出最大放大电信号的所述放大器的输出端连接至少一个所述比较器的输入端，所述比较器的比较输入与所述放大器一一对应；所述比较器用于将所述比较输入的电压值与对应所述放大器输出的电信号进行比较，以确定触发起始时刻、触发结束时刻和脉冲宽度；其中，所述触发起始时刻和所述触发结束时刻分别为所述放大器输出的电信号的强度高于所述比较输入的电压值的起始时刻和终止时刻，所述脉冲宽度为所述触发结束时刻与所述触发起始时刻的差值；
时长确定模块，与所述比较器一一对应；所述时长确定模块用于根据所述发射起始时刻与对应所述比较器输出的所述触发起始时刻确定光飞行时长；以及
处理器，根据所述光飞行时长、所述脉冲宽度、所述第二电信号的强度和光速中的至少一个确定所述距离、所述反射率和所述轮廓中的至少一个。
38.根据权利要求17所述的激光系统，其中，所述激光系统还包括：
主壳体，设置有所述光发射组件、所述扫描控制件和所述处理装置；
至少一个探头壳体，与所述主壳体分体设置；每个所述探头壳体内均设置有所述光接收组件和所述光扫描组件，所述探头壳体与所述目标场景一一对应；
其中，所述光电转换组件设于所述主壳体或所述探头壳体。
39.根据权利要求38所述的激光系统，其中，所述光发射组件通过第一光纤与所述光扫描组件连接，所述处理装置通过线缆分别与所述光发射组件、所述扫描控制件、所述光电转换组件和所述光扫描组件电连接。
40.根据权利要求17所述的激光系统，其中，所述激光系统还包括：
显示部件，显示所述距离、所述反射率和所述轮廓中的至少一个；和/或
提示部件，根据所述距离、所述反射率和所述轮廓中的至少一个输出提示信号。
41.根据权利要求25所述的激光系统，其中，所述接收端组件还包括：
偏置电压模块，提供动态偏置电压；所述动态偏置电压的绝对值从所述发射起始时刻起按照第一预设规律在第一预设时长变化至第一预定阈值、并保持不小于所述第一预定阈值第二预设时长，且所述动态偏置电压的绝对值在所述第一预设时长内小于所述第一预定阈值；
其中，光电转换组件用于根据所述动态偏置电压将所述第一光信号依次转换为对应的第一电信号；所述第一预设时长小于所述发射起始时刻与接收时刻的最大差值，所述接收时刻为所述反射光被所述接收端组件接收的时刻。
42.根据权利要求41所述的激光系统，其中，所述动态偏置电压的绝对值从第一调整时刻起按照第二预设规律在第三预设时长变化至第二预定阈值、并保持不小于所述第二预定阈值第四预设时长，且所述动态偏置电压的绝对值在所述第三预设时长内小于所述第二预定阈值；其中，所述第一调整时刻早于所述接收时刻；
所述处理装置还被配置为根据所述发射信号、所述扫描控制信号、所述当前扫描角度信号、所述输出信号和所述光电转换组件上输出所述第一电信号的位置中的至少一个确定所述调整时刻。
43.一种激光测量方法，其特征在于，包括：
生成发射信号并根据所述发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光；
将所述发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号；其中，所述输出信号的类型为电信号；
根据所述发射信号和/或所述输出信号确定所述目标物体的距离、所述目标物体的反射率和所述目标物体的轮廓中的至少一个；
其中，在所述本帧扫描时长内，接收视场在所述目标场景内的位置按照第一指定规律变化和/或所述接收视场的形状按照第二指定规律变化；自对应所述发射光发出的发射起始时刻起，发射视场在预设接收时长内位于当前的所述接收视场中，且所述接收视场的面积大于或等于所述发射视场的面积的两倍；其中，所述第一指定规律包括沿指定方向变化；所述发射视场为每组所述发射光在所述目标场景内的投射区域，所述接收视场为在所述预设接收时长内能够被转换为所述输出信号的所有光束在所述目标场景内对应的区域。
44.根据权利要求43所述的激光测量方法，其中，将所述发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号，包括：
依次接收经所述目标物体反射的多组反射光并将多组所述反射光依次转换为对应的第一光信号；
将多个所述第一光信号依次转换为对应的第一电信号。
45.根据权利要求44所述的激光测量方法，其中，执行将所述发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号的步骤之前，所述激光测量方法还包括：
生成扫描控制信号；
根据所述扫描控制信号将所述发射光偏转方向后照射至所述目标场景内的至少一个所述目标物体，和/或将至少一个所述目标物体反射的至少一组所述反射光偏转至接收方向。
46.根据权利要求45所述的激光测量方法，其中，所述根据所述扫描控制信号将所述发射光偏转方向后照射至所述目标场景内的至少一个所述目标物体，包括：
在本帧扫描时长内将多组所述发射光沿着第二扫描方向依次偏转方向；
将沿所述第二扫描方向偏转后的所述发射光沿第一扫描方向偏转后射向所述目标物体；
其中，所述第二扫描方向平行于所述接收视场的长度方向，所述第一扫描方向与所述第二扫描方向不同向，所述指定方向为所述第一扫描方向。
47.根据权利要求45所述的激光测量方法，其中，执行生成扫描控制信号的步骤之后，所述激光测量方法还包括：
将所述目标物体反射的反射光偏转方向的同时生成当前扫描角度信号；
根据所述发射信号、所述扫描控制信号、所述当前扫描角度信号、所述输出信号以及所述第一光信号的转换位置中的至少一个确定所述发射光照射至所述目标物体的照射角度。
48.根据权利要求47所述的激光测量方法，其中，生成发射信号并根据所述发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光的步骤，包括：
在本帧扫描时长内依次射出至少一组第一发射光和至少一组第二发射光；所述第一发射光的发射时刻早于所述第二发射光的发射时刻；其中，所述第二发射光为可见光；
其中，将所述发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号的步骤，包括：
将所述第一发射光经对应的所述目标物体反射后的反射光转换为所述输出信号。
49.根据权利要求48所述的激光测量方法，其中，根据所述扫描控制信号将所述发射光偏转方向后照射至所述目标场景内的至少一个所述目标物体的步骤，包括：
根据所述扫描控制信号将所述第一发射光照射至多个所述目标物体；以及
根据所述距离、所述照射角度、所述反射率和所述轮廓中的至少一个将所述第二发射光按照预设效果投影于多个所述目标物体中的其中一个所述目标物体的表面。
50.根据权利要求48所述的激光测量方法，其中，根据所述扫描控制信号将所述发射光偏转方向后照射至所述目标场景内的至少一个所述目标物体的步骤，包括：
根据所述扫描控制信号将所述发射光偏转方向后，将所述第一发射光和所述第二发射光分别照射至两个不同的所述目标物体。
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