CN116643253A - 激光雷达传感器及使用其的目标检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激光雷达传感器及使用其的目标检测方法，所述激光雷达传感器，包括：第一发射部，在奇数帧中输出第一输出功率的激光，并在偶数帧中输出第二输出功率的激光，所述第二输出功率低于所述第一输出功率；第二发射部，在奇数帧中输出所述第二输出功率的激光，并在偶数帧中输出所述第一输出功率的激光；以及接收部，接收从所述第一发射部和所述第二发射部输出的激光的反射光以检测目标。

Description

激光雷达传感器及使用其的目标检测方法
技术领域
本发明涉及一种激光雷达传感器及使用其的目标检测方法，更详细而言，涉及一种可高速重复发射的同时，能够减少发热的激光雷达传感器及使用其的目标检测方法。
背景技术
车辆用激光雷达传感器是一种向物体输出光并基于反射的信号测量车辆与物体的距离的传感器。
激光雷达传感器包括用于输出激光的发射端和用于接收从目标反射的激光的接收端。为了检测远距离或低反射率的目标，需要使用高输出功率激光。
至于激光的输出，光从内部激光模块输出，输出功率一般根据施加到激光模块的电压来确定，但由于眼睛安全防护(Eye-Safety)标准限制等，输出功率不能无限增加。
激光发射的因素一起考虑输出功率和Hz单位的重复率。重复率表示激光的输出周期。
现有的激光雷达传感器使用单阵列发射端，当使用单阵列发射端时，重复率的增加导致发射端的温度上升，输出随着温度上升而降低并导致故障。
另外，在发射规定的输出功率的激光雷达传感器的情况下，用于感测目标的反射率的动态范围(dynamic range)存在限制。即，在发射高输出功率激光以检测远距离或低反射率目标的情况下，当感测到近距离或高反射率目标时，接收端会发生饱和现象。
另外，在以规定的重复率发射激光的激光雷达传感器的情况下，可以受到另一激光雷达传感器的发射光的干扰。当接收另一激光雷达传感器的发射光时，接收端可发生饱和现象，并且具有一定时间内无法感测目标的问题。
因此，需要一种激光雷达传感器，在以高重复率发射的同时，最小化温度上升，确保接收端的动态范围，并且与另一激光雷达传感器不发生干扰。
现有技术文献
授权专利10-2050632(2019年11月25日)多通道激光雷达传感器模块
发明内容
要解决的技术问题
鉴于上述需求，本发明要解决的技术问题在于提供一种激光雷达传感器，在以高重复率发射激光的同时，能够最小化温度上升。
另外，本发明的另一目的在于提供一种激光雷达传感器，能够防止与周围其他激光雷达传感器发生干扰。
用于解决问题的手段
用于解决如上所述的问题的本发明的激光雷达传感器，包括：第一发射部，在奇数帧中输出第一输出功率的激光，并在偶数帧中输出第二输出功率的激光，所述第二输出功率低于所述第一输出功率；第二发射部，在奇数帧中输出所述第二输出功率的激光，并在偶数帧中输出所述第一输出功率的激光；以及接收部，接收从所述第一发射部和所述第二发射部输出的激光的反射光以检测目标。
在本发明的实施例中，在所述奇数帧中，所述第一发射部的第一输出功率的激光可以先行于第二发射部的第二输出功率的激光。
在本发明的实施例中，所述第一发射部的第一输出功率的激光和第二发射部的第二输出功率的激光可以以规定的时间差输出。
在本发明的实施例中，在所述偶数帧中，所述第一发射部的第二输出功率的激光可以滞后于第二发射部的第一输出功率的激光。
在本发明的实施例中，所述第一发射部的第一输出功率的激光和第二发射部的第二输出功率的激光可以以规定的时间差输出。
在本发明的实施例中，所述接收部接收到的所述第一发射部的激光的反射光和所述第二发射部的激光的反射光可以以规定的间隔接收，以与其他激光雷达传感器发射的激光区分。
根据本发明的另一方面的目标检测方法，可包括：第一步骤，使用第一发射部在奇数帧中输出第一输出功率的激光，并在偶数帧中输出第二输出功率的激光，所述第二输出功率低于所述第一输出功率；第二步骤，使用第二发射部在奇数帧中输出所述第二输出功率的激光，并在偶数帧中输出所述第一输出功率的激光；以及第三步骤，使用接收部接收从所述第一发射部和第二发射部输出的激光的反射光以检测目标。
在本发明的实施例中，在所述奇数帧中，所述第一发射部的第一输出功率的激光可以先行于第二发射部的第二输出功率的激光。
在本发明的实施例中，所述第一发射部的第一输出功率的激光和第二发射部的第二输出功率的激光可以以规定的时间差输出。
在本发明的实施例中，在所述偶数帧中，所述第一发射部的第二输出功率的激光可以滞后于第二发射部的第一输出功率的激光。
在本发明的实施例中，所述第一发射部的第一输出功率的激光和第二发射部的第二输出功率的激光可以以规定的时间差输出。
在本发明的实施例中，所述接收部接收到的所述第一发射部的激光的反射光和所述第二发射部的激光的反射光可以以规定的间隔接收，以与其他激光雷达传感器发射的激光区分。
发明效果
本发明具备双阵列发射端，在每个帧交替区分各发射端的输出，以最小化热产生，并且增加重复率，从而能够以高分辨率检测低反射率目标，并且能够防止接收端的饱和。
另外，本发明通过交替区分各发射端的输出来防止接收端饱和并增加感测距离，具有能够获得参考距离以下的目标反射率信息的效果。
同时，本发明控制双阵列的发射端中的每一者的输出和重复率，从而能够防止与周围的其他激光雷达传感器发生干扰。
附图说明
图1和图2是本发明的优选实施例的激光雷达传感器的结构示意图。
图3是第一发射部和第二发射部的输出激光的发射输出功率曲线图。
图4是本发明的奇数帧中针对高反射率目标的接收信号的示意图。
图5是奇数帧中针对低反射率目标的接收信号的示意图。
图6是用于说明本发明的激光雷达传感器能够防止与现有的激光雷达传感器的干扰的波形图。
图7是针对每个帧的第一发射部的输出和第二发射部的输出曲线图。
图8是本发明与现有技术的激光雷达传感器的激光温度变化比较曲线图。
附图标记说明
10：第一发射部20：第二发射部
30：接收部。
具体实施方式
以下，参照所附附图，对本发明的激光雷达传感器及使用其的目标检测方法进行详细说明。
提供本发明的实施例是为了向本技术领域的普通技术人员更完整地说明本发明，下面说明的实施例可以变形为各种不同的形式，本发明的范围并不限定于以下实施例。相反，这些实施例是为了使本发明更加充实和完整，并向本领域技术人员完整地传达本发明的思想而提供。
本说明书中使用的术语用于说明特定实施例，并不是用于限制本发明。如本说明书中使用，除非上下文中明确指出其他情况，单数形式可以包括复数形式。另外，当在本说明书中使用时，“包括”和/或“包含”是指定提及的形状、数字、步骤、动作、构件、元件和/或它们的组合的存在，并非排出一个以上的其他形状、数字、步骤、动作、构件、元件和/或组合的存在或附加。如本说明书所使用，术语“和/或”包括所列项目中的任何一个和一个以上的所有组合。
尽管在本说明书中第一、第二等术语用于说明各种构件、区域和/或部位而使用，但显然这些构件、组件、区域、层和/或部位不限于这些术语。这些术语不意味着特定顺序、上下或优劣，仅用于将一个构件、区域或部位与另一个构件、区域或部位区分开来。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，下述第一构件、区域或部位可以是指第二构件、区域或部位。
以下，参照示意性地示出本发明的实施例的附图，对本发明的实施例进行说明。在附图中，例如，可以根据制造技术和/或公差预期所示形状的变化。因此，本发明的实施例不应解释为限制于本说明书中所示区域的特定形状，应包括如由制造引起的形状变化。
图1和图2分别是示出本发明的优选实施例的激光雷达传感器的配置状态的结构图。
分别参照图1和图2，本发明包括第一发射部10、第二发射部20和接收部30。
图1示出第一发射部10和第二发射部20在接收部30的一面分别上下设置的示例，图2示出第一发射部10和第二发射部20在接收部的一面分别左右设置的示例。
所述第一发射部10和第二发射部20至少包括用于输出激光的激光输出模块和透镜，接收部30至少包括透镜和用于接收激光的光接收传感器。
本发明可以应用于通过使用扫描仪将第一发射部10和第二发射部20的输出激光反射到预定区域并扫描的结构。所述扫描仪还可以起到将从目标反射的激光反射光入射到接收部30的作用。
本发明还可以应用于不使用扫描仪的结构。
本发明的特征在于，第一发射部10和第二发射部20的激光的输出功率和重复率存在差异，尤其，激光的发射输出功率彼此交替地以大大小小的功率输出。
图3示出第一发射部10和第二发射部20的输出激光的发射输出功率曲线图。
图3的(a)示出奇数帧，图3的(b)示出偶数帧中的发射输出功率。
即，本发明的激光雷达传感器交替输出图3的(a)所示的输出功率和图3的(b)所示的输出功率。
首先，在奇数帧中，第一发射部10的输出功率TX1输出为大于第二发射部20的输出功率TX2。
输出第一发射部10的相对较大的输出功率TX1的激光，之后输出第二发射部20的相对较小的输出功率TX2的激光，并且考虑到用于感测距离计算的接收信号等待时间，以预定的重复率重复输出。
即，第一发射部10和第二发射部20的激光输出功率TX1、TX2以一定时间差输出。
相反，在偶数帧中，第二发射部20的输出功率TX2输出为具有比第一发射部10的输出功率TX1更大的发射输出功率，输出顺序也控制成第二发射部20的输出功率TX2比第一发射部10的输出功率TX1更快地输出。
虽然在附图中未示出这种控制，但可以通过控制第一发射部10和第二发射部20的输出的控制部执行。
通过这种控制，第一发射部10的输出功率在奇数帧中增加并且第一发射部10的输出功率在偶数帧中降低，从而防止持续保持相对高的发射输出功率状态，因此可以减少温度上升。
这也同样适用于第二发射部20。
激光雷达传感器通过接收部30接收到的接收信号的强度获取目标的反射率信息，当根据接收部30的最大电压设置接收一定强度以上的信号时，其饱和而不可获取反射率信息。
然而，在本发明中，由于在同一帧中相对强的输出功率和相对弱的输出功率的第一发射部10和第二发射部20的两个激光被输出并被接收部30接收，因此可以防止饱和并防止最大感测距离的减小。
图4是本发明的奇数帧中针对高反射率目标的接收信号的示意图。
参照图4，在奇数帧中，相对强的发射输出功率的第一发射部10的输出功率TX1可以处于接收信号在参考距离以内不根据距离变化的饱和状态，但在参考距离以上，由第一发射部10的输出功率TX1引起的反射光线性减少，从而可以检测到最大感测距离的高反射率目标。
另外，由于在自激光雷达传感器的参考距离内，由发射输出功率相对低的第二发射部20输出功率TX2引起的反射光呈现出线性减少的波形而没有饱和区间，因此可以获得目标的反射率信息。
相反，在偶数帧中，通过第二发射部20的输出功率TX2确定最大感测距离，通过由发射输出功率相对低的第一发射部10的输出功率TX1引起的反射光进行参考距离以内的目标检测。
图5是奇数帧中针对低反射率目标的接收信号的示意图。
参照图5，与图4所示并说明的波形相比，虽然最大感测距离减少且饱和区间的距离缩短，但在第一发射部10的饱和区间中，可以通过由第二发射部20的输出功率TX2引起的反射光来检测目标。
如此，本发明发射输出功率强度彼此不同的发射激光，防止将其接收的接收部30饱和，从而可以提高激光雷达传感器感测目标的反射率的动态范围。
图6是用于说明本发明的激光雷达传感器能够防止与现有的激光雷达传感器的干扰的波形图。
参照图6，本发明接收由于具有规定的时间差的两个发射输出功率TX1、TX2而大小不同的反射光，由于现有的激光雷达传感器的干扰接收部30接收到的信号可以在任意位置发生信号而与目标无关，根据发生干扰信号的激光雷达的位置，与由第一发射部的输出功率TX1引起的反射光或由第二发射部20的输出功率TX2引起的反射光相比，可以接收更大或更小的信号。
另外，由于在本发明中，接收部30接收以规定的时间差输出的两个发射输出功率TX1、TX2的反射光，因此可以通过使用接收部30接收到的信号大小和间隔来区分其他激光雷达传感器的干扰信号和发射输出功率TX1、TX2的接收信号。
根据这种区分，可以准确地计算到目标的距离，排除干扰信号。
图7是针对每个上述帧的第一发射部10的输出功率TX1和第二发射部20的输出功率TX2的曲线图。
如上所述，在本发明中，第一发射部10的输出功率TX1针对每个帧重复相对的高输出功率区间和低输出功率区间，相反地，第二发射部20的输出功率TX2针对每个帧重复相对的低输出功率区间和高输出功率区间，使得作为第一发射部10和第二发射部20的发射元件的激光的温度重复增加和降低，因此可以最小化激光的温度增加。
这可以从图8的激光温度变化曲线图确认，与现有技术的激光雷达传感器的发射端温度相比，本发明的激光雷达传感器可以保持更低的温度。
因此，能够最小化由于激光雷达传感器发射端的发热引起的发射输出功率的降低，并且能够防止由于发热引起的故障或破损。
本发明不限于所述实施例，本发明所属技术领域的普通技术人员应理解，在不脱离本发明的技术要旨的范围内，可以进行各种修改和变形。

Claims (16)

1.一种激光雷达传感器，其特征在于，包括：
第一发射部，在奇数帧中输出第一输出功率的激光，并在偶数帧中输出第二输出功率的激光，所述第二输出功率低于所述第一输出功率；
第二发射部，在奇数帧中输出所述第二输出功率的激光，并在偶数帧中输出所述第一输出功率的激光；以及
接收部，接收从所述第一发射部和所述第二发射部输出的激光的反射光以检测目标。
2.根据权利要求1所述的激光雷达传感器，其特征在于，
在所述奇数帧中，
所述第一发射部的第一输出功率的激光先行于第二发射部的第二输出功率的激光。
3.根据权利要求2所述的激光雷达传感器，其特征在于，
所述第一发射部的第一输出功率的激光和第二发射部的第二输出功率的激光以规定的时间差输出。
4.根据权利要求1所述的激光雷达传感器，其特征在于，
在所述偶数帧中，
所述第一发射部的第二输出功率的激光滞后于第二发射部的第一输出功率的激光。
5.根据权利要求4所述的激光雷达传感器，其特征在于，
所述第一发射部的第一输出功率的激光和第二发射部的第二输出功率的激光以规定的时间差输出。
6.根据权利要求1所述的激光雷达传感器，其特征在于，
所述接收部接收到的所述第一发射部的激光的反射光和所述第二发射部的激光的反射光以规定的间隔接收，以与其他激光雷达传感器发射的激光区分。
7.一种使用激光雷达传感器的目标检测方法，其特征在于，包括：
第一步骤，使用第一发射部在奇数帧中输出第一输出功率的激光，并在偶数帧中输出第二输出功率的激光，所述第二输出功率低于所述第一输出功率；
第二步骤，使用第二发射部在奇数帧中输出所述第二输出功率的激光，并在偶数帧中输出所述第一输出功率的激光；以及
第三步骤，使用接收部接收从所述第一发射部和第二发射部输出的激光的反射光以检测目标。
8.根据权利要求7所述的使用激光雷达传感器的目标检测方法，其特征在于，
在所述奇数帧中，
所述第一发射部的第一输出功率的激光先行于第二发射部的第二输出功率的激光。
9.根据权利要求8所述的使用激光雷达传感器的目标检测方法，其特征在于，
所述第一发射部的第一输出功率的激光和第二发射部的第二输出功率的激光以规定的时间差输出。
10.根据权利要求7所述的使用激光雷达传感器的目标检测方法，其特征在于，
在所述偶数帧中，
所述第一发射部的第二输出功率的激光滞后于第二发射部的第一输出功率的激光。
11.根据权利要求10所述的使用激光雷达传感器的目标检测方法，其特征在于，
所述第一发射部的第一输出功率的激光和第二发射部的第二输出功率的激光以规定的时间差输出。
12.根据权利要求7所述的使用激光雷达传感器的目标检测方法，其特征在于，
所述接收部接收到的所述第一发射部的激光的反射光和所述第二发射部的激光的反射光以规定的间隔接收，以与其他激光雷达传感器发射的激光区分。
13.一种激光雷达传感器，包括多个发射部和一个接收部，其特征在于，
多个所述发射部中的至少一个第一发射部周期性地交替输出第一输出功率的激光和第二输出功率的激光，所述第二输出功率低于所述第一输出功率，
多个所述发射部中的另一第二发射部周期性地交替输出第二输出功率的激光和第一输出功率的激光，
所述接收部接收到的发射部的所述激光的接收结果与其他激光雷达传感器发射的激光区分。
14.根据权利要求13所述的激光雷达传感器，其特征在于，
所述第一发射部和第二发射部的激光发射时间彼此不同。
15.根据权利要求14所述的激光雷达传感器，其特征在于，
所述第一发射部的激光和第二发射部的激光以规定的时间差输出。
16.根据权利要求15所述的激光雷达传感器，其特征在于，
所述第一发射部和第二发射部，
控制输出时间，使得第一输出功率的激光先行并且第二输出功率的激光滞后。
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