CN117063089A - 固态激光雷达的微振镜控制方法、装置和固态激光雷达 - Google Patents

固态激光雷达的微振镜控制方法、装置和固态激光雷达 Download PDF

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Abstract

一种固态激光雷达的微振镜控制方法，包括获取固态激光雷达扫描的垂直视场角范围；确定固态激光雷达预设ROI区域对应的第一垂直视场角和第二垂直视场角；第一垂直视场角和第二垂直视场角之间的区域为预设ROI区域对应的垂直视场范用；当监测到微振镜扫描到第一垂直视场角时，降低微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度；当监测到微振镜扫描到第二垂直视场角时，调整微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；第一预设速度小于第二预设速度。通过控制MEMS微振镜的慢轴扫描速度，使ROI区域的垂直分辨率有效提高，激光雷达在ROI区域可以实现精确扫描。还提供了一种微振镜控制装置和固态激光雷达。

Description

固态激光雷达的微振镜控制方法、装置和固态激光雷达 技术领域
本申请涉及测量领域，尤其涉及一种固态激光雷达的微振镜控制方法、装置和固态激光雷达。
背景技术
基于微机电系统(Micro‐Electro‐MechanicalSystem，MEMS)微振镜技术的激光雷达具有响应快、测距分辨率高等优势。激光雷达的探测激光射向MEMS微振镜时，随着微振镜的振动，探测激光在微振镜的表面发生偏转形成视场。当微振镜进行二维振动时，形成二维视场，从而获取目标物体表面的距离信息。
现有的基于MEMS微振镜的激光雷达，通过微振镜实现对二维视场的均匀扫描，无法满足精确探测的需求。为了使激光雷达实现精确扫描，需要有效控制ROI区域的分辨率。
发明内容
本申请实施例所要解决的技术问题在于，提供一种固态激光雷达的微振镜控制方法、装置和固态激光雷达，有效控制ROI区域的分辨率，使激光雷达实现精确扫描。
第一方面，本申请提供了一种固态激光雷达的微振镜控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述固态激光雷达扫描的垂直视场角范围；
确定所述固态激光雷达预设ROI区域对应的第一垂直视场角和第二垂直视场角；其中，所述第一垂直视场角和所述第二垂直视场角之间的区域为所述预设ROI区域对应的垂直视场范围；
当监测到所述微振镜扫描到所述第一垂直视场角时，降低所述微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度；当监测到所述微振镜扫描到所述第二垂直视场角时，调整所述微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；所述第一预设速度小于 所述第二预设速度。
第二方面，本申请提供了一种固态激光雷达的微振镜控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述固态激光雷达的扫描周期；
确定所述固态激光雷达的预设ROI区域对应的所述扫描周期中的第一时刻和第二时刻；其中，所述第一时刻为扫描光路进入所述预设ROI区域的起始时刻；所述第二时刻为扫描光路离开所述预设ROI区域的结束时刻；
当监测到所述微振镜扫描到所述第一时刻时，降低所述微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度；
当监测到所述微振镜扫描到所述第二时刻时，调整所述微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；所述第一预设速度小于所述第二预设速度。
第三方面，本申请提供了一种微振镜的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述固态激光雷达扫描的垂直视场角范围；
确定模块，用于确定所述固态激光雷达预设ROI区域对应的第一垂直视场角和第二垂直视场角；其中，所述第一垂直视场角和所述第二垂直视场角的中间区域为所述ROI区域对应的垂直视场范围；
控制模块，用于当监测到所述微振镜扫描到所述第一垂直视场角时，降低所述微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度；当监测到所述微振镜扫描到所述第二垂直视场角时，调整所述微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；第一预设速度小于第二预设速度。
第四方面，本申请提供了一种微振镜的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
获取模块，用于获取所述固态激光雷达的扫描周期；
确定模块，用于确定所述固态激光雷达预设ROI区域对应的所述扫描周期中的第一时刻和第二时刻；其中，所述第一时刻为扫描光路进入ROI区域的起始时刻；所述第二时刻为扫描光路离开ROI区域的时刻；
控制模块，用于当监测到所述微振镜扫描到第一时刻时，降低所述微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度；当监测到所述微振镜扫描到第二时刻时，调 整所述微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；第一预设速度小于第二预设速度。
第五方面，本申请提供了一种固态激光雷达系统，其特征在于，所述系统包括：
发射模组，用于发射探测激光；
接收模组，用于接收回波激光；
微振镜扫描装置，用于偏转探测激光实现扫描，还用于接收所述回波激光并偏转至所述接收模组；
如前述的微振镜控制装置，用于控制微振镜扫描装置进行扫描。
在本申请实施例中，在固态激光雷达扫描的垂直视场角范围内，包括预设ROI区域的垂直视场范围，根据预设ROI区域的范围确定其起始位置对应的第一垂直视场角和结束位置对应的第二垂直视场角。微振镜扫描模组工作过程中，二维振镜沿慢轴从上一位置运动至下一位置过程中，沿快轴完成一次往复运动实现对一行视场的扫描；同理，微振镜沿慢轴继续运动至下一个位置过程中，沿快轴往复运动开始下一行视场的扫描。因此微振镜的慢轴扫描速度决定了扫描的行与行之间的间距；当微振镜的慢轴扫描速度减小，扫描的行与行之间的间距变小，垂直分辨率提高；相反，当微振镜的慢轴扫描速度增大，扫描的行与行之间的间距变大，垂直分辨率减小。当监测到微振镜扫描到第一垂直视场角时，说明此时的扫描光路进入预设ROI区域，降低微振镜的慢轴扫描速度，提高固态激光雷达扫描的垂直分辨率；当检测到微振镜扫描到第二垂直视场角时，说明此时的扫描光路离开ROI区域，将慢轴扫描速度调整至第二预设速度且第二预设速度大于第一预设速度，相比于ROI区域，减小固态激光雷达扫描的垂直分辨率。通过控制MEMS微振镜的慢轴扫描速度，实现了中间的预设ROI区域的垂直扫描更密、两侧更稀疏，使预设ROI区域的垂直分辨率有效提高，激光雷达在ROI区域可以实现精确扫描。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本申 请实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。
图1是本申请实施例提供的一种固态激光雷达的结构示意图；
图2a是本申请实施例提供的一种固态激光雷达的微振镜控制方法的流程示意图；
图2b是本申请实施例提供的视场扫描图案示意图；
图2c事本申请实施例提供的探测光束沿垂直方向的分布示意图；
图2d是本申请实施例提供的微振镜的慢轴偏转角度随时间变化的示意图；
图3是本申请实施例提供的另一种固态激光雷达的微振镜控制方法的流程示意图；
图4是本申请实施例提供的一种微振镜的控制装置的示意图；
图5是本申请实施例提供的一种微振镜的控制装置的示意图。
具体实施方式
为使得本申请实施例的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
参见图1所示，本申请的一种固态激光雷达，其包括至少一个收发组件10，该收发组件10包括：发射模组101、分束模组(图中未示出)、接收模组102。发射模组101用于发射探测激光，并射向分束模组；分束模组用于使 探测激光穿过分束模组后向外出射，还用于使同轴入射的回波激光偏转后射向接收模组102；接收模组102用于接收来自分束模组的回波激光。发射模组101发出的探测激光在穿过分束模组之后，发射到视场中；回波激光在经过分束模组偏转之后，由接收模组102接收。
基于微振镜的激光雷达还包括微振镜扫描模组103，探测激光和回波激光均射向微振镜扫描模组103，微振镜扫描模组103二维振动，用于偏转探测激光和回波激光实现对视场的探测。来自收发组件的探测激光射向微振镜扫描模组103，微振镜扫描模组103将探测激光反射偏转后向外出射，实现扫描；物体反射后返回的回波激光由微振镜扫描模组103接收后，射向收发组件，收发组件接收回波激光。
探测激光的光路和回波激光的光路同轴，但方向相反。为了方便描述，此处以探测激光的光路为例进行说明。微振镜扫描模组103包括二维振镜，二维振镜绕快轴和慢轴振动实现二维偏转。探测激光射向二维振镜，二维振镜反射探测激光后向外出射，覆盖垂直视场角范围和水平视场角范围，实现对二维视场的扫描。其中，二维振镜绕快轴振动使探测激光覆盖水平视场角范围，二维振镜绕慢轴振动使探测激光覆盖垂直视场角范围。举例来说，微振镜扫描模组103工作过程中，二维振镜沿慢轴和快轴从起始位置开始运动，探测激光此时被二维振镜反射后向外出射至视场的左上角；二维振镜沿慢轴运动至下一位置过程中，沿快轴完成一次往复运动实现对第一行视场的扫描；同理，微振镜沿慢轴运动至下一个位置过程中，沿快轴往复运动开始下一行视场的扫描。直至二维振镜沿慢轴运动至最下方的位置时，沿快轴完成一次往复运动，则完成一个扫描周期。二维振镜工作的起始位置可以是扫描周期中的任意位置，如右上角、右下角、中心位置等等；沿快轴、慢轴运动的方向也不限，如沿快轴从右向左扫描，如沿慢轴从下向上扫描。二维振镜工作的起始位置和沿快轴、慢轴的运动方向，不影响二维振镜的扫描图案和扫描周期。
固态激光雷达可以包括一个收发组件10，也可以包括多个收发组件10， 其包括收发组件10的具体数量可以根据实际使用需求而定，此处不做限定。不论是一个收发组件10，还是多个收发组件10，均共用同一个微振镜扫描模组103。由于多个收发组件10在空间上不能重叠，因此其光路分别以不同的入射角射向微振镜扫描模组103的二维振镜，经过二维振镜反射后以不同的出射角射向视场，扫描不同的视场区域。由于二维振镜的偏转角度受器件限制，每个收发组件10形成的水平视场角有限。当激光雷达需要较大的水平视场角时，例如，激光雷达需要达到的水平视场角是120°，激光雷达可以采用四个水平视场角为30°的收发组件10，并将多个收发组件10沿水平方向拼接。
请参见图2a，图2a是本申请实施例提供的一种固态激光雷达的微振镜控制方法的流程示意图，该方法包括但不限于如下步骤：
S202、获取固态激光雷达扫描的垂直视场角范围。
如前述，固态激光雷达的探测激光和回波激光通过微振镜的扫描实现二维视场的探测，微振镜绕慢轴振动覆盖垂直视场角范围。探测激光的光路和回波激光的光路同轴，但方向相反。为了方便描述，此处以探测激光的光路为例进行说明。探测激光以入射角α射向微振镜，经微振镜反射后以反射角α向外出射。微振镜受驱运动，探测激光的入射角α也不断变化，经微振镜反射后向外出射的角度也不断变化。因此，经微振镜振动形成的固态激光雷达的视场范围由微振镜的振幅决定。垂直视场角范围与微振镜的慢轴振幅成正比。
固态激光雷达在产品设计之时，根据探测需求，选用不同慢轴振幅的微振镜。因此，可以根据微振镜的型号确定其慢轴振幅，进而获取固态激光雷达的垂直视场角范围。也可以根据微振镜传感器获取慢轴振幅或者沿慢轴运动偏转的最大角度，进而获取固态激光雷达的垂直视场角范围。
在其中一个实施例中，微振镜扫描形成的垂直视场有25°，垂直视场的中心对准正前方0°位置，因此固态激光雷达的垂直视场角范围为‐12.5°～12.5°。
S203、确定固态激光雷达预设ROI区域对应的第一垂直视场角和第二垂直视场角；其中，第一垂直视场角和第二垂直视场角之间的区域为预设ROI区域 对应的垂直视场范围。
根据探测需求在固态激光雷达的视场中沿垂直方向设置预设ROI区域，对预设ROI区域进行更精确的扫描，实现“凝视”功能，即通过微振镜运动形成的扫描线束更密集。预设ROI区域的起始边界对应第一垂直视场角，结束边界对应第二垂直视场角，第一垂直视场角和第二垂直视场角之间的区域为预设ROI区域对应的垂直视场范围。通过预设ROI区域，将固态激光雷达探测的探测光束资源集中在更重要的ROI区域，垂直分辨率更高，能够对细小物体或者物体的细节特征进行准确探测；非ROI区域的垂直分辨率相应变小，可以节省后端数据处理的算法资源。
预设ROI区域的确定，可以在固态激光雷达设计时进行预设。固态激光雷达通常对正前方的区域更关注，以前述‐12.5°～12.5°垂直视场角范围为例来说，可以将固态激光雷达设计为预设ROI区域的垂直视场范围为‐3°～3°，即第一垂直视场角为3°，第二垂直视场角为‐3°。
可以理解的是，固态激光雷达的视场对准的空间与其固定位置和不同场景探测需求对应的探测范围均有关。预设ROI区域对应的第一垂直视场角和第二垂直视场角可以由固态激光雷达的固定高度和预设ROI区域对应的探测范围确定。具体的， 举例来说：当固态激光雷达安装在车顶时，固定高度在1.5m～2m；此时主要考虑车辆检测和地面线检测，可以确定需要精确探测的探测范围，即为预设ROI区域；据此可以计算出第一垂直视场角为2°，第二垂直视场角为‐6°，预设ROI区域对应的垂直视场范围为‐6°～2°。当固态激光雷达安装在车头前侧格栅位置时，固定高度在0.4m～0.6m；此时主要检测车辆和地面线，可以确定预设ROI区域；据此可以计算出第一垂直视场角为3°，第二垂直视场角为‐5°，预设ROI区域对应的垂直视场范围为‐5°～3°。
预设ROI区域的确定，还可以是自由配置的。在固态激光雷达的使用过程中接收来自上位机的位置信号，位置信号中包括第一垂直视场角和第二垂直视场角的信息。上位机可以接收自由配置的预设ROI区域，并依据此计算出预设ROI区域对应的垂直视场范围，生成位置信号；接着将位置信号发送给固态激光雷达。
上述内容公开了固态激光雷达的视场中包括一个预设ROI区域。固态激光雷达可以包括两个或者两个以上的预设ROI区域。以包括两个预设ROI区域为例进行说明，两个预设ROI区域分别为第一预设ROI区域和第二预设ROI区域；第一预设ROI区域对应第一垂直视场角和第二垂直视场角，第一垂直视场角和第二垂直视场角之间的区域为第一预设ROI区域对应的垂直视场范围；第二预设ROI区域对应第三垂直视场角和第四垂直视场角，第三垂直视场角和第四垂直视场角之间的区域为第二预设ROI区域对应的垂直视场范围。固态激光雷达包括三个、四个或者更多个预设ROI区域时，均以此类推，此处不再赘述。
S204、当监测到微振镜扫描到第一垂直视场角时，降低微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度。
由前述可知，微振镜运动对视场实现逐行扫描；微振镜沿慢轴扫描的角速度越小，每扫描完一行，微振镜沿慢轴偏转的角度越小，行与行之间的间距也越小，垂直分辨率越大。微振镜的慢轴扫描速度即为微振镜沿慢轴运动的角速度。
如前述，当微振镜扫描到第一垂直视场角时，说明探测光束进入预设ROI区域。降低微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度，第一预设速度小于初始速度；说明在预设ROI区域内，微振镜的慢轴扫描速度，小于在预设ROI区域之前的非ROI区域内，预设ROI区域的垂直分辨率大于在先的非ROI区域的垂直分辨率。微振镜扫描到第一垂直视场角时，进入预设ROI区域，降低慢轴扫描速度至第一预设速度，提高预设ROI区域的垂直分辨率。
第一预设速度可以根据需求设置。预设ROI区域所需要的垂直分辨率越大，慢轴扫描速度越小。第一预设速度可以是恒定值，也可以是步进式的取值。举例来说，第一预设速度的取值可以包括依次排列的4mrad/s、3mrad/s、2mrad/s，每个取值对应微振镜扫描两行；微振镜扫描预设ROI区域的第一、第二行的慢 轴扫描速度为4mrad/s，扫描第三、第四行的慢轴扫描速度为3mrad/s，扫描第五、第六行的慢轴扫描速度为2mrad/s，结束预设ROI区域的扫描。那么微振镜扫描预设ROI区域后形成的垂直分辨率是逐渐变大的。可以理解的是，第一预设速度的取值还可以是逐渐增大，先减小后增大，先增大后减小等等，均可根据探测过程对垂直分辨率的需求进行设置。
S205、当监测到微振镜扫描到第二垂直视场角时，调整微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；第一预设速度小于第二预设速度。
如前述，当微振镜扫描到第二垂直视场角时，说明探测光束离开预设ROI区域，将微振镜的慢轴扫描速度调整增大为第二预设速度；第一预设速度小于第二预设速度。微振镜扫描到第二垂直视场角时，离开预设ROI区域，进入预设ROI区域之后的非ROI区域，增大慢轴扫描速度至第二预设速度，减小预设ROI区域之后的非ROI区域的垂直分辨率。
预设ROI区域之前的非ROI区域记为在先非ROI区域，预设ROI区域之后的非ROI区域记为在后非ROI区域。第二预设速度可以等于初始速度，在先非ROI区域和在后非ROI区域的垂直分辨率相等。第二预设速度也可以小于初始速度，在先非ROI区域的垂直分辨率小于在后非ROI区域的垂直分辨率。第二预设速度还可以大于初始速度，在先非ROI区域的垂直分辨率大于在后非ROI区域的垂直分辨率。第二预设速度的取值可以根据探测需求设置。
在本申请实施例中，在固态激光雷达扫描的垂直视场角范围内，包括预设ROI区域的垂直视场范围，根据预设ROI区域的范围确定其起始位置对应的第一垂直视场角和结束位置对应的第二垂直视场角。微振镜扫描模组工作过程中，二维振镜沿慢轴从上一位置运动至下一位置过程中，沿快轴完成一次往复运动实现对一行视场的扫描；同理，微振镜沿慢轴继续运动至下一个位置过程中，沿快轴往复运动开始下一行视场的扫描。因此微振镜的慢轴扫描速度决定了扫描的行与行之间的间距；当微振镜的慢轴扫描速度减小，扫描的行与行之间的间距变小，垂直分辨率提高；相反，当微振镜的慢轴扫描速度增大，扫描的行与行之间的间距变大，垂直分辨率减小。当监测到微振镜扫描到第一垂直视场角时，说明此时的扫描光路进入预设ROI区域，降低微振镜的慢轴扫描速度，提高固态激光雷达扫描的垂直分辨率；当检测到微振镜扫描到第二垂直视场角 时，说明此时的扫描光路离开预设ROI区域，将慢轴扫描速度调整至第二预设速度且第二预设速度大于第一预设速度，相比于预设ROI区域，减小固态激光雷达扫描的垂直分辨率。通过控制MEMS微振镜的慢轴扫描速度，实现了中间的预设ROI区域的垂直扫描更密、两侧更稀疏，使预设ROI区域的垂直分辨率有效提高，激光雷达在ROI区域可以实现精确扫描。
在一种较优的实施方式中，固态激光雷达的正前方区域易出现其他车辆、路面、路沿、行人等重要信息，通常对前方中心区域更关注，在固态激光雷达视场的中间区域设置预设ROI区域。将固态激光雷达视场沿垂直方向分为三个区域，如图2b所示，分别为区域A、区域B和区域C，区域B即为预设ROI区域。区域B的上边界(即起始边界)对应第一垂直视场角，区域B的下边界(即结束边界)对应第二垂直视场角。微振镜的慢轴扫描速度以初始速度扫描区域A，以第一预设速度扫描区域B，以第二预设速度扫描区域C；第二预设速度等于初始速度，第一预设速度小于初始速度/第二预设速度。微振镜的快轴扫描速度保持不变。经过微振镜扫描后形成的扫描图案，如图2b所示，区域A、区域B和区域C的水平分辨率均相同，区域B的垂直分辨率大于区域A的垂直分辨率，且区域B的垂直分辨率大于区域C的垂直分辨率，区域A和区域C的垂直分辨率相同。视场的中间区域包括一个预设ROI区域，能够对前方中心区域内的物体进行更精确和精细的探测。
图2c为探测光束沿垂直方向的分布示意图，上区域为垂直视场角R 1和R 2之间的区域，∠R 1OR 2内的探测光束射向图2b中的区域A；中区域为垂直视场角R 2和R 3之间的区域，∠R 2OR 3的探测光束射向图2b中的区域B；下区域为垂直视场角R 3和R 4之间的区域，∠R 3OR 4的探测光束射向图2b中的区域C。由前述可知，微振镜沿慢轴运动至垂直视场角∠R 1OR 2内时，慢轴扫描速度为初始速度；运动至垂直视场角∠R 2OR 3内时，慢轴扫描速度为第一预设速度；运动至垂直视场角∠R 3OR 4内时，慢轴扫描速度为第二预设速度。固态激光雷达的探测光束在垂直方向上的分布，从上至下呈疏‐密‐疏的状态，满足固态激光雷达对前方中心区域更精确探测的需求。
图2d为微振镜的慢轴偏转角度随时间变化的示意图，横坐标为时间，纵坐标为微振镜沿慢轴运动时的偏转角度；坐标系中折线的斜率即为慢轴扫描速 度。1和4之间为一个探测周期，可以看出，1和2之间的线段对应在先非ROI区域(即区域A)，2和3之间的线段对应预设ROI区域(即区域B)，3和4之间的线段对应在后非ROI区域(即区域C)。2和3之间的斜率最小，说明预设ROI区域的慢轴扫描速度最小，分辨率最高。慢轴扫描速度的转折点2和3，分别对应预设ROI区域的起始边界和结束边界。4和5之间为下一个探测周期。
将固态激光雷达的视场沿垂直方向分为三个区域，中间区域的垂直分辨率最大，上下两侧区域的垂直分辨率较小；视场中包括一个预设ROI区域，满足使用过程中的探测需求，能够对前方中心区域内的物体进行更精确和精细的探测，同时上下两侧的非ROI区域垂直分辨率较小，能够减少对后端运算的占用，简化固态激光雷达的系统设计。上下两侧区域的垂直分辨率相同并小于预设ROI区域的垂直分辨率，也能够在满足探测需求的前提下，简化控制逻辑。
在一种可能的实施方式中，在上述实施例提供的一种固态激光雷达的微振镜控制方法的步骤S202之前，方法还包括：
S201、通过调整微振镜的慢轴振幅来调整固态激光雷达的垂直视场角；其中，固态激光雷达的垂直视场角与微振镜的慢轴振幅成正比。
如前述，探测激光以入射角α射向微振镜，经微振镜反射后以反射角α向外出射。微振镜受驱运动，探测激光的入射角α也不断变化，经微振镜反射后向外出射的角度也不断变化。因此，经微振镜振动形成的固态激光雷达的视场范围由微振镜的振幅决定。固态激光雷达的垂直视场角范围与微振镜的慢轴振幅成正比。当微振镜的慢轴振幅增大时，微振镜沿慢轴运动的偏转角度大，镜微振镜扫描形成的固态激光雷达的垂直视场角增大；反之亦然。
由前述内容可知，可以通过调整微振镜的慢轴扫描速度和慢轴振幅，实现不同的垂直视场特点，提高固态激光雷达探测的灵活性。举例来说：当慢轴振幅减半、慢轴扫描速度加倍时，垂直视场角减半，本因慢轴扫描速度加倍造成的垂直分辨率加倍，由于垂直视场角减半，导致垂直分辨率不变。以此类推，当慢轴振幅减半、慢轴扫描速度不变时，垂直视场角减半，垂直角分辨率加倍；适用于远距离的高分辨探测，如远距离高速雷达。当慢轴振幅减半、慢轴扫描 速度减半时，垂直视场角减半，垂直分辨率增加为原来的四倍；适用于远距离的极高分辨率探测，如远距离高速雷达。当慢轴振幅不变、慢轴扫描速度减半时，垂直视场角不变，垂直分辨率加倍；适用于低速宽视场角的高分辨率探测，如跟车雷达、倒车雷达。当慢轴振幅不变、慢轴扫描速度加倍时，垂直视场角不变，垂直分辨率减半；适用于近距离紧急情况的探测，如补盲雷达。
请参见图3，图3是本申请实施例提供的另一种固态激光雷达的微振镜控制方法的流程示意图，该方法包括但不限于如下步骤：
S301、获取固态激光雷达的扫描周期。
固态激光雷达采用微振镜实现扫描，微振镜完成一次完整的扫描即为一个扫描周期。举例来说，微振镜沿慢轴和快轴从起始位置开始运动，探测激光此时被微振镜反射后向外出射至视场的左上角；微振镜沿慢轴运动至下一位置过程中，沿快轴完成一次往复运动实现对第一行视场的扫描；同理，微振镜沿慢轴运动至下一个位置过程中，沿快轴往复运动开始下一行视场的扫描。直至微振镜沿慢轴运动至最下方的位置时，沿快轴完成一次往复运动，并回到起始位置，则完成一个扫描周期。由此可以看出，微振镜的慢轴完成从起始位置到结束位置，并回到起始位置即为一个扫描周期。
慢轴扫描频率为单位时间内微振镜的慢轴完成扫描的次数，单位时间可以为100ms。固态激光雷达的帧率指的是经过单位时间，固态激光雷达完成完整扫描的次数，并将单位时间内的多次完整扫描得到的数据打包后上传至上位机。当慢轴扫描频率的单位时间与帧率的单位时间相同时，慢轴扫描频率＝固态激光雷达的帧率。
S302、确定固态激光雷达的预设ROI区域对应的扫描周期中的第一时刻和第二时刻；其中，第一时刻为扫描光路进入预设ROI区域的起始时刻；第二时刻为扫描光路离开预设ROI区域的结束时刻。
根据探测需求在固态激光雷达的视场中沿垂直方向设置预设ROI区域。第一时刻为扫描光路进入预设ROI区域的起始时刻，第二时刻为扫描光路离开预设ROI区域的结束时刻。固态激光雷达内部设置有时钟，在一个探测周期内， 时钟计时到达第一时刻，扫描光路则进入预设ROI区域；反之，时钟计时到达第二时刻，扫描光路则离开预设ROI区域。
由于固态激光雷达在设计时已选定微振镜的型号，因此微振镜的快轴扫描频率已知，即微振镜扫描完一行所需的单位时间是已知的。快轴扫描频率和快轴振幅均保持不变的前提下，初始时刻到第一时刻经过△T1，微振镜已扫描完的行数可以通过计算得到；扫描光路进入预设ROI区域之前的初始扫描速度也是已知的，即为探测光束扫描的行与行之间的间隔已知。由此可知，在探测周期内的时刻与微振镜的扫描位置是对应的，因此通过时钟确定第一时刻、第二时刻，即为确定了预设ROI区域在固态激光雷达的视场中的起始位置和结束位置。
预设ROI区域也可以包括多个，每个预设ROI区域均包括扫描光路进入预设ROI区域和离开ROI区域的起始时刻和结束时刻。
S303、当监测到微振镜扫描到第一时刻时，降低微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度。
当微振镜扫描到第一时刻时，说明探测光束进入预设ROI区域。降低微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度，第一预设速度小于初始速度，提高预设ROI区域的垂直分辨率。
关于第一预设速度的设置方式与前述实施例步骤204所述的内容相似，此处不再赘述。
S304、当监测到微振镜扫描到第二时刻时，调整微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；第一预设速度小于第二预设速度。
当微振镜扫描到第二时刻时，说明探测光束离开预设ROI区域，进入预设ROI区域之后的非ROI区域，将微振镜的慢轴扫描速度调整增大为第二预设速度，减小预设ROI区域之后的非ROI区域的垂直分辨率。
关于第二预设速度的设置方式与前述实施例步骤205所述的内容相似，此处不再赘述。
在本申请实施例中，在固态激光雷达扫描的扫描周期内，包括预设ROI区域的扫描时间范围，根据预设ROI区域的范围确定其起始时刻对应的第一时刻和结束时刻对应的第二时刻。当监测到微振镜扫描到第一时刻时，说明此时 的扫描光路进入预设ROI区域，降低微振镜的慢轴扫描速度，提高固态激光雷达扫描的垂直分辨率；当检测到微振镜扫描到第二时刻时，说明此时的扫描光路离开预设ROI区域，将慢轴扫描速度调整至第二预设速度且第二预设速度大于第一预设速度，相比于预设ROI区域，减小固态激光雷达扫描的垂直分辨率。通过控制MEMS微振镜的慢轴扫描速度，实现了中间的预设ROI区域的垂直扫描更密、两侧更稀疏，使预设ROI区域的垂直分辨率有效提高，激光雷达在ROI区域可以实现精确扫描。
上述图2a详细阐述了本申请实施例的一种固态激光雷达的微振镜控制方法，下面提供了本申请实施例的一种微振镜的控制装置(以下简称装置4)。
图4所示的装置4可以实现图2a所示实施例的微振镜的控制装置，装置4包括：
获取模块，用于获取固态激光雷达扫描的垂直视场角范围；
确定模块，用于确定固态激光雷达预设ROI区域对应的第一垂直视场角和第二垂直视场角；其中，第一垂直视场角和第二垂直视场角的中间区域为ROI区域对应的垂直视场范围；
控制模块，用于当监测到微振镜扫描到第一垂直视场角时，降低微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度；当监测到微振镜扫描到第二垂直视场角时，调整微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；第一预设速度小于第二预设速度。
在一种可能的实施方式中，固态激光雷达扫描的垂直视场角范围为‐12.5°～12.5°。
在一种可能的实施方式中，预设ROI区域对应的第一垂直视场角和第二垂直视场角由固态激光雷达的固定高度和预设ROI区域对应的探测范围确定。
在一种可能的实施方式中，控制装置还包括：
调整单元，用于通过调整微振镜的慢轴振幅来调整固态激光雷达的垂直视场范围；其中，所述固态激光雷达的垂直视场范围和所述慢轴振幅成正比。
本申请实施例和图2a的方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果也相同，具体过程可参照图2a的方法实施例的描述，此处不再赘述。
上述图3详细阐述了本申请实施例的另一种固态激光雷达的微振镜控制方法，下面提供了本申请实施例的另一种微振镜的控制装置(以下简称装置5)。
图5所示的装置5可以实现图3所示实施例的微振镜的控制装置，装置5包括：
获取模块，用于获取固态激光雷达的扫描周期；
确定模块，用于确定固态激光雷达预设ROI区域对应的扫描周期中的第一时刻和第二时刻；其中，第一时刻为扫描光路进入ROI区域的起始时刻；第二时刻为扫描光路离开ROI区域的时刻；
控制模块，用于当监测到微振镜扫描到第一时刻时，降低微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度；当监测到微振镜扫描到第二时刻时，调整微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；第一预设速度小于第二预设速度。
在一种可能的实施方式中，固态激光雷达的扫描周期为：
在一种可能的实施方式中，固态激光雷达的慢轴扫描频率为5Hz～20Hz。
本申请实施例和图3的方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果也相同，具体过程可参照图3的方法实施例的描述，此处不再赘述。
所述装置4和装置5可以为实现相关功能的现场可编程门阵列(field‐programmable gate array，FPGA)，专用集成芯片，系统芯片(system on chip，SoC)，中央处理器(central processor unit，CPU)，网络处理器(network processor，NP)，数字信号处理电路，微控制器(micro controller unit，MCU)，还可以采用可编程控制器(programmable logic device，PLD)或其他集成芯片。
处理器可以是中央处理器(central processing unit，CPU)，网络处理器(network processor，NP)或者CPU和NP的组合。
处理器还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(application‐specific integrated circuit，ASIC)，可编程逻辑器件(programmable logic device，PLD)或其组合。上述PLD可以是复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，CPLD)，现场可编程逻辑门阵列(field‐programmable gate array，FPGA)，通用阵列逻辑(generic array logic，GAL)或其任意组合。
存储器可以包括易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取存储器(random‐access memory，RAM)；存储器也可以包括非易失性存储器(non‐volatile memory)，例如快闪存储器(flash memory)，硬盘(hard disk drive，HDD)或固态硬盘(solid‐state drive，SSD)；存储器还可以包括上述种类的存储器的组合。
本申请实施例还提供了一种固态激光雷达系统，系统包括：
发射模组，用于发射探测激光；
接收模组，用于接收回波激光；
微振镜扫描装置，用于偏转探测激光实现扫描，还用于接收回波激光并偏转至接收模组；
如前述实施例所述的微振镜控制装置4或装置5，用于控制微振镜扫描装置进行扫描。
本申请实施例还提供了一种计算机存储介质，存储有计算机程序，该计算机程序用于执行上述实施例提供的固态激光雷达的微振镜控制方法。
本申请实施例还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例提供的固态激光雷达的微振镜控制方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD‐ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设 备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

Claims (16)

  1. 一种固态激光雷达的微振镜控制方法，其特征在于，所述方法包括：
    获取所述固态激光雷达扫描的垂直视场角范围；
    确定所述固态激光雷达预设ROI区域对应的第一垂直视场角和第二垂直视场角；其中，所述第一垂直视场角和所述第二垂直视场角之间的区域为所述预设ROI区域对应的垂直视场范围；
    当监测到所述微振镜扫描到所述第一垂直视场角时，降低所述微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度；当监测到所述微振镜扫描到所述第二垂直视场角时，调整所述微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；所述第一预设速度小于所述第二预设速度。
  2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固态激光雷达扫描的垂直视场角范围为‐12.5°～12.5°。
  3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设ROI区域对应的所述第一垂直视场角和所述第二垂直视场角由所述固态激光雷达的固定高度和所述预设ROI区域对应的探测范围确定。
  4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述固态激光雷达扫描的垂直视场角范围之前，所述方法还包括：
    通过调整所述微振镜的慢轴振幅来调整所述固态激光雷达的垂直视场角；其中，所述固态激光雷达的垂直视场角与所述微振镜的所述慢轴振幅成正比。
  5. 一种固态激光雷达的微振镜控制方法，其特征在于，所述方法包括：
    获取所述固态激光雷达的扫描周期；
    确定所述固态激光雷达的预设ROI区域对应的所述扫描周期中的第一时刻和第二时刻；其中，所述第一时刻为扫描光路进入所述预设ROI区域的起始时刻；所述第二时刻为扫描光路离开所述预设ROI区域的结束时刻；
    当监测到所述微振镜扫描到所述第一时刻时，降低所述微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度；
    当监测到所述微振镜扫描到所述第二时刻时，调整所述微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；所述第一预设速度小于所述第二预设速度。
  6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取所述固态激光雷达的扫描周期包括：
    获取所述固态激光雷达的慢轴扫描频率；
    所述固态激光雷达的扫描周期为：扫描周期＝1/慢轴扫描频率。
  7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述固态激光雷达的慢轴扫描频率为5Hz～20Hz。
  8. 一种微振镜的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
    获取模块，用于获取所述固态激光雷达扫描的垂直视场角范围；
    确定模块，用于确定所述固态激光雷达预设ROI区域对应的第一垂直视场角和第二垂直视场角；其中，所述第一垂直视场角和所述第二垂直视场角的中间区域为所述ROI区域对应的垂直视场范围；
    控制模块，用于当监测到所述微振镜扫描到所述第一垂直视场角时，降低所述微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度；当监测到所述微振镜扫描到所述第二垂直视场角时，调整所述微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；第一预设速度小于第二预设速度。
  9. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述固态激光雷达扫描的垂直视场角范围为‐12.5°～12.5°。
  10. 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述预设ROI区域对应的所述第一垂直视场角和所述第二垂直视场角由所述固态激光雷达的固定高度和所述预设ROI区域对应的探测范围确定。
  11. 根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述控制装置还包括：
    调整单元，用于通过调整所述微振镜的慢轴振幅来调整所述固态激光雷达的垂直视场范围；其中，所述固态激光雷达的垂直视场范围和所述慢轴振幅成正比。
  12. 一种微振镜的控制装置，其特征在于，所述装置包括：
    获取模块，用于获取所述固态激光雷达的扫描周期；
    确定模块，用于确定所述固态激光雷达预设ROI区域对应的所述扫描周期中的第一时刻和第二时刻；其中，所述第一时刻为扫描光路进入ROI区域的起始时刻；所述第二时刻为扫描光路离开ROI区域的时刻；
    控制模块，用于当监测到所述微振镜扫描到第一时刻时，降低所述微振镜的慢轴扫描速度为第一预设速度；当监测到所述微振镜扫描到第二时刻时，调整所述微振镜的慢轴扫描速度为第二预设速度；第一预设速度小于第二预设速度。
  13. 根据权利要求12中所述的装置，其特征在于，所述获取模块具体用于获取所述固态激光雷达的慢轴扫描频率；
    所述固态激光雷达的扫描周期为：
  14. 根据权利要求12中所述的控制装置，其特征在于，所述固态激光雷达的慢轴扫描频率为5Hz～20Hz。
  15. 一种固态激光雷达系统，其特征在于，所述系统包括：
    发射模组，用于发射探测激光；
    接收模组，用于接收回波激光；
    微振镜扫描装置，用于偏转探测激光实现扫描，还用于接收所述回波激光并偏转至所述接收模组；
    如权利要求8‐11所述的微振镜控制装置，用于控制微振镜扫描装置进行扫描。
  16. 一种固态激光雷达系统，其特征在于，所述系统包括：
    发射模组，用于发射探测激光；
    接收模组，用于接收回波激光；
    微振镜扫描装置，用于偏转探测激光实现扫描，还用于接收回波激光并偏转至接收模组；
    如权利要求12‐14所述的微振镜的控制装置，用于控制微振镜扫描装置进行扫描。
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