CN206362929U - 激光雷达以及激光雷达测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种激光雷达以及激光雷达测量装置，涉及雷达技术领域，该激光雷达包括依次设置的环形激光光束发射系统、接收成像系统以及信息处理器；其中，所述发射系统用于发射激光光束并将该光束投射在被测量物体上；所述接收成像系统与所述发射系统相对设置，所述接收成像系统用于接收投射在被测量物体上的激光光束并成像；所述信息处理器用于定位激光光束在接收成像系统的成像位置并计算被测量物体的精确位置。该激光雷达以及激光雷达测量装置能够克服传统的激光雷达不能适用的恶劣环境。
Description
技术领域
本实用新型涉及雷达技术领域，尤其是涉及一种激光雷达以及激光雷达测量装置。
背景技术
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收成像系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收成像系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波两种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。
现有的激光雷达主要基于三角法，如图2所示，其原理是激光打在被测物体上时，由于距离z不同，导致激光光斑在成像器件上的位置x不同，通过测量x的位置即可反推z的精确数值，获取物体到激光器的距离。由于三角法一次通常只能测量一个点的距离，因此在实际工程测量中，经常利用旋转机构带动激光器与成像器件进行快速扫描来完成全景的距离测量。
旋转机构通常具有可靠性差、功耗高的缺点，因此基于上述技术的激光雷达不适用于恶劣的工作环境。对于一些颠簸强烈以及对功耗有严格要求的恶劣环境下，具有旋转机构的激光雷达不能适用。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种激光雷达以及激光雷达测量装置，很大程度上解决了上述问题。
本实用新型的第一目的在于提供一种激光雷达。
本实用新型的第二目的在于提供一种激光雷达测量装置。
一方面，本实用新型提供的一种激光雷达，包括依次设置的环形激光光束发射系统、接收成像系统以及信息处理器；其中，
所述发射系统用于发射激光光束并将该光束投射在被测量物体上；
所述接收成像系统与所述发射系统相对设置，所述接收成像系统用于接收投射在被测量物体上的激光光束并成像；
所述信息处理器用于定位激光光束在接收成像系统的成像位置并计算被测量物体的精确位置。
进一步地，所述发射系统为环形激光器，所述接收成像系统为摄像头。
进一步地，所述信息处理器为图像信号处理器。
进一步地，所述环形激光器与摄像头之间设置有用于对激光光束进行编码调制的激光调制器。
进一步地，所述激光调制器和摄像头之间设有用于聚焦激光光束的反射镜组。
进一步地，所述摄像头的镜头面与所述环形激光器为相对设置。
进一步地，所述摄像头与图像信号处理器为电连接。
进一步地，所述图像信号处理器包括依次通过电连接的激光脉冲解码模块、激光定位模块和映射世界坐标模块；其中，
所述激光脉冲解码模块用于提取激光条带；
所述激光定位模块用于对提取的激光条带进行细化操作，提取精光条带的骨架图，获取激光条带的精确位置；
所述映射世界坐标模块用于对获取的激光条带的精确位置进行标定，获取激光条带像素到光源中心的距离，通过标定参数，转换为世界坐标系的真实距离，从而获得被测量物体的精确位置。
进一步地，所述环形激光器为沿竖直方向自其底端至其顶端的任意一个水平面上能够360度辐射环形激光束的激光器。
另一方面，本实用新型还提供一种激光雷达测量装置，包括所述的激光雷达。
与现有技术相比，本实用新型能够达到以下有益效果：
本实用新型提供的激光雷达，包括依次设置的环形激光光束发射系统、接收成像系统以及信息处理器；其中，所述发射系统用于发射激光光束并将该光束投射在被测量物体上；所述接收成像系统与所述发射系统相对设置，所述接收成像系统用于接收投射在被测量物体上的激光光束并成像；所述信息处理器用于定位激光光束在接收成像系统的成像位置并计算被测量物体的精确位置，发射系统能够发射环形激光光束，相较于以往的旋转机构带动激光器转动，大大简化了结构，而且它还可以适应一些颠簸强烈以及对功耗有严格要求的恶劣环境，由于其为固态激光雷达，没有复杂的结构，即使面对颠簸或者恶劣环境，也不会出现结构散落等情况，结构稳定性好。
另外，本实用新型提供的激光雷达测量装置，其包括所述的激光雷达，因此其具有激光雷达的所有优点，在此就不赘述，此外，整个系统不需要任何机械结构，属于固态激光雷达，相比传统扫描型激光雷达拥有跟高的可靠性，结构更加紧凑。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例一提供的激光雷达的结构示意图；
图2为本实用新型背景技术中提及的基于三角法测量距离的激光雷达原理图；
图3为基于图1的本实用新型实施例一提供的环形激光器和被测物体的结构示意图；
图4为基于图1的本实用新型实施例一提供的激光光束经过激光调制器后的工作状态；
图5为基于图1的本实用新型实施例一提供的反射镜组的聚光效果图；
图6为基于图1的本实用新型实施例一提供的摄像头最后成像的效果图；
图7为基于图1的本实用新型实施例一提供的图像信号处理器的内部结构示意图。
标记：1－发射系统；2－激光调制器；3－接收成像系统；4－信息处理器；5－反射镜组；6－激光光束；7－成像激光源；402－激光解码脉冲模块；403－激光定位模块；404－映射世界坐标模块；61－第一激光光束；62－第二激光光束。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，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。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。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实用新型中的具体含义。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
实施例一
如图1所示，本实施例提供的一种激光雷达，包括依次设置的环形激光光束发射系统1、接收成像系统3以及信息处理器4；其中，所述发射系统1用于发射激光光束6并将该光束投射在被测量物体上；所述接收成像系统3与所述发射系统1相对设置，所述接收成像系统3用于接收投射在被测量物体上的激光光束并成像；所述信息处理器4用于定位激光光束6在接收成像系统3的成像位置并计算被测量物体的精确位置。
需要指出的是，本实施例提供一种激光雷达，其包括依次设置的发射系统1、接收成像系统3以及信息处理器4；其中，所述发射系统1与接收成像系统3为相对设置，其目的在于，接收成像系统3能够直接接收发射系统1并在接收成像系统3上成像，便于后期计算物体的距离或形状；所述发射系统1能够发射环形激光光束6，相较于以往的旋转机构带动激光器转动，大大简化了结构，而且它还可以适应一些颠簸强烈以及对功耗有严格要求的恶劣环境，由于其为固态激光雷达，没有复杂的结构，即使面对颠簸或者恶劣环境，也不会出现结构散落等情况，结构稳定性好。
具体地，下面针对本实施例中的激光雷达的内部结构进行详细分析：
对于接收成像系统3而言，所述接收成像系统3为摄像头。
需要指出的是，接收成像系统3还可以为望远镜或者各种形式的光电探测器，在此就不赘述。
对于信息处理器4而言，所述信息处理器4为图像信号处理器。
优选地，所述环形激光器与摄像头之间设置有用于对激光光束6进行编码调制的激光调制器2。
需要指出的是，如图4所示，为了使激光光束6更容易辨别，激光光束6在发射之前需要经过激光调制器2编码调制。图4中，位于左侧的激光光束6为原始激光光束6工作状态(常亮)，经过激光调制器2编码调制后，位于右侧的激光光束6为编码调制后的激光光束6工作状态(编码)。
此外，所述激光调制器2和摄像头之间设有用于聚焦激光光束6的反射镜组5。
需要指出的是，如图5所示，通常情况下，摄像头镜头视场有限，当物体远离激光光源时，激光投射线无法进入相机视场，因此需要在镜头上方安装反射镜，将视场边缘的投射光束汇聚到相机视场中心，增加激光雷达的有效工作距离。
由于传统摄像头镜头视场有限，距离激光光源中心较远的第一激光光束61无法进入相机视场；能进入视场的远距离光束也会处于相机视场边缘，收到相机视场边缘效应的影响，信号衰减严重。而本实施例中的第二激光光束62由于经过了反射镜组5的反射，光线的方向发生变化，使得最后的光线汇聚进入视场中心，提高测量范围和精度。
还需要指出的是，通过设置的反射镜组5，将不能进入相机视场或位于相机视场边缘的激光光束6反射至视场中心，提高激光雷达的测量范围与测量精度。
请继续参考图1，所述摄像头的镜头面与所述环形激光器为相对设置。
需要指出的是，摄像头(视场角通常较大)的镜头面向环形激光器，镜头主光路与环形激光器主光路重合。便于接收投射在被测量物体上的激光光束6并成像。
具体地，所述摄像头与图像信号处理器为电连接。
需要指出的是，如图7所示，所述图像信号处理器包括依次通过电连接的激光解码脉冲模块402、激光定位模块403和映射世界坐标模块404；其中，
所述激光解码脉冲模块402用于提取激光条带，输入激光调制器2一个调制周期的图像序列，对图像进行相应的颜色增强，通过判断每一个像素的明暗变化是否符合激光调制的规律来判断该像素是否位于激光光束6上；
所述激光定位模块403用于对提取的激光条带进行细化操作(上一步骤提取的激光条带通常会比较粗)，提取精光条带的骨架图，获取激光条带的精确位置；
所述映射世界坐标模块404用于对获取的激光条带的精确位置进行标定，获取激光条带像素到光源中心的距离，通过标定参数，转换为世界坐标系的真实距离，从而获得被测量物体的精确位置。
本实施例中，通过计算激光投射线到成像中心的距离，即可通过三角法公式反推物体到环形激光光源的精确距离。广角摄像头接收到图像后，将图像发送给图像信号处理器，通过图像处理的方法，从图像中定位激光投射线的准确位置。
如图1和图3所示，所述环形激光器为沿竖直方向自其底端至其顶端的任意一个水平面上能够360度无死角辐射环形激光束的激光器。
需要指出的是，请继续参考图1和图3，环形激光器为水平向周围360°方向无死角辐射环形激光，代替传统旋转机构将激光线投射在被测量物体上。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例还提供一种激光雷达测量装置，包括所述的激光雷达。
下面针对本实施例中的激光雷达测量装置的具体结构进行详细分析：
本实施例中，除了上述的激光雷达，还包括被测物体，被测物体一般设置在环形激光器的周围，其与环形激光器的距离不超过激光光束6的辐射距离。
需要指出的是，本实用新型提供的激光雷达测量装置，其包括所述的激光雷达，因此其具有激光雷达的所有优点，在此就不赘述，此外，整个系统不需要任何机械结构，属于固态激光雷达，相比传统扫描型激光雷达拥有更高的可靠性，结构更加紧凑。
还需要指出的是，本实施例提供的激光雷达测量装置，其具体结构已经作为现有技术公开过，在此就不赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种激光雷达，其特征在于，包括依次设置的环形激光光束发射系统、接收成像系统以及信息处理器；其中，
所述发射系统用于发射激光光束并将该光束投射在被测量物体上；
所述接收成像系统与所述发射系统相对设置，所述接收成像系统用于接收投射在被测量物体上的激光光束并成像；
所述信息处理器用于定位激光光束在接收成像系统的成像位置并计算被测量物体的精确位置。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射系统为环形激光器，所述接收成像系统为摄像头。
3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述信息处理器为图像信号处理器。
4.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述环形激光器与摄像头之间设置有用于对激光光束进行编码调制的激光调制器。
5.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述激光调制器和摄像头之间设有用于聚焦激光光束的反射镜组。
6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述摄像头的镜头面与所述环形激光器为相对设置。
7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述摄像头与图像信号处理器为电连接。
8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述图像信号处理器包括依次通过电连接的激光脉冲解码模块、激光定位模块和映射世界坐标模块；其中，
所述激光脉冲解码模块用于提取激光条带；
所述激光定位模块用于对提取的激光条带进行细化操作，提取精光条带的骨架图，获取激光条带的精确位置；
所述映射世界坐标模块用于对获取的激光条带的精确位置进行标定，获取激光条带像素到光源中心的距离，通过标定参数，转换为世界坐标系的真实距离，从而获得被测量物体的精确位置。
9.根据权利要求1－8任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述环形激光器为沿竖直方向自其底端至其顶端的任意一个水平面上能够360度辐射环形激光束的激光器。
10.一种激光雷达测量装置，其特征在于，包括权利要求1－9任一项所述的激光雷达。
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| CN201720067652.6U CN206362929U (zh) | 2017-01-18 | 2017-01-18 | 激光雷达以及激光雷达测量装置 |
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| CN107991685A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-05-04 | 杭州电子科技大学 | 基于线激发光源的面探测激光荧光雷达及探测方法 |
| CN110231628A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-09-13 | 东莞市光劲光电有限公司 | 一种三维激光雷达及其定位方法 |
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