CN219695462U - 激光探测环境感知装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种激光探测环境感知装置，涉及激光探测设备领域，其包括机体；激光探测机构，设于所述机体上，所述激光探测机构包括：激光器和光电探测组件，所述激光器设有两个，两个所述激光器相对设置于所述机体上，不同的所述激光器发射激光的波段不同，所述光电探测组件设于所述机体上且设有两组，两组所述光电探测组件与两个激光器一一对应，所述光电探测组件用于将激光的光信号转化为电信号；控制机构，与所述光电探测组件电连接，所述控制机构用于将电信号进行分析后得到环境感知信息。本实用新型具有能够实现高效率多光谱主动探测和提高探测效率的效果。

Description

激光探测环境感知装置

技术领域

本公开涉及激光探测设备的技术领域，尤其涉及激光探测环境感知装置。

背景技术

自动驾驶汽车可通过环境感知装置实现对周围环境的感知，进行自主控制与导航，从而带领乘客到达目的地。

目前，环境感知装置通常采用激光雷达进行探测，通过测定传感器发射器与目标物体之间的传播距离，分析目标物体表面的反射能量大小、反射波谱的幅度、频率和相位等信息，从而呈现出目标物精确的三维结构信息。但现有的环境感知装置中激光探测系统的探测目标单一，限制了环境感知装置的应用。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型提供了激光探测环境感知装置，以改善环境感知装置探测目标单一，探测效率和精度低的问题。

本实用新型提供了一种激光探测环境感知装置，包括：机体；激光探测机构，设于机体上，激光探测机构包括：激光器和光电探测组件，激光器设有两个，两个激光器相对设置于机体上，不同的激光器发射激光的波段不同，光电探测组件设于机体上且设有两组，两组光电探测组件与两个激光器一一对应，光电探测组件用于将激光的光信号转化为电信号；控制机构，与光电探测组件电连接，控制机构用于将电信号进行分析后得到环境感知信息。

可选地，激光探测机构还包括：激光分束器，设有两个，两个激光分束器与两个激光器一一对应，激光分束器位于激光的发射路径上，激光分束器用于对一束激光进行准直和分束；扫描组件，设于机体上，扫描组件用于接收激光准直分束器输出的另一束激光并进行扫描；光学调节组件，设有两组，两组光学调节组件与两个激光器一一对应，光学调节组件位于激光分束器远离激光器的一侧，光学调节组件用于接收扫描组件输出的多束激光并进行准直合束。

可选地，扫描组件包括：多面扫描转镜，两个激光分束器均匀布设于多面扫描转镜的周侧，多面扫描转镜位于激光分束器远离激光器的一侧；转台，机体转动设置于转台上，机体的转动轴线竖直；驱动件，驱动件设于转台上，驱动件用于驱动机体转动。

可选地，光学调节组件包括：第一反射镜，第一反射镜由靠近多面扫描转镜的一侧朝向远离多面扫描转镜的一侧倾斜向下布设；第二反射镜，第二反射镜的布设方向与第一反射镜的布设方向相平行；汇聚透镜，设于机体上，汇聚透镜位于第一反射镜和第二反射镜之间。

可选地，光电探测组件包括：第一光电探测器，设于机体上，第一光电探测器与控制机构电连接，第一光电探测器用于接收激光分束器输出的一束激光；第二光电探测器，设于机体上，第二光电探测器位于第二反射镜输出激光的光路上，第二光电探测器与控制机构电连接，第二光电探测器用于将激光分束器输出的另一束激光的光信号转换为电信号。

可选地，光学调节组件还包括：滤光片，滤光片设有两个，两个滤光片设于机体上且与两个激光器一一对应，滤光片位于第二反射镜和第二光电探测器之间，且滤光片位于第二反射镜输出激光的光路上。

可选地，控制机构包括：处理器，处理器设于机体上，处理器与第二光电探测器电连接；上位机，上位机独立于机体设置，处理器和第一光电探测器均与上位机电连接。

可选地，还包括：GPS天线，GPS天线设于机体的顶部。

可选地，一个激光器能够发射1064nm的激光，另一个激光器能够发射1550nm的激光。

可选地，多面扫描转镜为八面扫描转镜。

可选地，第二光电探测器为雪崩二极管阵列探测器。

本实用新型实施例采用的上述至少一个技术方案至少包括以下有益效果：

通过激光探测机构中的两个激光器，可进行高效率多光谱主动探测，实现对环境中不同目标的探测识别，提高该装置的适用性；

通过转台和多面扫描转镜相配合，能够进行水平方向360度，垂直方向大视场范围扫描，实现全空域的探测；

采用雪崩二极管阵列光电探测器进行多点扫描，具有雪崩增益大，响应速度快特点，保证点云密度的同时提高了探测效率，提高三维成像速度和能力，具备全天时环境三维成像、目标快速感知与识别能力。

附图说明

为了更完整地理解本实用新型及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：

图1示意性示出了本实用新型实施例提供的激光探测环境感知装置的整体结构示意图；

图2示意性示出了本实用新型实施例提供的激光探测机构的结构示意图；

图3示意性示出了本实用新型实施例提供的激光探测机构和控制机构之间的连接结构示意图；

图4示意性示出了本实用新型实施例提供的光学调节组件的结构示意图。

【附图标记说明】

1-机体；2-激光探测机构；21-激光器；22-光电探测组件；221-第一光电探测器；222-第二光电探测器；23-激光分束器；24-扫描组件；241-多面扫描转镜；242-转台；243-驱动件；25-光学调节组件；251-第一反射镜；252-第二反射镜；253-汇聚透镜；254-滤光片；26-激光准直仪；3-控制机构；31-处理器；32-上位机；4-GPS天线。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。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。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本实用新型。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

本实用新型实施例提供一种激光探测环境感知装置。

图1示意性示出了根据本实用新型实施例的激光探测环境感知装置的结构示意图。

参照图1，该激光探测环境感知装置例如可以包括：机体1、激光探测机构2、控制机构3和GPS天线4。

根据本实用新型实施例，GPS天线4设于机体1的顶部，GPS天线4用于提供目标的位置信息，且与点云信息做多源融合处理；激光探测机构2设于机体1上，激光探测机构2用于向环境发射激光和接收经物体反射后的激光，并将反射激光的光信号转换为电信号后传输至控制机构3；控制机构3独立于机体1设置，GPS天线4和激光探测机构2均与控制机构3电连接，控制机构3用于接收激光探测机构2的信息进行分析后，得到环境感知信息。

图2示意性示出了本实用新型实施例提供的激光探测机构2的结构示意图；图3示意性示出了本实用新型实施例提供的激光探测机构2和控制机构3之间的连接结构示意图。

根据本实用新型实施例，参照图2和图3，激光探测机构2包括：激光器21、激光分束器23、扫描组件24、光学调节组件25和光电探测组件22。

激光器21设有两个，两个激光器21沿机体1的周侧均匀间隔布设，不同的激光器21发射激光的波段不同；激光分束器23设有两个，两个激光分束器23与两个激光器21一一对应，激光分束器23位于激光的发射路径上，激光分束器23用于对一束激光进行分束；扫描组件24，设于机体1上，扫描组件24用于接收激光分束器23输出的一束激光并进行扫描；光学调节组件25，设有两组，两组光学调节组件25与两个激光器21一一对应，光学调节组件25位于激光分束器23远离激光器21的一侧，光学调节组件25用于接收扫描组件24输出的多束激光并进行准直合束；光电探测组件22设于机体1上且设有两组，两组光电探测组件22与两个激光器21发出的探测激光光束一一对应，光电探测组件22用于将激光的光信号转化为电信号，光电探测组件22与控制机构3电连接。

具体地，激光器21设置有两个，一个激光器21能够发射1064nm的激光，另一个激光器21能够发射1550nm的激光，两个激光器21相对安装于机体1上，激光分束器23设有两个，两个激光分束器23分别与两个激光器21一一对应，两个激光器21分束器位于两个激光器21相靠近的一侧，一个激光器21与一个激光分束器23之间设有激光准直仪26，激光准直仪26安装于机体1上，扫描组件24位于两个激光分束器23之间，光学调节组件25设有两组，两组光学调节组件25与两个激光器21一一对应，光电探测组件22设有两组，两组光电探测延与两个激光器21一一对应。需要说明的是，本实用新型实施例中不对激光器21的数量做具体的限定，可以根据实际需求增加激光器21的数量，以满足不同的激光探测，保证激光器21与激光分束器23、激光准直仪26、光学调节组件25和光电探测组件22的数量一致即可。

可以理解的是，激光器21发射激光，激光准直仪26将激光器21发出的激光进行准直后送入激光分束器23，激光分束器23将准直后的激光进行分为两束，其中一束激光送入光电探测组件22进行探测，另一束激光送入扫描组件24处进行全域扫描后经光学调节组件25进行准直合束后送入光电探测组件22，光电探测组件22将激光的光信号转化为电信号后传输至控制机构3进行信息分析，得到环境感知信息；其中两个激光器21发射不同波长的激光能够使该装置对不同的物体进行探测，提高该装置的探测效率和应用范围。

根据本实用新型实施例，参照图2和图3，扫描组件24包括：多面扫描转镜241，两个激光分束器23均匀布设于多面扫描转镜241的周侧，多面扫描转镜241位于激光分束器23远离激光器21的一侧；转台242，机体1转动设置于转台242上，机体1的转动轴线竖直；驱动件243，驱动件243设于转台242上，驱动件243用于驱动机体1转动。

具体地，多面扫描转镜241为八面扫描转镜，八面扫描转镜位于两个激光分束器23之间，转台242设于机体1的底部，机体1与转台242之间竖直转动连接，驱动件243为伺服电机，伺服电机设于转台242内，伺服电机的输出端与机体1固定连接。

可以理解的是，经激光分束器23送入扫描组件24处的激光经八面扫描转镜反射，同时随着伺服电机驱动机体1转动，机体1带动八面扫描转镜同步转动，激光在水平方向实现全周扫描，在竖直方向实现大视场角度扫描(80度)，从而完成激光的大空域探测，八面扫描转镜将激光反射后送入光学调节组件25，光学调节组件25将反射后的多束激光进行准直合束送入光电探测组件22。

图4示意性示出了本实用新型实施例提供的光学调节组件的结构示意图。

根据本实用新型实施例，参照图3和图4，光学调节组件25包括：第一反射镜251，第一反射镜251由靠近多面扫描转镜241的一侧朝向远离多面扫描转镜241的一侧倾斜向下布设；第二反射镜252，第二反射镜252的布设方向与第一反射镜251的布设方向相平行；汇聚透镜253，设于机体1上，汇聚透镜253位于第一反射镜251和第二反射镜252之间；滤光片254，滤光片254设有两个，两个滤光片254设于机体1上且与两个激光器21一一对应，滤光片254位于第二反射镜252输出激光的光路上。

可以理解的是，多束激光经第一反射镜251进行第一次反射调整传输方向进入汇聚透镜253进行准直合束，合束后的激光传输至第二反射镜252后被第二次反射再次调整传输方向送入滤光片254，滤光片254滤除激光中的环境噪声后输出至光电探测组件22中。需要说明的是，可以根据实际八面扫描转镜、汇聚透镜253和滤光片254之间的布设位置，决定是否使用第一反射镜251和第二反射镜252，在八面扫描转镜、汇聚透镜253和滤光片254之间布设位置合适的情况下，可以不适用第一反射镜251和第二反射镜252，第一反射镜251和第二反射镜252只是作为八面扫描转镜、汇聚透镜253和滤光片254之间激光传输方向的调节工具。

根据本实用新型实施例，参照图3和图4，光电探测组件22包括：第一光电探测器221，设于机体1上，第一光电探测器221与控制机构3电连接，第一光电探测器221用于接收激光分束器23输出的一束激光；第二光电探测器222，设于机体1上，第二光电探测器222位于第二反射镜252输出激光的光路上，第二光电探测器222与控制机构3电连接，滤光片254位于第二光电探测器222和第二反射镜252之间，第二光电探测器222用于将激光分束器23输出的另一束激光的光信号转换为电信号，传输至控制机构3。

具体地，第二光电探测器222为雪崩二极管阵列探测器，采用雪崩二极管阵列光电探测器进行多点扫描，具有雪崩增益大，响应速度快特点，保证点云密度的同时提高了探测效率，提高三维成像速度和能力，具备全天时环境三维成像、目标快速感知与识别能力。

根据本实用新型实施例，控制机构3包括：处理器31，处理器31设于机体1上，处理器31与第二光电探测器222电连接；上位机32，上位机32独立于机体1设置，处理器31和第一光电探测器221均与上位机32电连接，上位机32可以为显示器、笔记本或手机中的任一种，需要说明的是，本实施例对上位机32的形式不做具体限定，只要上位机32能够作为直接发出操控命令的设备即可。上位机32与处理器31之间通过数据线或者无线方式连接，使用上位机32时可通过操控软件操作系统识别环境中侦测目标并提取坐标、距离、不同光谱反射强度等信息，同时显示场景的三维点云。

现结合该装置的实施原理对本实用新型进行进一步的说明：两个激光器21双侧发射探测激光，激光经激光准直仪26进行准直后送入激光分束器23分为两束，一束激光送入第一光电探测器221，第一光电探测器221与上位机32通信，记录激光发射的初始时刻，另一激光送入八面扫描转镜跨速完成大视场全空域扫描，激光经八面扫描转镜反射后形成多束激光，多束激光传输至第一反射镜251进行第一次传输方向的调整，然后送入汇聚透镜253进行准直合束，合束后的激光传输至第二反射镜252进行第二次传输方向的调整后送入滤光片254，滤光片254滤除激光中环境噪声传输至第二光电探测器222，第二光电探测器222将激光的光信号转化为电信号，处理器31采集电信号并做初步处理分析，从而减少上位机32的分析时间，同时处理器31将初步分析后的数据传输给上位机32，上位机32对数据进行算法分析判定是否为窃视目标并结合GPS天线4等做多源信息融合分析，对目标的位置点云等信息做记录管理，该装置通过高速采样提取激光飞行时间、频率、幅度等信息，再经处理器31与上位机32通信，解算出目标的坐标、反射特性和速度等特性。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“长度”、“周向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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子系统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。

贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的技术方案进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光探测环境感知装置，其特征在于，包括：

机体(1)；

激光探测机构（2），设于所述机体(1)上，所述激光探测机构（2）包括：激光器(21)和光电探测组件(22)，所述激光器(21)设有两个，两个所述激光器(21)相对设置于所述机体（1）上，不同的所述激光器(21)发射激光的波段不同，所述光电探测组件(22)设于所述机体(1)上且设有两组，两组所述光电探测组件(22)与两个所述激光器(21)一一对应，所述光电探测组件(22)用于将激光的光信号转化为电信号；

控制机构(3)，与所述光电探测组件(22)电连接，所述控制机构(3)用于将电信号进行分析后得到环境感知信息。

2.根据权利要求1所述的激光探测环境感知装置，其特征在于，所述激光探测机构（2）还包括：

激光分束器(23)，设有两个，两个所述激光分束器(23)与两个所述激光器(21)一一对应，所述激光分束器(23)位于激光的发射路径上，所述激光分束器(23)用于对一束激光进行准直和分束；

扫描组件(24)，设于所述机体(1)上，所述扫描组件(24)用于接收所述激光准直分束器输出的另一束激光并进行扫描；

光学调节组件(25)，设有两组，两组所述光学调节组件(25)与两个所述激光器(21)一一对应，所述光学调节组件(25)位于所述激光分束器(23)远离所述激光器(21)的一侧，所述光学调节组件(25)用于接收所述扫描组件(24)输出的多束激光并进行准直合束。

3.根据权利要求2所述的激光探测环境感知装置，其特征在于，所述扫描组件(24)包括：

多面扫描转镜(241)，两个所述激光分束器(23)均匀布设于所述多面扫描转镜(241)的周侧，所述多面扫描转镜(241)位于所述激光分束器(23)远离所述激光器(21)的一侧；

转台(242)，所述机体(1)转动设置于所述转台(242)上，所述机体(1)的转动轴线竖直；

驱动件(243)，所述驱动件(243)设于所述转台(242)上，所述驱动件(243)用于驱动所述机体(1)转动。

4.根据权利要求2所述的激光探测环境感知装置，其特征在于，所述光学调节组件(25)包括：

第一反射镜(251)，所述第一反射镜(251)由靠近多面扫描转镜(241)的一侧朝向远离所述多面扫描转镜(241)的一侧倾斜向下布设；

第二反射镜(252)，所述第二反射镜(252)的布设方向与所述第一反射镜(251)的布设方向相平行；

汇聚透镜(253)，设于机体(1)上，所述汇聚透镜(253)位于所述第一反射镜(251)和所述第二反射镜(252)之间。

5.根据权利要求4所述的激光探测环境感知装置，其特征在于，所述光电探测组件(22)包括：

第一光电探测器(221)，设于机体(1)上，所述第一光电探测器(221)与所述控制机构(3)电连接，所述第一光电探测器(221)用于接收所述激光分束器(23)输出的一束激光；

第二光电探测器(222)，设于所述机体(1)上，所述第二光电探测器(222)位于所述第二反射镜(252)输出激光的光路上，所述第二光电探测器(222)与所述控制机构(3)电连接，所述第二光电探测器(222)用于将所述激光分束器(23)输出的另一束激光的光信号转换为电信号。

6.根据权利要求5所述的激光探测环境感知装置，其特征在于，所述光学调节组件(25)还包括：滤光片(254)，所述滤光片(254)设有两个，两个所述滤光片(254)设于所述机体(1)上且与两个所述激光器(21)一一对应，所述滤光片(254)位于所述第二反射镜(252)和所述第二光电探测器(222)之间，且所述滤光片(254)位于所述第二反射镜(252)输出激光的光路上。

7.根据权利要求5所述的激光探测环境感知装置，其特征在于，所述控制机构(3)包括：

处理器(31)，所述处理器(31)设于机体(1)上，所述处理器(31)与所述第二光电探测器(222)电连接；

上位机(32)，所述上位机(32)独立于机体(1)设置，所述处理器(31)和所述第一光电探测器(221)均与所述上位机(32)电连接。

8.根据权利要求1所述的激光探测环境感知装置，其特征在于，还包括：GPS天线(4)，所述GPS天线(4)设于所述机体(1)的顶部。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的激光探测环境感知装置，其特征在于，一个所述激光器(21)能够发射1064nm的激光，另一个所述激光器(21)能够发射1550nm的激光。

10.根据权利要求5所述的激光探测环境感知装置，其特征在于，所述第二光电探测器(222)为雪崩二极管阵列探测器。