[實(shí)用新型]一種3D激光和2D成像同步掃描裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721679815.2
• 申請(qǐng)日: 2017-12-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN208076710U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-11-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任明武;楊靜宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇中天引控智能系統(tǒng)有限公司
• 主分類號(hào): G01S7/481
• 分類號(hào): G01S7/481
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本實(shí)用新型公開(kāi)了一種3D激光和2D成像同步掃描裝置及其掃描方法，其中：3D激光雷達(dá)上布設(shè)有點(diǎn)激光收發(fā)矩陣，點(diǎn)激光收發(fā)器矩陣和線掃描圖像傳感器平行地安裝在同一可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上，且點(diǎn)激光收發(fā)器矩陣和線掃描圖像傳感器高度齊平，位置相近或相接，可旋轉(zhuǎn)平臺(tái)能帶動(dòng)點(diǎn)激光收發(fā)器矩陣和線掃描圖像傳感器同步轉(zhuǎn)動(dòng)，同步掃描裝置還包括控制裝置，控制裝置包括同步時(shí)鐘模塊，同步時(shí)鐘模塊與3D激光雷達(dá)以及線掃描圖像傳感器信號(hào)連接，控制裝置能通過(guò)同步時(shí)鐘模塊向3D激光雷達(dá)以及線掃描圖像傳感器同步發(fā)送信號(hào)，使3D激光雷達(dá)和線掃描圖像傳感器同時(shí)掃描，使得獲取的數(shù)據(jù)在空間和時(shí)間上具有同步性、便于雷達(dá)激光掃描數(shù)據(jù)和線掃描圖像數(shù)據(jù)融合。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于激光雷達(dá)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種3D激光和2D成像同步掃描裝置及其掃描方法，該裝置尤其適用于智能機(jī)器人、無(wú)人機(jī)和無(wú)人駕駛等領(lǐng)域。

背景技術(shù)

激光雷達(dá)的工作原理與雷達(dá)非常相近，以激光作為信號(hào)源，由激光器發(fā)射出脈沖激光，打到地面的樹(shù)木、道路、橋梁和建筑物上，引起散射，一部分散射光波會(huì)反射到激光雷達(dá)的接收器上，根據(jù)激光測(cè)距遠(yuǎn)離計(jì)算，就得到從激光雷達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的距離，以雷達(dá)為原點(diǎn)，就可以得到目標(biāo)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，脈沖激光不斷地掃描目標(biāo)物，就可以得到目標(biāo)物上全部目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，用此數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理后，就可得到精確的三維立體圖像。

激光雷達(dá)最基本的工作原理與無(wú)線電雷達(dá)沒(méi)有區(qū)別，即由雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號(hào)，經(jīng)目標(biāo)反射后被接收系統(tǒng)收集，通過(guò)測(cè)量反射光的運(yùn)行時(shí)間而確定目標(biāo)的距離。至于目標(biāo)的徑向速度，可以由反射光的飛行時(shí)間來(lái)確定，也可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)或多個(gè)距離，并計(jì)算其變化率而求得速度，這也是直接探測(cè)型雷達(dá)的基本工作原理。

多線激光雷達(dá)是在單線激光雷達(dá)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，主要為了克服單線激光雷達(dá)只有一條掃描線的缺點(diǎn)，使用多個(gè)激光發(fā)射探頭同時(shí)發(fā)射激光束，從而形成多個(gè)激光點(diǎn)掃描，通過(guò)旋轉(zhuǎn)形成多條掃描線，其設(shè)計(jì)初衷之一就是滿足以車(chē)輛為平臺(tái)的地面智能機(jī)器人快速采集大范圍的環(huán)境信息的需求。常見(jiàn)的Velodyne HDL-64E激光雷達(dá)，采用64個(gè)激光器，形成掃描陣列，在垂直方向形成一個(gè)張角，以每分鐘600-1200轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)掃描，從而可以得到非常詳細(xì)的實(shí)時(shí)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這個(gè)數(shù)據(jù)包含目標(biāo)的三維坐標(biāo)，距離、方位角、反射激光的強(qiáng)度，激光編碼，時(shí)間以及GPS/IMU數(shù)據(jù)，以UDP的形式實(shí)時(shí)發(fā)送。通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以建立三維模型。

Velodyne HDL-64E激光雷達(dá)設(shè)計(jì)有64個(gè)激光探頭，分為4組安裝在一體化的可旋轉(zhuǎn)發(fā)射器上，探測(cè)距離100-120m，探測(cè)內(nèi)容包括距離、坐標(biāo)、目標(biāo)亮度、角度等。水平視角360°，垂直視野26.8°,垂直角分辨率0.4°，發(fā)射器以5～20Hz的速度旋轉(zhuǎn)，水平角分辨率5Hz0.08°，10Hz0.17°，20Hz0.35°，0.09°角分辨率（方位角），每s可采集130*10⁴個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，測(cè)距誤差小于5cm，在目標(biāo)10％的反射率下有效測(cè)量距離為50m，目標(biāo)80%的反射率下有效測(cè)量距離為120m。

若發(fā)射器以10Hz/秒的速度旋轉(zhuǎn)，每一個(gè)激光探頭旋轉(zhuǎn)一周為360°，因存在大約0.1°（0.09°）的角分辨率（方位角），因此一個(gè)探頭可掃描約3600個(gè)點(diǎn)，64個(gè)探頭可掃描得到64*3600個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。

線陣相機(jī)，顧名思義是呈“線”狀的。一般認(rèn)為是一維圖像，但也有的寬度只有幾個(gè)象素的而已。一般只在兩種情況下使用這種相機(jī)：一、被測(cè)視野為細(xì)長(zhǎng)的帶狀，多用于滾筒上檢測(cè)的問(wèn)題。二、需要極大的視野或極高的精度（必須有相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)的）。在此種情況下，就需要用觸發(fā)裝置多次觸發(fā)，進(jìn)行多次拍照，再將所拍下的多幅“條”形圖象，合并成一張巨大的圖

線陣相機(jī)也稱線掃描相機(jī)，是一類特殊的視覺(jué)機(jī)器。與面陣相機(jī)相比，線陣CCD工業(yè)相機(jī)的傳感器僅是由一行或者多行感光芯片構(gòu)成的，拍照時(shí)需要通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，行成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，才能得到想要的圖像。因此使高掃描頻率和高分辨率成為可能。線陣相機(jī)常見(jiàn)的分辨率包括：1k, 2k, 4k, 8k,12k, 16k 等等。

線掃描相機(jī)的特點(diǎn)：