[發(fā)明專利]一種3D激光雷達(dá)及激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)方法

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• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111308497A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 溫運(yùn)生
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市方騰網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司
• 主分類號: G01S17/894
• 分類號: G01S17/894;G01S7/48;G01S7/481;G01S7/4863
• 代理公司: 深圳市卓科知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44534
• 代理人: 邵妍;張金玲

本發(fā)明公開了一種3D激光雷達(dá)及激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)方法，包括激光雷達(dá)，所述激光雷達(dá)包括殼體、光學(xué)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和控制系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和控制模塊安裝于殼體內(nèi)部，光學(xué)系統(tǒng)安裝于旋轉(zhuǎn)臺(tái)上。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，基于TOF的3D激光掃描雷達(dá)和2D探測器結(jié)合，獲取目標(biāo)物體的3D空間位置信息的裝置，從而提高目標(biāo)物體的3D采樣數(shù)據(jù)的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種3D激光雷達(dá)及激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

3D掃描激光雷達(dá)能通過單脈沖獲取目標(biāo)三維信息，具有成像速度快，重量輕，體積小等優(yōu)勢，因此成為激光雷達(dá)的主要發(fā)展方向。3D掃描激光雷達(dá)能通過發(fā)送脈沖獲取目標(biāo)三維信息，但由于每個(gè)像素都需要對目標(biāo)進(jìn)行測距，因此APD(AvalanchePhotoDiode，雪崩光電二極管)陣列大小受到極大限制。由于受到工藝的限制，目前基于APD陣列的3D描激光雷達(dá)陣列大小受到極大限制。在國內(nèi)，目前市場上只能得到小面陣APD，像素間的間隔只能達(dá)到300um左右，很難滿足空間充分采樣條件。

而2D焦平面陣列成像由于每個(gè)像素沒有距離信息的要求，其空間分辨率可以達(dá)到很高，像素間隔可以很容易達(dá)到50um，基本滿足空間充分采樣條件。因此，可以將2D焦平面陣列強(qiáng)度圖像數(shù)據(jù)與含有距離信息的3D非掃描激光雷達(dá)空間欠采樣目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而提高3D非掃描激光雷達(dá)空間欠采樣目標(biāo)距離估計(jì)精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種3D激光雷達(dá)及激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：一種3D激光雷達(dá)，包括激光雷達(dá)，所述激光雷達(dá)包括殼體、光學(xué)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和控制系統(tǒng)，光學(xué)系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)和控制模塊安裝于殼體內(nèi)部，光學(xué)系統(tǒng)安裝于旋轉(zhuǎn)臺(tái)上。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，光學(xué)系統(tǒng)包括APD陣列、透鏡陣列、第一透鏡、分光器、2D焦平面NxM陣列、第二透鏡、激光器、線準(zhǔn)直透鏡、環(huán)形器和第三透鏡；

環(huán)形器、線準(zhǔn)直透鏡和激光器之間平行相對設(shè)置，激光器產(chǎn)生的激光經(jīng)線準(zhǔn)直透鏡傳遞至環(huán)形器中；

分光器安裝于環(huán)形器上端，激光從環(huán)形器的2端口射出，并進(jìn)入分光器中，直至分別通過第二、第三透鏡進(jìn)入透鏡陣列和2D焦平面NxM陣列，激光經(jīng)透鏡陣列被APD陣列接收；

第一透鏡設(shè)置于環(huán)形器左側(cè)，環(huán)形器射出的激光經(jīng)過第一透鏡設(shè)置。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，旋轉(zhuǎn)臺(tái)包括電機(jī)和支撐平臺(tái)，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸安裝于支撐平臺(tái)的底面上。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，控制系統(tǒng)包括主控模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、算法模塊、邏輯控制模塊和電源模塊；

主控模塊分別與電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、算法模塊和邏輯控制模塊電連接，算法模塊用于目標(biāo)物體特性提取，邏輯模塊用于光信號產(chǎn)生及光反射信號的提取，電源模塊用于對本裝置供電。

一種激光雷達(dá)的實(shí)現(xiàn)方法，t時(shí)刻的目標(biāo)物體采樣數(shù)據(jù)的獲取；不同時(shí)刻的目標(biāo)物體采樣數(shù)據(jù)的獲取；數(shù)據(jù)的擬合；360°采樣數(shù)據(jù)的獲取。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，t時(shí)刻的目標(biāo)物體采樣數(shù)據(jù)的獲取：

紅外光激光器輸出非可見光，通過線準(zhǔn)直器后輸出匯聚的、垂直水平面的線激光(后面簡稱垂線激光)，該垂線激光，從環(huán)形器的3端口注入，從環(huán)形器的1端口輸出，再經(jīng)過第一透鏡匯聚為準(zhǔn)直光投射到目標(biāo)物體上。

目標(biāo)物體反射回的垂線激光，先通過第一透鏡匯聚，從環(huán)形器的1端口注入，從環(huán)形器的2端口輸出，注入分光器；

假設(shè)分光器的功率分配比為x:y，經(jīng)分光器后輸出x和y兩個(gè)支路的光。