正多面体激光雷达结构及其安装方法技术

本发明专利技术公开一种正多面体激光雷达结构及其安装方法，正多面体激光雷达结构包括：正多面体底座，用于投射激光的调制激光模组，以及用于感测激光投射到物体上反射回来的激光信号或者感测激光照射物体时的影像资讯的感测模组。其采用正多面体结构各个面的空间资讯拼接获取三维立体空间的全部资讯，不再在采用往复移动“扫描”，实现“免扫描”，并且可以获得720°全景空间资讯。其可以从正多面体底座的任意一顶点处延伸出支撑件或者悬挂件，将正多面体激光雷达整体支撑安装或者悬挂安装，或者将正多面体底座没有安装调制激光模组和感测模组的一个面或多个面，整体安装于支撑平台上。

Structure of positive polyhedron laser radar and installation method thereof

The invention discloses a polyhedron structure and installation method of laser radar, laser radar including polyhedron structure: polyhedron base for projecting a laser modulated laser module, and image information for measuring laser laser projected onto the object signal reflected or sensing laser irradiation when the object sensor module. The information is the spatial information of each surface of the polyhedron mosaic obtain 3D space, no longer used in reciprocating \scan\, \free scanning\, and can obtain a 720 degree panoramic space information. It can be extended from the arbitrary polyhedron base a vertex a support or suspension, the polyhedron laser radar integrated support installation or installation, a surface or a plurality of surface or polyhedron base did not install the modulated laser module and sensor module, the whole body is installed on the supporting platform.

【技术实现步骤摘要】
正多面体激光雷达结构及其安装方法
本专利技术涉及激光雷达
，特别公开一种正多面体激光雷达结构及其安装方法。
技术介绍
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。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，一般由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成，用激光器作为发射光源。激光探测及测距系统的英文为LiDAR(LightDetectionandRanging)，另外也称LaserRadar或LADAR(LaserDetectionandRanging)。激光测距(laserdistancemeasuring)是以激光器作为光源进行测距。目前，常用的方法主要有飞行时间测距法、结构光测距法，而结构光测距法主要是激光三角测距法、斑块光测距法。飞行时间测距法，英文是Timeofflight，简写为TOF。所谓飞行时间法3D成像，是通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。飞行时间测距法具有测量角度非常广的优点，适合长距离测量。但是，存在如下缺点：1、因测量物体距离近时反射时间差很小，TOF方法在近距离测量时误差很大。2、TOF方法只能单点测量，而且双方最好是都是静止的，否则误差严重。3、TOF方法必需结合扫描方式才能测量多角度的距离，但是由于扫描需要时间，所以误差较为严重，测量有速度物体时的误差又更严重。激光三角法位移测量的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被测物体表面，然后从另一角度对物体表面上的激光光斑进行成像，物体表面激光照射点的位置高度不同，所接受散射或反射光线的角度也不同，用CCD光电探测器测出光斑像的位置，就可以计算出主光线的角度，从而计算出物体表面激光照射点的位置高度。当物体沿激光线方向发生移动时，测量结果就将发生改变，从而实现用激光测量物体的位移。激光三角测距法原理简单，适合短距离的测量。但是，存在如下缺点：1、远距离得到的精度很低；2、光点感测一样非常容易被干扰；3、光源与照相机距离要够远才能得到适当的精度，致使产品的空间体积很大，难以小型化；4、要得到整个空间信息，计算量很大。PrimeSense公司对斑块光测距法进行相应的研究。根据PrimeSense公司的专利记载，Kinect获取深度图像的原理主要是运用了光编码(lightcoding)技术，组成系统成像的核心部件有三个：激光发射器、不均匀透明介质、CMOS感光器件；其结构图纸及其原理详见美国专利US7433024B2、中国专利CN10496032B等。激光雷达应用于汽车无人驾驶领域也得到了一定的深度研究。现有技术中，运用于无人驾驶汽车的激光雷达模块都是由一组360°扫描的激光加上接收光模块(内含64个雪崩二极体组成)；其测距的方法是利用时间差TOF(Timeoffly)方法，来得到空间的距离信息。目前，最有名的激光雷达厂商是威力登(VelodyneLiDAR)，其LiDAR(LightDetectionAndRanging)技术已应用于Google和百度无人驾驶汽车。一般设置在汽车的顶部，一个形似花盆的组成部分就是“激光雷达”，它的作用相当于无人驾驶汽车的“眼睛”，能够帮助无人车实现环境识别、自动避障和路径规划等功能。在2015年年末展出的百度无人驾驶汽车上使用的激光雷达，价值约70万人民币，其产品的立体结构大致如附图1。威力登公司的激光雷达很适合行车方面用途，但是在其它的应用方面仍有一些缺点：1、扫描式的测距，在遇到高速移动的物体会产生很大的误差；2、虽然环景是360°，但是上下只有28°的测量，很大区域为盲区；3、从雪崩二极体得到的点云信息量巨大，计算上很复杂，很容易判断错误。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种正多面体激光雷达结构，其在正多面体底座的各个面上安装调制激光模组和感测模组，其直接由各个面侦测的资讯数据相互拼接即可获得三维空间内的全部资讯数据，不需要扫描即可侦测全视角的空间资讯。本专利技术的另一个目的在于提供一种正多面体激光雷达的安装方法，其直接从正多面体底座的任意一个顶点延伸支撑件或者悬挂件进行安装或者将不设置调制激光模组和感测模组的一个面进行平面安装，从而实现全视角的侦测，不再需要在空间范围内扫描移动，结构简单、成本低廉。本专利技术提供一种正多面体激光雷达结构，包括：正多面体底座，呈正多面体形状，其中，正多面体的面数为N；调制激光模组，用于投射激光，设于正多面体的各个面上，包括激光源和光调制器；以及感测模组，用于感测激光投射到物体上反射回来的激光信号或者感测激光照射物体时的影像资讯，设于正多面体的各个面上。采用在正多面体底座上设置多个调制激光模组和感测模组的结构，正多面体每个面上的调制激光模组和感测模组只需负责其相对应的一部分空间区域的侦测，而各个面的侦测资讯拼接在一起，则获取到了整个三维空间的全部资讯。从数学理论上讲，展开后具有连贯的平面展开图的正多面体具有多种，有正四面体、正六面体、有正八面体、正十二面体、正二十面体等。但是，因为目前技术的感测模组中，感测模组的镜头侦测视角范围有限(大于120°后畸变尤其严重)，致使在现有技术限制的情形下，具有工业实现可能和商业价值的技术方案为正十二面体及正二十面体，采用该两种正多面体方可实现多个面的侦测资讯拼接，从而完成三维空间的侦测。采用正多面体的结构，其展开后具有连贯的平面展开图多面体结构，其优势在于工业应用时的大批量加工，其制作的印制电路板等可以直接以平面形式加工，然后组装成正多面体的结构。较佳的，所述正多面体为正十二面体，即面数N＝12，感测模组的镜头视角范围不小于900°/N＝75°，调制激光模组激光投射视角范围不小于900°/N＝75°。较佳的，所述正多面体为正二十面体，即N＝20，感测模组的镜头侦测视角不小于900°/N＝45°，调制激光模组激光投射视角范围不小于900°/N＝45°。相对于调制激光模组主要用于投射激光而言，接收激光信号的感测模组的制作成本和精度要求则更高，一般，正多面体底座的各个面上一般采用一个激光源及一个感测模组。较佳的，正多面体底座的各个面上设有一个调制激光模组及一个感测模组。为了缩小单个调制激光模组的激光投射视角范围，可采用多个调制激光模组组合并将其在空间上实现拼接。较佳的，正多面体底座的各个面上设有一个感测模组和多个调制激光模组；优选的，其中，正十二面体的各个面上设置五个调制激光模组，正二十面体的各个面上设置三个调制激光模组。进一步优选的，在正十二面体的正五边形面上，五个调制激光模组设于正五边形的顶角处，一个感测模组设于正五边形的中心处，此时调制激光模组激光投射视角范围不小于900°/N/5＝15°即可，五个调制激光模组拼接起来即可覆盖其所在的面负责侦测的视角空间；相应的，在正二十面体的正三角形面上，三个调制激光模组设于正三角形的顶角处，一个感测模组设于正三角形的中心处，此时调制激光模组激光投射视角范围不小于900°/N/3＝15°即可，三个调制激光模组拼接起来即可覆盖其所在的面负责侦测的视角空间。当正多面体激光雷达采用TOF法测距时，其更适用于远距离测量，此时，感测模组最重要的参数是感测时间差，感测模组中采用现有技术中的常用传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正多面体激光雷达结构，其特征在于：包括：正多面体底座，呈正多面体形状，其中，正多面体的面数为N；调制激光模组，用于投射激光，设于正多面体的各个面上，包括激光源和光调制器；以及感测模组，用于感测激光投射到物体上反射回来的激光信号或者感测激光照射物体时的影像资讯，设于正多面体的各个面上；或者正多面体底座，呈正多面体形状，其中，正多面体的面数为N；调制激光模组，用于投射激光，设于正多面体的(N‑M)个面上，包括激光源和光调制器，其中，M为小于N的整数；以及感测模组，用于感测激光投射到物体上反射回来的激光信号或者感测激光照射物体时的影像资讯，设于正多面体的(N‑M)个面上，并且与调制激光模组匹配设置，以使正多面体底座的M个面上没有设置调制激光模组和感测模组。

【技术特征摘要】
1.一种正多面体激光雷达结构，其特征在于：包括：正多面体底座，呈正多面体形状，其中，正多面体的面数为N；调制激光模组，用于投射激光，设于正多面体的各个面上，包括激光源和光调制器；以及感测模组，用于感测激光投射到物体上反射回来的激光信号或者感测激光照射物体时的影像资讯，设于正多面体的各个面上；或者正多面体底座，呈正多面体形状，其中，正多面体的面数为N；调制激光模组，用于投射激光，设于正多面体的(N-M)个面上，包括激光源和光调制器，其中，M为小于N的整数；以及感测模组，用于感测激光投射到物体上反射回来的激光信号或者感测激光照射物体时的影像资讯，设于正多面体的(N-M)个面上，并且与调制激光模组匹配设置，以使正多面体底座的M个面上没有设置调制激光模组和感测模组。2.根据权利要求1所述的正多面体激光雷达结构，其特征在于：所述正多面体为正十二面体，即面数N＝12，感测模组的镜头视角范围不小于900°/N＝75°，调制激光模组激光投射视角范围不小于900°/N＝75°。3.根据权利要求1所述的正多面体激光雷达结构，其特征在于：所述正多面体为正二十面体，即N＝20，感测模组的镜头侦测视角不小于900°/N＝45°，调制激光模组激光投射视角范围不小于900°/N＝45°。4.根据权利要求1所述的正多面体激光雷达结构，其特征在于：正多面体底座的各个面上或者(N-M)个面上设有一个感测模组和一个调制激光模组。5.根据权利要求2或3所述的正多面体激光雷达结构，...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄旭华，
申请(专利权)人：黄旭华，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71