基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法技术

本发明专利技术公开了一种基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法，包括：安装激光发射二极管和激光准直镜，将激光发射二极管和激光准直镜的光轴调整至与平行光管的光轴相平行；以平行光管的位置和光轴为基准，利用五棱镜将经安装的平面反射镜反射出的激光偏转至平行光管的十字分划板正中心；安装MEMS微振镜和相机，使得MEMS微振镜在相机中清晰成像；利用图像质心检测算法和相机检测并计算MEMS微振镜的镜面质心和镜面上光斑质心的坐标；微调MEMS微振镜直至两者的质心坐标重合。通过本发明专利技术的技术方案，有效提升了激光和微振镜的实时位置检测精度，大幅度提升了激光和MEMS微振镜的同轴度，同时提高了固态激光雷达装调效率。

Solid-state lidar mounting method based on Micro-oscillator of MEMS

The invention discloses a solid-state lidar mounting method based on Micro-oscillator of MEMS, which includes: installing laser emitter diode and laser collimator, adjusting the optical axis of laser emitter diode and laser collimator to be parallel to the optical axis of the parallel light tube; using the position and optical axis of the parallel light tube as the reference, deflecting the laser reflected by the installed plane mirror to the optical axis using pentaprism. The positive center of cross dividing plate of collimator; installing micro-galvanometer and camera to make micro-galvanometer image clearly in camera; using image centroid detection algorithm and camera to detect and calculate the coordinates of mirror centroid and spot centroid of micro-galvanometer; fine-tuning micro-galvanometer until their centroid coordinates coincide. The technical scheme of the invention effectively improves the real-time position detection accuracy of the laser and the micro-galvanometer, greatly improves the coaxiality of the laser and the micro-galvanometer of the MEMS, and improves the installation efficiency of the solid-state lidar.

【技术实现步骤摘要】
基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法
本专利技术涉及光学
，尤其涉及一种基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法。
技术介绍
激光雷达的工作原理如图1所示，利用控制系统首先设置扫描系统扫描参数同时激光发射器发射激光，当激光到达目标上时反射回来，由激光接收系统接收信号并计算出目标距离；在激光测距系统测距时，激光扫描系统进行扫描，使激光发射器的发射角度不停改变，最终遍历整个视场完成扫描工作；在激光扫描过程中，扫描系统把采集到的数据传输到上位机上，上位机完成数据的三维可视化湿示和存储，用于后续数据处理。目前最新用于无人驾驶领域的激光雷达为满足安全驾驶需要对探测精度要求极高，而主要影响激光雷达精度的是算法精度和扫描系统的装调精度。激光雷达最初采用的是机械旋转式结构，即通过旋转激光束来进行水平360度的扫描。而作为汽车部件，低成本、小体积且能嵌入车身，固态激光雷达是解决高昂成本和极端环境适应的方案。因此未来固态激光雷达是应用趋势，既可降成本又符合车载需求。目前未能得到广泛应用的主要障碍是其低下的产能以及随之带来的高昂的价格。激光雷达的光学元件的精度极高，对出厂调试有很高要求，低效率的调试装配是主要的产能释放和成本降低瓶颈。目前针对车载自动驾驶级的激光雷达光学系统装调方法较少，而基于MEMS微振镜的固态激光雷达光轴同轴度装调方法还未曾报道，MEMS微振镜扫描角度受驱动电压函数控制，当驱动电压不断变化时MEMS微振镜扫描角度也相应变化，发射激光束经振镜反射后出射进行目标扫描。而MEMS微振镜和激光束的同轴度决定了激光扫描目标空间位置的准确性。
技术实现思路
针对上述问题中的至少之一，本专利技术提供了一种基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法，针对发射和扫描光学系统，利用平行光管、五棱镜和相机等简单的测量设备可快速便捷装调激光雷达发射系统的各个光学元件，利用相机对激光位置和微振镜位置进行实时检测，通过基于相机的图像质心检测算法处理，可实时高效调整激光和MEMS微振镜的同轴度，有效提升了激光和微振镜的实时位置检测精度，大幅度提升了激光和MEMS微振镜的同轴度，同时提高了固态激光雷达装调效率。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法，包括：步骤S1：安装激光发射二极管和激光准直镜，并利用平行光管法将所述激光发射二极管和所述激光准直镜的光轴调整至与平行光管的光轴相平行；步骤S2：以所述平行光管的位置和光轴为基准，利用五棱镜将经安装的平面反射镜反射出的激光偏转至所述平行光管的十字分划板正中心；步骤S3：将所述五棱镜撤下后安装MEMS微振镜和相机，使得所述MEMS微振镜在所述相机中清晰成像；步骤S4：利用图像质心检测算法和所述相机检测并计算所述MEMS微振镜的镜面质心和镜面上光斑质心的坐标；步骤S5：判断所述MEMS微振镜的镜面质心坐标和所述镜面上光斑质心的坐标是否重合，若重合，则完成对所述MEMS微振镜的装调，若不重合，则微调所述MEMS微振镜直至两者的质心坐标重合。在上述技术方案中，优选地，步骤S1中，所述利用平行光管法将所述激光发射二极管和所述激光准直镜的光轴调整至与平行光管的光轴相平行具体包括：微调所述激光准直镜，使得所述激光发射二极管经过所述激光准直镜后的激光在通过所述平行光管后的光斑位于所述平行光管的十字分划板的正中心，则所述激光发射二极管与所述激光准直镜的光轴与所述平行光管的光轴平行。在上述技术方案中，优选地，步骤S2中，所述利用五棱镜将经安装的平面反射镜反射出的激光偏转至所述平行光管的十字分划板正中心具体包括：按照激光雷达的工装设计将所述平面反射镜固定于安装座上；将所述五棱镜放置于激光经过所述平面反射镜反射后的光路中；调节所述五棱镜使得经过所述五棱镜偏转后的激光入射至所述平行光管中；微调所述平面反射镜使得激光经过所述平行光管的十字分划板的正中心。在上述技术方案中，优选地，步骤S3中，所述将所述五棱镜撤下后安装MEMS微振镜和相机使得所述MEMS微振镜在所述相机中清晰成像具体包括：按照激光雷达的工装设计将所述MEMS微振镜固定于安装座上；调整所述相机的位置使得所述MEMS微振镜能够在所述相机中成像；调整所述相机的焦距使得激光在所述MEMS微振镜的镜面上形成的光斑在所述相机中成像清晰。在上述技术方案中，优选地，步骤S4中，所述利用图像质心检测算法和所述相机检测并计算所述MEMS微振镜的镜面质心和镜面上光斑质心的坐标具体包括：将所述相机与工控机相连接，所述工控机采集所述相机中激光在所述MEMS微振镜的镜面上形成光斑的图像；所述工控机利用图像质心检测算法检测计算所述MEMS微振镜的镜面的质心坐标和激光在所述MEMS微振镜上形成的光斑的质心坐标。在上述技术方案中，优选地，所述图像质心检测算法程序基于OPENCV库开发，包括相机视频采集、图像提取、滤波、轮廓提取、质心检测步骤。在上述技术方案中，优选地，所述相机为高精度科研相机。在上述技术方案中，优选地，在步骤S5中将所述MEMS微振镜的镜面质心坐标和所述镜面上光斑质心的坐标调整至重合后，将所述相机和所述工控机撤去，即完成固态激光雷达的装调。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：针对发射和扫描光学系统，利用平行光管、五棱镜和相机等简单的测量设备可快速便捷装调激光雷达发射系统的各个光学元件，利用相机对激光位置和微振镜位置进行实时检测，通过基于相机的图像质心检测算法处理，可实时高效调整激光和MEMS微振镜的同轴度，有效提升了激光和微振镜的实时位置检测精度，大幅度提升了激光和MEMS微振镜的同轴度，同时提高了固态激光雷达装调效率。附图说明图1为本专利技术一种实施例公开的基于MEMS微振镜的固态激光雷达的结构示意图；图2为本专利技术一种实施例公开的基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法的流程示意图；图3为本专利技术一种实施例公开的激光发射二极管和激光准直镜的装调结构示意图；图4为本专利技术一种实施例公开的平面反射镜的装调结构示意图；图5为本专利技术一种实施例公开的MEMS微振镜的装调结构示意图。图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：1.激光发射二极管，2.激光准直镜，3.平面反射镜，4.MEMS微振镜，5.相机，6.工控机，7.平行光管，8.五棱镜。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中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专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图对本专利技术做进一步的详细描述：如图2至图5所示，根据本专利技术提供的一种基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法，包括：步骤S1：安装激光发射二极管1和激光准直镜2，并利用平行光管法将激光发射二极管1和激光准直镜2的光轴调整至与平行光管7的光轴相平行；步骤S2：以平行光管7的位置和光轴为基准，利用五棱镜8将经安装的平面反射镜3反射出的激光偏转至平行光管7的十字分划板正中心；步骤S3：将五棱镜8撤下后安装MEMS微振镜4和相机5，使得MEMS微振镜4在相机5中清晰成像；步骤S4：利用图像质心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法，其特征在于，包括：步骤S1：安装激光发射二极管和激光准直镜，并利用平行光管法将所述激光发射二极管和所述激光准直镜的光轴调整至与平行光管的光轴相平行；步骤S2：以所述平行光管的位置和光轴为基准，利用五棱镜将经安装的平面反射镜反射出的激光偏转至所述平行光管的十字分划板正中心；步骤S3：将所述五棱镜撤下后安装MEMS微振镜和相机，使得所述MEMS微振镜在所述相机中清晰成像；步骤S4：利用图像质心检测算法和所述相机检测并计算所述MEMS微振镜的镜面质心和镜面上光斑质心的坐标；步骤S5：判断所述MEMS微振镜的镜面质心坐标和所述镜面上光斑质心的坐标是否重合，若重合，则完成对所述MEMS微振镜的装调，若不重合，则微调所述MEMS微振镜直至两者的质心坐标重合。

【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法，其特征在于，包括：步骤S1：安装激光发射二极管和激光准直镜，并利用平行光管法将所述激光发射二极管和所述激光准直镜的光轴调整至与平行光管的光轴相平行；步骤S2：以所述平行光管的位置和光轴为基准，利用五棱镜将经安装的平面反射镜反射出的激光偏转至所述平行光管的十字分划板正中心；步骤S3：将所述五棱镜撤下后安装MEMS微振镜和相机，使得所述MEMS微振镜在所述相机中清晰成像；步骤S4：利用图像质心检测算法和所述相机检测并计算所述MEMS微振镜的镜面质心和镜面上光斑质心的坐标；步骤S5：判断所述MEMS微振镜的镜面质心坐标和所述镜面上光斑质心的坐标是否重合，若重合，则完成对所述MEMS微振镜的装调，若不重合，则微调所述MEMS微振镜直至两者的质心坐标重合。2.根据权利要求1所述的基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法，其特征在于，步骤S1中，所述利用平行光管法将所述激光发射二极管和所述激光准直镜的光轴调整至与平行光管的光轴相平行具体包括：微调所述激光准直镜，使得所述激光发射二极管经过所述激光准直镜后的激光在通过所述平行光管后的光斑位于所述平行光管的十字分划板的正中心，则所述激光发射二极管与所述激光准直镜的光轴与所述平行光管的光轴平行。3.根据权利要求1所述的基于MEMS微振镜的固态激光雷达装调方法，其特征在于，步骤S2中，所述利用五棱镜将经安装的平面反射镜反射出的激光偏转至所述平行光管的十字分划板正中心具体包括：按照激光雷达的工装设计将所述平面反射镜固定于安装座上；将所述五棱镜放置于激光经过所述平面反射镜反射后的光路中；调节所述五棱镜使得经过所述五棱镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯鹏程，柳邦，罗义鸣，
申请(专利权)人：湖北三江航天红峰控制有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42