一种新型线扫描激光雷达及扫描方法技术

本发明专利技术公开了一种新型线扫描激光雷达，包括激光发射模块、光束控制模块、激光探测模块和控制器模块；激光发射模块，用于发射准直的脉冲激光；光束控制模块，用于接收脉冲激光并进行扩束后发射至目标物体；激光探测模块，用于接收目标物体反射的脉冲激光；控制器模块，用于控制激光发射模块与光束控制模块同步工作并记录激光发射时间和激光接收时间，还用于计算激光发射模块与目标物体之间的距离并获取目标物体的3D深度图像。本发明专利技术的线扫描激光雷达扫描速度快、扫描精度高、稳定性好；探测距离远且测距精度高。

A New Line Scanning Lidar and Its Scanning Method

The invention discloses a new line-scan lidar, which includes a laser emission module, a beam control module, a laser detection module and a controller module; a laser emission module for transmitting collimated pulsed lasers; a beam control module for receiving pulsed lasers and transmitting them to the target object after beam expansion; and a laser detection module for receiving pulsed excitation reflected by the target object. The controller module is used to control the laser transmitting module and the beam controlling module to work synchronously and record the laser transmitting time and the laser receiving time. It is also used to calculate the distance between the laser transmitting module and the target object and obtain the 3D depth image of the target object. The linear scanning lidar of the invention has the advantages of fast scanning speed, high scanning accuracy and good stability, long detection distance and high ranging accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种新型线扫描激光雷达及扫描方法
本专利技术涉及激光雷达领域，尤其涉及一种新型线扫描激光雷达及扫描方法。
技术介绍
目前已有的3D激光雷达技术路线，分为机械旋转式激光雷达和固态激光雷达。机械旋转式激光雷达由于线数提升会带来激光发射接收对的提升，给整体的体积功耗，多线光路的校准以及成本均会带来提升，此外内部旋转的方式也会降低产品的稳定性，使之难以用于一些苛刻的外界环境中。固态激光雷达包括OPA相控阵激光雷达、MEMS激光雷达以及Flash激光雷达。前两种为扫描式激光雷达，后一种为非扫描式激光雷达。OPA相控阵雷达尺寸小，扫描速度快，精度高，但是要解决激光发射旁瓣问题以及需要在加工精度上进一步突破。MEMS激光雷达通过微扫描镜改变光束方向，形成高速扫描，此方式相较机械旋转式激光雷达可以大幅降低成本，减少体积，但是核心器件MEMS微扫描镜还需要在产品稳定性上进一步优化。Flash激光雷达属于非扫描式激光雷达，其需要面阵光作为光源来探测整个视场内的深度图像信息，虽然稳定性和成本不错，但是最大的问题是考虑到人眼安全阈值，面阵光功率很难进一步提高，随之探测距离难以提升。因此，亟需一种能够同时满足扫描速度快、稳定性好、探测距离远且测距精度高的新型线扫描激光雷达。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种扫描速度快、稳定性好、探测距离远且测距精度高的新型线扫描激光雷达及其扫描方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一方面，本专利技术提供了一种新型线扫描激光雷达，包括激光发射模块、光束控制模块、激光探测模块和控制器模块；所述激光发射模块与所述光束控制模块电连接，所述激光发射模块、所述光束控制模块、所述激光探测模块均与所述控制器模块电连接；所述激光发射模块，用于发射准直的脉冲激光并记录激光发射时间；所述光束控制模块，用于接收所述脉冲激光并进行扩束后发射至目标物体；所述激光探测模块，用于接收所述目标物体反射的脉冲激光并记录激光接收时间；所述控制器模块，用于控制所述激光发射模块与所述光束控制模块同步工作并记录激光发射时间和激光接收时间，还用于计算所述激光发射模块与所述目标物体之间的距离并获取目标物体的3D深度图像。进一步地，所述激光发射模块包括激光器驱动电路、脉冲激光二极管和准直透镜；所述激光器驱动电路，用于驱动所述脉冲激光二极管；所述脉冲激光二极管，用于发射脉冲激光；所述准直透镜，用于对所述脉冲激光进行准直处理，得到准直的脉冲激光。进一步地，所述光束控制模块包括MEMS驱动反馈电路、MEMS微镜和光栅板；所述MEMS驱动反馈电路，用于驱动所述MEMS微镜；所述MEMS微镜，用于将所述准直的脉冲激光反射至所述光栅板；所述光栅板，用于将所述准直的脉冲激光进行纵向扩束形成条状激光束后发射至目标物体。进一步地，所述激光探测模块包括深度成像传感芯片及其信号处理电路和近红外广角镜头；所述激光探测模块，还用于获取图像的深度信息。进一步地，所述深度成像传感芯片用于实时片选成像的各列像素，所述深度成像传感芯片为面阵CMOS芯片或者面阵APD芯片。进一步地，所述控制器模块包括同步控制单元、数据处理单元和距离测量单元；所述同步控制单元，用于控制所述激光器驱动电路和所述MEMS驱动反馈电路同步工作，并获取MEMS微镜的实时角度信息；所述距离测量单元，用于记录所述激光发射时间和所述激光接收时间，并计算所述激光发射模块与所述目标物体之间的距离信息；所述数据处理单元，用于获取所述MEMS微镜的实时角度信息，并根据所述距离信息、所述深度信息和所述实时角度信息，得到帧数据，再根据所述帧数据获取目标物体的3D深度图像。另一方面，本专利技术还提供了一种新型线扫描激光雷达的扫描方法，包括如下步骤：控制器模块同时向激光发射模块和光束控制模块发送驱动信号；激光发射模块发射准直的脉冲激光，控制器模块记录激光发射时间；光束控制模块接收所述脉冲激光并进行扩束后发射至目标物体；激光探测模块接收所述目标物体反射的脉冲激光，控制器模块记录激光接收时间；控制器模块计算所述激光发射模块与所述目标物体之间的距离并获取目标物体的3D深度图像。进一步地，所述激光发射模块包括激光器驱动电路、脉冲激光二极管和准直透镜；所述激光发射模块发射准直的脉冲激光并记录激光发射时间，具体包括：所述激光器驱动电路驱动所述脉冲激光二极管；所述脉冲激光二极管发射脉冲激光；所述准直透镜对所述脉冲激光进行准直处理，得到准直的脉冲激光。进一步地，所述光束控制模块包括MEMS驱动反馈电路、MEMS微镜和光栅板；所述光束控制模块接收所述脉冲激光并进行扩束后发射至目标物体，具体包括：所述MEMS驱动反馈电路驱动所述MEMS微镜；所述MEMS微镜将所述准直的脉冲激光反射至所述光栅板；所述光栅板将所述准直的脉冲激光进行纵向扩束形成条状激光束后发射至目标物体。进一步地，所述激光探测模块包括深度成像传感芯片及其信号处理电路和近红外广角镜头；所述激光探测模块接收所述目标物体反射的脉冲激光并记录激光接收时间的同时，还获取图像的深度信息。进一步地，所述控制器模块包括同步控制单元、数据处理单元和距离测量单元；所述控制器模块同时向激光发射模块和光束控制模块发送驱动信号，具体为：所述同步控制单元向激光器驱动电路和MEMS驱动反馈电路发送驱动信号；并获取所述MEMS微镜的实时角度信息；所述控制器模块计算激光发射模块与目标物体之间的距离并获取目标物体的3D深度图像，具体包括：所述距离测量单元记录激光发射时间和激光接收时间，计算所述激光发射模块与所述目标物体之间的距离信息；所述数据处理单元根据所述距离信息、深度信息和所述实时角度信息，得到帧数据，再根据所述帧数据获取目标物体的3D深度图像。本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术的新型线扫描激光雷达体积小，制作成本低；(2)本专利技术的新型线扫描激光雷达扫描速度快、扫描精度高、稳定性好；(3)本专利技术的新型线扫描激光雷达探测距离远，可达20-50m；(4)本专利技术的新型线扫描激光雷达可获取MEMS微镜的角度反馈信息，测距精度高。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。图1为线扫描激光雷达原理示意图。图2为线扫描激光雷达发射端扫描示意图。图3为线扫描激光雷达接收端成像示意图。图4为线扫描激光雷达的镜头光敏面上的像素示意图。图5为线扫描激光雷达工作流程图。其中，图中附图标记对应为：1-脉冲激光二极管，2-准直透镜，3-MEMS微镜，4-光栅板，5-视场空间或障碍物，6-近红外广角镜头，7-深度成像传感芯片，8-镜头光敏面。具体实施方式下面将结合本专利技术中的附图，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，所描述的实施例仅仅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作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。实施例1请参阅图1。如图所示，本专利技术公开了一种新型线扫描激光雷达，包括激光发射模块、光束控制模块、激光探测模块和控制器模块；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型线扫描激光雷达，其特征在于，包括激光发射模块、光束控制模块、激光探测模块和控制器模块；所述激光发射模块，用于发射准直的脉冲激光；所述光束控制模块，用于接收所述脉冲激光并进行扩束后发射至目标物体；所述激光探测模块，用于接收所述目标物体反射的脉冲激光；所述控制器模块，用于控制所述激光发射模块与所述光束控制模块同步工作并记录激光发射时间和激光接收时间，还用于计算所述激光发射模块与所述目标物体之间的距离并获取目标物体的3D深度图像。

【技术特征摘要】
1.一种新型线扫描激光雷达，其特征在于，包括激光发射模块、光束控制模块、激光探测模块和控制器模块；所述激光发射模块，用于发射准直的脉冲激光；所述光束控制模块，用于接收所述脉冲激光并进行扩束后发射至目标物体；所述激光探测模块，用于接收所述目标物体反射的脉冲激光；所述控制器模块，用于控制所述激光发射模块与所述光束控制模块同步工作并记录激光发射时间和激光接收时间，还用于计算所述激光发射模块与所述目标物体之间的距离并获取目标物体的3D深度图像。2.根据权利要求1所述的一种新型线扫描激光雷达，其特征在于，所述激光发射模块包括激光器驱动电路、脉冲激光二极管和准直透镜；所述激光器驱动电路，用于驱动所述脉冲激光二极管；所述脉冲激光二极管，用于发射脉冲激光；所述准直透镜，用于对所述脉冲激光进行准直处理，得到准直的脉冲激光。3.根据权利要求1所述的一种新型线扫描激光雷达，其特征在于，所述光束控制模块包括MEMS驱动反馈电路、MEMS微镜和光栅板；所述MEMS驱动反馈电路，用于驱动所述MEMS微镜；所述MEMS微镜，用于将所述准直的脉冲激光反射至所述光栅板；所述光栅板，用于将所述准直的脉冲激光进行纵向扩束形成条状激光束后发射至目标物体。4.根据权利要求1所述的一种新型线扫描激光雷达，其特征在于，所述激光探测模块包括深度成像传感芯片及其信号处理电路和近红外广角镜头；所述激光探测模块，还用于获取图像的深度信息。5.根据权利要求1所述的一种新型线扫描激光雷达，其特征在于，所述控制器模块包括同步控制单元、数据处理单元和距离测量单元；所述同步控制单元，用于控制激光器驱动电路和MEMS驱动反馈电路同步工作，并获取MEMS微镜的实时角度信息；所述距离测量单元，用于记录激光发射时间和激光接收时间，并计算激光发射模块与目标物体之间的距离信息；所述数据处理单元，用于根据所述距离信息、深度信息和所述实时角度信息，得到帧数据，再根据所述帧数据获取目标物体的3D深度图像。6.一种新型线扫描激光雷达的扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：控制器模块同时向激光发射模块和光束控制模块发送驱动信号；激光发射模块发射准直的脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗栋，陈四海，
申请(专利权)人：深圳市微觉未来科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44