基于光同步的高维探测方法技术

本发明专利技术涉及激光雷达技术领域，公开了一种基于光同步的高维探测方法，包括：S1：将一束或者多束出射激光通过光束偏折器偏折以形成两维空间扫描光束；S2：将所述两维空间扫描光束分为探测光束和成像光束，并使探测光束扫描目标物体，成像光束扫描感光器件；S3：实时探测从所述目标物体反射回来的来自探测光束的光强，并执行以下步骤S4和S5至少之一；S4：根据S3中探测到的光强实时调制所述成像光束的强度；S5：按测距方式的预编码调制扫描目标物体的探测光束的光强，根据S3中探测到的光强实时地调制成像光束的强度。本发明专利技术的方法探测速度快、探测距离较长、分辨率高、实时性好，而且光路结构简单，成本低。

High dimension detection method based on optical synchronization

【技术实现步骤摘要】
基于光同步的高维探测方法
本专利技术涉及激光雷达
，特别涉及一种基于光同步的高维探测方法。
技术介绍
激光雷达Lidar(LightDetectionandRanging)是基于现代激光技术发展起来的一种主动成像方法。其基本原理是用一束激光扫描待测物体，然后用光电探测器接收从待测物体上反射回来的回波，通过分析回波和发射激光的特性并进行计算，从而获取待测物体距离、方位和灰度信息，因此其同时具有测距和成像的功能，被称为激光雷达。激光雷达相比其他的测距方式(包括传统微波雷达、毫米波雷达等)具有测距精度高、空间分辨率精细以及探测跨度大等优势，因此成为了越来越重要的主动遥感设备。随着高灵敏度的信号探测技术、激光技术和高速数据采集处理系统的发展和应用，激光雷达进入了快速发展的阶段。近年来，激光雷达在各个领域的应用愈来愈多，同时应用范围也越来越广，特别是在汽车和无人机领域具有巨大的潜在应用。从主动光的投射方式上，激光雷达分为泛光型和扫描型。泛光型(FlashLiDAR)采用面阵光照明目标，具有较好的稳定性和较低的成本，但主要问题在于探测距离较近。在远距离探测上，应用较为广泛的是扫描式激光雷达，为了提高成像速度，通常需要多束激光同时扫描物体，利用微型传感器阵列采集从不同方向反射回来的激光。但是这种多线结构使得成本急剧攀升；另一方面，由于微型传感器阵列每个阵元只接收一个较窄视场角的回光，收光效率低，导致了可探测距离缩短。传统的单线束激光雷达需要实时的精确的获知扫描的角度，因此限制了其扫描速度，导致其成像速度较慢；同时，传统的单线束雷达还存在扫描视角非常小，分辨率低等缺点。因此，传统的单线激光雷达难于应用到需要高速探测的场景，比如：自动驾驶。此外，现有的激光雷达都需要对采集下来的数据先进行计算才能得到目标物体的信息，实时性较差，比如传统的单线束或多线束雷达采集到数据后，要计算每个数据点对应的扫描角度，再合成图像。因此，现有的激光雷达在探测速度、探测距离、分辨率、实时性以及成本上存在鱼与熊掌不可兼得的困境。目前尚未有一款产品能在中远距离(几米至几百米)上实现实时高分辨率(超过128线)的探测。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于光同步的高维探测方法，解决现有技术中无法在中远距离上实现实时高分辨率探测的问题。本专利技术的一种基于光同步的高维探测方法，包括：S1：将一束或者多束出射激光通过光束偏折器偏折以形成两维空间扫描光束；S2：将所述两维空间扫描光束分为探测光束和成像光束，并使探测光束扫描目标物体，成像光束扫描感光器件；S3：实时探测从所述目标物体反射回来的来自探测光束的光强，并执行以下步骤S4和S5至少之一；S4：根据S3中探测到的光强实时调制所述成像光束的强度，在调制后的成像光束同步扫描感光器件时形成所述目标物体上各点的灰度信息；S5：按测距方式的预编码调制扫描目标物体的探测光束的光强，根据S3中探测到的光强实时地调制成像光束的强度，在调制后的成像光束同步扫描感光器件时形成所述目标物体上各点的距离信息。其中，步骤S1中采用第一激光器和第二激光器，分别发出第一出射激光和第二出射激光，所述步骤S2中，采用分束器将偏折后的第一出射激光和第二出射激光分开，第一出射激光为所述探测光束，第二出射激光为所述成像光束，所述步骤S3之后执行步骤S4或S5。其中，所述步骤S1中的出射激光为单个激光器发出的单束出射激光，所述步骤S2中，采用分束器将所述单束出射激光分成所述探测光束和成像光束，所述步骤S3之后执行步骤S4或S5。其中，所述步骤S1中采用第一激光器、第二激光器和第三激光器，分别发出第一出射激光、第二出射激光和第三出射激光，所述步骤S2中，采用第一分束器使第一出射激光和第三出射激光透射至第二分束器，使第二出射激光折射或反射成第一成像光束，并扫描第一感光器件；采用所述第二分束器使第三出射激光折射或反射成第二成像光束，并扫描第二感光器件，使第一出射激光透射为所述探测光束，所述步骤S3之后执行步骤S4和S5，且步骤S4和步骤S5中分别对第一成像光束和第二成像光束进行调制。其中，所述步骤S1中采用第一激光器、第二激光器和第三激光器，分别发出第一出射激光、第二出射激光和第三出射激光，所述步骤S2中，采用第一分束器使第一出射激光透射为所述探测光束，使第二出射激光和第三出射激光分别折射或反射至第二分束器；采用所述第二分束器使第二出射激光透射为第一成像光束，并扫描第一感光器件，使第三出射激光折射或反射为第二成像光束，并扫描第二感光器件，所述步骤S3之后执行步骤S4和S5，且步骤S4和步骤S5中分别对第一成像光束和第二成像光束进行调制。其中，所述步骤S1中采用第一激光器、第二激光器和第三激光器，分别发出第一出射激光、第二出射激光和第三出射激光，所述步骤S2中，采用第一分束器使第一出射激光透射为所述探测光束，使第二出射激光和第三出射激光分别折射或反射至可区分第二出射激光和第三出射激光的感光器件，所述步骤S3之后执行步骤S4和S5，且步骤S4和步骤S5中分别对第一成像光束和第二成像光束进行调制。其中，步骤S4具体包括：光束偏折器在t时刻对激光偏折在x和y方向分别表示为θx＝α(t)和θy＝β(t)。其中α(t)和β(t)是任意函数，探测光束在t时刻的光强用M(t)来表示，成像光束在t时刻的光强用S(t)来表示，探测光束的激光到达目标物体的时刻为t′，飞行时间为Δt＝t′-t＝z/c，其中z为光束偏折器到目标物体的距离，设目标物体的反射率相对于扫描光束的角分布为R(θx,θy)，该扫描光束从目标物体反射回来到达探测器的时刻为t″＝t′+Δt，探测器探测到的总光强为：D(t″)＝R(α(t′),β(t′))·M(t)·μ(1)其中，R(α(t′),β(t′))为所述目标物体在(α(t′),β(t′))方位上对探测光束的反射率，μ为总的探测效率，此时，对成像光束在t″时刻的光强S(t″)进行调制：S(t″)＝T{D(t″)}(2)T{}为任意调制函数，在成像光束扫描感光器件时，在(α(t″),β(t″))的方向上投射了强度为S(t″)的光束到感光器件上，形成目标物体上各点的灰度信息。其中，所述调制函数T{}为：S(t″)＝A·[C-D(t″)]+B其中，A、B和C为常数，A为正实数。其中，步骤S5具体包括：探测器探测到的总光强D(t″)，根据所述预编码的形式通过相应的运算得到当前扫描方位上的待测物体距离信息g(α(t″),β(t″),t″)，根据距离信息g(α(t″),β(t″),t″)调制成像光束的光强：S(α(t″),β(t″),t″)＝T{g(α(t″),β(t″),t″)}(5)T{}为任意调制函数，在(α(t″),β(t″))的方向上投射了在(α(t″),β(t″))的方向上投射了强度为S(α(t″),β(t″),t″)的光束到感光器件上，形成物体的距离信息图。其中，所述调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光同步的高维探测方法，其特征在于，包括：/nS1：将一束或者多束出射激光通过光束偏折器偏折以形成两维空间扫描光束；/nS2：将所述两维空间扫描光束分为探测光束和成像光束，并使探测光束扫描目标物体，成像光束扫描感光器件；/nS3：实时探测从所述目标物体反射回来的来自探测光束的光强，并执行以下步骤S4和S5至少之一；/nS4：根据S3中探测到的光强实时调制所述成像光束的强度，在调制后的成像光束同步扫描感光器件时形成所述目标物体上各点的灰度信息；/nS5：按测距方式的预编码调制扫描目标物体的探测光束的光强，根据S3中探测到的光强实时地调制成像光束的强度，在调制后的成像光束同步扫描感光器件时形成所述目标物体上各点的距离信息。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于光同步的高维探测方法，其特征在于，包括：
S1：将一束或者多束出射激光通过光束偏折器偏折以形成两维空间扫描光束；
S2：将所述两维空间扫描光束分为探测光束和成像光束，并使探测光束扫描目标物体，成像光束扫描感光器件；
S3：实时探测从所述目标物体反射回来的来自探测光束的光强，并执行以下步骤S4和S5至少之一；
S4：根据S3中探测到的光强实时调制所述成像光束的强度，在调制后的成像光束同步扫描感光器件时形成所述目标物体上各点的灰度信息；
S5：按测距方式的预编码调制扫描目标物体的探测光束的光强，根据S3中探测到的光强实时地调制成像光束的强度，在调制后的成像光束同步扫描感光器件时形成所述目标物体上各点的距离信息。


2.如权利要求1所述的基于光同步的高维探测方法，其特征在于，步骤S1中采用第一激光器和第二激光器，分别发出第一出射激光和第二出射激光，所述步骤S2中，采用分束器将偏折后的第一出射激光和第二出射激光分开，第一出射激光为所述探测光束，第二出射激光为所述成像光束，所述步骤S3之后执行步骤S4或S5。


3.如权利要求1所述的基于光同步的高维探测方法，其特征在于，所述步骤S1中的出射激光为单个激光器发出的单束出射激光，所述步骤S2中，采用分束器将所述单束出射激光分成所述探测光束和成像光束，所述步骤S3之后执行步骤S4或S5。


4.如权利要求1所述的基于光同步的高维探测方法，其特征在于，所述步骤S1中采用第一激光器、第二激光器和第三激光器，分别发出第一出射激光、第二出射激光和第三出射激光，所述步骤S2中，采用第一分束器使第一出射激光和第三出射激光透射至第二分束器，使第二出射激光折射或反射成第一成像光束，并扫描第一感光器件；采用所述第二分束器使第三出射激光折射或反射成第二成像光束，并扫描第二感光器件，使第一出射激光透射为所述探测光束，所述步骤S3之后执行步骤S4和S5，且步骤S4和步骤S5中分别对第一成像光束和第二成像光束进行调制。


5.如权利要求1所述的基于光同步的高维探测方法，其特征在于，所述步骤S1中采用第一激光器、第二激光器和第三激光器，分别发出第一出射激光、第二出射激光和第三出射激光，所述步骤S2中，采用第一分束器使第一出射激光透射为所述探测光束，使第二出射激光和第三出射激光分别折射或反射至第二分束器；采用所述第二分束器使第二出射激光透射为第一成像光束，并扫描第一感光器件，使第三出射激光折射或反射为第二成像光束，并扫描第二感光器件，所述步骤S3之后执行步骤S4和S5，且步骤S4和步骤S5中分别对第一成像光束和第二成像光束进行调制。


6.如权利要求1所述的基于光同步的高维探测方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王高，陈辉，袁园，
申请(专利权)人：成都仲伯科技有限公司，王高，陈辉，
类型：发明
国别省市：四川;51