一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法技术

本发明专利技术属于激光扫描领域，具体涉及一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法，包括：建立激光照射螺旋线；通过计算激光器的位置和对应需要扫描的角度得到激光照射螺旋线上所有反射点的法向向量；根据激光照射螺旋线上所有反射点的位置及其法向向量，构建出螺旋反射面，沿螺旋反射面绕设螺旋反射镜。本发明专利技术设计的振镜中激光照射螺旋线的每个反射点的法向向量都单独进行设计，这样就解决了传统振镜扫描变形的问题。传统振镜扫描变形的问题。传统振镜扫描变形的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法


[0001]本专利技术属于激光扫描领域，具体涉及一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法。

技术介绍

[0002]二十一世纪以来，伴随着物联网、集成电路以及人工智能的发展，无人驾驶技术已经成为智能汽车领域的重要环节，这一技术实现的关键就是对汽车周围环境进行精确感知，而障碍探测技术对环境感知起基础决定性作用，因此，深入研究障碍物测量方法对于无人驾驶技术的发展意义重大。
[0003]常用的车辆障碍物探测手段主要有高精度摄像头系统、毫米波雷达以及激光雷达等。激光雷达是利用特定波长的激光信号对障碍物表面进行主动式扫描来获取障碍物表面信息，因此其不易受环境光的影响，抗干扰能力强，具有良好方向性以及相干性，可以实现高精度测量，因此激光雷达技术在障碍探测以及环境重建方面具有明显的优势。在进行测量时，一般采用扫描式激光雷达对障碍物进行二维或三维测量，其探测机理主要是以激光作为辐射源对目标障碍物进行高精度距离测量，以便车辆及时有效地规避障碍物。
[0004]目前应用于无人驾驶车的激光雷达研究多以扫描式激光雷达为主，以脉冲激光测距作为主要障碍物探测方式，但是其普遍存在研发成本高、系统复杂并且测量精度难以提高的不足，系统稳定性差。因此，在此基础上，研究并设计低成本、集成度高并且可以实现高精度测量的激光雷达系统对于无人驾驶技术的发展意义重大。而影响扫描式激光雷达性能的关键元器件就是扫描用的振镜。现有的振镜为往复振动平面反射镜，这种结构对电机精度要求极高，并且稳定性较差，由于振镜运动特点的限制，扫描场会存在一定的变形。

技术实现思路

[0005]为了弥补现有技术的不足，本专利技术提供一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法的技术方案。
[0006]一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法，包括：
[0007]S100建立激光照射螺旋线；
[0008]S200通过计算激光器的位置和对应需要扫描的角度得到激光照射螺旋线上所有反射点的法向向量；
[0009]S300根据激光照射螺旋线上所有反射点的位置及其法向向量，构建出螺旋反射面，沿螺旋反射面绕设螺旋反射镜。
[0010]进一步地，所述S200中，振镜中每个反射点的法向向量设计满足要求R1：所述激光照射螺旋线的每一个反射点具有一法向向量，设定一激光照射位置，设定反射点位于激光照射位置时的法向向量为照射法向向量，激光照射螺旋线上所有反射点中至少有四种方向不同的照射法向向量，使得振镜在工作状态接受激光器照射时，反射出的扫描点呈阵列排布。
[0011]进一步地，所述要求R1中，所述激光照射螺旋线上所有反射点的照射法向向量方向均不同。
[0012]进一步地，所述S100中，激光照射螺旋线设计为等直径等螺距螺旋线。
[0013]进一步地，所述S300中，螺旋反射镜的相邻圈层之间紧密排布，使得螺旋反射镜构成圆柱形镜面。
[0014]进一步地，所述S300的操作还包括设置一支撑体，将螺旋反射镜绕设于支撑体表面。
[0015]进一步地，所述支撑体为圆柱形结构。
[0016]进一步地，所述S200中，每个反射点的法向向量计算方法包括：
[0017]根据公式(1)计算得到反射点的照射法向向量N，根据反射单元的照射法向向量N得到反射单元的反射面，
[0018][0019]其中，向量I表示入射激光方向，向量R表示出射激光方向，向量I和向量R根据激光器位置，反射点和扫描点的位置得到。
[0020]进一步地，所述设计方法还包括S400，S400包括：根据公式(2)设计振镜的旋转角速度、激光照射螺旋线的螺距、振镜与激光器的相对移动速度，
[0021]h/v＝2π/w (2)
[0022]其中，v表示激光器与振镜的相对移动速度，w表示振镜的角速度，h表示激光照射螺旋线的螺距。
[0023]与现有技术相比，本专利技术设计的振镜中激光照射螺旋线的每个反射点的法向向量都单独进行设计，这样就解决了传统振镜扫描变形的问题，同时，振镜的转动可以很方便的控制为匀速运动，振镜与激光器的相对运动可以很方便地控制为匀速运动，这样能够有效地解决扫描点阵分布不均匀的问题，而且也使得振镜的驱动结构更加简单且可靠，极大的降低了整体的制造成本。
附图说明
[0024]图1为本专利技术流程图；
[0025]图2为本专利技术设计的连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜与激光器配合使用时的结构示意图之一；
[0026]图3为本专利技术设计的连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜与激光器配合使用时的结构示意图之二；
[0027]图4为本专利技术设计的连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜中反射点受激光照射时的光路示意图；
[0028]图5为本专利技术设计的连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜使用时的激光扫描点阵示意图。
[0029]图中：1是螺旋反射镜；100是激光照射螺旋线；2是激光照射位置；3是支撑体；4是激光器；n是反射单元组的圈数；m是单个反射单元组中反射单元的个数；R是入射激光方向；I是出射激光方向；N是照射法向向量。
具体实施方式
[0030]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0031]下面结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0032]请参阅图1
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5，一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法，包括：
[0033]S100建立激光照射螺旋线100；
[0034]S200通过计算激光器4的位置和对应需要扫描的角度得到激光照射螺旋线100上所有反射点的法向向量；
[0035]S300根据激光照射螺旋线100上所有反射点的位置及其法向向量，构建出螺旋反射面，沿螺旋反射面绕设螺旋反射镜1；
[0036]S400根据公式(2)设计振镜的旋转角速度、激光照射螺旋线的螺距、振镜与激光器的相对移动速度，
[0037]h/v＝2π/w
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(2)
[0038]其中，v表示激光器4与振镜的相对移动速度，w表示振镜的角速度，h表示激光照射螺旋线的螺距。
[0039]上述设计方法首先利用计算器建模软件及其相应计算程序建立三维模型，然后根据三模模型制造实体振镜。
[0040]进一步地，S200中，振镜中每个反射点的法向向量设计满足要求R1：所述激光照射螺旋线100的每个点都为反射点，每一个反射点具有一法向向量，设定一激光照射位置2，该激光照射位置2代表激光器4照射在螺旋反射镜1上的位置，振镜能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法，其特征在于，包括：S100建立激光照射螺旋线；S200通过计算激光器的位置和对应需要扫描的角度得到激光照射螺旋线上所有反射点的法向向量；S300根据激光照射螺旋线上所有反射点的位置及其法向向量，构建出螺旋反射面，沿螺旋反射面绕设螺旋反射镜。2.根据权利要求1所述的一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法，其特征在于，所述S200中，振镜中每个反射点的法向向量设计满足要求R1：所述激光照射螺旋线的每一个反射点具有一法向向量，设定一激光照射位置，设定反射点位于激光照射位置时的法向向量为照射法向向量，激光照射螺旋线上所有反射点中至少有四种方向不同的照射法向向量，使得振镜在工作状态接受激光器照射时，反射出的扫描点呈阵列排布。3.根据权利要求2所述的一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法，其特征在于，所述要求R1中，所述激光照射螺旋线上所有反射点的照射法向向量方向均不同。4.根据权利要求1
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3中任一所述的一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法，其特征在于，所述S100中，激光照射螺旋线设计为等直径等螺距螺旋线。5.根据权利要求4所述的一种连续式旋转圆柱自动驾驶汽车激光雷达振镜设计方法，其特征在于，所述S300中，螺旋反射镜的相邻...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻玺，吴登富，张东标，
申请(专利权)人：杭州照相机械研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：