激光系统及激光测量方法技术方案

本申请公开了一种激光系统及激光测量方法。该激光系统包括：光发射组件，生成发射信号并根据发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光；接收端组件，将发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号；在本帧扫描时长内，接收端组件的接收视场在目标场景内的位置按照第一指定规律变化和/或接收视场的形状按照第二指定规律变化；自对应发射光发出的发射起始时刻起，光发射组件的发射视场在预设接收时长内位于当前的接收视场中，且接收视场的面积大于或等于发射视场的面积的两倍。本申请无需利用光扫描组件精确高速的同步匹配发射视场与接收视场，能够在保证分辨率的情况下，降低整个系统的复杂程度和成本。统的复杂程度和成本。统的复杂程度和成本。

【技术实现步骤摘要】
激光系统及激光测量方法


[0001]本申请实施方式涉及雷达
，尤其涉及激光系统及激光测量方法。

技术介绍

[0002]雷达是利用电磁波探测目标物体的电子设备，雷达对目标物体发射电磁波并接收其回波，通过处理后可获得目标物体至电磁波发射点的距离、方位、高度等信息。
[0003]以激光为工作光束的雷达称为激光雷达。相关技术中，接收视场与发射视场大小基本相同，为了提高某一方向的分辨率，激光雷达沿该方向具有多个发射视场，从而需要对应匹配与发射视场相同数量的接收视场，也即，对于每个发射视场来说，激光雷达在预设时长内只有一个接收视场与其对应。而为了能够高速精确的同步匹配发射视场与接收视场，激光雷达需要设置复杂的控制系统来控制光扫描件精准的偏转发射光和反射光，这不仅显著增大了整个激光雷达的复杂程度，而且还提高了成本。并且，分辨率越高，激光雷达的复杂程度和成本随之越高。
[0004]申请内容
[0005]根据本申请第一方面提供的激光系统包括：
[0006]光发射组件，生成发射信号并根据所述发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光；其中，所述发射信号包括表示每组所述发射光的发射起始时刻的时刻信息；
[0007]接收端组件，将所述发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号；其中，所述输出信号的类型为电信号；
[0008]其中，在所述本帧扫描时长内，所述接收端组件的接收视场在所述目标场景内的位置按照第一指定规律变化和/或所述接收视场的形状按照第二指定规律变化；自对应所述发射光发出的发射起始时刻起，所述光发射组件的发射视场在预设接收时长内位于当前的所述接收视场中，且所述接收视场的面积大于或等于所述发射视场的面积的两倍；其中，所述第一指定规律包括沿指定方向变动；所述发射视场为每组所述发射光在所述目标场景内的投射区域，所述接收视场为在所述预设接收时长内所述接收端组件能够接收到的所有光束在所述目标场景内对应的区域。
[0009]根据本申请第二方面提供的激光测量方法包括：
[0010]生成发射信号并根据所述发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光；
[0011]将所述发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号；其中，所述输出信号的类型为电信号；
[0012]根据所述发射信号和/或所述输出信号确定所述目标物体的距离、所述目标物体的反射率和所述目标物体的轮廓中的至少一个；
[0013]其中，在所述本帧扫描时长内，接收视场在所述目标场景内的位置按照第一指定规律变化和/或所述接收视场的形状按照第二指定规律变化；自对应所述发射光发出的发射起始时刻起，发射视场在预设接收时长内位于当前的所述接收视场中，且所述接收视场的面积大于或等于所述发射视场的面积的两倍；其中，所述第一指定规律包括沿指定方向
变化；所述发射视场为每组所述发射光在所述目标场景内的投射区域，所述接收视场为在所述预设接收时长内能够被转换为所述输出信号的所有光束在所述目标场景内对应的区域。
[0014]本申请实施例提供的激光系统及激光测量方法，由于自对应发射光发出的发射起始时刻起光发射组件的发射视场在预设接收时长内位于接收端组件的当前的接收视场中，且接收视场的面积大于或等于发射视场的面积的两倍，因此无需利用光扫描组件精确高速的同步匹配发射视场与接收视场。由此便能在保证分辨率的情况下，降低整个系统的复杂程度和成本。
[0015]应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本申请的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
[0016]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。在附图中：
[0017]图1是根据本申请一个实施方式的激光系统的接收视场和发射视场的示意图；
[0018]图2是根据本申请一个实施方式的激光系统的框图；
[0019]图3是根据本申请另一个实施方式的激光系统的框图；
[0020]图4是根据本申请一个实施方式的接收端组件的工作原理示意图；
[0021]图5是根据本申请另一个实施方式的接收端组件的工作原理示意图；
[0022]图6是根据本申请的激光系统的局部工作原理示意图；
[0023]图7是根据本申请另一个实施方式的激光系统的接收视场和发射视场的示意图；
[0024]图8是根据本申请又一个实施方式的激光系统的接收视场和发射视场的示意图；
[0025]图9是根据本申请一个实施方式的光扫描组件的结构示意图；
[0026]图10是根据本申请另一个实施方式的光扫描组件的结构示意图；
[0027]图11是根据本申请实施方式的激光系统确定接收视场的超像素的工作原理示意图；
[0028]图12是根据本申请实施方式的激光测量方法的流程图。
[0029]附图标记：
[0030]100、激光系统；101、发射视场；102、接收视场；
[0031]200、光发射组件；300、光扫描组件；310、第一扫描件；
[0032]320、第二扫描件；330、MEMS振镜；340、光学相控阵列；
[0033]350、光栅阵列；360、旋转镜；400、接收端组件；
[0034]410、光接收组件；411、接收透镜；420、光电转换组件；
[0035]421、光电转换件；422、光学元件；423、光电单元阵列；
[0036]424、光电转换单元；425、光锥；430、电放大模块；
[0037]500、处理装置；600、目标物体；700、目标场景；
[0038]801、三维点云图像；802、目标物体的超像素；
[0039]803、接收视场的超像素。
具体实施方式
[0040]在本申请实施例的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。另外，各个步骤描述的顺序并不一定指这些步骤的执行顺序，除非根据上下文可以确定这些步骤是顺序执行的。
[0041]以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
[0042]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0043]如图1和图6所示，本申请实施例提供了一种激光系统100，该激光系统100包括光发射组件200和接收端组件400；其中，光发射组件200生成发射信号并根据本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光系统，其特征在于，包括：光发射组件，生成发射信号并根据所述发射信号在本帧扫描时长内依次射出多组发射光；其中，所述发射信号包括表示每组所述发射光的发射起始时刻的时刻信息；接收端组件，将所述发射光经过目标场景中的至少一个目标物体反射后的至少一组反射光转换为输出信号；其中，所述输出信号的类型为电信号；其中，在所述本帧扫描时长内，所述接收端组件的接收视场在所述目标场景内的位置按照第一指定规律变化和/或所述接收视场的形状按照第二指定规律变化；自对应所述发射光发出的发射起始时刻起，所述光发射组件的发射视场在预设接收时长内位于当前的所述接收视场中，且所述接收视场的面积大于或等于所述发射视场的面积的两倍；其中，所述第一指定规律包括沿指定方向变动；所述发射视场为每组所述发射光在所述目标场景内的投射区域，所述接收视场为在所述预设接收时长内所述接收端组件能够接收到的所有光束在所述目标场景内对应的区域。2.根据权利要求1所述的激光系统，其中，所述接收视场包括至少一个条形的连续区域，所述本帧扫描时长内多组所述发射光对应的所述发射视场呈点阵分布，所述点阵的宽度方向与所述指定方向平行。3.根据权利要求2所述的激光系统，其中，所述连续区域为曲形区域。4.根据权利要求2或3所述的激光系统，其中，所述发射视场的面积与所述接收视场的面积之比小于第一比例阈值，所述第一比例阈值为0.5、0.1、0.01、或者0.001。5.根据权利要求4所述的激光系统，其中，至少一个所述连续区域的最大宽度和总长度之比小于所述第一比例阈值。6.根据权利要求2所述的激光系统，其中，自相邻两组所述发射光中前一组所述发射光发出的发射起始时刻起至后一组所述发射光发出所述预设接收时长后止，沿所述点阵的长度方向的相邻两个所述发射视场之间的方向角度变化幅度与所述接收视场的方向角度变化幅度之比大于第二比例阈值，所述第二比例阈值为1、10、100、10000或者1000000。7.根据权利要求1至3任一项所述的激光系统，其中，所述发射视场的面积与所述目标场景的面积之比小于第三比例阈值，所述第三比例阈值为0.1、0.01、0.001、0.0001或0.0001。8.根据权利要求1至3任一项所述的激光系统，其中，所述发射光包括多个光脉冲，所述发射光中的至少两个所述光脉冲的夹角大于预设夹角；其中，所述预设夹角与所述接收视场的视场角之比小于第四比例阈值，所述第四比例阈值为0.01、0.1、0.3、0.5或0.9。9.根据权利要求1至3任一项所述的激光系统，其中，所述目标场景的面积与所述接收视场的面积之比大于或等于第五比例阈值，所述第五比例阈值为2、4、8、16、100、1000或10000。10.根据权利要求2所述的激光系统，其中，所述接收端组件包括：光接收组件，依次接收经所述目标物体反射的多组反射光并将多组所述反射光依次转换为对应的第一光信号；以及光电转换组件，将多个所述第一光信号依次转换为对应的第一电信号。11.根据权利要求10所述的激光系统，其中，所述光电转换组件包括：光电转换件，具有连续的光电转换区域；
光学元件，所述光学元件的进光端朝向所述光接收组件，所述光学元件的出光端朝向所述光电转换区域；所述光学元件用于将所述第一光信号选择性射向所述光电转换区域，所述光电转换区域用于将所述第一光信号转换为所述第一电信号。12.根据权利要求10所述的激光系统，其中，所述光电转换组件包括：光电单元阵列，包括多个沿预设方向依次设置的光电转换单元；所述光电转换单元用于将所述第一光信号转换为所述第一电信号。13.根据权利要求12所述的激光系统，其中，所述光电转换组件还包括：至少一个光学元件，位于所述光接收组件与所述光电单元阵列之间，用于将所述光接收组件射向相邻两个所述光电转换单元之间的所述第一光信号偏转方向后射向所述光电转换单元。14.根据权利要求12所述的激光系统，其中，所述光电转换单元包括APD、SPAD、SIPM、PIN和PD中的至少一种。15.根据权利要求11或13所述的激光系统，其中，所述光学元件包括微透镜阵列、至少一个光阑、光锥和光导器中的至少一种。16.根据权利要求10至14任一项所述的激光系统，其中，所述光接收组件包括至少一组透镜组，所述透镜组包括至少一个位于所述反射光的光路上的接收透镜。17.根据权利要求10至14任一项所述的激光系统，其中，所述激光系统还包括：扫描控制件，生成扫描控制信号；光扫描组件，根据所述扫描控制信号将所述光发射组件射出的所述发射光偏转方向后照射至所述目标场景内的至少一个所述目标物体，和/或将至少一个所述目标物体反射的至少一组所述反射光偏转方向以被所述接收端组件接收；处理装置，分别与所述光发射组件、所述扫描控制件和所述接收端组件电连接，所述处理装置用于根据所述扫描控制信号、所述发射信号和所述输出信号中的至少一个确定所述目标物体的距离、所述目标物体的反射率、所述目标物体的方向角度、所述目标物体的轮廓中的至少一个。18.根据权利要求17所述的激光系统，其中，所述光扫描组件包括多个沿所述发射光的光路依次设置的光扫描件，相邻两个所述光扫描件中其中一个所述光扫描件将所述发射光偏转方向后射向另外一个所述光扫描件；其中，至少两个所述光扫描件的扫描方式不同；所述扫描方式包括所述光扫描件的反射面的面积、扫描方向、扫描角度范围、扫描频率和扫描维度中的至少一个。19.根据权利要求18所述的激光系统，其中，多个所述光扫描件包括第一扫描件和第二扫描件；所述第一扫描件在本帧扫描时长内将多组所述发射光沿着第二扫描方向依次偏转方向后射向所述第二扫描件；所述第二扫描件将经过所述第一扫描件偏转的所述发射光沿第一扫描方向偏转后射向所述目标物体；其中，所述第二扫描方向平行于所述接收视场的长度方向，所述第一扫描方向与所述第二扫描方向不同向，所述指定方向为所述第一扫描方向。20.根据权利要求19所述的激光系统，其中，所述第一扫描方向和所述第二扫描方向为水平方向、竖直方向或倾斜方向；其中，所述倾斜方向介于所述竖直方向与所述水平方向之间。
21.根据权利要求19所述的激光系统，其中，所述第一扫描件和所述第二扫描件包括MEMS振镜、旋转棱镜、旋转楔镜、光学相控阵列、光电偏转器件和液晶扫描件中的至少一个；所述液晶扫描件包括液晶空间光调制器、液晶超晶面、液晶线控阵、透视式一维液晶阵列、透射式二维液晶阵列或液晶显示模组。22.根据权利要求17所述的激光系统，其中，所述光扫描组件包括MEMS振镜和光学相控阵列，所述光学相控阵列固定于所述MEMS振镜的反射面，所述光学相控阵列的进光口通过线缆与所述光发射组件连接，所述光学相控阵列的出光口朝向所述目标物体。23.根据权利要求22所述的激光系统，其中，所述光学相控阵列包括多个呈阵列分布的波导，所述波导的材质包括硅晶体、氧化硅和氮化硅中的至少一个。24.根据权利要求17所述的激光系统，其中，所述光扫描组件包括MEMS振镜和光栅阵列，所述光栅阵列固定于所述MEMS振镜的反射面；其中，所述发射信号还包括表示每组所述发射光的波长的波长信息，所述发射光的偏转方向基于所述波长信息确定。25.根据权利要求17所述的激光系统，其中，所述光扫描组件还被配置为将所述目标物体反射的反射光偏转方向的同时生成当前扫描角度信号；所述处理装置还被配置为根据所述发射信号、所述扫描控制信号、所述当前扫描角度信号、所述输出信号以及所述光电转换组件上输出所述第一电信号的位置中的至少一个确定所述发射光照射至所述目标物体的照射角度。26.根据权利要求25所述的激光系统，其中，多组所述发射光包括至少一组第一发射光和至少一组第二发射光，所述第一发射光的发射时刻早于所述第二发射光的发射时刻，所述第一发射光经对应的所述目标物体反射后的反射光被转换为所述输出信号，所述第二发射光为可见光；其中，所述光扫描组件将所述第一发射光照射至多个所述目标物体后，根据所述距离、所述照射角度、所述反射率和所述轮廓中的至少一个将所述第二发射光按照预设效果投影于多个所述目标物体中的其中一个所述目标物体的表面；或者，所述光扫描组件将所述第一发射光和所述第二发射光分别照射至两个不同的所述目标物体。27.根据权利要求26所述的激光系统，其中，所述第二发射光包括红光、蓝光和绿光中的至少一种。28.根据权利要求25所述的激光系统，其中，所述当前扫描角度信号包括第一扫描角度信号；其中，所述第一扫描角度信号为所述光扫描组件将所述反射光沿第一扫描方向偏转时生成的扫描角度信号；所述处理装置被配置为根据所述第一扫描角度信号确定所述照射角度沿所述第一扫描方向的分量，以及根据所述扫描控制信号、所述当前扫描角度信号、所述输出信号以及所述光电转换组件上输出所述第一电信号的位置中的至少一个确定所述照射角度沿第二扫描方向的分量；其中，所述指定方向为...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈如新，杜德涛，
申请(专利权)人：睿镞科技北京有限责任公司，
类型：发明
国别省市：