本發(fā)明涉及激光探測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種三維激光雷達系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的三維激光雷達多為基于激光相控陣技術(shù)的激光雷達，造價昂貴。并且，激光相控陣技術(shù)只能在有限角度范圍內(nèi)調(diào)整激光的出射角度，從而無法對目標(biāo)物體周圍環(huán)境進行全面探測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種低成本且能夠?qū)δ繕?biāo)物體周圍環(huán)境進行360度探測的三維激光雷達系統(tǒng)。

一種三維激光雷達系統(tǒng)，包括：多個三維激光雷達；所述多個三維激光雷達相互獨立設(shè)置；所述多個三維激光雷達分別用于對目標(biāo)物體周圍環(huán)境的不同方位進行探測，以獲得相應(yīng)探測物體的初始坐標(biāo)系位置信息；所述多個三維激光雷達的探測方位角之和大于或等于360度；固定裝置，與所述多個三維激光雷達連接，用于保持所述多個三維激光雷達之間的相對位置關(guān)系保持不變，并保持所述多個三維激光雷達與目標(biāo)位置的相對位置關(guān)系不變；以及控制裝置，分別與所述多個三維激光雷達連接，用于接收所述初始坐標(biāo)系位置信息并獲取所述多個三維激光雷達與目標(biāo)位置的相對位置關(guān)系；所述控制裝置還用于根據(jù)所述多個三維激光雷達與目標(biāo)位置的相對位置關(guān)系將所述初始坐標(biāo)系位置信息統(tǒng)一到以所述目標(biāo)位置為坐標(biāo)原點的坐標(biāo)系中，以獲得單一坐標(biāo)系下的測試數(shù)據(jù)。

在其中一個實施例中，所述控制裝置還包括補償單元，用于對測試數(shù)據(jù)的重疊區(qū)域進行補償。

在其中一個實施例中，所述固定裝置包括多個固定單元；每個固定單元用于對一個三維激光雷達進行固定；所述多個固定單元用于將所述多個三維激光雷達固定在同一水平面上。

在其中一個實施例中，所述固定裝置包括殼體以及固定單元；所述固定單元和所述多個三維激光雷達均設(shè)置在所述殼體內(nèi)；所述固定單元用于固定所述多個三維激光雷達且保持所述多個三維激光雷達之間的相對位置關(guān)系不變；所述殼體上與所述三維激光雷達對應(yīng)位置處設(shè)有開口，以供激光的出入。

在其中一個實施例中，所述多個三維激光雷達均為基于面陣光學(xué)探測器的相位式三維激光雷達；所述三維激光雷達包括：激光發(fā)射驅(qū)動電路，用于生成激光信號；激光發(fā)射器陣列，與所述激光發(fā)射驅(qū)動電路連接；所述激光發(fā)射器陣列包括多個激光發(fā)射器，用于向不同方位發(fā)射多路所述激光信號；所述多個激光發(fā)射器設(shè)置在同一平面上；激光測距單元陣列，包括多個激光測距單元，用于對探測方位內(nèi)的探測物體反射回來的激光信號進行獨立采樣；所述多個激光測距單元設(shè)置在同一平面上；所述激光測距單元還用于根據(jù)采樣到的激光信號確定所述探測物體與所述激光測距單元之間的相對距離信息；以及控制電路，與所述激光測距單元陣列連接，以接收各所述激光測距單元輸出的相對距離信息；所述控制電路用于將所述相對距離信息統(tǒng)一到世界坐標(biāo)系中以獲得所述探測物體的初始坐標(biāo)系位置信息。

在其中一個實施例中，所述三維激光雷達還包括：激光發(fā)射準(zhǔn)直陣列，設(shè)置在所述激光發(fā)射器陣列的出射光側(cè)，用于對所述激光發(fā)射器陣列發(fā)射的激光信號進行準(zhǔn)直；以及激光接收準(zhǔn)直裝置，設(shè)置在所述激光測距單元陣列的入射光側(cè)，用于對所述探測物體反射回來的激光信號進行聚焦。

在其中一個實施例中，所述激光發(fā)射準(zhǔn)直陣列包括多個獨立的發(fā)射準(zhǔn)直單元；每個所述發(fā)射準(zhǔn)直單元與一個所述激光發(fā)射器對應(yīng)設(shè)置；所述發(fā)射準(zhǔn)直單元包括平行于所述激光發(fā)射器陣列所在平面的準(zhǔn)直晶片。

在其中一個實施例中，所述激光接收準(zhǔn)直裝置包括鏡筒以及固定在所述鏡筒上用于對反射回來的激光信號進行聚焦的準(zhǔn)直晶片；所述準(zhǔn)直晶片為多個且沿入射光方向間隔設(shè)置；所述鏡筒沿所述入射光方向呈漸縮的階梯狀，所述準(zhǔn)直晶片設(shè)置在所述鏡筒的肩階位置處。

在其中一個實施例中，所述三維激光雷達還包括第一電路板和第二電路板；所述激光發(fā)射驅(qū)動電路、所述激光發(fā)射器陣列和所述激光測距單元陣列均設(shè)置在所述第一電路板上；所述控制電路設(shè)置在所述第二電路板上。

在其中一個實施例中，還包括與所述控制電路連接的溫度傳感器；所述溫度傳感器用于采集所述三維激光雷達的溫度信號；所述控制電路還用于根據(jù)所述溫度信號對所述初始坐標(biāo)系位置信息進行校正后輸出校正后的初始坐標(biāo)系位置信息。

上述三維激光雷達系統(tǒng)，設(shè)置有多個三維激光雷達，以分別對目標(biāo)物體周圍環(huán)境的不同方位進行探測獲得相應(yīng)探測物體的初始坐標(biāo)系位置。多個三維激光雷達的探測方位角之和大于或等于360度，從而可以對目標(biāo)物體周圍環(huán)境進行360度探測。固定裝置則用于保證多個三維激光雷達的相對位置關(guān)系保持不變并保持多個三維激光雷達與目標(biāo)位置的相對位置關(guān)系不變。因此，控制裝置可以根據(jù)三維激光雷達與目標(biāo)位置的相對位置關(guān)系，將各探測物體的初始坐標(biāo)系位置信息統(tǒng)一到以目標(biāo)位置為原點的坐標(biāo)系中，以獲得單一坐標(biāo)系下的測試數(shù)據(jù)，完成對目標(biāo)物體周圍環(huán)境的全面覆蓋性探測。采用上述三維激光雷達系統(tǒng)，對三維激光雷達的要求較低，從而極大的降低了成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他實施例的附圖。

圖1為一實施例中的三維激光雷達系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為一實施例中的三維激光雷達的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為一實施例中的三維激光雷達的分解示意圖；

圖4為一實施例中的多個三維激光雷達的排布示意圖；

圖5為一實施例中的固定裝置的主視圖；

圖6為圖5中的固定裝置的側(cè)視圖；

圖7為圖5中的固定裝置的俯視圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

圖1為一實施例中的三維激光雷達系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)框圖。該三維激光雷達系統(tǒng)用于實現(xiàn)對目標(biāo)物體的周圍環(huán)境的360度探測。目標(biāo)物體可以為靜態(tài)物體，也可以為運動中的物體，例如無人機、汽車、移動機器人等，從而對目標(biāo)物體的周圍環(huán)境進行360度掃描感知，以確保目標(biāo)物體在運動過程中能夠及時避開周圍環(huán)境中的障礙物等。參見圖1，該三維激光雷達系統(tǒng)10包括三維激光雷達100、固定裝置100和控制裝置300。

三維激光雷達100為多個。多個三維激光雷達100相互獨立設(shè)置。并且多個三維激光雷達100分別對目標(biāo)物體周圍環(huán)境的不同方位進行探測，以獲得探測區(qū)域內(nèi)的探測物體的初始坐標(biāo)系位置信息。探測物體也即被三維激光雷達100探測到的物體，其能夠?qū)θS激光雷達100發(fā)射的激光進行遮擋，從而形成反射激光被三維激光雷達100接收。三維激光雷達100根據(jù)反射回來的激光即可確定探測物體與三維激光雷達100的相對距離關(guān)系，并根據(jù)該相對距離關(guān)系求得對應(yīng)的初始坐標(biāo)系位置信息。該初始坐標(biāo)系位置關(guān)系的初始坐標(biāo)系可以統(tǒng)一均采用世界坐標(biāo)，也可以根據(jù)各自的位置關(guān)系建立獨立的坐標(biāo)系。多個三維激光雷達100的探測方位角之和大于或等于360度，從而實現(xiàn)對目標(biāo)物體周圍環(huán)境的360度探測。通過多個三維激光雷達100來對目標(biāo)物體周圍環(huán)境的360度探測，可以降低對三維激光雷達的性能要求。因此，三維激光雷達100可以采用目前常用的激光雷達100來實現(xiàn)，進而可以實現(xiàn)低成本。

圖2為一實施例中的三維激光雷達100的結(jié)構(gòu)框圖，圖3為一實施例中的三維激光雷達100的分解示意圖。該三維激光雷達100為基于面陣光學(xué)探測器的相位式三維激光雷達。該三維激光雷達100包括激光發(fā)射驅(qū)動電路110、激光發(fā)射器陣列120、激光發(fā)射準(zhǔn)直陣列130、激光接收準(zhǔn)直裝置140、激光測距單元陣列150、控制電路160、溫度傳感器170、輸出裝置180以及電源裝置190。其中，激光發(fā)射驅(qū)動電路110、激光發(fā)射器陣列120和激光測距單元陣列150均設(shè)置在第一電路板102上；控制電路160、溫度傳感器170、輸出裝置180以及電源裝置190均設(shè)置在第二電路板104上。通過將光學(xué)系統(tǒng)和控制電路系統(tǒng)分別設(shè)置在不同的電路板上，便于減少相互之間的干擾，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

激光發(fā)射驅(qū)動電路110用于生成激光信號。在本實施例中，激光發(fā)射驅(qū)動電路110還會對生成的激光信號進行調(diào)制，以輸出調(diào)制好的激光信號。

激光發(fā)射器陣列120用于接收激光發(fā)射驅(qū)動電路110輸出的激光信號，并向外發(fā)射該激光信號。激光發(fā)射器陣列120包括多個激光發(fā)射器122。多個激光發(fā)射器設(shè)置在同一平面的不同位置處。每個激光發(fā)射器向外發(fā)射一路激光信號。在本實施例中，多個激光發(fā)射器122呈環(huán)狀間隔分布在激光測距單元陣列150的外圍。激光測距單元陣列150則包括多個激光測距單元(圖中未示)。激光測距單元陣列150為芯片級集成。激光發(fā)射器122的數(shù)量以及激光測距單元陣列150中的激光測距單元的數(shù)量可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。在本實施例中，激光發(fā)射器陣列120設(shè)置有8個激光發(fā)射器122。位于第一電路板102平面內(nèi)的激光發(fā)射器122以及激光測距單元的數(shù)量可調(diào)，從而使得測量得到的點云密度可控，進而可以根據(jù)不同情況、不同精度需求進行不同的設(shè)置。

激光發(fā)射準(zhǔn)直陣列130設(shè)置在激光發(fā)射器陣列120的出射光側(cè)，用于對激光發(fā)射器陣列120發(fā)出的激光信號進行準(zhǔn)直。激光發(fā)射準(zhǔn)直陣列130包括多個獨立的發(fā)射準(zhǔn)直單元132。每個發(fā)射準(zhǔn)直單元132與一個激光發(fā)射器122對應(yīng)設(shè)置，從而對該激光發(fā)射器122發(fā)射的激光信號進行準(zhǔn)直。在本實施例中，發(fā)射準(zhǔn)直單元132可以為準(zhǔn)直晶片。準(zhǔn)直晶片平行于激光發(fā)射器陣列120所在的平面。在其他的實施例中，多個發(fā)射準(zhǔn)直單元132也可以通過固定裝置按照預(yù)設(shè)相對位置關(guān)系進行固定形成一個整體，以便于安裝。

激光接收準(zhǔn)直裝置140設(shè)置在激光測距單元陣列150的入射光側(cè)，用于對探測物體反射回來的激光信號進行聚焦，以送入至激光測距單元陣列150中進行采樣。激光接收準(zhǔn)直裝置140包括鏡筒142和準(zhǔn)直晶片144。準(zhǔn)直晶片144固定在鏡筒142內(nèi)，用于對反射回來的激光信號進行聚焦。準(zhǔn)直晶片144可以為多個，并沿入射光方向間隔設(shè)置。在本實施例中，鏡筒142沿入射光方向呈漸縮的階梯狀。準(zhǔn)直晶片144則設(shè)置在鏡筒142的肩階位置處。通過將激光接收準(zhǔn)直裝置140設(shè)置為漸縮狀，有利于對反射回來的激光信號進行采集。

激光測距單元陣列150用于對探測物體反射回來的激光信號進行獨立采樣。激光測距單元陣列150包括多個激光測距單元。多個激光測距單元同樣設(shè)置在一個平面的不同位置處。在本實施例中，激光測距單元陣列150和激光發(fā)射器陣列120設(shè)置在同一平面，在其他的實施例中，激光測距單元陣列150和激光發(fā)射器陣列120也可以分別設(shè)置在兩平行的平面上。激光測距單元可以根據(jù)接收到的激光信號確定探測物體與激光測距單元之間的相對距離信息，并輸出給控制電路160。激光測距單元陣列150還可以對激光發(fā)射驅(qū)動電路110進行控制，以控制其輸出目標(biāo)激光信號。

控制電路160接收激光測距單元陣列150輸出的相對距離信息，并將該相對距離信息統(tǒng)一到世界坐標(biāo)系中以獲得目標(biāo)測量物體的初始坐標(biāo)系位置信息，從而完成測距過程?？刂齐娐?60將獲得的相對距離信息統(tǒng)一到世界坐標(biāo)系的過程可以采用現(xiàn)有控制技術(shù)實現(xiàn)，此處不贅述。在本實施例中，控制電路160還可以對激光測距單元陣列150的采樣過程進行控制，以使得其按照控制電路160的設(shè)置進行采樣，依次采集并完成測距工作。控制電路160將接收到的相對距離信息統(tǒng)一到世界坐標(biāo)系以得到初始坐標(biāo)系位置信息，并將得到的數(shù)據(jù)信息融合成一個數(shù)據(jù)集。控制電路160通過ICP(Iterative Closest Point，就近點搜索法)計算三維激光雷達100測量的初始坐標(biāo)系位置信息。

在本實施例中，三維激光雷達100還包括溫度傳感器170。溫度傳感器170用于對三維激光雷達100的溫度進行采樣并得到溫度信號后輸出給控制電路160?？刂齐娐?60根據(jù)該溫度信號對得到的初始坐標(biāo)系位置信息進行校正。具體地，控制電路160內(nèi)設(shè)置有存儲單元。存儲單元用于存儲溫度校正表。溫度校正表中存儲對不同溫度對應(yīng)的校正參數(shù)。因此，控制電路160根據(jù)溫度傳感器170采集到的溫度信號去溫度校正表中查找對應(yīng)的校正參數(shù)，從而對初始坐標(biāo)系位置信息進行校正。

控制電路160將校正后的初始坐標(biāo)系位置信息通過輸出裝置180輸出給控制裝置300以及其他外部設(shè)備。輸出裝置180可以為無線通信模塊或者有線輸出端口，也可以同時設(shè)置無線通信模塊和有線輸出端口。例如，輸出裝置180可以為USB接口(USB 2.0以及USB 3.0等)、WIFI模塊、藍牙模塊、2.4G無線模塊、5G無線模塊以及以太網(wǎng)端口等。

電源裝置190用于向三維激光雷達100提供工作電源。電源裝置190可以為內(nèi)置的獨立可更換的電源模塊，也可以為包括可充電介質(zhì)的電源模塊。

上述三維激光雷達100在無需旋轉(zhuǎn)的情況下即可測量空間中障礙物的分布。相對于傳統(tǒng)的三維激光雷達而言，其無需設(shè)置旋轉(zhuǎn)部件，結(jié)構(gòu)相對簡單且不容易磨損，產(chǎn)品穩(wěn)定性能較好，從而可以提高三維激光雷達系統(tǒng)10的穩(wěn)定性并延長其使用壽命。

固定裝置200與多個三維激光雷達100連接，用于保持多個三維激光雷達100之間的相位位置關(guān)系保持不變，并保持三維激光雷達100與目標(biāo)位置的相對位置關(guān)系不變。通過確保三維激光雷達100之間、以及三維激光雷達100和目標(biāo)位置之間的相對位置關(guān)系保持不變，便于控制裝置200進行數(shù)據(jù)處理，以提高數(shù)據(jù)處理速度，提高探測結(jié)果輸出效率。在本實施例中，目標(biāo)位置為多個三維激光雷達100的中心位置。并且，該中心位置與目標(biāo)物體的相對位置關(guān)系同樣保持不變。在其他的實施例中，目標(biāo)位置可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整。在一實施例中，固定裝置200包括多個固定單元。每個固定單元用于對一個三維激光雷達100進行固定，并且多個三維激光雷達100均固定在同一水平面上。圖4為一實施例中的多個三維激光雷達100的排布示意圖。為方便看清多個三維激光雷達100的排布示意圖，將多個三維激光雷達100從目標(biāo)物體也即汽車上剝離開來，故圖中未給出固定裝置200的示意圖。多個三維激光雷達100可以通過多個固定單元分散固定在目標(biāo)物體的四周，以對不同的方位進行探測。

多個三維激光雷達100也可以通過固定裝置200進行組合，作為一個整體固定在目標(biāo)物體上容易對周圍環(huán)境進行探測的位置處(如頂部)。圖5為一實施例中的固定裝置200的主視圖，圖6為圖5的側(cè)視圖，圖7為圖5的俯視圖。該固定裝置200包括殼體210以及固定單元(圖中未示)。固定單元和多個三維激光雷達100均設(shè)置在殼體210內(nèi)部。固定單元用于固定三維激光雷達100并保持多個三維激光雷達100之間的相對位置關(guān)系不變。殼體210上與三維激光雷達100對應(yīng)的位置處設(shè)有開口220，供激光的出入。在本實施例中，殼體210為圓柱體。在其他的實施例中，殼體210也可以為球體或者其他規(guī)則的多面柱體。

控制裝置300用于與多個三維激光雷達100連接?？刂蒲b置300用于接收各三維激光雷達100輸出的初始坐標(biāo)系位置信息?？刂蒲b置300還會獲取各三維激光雷達100與目標(biāo)位置的相對位置關(guān)系?？刂蒲b置300可以根據(jù)該相對位置關(guān)系將獲得的初始坐標(biāo)系位置信息統(tǒng)一到以目標(biāo)位置為坐標(biāo)原點的坐標(biāo)系中，以獲得單一坐標(biāo)系下的測試數(shù)據(jù)，完成對目標(biāo)物體周圍環(huán)境的全面覆蓋性探測。在一實施例中，控制裝置300還包括補償單元，用于對測試數(shù)據(jù)中的重疊區(qū)域進行補償，以提高測試的準(zhǔn)確度?？刂蒲b置300可以固定在目標(biāo)物體上，可以為設(shè)置獨立于目標(biāo)物體設(shè)置的遠程控制端。

上述三維激光雷達系統(tǒng)10，設(shè)置有多個三維激光雷達100，以分別對目標(biāo)物體周圍環(huán)境的不同方位進行探測獲得相應(yīng)探測物的初始坐標(biāo)系位置。多個三維激光雷達100的探測方位角之和大于或等于360度，從而對目標(biāo)物體周圍環(huán)境進行360度探測。固定裝置200用于保證多個三維激光雷達100的相對位置關(guān)系保持不變并保持多個三維激光雷達100與目標(biāo)位置的相對位置關(guān)系不變。因此，控制裝置300可以根據(jù)三維激光雷達100與目標(biāo)位置的相對位置關(guān)系，將各探測物的初始坐標(biāo)系位置信息統(tǒng)一到以目標(biāo)位置為原點的坐標(biāo)系中，以獲得單一坐標(biāo)系下的測試數(shù)據(jù)，完成對目標(biāo)物體周圍環(huán)境的全面覆蓋性探測。采用上述三維激光雷達系統(tǒng)10，對三維激光雷達的100要求較低，從而極大的降低了成本。

以上所述實施例的各技術(shù)特征可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術(shù)特征所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認為是本說明書記載的范圍。

以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。