本發(fā)明涉及激光雷達(dá)掃描
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種激光雷達(dá)的二維掃描裝置。
背景技術(shù)：
：目前，實(shí)現(xiàn)激光掃描的主要方式有光柵掃描、聲光掃描、電光掃描和光機(jī)掃描四種，光機(jī)掃描是當(dāng)前激光雷達(dá)產(chǎn)品采用的最主要掃描方式，而典型的激光雷達(dá)光機(jī)掃描模式有振鏡掃描、轉(zhuǎn)鏡掃描和楔鏡掃描，即利用光學(xué)掃描元件的擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，不斷地周期改變激光的出射方向，達(dá)到激光雷達(dá)掃描的目的。振鏡掃描通過(guò)振鏡的機(jī)械擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)掃描，形成垂直于平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的近似直線軌跡，由于振鏡的非均勻擺動(dòng)，掃描激光點(diǎn)云表現(xiàn)為下方稀疏兩邊密集，不利于實(shí)際作業(yè)應(yīng)用；轉(zhuǎn)鏡掃描通過(guò)柱鏡的均勻旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)掃描，形成垂直于平臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向的近似直線軌跡，為了保證激光雷達(dá)點(diǎn)云獲取效率，機(jī)載設(shè)備通常采用三面或四面柱鏡，柱鏡轉(zhuǎn)動(dòng)一周可以獲取3-4條掃描線，上述技術(shù)的主要缺點(diǎn)是：當(dāng)從一個(gè)鏡面旋轉(zhuǎn)到另一個(gè)鏡面時(shí)，發(fā)射到鏡面邊緣的激光束無(wú)法有效探測(cè)目標(biāo)，降低了發(fā)射激光束的有效利用率；振鏡掃描和轉(zhuǎn)鏡掃描均為一維掃描，會(huì)因目標(biāo)遮擋產(chǎn)生陰影；楔鏡掃描的掃描視場(chǎng)小、掃描機(jī)構(gòu)笨重，不利于激光雷達(dá)設(shè)備的輕型化和小型化。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種激光雷達(dá)的二維掃描裝置，利用該裝置可以保證發(fā)射激光束和激光掃描測(cè)量100％有效，同時(shí)通過(guò)掃描機(jī)構(gòu)的一維旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)的二維掃描。一種激光雷達(dá)的二維掃描裝置，所述裝置包括反射鏡、掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和軸線，其中：所述反射鏡用于反射發(fā)射激光束，所述反射鏡的法線與軸線形成固定夾角α，且與入射的發(fā)射激光束存在入射夾角θ；其中，0°＜α＜45°，0°＜θ＜45°；所述發(fā)射激光束以固定指向到達(dá)所述反射鏡的反射鏡面，所述掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過(guò)掃描軸帶動(dòng)所述反射鏡繞所述軸線進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，所述發(fā)射激光束隨著所述反射鏡的旋轉(zhuǎn)，周期性改變發(fā)射激光的反射方向，并在目標(biāo)形成圓形的激光掃描軌跡，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的二維掃描。所述二維掃描的軌跡由每束激光探測(cè)目標(biāo)的激光點(diǎn)云的設(shè)備空間坐標(biāo)得到；所述激光點(diǎn)云的設(shè)備空間坐標(biāo)通過(guò)反射鏡面的傾斜角、主軸旋轉(zhuǎn)角度和脈沖激光測(cè)距解算得到。所述裝置的掃描視場(chǎng)與所述夾角α和入射夾角θ相關(guān)。所述裝置搭載于飛行平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)凸起目標(biāo)的前側(cè)面和后側(cè)面雙向掃描測(cè)量。所述反射鏡能收發(fā)光路共用。由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，利用上述裝置可以保證發(fā)射激光束和激光掃描測(cè)量100％有效，同時(shí)通過(guò)掃描機(jī)構(gòu)的一維旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)的二維掃描，在飛行平臺(tái)上，還可以對(duì)凸起目標(biāo)的前側(cè)面和后側(cè)面雙向掃描測(cè)量，降低了因目標(biāo)相互遮擋對(duì)掃描測(cè)量結(jié)果的影響。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例所提供激光雷達(dá)的二維掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例所述裝置的一種原理示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例所舉出的一種掃描裝置獲取目標(biāo)側(cè)面激光點(diǎn)云的示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例所提供激光雷達(dá)的二維掃描裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，所述裝置主要包括反射鏡1、掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2和軸線3，其中：所述反射鏡1用于反射發(fā)射激光束4，所述反射鏡1的法線與軸線3形成固定夾角α(0°＜α＜45°)，且與入射的發(fā)射激光束4存在入射夾角θ(0°＜θ＜45°)；具體實(shí)現(xiàn)中，該反射鏡1能收發(fā)光路共用。所述發(fā)射激光束4以固定指向到達(dá)所述反射鏡1的反射鏡面，所述掃描驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2通過(guò)掃描軸帶動(dòng)所述反射鏡1繞所述軸線3進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，所述發(fā)射激光束4隨著所述反射鏡1的旋轉(zhuǎn)，周期性改變發(fā)射激光的反射方向，并在目標(biāo)形成圓形的激光掃描軌跡，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的二維掃描。如圖2所示為本發(fā)明實(shí)施例所述裝置的一種原理示意圖，參考圖2：掃描裝置在初始狀態(tài)時(shí)，掃描軸線與反射鏡面的法線夾角為α，反射鏡面法線與發(fā)射激光束成θ夾角，發(fā)射激光束S1經(jīng)反射鏡面BC反射后，成像在D1位置；當(dāng)掃描裝置繞主軸旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，而反射鏡繞軸線同時(shí)旋轉(zhuǎn)180°，發(fā)射激光束S2經(jīng)反射鏡面B'C'反射后，成像在D2位置，由此構(gòu)成了激光雷達(dá)掃描視場(chǎng)D1D2。這樣當(dāng)掃描裝置帶動(dòng)反射鏡繞掃描軸線360°旋轉(zhuǎn)時(shí)，激光束經(jīng)反射鏡面反射后周期性改變出射方向，并在目標(biāo)設(shè)備下方形成圓形激光點(diǎn)云軌跡。具體實(shí)現(xiàn)中，所述裝置的掃描視場(chǎng)與所述夾角α和入射夾角θ相關(guān)，激光雷達(dá)掃描視場(chǎng)角FOV表示為：FOV＝α+θ(1)可見(jiàn)，所述裝置的掃描視場(chǎng)隨著α和θ的增大而擴(kuò)大，0°＜α＜45°，0°＜θ＜45°，理論上α和θ最大可以近90°，由于較大的反射角度無(wú)法接收到激光回波，實(shí)施中的α和θ均小于45°，最大掃描視場(chǎng)小于90°。具體實(shí)現(xiàn)中，上述二維掃描軌跡由每束激光探測(cè)目標(biāo)的激光點(diǎn)云得到，所述激光點(diǎn)云的設(shè)備空間坐標(biāo)通過(guò)反射鏡面的傾斜角、主軸旋轉(zhuǎn)角度和脈沖激光測(cè)距解算得到。舉例來(lái)說(shuō)，所述裝置的激光點(diǎn)云設(shè)備空間坐標(biāo)的計(jì)算模型如下：設(shè)反射鏡面的平面方程為：Am(x-xm)+Bm(y-ym)+Cm(z-zm)＝0(2)則反射鏡面的法向量表示為其中Am、Bm和Cm由反射鏡面的傾角和鏡面的轉(zhuǎn)角ω確定；xm、ym和zm為發(fā)射激光束與反射鏡面的交點(diǎn)。對(duì)于單位入射光線向量其反射向量表示為：任意一發(fā)射脈沖激光束相對(duì)于設(shè)備坐標(biāo)系的空間坐標(biāo)計(jì)算模型表示為：X=ex·c·t2Y=ey·c·t2Z=ez·c·t2---(4)]]>式中，c表示光速，t表示單束脈沖激光的飛行時(shí)間。如圖3所示為本發(fā)明實(shí)施例所舉出的一種掃描裝置獲取目標(biāo)側(cè)面激光點(diǎn)云的示意圖，所述掃描裝置搭載于飛行平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)凸起目標(biāo)的前側(cè)面和后側(cè)面雙向掃描測(cè)量，參考圖3：激光雷達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，發(fā)射激光束(4)隨著反射鏡(1)的旋轉(zhuǎn)，分別在飛行方向(5)的前向目標(biāo)(7)和后向目標(biāo)(6)上掃描，得到前向和后向目標(biāo)的激光掃描軌跡。當(dāng)平臺(tái)沿飛行方向(5)運(yùn)動(dòng)時(shí)，激光雷達(dá)順序得到前向目標(biāo)(7)的一組側(cè)面掃描線(9)和后向目標(biāo)(6)的一組側(cè)面掃描線(8)；通過(guò)目標(biāo)(6)和(7)的側(cè)面激光點(diǎn)云，可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)側(cè)面的三維重建；同時(shí)所述裝置還可避免目標(biāo)相互遮擋對(duì)激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所提供的掃描裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)：1)發(fā)射激光束通過(guò)所述反射鏡面可以100％反射，有效實(shí)現(xiàn)激光掃描測(cè)量；2)在飛行平臺(tái)上，通過(guò)掃描機(jī)構(gòu)的一維旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)凸起目標(biāo)的前側(cè)面和后側(cè)面雙向掃描測(cè)量，避免了目標(biāo)相互遮擋對(duì)掃描測(cè)量結(jié)果的影響。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3