激光扫描装置的制作方法

本发明涉及激光技术领域，尤其是涉及一种激光扫描装置。

背景技术：

近年来，激光检测技术由于检测精度高、环境抗干扰能力强、施工简单等优势引领智能交通技术领域一场新的技术革命。

目前，基于旋转扫描式激光测距用于车型识别的产品主要是使用两台激光传感器和一台车型算法控制器，一台用于垂直车道安装，另一台倾斜于车道安装。其中的车型算法控制器将两台激光器的扫描数据进行匹配计算出车辆速度信息，根据激光器扫描的细节特征对车型进行分类。其中的两台激光传感器呈一定夹角安装在道路的上方，由于两个扫描截面的波形不能做到扫描同步，因此会降低车辆行驶速度的测量精度、车型误判的可能性较高。

技术实现要素：

针对以上缺陷，本发明提供一种激光扫描装置，可以提高车辆行驶速度的测量精度，还可以降低车型误判的可能性。

本发明提供的激光扫描装置包括：一个双扫描模块、两个激光发射模块、两个激光接收模块和一个处理模块，其中：

所述双扫描模块包括双出轴电机、与所述双出轴电机一侧的输出轴连接的第一反射镜、与所述双出轴电机另一侧的输出轴连接的第二反射镜和用于控制所述双出轴电机的两个输出轴转动的控制单元；

所述装置还包括与所述控制单元连接的脉冲触发电路，所述脉冲触发电路用于在所述控制单元的控制下触发所述两个激光发射模块同步发射激光信号；

所述两个激光发射模块中的一个和所述两个激光接收模块中的一个沿所述双出轴电机一侧的输出轴的延伸方向设置在所述双扫描模块的一侧，该侧记为所述双扫描模块的第一侧；所述两个激光发射模块中的另一个和所述两个激光接收模块中的另一个沿所述双出轴电机另一侧的输出轴的延伸方向设置在所述双扫描模块的另一侧，该另一侧记为所述双出轴电机的第二侧；

所述第一反射镜用于将所述双扫描模块第一侧的激光发射模块的发射激光反射至扫描区域，形成第一扫描面，及将所述第一扫描面的返回激光发送至所述双扫描模块第一侧的激光接收模块；所述第二反射镜用于将所述双扫描模块第二侧的激光发射模块的发射激光反射至扫描区域，形成第二扫描面，及将所述第二扫描面的返回激光发送至所述双扫描模块第二侧的激光接收模块；

所述处理模块用于根据所述两个激光发射模块的激光发射时间和所述两个激光接收模块的激光接收时间确定经过所述扫描区域的车辆的平均行驶速度和/或车型信息。

本发明提供的激光扫描装置中，双扫描模块第一侧的激光发射模块发出激光信号，激光信号经过第一反射镜反射后发射至扫描区域内，形成第一扫描面，在第一扫描面内反射回来的激光被双扫描模块第一侧的激光接收模块接收。双扫描模块第二侧的激光发射模块发出激光信号，激光信号经过第二反射镜反射后发射至扫描区域内，形成第二扫描面，在第二扫描面内反射回来的激光被双扫描模块第二侧的激光接收模块接收。处理模块可根据两路激光信号的发射、接收时刻，可以确定车速或车型。在上述过程中，由于采用双出轴电机，因此电机在转动一周便可以形成两帧扫描信号，使得装置的扫描频率加倍，即得到两倍的激光数据。而且，由于两个激光发射模块在脉冲触发电路的触发下同步发出激光信号，同时控制单元控制双出轴电机的两个输出轴同步转动，进而使两个反射镜同步转动，这样可以发射出的两帧扫描信号为同步信号，从而提高车辆行驶速度的测量精度，当然也可降低车型误判的可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。

图1示出了本发明一实施例中激光扫描装置的结构示意图；

图2示出了本发明一实施例中第一反射镜和第二反射镜分别与输出轴的夹角示意图；

图3～5示出了本发明一实施例中第一反射镜和第二反射镜的几种安装示意图；

图6示出了本发明一实施例中第一反射镜和第二反射镜分别与输出轴的夹角示意图；

图7示出了本发明一实施例中激光扫描装置的扫描示意图；

图8示出了本发明一实施例中车辆与两扫描线之间的位置示意图；

图9示出了本发明一实施例中两扫描面沿道路方向的截面示意图；

附图标记说明；

1-双扫描模块第一侧的激光接收模块中的雪崩光电二极管；2-双扫描模块第一侧的激光发射模块中的准直单元；3-双扫描模块第一侧的激光接收模块中的汇聚单元；4-第一反射镜；5-双出轴电机；6-编码器；7-第二反射镜；8-双扫描模块第二侧的激光接收模块中的汇聚单元；9-双扫描模块第二侧的激光发射模块中的准直单元；10-双扫描模块第二侧的激光接收模块中的雪崩光电二极管。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

本发明提供一种激光扫描装置，如图1所示，该装置包括一个双扫描模块、两个激光发射模块、两个激光接收模块和一个处理模块，其中：

所述双扫描模块包括双出轴电机5、与所述双出轴电机5一侧的输出轴连接的第一反射镜4、与所述双出轴电机5另一侧的输出轴连接的第二反射镜7和用于控制所述双出轴电机5的两个输出轴转动的控制单元；

所述装置还包括与所述控制单元连接的脉冲触发电路，所述脉冲触发电路用于在所述控制单元的控制下触发所述两个激光发射模块同步发射激光信号；

所述两个激光发射模块中的一个和所述两个激光接收模块中的一个沿所述双出轴电机5一侧的输出轴的延伸方向设置在所述双扫描模块的一侧，该侧记为所述双扫描模块的第一侧；所述两个激光发射模块中的另一个和所述两个激光接收模块中的另一个沿所述双出轴电机5另一侧的输出轴的延伸方向设置在所述双扫描模块的另一侧，该另一侧记为所述双出轴电机5的第二侧；

所述第一反射镜4用于将所述双扫描模块第一侧的激光发射模块的发射激光反射至扫描区域，形成第一扫描面，及将所述第一扫描面的返回激光发送至所述双扫描模块第一侧的激光接收模块；所述第二反射镜7用于将所述双扫描模块第二侧的激光发射模块的发射激光反射至扫描区域，形成第二扫描面，及将所述第二扫描面的返回激光发送至所述双扫描模块第二侧的激光接收模块；

所述处理模块用于根据所述两个激光发射模块的激光发射时间和所述两个激光接收模块的激光接收时间确定经过所述扫描区域的车辆的平均行驶速度和/或车型信息。

本发明提供的激光扫描装置中，双扫描模块第一侧的激光发射模块发出激光信号，激光信号经过第一反射镜4反射后发射至扫描区域内，形成第一扫描面，在第一扫描面内反射回来的激光被双扫描模块第一侧的激光接收模块接收。双扫描模块第二侧的激光发射模块发出激光信号，激光信号经过第二反射镜7反射后发射至扫描区域内，形成第二扫描面，在第二扫描面内反射回来的激光被双扫描模块第二侧的激光接收模块接收。处理模块可根据两路激光信号的发射、接收时刻，可以确定车速或车型。在上述过程中，由于采用双出轴电机5，因此电机在转动一周便可以形成两帧扫描信号，使得装置的扫描频率加倍，即得到两倍的激光数据。而且，由于两个激光发射模块在脉冲触发电路的触发下同步发出激光信号，同时控制单元控制双出轴电机5的两个输出轴同步转动，进而使两个反射镜同步转动，这样可以发射出的两帧扫描信号为同步信号，从而提高车辆行驶速度的测量精度，当然也可降低车型误判的可能性，而且采用一台激光扫描装置就可以实现功能，具有结构简单的优点。

在具体实施时，如果两个反射镜的相位角相同，即相位差为0，双扫描模块第一侧的激光发射模块发出的激光被物体反射后可能会被双扫描模块第二侧的激光接收模块接收，同样的，双扫描模块第二侧的激光发射模块发出的激光也可能会被双扫描模块第一侧的激光接收模块接收，导致光线被错误接收，因此一般在使用时尽量使两个反射镜的相位角差不为0。

在具体实施时，激光扫描装置中的处理模块可以对接收到的对应时刻的每帧扫描测距信息进行处理，得到两组同一时刻扫描到车辆上的一个或者多个有车区域，并对所述的有车区域进行存储：其中所述有车区域为一条有两个端点的曲线，并且沿着扫描方向在路面上的投影为一条线段。对有车区域进行坐标转换，存储车辆的三维轮廓信息，根据该三维轮廓信号并可以确定车型，进而可以对车辆分类。

在具体实施时，所述第一反射镜4和/或所述第二反射镜7通过安装结构安装至所述双出轴电机5对应侧的输出轴上。安装结构可以采用角度可调的结构，例如，如图2所示，两反射镜的反射面与输出轴之间的夹角的补角α、β可通过安装结构进行调节，α、β可以相同，例如图3中两反射镜与输出轴的夹角和安装方向均相同，图4和图5中两反射镜与输出轴的夹角相同，但安装角度不同，这样两帧扫描波形对相邻位置扫描具有到一定的时间间隔，图4的时间间隔为1/4圈，图5的时间间隔为1/2圈。当然，α、β也可以不同，如图6所示，一个反射镜与输出轴之间的夹角为45°，另一个为60°。当然，安装结构也可以采用角度不可调的结构，例如，若欲将第一反射镜的反射面与输出轴之间的角度的补角设置为45°，则采用一个具有45°角的安装架安装即可；再例如，若欲将第二反射镜的反射面与输出轴之间的夹角的补角设置为60°，则采用一个具有60°夹角的安装架即可。

这里，由于第一反射镜4和/或第二反射镜7的安装方向和安装角度可以调节，因此可以通过调节第一反射镜4和/或第二反射镜7的安装方向和角度，调节其与输出轴之间的角度，控制两条扫描线之间的角度，从而调节两条扫描线在垂直于扫描方向上扫描点的间距，即两个激光发射模块各个发射的激光信号在车身上的间隔分布可控制，从而便于车辆细节特征例如车辆轴数、后视镜、车辆的高度、宽度、车头、车身和车尾等的识别，进而进一步降低车辆车型误判的可能性。

在具体实施时，上述控制单元可以采用多种结构形式实现，对此本发明不做限定，其中一种可选的结构为：控制单元包括电机驱动控制电路和与所述电机驱动控制电路连接的编码器6，所述编码器6用于在所述电机驱动控制电路的控制下发出用于控制两个输出轴同步转动的驱动信号。也就是说，电机驱动控制电路通过编码器6控制双出轴电机5的两个输出轴同步转动，使电机在高速稳定的状态转动。

在具体实施时，可以采用多种方式使脉冲触发电路触发两个激光发射模块同步发射激光信号，对此本发明不做限定。其中一种可选的方式为：在控制单元包括电机驱动控制电路和编码器6的基础上，所述编码器6还与所述脉冲触发电路连接，所述编码器6还用于产生固定频率的脉冲信号，所述脉冲信号用于控制所述脉冲触发电路发出用于触发所述两个激光发射模块同步发射激光信号的触发信号。这就是说，编码器6不光产生控制用于使双出轴电电机的两个输出轴同步转动的驱动信号，还产生控制脉冲触发电路发出触发信号的脉冲信号，以使两个激光发射模块同步发射激光信号，这种方式可以简化装置的结构、节约成本。

在具体实施时，激光发射模块可以采用多种结构形式实现，对此本发明不做限定，其中一种可选结构为：每一激光发射模块包括激光二极管驱动电路、激光二极管和准直单元(在图1中，第一侧的激光发射模块的准直单元用标记2表示，第二侧的激光发射模块的准直单元用标记9表示)，其中：所述激光二极管驱动电路连接至所述脉冲触发电路和所述激光二极管，用于在所述脉冲触发电路的触发下控制所述激光二极管发射激光信号；所述准直单元用于对所述激光二极管发射的激光信号进行准直。在这种结构的激光发射模块中，激光二极管驱动电路控制激光二极管发射激光信号，准直单元对发出的激光信号进行准直，实现激光信号的发射。

在具体实施时，激光接收模块可以采用多种结构形式实现，对此本发明不做限定，其中一种可选结构为：激光接收模块包括汇聚单元(在图1中，第一侧的激光接收模块中的汇聚单元用标记3表示，第二侧的激光接收模块中的汇聚单元用标记8表示)、雪崩光电二极管(在图1中，第一侧的激光接收模块中的雪崩光电二极管用1表示，第二侧的激光接收模块中的雪崩光电二极管用标记10表示)和信号处理电路，其中：所述汇聚单元用于将对应扫描面的返回激光汇聚到所述雪崩光电二极管的光敏面上，所述雪崩光电二极管用于将接收到的激光转换为电信号，所述信号处理电路用于对所述电信号进行模数转换、放大和/或滤波的预处理。在这种结构的激光结构模块中，汇聚单元将返回来的激光信号汇聚到雪崩光电二极管的光敏面上，雪崩光电二极管将光信号转换为电信号，然后信号处理电路对电信号进行一定的预处理，从而实现激光信号的接收。当然，在预处理完成之后，信号处理电路还可以发出计时截止信号，用于提示处理模块停止计时。

在具体实施时，处理模块的具体结构可以采用多种形式，对此本发明不做限定，其中一种可选的形式为：处理模块包括计时单元和处理单元，其中：所述计时单元用于在每一个激光发射模块发射激光时开始计时并在相同侧的激光接收模块接收到返回激光时停止计时，并根据开始计时时刻和停止计时时刻确定对应的激光传播时间；所述处理单元用于根据所述激光传播时间，确定所述车辆的平均行驶速度。这里，计时单元对激光的传播进行计时，处理单元根据计时结果进行计算，从而得到车辆的平均行驶速度。

在具体实施时，如图7所示，激光扫描装置可以通过龙门架安装在路侧或道路上方，形成的两扫描面之间的夹角为а，装置的安装高度为H，第一扫描面在路面上形成的扫描线为L1，第二扫描面在路面上形成的扫描线为L2，两扫描线的间距为D。

参见图8，车辆在进入两个扫描截面的的过程包括4种状态：时刻t1-车辆车头恰好到达L1线，时刻t2-车辆车尾恰好驶离L1线，时刻t3-车辆车头恰好到达L2线，时刻t4-车辆车头恰好驶离L2线。因此，车辆刚好经过L1的时间为t2-t1，车辆刚好经过L2的时间为t4-t3，车辆车头刚好经过扫描截面之间距离的时间为t3-t1，车辆车尾刚好驶离扫描截面之间距离的时间为t4-t2。此时，车辆的平均行驶速度V＝2*D/(t3+t4-t2-t1)，因此处理模块采用上式计算所述车辆的平均行驶速度V。通过上述分析可知，式中，t1为车辆的车头到达第一扫描面的时刻，t2为车辆的车尾驶离第一扫描面的时刻，t3为车辆的车头达到第二扫描面的时刻，t4为车辆的车尾驶离第二扫描面的时刻，D为第一扫描面与路面的交线与第二扫描面与路面的交线之间的距离。

其中的D可以根据反射镜的位置、角度、高度等信息预先确定，因此在上述公式中的未知数仅仅为四个时刻点，只要确定四个时刻点，便可以确定车辆的平均行驶速度。

所述处理模块采用下式计算所述第一扫描面与路面的交线与所述第二扫描面与路面的交线之间的距离D：

D＝d+H*cot(180-2*α)+H*cot(180-2*β)

式中，d为所述第一反射镜和所述第二反射镜之间的距离，H为所述激光扫描装置相对于地面的安装高度，α为所述第一反射镜的反射面与对应的输出轴之间的夹角的补角，β为所述第二反射镜的反射面与对应的输出轴之间的夹角的补角。如图9所示，一个反射镜的扫描线垂直于地面，其对应的α为45°，另一个反射镜的扫描线与地面之间的夹角为60°，其对应的β为60°，则D可以采用下式预先确定：

D＝d+H*cot(180-2*β)

式中，d为所述第一反射镜4和所述第二反射镜7之间的距离，H为所述激光扫描装置相对于地面的安装高度，β为所述第一反射镜4或所述第二反射镜7的反射面与对应的输出轴之间的夹角的补角。例如，如图9所示，d为30cm，H为8m，β为60°，因此D＝0.3+8*cot60°＝4.65m。

在具体实施时，车长M＝V*(t2+t4-t1-t3)/2，而V＝2*D/(t3+t4-t2-t1)，因此处理模块可以根据下式计算车长：

M＝D*(t2+t4-t1-t3))/(t3+t4-t2-t1)。

因此，通过几个时刻点便可以得到车长。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。