接收装置、包括其的激光雷达及探测方法与流程

1.本发明大致涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种激光雷达的接收装置、包括其的激光雷达及其探测方法。


背景技术：

2.激光雷达本身不具备获得真彩色图像的能力，或者说不具备颜色分别的能力，对于很多场景，如红绿灯，现有的激光雷达系统单独工作时无法区分相同形状、尺寸但颜色不同的物体。
3.随着自动驾驶的发展，对于激光雷达的点云信息和可见光相机的彩色图像的融合需求得到了越来越多的关注。现有的获取点云和图像融合信息的方式主要有以下几种：
4.一种方式是将单独工作的雷达和摄像头进行数据融合，获得“彩色图像”与“距离信息”。但是作为两套独立结构、独立工作的装置，二者的视场角(field of view，fov)需要精确对准，使二者的视场匹配、时间同步，所需的后期数据处理量非常大，导致系统结构复杂、成本高。
5.另一种是用spad阵列同时捕获图像信息和距离信息，利用反射率信息获得灰度图像。但是spad单元捕获单个光子即可发生雪崩，spad阵列可反映的光强度信息动态范围相对较低，因此能获得的图像信息分辨率很低。并且，回波探测信息和图像信息对于环境光的需求相互矛盾，高精度距离探测需要尽可能减少环境光的干扰，但高精度图像需要更多的环境光信息，因此该方法局限性较大，难以兼顾距离精度和图像质量。
6.与机械扫描式雷达相比，固态雷达没有机械旋转部件，因而结构简单、小型化、成本低、使用寿命高，在未来激光雷达的发展趋势上具有很大优势。但现有技术并没有适合于固态雷达获取彩色图像和点云数据融合信息的方案。
7.背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。


技术实现要素：

8.有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种可用于激光雷达的接收装置，包括：
9.接收光学组件，配置成接收并会聚所述激光雷达发出的第一波段的探测光束被目标物反射的回波以及第二波段的光束，其中所述第二波段不包括所述第一波段；
10.分光单元，设置在所述接收光学组件的光路下游，配置成将所述探测光束的反射回波和所述第二波段的光束的光路分离；
11.探测装置，包括至少一组探测单元，设置在所述分光单元的光路下游，配置成从所述分光单元接收所述探测光束的反射回波并转换为电信号；和
12.成像装置，包括至少一组成像单元，设置在所述分光单元的光路下游，配置成从所述分光单元接收所述第二波段的光束并成像；
13.其中，每组探测单元与至少一组成像单元对应同一视场范围。
14.根据本发明的一个方面，其中所述探测单元为基于盖革模式的探测单元。
15.根据本发明的一个方面，其中所述探测装置包括多组探测单元，所述多组探测单元中的n组可被同时激活，以接收所述反射回波，n是大于等于1的正整数；
16.其中所述成像装置包括多组成像单元，所述多组成像单元中的m组可被同时激活，以接收所述第二波段的光束，m是大于等于1的正整数。
17.根据本发明的一个方面，其中所述多组探测单元分别对应不同的视场范围，所述多组探测单元对应的视场范围组成所述激光雷达的探测范围；
18.其中所述多组成像单元分别对应不同的视场范围，所述多组成像单元对应的视场范围组成所述激光雷达的探测范围。
19.根据本发明的一个方面，其中每组探测单元被同时激活接收所述反射回波，每组成像单元被同时激活接收所述第二波段的光束并成像，对应同一视场范围的探测单元和成像单元被同时激活进行探测和曝光。
20.根据本发明的一个方面，其中所述成像单元根据所述第二波段的光束的强度调整曝光时间。
21.根据本发明的一个方面，其中所述探测装置和所述成像装置位于所述接收光学组件的焦平面上。
22.根据本发明的一个方面，其中所述探测单元包括spad，所述一组探测单元包括spad阵列；所述成像单元包括cmos，所述一组成像单元包括cmos像素阵列。
23.根据本发明的一个方面，其中所述分光单元包括分光透反镜，使所述探测光束的反射回波被反射、所述第二波段的光束被透射，或者使所述探测光束的反射回波被透射、所述第二波段的光束被反射。
24.根据本发明的一个方面，其中所述分光透反镜的表面涂覆有高反射膜或二向色涂层。
25.根据本发明的一个方面，其中所述分光单元包括光栅，以使所述探测光束的反射回波和所述第二波段的光束偏转至不同的方向。
26.根据本发明的一个方面，所述接收装置还包括：
27.设置在所述探测装置光路上游的第一滤光单元，所述第一滤光单元的通带与所述探测光束的波长相对应，以允许所述探测光束的反射回波透过；
28.设置在所述成像装置光路上游的第二滤光单元，所述第二滤光单元的阻带与所述探测光束的波长相对应，以允许所述第二波段的光束透过。
29.根据本发明的一个方面，所述接收装置还包括：
30.设置在所述接收光学元件光路下游的电子光阑，以使对应探测视场范围的探测光束通过，使环境光被滤除。
31.根据本发明的一个方面，所述接收装置还包括处理单元，配置成根据所述探测装置输出的电信号生成点云信息，并将所述点云信息与所述成像装置输出的图像信息进行配准，生成彩色点云图像。
32.本发明还提供一种激光雷达，包括：
33.发射装置，包括至少一个激光光源，配置成发射出探测光束以探测目标物；
34.发射光学组件，所述发射装置位于所述发射光学组件的焦平面上，所述发射光学组件配置成接收所述至少一个激光光源发射出的探测光束并整形后发射至目标空间；和
35.如上所述的接收装置，配置成接收所述探测光束被目标物反射的回波和第二波段的光束，并对所述目标物进行距离探测和成像；
36.其中，所述激光光源包括至少一组发射单元，每组发射单元同时发射所述探测光束，对应视场范围的至少一组探测单元被同时激活接收所述反射回波。
37.根据本发明的一个方面，其中所述激光光源包括多组发射单元，每组发射单元发射探测光束至不同的视场范围，多个所述视场范围组成所述激光雷达的探测范围。
38.根据本发明的一个方面，其中每组所述发射单元依次发出探测光束至相应的视场范围，对应该视场范围的至少一组探测单元和至少一组成像单元被同时激活开始探测和曝光。
39.根据本发明的一个方面，其中所述发射装置包括多个激光光源，所述激光雷达包括多个发射光学组件，其中每个激光光源对应其中一个发射光学组件。
40.根据本发明的一个方面，其中所述发射装置还包括至少一个补光光源，配置成可发射出第二波段的光束。
41.根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括光强传感器，设置在所述成像装置的光路上游，配置成当检测到光强度低于阈值时，控制所述至少一个补光光源开启。
42.根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达是面阵闪光激光雷达。
43.本发明还提供一种采用如上所述的接收装置同时进行测距和成像的探测方法，包括：
44.s101：通过接收光学组件接收激光雷达发出的第一波段的探测光束被目标物反射的回波和第二波段的光束，并将所述反射回波和所述第二波段的光束会聚；
45.s102：通过分光单元将所述探测光束的反射回波和第二波段的光束的光路分离；
46.s103：通过探测装置接收所述探测光束的反射回波并转换为电信号；和
47.s104：通过成像装置接收所述第二波段的光束并成像。
48.根据本发明的一个方面，其中所述探测单元为基于盖革模式的探测单元，所述探测方法还包括：
49.同时激活每组探测单元，以使其同时接收所述反射回波；
50.同时激活每组成像单元，以使其同时接收所述第二波段的光束并成像。
51.根据本发明的一个方面，其中所述探测装置包括多组探测单元，所述成像装置包括多组成像单元，所述探测方法还包括：
52.同时激活所述多组探测单元中的n组，以接收所述反射回波，n是大于等于1的整数；
53.同时激活所述多组成像单元中的m组，以接收所述第二波段的光束，m是大于等于1的整数。
54.根据本发明的一个方面，其中所述多组探测单元分别对应不同的视场范围，所述多组成像单元分别对应不同的视场范围，所述探测方法还包括：
55.将所述多组探测单元的探测结果合成一帧点云；
56.将所述多组成像单元的成像合并成一帧图像。
57.根据本发明的一个方面，所述探测方法还包括：
58.对应同一视场范围的探测单元和成像单元同时执行所述步骤s103和s104。
59.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s104进一步包括：
60.控制所述成像单元根据所述第二波段的光束的强度调整曝光时间。
61.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s102进一步包括：
62.通过表面涂覆有高反射膜的分光透反镜，使所述探测光束的反射回波被反射、所述第二波段的光束被透射，或者使所述探测光束的反射回波被透射、所述第二波段的光束被反射。
63.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s102进一步包括：
64.通过表面涂覆二向色涂层的分光透反镜，使得所述探测光束的反射回波被透射、所述第二波段的光束被反射，或者使所述探测光束的反射回波被反射、所述第二波段的光束被透射。
65.根据本发明的一个方面，其中所述步骤s102进一步包括：
66.通过光栅，使所述探测光束的反射回波和所述第二波段的光束偏转至不同的方向。
67.根据本发明的一个方面，所述探测方法进一步包括：
68.通过设置在所述探测装置光路上游的第一滤光单元，使所述探测光束的反射回波透过；和
69.通过设置在所述成像装置光路上游的第二滤光单元，使所述第二波段的光束透过。
70.根据本发明的一个方面，所述探测方法进一步包括：
71.通过设置在所述接收光学元件光路下游的电子光阑，使对应探测视场范围的探测光束通过，滤除环境光。
72.根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达还包括至少一个补光光源，配置成可发射出第二波段的光束，所述探测方法进一步包括：
73.当环境光低于阈值时，开启所述补光光源。
74.根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达还包括光强传感器，设置在所述成像装置的光路上游，所述探测方法进一步包括：
75.当所述光强传感器检测光强度低于所述阈值时，控制所述至少一个补光光源开启。
76.根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达还包括处理单元，所述探测方法进一步包括：
77.所述处理单元将所述探测装置输出的点云信息与所述成像装置输出的图像信息进行配准，生成彩色点云图像。
78.本发明的优选实施例提供了一种可用于激光雷达的接收装置，用一个接收光学组件同时获得点云数据和彩色图像，探测装置和成像装置所对应的视场完全相同，时间上也完全同步，后续只需要在软件层面将图像信息与点云信息配准，即可输出彩色图像与点云融合的图像。不需要复杂的视场匹配或时间同步，降低了系统复杂度和制造成本。
79.本发明的优选实施例采用一个分光元件即可将近红外的回波光束与可见光的光
路分离，降低了工艺的难度和成本。用于测距的spad阵列中能够分布的spad数量不会减少，避免为了获得图像信息而牺牲测距分辨率。
80.此外，两个传感器阵列可以单独工作，可以对两个传感器的参数分别进行控制以提高探测和成像性能，如延长成像单元的曝光时间，能够在环境光较弱时提高彩色图像的成像质量。
81.本发明优选实施例的面阵闪光固态激光雷达同步输出时间、视场完全匹配的“彩色图像”+“点云数据”，获取的信息量大大增加，在自动驾驶应用中，非常有利于复杂环境中的目标物精准定位和识别，为自动驾驶策略提供可靠信息。
附图说明
82.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
83.图1示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的接收装置；
84.图2a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的探测装置；
85.图2b示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的成像装置；
86.图3示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的接收装置；
87.图4示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的接收装置；
88.图5示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的接收装置；
89.图6示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的接收装置；
90.图7示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的接收装置；
91.图8示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
92.图9示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达的收发过程；
93.图10示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
94.图11示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例发射光学组件的排布方式；
95.图12示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达；
96.图13示出了根据本发明的一个优选实施例的探测方法。
具体实施方式
97.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
98.在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
99.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
100.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
101.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
102.以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
103.彩色图像的优势在于物体的细致分类识别，尤其是在内容上，比如红绿灯、车牌、指示牌等，而点云数据的优势在于距离、深度信息的采集，本发明提供一种可同步获得彩色图像和距离信息的激光雷达的接收装置。根据本发明一个优选实施例，如图1所示，本发明提供一种可用于激光雷达的接收装置10，包括：接收光学组件11、分光单元12、探测装置13和成像装置14。接收光学组件11配置成接收并会聚激光雷达发出的第一波段的探测光束被目标物反射的回波l1以及第二波段的光束l2，其中第二波段不包括第一波段。优选地，接收光学组件11不具有波长选择性，红外和可见光波段的光束都可以无差别地透过。分光单元12设置在接收光学组件11的光路下游，配置成将探测光束的反射回波l1和第二波段的光束l2的光路分离。探测装置13包括至少一组探测单元131，设置在分光单元12的光路下游，配置成从分光单元12接收探测光束的反射回波l1并转换为电信号。成像装置14包括至少一组成像单元141，设置在分光单元12的光路下游，配置成从分光单元12接收第二波段的光束l2并成像。其中每组探测单元131与至少一组成像单元141对应同一视场范围。优选地，每组探测单元131中的多个探测单元同时激活接收反射回波l1，每组成像单元141中的多个成像单元被同时激活接收第二波段的光束l2并成像。
104.图1中示出了分光单元12将第一波段的光束l1，即探测光束的反射回波l1反射，将第二波段的光束l2透射的实施例，本领域技术人员能够理解，分光单元12的工作模式不限于此，凡是将探测光束的反射回波l1和第二波段的光束l2分成两路，并同步完成距离探测和成像的接收装置，均在本发明的保护范围之内。
105.第二波段优选为可见光波段，但本发明的保护范围不限于此，除第一波段以外，其他可以用来成像的波段(包括部分不可见光波段)均可作为第二波段使用，并由分光单元12
将第一波段的反射回波l1、第二波段的光束l2进行光路分离，第一波段的反射回波l1被探测装置13接收并生成与目标物的距离相关的信息，第二波段的光束l2被成像装置14接收并成像。
106.图1示意性地示出了探测单元131、成像单元141的排列方式，本领域技术人员能够理解，探测单元131在探测装置13上可以以线阵或面阵的方式规则排布，也可以不规则排布；成像单元141在成像装置14上可以以线阵或面阵的方式规则排布，也可以不规则排布，这些都在本发明的保护范围之内。
107.根据本发明的一个优选实施例，其中探测单元131为基于盖革模式的探测单元。优选地，探测单元131为单光子雪崩二极管(single photon avalanche diode，spad)，探测装置13包括至少一个spad阵列，且探测装置13基于与时间相关的光子计数进行探测；成像单元141为cmos传感器，在cmos传感器上制备rggb滤光片，或在cmos传感器上封装滤光片，以实现彩色图像成像，成像装置14包括至少一个cmos像素阵列。
108.根据本发明的一个优选实施例，如图2a所示，探测装置13包括多组探测单元131，在本实施例中，一组中的多个探测单元配置为响应于同一使能信号，被同时激活进行探测。多组探测单元131中的n组可被同时激活，以接收反射回波l1，n是大于等于1的正整数。在图2a中，n＝2，图2所示的标号相同的两组探测单元共用电压源，被同时激活进行探测。对于基于盖革模式的探测单元，所述激活可以为在每个探测单元上施加大于雪崩击穿电压的偏压，使探测单元处于盖革模式，单个光子即可触发探测单元雪崩输出探测信号。
109.如图2b所示，成像装置14包括多组成像单元141，在本实施例中，一组中的多个成像单元配置为响应于同一使能信号，被同时激活进行成像。多组成像单元141中的m组可被同时激活，以接收第二波段的光束l2，m是大于等于1的正整数。在图2b中，m＝3，图3所示的标号相同的三组成像单元共用电压源，同时在成像单元上施加电压进行曝光。
110.根据本发明的一个优选实施例，多组探测单元131分别对应不同的视场范围，以图2a为例，标号为a的两组探测单元对应0-20
°
的视场范围，标号为b的两组探测单元对应20
°‑
40
°
的视场范围，标号为c的两组探测单元对应40
°‑
60
°
的视场范围，标号为d的两组探测单元对应60
°‑
80
°
的视场范围，标号为e的两组探测单元对应80-100
°
的视场范围，标号为f的两组探测单元对应100
°‑
120
°
的视场范围，多组探测单元131对应的视场范围组成激光雷达的探测范围，如图2a中所示标号为a-f的十二组探测单元组成激光雷达的视场范围。
111.根据本发明的一个优选实施例，多组成像单元141分别对应不同的视场范围，以图2b为例，标号为a的三组成像单元对应0-20
°
的视场范围，标号为b的三组成像单元对应20
°‑
40
°
的视场范围，标号为c的三组成像单元对应40
°‑
60
°
的视场范围，标号为d的三组成像单元对应60
°‑
80
°
的视场范围，标号为e的三组成像单元对应80-100
°
的视场范围，标号为f的三组成像单元对应100
°‑
120
°
的视场范围，多组成像单元141对应的视场范围组成激光雷达的探测范围，如图2b中所示标号为a-f的十八组成像单元组成激光雷达的视场范围。
112.根据本发明的一个优选实施例，其中对应同一视场范围的探测单元131和成像单元141被同时激活进行探测和曝光。每次采用至少一组spad单元进行探测，同时将至少一组cmos传感器单元激活进行成像，即对每一次测距，对相同的视场角成像，不同视场角的点云数据依次探测，图像信息也依次生成，最后进行合成即可。以图2a和2b为例，标号为a的探测单元和成像单元被同时激活，同时开始探测和成像；间隔一定时间后，标号为a的探测单元
和成像单元去激活，将标号为b的探测单元和成像单元激活，同时对另一视场范围开始探测和成像。采用上述方法将标号为a-f的探测单元依次激活，对多个视场范围依次进行探测，获得一帧点云数据；标号为a-f的成像单元分别与相同标号的探测单元被同时激活，对多个视场范围依次成像，获得一帧图像。一帧点云数据和一帧图像进行合成，即可获得图像和点云融合信息。
113.由于cmos器件工艺非常成熟，容易制备大阵列cmos器件芯片，因此可以将cmos阵列做的比spad阵列大，即、对应于某一视场范围的阵列中，cmos传感器的组数、或每组cmos传感器中cmos传感器的个数可以多于spad的组数、或每组spad中spad的个数，从而能够提高图像分辨率。
114.根据本发明的一个优选实施例，其中成像单元141根据第二波段的光束l2的强度调整曝光时间。优选地，第二波段为可见光波段，在白天环境光很强时，可以缩短曝光时间，例如曝光时间可以是1/1000s、1/10000s，随着光线变暗增加曝光时间，但最长不超过同视场范围探测单元的激活时间。优选地，在夜晚或阴天环境光较弱的情况下进行多次曝光，多次曝光的结果叠加成一帧图像，或在环境光较弱的情况下延长曝光时间。
115.根据本发明的一个优选实施例，其中探测装置13和成像装置14位于接收光学组件11的焦平面上。
116.根据本发明的一个优选实施例，其中分光单元12包括分光透反镜，使所述探测光束的反射回波l1被反射、第二波段的光束l2被透射(如图1所示)，或者使探测光束的反射回波l1被透射、第二波段的光束l2被反射(如图3所示)。
117.根据本发明的一个优选实施例，其中分光透反镜12的表面涂覆有高反射膜或二向色涂层。
118.如图1所示的优选实施例中，分光单元12采用波长分光透反镜，以940nm波段作为第一波段、940nm以外的光波段作为第二波段为例，在波长分光透反镜12表面涂覆940nm的高反射膜，使940nm波段的激光被反射，探测装置13设置于反射回波l1会聚的焦平面上；波长偏离940nm的红外光以及可见光光束l2可以透射过去，会聚于焦平面位置的成像装置14上。
119.如图3所示的优选实施例中，分光单元12采用波长分光透反镜，以905nm波段作为第一波段、905nm以外的光波段作为第二波段为例，在波长分光透反镜12表面涂覆二向色涂层，使905nm的回波光束l1透射过去，被探测装置13接收进行距离探测；波长偏离905nm的红外光以及可见光光束l2被反射至成像装置14用于成像。
120.根据本发明的一个优选实施例，如图4所示，其中分光单元12包括光栅，以使探测光束的反射回波l1和第二波段的光束l2偏转至不同的方向。
121.如图4所示的优选实施例中，分光单元12采用光栅，利用光栅可以将不同波长的光向不同方向偏转的性质，使近红外光和可见光(以探测光波段的近红外波段作为第一波段、偏离探测光波段的红外光和可见光波段作为第二波段为例)反射至不同的角度，在探测光波段的近红外光和偏离探测光波段的红外光和可见光相应光路位置分别设置探测装置13和成像装置14。
122.本发明所提供的分光单元，可以将探测波段的光与其他波段的光进行光路分离，偏离探测波段的光可被引导至成像装置用于成像，既能增强成像光强度来提高成像质量，
又能起到抗干扰的作用，提高探测装置的信噪比。
123.根据本发明的一个优选实施例，如图5所示，接收装置10还包括设置在探测装置13光路上游的第一滤光单元15，第一滤光单元15的通带与探测光束的波长相对应，以允许探测光束的反射回波l1透过。接收装置10还包括设置在成像装置14光路上游的第二滤光单元16，第二滤光单元16的阻带与探测光束的波长相对应，以允许第二波段的光束l2透过。
124.优选地，第一滤光单元15、第二滤光单元16为滤光片，为提高信噪比，可在至少一个spad阵列前设置滤光片，滤除探测光波长以外的杂散光；优选地，可在至少一个cmos阵列前设置滤光片，将探测光波段的光滤除，使偏离探测光波段的红外光和可见光高透，从而提高成像质量。
125.根据本发明的一个优选实施例，如图6所示，接收装置10还包括设置在探测装置13光路上游的第一光阑171和设置在成像装置14光路上游的第二光阑172。通过第一光阑171和第二光阑172控制特定视场范围的光才能穿过其通光孔，使对应同一视场角度的探测单元组和成像单元组接收到的光束均来自所述同一视场角度，来控制探测和成像对应相同的视场角度。
126.根据本发明的一个优选实施例，如图7所示，接收装置10还包括设置在接收光学元件11光路下游的电子光阑173，以使对应探测视场范围的光束通过，使过量的环境光被滤除。其中电子光阑173为具有“开”和“关”状态的光调制器，设置在接收光学元件11的光路下游，并接收由接收光学元件11汇聚的光束。电子光阑17的通光区域对应探测装置14的光斑位置，即对应接收相应探测视场范围内的光束。
127.作为本发明的另一个优选实施例，由于成像装置14没有滤除杂散光的需求，电子光阑17也可以设置在分光单元12与探测装置13之间，电子光阑17的通光区域对应探测装置13上的光斑位置，其他区域关闭以滤除杂散光。
128.根据本发明的一个优选实施例，接收装置10还包括处理单元，配置成根据探测装置13输出的电信号生成点云信息，并将点云信息与成像装置14输出的图像信息进行配准，生成包含彩色图像和同视场、同时刻点云数据的融合信息。
129.根据本发明的一个优选实施例，如图8所示，本发明还提供一种激光雷达30，包括：发射装置20、发射光学组件22和如上所述的接收装置10。发射装置20包括至少一个激光光源21，配置成发射出探测光束以探测目标物。发射光学组件22配置成接收至少一个激光光源21发射出的探测光束并整形后发射至目标空间，至少一个激光光源21位于发射光学组件22的焦平面上。如上所述的接收装置10配置成接收探测光束被目标物反射的回波l1和第二波段的光束l2，并对目标物进行距离探测和成像。其中，激光光源21包括至少一组发射单元211，每组发射单元211同时发射探测光束，对应视场范围的至少一组探测单元131被同时激活接收探测光束的反射回波l1。
130.图9示意性地示出了固态激光雷达的基本结构，该固态雷达不包括机械旋转或扫描部件，激光光源和探测装置均采用面阵，激光光源包括至少一组发射单元，如采用vcsel阵列；探测装置包括至少一组探测单元，如采用spad阵列，分别设置于发射光学组件和接收光学组件的焦平面上。每组发射单元可独立寻址，每组探测单元可独立寻址。
131.作为一种固态激光雷达的探测方式，vcsel和spad可以进行分组，依次发光/探测。如图9所示，t1时刻发射装置上的第一列vcsel发光，对应探测装置上的第一列spad被激活，
对应成像装置上的第一列、第二列cmos传感器同时被激活；t2时刻发射装置上的第二列vcsel发光，对应探测装置上的第二列spad被激活进行回波信号探测，对应成像装置上的第三列、第四列cmos传感器被激活进行曝光成像；如上所述，依次进行多列vcsel的发光，和相对应列的spad激活探测和cmos激活成像。但本发明的保护范围并不限于激光器与探测器一一对应的关系，发射单元也可以按行分组、或分成多个子阵列，分组的方式不限。至少一组发射单元同时发射探测光束，对应视场范围的至少一组探测单元同时被激活以接收探测光束的反射回波，对应视场范围的至少一组成像单元同时被激活以成像，这些均在本发明的保护范围之内。
132.根据本发明的一个优选实施例，其中激光光源21包括多组发射单元211，每组发射单元211发射探测光束至不同的视场范围，多个所述视场范围组成激光雷达30的探测范围。优选地，至少一组对应视场范围0-20
°
的发射单元发射探测光束，对应视场范围0-20
°
的至少一组探测单元同时进行距离探测、对应视场范围0-20
°
的至少一组成像单元同时曝光成像；或者，至少一组对应视场范围0-20
°
的发射单元分成多次发射探测光束，对应视场范围0-20
°
的至少一组探测单元在此期间进行距离探测、对应视场范围0-20
°
的至少一组成像单元在此期间曝光成像。
133.根据本发明的一个优选实施例，其中每组发射单元211依次发出探测光束至相应的视场范围，对应该视场范围的至少一组探测单元131和至少一组成像单元141被同时激活开始探测和曝光。
134.根据本发明的一个优选实施例，如图10所示，其中发射装置20包括多个激光光源21，激光雷达30包括多个发射光学组件22，其中每个激光光源21对应其中一个发射光学组件22。
135.将激光光源21设置为2个或更多个，相应设置2个或多个发射光学组件22，排列在接收光学组件11和探测装置13、成像装置14的两侧。每个激光光源21所发出的光对应于一部分视场，探测装置13上的不同区域对应不同视场角的目标物所反射的回波。如图11所示，将多个发射光学组件22排列在接收光学组件11的周围，图11所示的排布方式为两个发射光学组件22和接收光学组件11排布在同一直线上，且发射光学组件22分别设置在接收光学组件11的两侧。图11所示的发射光学组件和对应的激光光源个数和排布方式仅为示意，发射光学组件22和激光光源可以为更多个，或多个发射光学组件22和对应的激光光源不与接收光学组件设置在同一直线上，均在本发明的保护范围之内。
136.根据本发明的一个优选实施例，如图12所示，发射装置20还包括至少一个补光光源23，配置成可发射出第二波段的光束l2。优选地，在环境光较弱的阴天或夜晚，成像装置14难以获取足够的可见光用于高质量成像，此时可以开启补光光源23，提供可见光的辅助照明，从而提高彩色图像的成像质量。
137.根据本发明的一个优选实施例，如图12所示，激光雷达20还包括光强传感器31，设置在成像装置14的光路上游，配置成当检测到光强度低于阈值时，控制至少一个补光光源23开启。优选地，为了获知成像装置14所接收到的可见光强度，可在成像装置14的光路上设置一个光强度传感器31，通过控制器32设置一个光强阈值，检测到光强度低于阈值时，控制补光光源23开启。
138.根据本发明的一个优选实施例，激光雷达30是面阵闪光激光雷达。面阵闪光激光
雷达是一种全固态的激光雷达，系统内无任何机械扫描部件的部件。
139.根据本发明的一个优选实施例，如图13所示，本发明还提供一种采用如上所述(如图1中所示)的接收装置10同时进行测距和成像的探测方法100，包括：
140.在步骤s101中，通过接收光学组件11接收激光雷达发出的第一波段的探测光束被目标物反射的回波l1和第二波段的光束l2，并将反射回波l1和第二波段的光束l2会聚。其中第二波段不包括第一波段，优选地，接收光学组件11不具有波长选择性，红外和可见光波段的光束都可以无差别地透过。
141.在步骤s102中，通过分光单元12将探测光束的反射回波l1和第二波段的光束l2的光路分离。图1中示出了分光单元12将第一波段的光束l1，即探测光束的反射回波l1反射，将第二波段的光束l2透射的实施例，本领域技术人员能够理解，分光单元12的工作模式不限于此，凡是将探测光束的反射回波l1和第二波段的光束l2分成两路，并同步完成距离探测和成像的探测方法，均在本发明的保护范围之内。
142.在步骤s103中，通过探测装置13接收探测光束的反射回波l1并转换为电信号。
143.在步骤s104中，通过成像装置14接收第二波段的光束l2并成像。
144.本发明优选实施例的探测方法100采用两个面阵传感器，分别覆盖两段波长，并且两个面阵传感器共用一组接收透镜组。因此具备在全测量范围内，两个面阵传感器都可以同时看到完全相同目标。两个传感器基本不需要进行物理位置的配准，只需要在图像层面进行配准即可。
145.根据本发明的一个优选实施例，其中探测单元131为基于盖革模式的探测单元，探测方法100还包括：
146.同时激活每组探测单元131，以使其同时接收反射回波l1；
147.同时激活每组成像单元141，以使其同时接收第二波段的光束l2并成像。
148.根据本发明的一个优选实施例，其中探测装置13包括多组探测单元131，成像装置14包括多组成像单元141，探测方法100还包括：
149.同时激活多组探测单元131中的n组，以接收反射回波l1，n是大于等于1的整数；
150.同时激活多组成像单元141中的m组，以接收所述第二波段的光束l2，m是大于等于1的整数。
151.根据本发明的一个优选实施例，其中多组探测单元131分别对应不同的视场范围，多组成像单元141分别对应不同的视场范围，探测方法100还包括：
152.将多组探测单元131的探测结果合成一帧点云；
153.将多组成像单元141的成像合并成一帧图像。
154.根据本发明的一个优选实施例，探测方法100还包括：
155.对应同一视场范围的探测单元131和成像单元141同时执行步骤s103和s104。即对每一次测距，对相同的视场角成像，不同视场角的点云数据依次探测，图像信息也依次生成，最后进行信息合成。
156.根据本发明的一个优选实施例，其中步骤s104进一步包括：
157.控制成像单元141根据第二波段的光束l2的强度调整曝光时间。优选地，第二波段为可见光波段，在白天环境光很强时，可以缩短曝光时间，例如曝光时间可以是1/1000s、1/10000s，随着光线变暗增加曝光时间，但最长不超过同视场范围探测单元的激活时间。可选
实施例中，在夜晚或阴天环境光较弱的情况下进行多次曝光，多次曝光的结果叠加成一帧图像，或在环境光较弱的情况下延长曝光时间。
158.根据本发明的一个优选实施例，如图1所示，其中图13所示的步骤s102进一步包括：
159.通过表面涂覆有高反射膜的分光透反镜作为分光单元12，使探测光束的反射回波l1被反射、第二波段的光束l2被透射。
160.根据本发明的一个优选实施例，如图3所示，其中图13所示的步骤s102进一步包括：
161.通过表面涂覆二向色涂层的分光透反镜作为分光单元12，使得所探测光束的反射回波l1被透射、第二波段的光束l2被反射。
162.根据本发明的一个优选实施例，如图4所示，其中图13所示的步骤s102进一步包括：
163.通过光栅作为分光单元12，使所探测光束的反射回波l1和第二波段的光束l2偏转至不同的方向。
164.根据本发明的一个优选实施例，如图5所示，图13所示的探测方法100进一步包括：
165.通过设置在探测装置13光路上游的第一滤光单元15，使探测光束的反射回波l1透过；
166.通过设置在成像装置14光路上游的第二滤光单元16，使第二波段的光束l2透过。
167.根据本发明的一个优选实施例，如图6所示，图13所示的探测方法100进一步包括：
168.通过设置在接收光学元件11光路下游的电子光阑17，使对应探测视场范围的光束通过，滤除过量的环境光。
169.根据本发明的一个优选实施例，如图12所示，其中激光雷达30还包括至少一个补光光源23，配置成可发射出第二波段的光束l2，图13所示的探测方法100进一步包括：
170.当环境光低于阈值时，开启补光光源23。
171.根据本发明的一个优选实施例，如图12所示，其中激光雷达30还包括光强传感器31，设置在成像装置14的光路上游，图13所示的探测方法100进一步包括：
172.当光强传感器31检测光强度低于阈值时，控制至少一个补光光源23开启。
173.本发明的优选实施例能够具备覆盖两个波段的照明光源，可在环境光较弱不能精确成像时进行补光，获得高质量图像。
174.根据本发明的一个优选实施例，其中激光雷达还包括处理单元，图13所示的探测方法100进一步包括：
175.处理单元将探测装置13输出的点云信息与成像装置14输出的图像信息进行配准，生成彩色点云图像。
176.本发明的优选实施例提供了一种可用于激光雷达的接收装置，用一个接收光学组件同时获得点云数据和彩色图像，探测装置和成像装置所对应的视场完全相同，时间上也完全同步，后续只需要在软件层面将图像信息与点云信息配准，即可输出彩色图像与点云融合的图像。不需要复杂的视场匹配或时间同步，降低了系统复杂度和制造成本。
177.本发明的优选实施例采用一个分光元件即可将近红外的回波光束与可见光的光路分离，不需要在同一衬底上制备两种传感器、或将两种传感器封装在一个基板上，降低了
工艺的难度和成本。用于测距的spad阵列中能够分布的spad个数不会减少，避免为了获得图像信息而牺牲测距分辨率。
178.此外，两个传感器阵列可以单独工作，探测单元的激活时间可根据激光雷达的探测要求进行设定，成像单元的曝光时间可以根据环境光条件灵活调整，能够提高彩色图像的成像质量。
179.本发明优选实施例的面阵闪光固态激光雷达同步输出时间、视场完全匹配的“彩色图像”+“点云数据”，获取的信息量大大增加，在自动驾驶应用中，非常有利于复杂环境中的目标物精准定位和识别，为自动驾驶策略提供可靠信息。
180.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。