一种多激光雷达的耦合平台及系统的制作方法

本发明涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种多激光雷达耦合平台及系统。

背景技术：

激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测激光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

由于激光雷达对环境感知的先天优势，使其成为自动驾驶技术对环境进行探测的主要传感器。现在市售的激光雷达主要有16线、32线、64线，其中线数越大，获取的点云数据越丰富。另外，激光雷达属于光、机、电一体产品，精度要求高、制造难度大，线数越大价格越高。低线数激光雷达相对成本低，但其获取的点云数据也少。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种多激光雷达的耦合平台及系统，既能获取丰富的点云数据量，又能减少成本。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

第一方面，提供了一种多激光雷达的耦合平台，其中，包括至少2个用于安装激光雷达的底座，所述底座的顶面为安装面，所述安装面向同一方向倾斜且每一个所述安装面的倾斜角度不同。

优选的，包括n(n≥2)个所述底座，激光雷达的相邻出射光线之间的夹角为θ，任意选取一个所述安装面为基准面，所述基准面的倾斜角度为α，其余所述安装面的倾斜角度为(α+θ/n)、(α+2θ/n)、……、(α+(n-1)θ/n)。

优选的，包括n(n＝2n，n≥1)个所述底座，激光雷达的相邻出射光线之间的夹角为θ，任意选取一个所述安装面为基准面，所述基准面的倾斜角度为α，其余所述安装面的倾斜角度为(α+θ/n)、(α+2θ/n)、……、(α+(n-1)θ/n)。

优选的，包括n个底座组，每个所述底座组内包括相邻的两个所述底座。

优选的，所述底座组的两个所述安装面倾斜角度之差为θ/2。

优选的，每一个所述安装面的中心位于同一高度。

优选的，所述底座位于同一直线上，任意两个相邻的所述底座之间距离相等。

优选的，所述安装面绕x轴旋转实现倾斜，x轴穿过所述安装面中心并垂直于激光雷达的出射光线主方向。

优选的，相邻的所述底座之间还设置有挡光板。

第二方面，提供了一种多激光雷达的耦合系统，包括多激光雷达的耦合平台，2个所述耦合平台相对设置，还包括设置于所述耦合平台之间的激光雷达，激光雷达的两端通过所述耦合平台的所述底座固定。

本发明公开了一种多激光雷达的耦合平台及系统，其耦合平台包括至少2个用于安装激光雷达的底座，底座的顶面为安装面，安装面向同一方向倾斜且每一个安装面的倾斜角度不同；使用过程中，两个耦合平台相对设置，激光雷达设置于耦合平台之间，激光雷达的两端通过耦合平台的底座固定。耦合平台使低线数的多个激光雷达耦合时，满足几何参数，激光雷达的出射光线均匀的插入到基准的激光雷达出射光线中，从而增加点云数据，实现与高线数激光雷达的扫描效果，降低成本。耦合系统将多个低线数激光雷达进行耦合，与单个激光雷达相比，能够增加点云数据，为后续数据处理提供丰富的数据源；实现甚至超越高线数激光雷达的使用效果，成本远低于使用高线数激光雷达。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明实施例一所述的多激光雷达的耦合平台的结构示意图；

图2所示为图1的主视图；

图3a所示为图2中a-a向剖视图；

图3b所示为图2中b-b向剖视图；

图3c所示为图2中c-c向剖视图；

图3d所示为图2中d-d向剖视图；

图4a所示为本发明实施例一所述的多激光雷达的出射光线耦合前的光线分布示意图；

图4b所示为本发明实施例一所述的多激光雷达的出射光线耦合后的光纤分布示意图；

图5所示为本发明实施例一所述的多激光雷达耦合效果的示意图；

图6所示为本发明实施例二所述的多激光雷达的耦合平台的结构示意图；

图7所示为本发明实施例三所述的多激光雷达的耦合系统的结构示意图；

图8所示为本发明实施例三所述的多激光雷达耦合流程图。

附图标记

100、耦合平台；110、底座；111、第一安装面；112、第二安装面；113、第三安装面；114、第四安装面；120、凸台；130、固定孔；140、固定底板；150、挡光板；200、耦合平台；210、底座；211、第一安装面；212、第二安装面；213、第三安装面；300、耦合平台；310、激光雷达。

具体实施方式

本发明如下实施例提供了多激光雷达的耦合平台和耦合系统，使激光雷达满足耦合时的几何参数，实现与高线数激光雷达相同的效果。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，耦合平台100包括4个用于安装激光雷达的底座110，任意两个相邻的底座110之间距离相等，底座110之间的距离由待安装位置的宽度和期望激光雷达能够达到的有效视野角度范围联合决定；底座110的顶面为安装面，从左至右依次为第一安装面111、第二安装面112、第三安装面113和第四安装面114；每一个安装面的中心位于同一高度；以安装面中心的连线为x轴，安装面绕x轴旋转实现倾斜；安装面向同一方向倾斜且每一个安装面的倾斜角度不同。

安装面上沿圆周设置有环形的凸台120，安装面上开设有固定孔130；安装时激光雷达卡装于凸台120内，并通过固定孔130进行固定。还包括固定底板140，底座110设置于固定底板140上；固定底板140便于耦合平台100应用时整体安装。

如图2、图3a-图3d所示，包括4个底座110，激光雷达的相邻出射光线之间的夹角为θ，任意选取一个安装面为基准面，基准面的倾斜角度为α，其余3个安装面的倾斜角度为(α+θ/4)、(α+θ/2)、(α+3θ/4)。

包括2个底座组，每个底座组内包括相邻的2个底座110；底座组的2个安装面倾斜角度之差为θ/2；以2个底座110构成的底座组为最小单位，使用过程中，每个最小单位的底座组能够满足出射激光束耦合的几何参数，若干个最小单位的底座组组合后也能够满足出射激光束耦合的几何参数，便于使用时更换和调整。

示例性的，激光雷达相邻的出射光线之间的夹角为2°，选取第三安装面113为基准面，基准面的倾斜角度为11°，其余3个安装面的倾斜角度为11.5°、12°、12.5°，分别为第一安装面111的倾斜角度为11.5°，第二安装面112的倾斜角度为12.5°，第四安装面114的倾斜角度为12°；第一安装面111和第二安装面112属于一个底座组，两者的倾斜角度之差为1°，第三安装面113和第四安装面114属于另一个底座组，两者的倾斜角度之差也为1°。

如图4a和图4b所示，图4a中所示为一个基准的激光雷达相邻的两条出射光线，基准的激光雷达安装于基准面上；其余的激光雷达安装于其余的安装面上，通过设定的几何方位分布，使其余的激光雷达的出射光线均匀的插入到基准的激光雷达出射光线中；如图4b所示，其余的3个激光雷达的出射光线均匀的插入基准的激光雷达相邻的两条出射光线之间。其余出射光线也如此分布。

如图5所示，相邻的底座110之间还设置有挡光板150；挡光板150防止激光雷达之间的相互干扰。4个激光雷达的出射光线的扫描范围如图5所示，激光雷达的出射光线为m束，多激光雷达耦合后：图中m1区域的有效扫描出射光线为m束，m2区域的有效扫描出射光线为2m束，m3区域的有效扫描出射光线为3m束，m4区域的有效扫描出射光线为4m束。示例性的，激光雷达的出射光线为16束，多激光雷达耦合后：图中m1区域的有效扫描出射光线为16束，m2区域的有效扫描出射光线为32束，m3区域的有效扫描出射光线为48束，m4区域的有效扫描出射光线为64束；m4区域的扫描效果与高线束的64线激光雷达扫描效果相同。

实施例二：

如图6所示，耦合平台200包括3个用于安装激光雷达的底座210，任意两个相邻的底座210之间距离相等；底座210的顶面为安装面，从左至右依次为第一安装面211、第二安装面212和第三安装面213；每一个安装面的中心位于同一高度；以安装面中心的连线为x轴，安装面绕x轴旋转实现倾斜；安装面向同一方向倾斜且每一个安装面的倾斜角度不同。

激光雷达相邻的出射光线之间的夹角为θ，任意选取一个安装面为基准面，基准面的倾斜角度为α，其余2个安装面的倾斜角度为(α+θ/3)、(α+2θ/3)。

示例性的，激光雷达的相邻出射光线之间的夹角为3°，选取第二安装面为基准面，基准面的倾斜角度为11°，其余3个安装面的倾斜角度为12°、13°，分别为第一安装面211的倾斜角度为12°，第三安装面213的倾斜角度为13°。

本发明的实施例一和实施例二中公开了一种多激光雷达的耦合平台，用于安装进行耦合的多个激光雷达，使激光雷达耦合时满足几何参数，激光雷达的出射光线均匀的插入到基准的激光雷达出射光线中，从而增加点云数据，实现与高线数激光雷达相同的扫描效果；降低成本，满足多种使用场景。

实施例三：

如图7所示，包括上述多激光雷达的耦合平台300，2个耦合平台300相对设置，还包括设置于耦合平台300之间的激光雷达310，激光雷达310的两端通过耦合平台300的底座固定。

如图8所示，多激光雷达耦合过程中包括下列步骤：

步骤s301：内参标定；确保激光雷达获取的点云数据的空间坐标准确，其主要校正激光雷达的测距d、俯仰角ψ和水平旋转角θ。

步骤s302：多雷达空间分布；使激光雷达保持一个基本的几何分布位置，激光雷达间的几何参数有：在x、y、z轴方向上的偏移量dx，dy，dz，以及绕x、y、z轴的旋转角γ，β，α。

步骤s303：外参标定；通过雷达空间分布的几何参数(dx，dy，dz，γ，β，α)确定多激光雷达间的旋转矩阵r3x3与平移矩阵t3x1，计算式如下：

步骤s304：采集并融合数据；将多个激光雷达的点云数据变换到同一坐标系下。示例性的，2个激光雷达耦合：第一雷达的坐标系为w，其获取的点云数据的坐标可表示为(xw,yw,zw)；第二雷达的坐标系为u，其获取的点云数据的坐标可表示为(xu,yu,zu)；以第一雷达的坐标系w为基准，通过旋转矩阵r3x3和平移变换矩阵t3x1将第二雷达的点云数据变换到第一雷达的坐标系w下，实现第一雷达和第二雷达的数据融合，计算式如下：

本发明的实施例三公开了一种多激光雷达的耦合系统，用于多个激光雷达进行耦合，将激光雷达设置于耦合平台之间进行固定，使激光雷达耦合时满足几何参数，激光雷达的出射光线均匀插入到基准的激光雷达出射光线中，增加点云数据；对各个激光雷达采集到的点云数据进行数据融合，代替高线数激光雷达，降低成本。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。