基于VCSEL激光光源的高速三维激光雷达系统的制作方法

本发明涉及辅助驾驶技术领域，尤其涉及一种基于vcsel激光光源的高速三维激光雷达系统。

背景技术

目前国内研制的激光雷达的激光器主要采用半导体泵浦的yag激光器，扫描方式主要采用双谐振镜扫描或卵形螺旋扫描，成像速率在10帧/秒以下。现有的激光雷达具有扫描速度低，成像质量差，功率不足探测距离近的缺点。

技术实现要素：

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供一种基于vcsel激光光源的高速三维激光雷达系统，该系统采用vcsel激光经过高速振镜扫描的方法，具有扫描速度快和图像清晰的优点。

为实现上述目的，本发明提供一种基于vcsel激光光源的高速三维激光雷达系统，包括用于发射vcsel激光光束的vcsel激光发射装置、高速激光扫描器、图像采集装置和三维数据处理模块；所述vcsel激光发射装置的光束通过高速激光扫描器后发射至目标，所述图像采集装置连接至三维数据处理模块；所述高速激光扫描器上设置有高速振镜；

所述vcsel激光发射装置发射vcsel激光光束，该vcsel激光光束通过高速振镜的摆动将发射的激光光束高速改变方向后扫描至目标；所述图像采集装置采集经过目标反射回来的散射激光，采集到的散射激光发送至三维数据处理模块，所述三维数据处理模块计算目标的距离，且将计算结果在汽车终端显示。

其中，所述三维数据处理模块包括计时单元、计速单元和雷达芯片，所述图像采集装置与计时单元相连接，且所述计时单元和计速单元均与雷达芯片的输入端相连接，且所述雷达芯片的输出端与汽车终端相连接；所述计时单元测量激光脉冲到达目标再由目标返回到接收装置的往返的时间，所述计速单元计算光速，所述雷达芯片根据该往返时间和光速来计算目标的距离。

其中，所述高速激光扫描器还包括传动机构，所述高速振镜与传动机构相驱动连接，所述高速振镜在传动机构的驱动下进行来回摆动，将光线扫描出去至目标。

其中，所述传动机构为凸轮传动机构或者电机。

其中，所述vcsel激光发射装置包括vcsel激光光源和光束变换器，所述vcsel激光光源通过光束变换器与高速激光扫描器相连接，vcsel激光光源通过光束变换器调整激光光束光斑后扩大成大于目标尺寸大小的光束光斑，并通过高速激光扫描器扫描后照射到目标上。

其中，所述光束变换器为扩散片、透镜、透镜组或衍射光学元件doe。

其中，所述图像采集装置包括图像接收器和辅助器件，所述辅助器件的接收端与目标连接，所述辅助器件的发送端通过图像接收器连接至计时单元；目标反射回来的散射激光先通过辅助器件聚成小光斑后再进入图像接收器件。

其中，所述图像接收器件采用互补金属氧化物半导体cmos或电荷耦合器件ccd；所述辅助器件采用透镜或透镜组。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的基于vcsel激光光源的高速三维激光雷达系统，该系统主要包括vcsel激光发射装置、高速激光扫描器、图像采集装置和三维数据处理模块；vcsel激光发射装置发射激光光束至目标，高速激光扫描器通过高速振镜摆动将发射的激光高速改变方向完成对目标的扫描；图像采集装置接收经过目标物体反射回来的散射激光。所述三维数据处理模块通过雷达芯片对转化后的目标表面三维数据进行处理，三维数据处理模块采用脉冲激光测距，利用vcsel激光发出一个很窄的激光脉冲，测量激光脉冲到达目标再由目标返回到接收装置的往返的时间，根据该往返时间和光速来计算目标的距离，最终将得到的测距结果发送至汽车终端进行显示；采用vcsel激光成像，具有功率强，脉冲功率高的优点。而且搭配高速激光扫描器后，能够快速的将激光扫描出去，从而采集到更大范围的三维图像，本发明通过采用vcsel激光经过高速振镜扫描的方法，具有扫描速度快和图像清晰的优点。

附图说明

图1为本发明的基于vcsel激光光源的高速三维激光雷达系统的方框示意图；

图2为本发明的基于vcsel激光光源的高速三维激光雷达系统的工作原理图；

图3为本发明中高速激光扫描器的结构图。

具体实施方式

为了更清楚地表述本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。

请参阅图1-3，本发明提供的基于vcsel激光光源的高速三维激光雷达系统，包括用于发射vcsel激光光束的vcsel激光发射装置1、高速激光扫描器2、图像采集装置3和三维数据处理模块4；所述vcsel激光发射装置的光束通过高速激光扫描器后发射至目标5，所述图像采集装置连接至三维数据处理模块；所述高速激光扫描器2上设置有高速振镜21；

所述vcsel激光发射装置发射vcsel激光光束，该vcsel激光光束通过高速振镜的摆动将发射的激光光束高速改变方向后扫描至目标；所述图像采集装置采集经过目标反射回来的散射激光，采集到的散射激光发送至三维数据处理模块，所述三维数据处理模块计算目标的距离，且将计算结果在汽车终端6显示。

请进一步参阅图2，所述三维数据处理模块4包括计时单元41、计速单元42和雷达芯片43，所述图像采集装置与计时单元相连接，且所述计时单元和计速单元均与雷达芯片的输入端相连接，且所述雷达芯片的输出端与汽车终端相连接；所述计时单元测量激光脉冲到达目标再由目标返回到接收装置的往返的时间，所述计速单元计算光速，所述雷达芯片根据该往返时间和光速来计算目标的距离。当然，三维数据处理模块并不局限于采用上述的激光雷达测距算法，还可以采用其他算法。

请参阅图3，所述高速激光扫描器2还包括传动机构（图未示），所述高速振镜与传动机构相驱动连接，所述高速振镜在传动机构的驱动下进行来回摆动，将光线扫描出去至目标。所述传动机构为凸轮传动机构或者电机。见图3，激光照射振镜，根据光反射原理，入射光域反射光与振镜的垂直法线夹角相等，即θ角，高速振镜旋转同时，反射光角度发生偏转。

在本实施例中，所述vcsel激光发射装置1包括vcsel激光光源11和光束变换器12，所述vcsel激光光源通过光束变换器与高速激光扫描器相连接，vcsel激光光源通过光束变换器调整激光光束光斑后扩大成大于目标尺寸大小的光束光斑，并通过高速激光扫描器扫描后照射到目标上。vcsel激光的发散角一般为10°~40°，光斑形状为圆形，直接投射出去的光束难以满足激光测距要求，需要光束变换装置来进行扩大出射光束的光斑尺寸和准直，光束变换装置可以采用扩散片、透镜、透镜组或衍射光学元件doe，具体选哪个需要根据激光光源特点。

在本实施例中，所述图像采集装置3包括图像接收器31和辅助器件32，所述辅助器件的接收端与目标连接，所述辅助器件的发送端通过图像接收器连接至计时单元；目标反射回来的散射激光先通过辅助器件聚成小光斑后再进入图像接收器件。所述图像接收器件采用互补金属氧化物半导体cmos或电荷耦合器件ccd；所述辅助器件采用透镜或透镜组。

相较于现有技术，本发明提供的基于vcsel激光光源的高速三维激光雷达系统，该系统主要包括vcsel激光发射装置、高速激光扫描器、图像采集装置和三维数据处理模块；vcsel激光发射装置发射激光光束至目标，高速激光扫描器通过高速振镜摆动将发射的激光高速改变方向完成对目标的扫描；图像采集装置接收经过目标物体反射回来的散射激光。所述三维数据处理模块通过雷达芯片对转化后的目标表面三维数据进行处理，三维数据处理模块采用脉冲激光测距，利用vcsel激光发出一个很窄的激光脉冲，测量激光脉冲到达目标再由目标返回到接收装置的往返的时间，根据该往返时间和光速来计算目标的距离，最终将得到的测距结果发送至汽车终端进行显示；采用vcsel激光成像，具有功率强，脉冲功率高的优点。而且搭配高速激光扫描器后，能够快速的将激光扫描出去，从而采集到更大范围的三维图像，本发明通过采用vcsel激光经过高速振镜扫描的方法，具有扫描速度快和图像清晰的优点。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。