一种基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法与流程

本发明涉及一种光学技术领域，特别是涉及一种基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法。

背景技术：

激光雷达即激光探测与测量，是一种采用激光测距技术的扫描式传感器，其工作原理与无线电雷达系统类似，通过发射激光束并通过搜集反射回波来探测目标，这些扫描获取的数据经处理后可生成为精确的三维立体图像。传统的光束扫描有逐点逐行扫描和整体式多光束逐点扫描(每一帧只由一组等间距光束逐点扫描而成)。前者多见于电视机投影机等设备，后者多用于机械式激光雷达设备。逐点逐行式扫描可以用一个激光发射装置和一个接收器件实现，但缺点是扫描帧率不够高，如果提高帧率，就需要旋转的机械装置高速稳定运行，成本很高。整体式多光束逐点扫描在高分辨率情况下需要的光束数与水平或垂直一个方向上的分辨率点数相同。如1920x128分辨率的激光雷达,至少需要128条发射激光束和128个光学接收器件,成本也很高。

技术实现要素：

本发明为了解决现有光束扫描造价贵、性能低的技术问题，提供一种造价低且能够成倍提高扫描分辨率的基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法。

本发明提供一种基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法，包括如下步骤：

a)多光束发射模组对前方任一方向发射多光束组，光学接收器件组成的光束接收模组，接收来自目标的反射光；

b)多光束发射模组和/或接收模组沿预定方向移动，对前方目标进行逐点扫描；其中所述预定方向记为x方向；

c)完成x方向一行逐点扫描后，多光束发射模组发射的多光束组在x方向的正交方向发生预设改变后,重复步骤b)进行下一行扫描，以通过所述多光束发射与接收模组多次移动组合，对预设的全视场范围完成一次扫描。

优选地，步骤a)中,所述多光束组中的各平行光束的间距或不平行光束的夹角相等或不相等。

优选地，步骤b)中,所述移动为平移或转动。

优选地，步骤c)中,所述移动为平移，平移的距离为该多光束组覆盖的高度或其他预设的任意距离。

优选地，步骤c)中,所述移动为转动，转动的角度为多光束组覆盖的角度或其他预设的任意角度。

优选地，多光束发射模组发射的多光束组与接收模组之间的相对位置在x方向的正交方向发生预设改变，具体包括：

多光束发射模组与接收模组的移动，或多光束发射模组与接收模组的转动，或光束发射与接收模组的偏移。

优选地，多光束发射模组发射的多光束组在x方向的正交方向发生预设改变，具体包括：

多光束发射模组和光束接收模组本身的移动或转动，或

通过光线路径控制部件改变多光束发射模组发射的多光束组的光路，以使所述多光束组在x方向的正交方向发生预设改变。

优选地，光线路径控制部件为旋转棱镜或mems微型振镜。

本发明很好地兼顾了扫描帧率、分辨率和扫描装置成本：

1.性能高：多光束组多次平移复用进行扫描，成倍提高扫描分辨率；

2.成本低：一组光学发射和接收器件多次复用，减少扫描系统所需光学发射和接收器件的数量，可大大降低成本。例如同样的扫描分辨率下，复用8次，光学发射和接收器件数量就可减为常规方法的1/8。

附图说明

图1是本发明的工作原理示意图；

图2是本发明的工作原理示意图；

图3是本发明的工作流程图；

图4是本发明实施例在工作状态示意图。

附图符号说明：

1.多光束发生器；2.多光束接收模块；3.反射目标；4.多光束组；5.反射光。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对可本发明做进一步说明，以使本发明所属技术领域的技术人员能够容易实施本发明。

如图1-3所示，本发明针对逐点逐行扫描和整体式多光束逐点扫描，提出基于多光束组复用的扫描方法。本发明利用多光束发生器1发射一多光束组4，进行任一方向的逐点扫描，记为x方向，多光束组4遇到反射目标3,成为反射光5，由光学接收器件组成的多光束接收模块2接收反射光5，即可完成对前方反射目标3的信息收集。在这一方向扫描完成后，在x方向的正交方向上整体移动一个多光束组4覆盖的角度或高度范围或其他预设的角度或高度范围，再进行下一行逐点扫描。多次移动逐点扫描并接收完成一次对预设的全视场范围的扫描。

按照上述的方法，即可提高扫描分辨率。例如，一组8个光学发射器和8个光学接收器件，一行扫描1920点，经过16次移动复用，即可实现1920x128的高分辨率扫描。

多光束发生器1还可以根据应用场合的不同，将多光束组设计为不等分结构，即多光束组中的各光束间距或夹角不相等；同时多光束组整体移动量根据需要调整为任一距离或角度。如8光束发生器，其光束发生器中的光发射管可从上至下等间距如间距角度5度排列。也可从上至下不等间距如中间三个间隔1度，其他间隔保持5度排列。

实施例

如图4所示，是本发明在旋转单曲面体反射扫描示意图，多光束组在旋转单曲面体反射后沿某一方向(记为x方向)进行逐点扫描，光学接收器件组成的多光束接收模块，接收来自前方目标的反射光，完成对前方目标物的信息收集；完成一行x方向的逐点扫描后该组多光束组在x方向的正交方向上整体移动一定距离或角度,再进行下一行扫描；多光束多次移动复用，组合完成一次全景扫描。

以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法，其特征是，包括如下步骤：

a)多光束发射模组对前方任一方向发射多光束组，光学接收器件组成的光束接收模组，接收来自目标的反射光；

b)多光束发射模组和/或接收模组沿预定方向移动，对前方目标进行逐点扫描；其中所述预定方向记为x方向；

c)完成x方向一行逐点扫描后，多光束发射模组发射的多光束组在x方向的正交方向发生预设改变后,重复步骤b)进行下一行扫描，以通过所述多光束发射与接收模组多次移动组合，对预设的全视场范围完成一次扫描。

2.根据权利要求1所述的基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法，其特征在于，所述步骤a)中,所述多光束组中的各平行光束的间距或不平行光束的夹角相等或不相等。

3.根据权利要求1所述的基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法，其特征在于，所述步骤b)中,所述移动为平移或转动。

4.根据权利要求3所述的基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法，其特征在于，所述步骤c)中,所述移动为平移，平移的距离为该多光束组覆盖的高度或其他预设的任意距离。

5.根据权利要求3所述的基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法，其特征在于，所述步骤c)中,所述移动为转动，转动的角度为多光束组覆盖的角度或其他预设的任意角度。

6.根据权利要求1-5中任一所述的基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法，其特征是，所述多光束发射模组发射的多光束组与接收模组之间的相对位置在x方向的正交方向发生预设改变，具体包括：

多光束发射模组与接收模组的移动，或多光束发射模组与接收模组的转动，或光束发射与接收模组的偏移。

7.根据权利要求6所述的基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法，其特征在于，所述多光束发射模组发射的多光束组在x方向的正交方向发生预设改变，具体包括：

多光束发射模组和光束接收模组本身的移动或转动，或

通过光线路径控制部件改变多光束发射模组发射的多光束组的光路，以使所述多光束组在x方向的正交方向发生预设改变。

8.根据权利要求7所述的基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法，其特征在于，所述光线路径控制部件为旋转棱镜或mems微型振镜。

技术总结
本发明涉及一种基于多光束复用的三维空间扫描分辨率提高方法，其解决了现有光束扫描造价贵、性能低的技术问题，其包括如下步骤：a)多光束发射模组对前方任一方向发射多光束组，光学接收器件组成的光束接收模组，接收来自目标的反射光；b)多光束发射模组和/或接收模组沿预定方向移动，对前方目标进行逐点扫描；其中所述预定方向记为x方向；c)完成x方向一行逐点扫描后，多光束发射模组发射的多光束组在x方向的正交方向发生预设改变后,重复步骤b)进行下一行扫描，以通过所述多光束发射与接收模组多次移动组合，对预设的全视场范围完成一次扫描。本发明可广泛应于非接触测距技术的扫描式传感器。

技术研发人员：王志飞;刘晓炜;周波
受保护的技术使用者：威海北洋电气集团股份有限公司北京分公司
技术研发日：2019.09.26
技术公布日：2019.12.20