一种多线激光雷达及其数据点云处理方法与流程

1.本发明一般地涉及激光技术领域。更具体地，本发明涉及一种多线激光雷达及其数据点云处理方法。


背景技术：

2.随着激光技术的不断发展，激光技术不断地在生活的各个方面得到运用，如激光测量等。激光雷达的基本原理是向目标探测物发射激光光束，再来接受反射回来的反射光束，通过计算激光的往返时间确定激光雷达到目标探测物的距离。多线激光雷达是通过发射多个激光光束，并且通过比较接收的反射光束，来获取目标探测物的距离、高度、速度以及形状大小等信息。
3.目前，广泛采用多线激光雷达对目标探测物进行检测，对于多线激光雷达而言，其探测精度与激光雷达的激光光束的数量有关，但是激光雷达的激光光束的数量会受到激光雷达的体积的限制。因此，传统的多线激光雷达普遍存在着精度较低或者体积较大的问题。此外，传统的多线激光雷达的点云数据是针对各个激光发射光源为中心进行建模，这样建模得到的点云数据精度较低。
4.因此，需要研发一种精度较高并且体积较小的多线激光雷达，以提高传统的多线激光雷达中存在的精度较低以及体积较大的问题；并使得得到的探测物数据点云信息精度高。


技术实现要素：

5.为了解决上面提到的一个或多个技术问题，本发明提供一种多线激光雷达及其数据点云处理方法，以提高传统的多线激光雷达探测精度较差以及体积较大的问题。
6.在第一方面中，本发明的示例性实施方式提供一种多线激光雷达，其可以包括可旋转的旋转基座和沿周向设置在所述旋转基座上的多个激光发射接收模组，所述激光发射接收模组可以包括：激光发射阵列，其包括阵列布置的多个激光发射器，所述激光发射器用于发射出射激光，所述出射激光经探测目标反射产生反射激光；以及激光探测阵列，其包括阵列布置的多个激光探测器，所述激光探测器用于接收反射激光，其中，在所述多个激光发射接收模组所包括的多个激光发射阵列之间，沿周向方向对应布置的多个激光发射器分别可以具有不同的发射角度。
7.在一个示例性的实施方式中，在所述多个激光发射接收模组所包括的多个激光发射阵列之间，沿周向方向对应布置的多个激光发射器分别可以具有不同的高度。
8.在一个示例性的实施方式中，所述激光探测器的数量可以与所述激光发射器的数量相同，并且所述多个激光探测器可以分别具有与所述多个激光发射器一一对应的角度和高度。
9.在一个示例性的实施方式中，所有的激光发射器可以均具有不同的发射角度。
10.在一个示例性的实施方式中，所述激光发射接收模组进一步可以包括：光学接收
结构，其包括接收透镜，所述接收透镜用于收集反射激光并使收集的反射激光入射至相应的激光探测器；和/或光学出射结构，其包括发射透镜，所述发射透镜布置在所述接收透镜周围，并且用于收集所述激光发射器发射的出射激光。
11.在一个示例性的实施方式中，所述光学出射结构可以包括至少四个发射透镜，所述光学接收结构可以包括至少一个接收透镜，其中，所述至少四个发射透镜可以布置在所述接收透镜的一侧。
12.在一个示例性的实施方式中，所述多个激光发射接收模组可以包括：第一激光发射接收模组、第二激光发射接收模组、第三激光发射接收模组和第四激光发射接收模组，其中，第一激光发射接收模组与第三激光发射接收模组呈中心对称结构，第二激光发射接收模组与第四激光发射接收模组呈中心对称结构，第一激光发射接收模组与第二激光发射接收模组呈轴对称结构，第三激光发射接收模组与第四激光发射接收模组呈轴对称结构。
13.在一个示例性的实施方式中，所述激光发射阵列进一步可以包括发射板，阵列布置的多个激光发射器设置于所述发射板上，并且所述激光探测阵列进一步可以包括接收板，阵列布置的多个激光探测器设置于所述接收板上。
14.在一个示例性的实施方式中，所述激光发射阵列进一步可以包括光源驱动装置和与所述光源驱动装置电连接的至少四个激光发射器；所述激光探测阵列进一步可以包括信号处理装置和与所述信号处理装置电连接的至少四个激光探测器；并且所述激光探测器可以与所述激光发射器分别一一对应。
15.在一个示例性的实施方式中，所述多线激光雷达进一步可以包括电机、顶板和挡光板，所述电机与旋转基座连接，以使旋转基座在电机的驱动下旋转；所述顶板设置在所述激光发射接收模组上方；并且所述挡光板设置于所述多个激光发射接收模组之间，以用于分隔所述多个激光发射接收模组。
16.在一个示例性的实施方式中，所述多线激光雷达进一步可以包括控制装置，所述控制装置与所述电机相连接，以通过所述电机控制所述旋转基座的旋转。
17.在一个示例性的实施方式中，所述多线激光雷达进一步可以包括方位检测装置，其配置为确定目标的方位，包括：确定激光在所述目标与所述激光雷达之间的往返时间t；确定激光在预定坐标系下与预定平面的第一夹角α；确定激光发射器的随着所述旋转基座的旋转角度β；以及根据所述往返时间t、所述激光发射器在所述预定坐标系中的位置、第一夹角α和旋转角度β来确定所述目标的方位。
18.在第二方面中，本发明的示例性实施方式提供一种用于第一方面及其各个实施方式所描述的多线激光雷达的数据点云处理方法，所述方法可以包括：确定激光在所述目标与所述激光雷达之间的往返时间t；确定激光在预定坐标系下与预定平面的第一夹角α；确定激光发射器的随着所述旋转基座的旋转角度β；以及根据所述往返时间t、所述激光发射器在所述预定坐标系中的位置、第一夹角α和旋转角度β来确定所述目标的方位。
19.如上所述，本发明的示例性实施方式的激光雷达可以在旋转基座上布置多个激光发射接收模组，并且这些激光发射接收模组所包括的多个激光发射器可以具有不同的发射角度，因此可以增加探测目标上像素点的数量，从而可以显著地提高激光雷达的分辨率。
20.此外，本发明的示例性实施方式的激光雷达通过将多个激光发射接收模组所包括的多个激光发射器设置为具有不同的高度，可以增加激光发射器的数量而不增加激光发射
接收模组的高度，因此本发明的激光雷达可以在不增加激光雷达的整体高度的前提下提高激光雷达的分辨率，从而可以减小激光雷达的体积。
21.另外，本发明的多线激光雷达及其数据点云处理方法可以以激光雷达的旋转轴线作为z轴来建立三维直角坐标系，使得由激光雷达的多个激光发射接收模组产生的像素点可以在同一个预定坐标系下计算，并且可以在同一个预定坐标系下绘制探测目标的数据点云。因此，本发明的多线激光雷达及其数据点云处理方法可以提高激光雷达的探测精度。
附图说明
22.通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
23.图1是示出根据本发明的示例性实施方式的一种多线激光雷达的示意图；
24.图2是示出根据本发明的示例性实施方式的多线激光雷达的激光发射阵列的示意图；
25.图3是示出根据本发明的示例性实施方式的多线激光雷达的激光发射器的等效布局示意图；
26.图4是示出根据本发明的另一个示例性实施方式的多线激光雷达的激光发射阵列的示意图；
27.图5是示出根据本发明的又一个示例性实施方式的多线激光雷达的激光发射阵列的示意图；
28.图6是示出根据本发明的示例性实施方式的多线激光雷达的光学出射结构和光学接收结构的示意图；
29.图7是示出根据本发明的示例性实施方式的多线激光雷达对目标探测物进行测量的示意图；以及
30.图8是示出根据本发明的示例性实施方式的多线激光雷达的数据点云处理方法的流程图。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域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方式，都属于本发明保护的范围。
32.应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
33.还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施方式的目的，而并不意在限定本发明。如在本发明说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进
一步理解，在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
34.如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
[0035]
多线激光雷达是激光雷达的一种，是通过多个激光发射器发射激光来探测目标的位置、速度等特征量，其工作原理是先向目标发射出射激光，然后接收从探测目标反射回来的反射激光并与出射激光进行比较，由此可以获得目标的有关信息。
[0036]
目前，传统的多线激光雷达通常是在发射板和接收板上分别设置多个激光发射器和多个激光探测器，利用多个激光发射器发射的出射激光进行探测，从而实现多线激光探测。然而，多线激光雷达的线数决定了激光雷达的探测精度，增加线数的方式通常只是在发射板上增加激光发射器的数量，而增加激光发射器的数量会增加发射板以及对应的光学结构的体积，从而使激光雷达的体积增加。
[0037]
此外，在发射板上增加激光发射器的数量会增加激光发射器的设置密度，从而增加激光发射器的调试难度。因此，单纯地增加激光发射器数量来增加线数的方式，会受整个激光雷达的体积以及激光雷达角度调试难度的限制，从而导致激光雷达的探测精度难以提高。
[0038]
针对上述问题，本发明的示例性实施方式提供一种多线激光雷达，该多线激光雷达可以包括至少一个旋转基座和布置在旋转基座上的至少两个激光发射接收模组，激光接收发射模组可以包括：激光发射阵列、激光探测阵列、光学出射结构和光学接收结构，其中，激光发射阵列可以包括：接收板、激光发射器和准直筒，激光探测阵列可以包括：接收板和激光探测器。
[0039]
本发明的多线激光雷达可以利用在竖直方向上不同角度、不同位置排列的多个激光发射器来发射出射激光，该出射激光经过准直筒进行光路准直后，通过对应的发射透镜射出，在遇到探测目标后发生反射产生反射激光。反射激光通过接收透镜汇聚，并且由在竖直方向上以不同角度、不同位置排列的、与激光发射器一一对应的激光探测器进行检测。
[0040]
进一步地，本发明的多线激光雷达通过计时单元和方位检测装置确定与测距相关的激光光束信息，从而可以计算探测目标相对于激光雷达的旋转轴线的三维数据点云信息。本发明的多线激光雷达不仅可以有效地提高多线激光雷达的分辨率并且具有较小的整体体积，而且还可以较精确地计算和处理探测目标的三维数据点云信息。
[0041]
下面结合附图来详细描述本发明的具体实施方式。
[0042]
图1是示出根据本发明的示例性实施方式的激光雷达的示意图。
[0043]
如图1所示，本发明的示例性实施方式提供一种激光雷达，该激光雷达可以包括：可旋转的旋转基座100和沿周向设置在该旋转基座100上的多个激光发射接收模组200。具体地，激光发射接收模组200可以包括：激光发射阵列210a-210d，其包括阵列布置的多个激光发射器211，激光发射器211用于发射出射激光，出射激光经探测目标反射产生反射激光；以及激光探测阵列220a-220d，其包括阵列布置的多个激光探测器221，激光探测器221用于接收反射激光。
[0044]
具体而言，如图1所示，上述的激光发射阵列210a-210d可以包括多个激光发射器211，多个激光发射器211可以朝向激光雷达的外部发射出射激光，该出射激光遇到探测目标会反射产生反射激光，并且该反射激光可以由布置在激光发射阵列210a-210d附近的激光探测阵列上的激光探测器221接收，由此可以实现激光探测。
[0045]
图2是示出根据本发明的示例性实施方式的多线激光雷达的激光发射阵列的示意图。
[0046]
进一步如图2所示，多个激光发射阵列210a-210d中的每一个激光发射阵列包括沿第一方向间隔布置的多个激光发射器211，所述第一方向与激光雷达的旋转轴线平行。特别地，在图2示出的实施方式中，第一方向为图2中的竖直方向。
[0047]
特别地，如图2所示，在多个激光发射接收模组200所包括的多个激光发射阵列210a-210d之间，沿周向方向对应布置的多个激光发射器211可以分别具有不同的发射角度。这里，所述的发射角度是指激光发射器211发射的出射激光与第一平面之间的夹角，所述第一平面为与激光雷达的旋转轴线垂直的平面。
[0048]
具体而言，在图2中并列示出了多个激光发射接收模组200所包括的多个激光发射阵列210a-210d，其中，在多个激光发射阵列210a-210d之间沿周向方向对应布置的多个激光发射器211在图2中显示为沿横向方向对应布置四个激光发射器211。如图所示，在图2中一共示出了四行对应布置的多个激光发射器211，每一行包括四个激光发射器，每一行中的四个激光发射器可以分别具有不同的发射角度。可以理解的是，这样布置可以在激光雷达旋转的情况下，使得沿周向方向对应布置的多个激光发射器211分别在探测目标上产生一个像素点，从而可以增加在探测目标上产生的像素点的数量。
[0049]
因此，可以理解，本公开的多线激光雷达通过将多个激光发射阵列上沿周向方向对应布置的多个激光发射器分别设置为具有不同的发射角度，可以在激光雷达旋转的情况下实现360
°
视场下的扫描测距，从而可以增加射入探测目标的像素点的数量，进而提高激光雷达的分辨率。
[0050]
进一步地，继续参考图2，在一个示例性的实施方式中，在多个激光发射接收模组200所包括的多个激光发射阵列210a-210d之间，沿周向方向对应布置的多个激光发射器211可以分别具有不同的高度。
[0051]
具体而言，与上文所述的发射角度类似，如图2所示，一共示出了四行对应布置的多个激光发射器211，每一行包括四个激光发射器211，每一行中的四个激光发射器211可以分别具有不同的高度。这里，可以理解所述高度为图2中沿竖直方向的高度，该竖直方向与多线激光雷达的旋转轴线平行。
[0052]
因此，可以理解，上述布置可以在激光雷达旋转的情况下，使得沿周向方向对应布置的多个激光发射器211分别在探测目标上产生一个像素点，从而可以增加在探测目标上产生的像素点的数量。
[0053]
此外，可以理解的是，虽然在图2中示出的实施方式中包括四行对应布置的多个激光发射器211，并且每一行包括四个激光发射器211，但是这种布置方式仅为本公开的优选实施方式。对于行数和每一行所包括的激光发射器的数量而言，本领域技术人员可以根据应用场景选择不同数量的行以及每一行所包括的激光发射器的数量，本公开对此不做限制。
[0054]
进一步地，在一个示例性的实施方式中，所有的激光发射器可以均具有不同的发射角度。换而言之，本公开的多线激光雷达所包括的全部激光发射器的每一个均可以具有不同的发射角度。这样布置使得每一个激光发射器211分别可以在探测目标上产生一个像素点，从而可以进一步增加在探测目标上产生的像素点的数量。
[0055]
在一个示例性的实施方式中，如图1所示，本发明的多线激光雷达可以示例性地包括四个激光发射接收模组200，上述四个激光发射接收模组200可以包括：第一激光发射接收模组200a、第二激光发射接收模组200b、第三激光发射接收模组200c和第四激光发射接收模组200d。具体地，第一激光发射接收模组200a与第三激光发射接收模组200c呈中心对称结构，第二激光发射接收模组200b与第四激光发射接收模组200d呈中心对称结构，第一激光发射接收模组200a与第二激光发射接收模组200b呈轴对称结构，第三激光发射接收模组200c与第四激光发射接收模组200d呈轴对称结构。
[0056]
这里，可以理解的是，上述的第一激光发射接收模组200a与第三激光发射接收模组200c呈中心对称结构是指第一激光发射接收模组200a和第三激光发射接收模组200c的整体布局方向的对称，而并非指第一激光发射接收模组200a和第三激光发射接收模组200c内部布置的各种元件的形状、位置和方向等也互相对称。
[0057]
同样地，第二激光发射接收模组200b与第四激光发射接收模组200d呈中心对称结构，第一激光发射接收模组200a与第二激光发射接收模组200b呈轴对称结构，以及第三激光发射接收模组200c与第四激光发射接收模组200d呈轴对称结构也是指激光发射接收模组200的整体布局方向的对称，非不旨在表示激光发射接收模组内部布置的各种元件的形状、位置和方向等也互相对称。
[0058]
因此，可以理解，如上布置的四个激光发射接收模组200a-200d可以分别朝向激光雷达的四个方向进行探测，如图1所示，并且由于这些激光发射接收模组200a-200d设置在可旋转的旋转基座100上，因此，在激光雷达旋转的情况下，每一个激光发射接收模组均可以实现360
°
视场下的扫描测距，从而可以增加用于探测目标的激光发射接收模组的数量，进而提高激光雷达的分辨率。
[0059]
此外，本公开的示例性的实施方式优选地设置4个激光发射接收模组，相比于布置其他数量的激光发射接收模组，这样布置不仅可以提高激光雷达的空间利用率而且布局简单。因此，本公开的激光雷达不仅可以减小体积和提高分辨率，而且还具有易于组装和调试的优点。
[0060]
进一步地，如图1所示，上述的激光发射接收模组200a-200d可以包括：激光发射阵列210a-210d，其包括阵列布置的多个激光发射器211，该激光发射器211用于发射出射激光，该出射激光经探测目标反射产生反射激光；以及激光探测阵列220a-220d，其包括阵列布置的多个激光探测器221，激光探测器221用于接收反射激光，其中，在多个激光发射接收模组200所包括的多个激光发射器211中，至少两个激光发射器211具有不同的发射角度。
[0061]
在一个示例性的实施方式中，如图2所示，布置在同一个激光发射阵列上的多个激光发射器211中的至少两个激光发射器211可以具有不同的发射角度；优选地，每一个激光发射器211均可以具有不同的发射角度。
[0062]
具体而言，如图2所示，上述的激光发射阵列210a-210d可以包括多个激光发射器211，激光发射器211可以朝向激光雷达的外部发射出射激光，该出射激光遇到探测目标会
反射产生反射激光，并且该反射激光可以由布置在激光发射阵列210a-210d附近的激光探测阵列上的激光探测器221接收，由此可以实现一次激光探测。
[0063]
进一步如图2所示，四个激光发射阵列210a-210d中的每一个激光发射阵列包括沿竖直方向间隔布置的四个激光发射器211，因此根据本示例性实施方式的激光雷达一共可以具有十六个激光发射器211，十六个激光发射器211具有不同的发射角度。
[0064]
进一步地，如图2所示，可以将上述四个激光发射阵列210a-210d分别布置在第一激光发射接收模组200a、第二激光发射接收模组200b、第三激光发射接收模组200c和第四激光发射接收模组200d中，可以使得十六个激光发射器211不必布置在同一个竖直方向上，因此可以降低激光雷达的整体高度，进而减小激光雷达的体积。
[0065]
图3是示出根据本发明的示例性实施方式的多线激光雷达的激光发射器211的等效布局示意图。
[0066]
当激光雷达的旋转基座100旋转时，十六个激光发射器211会在旋转的同时向360
°
视场发射不同出射角度的出射激光，并且这十六个激光发射器211的等效布局和出射激光的等效分布形态如图3所示。由此可见，相比于仅设置一个激光发射接收模组的传统激光雷达，本发明的多线激光雷达可以在探测目标上产生十六个像素点，因此本发明的多线激光雷达可以显著地提高激光雷达的分辨率。
[0067]
因此，可以理解，虽然在上述的示例性实施方式中描述了包括四个激光发射接收模组200a-200d、四个激光发射阵列210a-210d以及十六个激光发射器211的激光雷达，但是本发明不旨在限定激光雷达的数量，本领域技术人员根据本发明所披露的发明构思可以根据需要选择激光发射接收模组和激光发射阵列的数量，还可以根据需要选择每一个激光发射阵列所包括的激光发射器的数量。
[0068]
在另一个示例性的实施方式中，在多个激光发射接收模组200所包括的多个激光发射器211中，至少两个激光发射器211可以具有不同的高度；优选地，布置在同一个激光发射阵列上的多个激光发射器211中的至少两个激光发射器211可以具有不同的高度；更优选地，每一个激光发射器211均可以具有不同的高度。
[0069]
可以理解，在根据本示例性实施方式的多线激光雷达中，由于激光发射器211可以沿竖直方向布置，并且通过使激光发射器211高低错落排列，可以增加激光发射器211的数量，从而可以提高激光雷达的分辨率而不会增加激光雷达的整体高度，因此可以减小激光雷达的体积。
[0070]
在一个示例性的实施方式中，激光探测器221的数量可以与激光发射器211的数量相同，并且多个激光探测器221可以分别具有与多个激光发射器211一一对应的角度和高度。具体地，多个激光探测器221可以与多个激光发射器211发射的出射激光一一对应，每一个出射激光遇到探测目标形成的反射激光会由一个对应的激光探测器221进行接收。这样布置可以使得每一个激光发射器211发射的出射激光都有对应的激光探测器进行接收，由此可以提高激光雷达的探测精度。
[0071]
在一个示例性的实施方式中，如图2所示，激光发射阵列进一步可以包括发射板212，阵列布置的多个激光发射器211可以沿竖直方向间隔设置于发射板212上。此外，激光探测阵列进一步可以包括接收板222，阵列布置的多个激光探测器221可以沿竖直方向间隔设置于接收板222上。这样布置可以在竖直方向上布置多个激光发射器211，由此可以增加
激光发射器211的数量，从而可以提高激光雷达的探测精度。
[0072]
在一个示例性的实施方式中，如图2所示，上述的激光发射阵列进一步可以包括光源驱动装置和与该光源驱动装置电连接的至少四个激光发射器211。上述的激光探测阵列进一步可以包括信号处理装置和与该信号处理装置电连接的至少四个激光探测器221，并且激光探测器221可以与激光发射器分别一一对应。
[0073]
在一个示例性的实施方式中，激光雷达进一步可以包括：发光控制装置，其与光源驱动装置连接，以用于控制激光发射器211的发光。
[0074]
图4是示出根据本发明的另一个示例性实施方式的多线激光雷达的激光发射阵列的示意图。进一步如图4所示，在该示例性的实施方式中，出射激光可以由脉冲发射器产生，也可以由激光光纤以分线的形式产生并传输至激光发射器211。
[0075]
图5是示出根据本发明的又一个示例性实施方式的多线激光雷达的激光发射阵列的示意图。进一步如图5所示，在该示例性的实施方式中，出射激光也可以由脉冲发射器产生，也可以由激光光纤以多线的形式产生并传输至激光发射器211。
[0076]
在一个示例性的实施方式中，如图1所示，激光发射接收模组200a-200d进一步可以包括：光学接收结构，其包括接收透镜230a-230d，接收透镜230a-230d用于收集反射激光并使收集的反射激光入射至相应的激光探测器221。具体地，上述接收透镜230a-230d可以收集反射激光，并且将反射激光汇聚至激光探测器221。
[0077]
在一个示例性的实施方式中，如图1所示，激光发射接收模组200a-200d进一步可以包括：光学出射结构，其包括发射透镜240a-240d，发射透镜240a-240d布置在接收透镜230a-230d周围，并且用于收集激光发射器211发射的出射激光。在一个应用场景中，如图1所示，多个激光发射接收模组200a-200d中的每一个可以包括至少四个发射透镜240a-240d和至少一个接收透镜230a-230d，上述至少四个发射透镜240a-240d可以分别布置在接收透镜230a-230d的右上方、右下方、左上方和左下方。
[0078]
图6是示出根据本发明的示例性实施方式的多线激光雷达的光学出射结构和光学接收结构的示意图。
[0079]
在一个示例性的实施方式中，如图6所示，光学出射结构可以包括至少四个发射透镜240a-240d，光学接收结构可以包括至少一个接收透镜230a-230d，其中，至少四个发射透镜240a-240d可以布置在接收透镜230a-230d的一侧，并且与激光发射器211一一对应，激光发射器211发射的出射激光可以由准直筒213准直后再经过发射透镜240a-240d出射。这样布置可以降低发射透镜240a-240d的调试难度。
[0080]
在一个示例性的实施方式中，多线激光雷达进一步可以包括电机、顶板和挡光板300。具体地，上述的电机可以与激光雷达的旋转基座100连接，以使旋转基座100能够在电机的驱动下旋转。进一步地，上述的顶板可以布置在激光发射接收模组200上方，以在该顶板和旋转基座100之间形成容纳激光发射接收模组200的空间。进一步地，上述的挡光板300可以设置于多个激光发射接收模组200之间，以用于分隔多个激光发射接收模组200，并且将每一个激光发射接收模组200的出射激光光路和反射激光光路与其他激光发射接收模组200的出射激光光路和反射激光光路隔离。
[0081]
在一个示例性的实施方式中，多线激光雷达进一步可以包括控制装置，该控制装置可以与电机相连接，以通过电机控制旋转基座100的旋转。具体地，上述控制装置可以通
过改变电流的频率来改变电机的转速，当增大施加给电机的电流的频率时，可以增大电机的转速；并且当减小施加给电机的电流的频率时，可以减小电机的转速。
[0082]
因此，可以理解，由于可以通过控制装置控制电机的转速，因此可以通过该控制装置获取旋转基座100的转速，并且根据该转速可以计算激光雷达的激光发射器211转过的旋转角度，例如可以使用电机的角速度乘以时间来计算激光发射器211转过的旋转角度。
[0083]
在一个示例性的实施方式中，根据本发明的示例性的实施方式的多线激光雷达进一步可以包括方位检测装置，其配置为确定目标的方位，包括：确定激光在目标与激光雷达之间的往返时间t；确定激光在预定坐标系下与第一平面的第一夹角α；确定激光发射器211的随着旋转基座100的旋转角度β；以及根据往返时间t、激光发射器在预定坐标系中的位置、第一夹角α和旋转角度β来确定目标的方位。
[0084]
图7是示出根据本发明的示例性实施方式的激光雷达对目标探测物进行测量的示意图。
[0085]
具体而言，如图7所示，上述的往返时间t可以指：激光雷达的激光发射器211发射出射激光到激光探测器221接收到反射激光的时间。进一步如图7所示，上述的预定坐标系可以是以激光雷达的旋转轴线为z轴的三维直角坐标系，该三维直角坐标系的原点o可以由本领域技术人员根据需要选定。具体而言，在将激光雷达的旋转轴线作为三维直角坐标系的z轴的情况下，三维直角坐标系的xoy平面所在的位置可以根据时间应用场景来设定。
[0086]
示例性地，在一个应用场景中，当激光雷达竖直布置在车辆的车顶时，激光雷达的旋转轴线在竖直方向上延伸，因此上述三维直角坐标系的z轴也在竖直方向上延伸，这样三维直角坐标系的xoy平面就可以选取在激光雷达的旋转基座100的上表面，也可以选取在车辆所行使的道路表面，这可以根据实际需要来设定。
[0087]
进一步地，如图7所示，上述的第一夹角α可以指：激光雷达的激光发射器211的发射角度，即激光雷达的激光发射器211发射的出射激光与三维直角坐标系的xoy平面之间的夹角。进一步地，如图7所示，上述的旋转角度β可以指：激光雷达的激光发射器211在发射出射激光时，随着激光雷达的旋转基座100转过的角度，其等于激光雷达的激光发射器211发射的出射激光在xoy平面上的投影与x轴的夹角。
[0088]
在一个示例性的实施方式中，可以通过与激光探测器221相连接的计时单元来确定往返时间t。具体地，上述的计时单元可以记录激光雷达的激光发射器211发射出射激光的时间以及激光探测器221接收到反射激光的时间，并且计算激光探测器221接收到反射激光的时间与激光雷达的激光发射器211发射出射激光的时间之间的差值，从而可以获得往返时间t。
[0089]
进一步地，在一个示例性的实施方式中，可以通过激光雷达的激光发射器211的配置获得每一个激光发射器211的发射角度，以获得激光在预定坐标系下与第一平面的第一夹角α。可以理解的是，由于激光发射器211的发射角度可以根据需要进行调节，因此激光在预定坐标系下与第一平面的第一夹角α也可以是可调节的或者固定的。
[0090]
进一步地，在一个示例性的实施方式中，可以基于激光雷达的旋转机座的转速来获得激光发射器211的随着旋转基座100的旋转角度β，例如可以使用如下公式计算旋转角度β：
[0091]
β＝w
×
t
[0092]
其中，w为旋转基座100的角速度，t为运行时间。
[0093]
进一步地，在一个示例性的实施方式中，可以使用如下公式计算探测目标上的每一个像素点在上述预定坐标系中的三维坐标(x,y,z)：
[0094][0095]
其中，h为激光发射器211距离xoy平面的距离；l
x
为激光发射器211距离xoz平面的距离；ly为激光发射器211距离yoz平面的距离；c为激光的速度。
[0096]
进一步地，在一个示例性的实施方式中，可以分别计算激光雷达的每一个像素点在上述预定坐标系中的三维坐标(x,y,z)，并且可以在三维坐标中绘制每一个像素点，从而可以获得探测目标的数据点云。
[0097]
可以理解，在本示例性的实施方式中，可以在同一个预定坐标系下，计算由激光雷达的多个激光发射接收模组200产生的像素点，并且可以在同一个预定坐标系下绘制探测目标的数据点云。因此，相比于传统的多线激光雷达以各个激光发射光源为中心进行建模的方式，本发明的激光雷达可以显著地提高激光雷达的探测精度。
[0098]
图8是示出根据本发明的示例性实施方式的多线激光雷达的数据点云处理方法的流程图。
[0099]
在第二方面中，如图8所示，本发明的示例性实施方式还提供一种多线激光雷达的数据点云处理方法，其可以用于如上第一方面及其各个实施方式所描述的多线激光雷达，所述方法可以包括：确定激光在目标与激光雷达之间的往返时间t(s100)；确定激光在预定坐标系下与预定平面的第一夹角α(s200)；确定激光发射器的随着旋转基座的旋转角度β(s300)；以及根据往返时间t、激光发射器在预定坐标系中的位置、第一夹角α和旋转角度β来确定目标的方位(s400)。
[0100]
下面结合图7所示的三维坐标系以及图8进一步描述本示例性实施方式的方法。
[0101]
具体而言，上述的往返时间t可以指：多线激光雷达的激光发射器发射出射激光到激光探测器接收到反射激光的时间。进一步如图7所示，上述的预定坐标系可以是以激光雷达的旋转轴线为z轴的三维直角坐标系，该三维直角坐标系的原点o可以由本领域技术人员根据需要选定。具体而言，在将多线激光雷达的旋转轴线作为三维直角坐标系的z轴的情况下，三维直角坐标系的xoy平面所在的位置可以根据时间应用场景来设定。
[0102]
示例性地，在一个应用场景中，当多线激光雷达竖直布置在车辆的车顶时，多线激光雷达的旋转轴线在竖直方向上延伸，因此上述三维直角坐标系的z轴也在竖直方向上延伸，这样三维直角坐标系的xoy平面就可以选取在激光雷达的旋转基座的上表面，也可以选取在车辆所行使的道路表面，这可以根据实际需要来设定。
[0103]
进一步地，如图7所示，上述的第一夹角α可以指：多线激光雷达的激光发射器的发射角度，即多线激光雷达的激光发射器发射的出射激光与三维直角坐标系的xoy平面之间的夹角。进一步地，如图7所示，上述的旋转角度β可以指：多线激光雷达的激光发射器在发
射出射激光时，随着激光雷达的旋转基座转过的角度，其等于激光雷达的激光发射器发射的出射激光在xoy平面上的投影与x轴的夹角。
[0104]
在一个实际应用场景中，可以通过与激光探测器相连接的计时单元来确定往返时间t。具体地，上述的计时单元可以记录激光雷达的激光发射器发射出射激光的时间以及激光探测器接收到反射激光的时间，并且计算激光探测器接收到反射激光的时间与激光雷达的激光发射器发射出射激光的时间之间的差值，从而可以获得往返时间t。
[0105]
进一步地，在一个示例性的实施方式中，可以通过激光雷达的激光发射器的配置获得每一个激光发射器的发射角度，以获得激光在预定坐标系下与第一平面的第一夹角α。可以理解的是，由于激光发射器的发射角度可以根据需要进行调节，因此激光在预定坐标系下与第一平面的第一夹角α也可以是可调节的或者固定的。
[0106]
进一步地，在一个示例性的实施方式中，可以基于激光雷达的旋转机座的转速来获得激光发射器的随着旋转基座的旋转角度β，例如可以使用如下公式计算旋转角度β：β＝w
×
t，其中，w为旋转基座的角速度，t为运行时间。
[0107]
进一步地，在一个示例性的实施方式中，可以使用如下公式计算探测目标上的每一个像素点在上述预定坐标系中的三维坐标(x,y,z)：
[0108][0109]
其中，h为激光发射器距离xoy平面的距离；l
x
为激光发射器距离xoz平面的距离；ly为激光发射器距离yoz平面的距离；c为激光的速度。
[0110]
进一步地，在一个示例性的实施方式中，可以分别计算激光雷达的每一个像素点在上述预定坐标系中的三维坐标(x,y,z)，并且可以在三维坐标中绘制每一个像素点，从而可以获得探测目标的数据点云。
[0111]
可以理解，在本示例性的实施方式中，可以在同一个预定坐标系下，计算由激光雷达的多个激光发射接收模组产生的像素点，并且可以在同一个预定坐标系下绘制探测目标的数据点云。因此，相比于传统的多线激光雷达以各个激光发射光源为中心进行建模的方式，本发明的激光雷达可以显著地提高激光雷达的探测精度。
[0112]
在一个示例性的实施方式中，往返时间可以为激光发射器发射出射激光到激光探测器接收到来自于探测目标的反射激光之间的时间差。
[0113]
结合上文所描述的各个示例性的实施方式，本领域技术人员可以理解，本发明至少具有如下几个方面的有益效果。
[0114]
一方面，本发明的示例性实施方式的激光雷达通过设置多个激光发射接收模组，并且将多个激光发射接收模组所包括的多个激光发射器设置为具有不同的发射角度，可以增加探测目标上像素点的数量，从而可以显著地提高激光雷达的分辨率。此外，本发明的示例性实施方式的多线激光雷达通过将多个激光发射器设置为具有不同的高度，可以增加激光发射器的数量，从而可以而不增加激光雷达的整体高度的前提下提高激光雷达的分辨
率，进而可以减小激光雷达的体积。
[0115]
另一方面，本发明的多线激光雷达及其数据点云处理方法通过以激光雷达的旋转轴线为z轴建立三维直角坐标系，使得可以在同一个预定坐标系下，计算由激光雷达的多个激光发射接收模组产生的像素点，并且可以在同一个预定坐标系下绘制探测目标的数据点云。因此本发明的激光雷达和通过激光雷达确定目标的方位的方法可以进一步提高激光雷达的探测精度。
[0116]
在本说明书的上述描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固定”、“安装”、“相连”或“连接”等术语应该做广义的理解。例如，就术语“连接”来说，其可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。因此，除非本说明书另有明确的限定，本领域技术人员可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0117]
根据本说明书的上述描述，本领域技术人员还可以理解如下使用的术语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”、“中心”、“纵向”、“横向”、“顺时针”或“逆时针”等指示方位或位置关系的术语是基于本说明书的附图所示的方位或位置关系的，其仅是为了便于阐述本发明的方案和简化描述的目的，而不是明示或暗示所涉及的装置或元件必须要具有特定的方位、以特定的方位来构造和进行操作，因此上述的方位或位置关系术语不能被理解或解释为对本发明方案的限制。
[0118]
另外，本说明书中所使用的术语“第一”或“第二”等用于指代编号或序数的术语仅用于描述目的，而不能理解为明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”或“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个或更多个等，除非另有明确具体的限定。
[0119]
虽然本说明书已经示出和描述了本发明的多个实施方式，但对于本领域技术人员显而易见的是，这样的实施方式只是以示例的方式提供的。本领域技术人员会在不偏离本发明思想和精神的情况下想到许多更改、改变和替代的方式。应当理解的是在实践本发明的过程中，可以采用对本文所描述的本发明实施方式的各种替代方案。所附权利要求书旨在限定本发明的保护范围，并因此覆盖这些权利要求范围内的模块组成、等同或替代方案。