一种光束阵列式扫描方法及装置与流程

1.本发明涉及光学雷达技术领域，具体的说，是涉及一种光束阵列式扫描方法及装置。


背景技术：

2.光学雷达是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。光学雷达的工作原理是利用探测光束往返于光学雷达和目标之间所用的飞行时间（tof）来评估距离的大小。
3.现有的光学雷达需要测量物体或环境的三维信息主要采用机械旋转的方式，将激光束的传播扫描指向不同的方向，这种方案主要存在制造成本高、体积大、可靠性、分辨率有限。
4.而采用mems微振镜扫描方案，是通过控制反射镜的偏转来达到控制激光扫描，也是属于半机械类型，也有可靠性比较低和分辨力有限的问题。
5.而采用光学相控阵扫描方案，位于光的波长在纳米级，想要制造处理难度很大，技术还不成熟，目前还处于研究阶段，可以预见的缺点是成本高和分辨率有限。
6.而采用光学阵列式接收单元，也属于新研究的技术，属于半导体芯片，对其生产设备的投入很高，导致成本比较高。
7.以上不足，有待改进。


技术实现要素：

8.为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种光束阵列式扫描方法及装置。
9.本发明技术方案如下所述：第一方面，本发明提供一种光束阵列式扫描方法，包括：步骤s1：控制液晶光学单元的一个像素点可以透过光线；步骤s2：通过光源发射单元发射一束光线照射被测物体，并产生第一电信号给控制处理单元；步骤s3：通过所述液晶光学单元接收照射所述被测物体反射回来的光线；步骤s4：通过光源接收单元接收透过所述液晶光学单元对应的像素点的光线，并产生第二电信号给所述控制处理单元；步骤s5：所述控制处理单元根据接收所述第一电信号和所述第二电信号的间隔时间计算所述光源接收单元与所述被测物体之间的距离；步骤s6：控制所述液晶光学单元关闭透光的像素点，并让下一个像素点可以透过光线；步骤s7：重复步骤s2至步骤s6，循环往返扫描所述液晶光学单元上所有像素点，得到扫描范围内的所述被测物体的三维信息。
10.根据上述方案的本发明，在步骤s2中，所述控制处理单元接收所述第一电信号后，
开始计时。
11.进一步的，在步骤s5中，所述控制处理单元接收所述第二电信号后，停止计时，得到光线的飞行时间，并通过所述飞行时间计算所述光源接收单元与所述被测物体之间的距离。
12.更进一步的，扫描所述被测物体时，所述光源发射单元和所述光源接收单元均与所述被测物体之间的距离一致，且所述光源发射单元和所述光源接收单元均位于所述被测物体同一侧，所述控制处理单元通过光线的飞行速度乘以所述飞行时间再除以二，得到所述光源接收单元与所述被测物体之间的距离。
13.第二方面，本发明提供一种光束阵列式扫描装置，包括光源发射单元，用于发射一束光线照射被测物体，并产生第一电信号；液晶光学单元，包括多个阵列分布的具有选择透光性的像素点，依次控制不同的所述像素点透过光线；光源接收单元，用于接收透过所述液晶光学单元对应的所述像素点的光线，并产生第二电信号；控制处理单元，所述控制处理单元分别与所述光源发射单元、所述液晶光学单元及所述光源接收单元连接，用于接收所述第一电信号和所述第二电信号，并根据接收所述第一电信号和所述第二电信号的间隔时间计算所述光源接收单元与所述被测物体之间的距离。
14.根据上述方案的本发明，所述液晶光学单元包括沿着反射光路依次平行设置的光学凹透镜、lcd投影液晶片及光学凸透镜，所述lcd投影液晶片包括多个阵列分布的具有选择透光性的像素点；照射所述被测物体反射回来的光线依次经过所述光学凹透镜、所述投影液晶片对应的像素点及所述光学凸透镜后，照射到所述光源接收单元上。
15.根据上述方案的本发明，所述控制处理单元包括计时单元，所述计时单元分别与所述光源发射单元和所述光源接收单元连接，用于接收所述第一电信号和所述第二电信号，并对接收所述第一电信号和所述第二电信号的间隔时间进行计时，得到光线的飞行时间；测距单元，所述测距单元与所述计时单元连接，用于根据所述飞行时间和光的飞行速度计算所述光源接收单元与所述被测物体之间的距离。
16.进一步的，所述控制处理单元还包括放大电路，所述计时单元通过所述放大电路分别与所述光源发射单元和所述光源接收单元连接，用于放大所述第一电信号和所述第二电信号。
17.进一步的，所述计时单元为tdc时间数字转换器。
18.根据上述方案的本发明，所述光源发射单元包括光源发射器和驱动电路，所述驱动电路用于驱动所述光源发射器发出一束光线照射被测物体。
19.根据上述方案的本发明，所述光源接收单元为光敏接收管。
20.根据上述方案的本发明，其有益效果在于：1、本发明利用液晶可以阵列式控制不同像素点的透光性的特点，从而达到光学扫描的目的，并通过扫描式测量不同像素点的光线飞行时间，再根据光的飞行速度，计算飞行
距离，从而获取扫描范围内的环境或则物体的三维信息；2、本发明没有用到任何机械部件，所以不存在机械式扫描存在的可靠性问题，同时又因液晶是现有成熟的技术，有利于其生产制造和降低成本。
附图说明
21.图1为本发明的方法流程图；图2为本发明扫描被测物体的原理示意图；图3为本发明的结构框架图。
22.在图中，1、光源发射单元；2、液晶光学单元；21、光学凹透镜；22、lcd投影液晶片；23、光学凸透镜；3、光源接收单元；4、控制处理单元；5、被测物体。
具体实施方式
23.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
25.实施例一请参考图1、图2，本实施例提供一种光束阵列式扫描方法，可以应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域，包括以下步骤：步骤s1：控制液晶光学单元2的一个像素点可以透过光线，其余像素带点全部不可以透过光线。液晶光学单元2包括多个阵列分布的具有选择透光性的像素点，可以通过阵列式控制不同的像素点透过光线。
26.步骤s2：通过光源发射单元1发射一束光线照射被测物体5，并产生第一电信号给控制处理单元4。在该步骤中，控制处理单元4接收第一电信号后，开始计时。
27.步骤s3：通过液晶光学单元2接收照射被测物体5反射回来的光线。
28.步骤s4：通过光源接收单元3接收透过液晶光学单元2对应的像素点的光线，并产生第二电信号给控制处理单元4。
29.步骤s5：控制处理单元4根据接收第一电信号和第二电信号的间隔时间计算所述光源接收单元与所述被测物体之间的距离。在该步骤中，控制处理单元4接收第二电信号后，停止计时，得到光线的飞行时间，并通过飞行时间计算光源接收单元3与被测物体5之间的距离。
30.步骤s6：控制液晶光学单元2关闭透光的像素点，并让下一个像素点可以透过光线。
31.步骤s7：重复步骤s2至步骤s6，循环往返扫描液晶光学单元2上所有像素点，即可得到扫描范围内的被测物体5的三维信息。
32.通过上述的步骤，本发明利用液晶可以阵列式控制不同像素点的透光性的特点，
从而达到光学扫描的目的，并通过扫描式测量不同像素点的光线飞行时间，再根据光的飞行速度，计算飞行距离，从而获取扫描范围内的环境或则物体的三维信息；本发明没有用到任何机械部件，所以不存在机械式扫描存在的可靠性问题，同时又因液晶是现有成熟的技术，有利于其生产制造和降低成本。
33.在本实施例中，扫描被测物体5时，光源发射单元1和光源接收单元3均与被测物体5之间的距离一致，且光源发射单元1和光源接收单元3位于被测物体5同一侧。因此，控制处理单元4通过光线的飞行速度乘以飞行时间再除以二，即可计算得到光源接收单元3与被测物体5之间的距离。
34.此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。
35.实施例二请参阅图2、图3，本实施例提供一种光束阵列式扫描装置，包括光源发射单元1，用于发射一束光线照射被测物体5，并产生第一电信号；液晶光学单元2，包括多个阵列分布的具有选择透光性的像素点，依次控制不同的像素点透过光线；优选的，液晶光学单元2以阵列式排布的方式依次控制不同的像素点透过光线。
36.光源接收单元3，用于接收透过液晶光学单元2对应的像素点的光线，并产生第二电信号；控制处理单元4，控制处理单元4分别与光源发射单元1、液晶光学单元2及光源接收单元3连接，用于接收第一信号和第二电信号，并根据接收第一电信号和第二电信号的间隔时间计算光源接收单元3与被测物体5之间的距离。
37.通过上述的光束阵列式扫描装置，本发明利用液晶可以阵列式控制不同像素点的透光性的特点，从而达到光学扫描的目的，并通过扫描式测量不同像素点的光线飞行时间，再根据光的飞行速度，计算飞行距离，从而获取扫描范围内的环境或则物体的三维信息；本发明没有用到任何机械部件，所以不存在机械式扫描存在的可靠性问题，同时又因液晶是现有成熟的技术，有利于其生产制造和降低成本。
38.在本实施例中，液晶光学单元2包括沿着反射光路依次平行设置的光学凹透镜21、lcd投影液晶片22及光学凸透镜23，lcd投影液晶片22包括多个阵列分布的具有选择透光性的像素点，可以通过阵列式控制不同的像素点透过光线。照射被测物体5反射回来的光线依次经过光学凹透镜21、投影液晶片对应的像素点及光学凸透镜23后，照射到光源接收单元3上，从而产生第二电信号。
39.在本实施例中，控制处理单元4包括计时单元，计时单元分别与光源发射单元1和光源接收单元3连接，用于接收第一电信号和第二电信号，并对接收第一电信号和第二电信号的间隔时间进行计时，得到光线的飞行时间。具体的，当控制处理单元4接收光源发射单元1产生的第一电信号后开始计时；当控制处理单元4接收光源接收单元3产生的第二电信号后，控制处理单元4停止计时，从而得到光线的飞行时间。
40.测距单元，测距单元与计时单元连接，用于根据飞行时间和光的飞行速度计算光源接收单元3与被测物体5之间的距离。因在本实施例中，扫描被测物体5时，光源发射单元1和光源接收单元3均与被测物体5之间的距离一致，且光源发射单元1和光源接收单元3位于被测物体5同一侧。因此，测距单元通过光线的飞行速度乘以飞行时间再除以二，即可计算得到光源接收单元3与被测物体5之间的距离。
41.在一个实施例中，光源发射单元1可包括光源发射器和驱动电路，驱动电路用于驱动光源发射器发出一束光线照射被测物体5。光源发射器可为激光发射器或者其他类型的光发射器。
42.光源接收单元3可为光敏接收管。光源发射器和光敏接收管输出的第一电信号和第二电信号通常较为微弱，因此控制处理单元4还包括放大电路，计时单元通过放大电路分别与光源发射器和光敏接收管连接，放大电路用于放大第一电信号和第二电信号，以便于计时单元对第一电信号和第二电信号进行处理。优选的，计时单元为tdc时间数字转换器，将接收第一电信号和第二电信号的间隔时间转换为时间数据。
43.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
44.上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。