一种改进闪光型激光雷达性能的方法与流程

所属本发明涉及光电技术应用领域，特别涉及一种改进闪光型激光雷达性能的方法。

背景技术：

1、激光雷达(英文：light detection and ranging，简称为lidar)，是以发射激光束探测目标位置的雷达系统。闪光型激光雷达(flash lidar)，原理类似于摄像头成像，激光照亮整个成像区域，然后由阵列式光感应面阵接收发射光信号，采用光的飞行时间(tof，time-of-flight)来测距，测距原理是利用光脉冲发射之后，经过目标反射，到接收端的飞行时间来完成对于距离的测量。

2、闪光型激光雷达的一个潜在应用领域是汽车的自动驾驶，在这种应用场景下，汽车前进方向的主激光雷达往往需要具备200米以上的探测距离和120度以上的视场角，对于这些要求，当前闪光型激光雷达存在探测距离远和宽视场角不可兼得的问题。视场角宽，照亮整个成像区域会导致激光能量比较分散，而所发射激光的能量是有限制的，在宽视场角下要提高探测距离是非常困难的。视场角窄，探测距离远这个需求得到满足，但是视场角窄会导致很多盲区，满足不了宽视场角的要求。

3、闪光型激光雷达是一种全固体的激光雷达，没有运动部件，具备很好的性价比，如果能够较好地解决上述探测距离远和宽视场角不可兼得的问题，将会带来大的应用价值。

技术实现思路

1、本发明展示了一种技术方案，使得闪光型激光雷达既有探测距离远的特点，同时也具备宽视场角，能更好适应汽车自动驾驶应用场景的要求。

2、本发明从电筒的设计中获取了启发，为了照射得更远，电筒发出的光，中心是聚焦的光心，面积极小，视场角很小，亮度很高，可以照射很远的距离，周围是亮度低的旁瓣光，只可照亮近距离的范围，但面积很大，视场角很大。驾驶汽车时，驾驶员的视场角与此近似，中心聚焦区域，面积极小，但需要看到很远的距离，旁瓣区域的面积很大，需要看到周边近距离范围内的障碍物。

3、现有闪光型激光雷达，在一定视场角范围内均匀发射激光，激光能量在视场角范围内均匀分布，要提高探测距离，就要提高激光能量，但激光能量不能无限的提高，激光器的体积、效率、成本和功率是有限的，另外激光能量超出一定范围会有潜在的危害，所以激光的最大能量需要遵循一定的安全标准，激光产品的安全标准将激光产品按照输出能量、工作波长、脉宽等参数分成若干个安全级别，划分的依据是与损伤阈值直接相关的辐射极限。我国现在执行的是强制性安全标准gb7247.1，根据这一标准,我国激光产品分为4级。自动驾驶中所用的激光雷达，其激光需要符合1级激光产品，在正常操作下,不会产生对人有伤害的光辐射。

4、激光能量是有限的，在这个约束条件下，本发明借鉴了电筒的设计，中心是聚焦的光心，简称为光心，光的亮度极大，可以照射到很远的距离，在自动驾驶应用中，光心就是车的正前方，通常需要照亮车前方200米以上的距离，视场角极小，通常小于20度角。车前方近距离的范围，称为旁瓣光，旁瓣光的数量可以是1个以上，通常距离在100米以下，视场角为120度以上。

5、闪光型激光雷达中的激光源，通常是vcsel(vertical cavity surface emittinglaser，垂直腔表面发射激光器)或者eel(edge emitting laser，边缘发射激光器)。本发明的核心精神就是使得激光源的发射光能量分布变为能量密度很高的聚焦光心和能量密度低的旁瓣光。

6、这就是本发明的主要核心内容，下面结合附图和实施例对本发明的细节做进一步说明。

技术特征：

1.一种改进闪光型激光雷达性能的方法，包括光源单元和光源散射单元，其特征在于，光源散射单元将光源单元的发射光能量分布变为能量密度很高的聚焦光心和能量密度低的旁瓣光。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用特征“光源散射单元将光源单元的发射光能量分布变为高能量密度和低能量密度之间的梯度曲线”代替特征“光源散射单元将光源单元的发射光能量分布变为能量密度很高的聚焦光心和能量密度低的旁瓣光”。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用特征“对光源进行了分区或者梯度分布，但是光接收处理单元同时处理这些光源分区或者光源的梯度分布，无须在光接收处理单元中添加切换机构”代替特征“光源散射单元将光源单元的发射光能量分布变为能量密度很高的聚焦光心和能量密度低的旁瓣光”。

4.根据权利要求1所述的方法，所述的光源散射单元，其主要元件是以下所列的任意一种或者任意部分之间组合：

5.根据权利要求1所述的方法，所述的光源散射单元将光源单元的发射光能量分布变为能量密度很高的聚焦光心和能量密度低的旁瓣光，所述的聚焦光心，光强能量密度的差别也很大，最高能量密度和最低能量密度之间存在一个梯度曲线。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用特征“在聚焦光心区域，以发光单元做空间定位”代替特征“光源散射单元将光源单元的发射光能量分布变为能量密度很高的聚焦光心和能量密度低的旁瓣光”。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于用特征“混合扫描方式，即在聚焦光心区域，就以发光单元做单独的扫描成像，其他区域以接收单元做闪光(flash)成像”代替特征“光源散射单元将光源单元的发射光能量分布变为能量密度很高的聚焦光心和能量密度低的旁瓣光”。

8.据权利要求1所述的方法，其特征在于用特征“全扫描方式下，从能量密度很高的聚焦光心区域到能量密度低的旁瓣光区域，发光单元的发光孔按照一定的梯度缩小”代替特征“光源散射单元将光源单元的发射光能量分布变为能量密度很高的聚焦光心和能量密度低的旁瓣光”。

9.一种激光雷达，其特征在于，应用了权利要求1所述的方法。

10.一种汽车，其特征在于，应用了权利要求1所述的方法。

技术总结
一种改进闪光型激光雷达性能的方法，现有闪光型激光雷达，在一定视场角范围内均匀发射激光，激光能量在视场角范围内均匀分布，存在探测距离远和宽视场角不可兼得的问题，本发明从电筒的设计中获取了启发，为了照射得更远，电筒发出的光，中心是聚焦的光心，面积极小，视场角很小，亮度很高，可以照射很远的距离，周围是亮度低的旁瓣光，只可照亮近距离的范围，但面积很大，视场角很大，本发明使激光源的发射光能量分布变为能量密度很高的聚焦光心和能量密度低的旁瓣光，同时实现了探测距离远和宽视场角2个目标。

技术研发人员：冼剑光
受保护的技术使用者：吉通科技（广州）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29