[实用新型]一种基于激光雷达和全景视觉的环境感知系统

说明书

本实用新型涉及一种基于激光雷达和全景视觉的环境感知系统，包括激光探测器和全景摄像装置，所述激光探测器与所述全景摄像装置之间通信连接，所述激光探测器包括激光测距装置，所述激光测距装置包括由多个半导体激光器形成的半导体激光器阵列和由多个APD光电二极管形成的APD光电二极管阵列，所述全景摄像装置包括沿周向排列的多个摄像头。本实用新型采用半导体激光器阵列和APD光电二极管阵列，提高点云数据的精确度，结合全景摄像装置所见即所得和360°周视成像的特点，从而实现对远距离快速移动目标的结构和空间位置的精确测量；同时可以减小因环境突变对系统性能的影响，提升系统的可靠性和容错能力。

技术领域

本实用新型涉及光学测量技术领域，更具体地说，涉及一种基于激光雷达和全景视觉的环境感知系统。

背景技术

在对外部环境进行感知的过程中，对目标三维信息的近距离重建和测量是其中的关键技术，通常采用无线电测量系统，该装备具有技术成熟、成本较低的优点。然而，周围的有源及无源干扰设备、通信用无线电信号均会造成无线电测量系统对假目标的测量，因此测量精度和稳定性受到很大影响。

单目视觉系统是最常见也是应用最广的光学传感器，国外研究者基于“即时定位和绘图(SLAM)”方法和“贝叶斯估计”方法，利用单目摄像机配合陀螺仪、GPS等多种定位测量系统，实现检查和维修损坏卫星或水下科学仪器以及卫星定位和自主交会对接，但单目视觉系统无法直接获取目标的深度信息，在系统独立应用方面受到限制。双目视觉测量系统模拟人眼成像原理，利用双目相机系统建立目标三维模型，确定目标的相对位置，通过几何结构探索的方法确定目标的姿态，在近距离跟踪过程中，通过三维数据迭代最近点算法(ICP：Interative Closest Point)进行目标姿态参数的更新，通过三角测量法可得到目标相对位置信息。但是，由于双目视觉测量精度严重依赖两相机的相对位置和夹角，且该系统通常采用一对广角鱼眼镜头，成像视场除中心区域外均会发生畸变，虽然可以通过算法进行视场校正，但测量精度仍无法满足测量要求。

相比于以上三种测量方法，激光雷达通过发射扫描激光束，获取空间目标的三维点云数据，通过数据重构获得目标位置、速度和姿态等信息，激光束具有更短的波长，且方向性极佳，能大大提高测量精度(可达厘米级)，该技术已广泛应用于自主导航、地图测绘、卫星定位等技术领域。然而，传统的基于扫描式激光雷达，虽然能够通过获取目标表面密集的三维点云信息实现三维重构，但其测量精度与距离平方成反比，仅适用于近距离运动平缓的目标测量，在复杂环境、多目标情况下无法获得足够用于描述目标的点云数据，无法做到高像素、高精度的三维目标测量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于激光雷达和全景视觉的环境感知系统，解决了现有技术中的激光雷达在复杂环境、多目标情况下无法获得足够用于描述目标的点云数据导致无法做到高像素、高精度的三维目标测量的问题。

本实用新型解决技术问题所采用的技术方案是：一种基于激光雷达和全景视觉的环境感知系统，包括激光探测器和全景摄像装置，所述激光探测器与所述全景摄像装置之间通信连接，所述激光探测器包括激光测距装置，所述激光测距装置包括由多个半导体激光器形成的半导体激光器阵列和由多个APD光电二极管形成的APD光电二极管阵列，所述全景摄像装置包括沿周向排列的多个摄像头。

在本实用新型的基于激光雷达和全景视觉的环境感知系统中，所述激光测距装置还包括由多个MEMS微振镜形成的MEMS微振镜阵列，每一所述半导体激光器和每一所述APD光电二极管相对应地安装在的每一所述MEMS微振镜上且构成一个独立的激光测距单元，多个激光测距单元构成激光测距阵列。

在本实用新型的基于激光雷达和全景视觉的环境感知系统中，所述激光测距装置还包括用于将发散高斯光束整形成为准直平顶光束的光束整形器，所述光束整形器设置在所述激光测距阵列发射激光的一侧。