激光雷达扫描方法、控制设备及激光雷达与流程

1.本发明涉及激光雷达技术领域，特别是涉及激光雷达扫描方法、控制设备及激光雷达。


背景技术：

2.激光雷达经常被应用于汽车的自动驾驶系统、建筑物测绘等需要获取物体准确位置或者速度的场景。
3.现有的激光雷达通过机械旋转实现激光扫描获取被测物体或周围环境的深度图像，但在对现有技术的研究和实践中，本发明的发明人发现，有些目标环境是稳定的，有些目标环境是实时变化的，对于目标环境是稳定的，如果激光雷达的扫描频率和采样率过高，则设备计算压力过大，能耗过大。对于目标区域环境的变化较快，如环境异常或者有高速移动的物体的情况，如果激光雷达的扫描频率和采样率过低则无法获取有效的扫描数据进行精确建图。


技术实现要素：

4.基于上述现有技术中存在的问题和缺点，本发明提供一种激光雷达扫描方法、控制设备及激光雷达，能够根据目标区域环境的变化情况自适应调整扫描频率和采样率，使激光雷达能够在各种复杂环境中保持较高的扫描精度。
5.本技术一个实施例提供一种激光雷达扫描方法，包括：
6.一种激光雷达扫描方法，包括：
7.以预设的初始扫描精度对激光雷达的所处环境进行转动扫描，获得扫描数据；
8.对预设扫描周期内的所述扫描数据进行预处理，以确定各个扫描角度对应的环境的变化程度；
9.根据所述环境的变化程度，实时调整与所述环境对应的扫描角度上的扫描精度。
10.可选地，所述对预设扫描周期内的所述扫描数据进行预处理，以确定各个扫描角度对应的环境的变化程度，包括：
11.在预设周期内，根据所述扫描数据对每个扫描角度上的多个采样点进行距离值的方差计算，进而计算每个扫描角度上的多个采样点对应的平均方差；
12.按照预设的平均方差与变化程度的正相关关系，确定各个扫描角度对应的环境的变化程度。
13.可选地，在所述预设周期内，每个所述采样点对应有至少两个距离值。
14.可选地，所述扫描周期为扫描时间周期或扫描转动周期。
15.可选地，所述根据所述环境的变化程度，实时调整与所述环境对应的扫描角度上的扫描精度，还包括：
16.在所述环境的变化程度小于或等于第一预设阈值时，将所述环境对应的扫描角度上的扫描精度调整为初始扫描精度；
17.在所述环境的变化程度大于第一预设阈值时，提高所述环境对应的扫描角度上的扫描精度。
18.可选地，所述提高所述环境对应的扫描角度上的扫描精度，包括：
19.降低所述环境对应的扫描角度上的扫描频率并保持采样率不变；或
20.保持所述环境对应的扫描角度上的扫描频率不变并提高采样率；或
21.降低所述环境对应的扫描角度上的扫描频率并提高采样率。
22.可选地，所述在所述环境的变化程度大于第一预设阈值时，则提高所述环境对应的扫描角度上的扫描精度，包括：
23.在所述环境的变化程度大于第一预设阈值且小于或等于第二预设阈值时，保持所述环境对应的扫描角度上的扫描频率不变并提高采样率；
24.在所述环境的变化程度大于第二预设阈值时，降低所述环境对应的扫描角度上的扫描频率并提高采样率。
25.基于同一发明构思，本技术一个实施例还提供一种激光雷达扫描设备，包括控制单元，以及与所述控制单元电连接的处理单元和扫描单元；
26.所述扫描单元，用于以预设的初始扫描精度对激光雷达的所处环境进行转动扫描，获得扫描数据；
27.所述处理单元，用于对预设扫描周期内的所述扫描数据进行预处理，以确定各个扫描角度对应的环境的变化程度；
28.所述控制单元，用于根据所述环境的变化程度，实时调整与所述环境对应的扫描角度上的扫描精度。
29.基于同一发明构思，本技术一个实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质用于存储程序数据，所述程序数据在被处理器执行时，用于实现如上所述的激光雷达扫描方法
30.基于同一发明构思，本技术一个实施例还提供一种激光雷达，包括如上所述的计算机存储介质。
31.上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
32.本技术各实施例通过对扫描数据进行预处理，以确定目标区域环境的变化信息，进而根据变化信息指示的目标区域环境的变化情况，来自适应调整扫描频率和采样率，使激光雷达能够在各种复杂环境中保持较高的扫描精度。
附图说明
33.本技术将结合附图对实施方式进行说明。本技术的附图仅用于描述实施例，以展示为目的。在不偏离本技术原理的条件下，本领域技术人员能够轻松地通过以下描述根据所述步骤做出其他实施例。
34.图1为本技术一个实施例中激光雷达扫描方法的流程示意图；
35.图2为本技术一个实施例中激光雷达扫描控制装置的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部结构。基于本技术中的实施例，本领域普通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例，都属于本技术保护的范围。
37.本技术中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，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。
38.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
39.以下对本文中涉及的部分技术用语进行说明，以便于本领域技术人员理解。
40.激光雷达lidar：light detection and ranging，激光探测与测距。lidar通过向目标物发射激光束并接收反射激光束，通过tof飞行时间法等手段实现目标物距离，方位，速度，姿态等参数的测量，从而对障碍物、移动物体等目标进行探测、跟踪和识别。
41.根据lidar的成像扫描方式进行分类：
42.机械旋转式(混合固态)：水平方向采用机械360
°
旋转扫描技术，俯仰/垂直方向采用电子扫描技术。主要优点：单点测量精度高，抗干扰能力强，可承受高激光功率；缺点是装调工作量大、结构复杂。
43.mems(micro-electro mechanical system，微型电子机械系统)型：利用mems微振镜，把所有的机械部件集成到单个芯片，采用半导体生成工艺。优点：集成度高、体积小、耗能低；芯片级工艺，适合量产。缺点：高精度高频振动控制难度大，制造精度要求高，且无法实现360
°
扫描，需组合使用。
44.全固态激光雷达(solid-state lidar)：与相控阵雷达一样，通过调节发射阵列中每个发射单元的相位差来改变激光的出射角度。优点：扫描速度快(mhz)、扫描精度高(μrad\muradμrad量级)、可控性好。
45.在一个实施例中，本技术提供一种激光雷达扫描方法，以采用机械旋转式为例，激光雷达在水平方向采用机械360
°
旋转扫描技术，俯仰/垂直方向采用电子扫描技术。
46.如图1所示，所述激光雷达扫描方法，包括步骤s100-步骤s300。
47.步骤s100：以预设的初始扫描精度对激光雷达的所处环境进行转动扫描，获得扫描数据；
48.可以理解的是，在启动扫描的时刻，控制激光雷达以初始扫描频率和初始采样率对目标环境进行扫描。在持续的扫描过程中，由于控制激光雷达进行自适应扫描，则激光雷达在当前时刻的扫描频率和采样率与当前时刻的目标环境变化情况有关，并不是固定扫描频率或固定采样率。
49.其中，所述目标区域环境应当理解为激光雷达执行扫描动作时的所在区域环境，所述扫描数据应当理解为对所述目标区域环境进行探测、跟踪和识别过程中，采集的与距
离、方位、速度、姿态等相关的数据。
50.示例性的，可以理解为所述扫描数据为点云数据，能够被用于计算获得所述目标环境中相应的点的坐标信息。
51.步骤s200：对预设扫描周期内的所述扫描数据进行预处理，以确定各个扫描角度对应的环境的变化程度；
52.在本技术一实施例中，所述扫描周期为扫描时间周期或扫描转动周期。
53.在一个实施例中，所述对所述扫描数据进行预处理，包括对所述扫描数据的部分或全部进行方差计算，得到能够指示所述目标区域环境是否发生变化的变化信息。
54.示例性的，所述扫描数据包含所述目标环境中相应的点的坐标信息，通过点的坐标信息可计算得点到激光雷达的距离信息。截取某一个时间区间/激光雷达旋转扫描区间的扫描数据，通过对捕获的若干个点的距离信息分别求方差。例如，在激光雷达旋转到第n圈时捕获所述目标环境中的k个点的距离信息，在激光雷达旋转到第n m圈时捕获所述目标区域中k个点的距离信息。需要说明的是，在第n圈捕获的k个点和第n m圈捕获的k个点应当相同目标物体/目标位置对应的点，或者相同方位对应的点。通过计算第n圈至第n m圈区间的扫描数据的方差来得出所述目标区域环境是否发生变化的变化信息。
55.需要说明的是，计算第n圈至第n m圈区间的扫描数据，其中m根据具体情况设定，m越大，即需要计算得数据量越大。
56.方差是在概率论和统计方差衡量随机变量或一组数据时离散程度的度量，用以表示偏离程度。根据上述计算所得的方差大小能够较为准确地判断所述目标环境的变化大小。
57.在本技术一实施例中，所述步骤s200，包括：
58.步骤s210：在预设周期内，根据所述扫描数据对每个扫描角度上的多个采样点进行距离值的方差计算，进而计算每个扫描角度上的多个采样点对应的平均方差；
59.在本技术一实施例中，在所述预设周期内，每个所述采样点对应有至少两个距离值。
60.步骤s220：按照预设的平均方差与变化程度的正相关关系，确定各个扫描角度对应的环境的变化程度。
61.步骤s300：根据所述环境的变化程度，实时调整与所述环境对应的扫描角度上的扫描精度。
62.可以理解的是，调整所述局部环境所在的方向上的扫描频率和采样率，其他方向上的环境并未发生改变则其他方向上的扫描频率和采样率将恢复为初始扫描频率和初始采样率，从而实现扫描频率和采样率的自适应调整，以满足激光雷达能够在目标区域环境的各种变化下精确扫描。
63.在本技术一实施例中，所述步骤s300，还包括：
64.步骤s310：在所述环境的变化程度小于或等于第一预设阈值时，将所述环境对应的扫描角度上的扫描精度调整为初始扫描精度；
65.应当理解的是，基于上述实施例，可以设定通过计算第n圈至第n m圈区间的扫描数据的方差为零，或者小于一个预设值时，判定所述目标区域环境未发生变化。此时将当前的扫描频率和采样率恢复为初始扫描频率和初始采样率，一方面能够降低能耗，另一方面
能够减少计算量提高计算速度。
66.在本技术一实施例中，所述步骤s310，包括：
67.步骤s311：降低所述环境对应的扫描角度上的扫描频率并保持采样率不变；或
68.步骤s312：保持所述环境对应的扫描角度上的扫描频率不变并提高采样率；或
69.步骤s313：降低所述环境对应的扫描角度上的扫描频率并提高采样率。
70.步骤s320：在所述环境的变化程度大于第一预设阈值时，提高所述环境对应的扫描角度上的扫描精度。
71.在本技术一实施例中，所述步骤s320，包括：
72.步骤s321：在所述环境的变化程度大于第一预设阈值且小于或等于第二预设阈值时，保持所述环境对应的扫描角度上的扫描频率不变并提高采样率；
73.步骤s322：在所述环境的变化程度大于第二预设阈值时，降低所述环境对应的扫描角度上的扫描频率并提高采样率。
74.在采用机械360
°
旋转扫描技术的情况下，当某个局部环境发生变化时，计算第n圈至第n m圈区间的扫描数据的方差结果能准确指示某个局部环境发生变化以及变化程度，并根据相应的点的距离信息确定某个局部环境的位置信息。
75.可以理解的是，所述第一预设阈值和所述第二预设阈值与激光雷达采用机械360
°
旋转扫描技术时根据先验物理尺寸大小进行标定的门限值相关。所述第一预设阈值和所述第二预设阈值除了能够准确界定所述目标区域环境的变化程度外，还可以避免系统在门限值附近出现抖动，影响激光雷达的扫描效果。
76.以上，本技术各实施例通过对扫描数据进行预处理，以确定目标区域环境的变化信息，进而根据变化信息指示的目标区域环境的变化情况，来自适应调整扫描频率和采样率，使激光雷达能够在各种复杂环境中保持较高的扫描精度。
77.如图2所示，基于同一发明构思，本技术一个实施例还提供一种激光雷达扫描控制设备，包括扫描模块10、预处理模块20和控制模块30。
78.扫描模块10，用于获取对目标区域环境进行扫描的扫描数据。
79.可以理解的是，在启动扫描的时刻，控制激光雷达以初始扫描频率和初始采样率对目标环境进行扫描。在持续的扫描过程中，由于控制激光雷达进行自适应扫描，则激光雷达在当前时刻的扫描频率和采样率与当前时刻的目标环境变化情况有关，并不是固定扫描频率或固定采样率。
80.其中，所述目标区域环境应当理解为激光雷达执行扫描动作时的所在区域环境，所述扫描数据应当理解为对所述目标区域环境进行探测、跟踪和识别过程中，采集的与距离、方位、速度、姿态等相关的数据。示例性的，可以理解为所述扫描数据为点云数据，能够被用于计算获得所述目标环境中相应的点的坐标信息。
81.预处理模块20，用于对所述扫描数据进行预处理，以确定所述目标区域环境的变化信息。
82.在一个实施例中，所述预处理模块20，用于对所述扫描数据的部分或全部进行方差计算，得到能够指示所述目标区域环境是否发生变化的变化信息。
83.示例性的，所述扫描数据包含所述目标环境中相应的点的坐标信息，通过点的坐标信息可计算得点到激光雷达的距离信息。截取某一个时间区间/激光雷达旋转扫描区间
的扫描数据，通过对捕获的若干个点的距离信息分别求方差。例如，在激光雷达旋转到第n圈时捕获所述目标环境中的k个点的距离信息，在激光雷达旋转到第n m圈时捕获所述目标区域中k个点的距离信息。需要说明的是，在第n圈捕获的k个点和第n m圈捕获的k个点应当相同目标物体/目标位置对应的点，或者相同方位对应的点。通过计算第n圈至第n m圈区间的扫描数据的方差来得出所述目标区域环境是否发生变化的变化信息。
84.需要说明的是，计算第n圈至第n m圈区间的扫描数据，其中m根据具体情况设定，m越大，即需要计算得数据量越大。
85.方差是在概率论和统计方差衡量随机变量或一组数据时离散程度的度量，用以表示偏离程度。根据上述计算所得的方差大小能够较为准确地判断所述目标环境的变化大小。
86.控制模块30，用于根据所述变化信息调整当前的扫描频率和采样率，及以调整后的扫描频率和采样率。
87.示例性的，所述控制模块30，用于在根据所述变化信息确定所述目标区域环境未发生变化时，将当前的扫描频率和采样率恢复为初始扫描频率和初始采样率。
88.应当理解的是，基于上述实施例，可以设定通过计算第n圈至第n m圈区间的扫描数据的方差为零，或者小于一个预设值时，判定所述目标区域环境未发生变化。此时将当前的扫描频率和采样率恢复为初始扫描频率和初始采样率，一方面能够降低能耗，另一方面能够减少计算量提高计算速度。
89.示例性的，所述控制模块30，还用于在根据所述变化信息确定所述目标区域环境发生变化时，确定所述目标区域环境中发生改变的至少一个局部环境的位置信息及对应的改变程度；以及根据所述局部环境的位置信息及对应的改变程度，调整所述局部环境所在的方向上的扫描频率和采样率。
90.在采用机械360
°
旋转扫描技术的情况下，当某个局部环境发生变化时，计算第n圈至第n m圈区间的扫描数据的方差结果能准确指示某个局部环境发生变化以及变化程度，并根据相应的点的距离信息确定某个局部环境的位置信息。
91.可以理解的是，调整所述局部环境所在的方向上的扫描频率和采样率，其他方向上的环境并未发生改变则其他方向上的扫描频率和采样率将恢复为初始扫描频率和初始采样率，从而实现扫描频率和采样率的自适应调整，以满足激光雷达能够在目标区域环境的各种变化下精确扫描。
92.示例性的，所述控制模块30判断若所述局部环境的改变程度小于或等于第一预设阈值，则将当前的扫描频率和采样率恢复为初始扫描频率和初始采样率。
93.所述控制模块30判断若所述局部环境的改变程度小于或等于第二预设阈值且大于所述第一预设阈值，则保持当前的扫描频率不变并提高当前的采样率。
94.所述控制模块30判断若所述局部环境的改变程度大于第二预设阈值，则降低当前的扫描频率并提高采样率。
95.可以理解的是，所述第一预设阈值和所述第二预设阈值与激光雷达采用机械360
°
旋转扫描技术时根据先验物理尺寸大小进行标定的门限值相关。所述第一预设阈值和所述第二预设阈值除了能够准确界定所述目标区域环境的变化程度外，还可以避免系统在门限值附近出现抖动，影响激光雷达的扫描效果。
96.以上，本技术各实施例通过对扫描数据进行预处理，以确定目标区域环境的变化信息，进而根据变化信息指示的目标区域环境的变化情况，来自适应调整扫描频率和采样率，使激光雷达能够在各种复杂环境中保持较高的扫描精度。
97.基于同一发明构思，本技术一个实施例还提供一种激光雷达，应用上述的激光雷达扫描方法进行扫描。
98.以上仅为本技术的较佳实施方式，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。