專利名稱：一種激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
激光雷達(dá)是光、機(jī)、電一體化設(shè)備，屬于較為高端的儀器設(shè)備?，F(xiàn)在該類產(chǎn)品的應(yīng)用主要集中在科研院校和各種比賽中出現(xiàn)的應(yīng)用算法開發(fā)，比如只能導(dǎo)航、移動(dòng)跟蹤、機(jī)器人視覺等。目前國際上的技術(shù)程度決定了它的高價(jià)位，這在很大程度上限制了民用激光雷達(dá)的普及和應(yīng)用。實(shí)際上，激光雷達(dá)在民用防入侵方面有很大的優(yōu)勢。傳統(tǒng)的民用防入侵手段主要是通過視頻監(jiān)控實(shí)現(xiàn)的，這種方式需要耗費(fèi)大量的人力，而其他防入侵方式比如震動(dòng)報(bào)警也存在難以避免的虛警和誤警情況。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其誤警率和漏警率都很低。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光發(fā)射模塊，用于發(fā)射脈沖激光，并將反映脈沖激光發(fā)射時(shí)間的信號發(fā)送至信號處理及控制模塊；激光接收模塊，用于接收從被檢測區(qū)域反射回的脈沖激光，并將反映接收脈沖激光的時(shí)間的信號發(fā)送至信號處理及控制模塊；旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，用于通過旋轉(zhuǎn)利用激光發(fā)射模塊發(fā)射的脈沖激光掃描被監(jiān)測區(qū)域中各個(gè)位置，并將從被監(jiān)測區(qū)域各個(gè)位置反射回的脈沖激光依次收集到所述激光接收模塊中；信號處理及控制模塊，用于根據(jù)接收到的反映脈沖激光發(fā)射時(shí)間的信號和反映接收脈沖激光的時(shí)間的信號，得到脈沖激光的發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間之間的時(shí)間差，由所述時(shí)間差得到被監(jiān)測區(qū)域的目標(biāo)信息的距離信息，并同時(shí)與旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)中的馬達(dá)上傳的霍爾傳感器的角度信息匹配，得到檢測目標(biāo)的距離角度信息組；將該組信息按照固定周期組合為幀數(shù)據(jù)，傳遞給信號處理及控制模塊中的報(bào)警處理模塊；所述報(bào)警處理模塊中采用地圖建立和人員檢測方法檢測告警點(diǎn)，由所述信號處理及控制模塊中的報(bào)警處理模塊輸出告警點(diǎn)的坐標(biāo)位置和/或數(shù)量判定是否告警。優(yōu)選地，所述激光發(fā)射模塊包括激光二極管(LD)、用于驅(qū)動(dòng)激光二極管的激光脈沖二極管(PLD)驅(qū)動(dòng)電路、以及與PLD驅(qū)動(dòng)電路相連的窄脈沖發(fā)生器和方波發(fā)生器。優(yōu)選地，所述激光接收模塊包括用于接收從被檢測區(qū)域反射回的脈沖激光的雪崩接收管(APD)、接收APD發(fā)送的信號進(jìn)行放大的前置放大器、與前置放大器相連的電壓放大器、整形調(diào)理電路、以及為APD供電的DC/DC逆變器。優(yōu)選地，所述信號監(jiān)測和控制模塊包括ARM控制器和時(shí)間檢測模塊和接口模塊；
其中，所述ARM控制器用于在接收到ARM控制器的觸發(fā)信號后根據(jù)接收到的調(diào)理整形后的反映脈沖激光發(fā)射時(shí)間的信號和反映接收脈沖激光的時(shí)間的信號，得到脈沖激光的發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間之間的時(shí)間差，并在檢測完成后，向ARM控制器發(fā)送檢測到的時(shí)間差；所述ARM控制器用于向時(shí)間檢測模塊發(fā)送觸發(fā)信號，并接收所述時(shí)間檢測模塊發(fā)送的檢測到的時(shí)間差，并由所述時(shí)間差得到被監(jiān)測區(qū)域的目標(biāo)的距離信息，并同時(shí)與旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)中的馬達(dá)上傳的霍爾傳感器的角度信息匹配，得到檢測目標(biāo)的距離角度信息組； 將該組信息按照固定周期組合為幀數(shù)據(jù)，傳遞給報(bào)警處理算法模塊。所述報(bào)警處理模塊是激光雷達(dá)上層應(yīng)用實(shí)現(xiàn)的主體，是關(guān)鍵技術(shù)核心算法的所在。報(bào)警處理模塊中算法中采用的信號處理方法主要分為地圖建立和人員檢測。由算法模塊輸出告警點(diǎn)的坐標(biāo)位置和/ 或數(shù)量判定是否告警。優(yōu)選地，所述ARM控制器包括用于將被檢測區(qū)域的目標(biāo)信息進(jìn)行報(bào)警處理模塊處理后得到告警點(diǎn)的信號檢測子模塊；其中，所述信號檢測子模塊包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對被檢測區(qū)域的目標(biāo)信息進(jìn)行濾波，以達(dá)到干擾點(diǎn)濾除；背景濾除單元，用于將經(jīng)過干擾點(diǎn)濾除的目標(biāo)信息與預(yù)先建立的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行多重差分得到差分后的目標(biāo)信息；分割單元，用于初步分割屬于不同物體的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將可能為同一目標(biāo)的點(diǎn)聚類為
一組；特征提取單元，用于根據(jù)分割單元分割后每個(gè)物體的不同數(shù)據(jù)點(diǎn)信息，提取每個(gè)物體的形狀和/或運(yùn)動(dòng)特征信息；數(shù)據(jù)融合單元，用于綜合所述特征提取單元提取出的特征信息，將特征信息滿足預(yù)定規(guī)則的被分割的相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)所屬于的不同物體重新劃分為同一物體，實(shí)現(xiàn)跟蹤功能。優(yōu)選地，所述特征提取單元提取的物體的形狀信息包括物體的質(zhì)心、物體的外形、輪廓的線性度、曲率或橢圓率；所述物體的運(yùn)動(dòng)特征信息包括物體當(dāng)前位置的笛卡爾坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)速度、方向、角速度或加速度。優(yōu)選地，所述分割單元在分割屬于不同物體的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)障礙物距離激光接收模塊的距離選擇可變的判定閾值。優(yōu)選地，所述ARM控制器還包括地圖重建模塊；所述地圖重建模塊用于在發(fā)生重建地圖觸發(fā)事件時(shí)，將所述信號檢測子模塊中的數(shù)據(jù)預(yù)處理單元得到的經(jīng)過干擾點(diǎn)濾除的目標(biāo)信息做背景環(huán)境擬合運(yùn)算，得到重建后的地圖數(shù)據(jù)。優(yōu)選地，所述地圖觸發(fā)條件為定時(shí)器的時(shí)間到達(dá)閾值或者告警點(diǎn)檢測異常標(biāo)識位
顯不異常。優(yōu)選地，還包括光電開關(guān)，所述光電開關(guān)在所述旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)周脈沖；另外在旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)的馬達(dá)中安裝霍爾傳感器，用于檢測旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度。通過本發(fā)明實(shí)施例提供的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，對入侵者檢測的漏警率和虛警率都很低。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明提供的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖；圖2是圖1中的激光發(fā)射模塊的一種具體結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是圖1中的激光接收模塊的一種具體結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是激光發(fā)射模塊所在的電路板的一種布局的示意圖；圖5是激光接收模塊所在的電路板的一種布局的示意圖；圖6是圖1中的ARM控制器的一種具體結(jié)構(gòu)的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。圖1是本發(fā)明提供的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施例的示意圖，如圖1所示，本實(shí)施例中的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)包括激光發(fā)射模塊1、激光接收模塊2、信號處理及控制模塊3、 旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)4。其中，激光發(fā)射模塊1用于發(fā)射脈沖激光，并將反映脈沖激光發(fā)射時(shí)間的信號發(fā)送至信號處理及控制模塊3。本實(shí)施例中的激光雷達(dá)通過根據(jù)脈沖激光的發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間的時(shí)延完成被監(jiān)測區(qū)域中的目標(biāo)的測距，并通過對被監(jiān)測區(qū)域的掃描獲取整個(gè)被監(jiān)測區(qū)域的目標(biāo)信息。激光接收模塊2用于接收從被監(jiān)測區(qū)域反射回的脈沖激光，并將反映接收脈沖激光的時(shí)間的信號發(fā)送至信號處理及控制模塊3。旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)4用于通過旋轉(zhuǎn)，利用激光發(fā)射模塊1發(fā)射的脈沖激光掃描被監(jiān)測區(qū)域中的各個(gè)位置，并將從被監(jiān)測區(qū)域各個(gè)位置反射回的脈沖激光依次收集到激光接收模塊2中。信號處理及控制模塊3與激光發(fā)射模塊1和激光接收模塊2相連，對激光發(fā)射模塊1和激光接收模塊2進(jìn)行控制，并從其接收信號。信號處理及控制模塊3根據(jù)從激光發(fā)射模塊1接收到的反映脈沖激光發(fā)射時(shí)間的信號、以及從激光接收模塊2接收到的反映接收脈沖激光的時(shí)間的信號，得到脈沖激光的發(fā)射時(shí)間與同一脈沖激光從被監(jiān)測區(qū)域反射并被接收的接收時(shí)間之間的時(shí)間差，由該時(shí)間差可以得到被監(jiān)測區(qū)域的目標(biāo)信息。上述過程都是信號處理及控制模塊3根據(jù)激光測距的原理，探測被監(jiān)測區(qū)域的信息。接著信號處理及控制模塊3將獲得的被監(jiān)測區(qū)域的目標(biāo)距離信息，并同時(shí)與旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)4中的馬達(dá)上傳的霍爾傳感器的角度信息匹配，得到檢測目標(biāo)的距離角度信息組。該信息在固定周期內(nèi)集合為幀數(shù)據(jù)傳遞給報(bào)警處理模塊，通過背景的濾除與人員定位與跟蹤方法確定告警。這里背景技術(shù)包含即使沒有告警情況出現(xiàn)，掃描被檢測區(qū)域也會(huì)得到的目標(biāo)信息，由于這些信息并不是告警所關(guān)心的信息，而且其也常常反映了除了入侵者之外的其他不動(dòng)目標(biāo)的信息，所以可以稱為背景信息。信號處理及控制模塊3根據(jù)報(bào)警處理模塊中進(jìn)行背景濾除、人員檢測過程后判定是否告警。這里可以根據(jù)告警點(diǎn)的數(shù)量和/或位置判定是否告警。激光雷達(dá)具有工作穩(wěn)定、檢測概率高，漏檢率低的優(yōu)點(diǎn)。圖2示出了上述激光發(fā)射模塊1的一種具體結(jié)構(gòu)，如圖2所示，該激光發(fā)射模塊1 包括激光二極管(LD) 11、激光脈沖二極管(PLD)驅(qū)動(dòng)電路12、窄脈沖發(fā)生器13和方波發(fā)生器14。激光二極管11作為光源，由PLD驅(qū)動(dòng)電路12驅(qū)動(dòng)。窄脈沖發(fā)生器13和方波發(fā)生器14均與PLD驅(qū)動(dòng)電路12相連，為PLD驅(qū)動(dòng)電路提供脈沖信號，以使PLD驅(qū)動(dòng)電路12根據(jù)該脈沖信號向激光二極管11輸出對應(yīng)的脈沖驅(qū)動(dòng)電壓。其中，窄脈沖發(fā)生器13的脈沖頻率優(yōu)選在1ΚΗζ-30ΚΗζ之間可調(diào)，正脈寬優(yōu)選在IOns-IO μ s之間可調(diào)，其輸出的脈沖信號高電平優(yōu)選為5V，低電平優(yōu)選為0V。上升沿的上升時(shí)間優(yōu)選為IOns以內(nèi)，這樣可以保證最終輸出的激光脈沖的波形比較理想，避免過多的噪聲引起的計(jì)時(shí)芯片誤計(jì)時(shí)。需要說明的是，在上述激光發(fā)射模塊1中還可以設(shè)置尖峰抑制電路，以對電路中的幅值不均現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整。圖3示出了上述激光接收模塊2的一種具體結(jié)構(gòu)。如圖3所示，該激光接收模塊 2包括雪崩接收管(APD) 21、前置放大器22、電壓放大器23、整形調(diào)理電路M和DC/DC逆變器25。其中，雪崩接收管21用于接收從被檢測區(qū)域反射回的脈沖激光，并將其轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)的電脈沖信號。前置放大器22接收雪崩接收管21輸出的電脈沖信號，并對其進(jìn)行放大。 電壓放大器23還用于對從前置放大器22輸出的信號進(jìn)行放大，整形調(diào)理電路M將對輸入其中的模擬電信號轉(zhuǎn)換成上升沿陡峭的數(shù)字信號，便于信號處理及控制模塊3對其進(jìn)行處理，提高計(jì)時(shí)的精度。DC/DC逆變器25給雪崩接收管21供電，為其提供反向擊穿電壓。需要說明的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該可以理解，上述激光接收模塊2中的雪崩接收管21還可以替換為其他類型的光電檢測器。上述激光發(fā)射模塊1可以通過START管腳信號的上升沿向信號處理及控制模塊3 告知激光發(fā)射模塊1已經(jīng)發(fā)射出一個(gè)脈沖激光，而激光接收模塊2可以通過STOP管腳信號的上升沿向信號信號處理及控制模塊3告知激光接收模塊2已經(jīng)接收到從被監(jiān)測區(qū)域反射回的一個(gè)脈沖激光；這樣，信號處理及控制模塊3可以通過接收上述START管腳信號的上升沿的時(shí)間以及接收上述STOP管腳信號的上升沿的時(shí)間，分別確定同一脈沖激光發(fā)射的時(shí)間和從被監(jiān)測區(qū)域反射回并被接收的時(shí)間。以下詳細(xì)說明信號處理及控制模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，請參見圖1。信號處理及控制模塊 3可以包括時(shí)間檢測(TDC)模塊31、ARM控制器32和接口模塊33。其中，時(shí)間檢測模塊31用于在接收到ARM控制器32的觸發(fā)信號后，根據(jù)接收到的反映脈沖激光發(fā)射時(shí)間的信號和反映接收脈沖激光的時(shí)間的信號，得到脈沖激光的發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間的時(shí)間差，并在檢測完成后，向ARM控制器32發(fā)送檢測到的時(shí)間差。ARM控制器32用于向時(shí)間檢測模塊31發(fā)送觸發(fā)信號，并接收時(shí)間檢測模塊31發(fā)送的由其檢測到的時(shí)間差，并由該時(shí)間差得到被監(jiān)測區(qū)域的目標(biāo)信息，并將其與預(yù)先建立
7的反映被檢測區(qū)域的背景信息的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行差分，得到告警點(diǎn)的信息，由告警點(diǎn)的位置和/或數(shù)量判定是否告警。上述接口模塊33用于建立信號處理和控制裝置32與上位機(jī)之間的聯(lián)系，由此可以完成同一臺(tái)上位機(jī)監(jiān)控多個(gè)激光雷達(dá)。在圖1中特別地，接口模塊33中包括USB接口、 以太網(wǎng)口、RS-232接口。為了滿足ARM控制器32和時(shí)間檢測模塊31之間高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅珹RM控制器32和時(shí)間檢測模塊31之間傳送數(shù)據(jù)的接口優(yōu)選采用SPI 口，例如在ARM控制器32和時(shí)間檢測模塊31之間建立10條信號線，其中4條為采用SPI進(jìn)行通信，用于傳輸激光雷達(dá)測距結(jié)果，而另外6條用于傳輸計(jì)時(shí)信號和控制信號。計(jì)時(shí)信號包括計(jì)時(shí)開始信號和計(jì)時(shí)停止信號。控制信號可以包括通道使能信號，該使能信號用于在不用通道時(shí)，將該通道關(guān)閉， 從而最大程度地降低空閑通道的噪聲干擾對計(jì)時(shí)的影響。在實(shí)際中，激光發(fā)射模塊1和激光接收模塊2所在的電路板的布局可以靈活設(shè)置。 例如，圖4示出了激光發(fā)射模塊1所在的電路板的布局，在圖4中，電路板上還設(shè)置了 LDO 和DC/DC電源，二者分別提供5V的電壓和大于MV的電壓。圖5示出了激光接收模塊2所在的電路板的布局，在圖5中，電路板上除了激光接收模塊2自身的組成單元外，還集成了信號處理及控制模塊中的時(shí)間檢測模塊，同理，圖5中的電路板中也設(shè)置了該板上的功能單元所需要的電源，例如提供5V電壓和3. 3V電壓的LD0、以及提供9-MV電壓的DC/DC電源。在圖4和圖5中的電路板的邊緣處還設(shè)置了圖1中所需的管腳，另外還設(shè)置了方便固定的固定孔。以下詳細(xì)說明ARM控制器32如何實(shí)現(xiàn)告警點(diǎn)的識別。圖6示出了 ARM控制器32的具體結(jié)構(gòu)。如圖6所示，該ARM控制器可以包括信號檢測子模塊601，該信號檢測子模塊601具體用于將被檢測區(qū)域的目標(biāo)信息與建立的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行差分得到告警點(diǎn)。信號檢測子模塊601可以包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元6011、背景去除單元6012、分割單元6013、特征提取單元6014和數(shù)據(jù)融合單元6015。其中，數(shù)據(jù)預(yù)處理單元6011用于對被檢測區(qū)域的目標(biāo)信息進(jìn)行濾波，以達(dá)到初步干擾點(diǎn)濾除。由于通過激光雷達(dá)在激光測距的過程中，所得的數(shù)據(jù)中會(huì)有一些孤立的點(diǎn)，他們與相鄰的點(diǎn)的距離都比較大，這些孤立的點(diǎn)屬于干擾點(diǎn)，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行后續(xù)處理之前需要將其濾除。本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)預(yù)處理單元6011優(yōu)選采用中值濾波的方法對干擾點(diǎn)進(jìn)行濾除。中值濾波方法是基于排序統(tǒng)計(jì)理論的一種能有效抑制噪聲的非線性信號處理技術(shù)，其基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中的各點(diǎn)值的中值代替， 從而可以消除孤立的噪聲點(diǎn)。背景去除單元6012用于將經(jīng)過干擾點(diǎn)濾除的目標(biāo)信息預(yù)先建立的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行差分得到差分后的目標(biāo)信息。分割單元6013用于初步分割屬于不同物體的數(shù)據(jù)點(diǎn)。分割單元6013根據(jù)判定閾值初步劃分屬于不同物體的數(shù)據(jù)點(diǎn)。本實(shí)施例中優(yōu)選地，分割單元6013根據(jù)障礙物距離激光接收模塊2的距離選擇可變的判定閾值，在設(shè)定上述判定閾值的過程中綜合考慮如下因素障礙物距離激光接收模塊2越近，則數(shù)據(jù)點(diǎn)越密；掃描角度與環(huán)境的走向的夾角越小， 則數(shù)據(jù)點(diǎn)越密。例如可以基于線性閾值法進(jìn)行分割。特征提取單元6014用于根據(jù)上述分割單元6013分割后的每個(gè)物體的不同數(shù)據(jù)點(diǎn)信息，提取每個(gè)物體的形狀和/或運(yùn)動(dòng)特征信息。這些提取的特征信息對后續(xù)進(jìn)行目標(biāo)分類和跟蹤起到至關(guān)重要的作用。上述物體的形狀信息可以為物體的質(zhì)心、外形、以及物體輪廓的線性度、曲率或橢圓率中的任意一個(gè)或者任意組合。上述物體的運(yùn)動(dòng)特征信息可以為物體當(dāng)前位置的笛卡爾坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)速度、角速度或加速度中的任意一個(gè)或任意組合。因?yàn)榇蠖鄶?shù)物體都可以由較為規(guī)則的直線段組合而成，而且民用防入侵領(lǐng)域中需要探測的主要是入侵人員，入侵人員往往表現(xiàn)為直立的線段特征，所以在特征信息提取時(shí)，線性特征提取將是主要采用的手段。線性特征提取的過程可以基于線性回歸、霍夫變換、增量算法、最大期望值算法等方法完成。數(shù)據(jù)融合單元6015用于綜合上述特征提取單元6014提取后的特征信息，將特征信息滿足預(yù)定規(guī)則的被分割的相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)所屬于的不同物體重新劃分為同一物體，同時(shí)在時(shí)間上實(shí)現(xiàn)相同物體的匹配。在經(jīng)過上述分段單元6014分段后，可能會(huì)將本該屬于同一物體的數(shù)據(jù)點(diǎn)劃分為屬于兩個(gè)不同的物體，即將一個(gè)完整的物體劃分成多個(gè)段。單獨(dú)地對每個(gè)段進(jìn)行后續(xù)的特征分析以識別目標(biāo)是沒有意義的。另外，在將物體分成多個(gè)部分進(jìn)行分析時(shí)，可能會(huì)造成屬于不同物體的不同段的特征分析結(jié)果是相同的，這就造成無法對被檢測區(qū)域的目標(biāo)類型進(jìn)行區(qū)分。另外，僅僅根據(jù)目標(biāo)的形狀特征有時(shí)還不能夠準(zhǔn)確地判斷目標(biāo)的類型，這是需要結(jié)合目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特征，所以還需要綜合考慮前后一定數(shù)量的幀掃描數(shù)據(jù)?；谏厦娴目紤]，需要數(shù)據(jù)融合單元6015將一幀數(shù)據(jù)中的多個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行空間融合，同時(shí)將多幀數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間融合。例如，人的兩條腿在同一幀數(shù)據(jù)中的特征是相類似的，但很可能被劃分為兩個(gè)物體，但是如果在一定閾值范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)了類似特征，則這兩個(gè)段內(nèi)分別是同一個(gè)人的兩條腿中的一條腿的可能性就比較大了，此時(shí)，需要將上述連續(xù)的兩個(gè)段融合到一起。同時(shí)，人腿與一根圓棒在段內(nèi)的數(shù)據(jù)特征可能是一致的，通過比較多幀中的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性將可以有效的得到人腿與圓木的區(qū)別，以便于多幀中相同目標(biāo)的匹配，實(shí)現(xiàn)后續(xù)跟蹤等功能。地圖數(shù)據(jù)在使用一段時(shí)間后，可能會(huì)由于被檢測區(qū)域的實(shí)際背景發(fā)生變化，造成利用原有的地圖數(shù)據(jù)去識別目標(biāo)的結(jié)果將發(fā)生錯(cuò)誤。為了克服上述問題，優(yōu)選地，在ARM控制器32中還設(shè)置一個(gè)地圖重建模塊602。該地圖重建模塊602用于在發(fā)生重建地圖觸發(fā)事件時(shí)，將信號檢測子模塊601中的數(shù)據(jù)預(yù)處理單元6011得到的經(jīng)過干擾點(diǎn)濾除的目標(biāo)信息做背景環(huán)境擬合運(yùn)算，得到重建后的地圖數(shù)據(jù)。上述重建地圖數(shù)據(jù)觸發(fā)事件從多種角度去考慮設(shè)置，至少可以從檢測結(jié)果和背景發(fā)生變化的經(jīng)驗(yàn)時(shí)間上去考慮。例如，從檢測結(jié)果的角度看，當(dāng)系統(tǒng)在外力下位置發(fā)生變動(dòng)或被檢測區(qū)域的背景發(fā)生變化后，繼續(xù)利用原有的地圖數(shù)據(jù)對經(jīng)過目標(biāo)信息進(jìn)行差分，所得的結(jié)果中將出現(xiàn)數(shù)量、持續(xù)時(shí)間嚴(yán)重異常的告警點(diǎn)，另外這些告警點(diǎn)的在一幀數(shù)據(jù)中的位置分布也將比正常出現(xiàn)入侵者時(shí)的分布更分散且靠近背景點(diǎn)，所以系統(tǒng)可以維護(hù)一個(gè)檢測異常標(biāo)識位，當(dāng)系統(tǒng)檢測后的告警點(diǎn)的數(shù)量和/或位置分布超出正常告警點(diǎn)的范圍，則將該檢測異常標(biāo)識位修改為“異常”，此時(shí)地圖重建模塊602將啟動(dòng)地圖數(shù)據(jù)重建的功能， 當(dāng)重建完成后，再將上述標(biāo)志位修改為“正?！?。從背景發(fā)生變化的經(jīng)驗(yàn)時(shí)間去考慮，使用者可以通過統(tǒng)計(jì)激光雷達(dá)所監(jiān)測區(qū)域的背景變化的經(jīng)驗(yàn)時(shí)間，設(shè)定一個(gè)定時(shí)器，并由地圖重建模塊602檢測該定時(shí)器的時(shí)間是否到達(dá)上述的經(jīng)驗(yàn)時(shí)間，如果到達(dá)，則啟動(dòng)地圖數(shù)據(jù)重
9建的功能，當(dāng)重建完成后，再將上述定時(shí)器重置，以重新計(jì)時(shí)。在進(jìn)行上述數(shù)據(jù)融合的過程中，數(shù)據(jù)點(diǎn)所對應(yīng)的實(shí)際目標(biāo)的角度信息是很重要的，為了提高該角度信息的精確性，優(yōu)選地，在上述激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)中還設(shè)置一個(gè)光電開關(guān)5，該光電開關(guān)5在旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)4旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)周脈沖。另外，在旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu) 4中的馬達(dá)中安裝霍爾傳感器，用于輸出旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度，這樣可以對雷達(dá)的角度信息以修正。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光發(fā)射模塊，用于發(fā)射脈沖激光，并將反映脈沖激光發(fā)射時(shí)間的信號發(fā)送至信號處理及控制模塊；激光接收模塊，用于接收從被檢測區(qū)域反射回的脈沖激光，并將反映接收脈沖激光的時(shí)間的信號發(fā)送至信號處理及控制模塊；旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)，用于通過旋轉(zhuǎn)利用激光發(fā)射模塊發(fā)射的脈沖激光掃描被監(jiān)測區(qū)域中的各個(gè)位置，并將從被監(jiān)測區(qū)域各個(gè)位置反射回的脈沖激光依次收集到所述激光接收模塊中；信號處理及控制模塊，用于根據(jù)接收到的反映脈沖激光發(fā)射時(shí)間的信號和反映接收脈沖激光的時(shí)間的信號，得到脈沖激光的發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間之間的時(shí)間差，由所述時(shí)間差得到被監(jiān)測區(qū)域的目標(biāo)信息的距離信息，并同時(shí)與旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)中的馬達(dá)上傳的霍爾傳感器的角度信息匹配，得到檢測目標(biāo)的距離角度信息組；將該組信息按照固定周期組合為幀數(shù)據(jù)，傳遞給信號處理及控制模塊中的報(bào)警處理模塊；所述報(bào)警處理模塊中采用地圖建立和人員檢測方法檢測告警點(diǎn)，由所述信號處理及控制模塊中的報(bào)警處理模塊輸出告警點(diǎn)的坐標(biāo)位置和/或數(shù)量判定是否告警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光發(fā)射模塊包括激光二極管(LD)、用于驅(qū)動(dòng)激光二極管的激光脈沖二極管(PLD)驅(qū)動(dòng)電路、以及與PLD驅(qū)動(dòng)電路相連的窄脈沖發(fā)生器和方波發(fā)生器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述激光接收模塊包括用于接收從被檢測區(qū)域反射回的脈沖激光的雪崩接收管(APD)、接收APD發(fā)送的信號進(jìn)行放大的前置放大器、與前置放大器相連的電壓放大器、整形調(diào)理電路、以及為APD供電的DC/ DC逆變器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述信號監(jiān)測和控制模塊包括:ARM控制器和時(shí)間檢測模塊和接口模塊；其中，所述ARM控制器用于在接收到ARM控制器的觸發(fā)信號后根據(jù)接收到的反映脈沖激光發(fā)射時(shí)間的信號和反映接收脈沖激光的時(shí)間的信號，得到脈沖激光的發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間之間的時(shí)間差，并在檢測完成后，向ARM控制器發(fā)送檢測到的時(shí)間差；所述ARM控制器用于向時(shí)間檢測模塊發(fā)送觸發(fā)信號，并接收所述時(shí)間檢測模塊發(fā)送的檢測到的時(shí)間差的距離信息，并同時(shí)與旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)中的馬達(dá)上傳的霍爾傳感器的角度信息匹配，得到檢測目標(biāo)的距離角度信息組；將該組信息按照固定周期組合為幀數(shù)據(jù)，傳遞給報(bào)警處理模塊；所述報(bào)警處理模塊中采用地圖建立和人員檢測方法檢測告警點(diǎn)，由所述 ARM控制器中的報(bào)警處理模塊輸出告警點(diǎn)的坐標(biāo)位置和/或數(shù)量判定是否告警。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述ARM控制器包括用于將被檢測區(qū)域的目標(biāo)信息與建立的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行差分得到告警點(diǎn)的信號檢測子模塊；其中，所述信號檢測子模塊包括數(shù)據(jù)預(yù)處理單元，用于對被檢測區(qū)域的目標(biāo)信息進(jìn)行濾波以達(dá)到初步干擾點(diǎn)濾除；背景去除單元，用于將經(jīng)過干擾點(diǎn)濾除的目標(biāo)信息與預(yù)先建立的地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行多重差分得到差分后的目標(biāo)信息；分割單元，用于初步分割屬于不同物體的數(shù)據(jù)點(diǎn)，將可能為同一目標(biāo)的點(diǎn)聚類為一組；特征提取單元，用于根據(jù)分割單元分割后每個(gè)物體的不同數(shù)據(jù)點(diǎn)信息，提取每個(gè)物體的形狀和/或運(yùn)動(dòng)特征信息；數(shù)據(jù)融合單元，用于綜合所述特征提取單元提取出的特征信息，將特征信息滿足預(yù)定規(guī)則的被分割的相鄰數(shù)據(jù)點(diǎn)所屬于的不同物體重新劃分為同一物體，實(shí)現(xiàn)跟蹤功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述特征提取單元提取的物體的形狀信息包括物體的質(zhì)心、物體的外形、輪廓的線性度、曲率或橢圓率；所述物體的運(yùn)動(dòng)特征信息包括物體當(dāng)前位置的笛卡爾坐標(biāo)、運(yùn)動(dòng)速度、方向、角速度或加速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述分割單元在分割屬于不同物體的數(shù)據(jù)點(diǎn)時(shí)，根據(jù)障礙物距離激光接收模塊的距離選擇可變的判定閾值。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述ARM控制器還包括地圖重建模塊；所述地圖重建模塊用于在發(fā)生重建地圖觸發(fā)事件時(shí)，將所述信號檢測子模塊中的數(shù)據(jù)預(yù)處理單元得到的經(jīng)過干擾點(diǎn)濾除的目標(biāo)信息做背景環(huán)境擬合運(yùn)算，得到重建后的地圖數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征礙于，所述地圖觸發(fā)條件為定時(shí)器的時(shí)間到達(dá)閾值或者告警點(diǎn)檢測異常標(biāo)識位顯示異常。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，還包括光電開關(guān)，所述光電開關(guān)在所述旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)一圈時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)周脈沖；另外在旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)的馬達(dá)中安裝霍爾傳感器，用于檢測旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)角度。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供一種激光雷達(dá)監(jiān)測系統(tǒng)，包括激光發(fā)射模塊、激光接收模塊、旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)和信號處理及控制模塊，該信號處理及控制模塊用于根據(jù)接收到的反映脈沖激光發(fā)射時(shí)間的信號和反映接收脈沖激光的時(shí)間的信號，得到脈沖激光的發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間之間的時(shí)間差，得到被監(jiān)測區(qū)域的目標(biāo)信息的距離信息，并同時(shí)與旋轉(zhuǎn)掃描機(jī)構(gòu)中的馬達(dá)上傳的霍爾傳感器的角度信息匹配，得到檢測目標(biāo)的距離角度信息組；將該組信息按照固定周期組合為幀數(shù)據(jù)，傳遞給信號處理及控制模塊中的報(bào)警處理模塊；報(bào)警處理模塊中采用地圖建立和人員檢測方法檢測告警點(diǎn)，由信號處理及控制模塊中的報(bào)警處理模塊輸出告警點(diǎn)的坐標(biāo)位置和/或數(shù)量判定是否告警。
文檔編號G01S7/48GK102540193SQ20101060632
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者何風(fēng)行, 余志軍, 劉海濤, 呂政 , 楊宇卓, 梅偉峰, 譚振華, 馬潤澤, 鮑星合 申請人:感知物聯(lián)網(wǎng)集團(tuán)(無錫)有限公司, 無錫物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)研究院