本實(shí)用新型涉及激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別公開(kāi)一種正多面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

激光雷達(dá)是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。激光雷達(dá)是激光技術(shù)與現(xiàn)代光電探測(cè)技術(shù)結(jié)合的先進(jìn)探測(cè)方式，一般由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信息處理等部分組成，用激光器作為發(fā)射光源。激光探測(cè)及測(cè)距系統(tǒng)的英文為L(zhǎng)iDAR(Light Detection and Ranging)，另外也稱Laser Radar或LADAR(Laser Detection and Ranging)。

激光測(cè)距(laser distance measuring)是以激光器作為光源進(jìn)行測(cè)距。目前，常用的方法主要有飛行時(shí)間測(cè)距法、結(jié)構(gòu)光測(cè)距法，而結(jié)構(gòu)光測(cè)距法主要是激光三角測(cè)距法、斑塊光測(cè)距法。

飛行時(shí)間測(cè)距法，英文是Time of flight，簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)OF。所謂飛行時(shí)間法3D成像，是通過(guò)給目標(biāo)連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過(guò)探測(cè)光脈沖的飛行(往返)時(shí)間來(lái)得到目標(biāo)物距離。飛行時(shí)間測(cè)距法具有測(cè)量角度非常廣的優(yōu)點(diǎn)，適合長(zhǎng)距離測(cè)量。但是，存在如下缺點(diǎn)：1、因測(cè)量物體距離近時(shí)反射時(shí)間差很小，TOF方法在近距離測(cè)量時(shí)誤差很大。2、TOF方法只能單點(diǎn)測(cè)量，而且雙方最好是都是靜止的，否則誤差嚴(yán)重。3、TOF方法必需結(jié)合掃描方式才能測(cè)量多角度的距離，但是由于掃描需要時(shí)間，所以誤差較為嚴(yán)重，測(cè)量有速度物體時(shí)的誤差又更嚴(yán)重。

激光三角法位移測(cè)量的原理是，用一束激光以某一角度聚焦在被測(cè)物體表面，然后從另一角度對(duì)物體表面上的激光光斑進(jìn)行成像，物體表面激光照射點(diǎn)的位置高度不同，所接受散射或反射光線的角度也不同，用CCD光電探測(cè)器測(cè)出光斑像的位置，就可以計(jì)算出主光線的角度，從而計(jì)算出物體表面激光照射點(diǎn)的位置高度。當(dāng)物體沿激光線方向發(fā)生移動(dòng)時(shí)，測(cè)量結(jié)果就將發(fā)生改變，從而實(shí)現(xiàn)用激光測(cè)量物體的位移。激光三角測(cè)距法原理簡(jiǎn)單，適合短距離的測(cè)量。但是，存在如下缺點(diǎn)：1、遠(yuǎn)距離得到的精度很低；2、光點(diǎn)感測(cè)一樣非常容易被干擾；3、光源與照相機(jī)距離要夠遠(yuǎn)才能得到適當(dāng)?shù)木?，致使產(chǎn)品的空間體積很大，難以小型化；4、要得到整個(gè)空間信息，計(jì)算量很大。

Prime Sense公司對(duì)斑塊光測(cè)距法進(jìn)行相應(yīng)的研究。根據(jù)Prime Sense公司的專利記載，Kinect獲取深度圖像的原理主要是運(yùn)用了光編碼(light coding)技術(shù)，組成系統(tǒng)成像的核心部件有三個(gè)：激光發(fā)射器、不均勻透明介質(zhì)、CMOS感光器件；其結(jié)構(gòu)圖紙及其原理詳見(jiàn)美國(guó)專利US7433024B2、中國(guó)專利CN10496032B等。

激光雷達(dá)應(yīng)用于汽車無(wú)人駕駛領(lǐng)域也得到了一定的深度研究?，F(xiàn)有技術(shù)中，運(yùn)用于無(wú)人駕駛汽車的激光雷達(dá)模塊都是由一組360°掃描的激光加上接收光模塊(內(nèi)含64個(gè)雪崩二極體組成)；其測(cè)距的方法是利用時(shí)間差TOF(Time of fly)方法，來(lái)得到空間的距離信息。目前，最有名的激光雷達(dá)廠商是威力登(Velodyne LiDAR)，其LiDAR(Light Detection And Ranging)技術(shù)已應(yīng)用于Google和百度無(wú)人駕駛汽車。一般設(shè)置在汽車的頂部，一個(gè)形似花盆的組成部分就是“激光雷達(dá)”，它的作用相當(dāng)于無(wú)人駕駛汽車的“眼睛”，能夠幫助無(wú)人車實(shí)現(xiàn)環(huán)境識(shí)別、自動(dòng)避障和路徑規(guī)劃等功能。在2015年年末展出的百度無(wú)人駕駛汽車上使用的激光雷達(dá)，價(jià)值約70萬(wàn)人民幣，其產(chǎn)品的立體結(jié)構(gòu)大致如附圖1。

威力登公司的激光雷達(dá)很適合行車方面用途，但是在其它的應(yīng)用方面仍有一些缺點(diǎn)：

1、掃描式的測(cè)距，在遇到高速移動(dòng)的物體會(huì)產(chǎn)生很大的誤差；

2、雖然環(huán)景是360°，但是上下只有28°的測(cè)量，很大區(qū)域?yàn)槊^(qū)；

3、從雪崩二極體得到的點(diǎn)云信息量巨大，計(jì)算上很復(fù)雜，很容易判斷錯(cuò)誤。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種正多面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)，其在正多面體底座的各個(gè)面上安裝調(diào)制激光模組和感測(cè)模組，其直接由各個(gè)面?zhèn)蓽y(cè)的資訊數(shù)據(jù)相互拼接即可獲得三維空間內(nèi)的全部資訊數(shù)據(jù)，不需要掃描即可偵測(cè)全視角的空間資訊。

本實(shí)用新型提供一種正多面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)，包括：

正多面體底座，呈正多面體形狀，其中，正多面體的面數(shù)為N；

調(diào)制激光模組，用于投射激光，設(shè)于正多面體的各個(gè)面上，包括激光源和光調(diào)制器；以及

感測(cè)模組，用于感測(cè)激光投射到物體上反射回來(lái)的激光信號(hào)或者感測(cè)激光照射物體時(shí)的影像資訊，設(shè)于正多面體的各個(gè)面上。

采用在正多面體底座上設(shè)置多個(gè)調(diào)制激光模組和感測(cè)模組的結(jié)構(gòu)，正多面體每個(gè)面上的調(diào)制激光模組和感測(cè)模組只需負(fù)責(zé)其相對(duì)應(yīng)的一部分空間區(qū)域的偵測(cè)，而各個(gè)面的偵測(cè)資訊拼接在一起，則獲取到了整個(gè)三維空間的全部資訊。

從數(shù)學(xué)理論上講，展開(kāi)后具有連貫的平面展開(kāi)圖的正多面體具有多種，有正四面體、正六面體、有正八面體、正十二面體、正二十面體等。但是，因?yàn)槟壳凹夹g(shù)的感測(cè)模組中，感測(cè)模組的鏡頭偵測(cè)視角范圍有限(大于120°后畸變尤其嚴(yán)重)，致使在現(xiàn)有技術(shù)限制的情形下，具有工業(yè)實(shí)現(xiàn)可能和商業(yè)價(jià)值的技術(shù)方案為正十二面體及正二十面體，采用該兩種正多面體方可實(shí)現(xiàn)多個(gè)面的偵測(cè)資訊拼接，從而完成三維空間的偵測(cè)。

采用正多面體的結(jié)構(gòu)，其展開(kāi)后具有連貫的平面展開(kāi)圖多面體結(jié)構(gòu)，其優(yōu)勢(shì)在于工業(yè)應(yīng)用時(shí)的大批量加工，其制作的印制電路板等可以直接以平面形式加工，然后組裝成正多面體的結(jié)構(gòu)。

較佳的，所述正多面體為正十二面體，即面數(shù)N＝12，感測(cè)模組的鏡頭視角范圍不小于900°/N＝75°，調(diào)制激光模組激光投射視角范圍不小于900°/N＝75°。

較佳的，所述正多面體為正二十面體，即N＝20，感測(cè)模組的鏡頭偵測(cè)視角不小于900°/N＝45°，調(diào)制激光模組激光投射視角范圍不小于900°/N＝45°。

相對(duì)于調(diào)制激光模組主要用于投射激光而言，接收激光信號(hào)的感測(cè)模組的制作成本和精度要求則更高，一般，正多面體底座的各個(gè)面上一般采用一個(gè)激光源及一個(gè)感測(cè)模組。較佳的，正多面體底座的各個(gè)面上設(shè)有一個(gè)調(diào)制激光模組及一個(gè)感測(cè)模組。

為了縮小單個(gè)調(diào)制激光模組的激光投射視角范圍，可采用多個(gè)調(diào)制激光模組組合并將其在空間上實(shí)現(xiàn)拼接。

較佳的，正多面體底座的各個(gè)面上設(shè)有一個(gè)感測(cè)模組和多個(gè)調(diào)制激光模組；優(yōu)選的，其中，正十二面體的各個(gè)面上設(shè)置五個(gè)調(diào)制激光模組，正二十面體的各個(gè)面上設(shè)置三個(gè)調(diào)制激光模組。

進(jìn)一步優(yōu)選的，在正十二面體的正五邊形面上，五個(gè)調(diào)制激光模組設(shè)于正五邊形的頂角處，一個(gè)感測(cè)模組設(shè)于正五邊形的中心處，此時(shí)調(diào)制激光模組激光投射視角范圍不小于900°/N/5＝15°即可，五個(gè)調(diào)制激光模組拼接起來(lái)即可覆蓋其所在的面負(fù)責(zé)偵測(cè)的視角空間；相應(yīng)的，在正二十面體的正三角形面上，三個(gè)調(diào)制激光模組設(shè)于正三角形的頂角處，一個(gè)感測(cè)模組設(shè)于正三角形的中心處，此時(shí)調(diào)制激光模組激光投射視角范圍不小于900°/N/3＝15°即可，三個(gè)調(diào)制激光模組拼接起來(lái)即可覆蓋其所在的面負(fù)責(zé)偵測(cè)的視角空間。

當(dāng)正多面體激光雷達(dá)采用TOF法測(cè)距時(shí)，其更適用于遠(yuǎn)距離測(cè)量，此時(shí)，感測(cè)模組最重要的參數(shù)是感測(cè)時(shí)間差，感測(cè)模組中采用現(xiàn)有技術(shù)中的常用傳感器，為提高其對(duì)感測(cè)時(shí)間差的靈敏度，一般仍需要采用雪崩二極體或者隨著技術(shù)發(fā)展出現(xiàn)的等同物。

當(dāng)正多面體激光雷達(dá)采用TOF法測(cè)距時(shí)，其發(fā)射的激光為有一定角度的點(diǎn)狀光，投射后即條狀光。此時(shí)，光調(diào)制器可以是將光束放大的透鏡即可。

當(dāng)正多面體激光雷達(dá)采用結(jié)構(gòu)光測(cè)距(比如激光三角測(cè)距法、斑塊光測(cè)距法)時(shí)，其更適用于近距離測(cè)量，此時(shí)，感測(cè)模組最重要的參數(shù)感測(cè)影像資訊的準(zhǔn)確度，反過(guò)來(lái)說(shuō)就是影像資訊的畸變情況，感測(cè)模組可以采用激光三角測(cè)距法現(xiàn)有技術(shù)中的CCD光電探測(cè)器，或者斑塊光測(cè)距法中的CMOS感光器件。

當(dāng)正多面體激光雷達(dá)采用結(jié)構(gòu)光測(cè)距(比如激光三角測(cè)距法、斑塊光測(cè)距法)時(shí)，所述光調(diào)制器為衍射光學(xué)組件(DOE，Diffraction Optical Element)或者微型反射鏡陣列。其中，微型反射鏡陣列是由通光孔徑及浮雕深度為微米級(jí)的反射鏡組成的陣列，其具有單元尺寸小、集成度高的特點(diǎn)，使得它能夠完成傳統(tǒng)光學(xué)組件無(wú)法完成的功能，并能構(gòu)成許多新型的光學(xué)系統(tǒng)。

本實(shí)用新型還提供一種正多面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)，包括：

正多面體底座，呈正多面體形狀，其中，正多面體的面數(shù)為N；

調(diào)制激光模組，用于投射激光，設(shè)于正多面體的(N-M)個(gè)面上，包括激光源和光調(diào)制器，其中，M為小于N的整數(shù)；以及

感測(cè)模組，用于感測(cè)激光投射到物體上反射回來(lái)的激光信號(hào)或者感測(cè)激光照射物體時(shí)的影像資訊，設(shè)于正多面體的(N-M)個(gè)面上，并且與調(diào)制激光模組匹配設(shè)置，以使正多面體底座的M個(gè)面上沒(méi)有設(shè)置調(diào)制激光模組和感測(cè)模組。

優(yōu)選的，M＝1，僅預(yù)留一個(gè)面上沒(méi)有設(shè)置調(diào)制激光模組和感測(cè)模組，用于正多面體激光雷達(dá)的整體安裝。當(dāng)M值越大，也意味著其預(yù)留的面越多，其對(duì)應(yīng)的盲區(qū)就越大，其應(yīng)用的領(lǐng)域就越受限。當(dāng)然，仍有較多應(yīng)用領(lǐng)域不需要三維空間的全部資訊，允許存在一定的盲區(qū)。

針對(duì)第一種正多面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)，其從正多面體底座的任意一頂點(diǎn)處延伸出支撐件或者懸掛件，將正多面體激光雷達(dá)整體支撐安裝或者懸掛安裝。

針對(duì)第二種正多面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)，其將正多面體底座沒(méi)有安裝調(diào)制激光模組和感測(cè)模組的一個(gè)面或者多個(gè)面，整體安裝于支撐平臺(tái)上。

上述的正多面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)特別適用于在三維空間運(yùn)動(dòng)物體的測(cè)距，比如無(wú)人機(jī)、機(jī)器人(機(jī)械手臂)。

本實(shí)用新型的有益效果有：

1、顛覆了傳統(tǒng)的圓柱型掃描式激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)，其采用正多面體結(jié)構(gòu)各個(gè)面的空間資訊拼接獲取三維立體空間的全部資訊，不再采用往復(fù)移動(dòng)“掃描”，實(shí)現(xiàn)“免掃描”，并且可以獲得720°全景空間資訊。

2、采用正多面體多個(gè)面上同一時(shí)間偵測(cè)的資訊實(shí)現(xiàn)拼接完成整個(gè)三維空間的偵測(cè)，避免掃描帶來(lái)的時(shí)間差，從而提高偵測(cè)的精度，特別適用于高速運(yùn)動(dòng)物體上的偵測(cè)。

3、通過(guò)正多面體的各個(gè)面實(shí)現(xiàn)不同三維空間的編碼偵測(cè)，大大減少數(shù)據(jù)運(yùn)算量，避免出錯(cuò)概率。

4、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需掃描相關(guān)的結(jié)構(gòu)部件，降低激光雷達(dá)的制作成本。

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中Velodyne LiDAR廠商的激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a為本實(shí)用新型實(shí)施例1的正十二面體底座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2b為本實(shí)用新型實(shí)施例1的正十二面體底座的平面展開(kāi)的示意圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例1的正十二面體激光雷達(dá)的空間資訊拼接的示意圖。

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例1的正十二面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)示意圖(僅示出了一個(gè)面上設(shè)置調(diào)制激光模組和感測(cè)模組)。

圖5a為本實(shí)用新型實(shí)施例1的正十二面體激光雷達(dá)其中一個(gè)面的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5b為本實(shí)用新型實(shí)施例1的正十二面體激光雷達(dá)其中一個(gè)面的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6a為線性光投射到平面物體上產(chǎn)生的影像示意圖。

圖6b為線性光投射到曲面物體上產(chǎn)生的影像示意圖。

圖7a為斑塊結(jié)構(gòu)光的示意圖。

圖7b為斑塊結(jié)構(gòu)光投射到曲面物體(人臉)上產(chǎn)生的影像示意圖。

圖8a為本實(shí)用新型實(shí)施例2的正二十面體底座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8b為本實(shí)用新型實(shí)施例2的正二十面體底座的平面展開(kāi)的示意圖。

圖9為本實(shí)用新型實(shí)施例2的正二十面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)的示意圖(僅示出了一個(gè)面上設(shè)置調(diào)制激光模組和感測(cè)模組)。

圖10a為本實(shí)用新型實(shí)施例2的正二十面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)調(diào)制激光模組的側(cè)視示意圖。

圖10b為本實(shí)用新型實(shí)施例2的正二十面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)感測(cè)模組的側(cè)視示意圖。

圖11a為感測(cè)模組鏡頭視角在75°時(shí)獲得的結(jié)構(gòu)光影像畸變情況的示意圖。

圖11b為感測(cè)模組鏡頭視角在120°時(shí)獲得的結(jié)構(gòu)光影像畸變情況的示意圖。

圖12a為正十二面面體激光雷達(dá)的一種安裝方法的示意圖。

圖12b為正十二面面體激光雷達(dá)的又一種安裝方法的示意圖。

圖中，1-正多面體底座，2-調(diào)制激光模組，3-感測(cè)模組；21-激光源，22-光調(diào)制器。

具體實(shí)施方式

通過(guò)下面給出的本實(shí)用新型的具體實(shí)施例可以進(jìn)一步清楚地了解本實(shí)用新型，但它們不是對(duì)本實(shí)用新型的限定。具體實(shí)施例中沒(méi)有詳細(xì)敘述的部分是采用現(xiàn)有技術(shù)、公知技術(shù)手段和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)獲得的。

實(shí)施例1

請(qǐng)結(jié)合參看附圖2a、2b至5，本實(shí)用新型的正十二面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)，包括：

正十二面體底座1，呈正十二面體形狀，其中，正十二面體的面數(shù)為N＝12，其展開(kāi)后具有連貫的平面展開(kāi)圖；

調(diào)制激光模組2，用于投射激光，設(shè)于正十二面體的各個(gè)面上，包括激光源21和光調(diào)制器22；以及

感測(cè)模組3，用于感測(cè)激光投射到物體上反射回來(lái)的激光信號(hào)或者感測(cè)激光照射物體時(shí)的影像資訊，設(shè)于正十二面體的各個(gè)面上。

本實(shí)施例中，正十二面體的每一個(gè)面上采用一個(gè)感測(cè)模組和五個(gè)調(diào)制激光模組的配合結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的，感測(cè)模組的鏡頭視角不小于900°/12＝75°，每個(gè)面上的全部調(diào)制激光模組的結(jié)構(gòu)光視角不小于900°/12＝75°，分配到具體每個(gè)調(diào)制激光模組的結(jié)構(gòu)光視角不小于75°/5＝15°。

五個(gè)調(diào)制激光模組設(shè)于各個(gè)面五邊形的頂角處，一個(gè)感測(cè)模組設(shè)于各個(gè)面五邊形的中心處；調(diào)制激光模組以傾斜15°的角度擺放，5個(gè)調(diào)制激光模組拼接后則剛好覆蓋此一個(gè)面相應(yīng)的75°的三維空間。

采用在正多面體底座各個(gè)面上設(shè)置調(diào)制激光模組和感測(cè)模組的結(jié)構(gòu)，正多面體每個(gè)面上的調(diào)制激光模組和感測(cè)模組只需負(fù)責(zé)其相對(duì)應(yīng)的一部分空間區(qū)域的偵測(cè)，而各個(gè)面的偵測(cè)資訊拼接在一起，則獲取到了整個(gè)三維空間的全部資訊。

當(dāng)正多面體激光雷達(dá)采用結(jié)構(gòu)光測(cè)距(比如激光三角測(cè)距法、斑塊光測(cè)距法)時(shí)，其更適用于近距離測(cè)量，此時(shí)，感測(cè)模組最重要的參數(shù)感測(cè)影像資訊的準(zhǔn)確度，反過(guò)來(lái)說(shuō)就是影像資訊的畸變情況，感測(cè)模組可以采用激光三角測(cè)距法現(xiàn)有技術(shù)中的CCD光電探測(cè)器，或者斑塊光測(cè)距法中的CMOS感光器件。

激光從激光器發(fā)出，經(jīng)過(guò)柱面透鏡后匯聚成寬度很窄的光帶，稱為結(jié)構(gòu)光。該光平面以一定角度入射在工件上，在工件上產(chǎn)生反射和散射。生成結(jié)構(gòu)光的設(shè)備可以是將光點(diǎn)、光縫、光柵、格網(wǎng)或斑紋投影到被測(cè)物體上的某種投影設(shè)備或儀器，也可以是生成激光束的激光器。

在結(jié)構(gòu)光方面的選擇方面，請(qǐng)結(jié)合參看附圖6a和6b，傳統(tǒng)的線性光對(duì)于某一方向可以量出偏移量、測(cè)出距離，但是對(duì)于另一軸向則有困難；請(qǐng)?jiān)俳Y(jié)合參看附圖7a和7b，而采用斑塊結(jié)構(gòu)光則會(huì)比較理想。

本實(shí)施例直接采用斑塊結(jié)構(gòu)光，這個(gè)斑塊可以由亮暗不同的幾何形狀組成。對(duì)應(yīng)的，其光調(diào)制器采用衍射光學(xué)組件(DOE，Diffraction Optical Element)或者微型反射鏡陣列。其中，微型反射鏡陣列是由通光孔徑及浮雕深度為微米級(jí)的透鏡組成的陣列，它不僅具有傳統(tǒng)透鏡的聚焦、成像等基本功能，而且具有單元尺寸小、集成度高的特點(diǎn)，使得它能夠完成傳統(tǒng)光學(xué)組件無(wú)法完成的功能，并能構(gòu)成許多新型的光學(xué)系統(tǒng)，比如德儀科技有限公司(納斯達(dá)克代碼：TXN)推出的DLP芯片組和模塊。

當(dāng)然，本實(shí)施例的激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用于TOF法測(cè)距。

請(qǐng)結(jié)合參考附圖12a，上述正十二面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)的安裝方法，就是其從正十二面體底座的任意一頂點(diǎn)處延伸出支撐件或者懸掛件，將正十二面體激光雷達(dá)整體支撐安裝或者懸掛安裝。此時(shí)，正十二面體激光雷達(dá)可以獲取整個(gè)三維空間的全部資訊，不存在任何死角和盲區(qū)。

作為本實(shí)施例的變形，在正十二面體底座1的一個(gè)面上不再設(shè)置調(diào)制激光模組2和感測(cè)模組3，而是留出來(lái)用于與安裝平臺(tái)進(jìn)行平面安裝。請(qǐng)結(jié)合參考附圖12b，此種變形的正十二面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)的安裝方法，將正十二面體底座沒(méi)有安裝調(diào)制激光模組和感測(cè)模組的那一個(gè)面，整體安裝于支撐平臺(tái)上。此時(shí)，正十二面體激光雷達(dá)存在安裝面這個(gè)空間角度的盲區(qū)，即有該對(duì)應(yīng)面的空間資訊無(wú)法獲取。但是，在特定的應(yīng)用中并不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，比如在行車過(guò)程中的測(cè)距，其與地面接觸的視角空間的測(cè)距則相對(duì)不那么重要。

當(dāng)然的，沒(méi)有設(shè)置調(diào)制激光模組和感測(cè)模組的面也可以預(yù)留多個(gè)，也可以將該預(yù)留的面用于正多面體激光雷達(dá)的整體安裝。當(dāng)預(yù)留的面越多時(shí)，其對(duì)應(yīng)的盲區(qū)就越大，其應(yīng)用的領(lǐng)域就越受限。當(dāng)然，仍有較多應(yīng)用領(lǐng)域不需要三維空間的全部資訊，允許存在一定的盲區(qū)。

實(shí)施例2

請(qǐng)結(jié)合參看附圖8至10a、10b，本實(shí)施例的正二十面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)，包括：

正二十面體底座1，呈正二十面體形狀，其中，正多面體的面數(shù)為N＝20，其展開(kāi)后具有連貫的平面展開(kāi)圖；

調(diào)制激光模組2，用于投射激光，設(shè)于正二十面體的各個(gè)面上，包括激光源21和光調(diào)制器22；以及

感測(cè)模組3，用于感測(cè)激光投射到物體上反射回來(lái)的激光信號(hào)或者感測(cè)激光照射物體時(shí)的影像資訊，設(shè)于正二十面體的各個(gè)面上。

本實(shí)施例中，正二十面體的每一個(gè)面上采用一個(gè)感測(cè)模組和一個(gè)調(diào)制激光模組的配合結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的，感測(cè)模組的鏡頭視角不小于900°/N＝45°，調(diào)制激光模組結(jié)構(gòu)光視角不小于900°/N＝45°。

采用在正多面體底座每個(gè)面上設(shè)置調(diào)制激光模組和感測(cè)模組的結(jié)構(gòu)，正多面體每個(gè)面上的調(diào)制激光模組和感測(cè)模組只需負(fù)責(zé)其相對(duì)應(yīng)的一部分空間區(qū)域的偵測(cè)，而各個(gè)面的偵測(cè)資訊拼接在一起，則獲取到了整個(gè)三維空間的全部資訊。

當(dāng)正多面體激光雷達(dá)采用TOF法測(cè)距時(shí)，其更適用于遠(yuǎn)距離測(cè)量，此時(shí)，感測(cè)模組最重要的參數(shù)是感測(cè)時(shí)間差，感測(cè)模組中采用現(xiàn)有技術(shù)中的常用傳感器，為提高其對(duì)感測(cè)時(shí)間差的靈敏度，一般仍需要采用雪崩二極體或者等同物。

當(dāng)正多面體激光雷達(dá)采用TOF法測(cè)距時(shí)，其發(fā)射的激光為有一定角度的點(diǎn)狀光，投射后即條狀光。本實(shí)施例直接采用擴(kuò)大的激光束，對(duì)應(yīng)的，其采用的光調(diào)制器就只是一片將光束放大的透鏡。

在本實(shí)施例的激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)之下，激光測(cè)距的原理仍然是現(xiàn)有技術(shù)中的TOF(Time of fly)飛行時(shí)間測(cè)距法。所謂飛行時(shí)間法3D成像，是通過(guò)給目標(biāo)連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過(guò)探測(cè)光脈沖的飛行(往返)時(shí)間來(lái)得到目標(biāo)物距離。

當(dāng)然，本實(shí)施例的激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用于采用結(jié)構(gòu)光測(cè)距(比如激光三角測(cè)距法、斑塊光測(cè)距法)。

對(duì)應(yīng)的，上述正二十面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)的安裝方法，就是其從正二十面體底座的任意一頂點(diǎn)處延伸出支撐件或者懸掛件，將正二十面體激光雷達(dá)整體支撐安裝或者懸掛安裝。此時(shí)，正二十面體激光雷達(dá)可以獲取整個(gè)三維空間的全部資訊，不存在任何死角和盲區(qū)。

作為本實(shí)施例的變形，在正二十面體底座1的一個(gè)面上不再設(shè)置調(diào)制激光模組2和感測(cè)模組3，而是留出來(lái)用于與安裝平臺(tái)進(jìn)行平面安裝。對(duì)應(yīng)的，此種變形的正二十面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)的安裝方法，將正多面體底座沒(méi)有安裝調(diào)制激光模組和感測(cè)模組的一個(gè)面，整體安裝于支撐平臺(tái)上。此時(shí)，正二十面體激光雷達(dá)存在安裝面這個(gè)空間角度的盲區(qū)，即有對(duì)應(yīng)的45°的空間資訊無(wú)法獲取。但是，在特定的應(yīng)用中并不會(huì)產(chǎn)生太大的影響，比如在行車過(guò)程中的測(cè)距，其與地面接觸的視角空間的測(cè)距則相對(duì)不那么重要。

當(dāng)然的，沒(méi)有設(shè)置調(diào)制激光模組和感測(cè)模組的面也可以預(yù)留多個(gè)，也可以將該預(yù)留的面用于正多面體激光雷達(dá)的整體安裝。當(dāng)預(yù)留的面越多時(shí)，其對(duì)應(yīng)的盲區(qū)就越大，其應(yīng)用的領(lǐng)域就越受限。當(dāng)然，仍有較多應(yīng)用領(lǐng)域不需要三維空間的全部資訊，允許存在一定的盲區(qū)。

本實(shí)用新型的正多面體激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：

1、顛覆了傳統(tǒng)的圓柱型掃描式激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)，其采用正多面體結(jié)構(gòu)各個(gè)面的空間資訊拼接獲取三維立體空間的全部資訊，不再采用往復(fù)移動(dòng)“掃描”，實(shí)現(xiàn)“免掃描”，并且可以獲得720°全景空間資訊。

2、采用正多面體多個(gè)面上同一時(shí)間偵測(cè)的資訊實(shí)現(xiàn)拼接完成整個(gè)三維空間的偵測(cè)，避免掃描帶來(lái)的時(shí)間差，從而提高偵測(cè)的精度，特別適用于高速運(yùn)動(dòng)物體上的偵測(cè)。

3、通過(guò)正多面體的各個(gè)面實(shí)現(xiàn)不同三維空間的編碼偵測(cè)，大大減少數(shù)據(jù)運(yùn)算量，避免出錯(cuò)概率。

4、整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)需掃描相關(guān)的結(jié)構(gòu)部件，降低激光雷達(dá)的制作成本。

對(duì)于正多面體結(jié)構(gòu)的選擇方面，從數(shù)學(xué)理論上來(lái)說(shuō)，正四面體、正六面體、正八面體、正十二面體、正二十面體是可行的，展開(kāi)后都具有連貫的平面展開(kāi)圖。但是，采用正四面體、正六面體、正八面體時(shí)，其各個(gè)面對(duì)應(yīng)視角的角度過(guò)大，比如正四面體的每個(gè)面的視角不小于225°，正六面體的每個(gè)面的視角不小于150°，現(xiàn)有的感測(cè)模組獲得影像會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的畸變，難以完成全部三維空間的資訊的拼接。因此，正十二面體、正二十面體才是工業(yè)上和商業(yè)上最可能的利用方法。

本實(shí)用新型中，正多面體各個(gè)面的資訊，需要空間拼接方可完成整個(gè)三維空間的資訊，而其中一個(gè)主要的問(wèn)題是感測(cè)模組得到的影像最好不要有畸變現(xiàn)象的發(fā)生。如圖11a、11b分別示出了感測(cè)模組鏡頭視角在75°時(shí)、120°時(shí)獲得的結(jié)構(gòu)光影像畸變情況的示意圖。采用正十二面體的照相機(jī)角度只要75°就可以完成全空間拼接；75°視角的感測(cè)模組照相機(jī)的畸變量可以控制的很小，因此極為適當(dāng)；同樣的，采用正二十面體的感測(cè)模組照相機(jī)角度只要45°就可以完成全空間拼接，效果也很理想。正四面體或正六面體對(duì)應(yīng)的各個(gè)面視角的角度會(huì)到達(dá)120°以上，此時(shí)感測(cè)模組照相機(jī)的畸變難以控制。

以上所揭露的僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本實(shí)用新型之權(quán)利范圍，因此依本實(shí)用新型申請(qǐng)專利范圍所作的等同變化，仍屬本實(shí)用新型所涵蓋的范圍。