CN110045386B - 用于光检测与测距光学对准的方法与系统 - Google Patents

用于光检测与测距光学对准的方法与系统 Download PDF

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Abstract

提供了一种方法，其涉及使光检测和测距(LIDAR)装置向所述LIDAR装置的视场(FOV)发射一个或多个光束，其中，所述LIDAR装置包括一个或多个光检测器和将来自FOV的光朝向所述一个或多个光检测器聚焦的透镜。该方法还涉及使用位于所述LIDAR装置的FOV中的给定位置处的相机捕获多个图像，其中，所述一个或多个光检测器经由LIDAR装置的透镜对所述相机是可见的，并且所述多个图像包括：第一图像，其指示来自所述相机的给定位置的所述一个或多个光束的视图，以及第二图像，其指示来自所述相机的给定位置的所述一个或多个光检测器的视图。该方法还涉及至少基于多个图像，调节所述LIDAR装置以使所述一个或多个光束与所述一个或多个光检测器对准。

Description

用于光检测与测距光学对准的方法与系统
本申请是申请日为2016年03月18日、申请号为201680018437.5(国际申请号为PCT/US2016/023125)、发明名称为“用于光检测与测距光学对准的方法与系统”的发明专利申请的分案申请。
背景技术
除非本文另有说明，本部分中描述的内容不是本申请中权利要求的现有技术，并且不被认为是通过包含在本部分中而是现有技术。
LIDAR可以在扫描场景的同时估计与环境特征的距离，以汇集指示环境中的反射表面的“点云”。可以通过发射激光脉冲并检测从环境中的对象反射的返回脉冲(如果有的话)、并根据所发射的脉冲的发射与反射脉冲的接收之间的时间延迟确定到对象的距离来确定点云中的各个点。激光或激光组可以遍及场景而被快速且重复地扫描，以提供有关于到场景中反射对象的距离的连续实时信息。在测量每个距离的同时，结合测得的距离和一个或多个激光器的取向，允许将三维位置与每个返回脉冲相关联。以这种方式，可以为整个扫描区域生成指示环境中反射特征的位置的点的三维地图。
发明内容
在一个示例中，提供了一种方法，其涉及将发射块和接收块安装在光检测和测距(light detection and ranging，LIDAR)装置中以提供发射块和接收块之间的相对位置。发射块可以包括被配置为发射处于源波长的光的一个或多个光源。接收块可以包括被配置为检测处于源波长的光的一个或多个检测器。该方法还涉及将相机定位在给定位置处，在该给定位置处，当相机聚焦于无限远时可以对由所述一个或多个光源发射的光束成像并且可以对所述一个或多个检测器成像。该方法还涉及使用定位于给定位置处并聚焦于无限远的相机获得第一图像。第一图像可以指示所述一个或多个光源的光源位置。该方法还涉及使用定位于给定位置处并聚焦于无限远处的相机获得第二图像。第二图像可以指示接收块中的所述一个或多个检测器的检测器位置。该方法还涉及基于由第一图像指示的光源位置和由第二图像指示的检测器位置来确定至少一个偏移。该方法还涉及至少部分地基于所述至少一个偏移来调节发射块和接收块之间的相对位置。
在另一示例中，提供了一种系统，其包括安装平台以安装光检测和测距(LIDAR)装置，该光检测和测距(LIDAR)装置提供LIDAR装置中的发射块和LIDAR装置中的接收块之间的相对位置。发射块可以包括被配置为发射处于源波长的光的一个或多个光源。接收块可以包括被配置为检测处于源波长的光的一个或多个检测器。该系统还包括定位于给定位置处的相机，在该给定位置处，当相机聚焦于无限远时可以对由所述一个或多个光源发射的光束成像并且可以对所述一个或多个检测器成像。该系统还包括被配置为调节发射块和接收块之间的相对位置的对准设备。该系统还包括控制器，该控制器被配置为从定位于给定位置处并聚焦于无限远的相机获得第一图像。第一图像可以指示所述一个或多个光源的光源位置。控制器还被配置为从定位于给定位置处并聚焦于无限远的相机获得第二图像。第二图像可以指示接收块中的所述一个或多个检测器的检测器位置。控制器还被配置为基于由第一图像指示的光源位置和由第二图像指示的检测器位置来确定至少一个偏移。控制器还被配置为使对准设备至少部分地基于所述至少一个偏移来调节发射块和接收块之间的相对位置。
在又一示例中，提供了一种系统，其包括用于将发射块和接收块安装在光检测和测距(LIDAR)装置中以提供发射块和接收块之间的相对位置的器件。发射块可以包括被配置为发射处于源波长的光的一个或多个光源。接收块可以包括被配置为检测处于源波长的光的一个或多个检测器。该系统还包括用于将相机定位在给定位置处的器件，在该给定位置处，当相机聚焦于在无限远时可以对由所述一个或多个光源发射的光束成像，并且可以对一个或多个检测器成像。该系统还包括用于使用定位于给定位置处并且聚焦于无限远的相机获得第一图像的器件。第一图像可以指示所述一个或多个光源的光源位置。该系统还包括用于使用定位于给定位置并且聚焦于无限远的相机来获得第二图像的器件。第二图像可以指示接收块中的所述一个或多个检测器的检测器位置。该系统还包括用于基于由第一图像指示的光源位置和由第二图像指示的检测器位置来确定至少一个偏移的器件。该系统还包括用于至少部分地基于所述至少一个偏移来调节发射块和接收块之间的相对位置的器件。
在适当的情况下参考附图，通过阅读以下详细描述，这些以及其他方面、优点和替代方式对于本领域普通技术人员来说将变得显而易见。
附图说明
图1是根据示例实施例的系统的框图；
图2A示出了根据示例实施例的LIDAR装置；
图2B是图2A所示的LIDAR装置的横截面视图；
图2C是图2A所示的LIDAR装置的透视图，其中移除各种部件以图示LIDAR装置的内部。
图3示出了根据示例实施例的发射块；
图4A是根据示例实施例的光源的视图；
图4B是根据示例性实施例的图4A的光源与柱面透镜的组合的视图；
图4C是根据示例性实施例的图4B的光源与柱面透镜组合的另一视图；
图5A示出了根据示例实施例的接收块；
图5B示出了包括在图5A的接收块中的三个检测器的侧视图；
图6A示出了根据示例实施例的另一LIDAR装置；
图6B示出了图6A的LIDAR装置的局部横截面视图；
图6C示出了图6A的LIDAR装置中的光学组件的局部横截面视图；
图7A示出了根据示例实施例的系统；
图7B示出了图7A所示的系统的布置，其中滤光器未插置在LIDAR装置和相机之间；
图7C示出了图7A-7B所示的系统的局部视图；
图8示出了根据示例实施例的另一系统；
图9是根据示例实施例的方法的流程图；
图10示出了根据示例实施例的指示光源位置的图像；
图11示出了根据示例实施例的指示检测器位置的图像；
图12示出了根据示例实施例、在光源和检测器对准的情境下的图像；
图13示出了根据示例实施例、在光源和检测器具有上/下偏移的情境下的图像；
图14示出了根据示例实施例、在光源和检测器具有左/右偏移的情境下的图像；
图15示出了根据示例实施例、在光源和检测器具有前/后偏移的情境下的图像；
图16示出了根据示例实施例、在光源和检测器具有滚动(roll)偏移的情境中的图像；
图17示出了根据示例实施例、在光源和检测器具有偏摆(yaw)偏移的情境下的图像；
图18示出了根据示例实施例、在光源和检测器具有俯仰(pitch)偏移的情境下的图像；
图19示出了根据示例实施例的指示缺陷或像差的图像；
图20是根据示例实施例的另一方法的流程图；
图21示出了根据示例性实施例的另一系统的局部横截面视图；
图22示出了根据示例实施例的相机的前视图。
具体实施方式
以下详细描述参考附图描述所公开的系统、装置和方法的各种特征和功能。在图中，相似的符号标识相似的部件，除非上下文另有说明。本文描述的说明性系统、装置和方法实施例不意味着是限制性的。本领域技术人员可以容易地理解，所公开的系统、装置和方法的特定方面可以以各种各样的不同配置来布置和组合，所有这些都在本文中被考虑。
在示例中，LIDAR装置可以包括发射块和接收块。发射块可以包括一个或多个光源，其发射用于从LIDAR装置离开而朝向LIDAR装置的环境传播的光。转而，发射光可以自环境中的一个或多个对象反射，并且反射光可以朝向LIDAR装置往回传播。此外，接收块可以包括一个或多个检测器以检测反射光。通过该过程，计算系统可以处理来自LIDAR装置的与反射光有关的数据，以确定LIDAR装置的环境中的各种对象的位置和/或特性。
为了便于LIDAR装置的操作，由对应的检测器接收由给定光源发射并朝向LIDAR装置反射回的光束。在示例中，系统和方法被提供用于LIDAR装置中的一个或多个光源和一个或多个检测器的对准。
图1是根据示例实施例的系统100的框图。系统100包括安装平台102、对准设备160和控制器180。系统100可以可选地包括辅助光源170。
安装平台102可以提供用于安装系统100的一些或全部部件的平台。如图所示，安装平台102安装LIDAR装置104和相机106。在一些示例中，安装平台102还可以安装滤光器108。此外，在一些示例中，安装平台102还可以安装致动器112。因此，安装平台102可以由适合于支撑各种部件的一种或多种固体材料形成，诸如塑料或金属，以及其它可行材料。在一些示例中，被示出为要被安装在安装平台102上的部件中的一些可替代地安装到单独的结构(未示出)或以其它方式联接到系统100。例如，相机106和/或滤光器108可以替代地定位和/或安装在安装平台102的外部。
LIDAR装置104包括发射块120和接收块130。如图所示，在一些示例中，LIDAR装置104可以可选地包括透镜150。
发射块120包括可以配置成发射一个或多个光束124的一个或多个光源122。虽然图1中未示出，但是发射块120可以包括诸如反射镜或出口光阑(exit aperture)的附加部件，以调节和/或重定向光束124。所述一个或多个光源122可以包括激光二极管、发光二极管(LED)、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLED)、发光聚合物(LEP)、液晶显示器(LCD)、微机电系统(MEMS)或被配置为选择性地发射、反射和/或散发处于源波长的光束124的任何其它装置。源波长例如可以包括电磁光谱的紫外、可见和/或红外部分。在一个实施例中，源波长为905nm。另外，在一些示例中，光源122可以被配置为以脉冲的形式发射一个或多个光束124。在一些示例中，光源122可以设置在一个或多个基板(例如印刷电路板(PCB)，柔性PCB等)上。
接收块130包括可被配置为从LIDAR装置104的环境接收光的一个或多个检测器132。在一个示例中，检测器132中的给定检测器被配置和布置成接收从LIDAR装置104的环境中的对象朝向给定检测器反射的光束124中的给定光束。通过该过程，例如，LIDAR装置104可以通过使用光源122发射光束124并使用检测器132检测光束124的反射来检测环境中的各种对象。虽然未示出，但是在一些示例中，接收块130可以包括诸如惰性气体，入口光阑(entrance aperture)(例如，半反射镜(half-mirror))和/或任何其它部件的附加部件，以过滤和/或调节朝向检测器传播的光132。一个或多个检测器132可以包括光电二极管、雪崩光电二极管、光电晶体管、相机、有源像素传感器(APS)、电荷耦合器件(CCD)、低温检测器或任何其他光传感器。在一个实施例中，一个或多个检测器132可以被配置为检测由光源122发射的光束124的处于源波长(例如，905nm等)的光和/或其反射。
透镜150可以可选地包括在LIDAR装置104中，并且可以被配置为使发射光束124准直和/或聚焦朝向检测器132传播的光。在一个实施例中，透镜150可以是具有光焦度(optical power)的单个透镜，以便既使光束124准直并将光聚焦到检测器132上。在另一个实施例中，透镜150可以包括两个单独的透镜。例如，第一透镜可以使由一个或多个光源122发射的一个或多个光束124准直，并且第二透镜可将朝向LIDAR装置104传播的光聚焦到一个或多个检测器132上。其他透镜配置也是可能的(例如，用于准直的多个透镜和/或用于焦点的多个透镜等)。
在一些示例中，LIDAR装置104可以包括除了图1所示的附加的、更少的或不同的部件。由此，在一些实施例中，系统100可用于组装、制造和/或校准具有各种配置的各种LIDAR装置，诸如LIDAR装置104或任何其他LIDAR装置。因此，在一些示例中，LIDAR装置104可以可移除地安装到系统100的安装平台102，以促进这种校准或组装。
在一些示例中，LIDAR装置104的各种部件，诸如发射块120、接收块130和透镜150，可以可移除地安装在LIDAR装置104内的预定位置中，以减少校准每个部件和/或包括在每个部件中的子部件的布置的负担。在这些示例中，系统100可以调整发射块120和接收块130之间的相对位置，以使一个或多个光源122与一个或多个检测器132对准。替代地，在其他示例中，系统100可以被配置为调整每个子部件(例如，光源122中的每个光源，检测器132中的每个检测器等)之间的相对位置。
相机106可以是被配置为捕获LIDAR装置104的图像的任何相机(例如，静物相机、摄像相机等)。在一些示例中，相机106可以位于给定位置处，在该给定位置处，相机106可以对由一个或多个光源发射的光束124成像，并且可以对一个或多个检测器132成像。在一个实施例中，当捕获这样的图像时，相机可以被聚焦于无限远。作为示例，相机可以被安装为具有沿着光束124的路径(例如，面向透镜150等)的视场。
作为相机106的操作的示例情境，LIDAR装置104则可以被配置为使得光源122朝向相机106发射光束124。转而，相机106可以提供光束124的第一图像。例如，第一图像可以指示一个或多个光源122的一个或多个光源位置(例如，第一图像中的亮像素等)。在该情境下，相机还可以获得指示一个或多个检测器132的一个或多个检测器位置的第二图像。其他情境也是可能的，并且在本文的示例性实施例中更详细地描述。
滤光器108可以可选地包括在系统100中，以便于上述图像的捕获和/或处理。例如，滤光器108可以沿着LIDAR装置104和相机106之间的光束124的路径定位。在一个示例中，滤光器108可以被配置为衰减包括一个或多个光源122的源波长的波长范围内的光。在该示例中，光的衰减可以促进第一图像中的相对于周围像素的与光束124相关联的对比像素。此外，在该示例中，光的衰减可以保护相机106免受光束124的强度的危害。在另一示例中，滤光器108可以被配置为衰减不包括一个或多个光源122的源波长的另一波长范围内的光。在该示例中，由相机106获得的图像可以由于滤光器108衰减具有其他波长的背景光而更清楚地表现LIDAR装置104中关注的特征(例如，一个或多个光源122，一个或多个检测器132等)。滤光器108的其他配置也是可能的，并且在本文的示例性实施例中更详细地描述。
致动器112可以可选地包括在系统100中。致动器112可以被配置为调节滤光器108的位置。例如，致动器112可以被配置为将滤光器108致动到第一位置或第二位置，在该第一位置中，滤光器108插置在LIDAR装置104和相机106之间，在该第二位置中，滤光器108不插置于LIDAR装置104和相机106之间。示例致动器可以包括马达、步进马达、气动致动器、液压活塞、继电器、螺线管和压电致动器以及其他可能性。
对准设备160可以包括联接到LIDAR装置104中的部件中的一个或多个以调节发射块120和接收块130之间的相对位置的任何装置。作为示例，对准设备160可以是物理地联接到接收块130以旋转和/或平移LIDAR 104中的接收块130的位置的机器人臂。替代地或另外，例如，机器人臂可以调节发射块120的位置。在一些示例中，对准设备160可以基于由相机106获得的一个或多个图像来调节发射块120和接收块130之间的相对位置。例如，对准设备160可以调节相对位置，以将由光源122发射的光束124中的一个或多个与检测器132中的一个或多个对准。
系统100可以可选地包括辅助光源170，所述辅助光源170发射处于源波长的光174以照明接收块130。辅助光源170(例如，LED等)的结构和形式可以类似于光源122。在一个示例中，其中相机106被配置为对于光源122的原波长聚焦于无限远时捕获图像，辅助光源170可以照明检测器132，以便于相机106获得检测器132的第二图像，同时对于相同的源波长也聚焦于无限远。
在一些示例中，滤光器108可以被配置为在捕获(例如，光束124的)第一图像期间以及在捕获(例如，检测器132的)第二图像期间，保持插置于相机106和LIDAR装置104之间。在这些示例中，来自辅助光源170的照明光174可以允许相机106在滤光器108被插置的同时捕获检测器132的图像。
在其他示例中，系统100可以被配置为在相机106获得检测器132的第二图像之前将滤光器108移动到除了相机106和LIDAR装置104之间的位置的另一位置。例如，滤光器108可以由致动器112移动。在这些示例中，相机106可以依靠背景光来获得检测器132的第二图像，或者系统100可利用辅助光源170照明接收块130。
控制器180可以包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置为依照上述讨论来操作系统100的一些或全部部件。为此，控制器180可经由有线或无线接口(未示出)联接到各种部件。在一些示例中，控制器180可以执行存储在计算机可读介质(未示出)中的程序功能，以使系统100执行本方法的各种功能和程序。
在第一示例中，控制器180可以使电源(未示出)对系统100的各个部件供电。在第二示例中，控制器180可以使LIDAR装置104的发射块120发射光束124。在第三示例中，控制器180可以操作致动器(未示出)以将滤光器108定位在LIDAR装置104和相机106之间，或者将滤光器108定位在任何其他位置。在第三示例中，控制器180可以操作相机106以获得与上述讨论相符的(例如，光束124的)第一图像和(例如，检测器132的)第二图像。在第四示例中，控制器180可以操作对准设备160以调整发射块120和接收块130之间的相对位置。在第五示例中，控制器180可操作对准设备160以将各种部件(例如，LIDAR装置104等)安装(或卸载)到安装平台102。在第六示例中，控制器180可操作辅助光源170以用光174照明接收块130。在第七示例中，控制器180可操作致动器112以移动滤光器108。其他示例也是可能的，并且在本文的示例性实施例中更详细地描述。
系统100可以包括与所示的相比的附加的、更少的或不同的部件，并且还可以执行其他功能。在一个示例中，系统100可以包括用于显示使用相机106获得的一个或多个图像的显示器(未示出)。例如，显示器可以具有用于显示由相机106捕获的图像和/或与由相机106捕获的图像交互的图形用户界面(GUI)，并且人类操作者或计算机操作者可以与GUI交互，以通过操纵GUI中的图像来调整发射块120和接收块130之间的相对位置。用于控制根据本公开的系统100的其他过程也是可行的。
图2A示出了根据示例实施例的LIDAR装置200。LIDAR 200示出了可以与诸如系统100的系统一起使用的示例LIDAR装置。例如，LIDAR装置200可以类似于系统100的LIDAR装置104，并且可以类似地安装到安装平台104，以调节LIDAR 200的检测器和光源之间的相对位置。
如图所示，LIDAR装置200包括壳体210和透镜250。此外，由第一LIDAR装置200发射的光束204从透镜250沿着第一LIDAR装置200的观察方向朝向LIDAR装置200的环境传播，并且作为反射光206从环境中的一个或多个对象反射。
包括在LIDAR装置200中的壳体210可以提供用于安装包括在LIDAR装置200中的各种部件的平台。壳体210可以由能够支撑包括在壳体210的内部空间中的LIDAR装置200的各种部件的任何材料形成。例如，壳体210可以由固体材料形成，该固定材料诸如塑料或金属，以及其它可能性。
在一些示例中，壳体210可以被配置为具有大致圆柱形的形状并围绕LIDAR装置200的轴线旋转。例如，壳体210可以具有直径约为10厘米的大致圆柱形形状。在一些示例中，轴线大致是竖直的。通过旋转包括各种部件的壳体210，在一些示例中，可以确定LIDAR装置200的环境的360度视野的三维地图，而无需经常重新校准LIDAR装置200的各种部件的布置。附加地或替代地，在一些示例中，LIDAR装置200可以被配置为倾斜壳体210的旋转轴线以控制LIDAR装置200的视场。
安装到壳体210的透镜250可以具有光焦度，以便既使发射光束204准直，还将来自LIDAR装置200的环境中的一个或多个对象的反射光205聚焦到LIDAR装置200中的检测器上。在一个示例中，透镜250具有大约为120mm的焦距。通过使用相同的透镜250来执行这两个功能，而不是使用用于准直的发射透镜和用于聚焦的接收透镜，可以提供关于尺寸、成本和/或复杂度的优点。
LIDAR装置200可以安装在围绕轴线旋转的安装结构260上，以提供围绕LIDAR装置200的环境的360度视野。在一些示例中，安装结构260可以包括可移动平台，该可移动平台可在一个或多个方向上倾斜以改变LIDAR装置200的旋转轴线。
图2B是图2A所示的第一LIDAR 200的横截面视图。如图所示，壳体210容纳发射块220、接收块230、共享空间240和透镜250。为了说明的目的，图2B示出了x-y-z轴，其中z轴处于大致竖直的方向。
发射块220包括沿着由透镜250限定的弯曲焦面228布置的多个光源222a-c。所述多个光源222a-c可以被配置为分别发射具有波长范围内的波长的多个光束202a-c。例如，所述多个光源222a-c可以包括发射具有波长范围内的波长的多个光束202a-c的激光二极管。所述多个光束202a-c被反射镜224反射通过出口光阑226到共享空间240中并朝向透镜250。
光源222a-c可以包括激光二极管、发光二极管(LED)、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLED)、发光聚合物(LEP)、液晶显示器(LCD)、微机电系统(MEMS)或被配置为选择性地发射、反射和/或散发光以提供多个发射光束202a-c的任何其它装置。在一些示例中，光源222a-c可以被配置为发射可由接收块230中包括的检测器232a-c检测的波长范围内的发射光束202a-c。源波长范围例如可以在电磁光谱的紫外、可见和/或红外部分中。在一些示例中，波长范围可以是窄的波长范围，诸如由激光器提供。在一个实施例中，波长范围包括905nm的源波长。另外，光源222a-c可以被配置为以脉冲形式发射发射光束202a-c。在一些示例中，多个光源222a-c可以设置在一个或多个基板(例如，印刷电路板(PCB)，柔性PCB等上)上，并且被布置为朝向出口光阑226发射多个光束202a-c。
尽管图2B示出了弯曲焦面228在x-y平面中弯曲，附加地或替代地，所述多个光源222a-c可以沿着在竖直平面中弯曲的焦面布置。例如，弯曲焦面228可以在垂直平面中具有曲率，并且多个光源222a-c可以包括附加光源，所述附加光源沿着弯曲焦面228竖直地布置并被配置为发射指向反射镜224并反射通过出口光阑226的光束。在该示例中，检测器232a-c还可以包括对应于光源222a-c的附加光源的附加检测器。此外，在一些示例中，光源222a-c可以包括沿着弯曲焦面228水平地布置的附加光源。在一个实施例中，光源222a-c可以包括发射具有905nm的波长的光的64个光源。例如，这64个光源可以沿着弯曲焦面228布置成四列，每列包括16个光源。在这种情况下，检测器232a-c可以包括沿弯曲焦面238类似布置的64个检测器(例如，每列包括16个检测器的4个列等)。在其他实施例中，光源222a-c和检测器232a-c相比于图2B中所示的，可以包括附加的或更少的光源和/或检测器。
由于多个光源222a-c沿着弯曲焦面228布置，所以在一些示例中，多个光束202a-c可以朝着出口光阑226汇聚。因此，在这些示例中，出口光阑226可以被最小化地定尺寸，同时能够容纳多个光束202a-c的竖直和水平程度(extent)。另外，在一些示例中，弯曲焦面228可由透镜250限定。例如，由于透镜250的形状和组成，弯曲焦面228可以对应于透镜250的焦面。在该示例中，多个光源222a-c可以沿着在发射块处由透镜250限定的焦面布置。
多个光束202a-c在延伸通过发射块220、出口光阑226和共享空间240的发射路径中朝向透镜250传播。透镜250使多个光束202a-c准直，以将准直光束204a-c提供到LIDAR装置200的环境中。准直光束204a-c分别对应于多个光束202a-c。在一些示例中，准直光束204a-c作为反射光206从LIDAR装置200的环境中的一个或多个对象反射。随着聚焦光208沿着延伸通过共享空间240到接收块230上的接收路径行进，反射光206可以被透镜250聚焦到共享空间240中。例如，随着聚焦光208a-c朝向接收块230传播，聚焦光208可被反射表面242反射。
由于透镜250的形状和组成，透镜250可能够既使多个光束202a-c准直，又使反射光206沿着接收路径208朝向接收块230聚焦。例如，透镜250可以具有面向壳体210的外部的非球状表面252和面向共享空间240的环形表面254。通过使用相同的透镜250来执行这两个功能，而不是使用用于准直的发射透镜和用于聚焦的接收透镜，可以提供关于尺寸、成本和/或复杂度的优点。
出口光阑226包括在分离发射块220与共享空间240的壁244中。在一些示例中，壁244可以由涂覆有反射材料242的透明材料(例如，玻璃)形成。在该示例中，出口光阑226可以对应于壁244的未被反射材料242涂覆的部分。附加地或替代地，出口光阑226可以包括在壁244中的孔或切除部。
聚焦光208被反射表面242反射并指向接收块230的入口光临那234。在一些示例中，入口光阑234可以包括滤波窗口，该滤波窗口被配置为允许由多个光源222a-c发射的多个光束202a-c的波长范围(例如，源波长)中的波长并且衰减其它波长。在一些示例中，入口光阑234可以包括半反射镜，该半反射镜被配置为反射聚焦光208a-c的一部分并允许聚焦光208a-c的另一部分朝向检测器232a-c传播。由反射表面242从聚焦光208a-c反射的聚焦光208a-c分别传播到多个检测器232a-c上。
所述多个检测器232a-c可以沿着接收块230的弯曲焦面238布置。尽管图2B示出了弯曲焦面238沿x-y平面(水平面)弯曲，但附加地或替代地，弯曲焦面238可以在竖直平面中弯曲。焦面238的曲率也由透镜250限定。例如，弯曲焦面238可以对应于由透镜250沿着接收路径投射的光在接收块230处的焦面。
检测器232a-c可以包括光电二极管、雪崩光电二极管、光电晶体管、相机、有源像素传感器(APS)、电荷耦合装置(CCD)、低温探测器或被配置为接收具有在发射光束202a-c的波长范围中的波长(例如，源波长)的聚焦光208a-c的任何其他光传感器。
聚焦光208a-c中的每一个分别对应于发射光束202a-c并被分别指向到多个检测器232a-c上。例如，检测器232a被配置和布置为接收聚焦光208a，所述聚焦光208对应于从LIDAR装置200的环境中的一个或多个对象反射的准直光束204a。在该示例中，准直光束204a对应于由光源222a发射的光束202a。由此，检测器232a接收由光源222a发射的光，检测器232b接收由光源222b发射的光，并且检测器232c接收由光源222c发射的光。
通过将接收的光208a-c与发射的光束202a-c比较，可以确定LIDAR装置200的环境中的一个或多个对象的至少一个方面。例如，通过比较由多个光源222a-c发射多个光束202a-c的时间和多个检测器232a-c接收聚焦光208a-c的时间，可以确定LIDAR装置200和LIDAR装置200的环境中的一个或多个对象之间的距离。在一些示例中，还可以确定诸如形状、颜色、材料等其他方面。
在一些示例中，LIDAR装置200可围绕轴线旋转，以确定LIDAR装置200的周围的的三维地图。例如，如箭头290所示，LIDAR装置200可绕大致竖直的轴线旋转。尽管示出了LIDAR装置200如箭头290所示围绕轴线逆时针地旋转，附加地或替代地，LIDAR装置200可以沿顺时针方向旋转。在一些示例中，LIDAR装置200可绕轴线旋转360度。在其他示例中，LIDAR装置200可以沿着LIDAR装置200的360度视野的一部分来回旋转。例如，LIDAR装置200可以安装在围绕轴线来回摆动而不完全旋转的平台上。
由此，光源222a-c和检测器232a-c的布置可以允许LIDAR装置200具有特定的竖直视场。在一个示例中，LIDAR装置200的垂直FOV为20°。此外，LIDAR装置200的旋转允许LIDAR装置200具有360度水平FOV。此外，旋转速率可以允许装置具有特定的刷新速率。在一个示例中，刷新速率为10Hz。刷新速率以及光源222a-c和检测器232a-c的布置也可以允许LIDAR装置300具有特定的角度分辨率。在一个示例中，角度分辨率为0.2°×0.3°。然而，诸如刷新速率和角度分辨率的各种参数可以根据LIDAR装置200的配置而变化。此外，在一些示例中，相比于图2A-2B所示的，LIDAR装置200可以包括附加的、更少的或不同的部件。
图2C是图2A所示的LIDAR装置200的透视图，其中移除各种部件以图示LIDAR装置200的内部。如图所示，LIDAR装置200的各种部件可以可拆卸地安装到壳体210。例如，发射块220可以包括一个或多个印刷电路板(PCB)，其被装配在壳体210的可以安装发射块220的部分中。尽管图2C示出了具有一个PCB的发射块220，但是在一些实施例中，发射块320可以包括多个PCB(未示出)，每个PCB包括多个光源232a-c中的一些。在一个实施例中，发射块中的每个PCB可以包括16个光源，并且发射块220可以包括四个PCB。因此，在该实施例中，LIDAR装置200可以包括64个光源。其他实施例也是可能的，其中发射块220包括不同数量的光源。此外，接收块230可以包括多个检测器(例如，检测器232a-c等)，所述多个检测器安装到柔性基板，并且可以作为包括多个检测器的块可拆卸地安装到壳体210。类似地，透镜250可以安装到壳体210的另一侧。
图3示出了根据示例实施例的发射块320。发射块320可以类似于图1-2中描述的发射块120和/或220。例如，发射块320包括与包括在图2A-2C的发射块220中的多个光源222a-c类似的多个光源322a-c。此外，光源322a-c沿着在垂直平面中弯曲的焦面328布置。光源322a-c被配置为发射多个光束302a-c，所述多个光束302a-c通过壁344中的出口光阑326会聚和传播。
虽然多个光源322a-c可以沿着在竖直平面中弯曲的焦面328布置，但是另外地或替代地，多个光源322a-c可以沿着在水平平面中弯曲的焦面或既竖直地又水平地弯曲的焦面布置。例如，多个光源322a-c可以被布置成弯曲的三维网格图案。例如，发射块320可以包括竖直安装的多个印刷电路板(PCB)，使得诸如多个光源322a-c的一列光源沿着每个PCB的竖直轴线布置、并且多个PCB中的每个可以沿着水平弯曲的平面布置成与其它竖直安装的PCB相邻，以提供三维网格图案。替代地，在一些示例中，光源322a-c可以沿着诸如线性表面的任何其它表面布置。此外，尽管发射块320被示出为包括多个光源322a-c，但是在一些示例中，发射块320可以仅包括一个光源，或与图3所示相比包括不同数量的光源。
如图3所示，光束302a-c朝向出口光阑326会聚，这允许出口光阑326的尺寸最小化，同时容纳光束302a-c的垂直和水平程度，类似于在图2B中所描述的出口光阑226。
由光源222a-c发射的光可以被部分准直，以适合通过出口光阑224。图4A、4B和4C示出了如何实现这种部分准直的示例。在该示例中，光源400由激光二极管402和柱面透镜404组成。如图4A所示，激光二极管402具有光阑406，该光阑406具有对应于快轴408的较短尺寸的和对应于慢轴410的较长尺寸。图4B和4C示出了从激光二极管402发射的未被准直的激光束412。激光束412在两个方向上发散，一个方向由快轴408限定，另一个大致正交的方向由慢轴410限定。图4B示出了激光束412沿着快轴408的发散，而图4C示出了激光束412沿着慢轴410的发散。激光束412沿着快轴408比慢轴410更快地发散。
在一个具体示例中，激光二极管402是欧司朗(Osram)SPL DL90_3纳秒脉冲激光二极管(nanostack pulsed laser diode)，其发射具有约896nm至约910nm(标称波长为905nm)的波长范围的光的脉冲。在该具体示例中，光阑对应于其快轴具有约10微米的较短尺寸，对应于其慢轴具有约200微米的较长尺寸。在该具体示例中的激光束的发散度沿着快轴约为25度，沿着慢轴约为11度。应当理解，该具体示例仅仅是说明性的。激光二极管402可以具有不同的配置、不同的孔径尺寸、不同的光束发散度和/或发射不同的波长。
如图4B和4C所示，柱面透镜404可以位于光阑406的前面，所述柱面透镜404的圆柱轴线414大致平行于慢轴410并垂直于快轴408。在这种布置中，柱面透镜404可以使激光束412沿着快轴408预准直，导致部分准直的激光束416。在一些示例中，该预准直可以将沿着快轴408的发散度减小到大约一度或更小。尽管如此，激光束416仅被部分准直，因为沿着慢轴410的发散度可通过柱面透镜404而大部分地不改变。由此，由激光二极管发射的未准直激光束412沿着快轴408比沿着慢轴410具有更高的发散度，由柱面透镜404提供的部分准直的激光束416沿着慢轴410比沿着快轴408可以具有更高的发散度。此外，在未准直的激光束412和部分准直的激光束416中沿慢轴410的发散度可以基本相等。
在一个示例中，柱面透镜404是直径为约600微米的微柱透镜(microrodlens)，其放置于光阑406的前方约250微米处。微柱透镜的材料可以是例如熔融二氧化硅或硼硅酸盐冕玻璃，诸如Schott BK7。柱面透镜404也可用于沿着快轴408提供放大。例如，如前所述，如果光阑406的尺寸为10微米乘以200微米，并且柱面透镜404是如上所述的微柱透镜，则柱面透镜404可将较短的尺寸(对应于快轴408)放大约20倍。该放大有效地将光阑406的较短尺寸伸展成与较长尺寸大约相同。结果，当来自激光束416的光例如聚焦在检测器上时，聚焦斑可以具有大致正方形的形状而不是光阑406的矩形狭缝形状。
图5A示出了根据示例实施例的接收块530。图5B示出了包括在图5A的接收块530中的三个检测器532a-c的侧视图。接收块530可以类似于图1的接收块130和/或图2B-2C的接收块230。例如，类似于由图2B中描述的接收块230、检测器232a-c和弯曲平面238，接收块530包括沿着由透镜550限定的弯曲表面538布置的多个检测器532a-c。来自透镜550的聚焦光508a-c沿着包括反射表面542的接收路径传播到检测器532a-c上，其分别类似于图2B所示的聚焦光208a-c、透镜250、反射表面242和检测器232a-c。
接收块530包括柔性基板580，多个检测器532a-c沿着弯曲表面538布置在该柔性基板580上。柔性基板580通过安装到具有弯曲表面538的接收块壳体590而与弯曲表面538相符合。如图5B所示，弯曲表面538包括沿着接收块530的竖直和水平轴线弯曲的检测器532a-c的布置。
在一些实施例中，检测器532a-c的数量和布置可以不同于图5A-5B所示的那些。例如，检测器532a-c可以沿着线性表面交替布置，或者可以替代地仅包括一个检测器，以及其他可能性。
如上文在图1的描述中所指出的，系统100可以与具有各种配置的各种LIDAR装置一起使用，诸如图2A-2C的LIDAR装置200。图6A示出了根据示例实施例、可以与系统100一起使用的另一LIDAR装置600。
如图所示，LIDAR装置600包括光学组件610、发射透镜652、接收透镜654、反射镜620、销622和马达670。为了说明的目的，图6A示出了x-y-z轴，其中z轴指向页面，并且x轴和y轴沿着页面的表面限定水平面。
在一些示例中，LIDAR装置600可以发射光，该光远离反射镜660沿着LIDAR装置600的观察方向(例如，平行于图6A中所示的Z轴等)朝向LIDAR装置600的环境传播，并可以接收来自环境中的一个或多个对象的反射光。
因此，光学组件610可以被配置为朝向反射镜660发射光脉冲，所述光脉冲然后由反射镜660朝向环境反射。此外，光学组件610可以被配置为接收从反射镜660反射的反射光。在一个实施例中，光学组件610可以包括单个激光发射器，该单个激光发射器被配置为提供具有905nm的波长的窄光束。在其他实施例中，类似于图2A-2C的LIDAR装置200，光学组件610可以包括多个光源。如图所示，光学组件610包括发射透镜652和接收透镜654，所述发射透镜652用于将来自光学组件610的发射光准直和/或聚焦到反射镜620上，所述接收透镜654用于将来自反射镜660的反射光聚焦到光学组件610的一个或多个检测器(未示出)上。然而，在一些示例中，类似于LIDAR装置200的透镜250，光学组件610可以替代地包括用于发射光的准直和反射光的聚焦的单个透镜。
如图所示，反射镜660可以布置成将来自发射透镜652的发射光朝向LIDAR装置600的观察方向引导。此外，例如，反射镜660可以布置成将来自反射镜660的反射光朝向接收透镜654引导。在一些示例中，反射镜6690可以是三角反射镜，所述三角反射镜执行围绕由销662限定的轴线的完全旋转。在一个示例中，LIDAR装置600的竖直FOV为110°。
销662可以被配置成将反射镜660安装到LIDAR装置600。转而，销662可以由能够支撑反射镜660的任何材料形成。例如，销662可以由固体材料形成，该固定材料诸如塑料或金属，以及其它可能性。在一些示例中，LIDAR装置600可以被配置为使反射镜660围绕销662旋转完全的旋转，以竖直地引导来自光学组件610的发射光。在其他示例中，LIDAR装置600可以被配置为使反射镜660围绕销662旋转一给定角度范围，以引导发射光。由此，在一些示例中，通过调节反射镜660围绕销662的旋转可能实现各种竖直FOV。
马达670可以包括诸如步进马达、电动马达、燃烧马达、扁平型马达和/或压电致动器等。在一些示例中，马达670可以被配置为使LIDAR装置600的各种部件(例如，光学组件610，反射镜660，销662等)围绕LIDAR装置600的轴线旋转。例如，类似于图6A所示的y轴，轴线可以是大致竖直的。通过使LIDAR装置600的各种部件围绕轴线旋转，在一些示例中，马达670可以水平地引导从反射镜660反射的发射光，从而允许LIDAR装置600具有水平FOV。在一个实施例中，马达670可以旋转一限定旋转量，诸如270°。在该实施例中，LIDAR装置600可以由此具有270°的水平FOV。然而，其他旋转量也是可能的(例如，360°、8°等)，从而允许LIDAR装置600的不同的水平FOV。因此，在一些示例中，LIDAR装置600可以提供图1的LIDAR装置104和/或图2A-2C的LIDAR装置200的、用于扫描环境或其一部分的替代装置。
图6B示出了图6A中示出的LIDAR装置600的局部横截面视图。应注意，为了方便描述，从图6B的图示中省略了LIDAR装置600的一些部件。
如图所示，光学组件610包括发射块620，该发射块620包括一个光源622。在一些示例中，类似于LIDAR装置200的发射块220，发射块620可以替代地包括多于一个光源。然而，为了示例的目的，发射块620包括一个光源622。光源622可以被配置为朝向发射透镜652发射一个或多个光脉冲(例如，激光束等)。例如，如图所示，发射光602a离开光源622朝向发射透镜652传播。在一些示例中，光源622可以类似于图2A-2C的LIDAR装置200的光源222a-c。在一个实施例中，光源622可以被配置为发射具有905nm的波长的光脉冲。在其他实施例中，光源622可以被配置为发射具有任何其它波长的光。
根据上述讨论，发射透镜652可以被配置为将发射光602a准直成一个或多个准直光束602b和/或可被配置为将发射光602a作为聚焦光602b聚焦到反射镜660上。
如图所示，反射镜660可以是具有三个反射表面660a、660b、660c的三角形反射镜。然而，在其他示例中，反射镜660可以替代地包括更多或更少数量的反射表面。如图所示，准直光602b然后可以作为发射光602c反射离开反射表面602a并进入LIDAR600的环境中。例如，箭头604示出了发射光602c的方向。实际上，随着反射镜660围绕由销662限定的轴线旋转时，发射光602c可被引导以具有与箭头604所示的方向不同的方向。例如，发射光602c的方向604可以替代地对应于沿箭头606的不同方向。由此，通过围绕销662旋转反射镜660，LIDAR装置600可以例如被配置为具有竖直FOV。
以示例的方式考虑反射镜660被配置为围绕由销662限定的轴线沿顺时针方向连续旋转的情境。在这种情境下，发射光602c的方向604由此也可以沿如箭头606所示的顺时针方向被调节，直到聚焦光602b反射离开反射表面660a的边缘。此时，发射光602c将被朝向LIDAR装置600的竖直FOV的最大程度指向。继续这种情境，随着反射镜660继续旋转时，可以将准直光602b聚焦到反射表面660b上而不是反射表面660a上。此时，反射光602c可被引导到朝向LIDAR装置600的竖直FOV的最小程度的方向。继续这种情境，随着反射镜660继续旋转时，发射光602c的方向则可以在朝向竖直FOV的最大程度的顺时针方向上被调节，所述竖直FOV的最大程度对应于被聚焦到反射表面660b的另一边缘上的光602b。类似地，继续该情境，然后可以通过从反射表面660c而不是从反射表面660b反射光602b来调节发射光602c的方向，以扫描LIDAR装置600的竖直FOV。通过该过程，例如，LIDAR装置600可以连续扫描竖直FOV。以示例的方式作为上述情境的变型，反射镜660可以替代地被配置为在给定的角度范围内旋转(例如，摆动等)，以限定比上述情境的竖直视场更窄的竖直视场。用于反射镜660的旋转的其他配置也是可能的。
图6C示出了图6A的LIDAR装置600中的光学组件610的部分横截面视图。为了说明的目的，图6C示出了x-y-z轴，其中z轴指向页面，并且x轴和y轴沿着页面的表面限定水平面。
如图所示，光学组件610包括发射块620，该发射块620包括一个光源622。光源622可以类似于的LIDAR装置200的光源222a-c。根据上述讨论，在一些示例中，发射块620可以替代地包括多于一个的光源。光源622被配置为朝向发射透镜652发射光602a。此外，光学组件610包括接收块630，该接收块630包括一个检测器632。检测器632可以类似于LIDAR装置200的检测器232a-c。再次，在一些示例中，接收块630可以替代地包括多于一个的检测器。检测器632可以被配置为接收由接收透镜654聚焦的光608。
如图所示，光学组件610还包括光学屏蔽612。光学屏蔽612可以被配置为至少对于具有发射光602a的源波长的光，在发射块620和接收块630之间提供光学屏蔽。转而，光学屏蔽612可以减轻对由接收块630的检测器632检测到的光608的干扰。光学屏蔽612可以例如形成为由金属、金属油墨或金属泡沫涂覆的壁以提供屏蔽。示例金属可以包括铜或镍。对于光学屏蔽612，其他配置和/或材料也是可能的。
如在图1的系统100的描述中所指出的，在一些示例中，本方法允许检测器632与源于光源622的光对准。作为示例，对准设备(例如，设备160)可以联接到发射块620和/或接收块630，并且然后可以调节发射块620和接收块630之间的相对位置以执行对准。
光学组件610的光学部件(即，发射块620和接收块630)可以各自具有六个自由度(DOF)。六个DOF中的三个是平移的：前/后(例如，线性地沿着与图6C所示的y轴平行的光学部件的轴线)，上/下(例如，线性地沿着与z轴平行的光学部件的轴线)和左/右(例如，线性地沿着与x轴平行的光学部件的轴线)。此外，六个DOF中的三个是旋转的：俯仰(例如，围绕平行于x轴的光学部件的轴线的旋转)，偏摆(例如，围绕平行于z轴的光学部件的轴线的旋转)和滚动(例如，围绕平行于y轴的光学部件的轴线的旋转)。根据本公开，对准设备(未示出)可以通过调节对于发射块620和接收块630中的一个或两个的上述六个DOF中的一些或全部来调节图6C所示的发射块620和接收块630之间的相对位置。
根据上述讨论，本文的系统和方法允许用于具有各种不同配置的LIDAR装置的光学对准。由此，LIDAR装置200和600的配置仅用于示例性目的被示出。对于本文中的系统和方法，其他配置和LIDAR装置也是可能的。
图7A示出了根据示例实施例的系统700。系统700可以类似于图1的系统100。例如，如图所示，系统700包括安装平台702、LIDAR装置704、相机706、滤光器708和对准设备760，其可以分别类似于系统100的安装平台102、LIDAR装置104、相机106、滤光器108和对准设备160。如图所示，系统700还包括安装结构710、致动器712和操纵器762。
安装结构710可以类似于安装平台702而由任何固体材料(例如，金属，塑料等)形成，并且可以被成形为便于将系统700的部件中的一个或多个联接到安装平台702。如图所示，例如，安装结构710将相机706和滤光器708联接到安装平台702。然而，在一些示例中，单独的安装结构可以用于相机706和滤光器708中的每一个。
致动器712可以被配置为调节滤光器708的位置。示例致动器可以包括马达、步进马达、气动致动器、液压活塞、继电器、螺线管和压电致动器等。
操纵器762可以包括被配置为将对准设备702与LIDAR装置704的一个或多个部件联接的任何结构。根据上述讨论，系统700可以调整LIDAR装置704的发射块(未示出)和接收块(未示出)之间的相对位置。例如，对准设备760(例如，机器人臂等)可以通过调整操纵器762的位置或改变操纵器762的取向等来调节发射块和接收块之间的相对位置。
如图所示，安装平台702包括多个孔，例如孔702a和702b。在一些实施例中，诸如LIDAR装置704、相机706和/或滤光器708的各种部件可以通过将各种部件联接到安装平台中的这种孔(例如通过紧固通过孔的螺栓)而被安装到安装平台。在其他实施例中，各种部件可以经由其他过程或装置安装到安装平台702。在一个示例中，各种部件可以经由施加粘合剂等而安装到安装平台702。在另一示例中，安装结构可以将部件中的一个或多个联接到安装平台702。例如，如图7A所示，安装结构710可以联接到安装平台702(例如，通过将螺栓紧固到孔中的一个等)，并且还可以联接到相机706和滤光器708，以提供相机706和滤光器708相对于安装平台702的特定位置。安装结构710的其他配置和形状也是可能的。
此外，如图所示，LIDAR装置704具有类似于图2A-2C的LIDAR装置200的配置。然而，在一些示例中，其他配置对于LIDAR装置704是可能的，诸如图6A-6C的LIDAR装置600的配置等。
用于系统700的操作的示例情境如下。首先，如图所示，LIDAR装置704可以安装到安装平台702，以具有视场(FOV)，由LIDAR装置704的发射块(未示出)发射的光和由LIDAR装置704的接收块(未示出)接收的光通过该视场传播。例如，LIDAR装置704可以使用对准设备760(例如，机器人臂等)或任何其他装置(例如，机械工具等)被安装到安装平台702。接下来，相机706可以定位在相对于LIDAR装置704的给定位置处，使得相机706可以获得LIDAR装置704的接收块(未示出)的图像和/或由LIDAR装置704的发射块(未示出)发射的光。
继续该情境，对于由LIDAR装置704发射的光的源波长(例如，905nm)，相机706然后可以被聚焦到无限远。接下来，滤光器708可以定位在第一位置处，以沿着LIDAR装置704的FOV插置在LIDAR装置704和相机706之间。例如，致动器712可以被配置为将滤光器708移动到图7A所示的第一位置。
继续该情境，系统700然后可以使LIDAR装置704的发射块(未示出)发射通过滤光器708并朝向相机706的一个或多个光束。以示例的方式返回参照图2B，光束可对应于从透镜250传播出来的光束204a-c。接下来，相机706可以获得由LIDAR装置704发射的光束的第一图像。继续图2B的示例，第一图像可以指示LIDAR装置200中的光源222a-c的光源位置。在这种情境下，此时，系统然后可以使LIDAR装置704停止发射光束。
继续该情境，系统然后可以使致动器712将滤光器708移动到第二位置，在该第二位置处，滤光器708未插置在相机706和LIDAR 704之间。图7B示出了在上述第二位置处的滤光器708。转而，相机706可以获得第二图像。第二图像可以指示在LIDAR装置704的接收块(未示出)中的检测器的检测器位置。以示例的方式返回参考图2B，第二图像可以表示经由反射镜242和透镜250对于相机706可视的检测器232a-c的检测器位置。
继续该情境，系统700然后可以基于第一图像和第二图像来确定至少一个偏移。在一种情况下，所述至少一个偏移可以包括LIDAR装置704的相邻光源和/或相邻检测器之间的距离。在另一种情况下，所述至少一个偏移可以包括由LIDAR装置704中的光源发射的光束和LIDAR装置704的对应检测器之间的距离。其他偏移也是可能的，并且在本文的示例性实施例中更详细地说明。
根据上述讨论，对准设备760(例如，机器人臂等)可以经由操纵器762联接到LIDAR装置704的发射块(未示出)和/或接收块(未示出)。由此，在该情境下，对准设备760然后可以根据所确定的至少一个或多个偏移来调节发射块和接收块之间的相对位置。
图7C示出了图7A-7B所示的系统700的局部视图。应注意，为了方便描述，从图7C的图示中省略了系统700的一些部件。为了说明的目的，图7C示出了x-y-z轴，其中z轴指向页面，并且x轴和y轴沿着页面的表面限定水平面。
如图7C所示，操纵器762包括突起762a-d，所述突起762a-d可被配置为与接收块730联接。接收块730可以包括在图7A-7B所示的LIDAR装置704中。应注意，为了方便描述，从图7C的图示中省略了LIDAR装置704的其他部件(例如，发射块等)。接收块730可以类似于系统200的接收块230。然而，在一些实施例中，接收块730可以采取任何其他形式，诸如接收块630的配置等等。
类似于图6C的接收块630的描述，接收块730具有六个自由度(DOF)。六个DOF中的三个是平移的：前/后(例如，线性地沿着与图7C所示的z轴平行的接收块730的轴线)，上/下(例如，线性地沿着与y轴平行的接收块730的轴线)和左/右(例如，线性地沿着平行于x轴的接收块730的轴线)。此外，六个DOF中的三个是旋转的：俯仰(例如，围绕平行于x轴的接收块730的轴线的旋转)，偏摆(例如，围绕平行于y轴的光学部件的轴线的旋转)和滚动(例如，围绕平行于z轴的光学部件的轴线的旋转)。
继续这种情境，系统700可以通过调节根据以上讨论的接收块730的前/后位置、上/下位置、左/右位置、俯仰、偏摆和/或滚动来调节接收块730在联接至操纵器762时的位置。转而，系统700可以调整LIDAR 704的发射块(未示出)和接收块730之间的相对位置。在一些实施例中，对于接收块730的位置/取向的调节附加地或替代地，操纵器762可以以类似的方式调节LIDAR装置704的发射块(未示出)的位置/取向。通过该过程，例如，系统700可以将LIDAR装置704的一个或多个光源与LIDAR装置704的一个或多个检测器对准。
在一些实施例中，系统700然后可以将操纵器762与接收块730(或发射块)脱离联接，并且接收块730可被配置为保持在由对准设备760执行的对准(例如，相对位置)处。作为示例，系统700可以将环氧树脂或其他粘合剂施用到接收块730的外围，以将接收块730保持在与LIDAR装置704的发射块对准的相对位置处。在一种情况下，操纵器762可以保持为联接到接收块730直到粘合剂固化。然而，其他过程也可能用于维持LIDAR装置704的发射块和接收块730之间的相对位置。例如，接收块730可以使用螺栓、螺钉或任何其他装置等紧固到LIDAR装置704的壳体。
应注意的是，上述情境仅用于示例性目的。其他情境也是可能的，其可以包括系统700的部件中的一些或全部，或者可以包括除了所描述的过程的其他过程。下面给出了情境的示例变型的非穷尽性列表。
在第一示例中，系统700可以不包括滤光器708。例如，相机706可以被配置为获得第一图像和第二图像，而滤光器708未被插置在相机706和LIDAR装置704之间。
在第二示例中，相机706和滤光器708可以与LIDAR装置704分开安装。例如，系统700可以这样的组装线中实现：诸如LIDAR装置704的多个LIDAR装置位于组装带上的。在这种情况下，相机706、滤光器708和机器人臂760可以独立地安装为邻近于组装带，并且可以执行与上述情境类似的功能，以校准组装线中的每个LIDAR装置。
在第三示例中，接收块730可以由与辅助光源170类似的辅助光源(未示出)照明。例如，当由LIDAR装置704发射的激光束的第一图像被相机706捕获的同时，且当接收块的第二图像也被捕获的同时，滤光器708可以保持为插置在LIDAR装置704和相机706之间。在这种情况下，由于通过辅助光源的照明，接收块730将通过滤光器708对相机706可见，所述辅助光源具有通过滤光器708可视的处于源波长的光。
在第四示例中，LIDAR装置704可以被配置为在相机106捕获第一图像和第二图像的同时继续发射光。例如，滤光器708可以替代地衰减由LIDAR装置704的光源发射的具有源波长的光束。由此，在这种情况下，在相机706正在捕获指示光源位置的第一图像的同时，可以如图7B所示地定位滤光器708。此外，在这种情况下，在相机706正在捕获指示检测器位置的第二图像时，滤光器708可以如图7A所示地定位。由此，滤光器708的各种配置因此可以与上述讨论一致地影响系统700的操作。
在第五示例中，相机706可以被配置为捕获单个图像而不是第一图像和第二图像。单个图像可以指示LIDAR装置704中的光源的光源位置以及接收块730中的检测器的检测器位置两者。以示例的方式返回参考图2B，单个图像可以捕获光束204a-c和从检测器232a-c反射的光。如在上述第三示例中，在该示例中的接收块730可以由辅助光源照明，使得检测器232a-c通过滤光器708可视。其他示例情境也是可能的。
图8出了根据示例实施例的另一系统800。系统800可以类似于系统100和700。例如，系统800包括安装平台802、相机806、滤光器808和对准设备860，其分别类似于系统700的安装平台702、相机706、滤光器708和对准设备760。系统800还包括与系统100的LIODAR装置104类似的LIDAR装置804。系统800还包括操纵器862，该操纵器862被成形且被配置为将对准设备860与LIDAR装置804的一个或多个部件联接。系统800还包括与系统100的辅助光源170相似的辅助光源870。
如图所示，LIDAR装置804具有类似于图6A-6C的LIDAR装置600的配置。然而，在一些示例中，其他配置也是可能的，诸如LIDAR装置200的配置以及其他可能性。
如图所示，滤光器808插置在LIDAR装置804和相机806之间。另外，相机806位于给定位置处，在该给定位置处，相机806可以对由LIDAR装置804发射的一个或多个光束成像，并且可以对LIDAR装置804中的一个或多个检测器(未示出)成像。以示例的方式返回参考图6A，相机806可被定位成具有面向LIDAR装置600的反射镜660的视场。
然而，如图所示，系统800不包括移动滤光器808的致动器(例如，系统700的致动器712)。而是，系统800包括辅助光源870，以使用具有由LIDAR装置804中的一个或多个光源(未示出)发射的光的源波长的光来照明LIDAR装置804的接收块(未示出)。例如，这种照明可以允许LIDAR装置804的接收块中的检测器通过滤光器808被相机806可见。尽管辅助光源870被示出为与系统800的其他部件分开地安装，但是在一些示例中，辅助光源870可以替代地安装到系统800的任何部件，诸如对准设备860、滤光器808、安装平台802等。在一个示例中，辅助光源870可以替代地安装在LIDAR装置804的内部。以示例的方式返回参考图6C，辅助光源可以替代地安装到光学组件610的壁。辅助光源870的其他配置也是可能的。
如图所示，操纵器862具有与系统700的操纵器762不同的形状和结构。以示例的方式返回参考图6C，操纵器862可以具有适于调节发射块620和/或接收块630的位置/取向的任何形状。
因此，在一些示例中，系统800可以执行与针对系统100和系统700所描述的功能类似的功能，但是可以包括适合于诸如LIDAR装置804的配置的其他LIDAR装置配置的一些变型。
图9是根据示例实施例的方法900的流程图。图9所示的方法900提出了可以与例如系统100、700、800，LIDAR装置200、600，发射块320，光源400和/或接收块530中的任何一起使用的方法的实施例。方法900可以包括由框902-912中的一个或多个示出的一个或多个操作、功能或动作。尽管按顺序示出了框，但是在一些情况下，这些框可以并行执行和/或以与本文中所描述的顺序不同的顺序执行。此外，各个框可以组合成更少的框、被划分为附加框、和/或基于期望的实施而被移除。
此外，对于方法900和本文公开的其他过程和方法，该流程图示出了本实施例的一个可能实施的功能和操作。在这方面，每个框可以表示模块、部段、制造或操作过程的一部分或程序代码的一部分，所述程序代码的一部分包括可由处理器执行的、用于实现过程中的特定逻辑功能或步骤的一个或多个指令。程序代码可以存储在任何类型的计算机可读介质上，例如，诸如包括盘或硬盘驱动器的存储装置。计算机可读介质可以包括非暂时性计算机可读介质，例如，诸如如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)的短时间存储数据的计算机可读介质。计算机可读介质还可以包括非暂时介质，诸如如只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、压缩盘只读存储器(CD-ROM)的次级或持久性长期存储器。计算机可读介质也可以是任何其他易失性或非易失性存储系统。计算机可读介质可以被认为是例如计算机可读存储介质或有形存储装置。
此外，对于方法900和本文所公开的其他过程和方法，图9中的每个框可以表示被连线以执行过程中的特定逻辑功能的电路。
在框902处，方法900涉及将发射块和接收块安装在光检测与测距(LIDAR)装置中，以提供发射块和接收块之间的相对位置。发射块可以包括被配置为发射处于源波长的光的一个或多个光源。接收块可以包括被配置为检测处于源波长的光的一个或多个检测器。在一个实施例中，源波长为905nm。在其他实施例中，源波长可以是任何其他波长(例如，红外、紫外、X射线、可见的等)。
作为示例，发射块和接收块可以由机器人臂(例如，对准设备160、760、860等)安装到壳体(例如，壳体210、光学组件610等)中，以提供相对位置。在该示例中，相对位置可以类似于图2B的发射块220和接收块230之间的相对位置、或者图6C的发射块620和接收块630之间的相对位置以及其他可能性。然而，在其他示例中，框902处的安装可以由除了对准设备以外的装置来执行。例如，框902处的安装可以对应于由针对已经安装在LIDAR装置中的发射块和接收块执行方法900的系统进行的对准(例如，相对位置的调节)。
在一些示例中，LIDAR装置可以包括透镜，该透镜被配置为(i)使从一个或多个光源发射的光准直，并且(ii)将光聚焦到一个或多个检测器上，类似于LIDAR装置200的透镜250。在其他示例中，类似于LIDAR装置600的发射透镜652和接收透镜654，LIDAR装置可以包括用于准直发射光的发射透镜和用于聚焦接收光的接收透镜。
在框904处，方法900涉及将相机定位在给定位置处，在该给定位置处，当相机聚焦于无限远时可以对由一个或多个光源发射的光束成像、并且可以对一个或多个检测器成像。作为示例，给定位置可以类似于系统700的相机706的位置。例如，相机的视场可以与LIDAR装置的FOV对准，在所述LIDAR装置的FOV中，从一个或多个光源发射的光从LIDAR装置传播离开。
在框906处，方法900涉及获得指示一个或多个光源的光源位置的第一图像。例如，可以使用定位于给定位置处并聚焦于无限远的相机获得第一图像。以示例的方式返回参照图2B，光源222a-c的光源位置可以根据发射块220的特定取向和位置而变化。转而，光束204a-c的传播方向也可以变化，并且这样的变化可以由相机所获得的第一图像中的像素表示。
在一些示例中，方法900还可以涉及在一个或多个光源发射处于源波长的光的同时获得第一图像。例如，执行方法900的系统可以向LIDAR装置提供功率和/或指令以发射处于源波长的光，并且可以在一个或多个光源发射光的同时向相机提供指令以捕获第一图像。此外，在一些情况下，系统可以向相机提供指令以针对源波长调节焦点到无限远。替代地，例如，相机可以被配置为在捕获第一图像之前具有焦点。
在一些示例中，方法900还可以涉及在滤光器插置在相机和一个或多个光源之间的同时获得第一图像。滤光器可以类似于滤光器108、708或808。在一个示例中，滤光器可以被配置为衰减具有除了源波长的波长的光。在该示例中，第一图像可以更适合于表示处于源波长的发射光束的特征。在另一示例中，滤光器可以被配置为衰减包括源波长的波长范围内的光。在该示例中，滤光器可以降低发射光的强度以保护相机的部件。另外或替代地，在该示例中，滤光器可以减少朝向相机传播的、具有接近源波长的波长的光的量。转而，例如，表示具有源波长的发射光束的第一图像中的像素可以容易地与具有接近波长的周围像素对比。
在一些示例中，方法900还可以涉及基于第一图像来检测光源中的缺陷。在一个示例中，第一图像可以指示发射块中的光源中的一个或多个具有与其他光源相比的不同的强度、亮度、颜色或其他特性。例如，执行方法900的系统可以将与一个光源相关联的像素属性(例如，亮度、强度、颜色等)与和另一光源相关联的第一图像中的其他像素属性比较。替代地，例如，系统可以将光源的像素属性与存储的图像中的预定像素属性或像素属性比较，等等。
在一些示例中，方法900还可以涉及基于第一图像检测光学地联接到光源的光学元件中的像差。以示例的方式返回参考图4A-4C，光源可以联接到诸如柱面透镜404的光学元件。在该示例中，执行方法900的系统可以通过检查与来自光源的光束相关联的第一图像中的像素的形状或其他属性来检测这种光学元件中的像差(例如，与其他像素相比较、与存储的参数/图像比较，等)。因此，在一些实施例中，方法900可以允许诊断LIDAR装置中的一个或多个光源。
在框908处，方法900涉及获得指示一个或多个检测器的检测器位置的第二图像。与第一图像类似，可以使用定位于给定位置并聚焦为无限远的相机获得第二图像。以示例的方式返回参考图2B，第二图像可以表示经由反射镜242和透镜250对于相机706可视的检测器232a-c。作为另一示例返回参考图6A-6C，第二图像可以表示经由透镜654和反射镜660对相机可视的检测器632。由此，在一些实施例中，在相机定位于同一给定位置时，相机可以获得第一图像和第二图像。
在一些示例中，方法900还可以涉及在一个或多个光源不发射处于源波长的光的同时获得第二图像。例如，执行方法900的系统可以减少对一个或多个光源的功率和/或向LIDAR装置提供指令以停止发射光束。
然而，在其他示例中，方法900可以涉及在一个或多个光源发射处于源波长的光的同时获得第二图像。在一种情况下，滤光器可以在相机正在捕获第二图像的同时插置在相机和LIDAR装置之间，并且滤光器可以被配置为衰减由一个或多个光源发射的处于源波长的光。在这种情况下，执行方法900的系统则可以获得指示检测器位置的第二图像，同时滤光器衰减由一个或多个光源发射的光束。在另一种情况下，第二图像可以指示光源位置和检测器位置两者，因为当获得第二图像的同时，一个或多个光源正在发射处于源波长的光。其他示例也是可能的。
在一些示例中，方法900还可以涉及在用来自辅助光源的处于源波长的光照明一个或多个检测器的同时获得第二图像。辅助光源可以类似于分别包括在系统100和800中的辅助光源170和870。在一个示例中，对于源波长，相机可以被聚焦于无限远。在另一示例中，插置在相机和LIDAR装置之间的滤光器可以被配置为衰减具有除了源波长的波长的光。在这两个示例中，辅助光源可以照明一个或多个检测器，使得当捕获第二图像时，具有源波长的照明光的反射通过相机可视。
在框910处，方法900涉及基于由第一图像指示的光源位置和由第二图像指示的检测器位置确定至少一个偏移。在一个示例中，所述至少一个偏移可以包括与特定光源相关联的第一图像的相邻区域之间的距离。在另一示例中，所述至少一个偏移可以包括与特定检测器相关联的第二图像的相邻区域之间的距离。在又一示例中，所述至少一个偏移可以包括与给定光源相关联的第一图像的区域和与给定检测器相关联的第二图像的对应区域之间的偏移。第三示例中的偏移可以具有水平分量和竖直分量，或者可以仅是相应区域之间的距离(例如，像素的数量)。作为第三示例的变型，偏移还可以包括深度分量，在所述深度分量中，相机被配置为例如获得3D图像。其他偏移也是可能的。
在一些示例中，方法900还可以涉及基于使第一图像和第二图像重叠来生成合成图像。在这些示例中，可以基于与光源相关联的合成图像中的一个或多个像素和与对应的检测器相关联的合成图像中的一个或多个像素之间的分离来确定至少一个偏移。
在框912处，方法900包括至少部分地基于至少一个偏移来调节发射块和接收块之间的相对位置。作为示例，机器人臂或其他装置(例如，对准设备160、760、860等)可以联接到发射块和/或接收块，以调节相对位置。例如，机器人臂可以与对于系统100、700和800的讨论一致地将联接的部件线性地平移和/或使联接的部件围绕轴线旋转。
因此，在一些示例中，方法900还可以涉及通过使接收块围绕轴线旋转来调节发射块和接收块之间的相对位置。此外，在一些示例中，方法900还可以涉及通过使发射块围绕轴线旋转来调节相对位置。
在一些示例中，在框912处调节发射块和接收块之间的相对位置减少所述至少一个偏移。例如，在所述至少一个偏移包括光源和对应的检测器之间的偏移的情况下，相对位置的调节可以减小偏移以使光源与检测器对准。在其他示例中，在框912处调节发射块和接收块之间的相对位置使得所述至少一个偏移对应于特定偏移。例如，在所述至少一个偏移包括相邻的两个光源之间的偏移的情况下，相对位置的调节可以导致偏移对应于特定的偏移。
图10示出根据示例实施例的指示LIDAR装置的发射块中的光源的光源位置的图像1000。图像1000可以类似于在方法900的框906处描述的第一图像。例如，图像1000中的暗像素可以表示发射块中的一个或多个光源发射的光束。以示例的方式返回参考图3，图像1000中的区域1002、1004、1006中的每一个可分别对应于由发射块320的光源322a、322b、322c发射的光束302a、302b、302c。
图11示出根据示例实施例的指示接收块中的检测器的检测器位置的图像1100。图像1100可以类似于方法900的框908处描述的第二图像。作为示例返回参考图5A，图像1100中的区域1102、1104、1106可以分别对应于接收块530的检测器532a、532b、532c。
图12示出了根据示例实施例的在发射块中的光源和LIDAR装置的接收块中的检测器对准的情境下的图像1200。例如，图像1200可以对应于通过使图像1000和图像1100重叠而生成的合成图像，与在方法900的框910处的讨论一致。
然而，在一些示例中，LIDAR装置中的光源和检测器可能由于制造/装配可变性或其他因素而没有彼此对准。
图13示出了根据示例实施例的LIDAR装置的光源和检测器沿图7C的讨论中描述的上/下DOF不对准的情境中的图像1300。图像1300可以是与图像1200类似地确定的合成图像。例如，区域1302可以对应于图像1000的区域1006，并且区域1304可以对应于图像1100的区域1106。转而，在方法900的框910处确定的至少一个偏移可以对应于区域1302和区域1304之间的距离(例如，像素距离等)，并且系统(例如，系统700等)可以执行发射块和接收块之间的相对位置的调节，以将与区域1302相关联的光源和与区域1304相关联的检测器对准。作为示例，与上述讨论一致地，系统可以调节发射块的上/下位置和/或接收块的上/下位置以减少所确定的偏移。
图14示出了根据示例实施例的LIDAR装置的光源和检测器沿着图7C的讨论中描述的左/右DOF未对准的情境下的图像1400。作为对于图像1300的讨论的变型，图像1400的LIDAR装置中的偏移可以对应于区域1402(例如，与光源相关联)和区域1404(例如，与对应的检测器相关联)之间的距离。
图15示出了根据示例实施例的在光源和检测器沿着前/后DOF未对准的情境下的图像1500。例如，如图像1500所示，对应于光源位置的区域比对应于检测器位置的区域显得更小并且相互更接近。在此类似地，可以确定根据方法900的框910的一个或多个偏移。示例偏移可以是以下之间的比：(i)区域1502和1504之间的距离(例如，特定的检测器位置)，和(ii)区域1506和1508之间的距离(例如，对应的光源位置)。然而，其他偏移也是可能的，诸如由各种图像处理算法确定的以检测尺寸或深度等的差异的偏移。
图16示出了根据示例实施例的光源和检测器沿图7C中描述的滚动DOF未对准的情境中的图像1600。在此类似地，可以确定光源的滚动位置与检测器的滚动位置之间的偏移。例如，图像处理算法可以确定这种偏移，并且本方法的系统可以相应地调节发射块和接收块之间的相对位置。替代地，例如，可以通过图像1600的视觉检查(例如，视频馈送等)采用机器人臂的手动操作，以调节发射块和接收块之间的相对位置，等等。
图17示出了根据示例实施例的光源和检测器沿图7C中描述的偏摆DOF未对准的情境下的图像1700。例如，如图所示，相比于在图像1700的左侧处的光源(例如，与区域1706和1708相关联)，来自图像1700的右侧处的光源的光束(例如，与区域1702和1704相关联)彼此相距更大的距离(例如，偏移)。这种变化可以是由于发射块的偏摆。相比之下，由于接收块具有不同的偏摆，相邻的对应检测器之间的距离(例如，与区域1710和1712相关联)不呈现相同的变化。由此，在一些示例中，本方法可以调节接收块的偏摆以对应于发射块的偏转。替代地或另外，在一些示例中，本方法可以调节发射块的偏摆以对应于接收块的偏摆。
图18示出了根据示例性实施例的光源和检测器沿图7C中描绘的俯仰DOF未对准的情境中的图像1800。类似于上面对于图像1700中的偏摆未对准的讨论，在该情境中的发射块具有不同于接收块的俯仰取向的俯仰取向。例如，由于发射块的俯仰，由区域1802和1804指示的光束之间的距离(例如，偏移)与由区域1806和1808指示的光束之间的距离不同。此外，用于这些光束的对应的检测器在图像1800中不被类似地分离，这指示接收块具有与发送块的俯仰不同的俯仰。转而，类似于上面对于图像1700的讨论，与方法900的框912处的讨论一致地，本方法可以调节发射块、接收块或两者的俯仰，以使发射块与接收块对准。
虽然图像1200-1800示出了将第一图像(例如，图像1000等)与第二图像(例如，图像1100)重叠的合成图像，但是在一些示例中，本方法可以确定上述关于图像1200-1800所述的各种偏移，而不使两个图像重叠。例如，本文的计算装置可以通过将第一图像1000中的像素位置与第二图像1100中的对应像素位置比较来确定各种偏移。其他图像处理技术也是可能的(例如，滤波、变换等)，以用于确定在方法900的框910处描述的至少一个偏移。
此外，虽然图像1300-1800示出了光源和检测器仅在一个DOF中偏移的情况，但在一些示例中，光源和检测器可以在多于一个DOF中偏移。例如，LIDAR装置可以具有既在图像1500中描述的前/后DOF中又在图像1600中描述的滚动DOF中偏移的光源和检测器。其他偏移组合也是可能的。
此外，虽然图像1000-1800表示具有与LIDAR装置200相似配置的LIDAR装置的光源和检测器，但是在一些示例中，可以对于任何其他LIDAR装置配置生成类似的图像，诸如LIDAR装置600的配置等。
除了LIDAR装置的光源和检测器的对准之外，在一些示例中，本方法可以有助于LIDAR装置的各种部件的诊断。作为示例，图19示出了指示缺陷或像差的图像1900。类似于图像1000，图像1900来自发射块的光束的示例图像。例如，类似于图像1000的区域1002，图像1900的区域1902可以对应于来自光源的光束。在一个示例中，区域1904可以表示来自缺陷光源的光束。例如，由于与区域1904相关联的光源中的缺陷，区域1904中的像素可以具有与其它相似区域(例如，区域1902)中的像素不同的颜色、亮度、强度或任何其他特征。在另一示例中，区域1906可以是其中来自光源的光束是被预期的区域，并且因此相关联的光源也可以是缺陷的。在又一个示例中，与类似区域(例如，区域1902)相比，区域1908和1910出现失真。转而，例如，这种失真可以指示联接到与区域1908和1910相关联的光源的光学元件(例如，图4B-4C的柱面透镜404等)可能具有像差，因此本方法可以检测像差。其他示例缺陷和像差也是可能的。在一些示例中，本方法可以通过将各个区域1904-1910与图像1900中的类似区域(例如，区域1902等)比较来检测上述各个缺陷/像差。另外或替代地，在一些示例中，本方法可以通过将图像1900与存储的图像(例如，图像1000)比较来检测各个缺陷/像差。
图20是根据示例实施例的另一方法2000的流程图。图20所示的方法2000提出了可以与例如系统100、700、800，LIDAR装置104、200、600、704、804，发射块320，光源400和/或接收块530中的任意一起使用的方法的实施例。方法2000可以包括由框2002-2004中的一个或多个示出的一个或多个操作、功能或动作。尽管按顺序示出了框，但是在一些情况下，这些框可以并行执行和/或以与本文中所描述的顺序不同的顺序执行。此外，各个框可以组合成更少的框、被划分为附加的框、和/或基于期望的实施而被移除。
在框2002处，方法2000涉及使用定位于给定位置处的相机获得一个或多个图像，在该给定位置处，相机可以对由LIDAR装置的发射块中的一个或多个光源发射的光束成像，并且可以对LIDAR装置的接收块中一个或多个检测器成像。在一些示例中，一个或多个图像可以包括指示一个或多个光源的光源位置和一个或多个检测器的检测器位置的单个图像。例如，单个图像可以类似于图12-18所示的图像1200-1800。在其他示例中，一个或多个图像可以包括指示光源位置的第一图像和指示检测器位置的第二图像，其分别类似于在方法900的框906和908处所描述的第一图像和第二图像。
在一些示例中，方法2000还可以涉及：使致动器将滤光器移动到第一位置，在第一位置处，滤光器插置在相机和LIDAR装置之间；在滤光器处于第一位置处的同时获得指示一个或多个光源的光源位置的第一图像；使得致动器将滤光器移动到第二位置，在该第二位置处，滤光器在相机的视场之外；在滤光器处于第二位置处的同时获得指示一个或多个检测器的检测器位置的第二图像。作为示例返回参考图7A和7B，致动器、滤光器和相机可分别对应于致动器712、滤光器708和相机706。由此，在该示例中，方法2000可以将滤光器708的位置调节到图7A中所示的第一位置以获得第一图像，并调节到图7B中所示的第二位置以获得第二图像。
在框2004处，方法2000涉及基于一个或多个图像调节发射块和接收块之间的相对位置。例如，框2004处的调整可以类似于在方法900的框900处所描述的、沿着发射块、接收块或两者的六个DOF(例如上/下，左/右，前/后，滚动，偏摆，俯仰)中的一些或所有DOF的调整。通过该过程，例如，本方法可以使一个或多个光源与一个或多个检测器对准。
在一些情境下，对于在图像1700和1800的描述中的偏摆或俯仰对准描述的过程不如本文中其他方法那样适用。作为示例，由第一图像(例如，图像1000)指示的相邻光源之间的距离的变化和由第二图像(例如，图像1100)指示的相邻检测器之间的距离的变化可能不足以用于检测发射块和接收块之间的偏摆或俯仰偏移。例如，一个或多个检测器(或一个或多个光源)可以彼此接近地布置。作为另一示例，类似于图6C中所示的发射块620和接收块630，发射块和接收块可以仅分别包括一个光源和一个检测器。因此，在该示例中，可以不存在用于确定图像1700和1800的描述中所描述的偏移的相邻光源或相邻检测器。因此，在一些实施例中，下面提出用于旋转位置对准(例如，偏摆、倾斜、滚动)的替代或附加过程。
在一个实施例中，接收块可以联接到沿着接收块的接收路径定位的半反射镜。作为示例返回参考图2B，半反射镜可以对应于入口光阑234，并且可以被配置为反射入射在半反射镜上的光的至少一部分，并且接收路径可对应于接收路径208。此外，在该实施例中，相机可以联接到沿相机的相机透镜的外围定位的至少两个光源。所述至少两个光源可被配置为朝向LIDAR装置发射光。此外，在该实施例中，方法2000还可以涉及使至少两个光源发射光脉冲，以及从相机获得指示离开半反射镜的发射光脉冲的反射的第三图像。在一种情况下，方法2000还可以涉及确定由第三图像指示的反射之间的偏移，并相应地确定旋转位置调节。在另一个实例中，方法2000可以替代地涉及将第三图像与存储的图像比较，并且基于比较来调节相对位置。例如，存储的图像可以指示对应于接收块的特定偏摆、俯仰或滚动的反射光脉冲之间的特定预定偏移。在该示例中，方法2000可以调整相对位置以实现特定的偏移。
在另一实施例中，方法2000可以附加地或替代地涉及将邻近接收块的至少两个探针朝向接收块致动。给定的探针(例如，力传感器、接近传感器等)可以被配置为提供指示给定探针和接收块之间的接触(或接近)的信号。在该实施例中，调节相对位置可以包括旋转接收块(例如，调节接收块的偏摆、俯仰或滚动)，使得来自所述至少两个探针的至少两个信号在大致相同的时间被提供。例如，所述至少两个探针可以具有与发射块的偏摆或俯仰基本相似的特定偏摆或俯仰，并因此通过在大致相同的时间提供所述至少两个信号，接收块的偏摆或俯仰也可以对应于发射块的偏摆或俯仰。
图21示出了根据示例实施例的又一系统2100的部分横截面视图。系统2100可以类似于系统100、700或800中的任何。例如，如图所示，系统2100包括与系统100和700的LIDAR装置104和704类似的LIDAR装置2104。注意到，为了方便描述，从图21的图示中省略了系统2100的一些部件(例如，对准设备、安装平台等)。
如图所示，LIDAR装置2104具有类似于LIDAR装置200的配置。例如，如图所示，LIDAR装置2104包括发射块2120、光源2122a-c、接收块2130、检测器2132a-c、出口光阑2134和透镜2150，其分别类似于LIDAR装置200的发射块220、光源222a-c、接收块230、检测器232a-c、出口光阑234和透镜250。然而，在一些示例中，系统2100可以适于与其他LIDAR装置配置一起使用，诸如LIDAR装置600的配置等。此外，如图所示，系统2100包括致动器2190和探针2192-2194。
致动器2190可以被配置成在方法2000的框2004处与上述讨论一致地将探针2192和2194朝向接收块2130移动。示例致动器可以包括马达、气动致动器、液压活塞、继电器、螺线管和压电致动器以及其他可能性。
与在方法2000的框2004处的上述讨论一致地，探针2192和2194可以包括适合于检测接收块2130的任何探针。在一个示例中，探针2192-2194可以包括力传感器，如果探针2192-2194接触接收块2130，则该力传感器提供信号。在另一示例中，探针2192-2194可以包括接近传感器(例如，IR范围传感器等)，如果探针2192-2194在距接收块2130的阈值距离内，则该接近传感器提供信号。
在图21的图示中，部件的偏摆对应于部件围绕部件的指向页面的轴线的旋转量。此外，部件的俯仰对应于部件围绕部件的远离部件而指向的轴线的旋转量。例如，发射块2120的俯仰可以是发射块2120围绕垂直于光源2122a-c中的一个的轴线的旋转量，接收块2130的俯仰可以是接收块2130围绕垂直于出口光阑2134的轴线的旋转量，并且探针2192的俯仰可以是探针2192围绕指向接收块2130的垂直于探针2192的轴线的旋转量，等。
与上述讨论一致地，系统2100为方法2000的框2004处描述的旋转位置对准提供了示例实施例。考虑探针2192-2194具有特定偏摆(即，围绕指向页面的轴线旋转量)的示例情境，如图21所示。在一些示例中，特定偏摆可以大致类似于发射块2120的偏摆。在一个示例中，探针2192-2194可以经由安装设备(未示出)安装到发射块2120。在该示例中，安装设备可以具有使探针2192-2194具有与发射块2120的偏摆基本相似的偏摆的特定结构。在另一示例中，探针2192-2194可以安装到提供特定偏摆的对准设备(例如，对准设备160、760、860等)。例如，系统2100可以与图17的图像1700的描述一致地通过处理来自相机(未示出)的图像来确定发射块2120的偏摆。转而，例如，系统2100可以通过利用联接到探针2192-2194的机器人臂或其他装置等来调整探针2192-2194的特定偏摆。
继续示例情境，与方法2000的框2004处的讨论一致地，致动器2190可以将探针2192-2194朝向接收块2130移动。一方面，如果两个探测器2192-2194在大致相似的时间检测接收块2130(例如，提供信号等)，则系统2100可以确定接收块2130的偏摆对应于探针2192-2192的偏摆，因此也对应于发射块2120的偏摆。另一方面，如果两个探针2192-2194在基本上不同的时间检测到接收块2130，则系统2100可以确定接收块2130的偏摆不对应于探针2192-2194的偏摆，并因此不对应于发射块2120的偏摆。在该情况下，与方法900的框912处的讨论一致地，系统2100然后可以执行发射块2120和接收块2130之间的相对位置的调节。通过该过程，例如，发射块2120和接收块2130可以至少相对于偏摆DOF彼此对准。
作为示例情境的变型，探针2192-2194可以竖直地布置(例如，沿着指向页面的轴线)而不是如图21所示的布置，或者系统2100可以包括竖直地布置的两个附加的探针(未示出)。在任何一种情况下，在该情境下的探针可以具有特定的俯仰(例如，围绕远离探针2192-2194朝向接收块2130指向的轴线的旋转量)。类似于先前的情境，特定俯仰也可以对应于发射块2120的俯仰。由此，在该情境下，系统2100可以执行与先前情境类似的过程，以将接收块2130的俯仰与发射块2120的俯仰对准。
作为上述示例情境的进一步变型，探针2192-2194可以替代地被致动器2192朝向发射块2120而不是接收块2130移动。在该情境下，系统2100可以调节发射块2120的位置，以将发射块2120的俯仰和/或偏摆与接收块2130的俯仰和/或偏摆对准。
图22示出了根据示例实施例的相机2206的前视图。相机2206可以类似于分别包括在系统100、700和800中的相机106、706和806。例如，相机2206可以定位于给定位置处，在该给定位置处，相机可以捕获由LIDAR装置发射的光束的图像，并且可以捕获LIDAR装置中的检测器的图像，与相机106、706和806类似。然而，在一些示例中，类似于系统2100的探针2192-2194，相机2206可以定位于其他位置，诸如LIDAR装置的壳体的内部。在这些示例中，相机2206可以被配置为仅捕获LIDAR装置中的检测器的图像，或者可以被配置为仅捕获由LIDAR装置发射的光束的图像，等等。
如图所示，相机2206包括透镜2210和光源2212、2214、2216和2218。然而，在一些示例中，与所示出的部件相比，相机2206可以包括附加的、更少或不同的部件。在一个示例中，相机2206可以替代地不包括透镜2210。例如，在该示例中，相机2206可以是图像传感器，该图像传感器被配置为捕获图像，而不使用透镜2210，等等。在另一示例中，根据方法2000的框2004处的讨论，相机2206可以替代地被配置为不包括光源2212-2218，或者可以被配置为相比于示出的四个光源2212-2218包括附加的或更少的光源。
透镜2210可以包括一个或多个光学元件(例如，凸透镜、凹透镜、菲涅尔透镜、反射镜等)，其被布置为将入射在透镜2210上的光朝向相机2206的成像传感器(未示出)修改、调整、聚焦和/或重定向。在一些示例中，透镜2210可以被配置为针对具有源波长的入射光提供无限远聚焦。在一个实施例中，源波长为905nm。然而，其他源波长也是可能的(例如，红外、紫外、X射线、可见的等)。
光源2212-2218可以包括激光二极管、发光二极管(LED)、垂直腔表面发射激光器(VCSEL)、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(PLED)、发光聚合物(LEP)、液晶显示器(LCD)、微机电系统(MEMS)、灯丝光源或被配置为选择性地发射、反射和/或散发远离相机2206传播的光的任何其他装置。在一些示例中，光源2212-2218可以被配置为发射由相机2206成像的、处于由LIDAR装置(未示出)发射的光的源波长的光。作为示例返回参考图7A，相机2206可以对应于系统700的相机706。因此，在该示例中，类似于由LIDAR装置704发射的光，光源2212-2218可以发射能够通过滤光器708传播的具有源波长的光。然而，在其他示例中，光源2212-2218可以被配置为发射处于其他波长的光。例如，即使光具有其他波长，滤光器可以允许来自光源2212-2218的光的传播，或者滤光器可以不被插置在相机2206和LIDAR装置之间，类似于图7B中所示的配置，等等。
如图所示，光源2212-2218沿着相机镜头2210的外围定位。然而，在一些示例中，光源2212-2218可以替代地定位在不同的位置处。在一个示例中，返回参考图7A，光源2212-2218可以替代地沿着滤光器708的外围定位。在另一示例中，返回参考图21，类似于探针2192-2194，光源2212-2214可以替代地定位在LIDAR装置2104的壳体的内部。作为先前的示例的变型，相机2206也可以类似于致动器2190而替代地定位在LIDAR装置2104的壳体的内部。在又一示例中，返回参考图21，光源2212-2218可以替代地定位在发射块2120的外围处或接收块2130的外围处。光源2212-2218的其他位置也是可能的。
因此，在一些示例中，光源2212-2218可以由本方法的系统使用以与方法900的框910处的讨论一致地来确定至少一个偏移，并因此有助于与方法900的框912处的讨论一致地调节LIDAR装置的发射块和接收块之间的相对位置。在一个示例中，光源2212-2218可以与方法2000的框2004处的讨论一致地有助于发射块和接收块的旋转位置(例如，偏摆、俯仰、滚动)的对准。
作为使用相机2206用于旋转位置对准的示例情境，假设相机2206对应于系统700的相机706。在该情境下，光源2212-2218可以被配置为发射传播通过滤光器708的光(例如，如果滤光器708插置在相机2206和LIDAR装置704之间，如图7A所示)。为了示例的目的，假设LIDAR装置704具有图2B所示的LIDAR装置200的配置。在该示例中，来自光源2212-2218的光可以传播通过透镜250，并且然后从反射镜242反射到入口光阑234上。此外，在该示例中，假设入口光阑234包括反射来自光源2212-2218的光的至少一部分的半反射镜。转而，反射光可以从半反射镜反射，然后从反射镜242反射，然后传播通过LIDAR装置的透镜250，并且然后传播到相机2206的透镜2210中。在该情境中的此时，相机2206与方法的框2004处的讨论一致地捕获反射光的图像。
继续该情境，本方法的系统则可以与对于图像1700-1800的讨论一致地，使用源自光源2212-2218的光束的属性(例如，位置、形状、强度等)分析图像，以确定发射块和接收块之间的偏摆或俯仰偏移。
作为上述情境的变型，假设光源2212-2218替代地沿LIDAR装置200的发射块220的外围定位。在该情境下，可以将四个反射镜定位在为光源2212-2218所示的位置处。转而，四个反射镜可以将来自光源2212-2218的光朝向LIDAR装置200的接收块230反射，并且相机2206可以捕获离开入口光阑234(例如，半反射镜)的光的反射的图像，以确定发射块220和接收块230之间的可能的偏摆/俯仰偏移。
作为该情境的另一变型，假设光源2212-2218替代地沿着LIDAR装置200的接收块230的外围定位。在该情境下，本方法的系统可以与对于图像1600-1800的讨论一致地来分析来自光源2212-2218的光的图像，以确定接收块的旋转位置(例如，滚动、偏摆、俯仰)。
作为情境的另一变型，光源2212-2218可以替代地沿着LIDAR装置200的发射块220的外围定位，并且四个附加的相似光源可以沿着LIDAR装置200的接收块230的外围定位。在此类似地，来自光源2212-2218和所述四个附加光源的光的一个或多个图像可以从相机2206获得并被本方法的系统分析，以确定发射块和接收块之间的旋转偏移(例如，滚动、偏摆、俯仰)。由此，各个配置和位置对于光源2212-2218是可能的，以有助于与上述讨论一致的光学对准。
应当理解，本文描述的布置仅为了示例的目的。因此，本领域技术人员将理解，根据期望的结果，可以替代地使用其他布置和其他元件(例如机器、接口、功能、命令和功能的分组等)，并且可以完全省略一些元件。此外，所描述的许多元件是可以以任何合适的组合和位置被实施为离散的或分布式部件或与其他部件结合地实施，或者被描述为独立结构的其他结构元件可以被组合。
虽然本文已经公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本文公开的各个方面和实施例是为了说明的目的，而不意于是限制性的，其真实范围由所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的完整范围所指示。还应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种方法，包括：
使光检测和测距LIDAR装置向所述LIDAR装置的视场FOV发射一个或多个光束，其中，所述LIDAR装置包括一个或多个光检测器和将来自FOV的光朝向所述一个或多个光检测器聚焦的透镜；
使用位于所述LIDAR装置的FOV中的给定位置处的相机捕获多个图像，其中，所述一个或多个光检测器经由LIDAR装置的透镜对所述相机是可见的，并且其中，所述多个图像包括：
第一图像，其指示来自所述相机的给定位置的所述一个或多个光束的视图，以及
第二图像，其指示来自所述相机的给定位置的所述一个或多个光检测器的视图；以及
至少基于多个图像，调节所述LIDAR装置以使所述一个或多个光束与所述一个或多个光检测器对准。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或多个光束通过所述透镜向所述相机传播，并且其中，所述第一图像指示经由所述透镜的所述一个或多个光束的视图。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述LIDAR装置包括发射所述一个或多个光束的一个或多个光源。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述一个或多个光源经由所述LIDAR装置的所述透镜对所述相机是可见的，并且其中，所述第一图像指示经由所述LIDAR装置的透镜的所述一个或多个光源的视图。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，调节所述LIDAR装置包括将所述一个或多个光源安装在所述LIDAR装置中。
6.根据权利要求3所述的方法，其中，调节所述LIDAR装置包括调节所述一个或多个光源相对于所述一个或多个光检测器在所述LIDAR装置中的位置。
7.根据权利要求3所述的方法，其中，调节所述LIDAR装置包括调节所述一个或多个光检测器相对于所述一个或多个光源在所述LIDAR装置中的位置。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，调节所述LIDAR装置包括将所述一个或多个光检测器安装在所述LIDAR装置中。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
比较所述第一图像和所述第二图像，其中，还基于所述比较调节所述LIDAR装置。
10.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将滤光器移动到所述相机和所述LIDAR装置之间的第一位置，其中，基于所述滤光器位于所述第一位置，所述一个或多个光束通过所述滤光器传播，并且其中，捕获所述多个图像包括：
在所述滤光器处于第一位置时捕获所述第一图像，以及
在所述滤光器处于所述一个或多个光束的路径之外的第二位置时捕获所述第二图像。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括：
在捕获所述第二图像之前，将所述滤光器从所述第一位置移动到所述第二位置。
12.根据权利要求1所述的方法，还包括：
用辅助光源照射所述一个或多个光检测器，其中，捕获所述多个图像包括在所述辅助光源照射所述一个或多个光检测器时捕获所述第二图像。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述辅助光源以由所述LIDAR装置发射的所述一个或多个光束的源波长发射光。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，捕获所述多个图像包括在所述一个或多个光检测器未被所述辅助光源照射时捕获所述第一图像。
15.一种系统，包括：
安装平台，其支撑光检测和测距LIDAR装置，其中，所述LIDAR装置包括一个或多个光检测器和将来自所述LIDAR装置的视场FOV的光朝向所述一个或多个光检测器聚焦的透镜；
相机，其位于所述LIDAR装置的FOV中的给定位置处，其中，所述一个或多个光检测器经由所述LIDAR装置的所述透镜对所述相机是可见的；以及
控制器，其：
使所述LIDAR装置向所述LIDAR装置的FOV发射一个或多个光束；
使用所述相机获得多个图像，其中所述多个图像包括：
第一图像，其指示来自所述相机的所述给定位置的所述一个或多个光束的视图，以及
第二图像，其指示来自所述相机的所述给定位置的所述一个或多个光检测器的视图；以及
至少基于所述多个图像，识别所述一个或多个光束与所述一个或多个光检测器之间的至少一个对准偏移。
16.根据权利要求15所述的系统，还包括：
对准设备，其基于所识别的至少一个对准偏移来调节所述LIDAR装置。
17.根据权利要求15所述的系统，还包括：
滤光器，其衰减包括在所述一个或多个光束的源波长的波长范围内的光；以及
致动器，其联接到所述滤光器，其中，所述控制器使所述致动器将所述滤光器移动到所述相机和所述LIDAR装置之间的第一位置，其中，基于所述滤光器位于所述第一位置，所述一个或多个光束通过所述滤光器向所述相机传播，并且其中，获得所述多个图像包括在所述滤光器处于所述第一位置时获得所述第一图像。
18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述控制器使所述致动器将所述滤光器移动到所述一个或多个光束的路径之外的第二位置，其中，获得所述多个图像包括在所述滤光器处于所述第二位置时获得所述第二图像。
19.一种方法，包括：
使光检测和测距LIDAR装置向所述LIDAR装置的视场FOV传输一个或多个光束，其中，所述LIDAR装置包括一个或多个光检测器、透镜、以及发射所述一个或多个光束的一个或多个光源；
使用位于所述LIDAR装置的FOV中的给定位置处的相机捕获多个图像，其中，所述一个或多个光检测器经由所述透镜对所述相机是可见的，其中，所述一个或多个光源经由所述透镜对所述相机是可见的，其中，所述多个图像包括：
第一图像，其指示来自所述相机的给定位置的所述一个或多个光束的视图，以及
第二图像，其指示来自所述相机的给定位置的所述一个或多个光检测器的视图；以及
至少基于所述多个图像，将所述一个或多个光源与所述一个或多个光检测器对准。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
在所述相机和所述LIDAR装置之间插置滤光器，其中，所述滤光器衰减由所述LIDAR装置发射的所述一个或多个光束的源波长，并且其中，捕获所述多个图像包括：
在所述滤光器插置在所述相机和所述LIDAR装置之间时捕获所述第一图像，以及
在滤光器未插置在所述相机和所述LIDAR装置之间时捕获所述第二图像。
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