CN110073238A - 具有多个接收器的光检测和测距(lidar)设备 - Google Patents

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Abstract

本文描述了一种LIDAR设备，该LIDAR设备可包括发送器、第一和第二接收器、以及旋转平台。发送器可以被配置成发射具有垂直波束宽度的光。第一接收器可以被配置成在用第一FOV扫描环境的同时以第一分辨率检测光，并且第二接收器可以被配置成在用第二FOV扫描环境的同时以第二分辨率检测光。在该布置中，第一分辨率可以高于第二分辨率，第一FOV可以至少部分地不同于第二FOV，并且垂直波束宽度可以至少包括第一FOV和第二FOV的垂直范围。此外，旋转平台可以被配置成围绕轴线旋转，使得发送器以及第一和第二接收器中的每一个均基于旋转而移动。

Description

具有多个接收器的光检测和测距(LIDAR)设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年10月17日提交的题为“A Light Detection and Ranging(LIDAR)Device having Multiple Receivers(具有多个接收器的光检测和测距(LIDAR)设备)”的美国专利申请第15/295,619号的优先权，其通过引用整体结合于此。
背景技术
车辆可以被配置成在自动模式下操作，其中车辆在很少或没有来自驾驶员的输入的情况下导航通过环境。这种自动驾驶车辆可以包括被配置成检测关于车辆运行的环境的信息的一个或多个传感器。一种这样的传感器是光检测和测距(LIDAR)设备。
LIDAR设备可以在扫描场景时估计到环境特征的距离，以聚集(assemble)指示环境中的反射表面的“点云(point cloud)”。点云中的各个点可以通过下述方式来确定：发送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)，并且根据在发送的脉冲与接收到反射的脉冲之间的时间延迟来确定到对象的距离。
利用这种布置，由此LIDAR设备可以包括激光器或激光器组，其可以在场景上快速且重复地扫描，以提供关于到场景中的反射对象(reflective object)的距离的连续实时信息。在测量每个距离的同时组合测量到的距离和激光的朝向允许将三维位置与每个返回脉冲相关联。以这种方式，可以针对整个扫描区生成指示环境中反射特征的位置的点的三维图。
发明内容
示例实现方式可以涉及一种LIDAR设备，其包括至少一个发送器、第一和第二接收器、以及旋转平台。发送器可以被配置成将具有垂直波束宽度并且具有波长范围内的波长的光发射到环境中，并且第一接收器和第二接收器中的每一个可以被配置成分别检测具有波长范围内的波长的光。旋转平台可以被配置成围绕轴线旋转，使得发送器、第一接收器和第二接收器中的每一个均基于旋转平台的旋转分别相对于环境移动。
根据本公开，第一接收器和第二接收器可以被布置为以彼此不同的分辨率和/或用彼此不同的视场(FOV)扫描环境。在一些示例中，第一接收器可以被配置成在用第一视场(FOV)扫描环境的同时以第一分辨率检测光，并且第二接收器可以被配置成在用不同的第二FOV扫描环境的同时以不同的第二分辨率检测光。此外，LIDAR设备可以被布置成使得发射的光的垂直波束宽度至少包括第一FOV和第二FOV的垂直范围。
所公开的LIDAR设备可以用于各种布置和用于各种目的。例如，所公开的LIDAR设备可以位于车辆的顶侧，该顶侧与车辆的一个或多个车轮所位于的底侧相对。利用这种布置，控制器可以至少基于从LIDAR设备接收的对环境的扫描来操作车辆。其他示例也是可能的。
在一个方面，提供了一种LIDAR设备。LIDAR设备可以包括发送器，其中发送器被配置成将具有垂直波束宽度的光发射到环境中，所发射的光具有波长范围内的波长。LIDAR设备还可以包括第一接收器，其中第一接收器被配置成在用第一FOV扫描环境的同时以第一分辨率检测光，并且其中第一接收器被配置成检测具有波长范围内的波长的光。LIDAR设备可以另外包括第二接收器，其中第二接收器被配置成在用第二FOV扫描环境的同时以第二分辨率检测光，其中第二接收器被配置成检测具有波长范围内的波长的光，其中第一分辨率高于第二分辨率，其中第一FOV至少部分地不同于第二FOV，并且其中垂直波束宽度至少包括第一FOV和第二FOV的垂直范围。LIDAR设备可以进一步包括旋转平台，其中旋转平台被配置成围绕轴线旋转，并且其中发送器、第一接收器和第二接收器中的每一个均被配置成基于旋转平台的旋转分别相对于环境移动。
在另一方面，提供了一种车辆。车辆可以包括位于车辆的底侧的一个或多个车轮、以及位于车辆的与底侧相对的顶侧的LIDAR设备。LIDAR设备可以包括发送器以及第一和第二接收器，其中发送器被配置成将具有垂直波束宽度的光发射到车辆周围的环境中，所发射的光具有波长范围内的波长，其中第一接收器被配置成在用第一FOV扫描环境的同时以第一分辨率检测光，所检测的光具有波长范围内的波长，其中第二接收器被配置成在用第二FOV扫描环境的同时以第二分辨率检测光，所检测的光具有波长范围内的波长，其中第一分辨率高于第二分辨率，其中第一FOV至少部分地不同于第二FOV，并且其中垂直波束宽度至少包括第一FOV和第二FOV的垂直范围。此外，车辆可以包括控制器，该控制器被配置成至少基于LIDAR设备的第一接收器和第二接收器对环境的扫描来操作车辆。
在又一方面，提供了一种方法。该方法可以涉及由控制器从包括发送器以及第一接收器和第二接收器的LIDAR设备接收对车辆周围环境的扫描，其中发送器被配置成将具有垂直波束宽度的光发射到环境中，所发射的光具有波长范围内的波长，其中第一接收器被配置成在用第一FOV扫描环境的同时以第一分辨率检测光，所检测的光具有波长范围内的波长，其中第二接收器被配置成在用第二FOV扫描环境的同时以第二分辨率检测光，所检测的光具有波长范围内的波长，其中第一分辨率高于第二分辨率，其中第一FOV至少部分地不同于第二FOV，并且其中垂直波束宽度至少包括第一FOV和第二FOV的垂直范围。该方法还可以涉及由控制器至少基于从LIDAR设备接收的对环境的扫描来操作车辆。
在又一方面，提供了一种系统。该系统可以包括用于从包括发送器以及第一接收器和第二接收器的LIDAR设备接收对车辆周围环境的扫描的装置，其中发送器被配置成将具有垂直波束宽度的光发射到环境中，所发射的光具有波长范围内的波长，其中第一接收器被配置成在用第一FOV扫描环境的同时以第一分辨率检测光，所检测的光具有波长范围内的波长，其中第二接收器被配置成在用第二FOV扫描环境的同时以第二分辨率检测光，所检测的光具有波长范围内的波长，其中第一分辨率高于第二分辨率，其中第一FOV至少部分地不同于第二FOV，并且其中垂直波束宽度至少包括第一FOV和第二FOV的垂直范围。该系统还可以包括用于至少基于从LIDAR设备接收的对环境的扫描来操作车辆的装置。
通过适当地参考附图阅读以下详细描述，这些以及其他方面、优点和替代方案对于本领域普通技术人员将变得清楚。此外，应理解，在本发明内容部分和本文件的其他地方提供的描述旨在通过示例而非限制的方式说明所要求保护的主题。
附图说明
图1是根据示例实施例的LIDAR设备的简化框图。
图2A示出了根据示例实施例的LIDAR设备的俯视图的横截面图示。
图2B示出了根据示例实施例的LIDAR设备的侧视图的横截面图示。
图2C示出了根据示例实施例的LIDAR设备的不同侧视图的横截面图示。
图3A示出了根据示例实施例的LIDAR设备的俯视图的另一横截面图示。
图3B示出了根据示例实施例的LIDAR设备的侧视图的另一横截面图示。
图3C示出了根据示例实施例的LIDAR设备的不同侧视图的另一横截面图示。
图4A示出了根据示例实施例的LIDAR设备位于车辆顶部的若干视图。
图4B示出了根据示例实施例的位于车辆顶部的LIDAR设备的光发射。
图4C示出了根据示例实施例的位于车辆顶部的LIDAR设备对反射的光的检测。
图4D示出了根据示例实施例的位于车辆顶部的LIDAR设备对反射的光的另一检测。
图4E示出了根据示例实施例的位于车辆顶部的LIDAR设备的扫描范围(scanningranges)。
图5是示出了根据示例实施例的用于基于从LIDAR设备接收的扫描来操作车辆的方法的流程图。
图6示出了根据示例实施例的基于从LIDAR设备接收的对环境的扫描的车辆的操作。
图7是根据示例实施例的车辆的简化框图。
具体实施方式
本文描述了示例性方法和系统。应当理解，词语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”或“说明性”的任何实现或特征不一定被解释为与其他实现或特征相比是优选的或有利的。在附图中，除非上下文另有指示，否则类似的符号通常标识类似的组件。这里描述的示例实现方式不意味着是限制性的。将容易理解，如本文一般描述的且在附图中示出的本公开的方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分割和设计，所有这些在本文中被设想。
I.概述
为了改进车辆安全性和/或自动驾驶操作，包括开发配备有事故避免系统和遥感能力的车辆，正在进行持续的努力。诸如LIDAR设备的各种传感器可以包括在车辆中以检测车辆的环境中的障碍物或对象，从而便于事故避免和/或自动驾驶操作，以及还有其他选项。
在一些情况下，LIDAR设备的安装位置和/或配置对于一些对象检测/识别场景和/或由于其他原因可能是不期望的。例如，位于车辆顶侧的LIDAR设备可具有360°水平FOV(例如，通过旋转LIDAR设备)，但由于位于车辆顶侧的LIDAR设备的几何形状，可能无法检测车辆附近的对象。在另一情况下，在扫描持续时间内扫描较宽FOV的LIDAR设备，与在相同扫描持续时间内扫描较窄FOV的类似LIDAR设备相比，可能提供更低的角分辨率的环境的3D图。例如，更低的分辨率可能足以识别中距离对象(例如，在到车辆的阈值距离内)，但可能不足以识别长距离对象(例如，在阈值距离之外)。此外，调整扫描持续时间可能影响LIDAR设备的刷新率(即，LIDAR设备扫描整个FOV的速率)。一方面，较高的刷新率可允许LIDAR设备快速检测FOV中的变化(例如，移动对象等)。另一方面，较低的刷新率可允许LIDAR设备提供更高分辨率的数据。
为了帮助解决这些挑战，本文公开了具有一定架构(architecture)的LIDAR设备，利用该架构，LIDAR设备可以分别以不同的分辨率获得环境的不同部分的信息。虽然本文在用于车辆的上下文中描述了LIDAR设备，但是本文公开的LIDAR设备可以用于各种目的，并且可以结合在任何可行的系统或装置上或以其他方式连接到任何可行的系统或装置。尽管如此，LIDAR设备可用于任何类型的车辆，包括传统汽车和具有自动操作模式的汽车。然而，术语“车辆(vehicle)”应广义地解释为涵盖任何移动对象，包括例如卡车、厢式货车、半挂卡车、摩托车、高尔夫球车、越野车、仓库运输车辆或农用车辆，以及在轨道上行驶的载具，诸如过山车、电车(trolley)、有轨电车(tram)或轨道车(train car)、以及其他示例。
更具体地，所公开的LIDAR设备可以包括发送器，该发送器容纳用于将来自光源(例如，高功率光纤激光器)并且从透射透镜离开的光引导到环境的光路。通常，所发射的光可以具有在特定波长范围(例如，1525nm至1565nm)内的波长，并且可以采用发射的激光波束的形式，以及还有其他可能性。此外，发送器可以包括漫射器(diffuser)，以沿着垂直轴线扩散(spread)光，例如，从离开水平轴线+7°到离开水平轴线-18°的扩散。这种布置可能导致激光波束的水平波束宽度显著窄于激光波束的垂直波束宽度。在实践中，这种水平上较窄的激光波束可以帮助避免从反射对象反射的(reflected off)波束与从水平邻近反射对象的非反射对象(less-reflective)反射的波束之间的干涉，这可以最终帮助LIDAR设备区分这些对象。
另外，LIDAR设备可以包括至少第一和第二接收器，每个接收器分别被配置成检测具有上述波长范围内的波长的光。根据本公开，第一接收器可以被配置成以第一分辨率检测光(例如，使用第一光电检测器阵列)，并且第二接收器可以被配置成以第二分辨率检测光(例如，使用第二光电检测器阵列)，其中第一分辨率高于第二分辨率。此外，每个这样的接收器可以被配置成以不同的FOV扫描环境。例如，第一接收器可以包括光学透镜装置等，以便将入射光聚焦在离开上述水平轴线+7°到离开上述水平轴线-7°的范围内，并且第二接收器可以包括光学透镜装置等，以便将入射光聚焦在离开上述水平轴线-7°到离开上述水平轴线-18°的范围内。以这种方式，所发射的光的垂直波束宽度可以至少包含第一FOV和第二FOV的垂直范围，从而允许LIDAR设备提供相对较大部分的环境的数据。其他示例也是可能的。
此外，LIDAR设备可以包括固定平台以及旋转平台。具体地，旋转平台可以经由旋转连杆(rotary link)耦合到固定平台，并且可以被配置成相对于固定平台围绕轴线旋转。在这样做时，旋转平台还可以使发送器、第一接收器和第二接收器中的每一个分别相对于环境移动，从而允许LIDAR设备水平上(horizontally)获得环境的各个部分的信息。此外，固定平台可以被配置成耦合(例如，使用任何可行的连接器布置)到车辆的顶侧或其他系统或设备。
在一些实现方式中，所公开的LIDAR设备可以被布置成使得(i)第一接收器基本上定位在固定平台上方，(ii)第二接收器和发送器两者都基本上定位在第一接收器上方，并且(iii)第二接收器基本定位在水平邻近发送器。在实践中，出于各种原因，这种特定布置可能是有利的。
例如，固定平台可以耦合到车辆的顶侧，该车辆的顶侧与车辆的一个或多个车轮所位于的底侧相对，并且旋转平台可以被配置成围绕基本上垂直于车辆的顶侧的垂直轴线旋转。另外，如上所述发送器定位在较高点处可以允许发送器发射具有上述基本上避免车辆本身反射的垂直扩散的光。类似地，如上所述第二接收器也定位在较高点处可以允许第二接收器检测从环境的相对靠近车辆的部分反射的光。
在这方面，给定以上示例FOV，第二接收器可以具有环境的更靠近车辆的部分的FOV，并且第一接收器可以具有环境的远离车辆的部分的FOV。以这种方式，第一接收器可以接收从更远离车辆的对象反射的光并且以更高的分辨率这样做，从而提供更多细节以帮助检测和/或识别那些更远的对象。此外，第二接收器可以接收从更靠近车辆的对象反射的光，并且以更低的分辨率(即，与第一接收器的分辨率相比)这样做，这可以提供足够的细节以帮助检测和/或识别那些更近的对象，同时允许降低传感器成本、功耗和/或数据负载等，以及其他可能性。
II.LIDAR设备的示例布置
现在参考附图，图1是根据示例实施例的LIDAR设备100的简化框图。如图所示，LIDAR设备100包括电源装置102、电子设备104、光源106、发送器108、第一接收器110、第二接收器112、旋转平台114、致动器116、a固定平台118、旋转连杆120和外壳122。在其他实施例中，LIDAR设备100可以包括更多、更少或不同的组件。另外，所示的组件可以以任何数量的方式组合或划分。
电源装置102可以被配置成向LIDAR设备100的各种组件供电。具体地，电源装置102可以包括或以其他方式采用安置在LIDAR设备100内且以任何可行的方式连接到LIDAR设备100的各种组件的至少一个电源的形式，以便为这些组件供电。附加地或替选地，电源装置102可以包括或者采用电源适配器等的形式，该电源适配器等被配置成从一个或多个外部电源(例如，从LIDAR设备100耦合到的车辆中布置的电源)接收电力，以及以任何可行的方式将所接收的电力提供给LIDAR设备100的各种组件。在任一情况下，可以使用任何类型的电源，例如电池。
电子设备104可以包括一个或多个电子组件和/或系统，每个电子组件和/或系统被布置成帮助促进LIDAR设备100的某些相应操作。实际上，这些电子设备104可以以任何可行的方式安置在LIDAR设备100内。例如，电子设备104中的至少一些可以安置在旋转连杆120的中心腔区域内。然而，电子设备104可以包括各种类型的电子组件和/或系统。
例如，电子设备104可以包括用于将控制信号从控制器传送到LIDAR设备100的各种组件和/或用于将数据从LIDAR设备100的各种组件传送到控制器的各种布线。通常，控制器接收的数据可以包括基于接收器110-112对光的检测的传感器数据、以及其他可能性。此外，由控制器发送的控制信号可以操作LIDAR设备100的各种组件，例如通过控制发送器106的光发射、控制接收器110-112对光的检测、和/或控制致动器116使旋转平台112旋转、以及其他可能性。
在一些布置中，电子设备104还可以包括所讨论的控制器。该控制器可以具有一个或多个处理器、数据存储装置、以及存储在数据存储装置上且由一个或多个处理器可执行以促进各种操作的程序指令。利用这种布置，控制器因此可以被配置成进行这里描述的操作，诸如下面描述的方法500的那些操作。附加地或替选地，控制器可以与外部控制器等(例如，LIDAR设备100耦合到的车辆中所布置的计算系统)通信，以便帮助促进在外部控制器与LIDAR设备100的各种组件之间传送控制信号和/或数据。
然而，在其他布置中，电子设备104可以不包括所讨论的控制器。而是，至少一些上述布线可用于到外部控制器的连接。利用这种布置，布线可以帮助促进在外部控制器与LIDAR设备100的各种组件之间传送控制信号和/或数据。其他布置也是可能的。
此外，一个或多个光源106可以被配置成分别发射具有波长范围内的波长的多个光束和/或脉冲。例如，波长范围可以是电磁波谱的紫外、可见和/或红外部分。在一些示例中，波长范围可以是例如由激光器提供的窄波长范围。在一个示例中，波长范围包括大约在1525nm和1565nm之间的波长。注意，该范围仅出于示例性目的而描述，并不意味着是限制性的。
根据本公开，光源106中的一个可以是包括光学放大器的光纤激光器。具体地，光纤激光器可以是其中有源增益介质(即，激光器内的光学增益源)处于光纤中的激光器。此外，光纤激光器可以以各种方式布置在LIDAR设备100内。例如，光纤激光器可以被安置在旋转平台114和第一接收器110之间。
这样，本文将在光纤激光器用作主光源106的上下文中一般性地描述本公开。然而，在一些布置中，一个或多个光源106可以附加地或替选地包括激光二极管、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)、和/或被配置成选择性地透射(transmit)、反射和/或发射光以提供多个发射的光束和/或脉冲的任何其他设备。
根据本公开，发送器108可以被配置成将光发射到环境中。具体地，发送器108可以包括光学装置(optical arrangement)，该光学装置被布置成将来自光源106的光导向环境。该光学布置可以包括用于引导光在物理空间中传播的反射镜(mirror)和/或用于调节光的某些特性的透镜、以及其他光学组件的任何可行的组合。例如，光学装置可以包括透射透镜，其被布置为使光准直(collimate)，从而产生具有基本上彼此平行的光线的光。
在一些实现方式中，光学装置还可以包括漫射器，其被布置为沿垂直轴线扩散光。在实践中，漫射器可以由玻璃或其他材料形成，并且可以被成形(例如，非球面形状)以便以特定方式扩散或以其他方式散射(scatter)光。例如，垂直扩散可以是从离开水平轴线+7°到离开水平轴线-18°(例如，水平轴线理想地平行于环境中的地面)的扩散。此外，漫射器可以以任何直接或间接方式耦合到光源106，如通过熔合到例如光纤激光器的输出端。
因此，该实现方式可以产生具有水平波束宽度(例如，1mm)的激光波束等，其显著窄于激光波束的垂直波束宽度。如上所述，这种水平上窄的激光波束可以帮助避免从反射对象反射的波束和从水平邻近反射对象的非反射对象反射的波束之间的干涉，这可以最终帮助LIDAR设备100区分这些对象。其他优点也是可能的。
进一步地，在一些实现方式中，光学装置还可以包括二向色镜(dichroicmirror)，该二向色镜被布置成将至少一部分漫射光反射向LIDAR设备100的、可采用例如热电堆的形式的热能测量设备(未示出)。利用该实现方式，热能测量设备可以被布置成测量朝向环境发射的光的能量。而且，与该能量测量有关的数据可以由控制器接收，然后由控制器用作促进诸如对发射光的强度进行调节等进一步操作的基础。其他实现也是可能的。
如所提到的，LIDAR设备100可以包括第一接收器110和第二接收器112。每个这样的接收器可以分别被配置成检测具有与从发送器108发射的光的波长范围(例如，1525nm至1565nm)相同的波长范围内的波长的光。以这种方式，LIDAR设备100可以将源自LIDAR设备100的反射的光脉冲与环境中的其他光区分开。
根据本公开，第一接收器110可以被配置成以第一分辨率检测光，并且第二接收器112可以被配置成以低于第一分辨率的第二分辨率检测光。例如，第一接收器110可以被配置成以0.036°(水平)×0.067°(垂直)角分辨率检测光，并且第二接收器112可以被配置成以0.036°(水平)×0.23°(垂直)角分辨率检测光。
另外，第一接收器110可以被配置成利用第一FOV扫描环境，并且第二接收器112可以被配置成利用至少部分地不同于第一FOV的第二FOV扫描环境。通常，这种布置可以允许LIDAR设备100分别以不同的分辨率扫描环境的不同部分，这可以适用于如下面进一步讨论的各种情况。
此外，LIDAR设备100可以被布置成使得发射的光的垂直波束宽度至少包括第一FOV和第二FOV的垂直范围(extent)。例如，所讨论的接收器的不同FOV可以是至少部分不同的垂直FOV，它们共同允许基本上沿着与上述发射的光的垂直扩散相同的角度范围检测光。利用这种布置，控制器可以操作LIDAR设备100以发射具有垂直波束宽度的光(例如，激光波束)，然后LIDAR设备100可以在第一和第二接收器110-112两者处检测沿着接收器的FOV的垂直范围反射的光。以这种方式，LIDAR设备100可以提供相对更大部分的环境的数据，并以相对更快的速率这样做。
在具体示例中，第一接收器110可以被布置成将入射光聚焦在从离开上述水平轴线+7°到离开水平轴线-7°的范围内，并且第二接收器112可以被布置成将入射光聚焦在从离开水平轴线-7°到离开水平轴线-18°的范围内。以这种方式，第一和第二接收器110-112共同允许沿+7°至-18°的范围检测光，这与发送器108提供的发射的光的上述示例性垂直扩散相匹配。注意，这些分辨率和FOV仅出于示例性目的而描述，并不意味着是限制性的。
在示例实现方式中，第一和第二接收器110-112中的每一个可以具有相应的光学装置，其允许接收器提供如上所述的相应分辨率和FOV。通常，每个这样的光学装置可以被布置成分别提供在至少一个光学透镜和光电检测器阵列之间的光路。
在一个实现方式中，第一接收器110可以包括光学透镜，该光学透镜被布置成将从LIDAR设备100的环境中的一个或多个对象反射的光聚焦到第一接收器110的检测器上。为了这样做，例如，光学透镜可以具有约10cm×5cm的尺寸以及约35cm的焦距。此外，光学透镜可以被成形为使得如上所述沿着特定的垂直FOV(例如，+7°至-7°)聚焦入射光。在不脱离本公开的范围的情况下，第一接收器的光学透镜的这种成形可以采用各种形式中的一种(例如，球面成形)。
在该实现方式中，第一接收器110还可以包括至少一个反射镜，其被布置成折叠在至少一个光学透镜和光电检测器阵列之间的光路。每个这样的反射镜可以以任何可行的方式固定在第一接收器110内。而且，为了折叠光路的目的，可以布置任何可行数量的反射镜。例如，第一接收器110还可以包括两个或更多个反射镜，它们被布置成在光学透镜和光电检测器阵列之间将光路折叠两次或更多次。在实践中，光路的这种折叠可以帮助减小第一接收器的尺寸，以及还有其他结果。
在另一实现方式中，第一接收器110可以包括两个或更多个光学透镜。例如，第一接收器110可以包括面向环境的外球面成形的(outer spherically-shaped)透镜、以及内圆柱成形的(inner cylindrically-shaped)透镜。在该示例中，入射光因此可以聚焦到焦平面上的线上。其他示例和实现也是可能的。
此外，如所提到的，第一接收器可以具有光电检测器阵列，其可以包括两个或更多个检测器，每个检测器被配置成将检测到的(例如，在上述波长范围内的)光转换成指示检测到的光的电信号。实际上，这样的光电检测器阵列可以以各种方式之一进行布置。例如，检测器可以被安置在一个或多个基板(例如，印刷电路板(PCB)、柔性PCB等)上，并且被布置成检测从光学透镜沿光路行进的入射光。而且，这样的光电检测器阵列可以包括以任何可行方式对准的任何可行数量的检测器。例如，光电检测器阵列可以包括13×16的检测器阵列。注意，该光电检测器阵列仅出于示例性目的而描述，并不意味着是限制性的。
通常，该阵列中的检测器可以采用各种形式。例如，检测器可以采用光电二极管、雪崩光电二极管(例如，盖革模式和/或线性模式雪崩光电二极管)、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、和/或被配置成接收具有在发射的光的波长范围内的波长的聚焦的光的任何其他光传感器的形式。其他示例也是可能的。
关于第二接收器112，第二接收器112还可以包括至少一个光学透镜，其被布置成将从LIDAR设备100的环境中的一个或多个对象反射的光聚焦到第一接收器110的检测器上。为了这样做，光学透镜可以具有有助于提供沿着如上所述的特定垂直FOV(例如，-7°至-18°)聚焦入射光的任何尺寸、焦距和成形。在一些实现方式中，第二接收器112可以包括一个或多个反射镜，其被布置成折叠在第二接收器的光学透镜与第二接收器的光电检测器阵列之间的光路。此外，第二接收器的光电检测器阵列可以包括以上面在第一接收器110的上下文中描述的任何方式布置的任何可行数量的检测器。其他实现也是可能的。
此外，如所提到的，LIDAR设备100可以包括配置成围绕轴线旋转的旋转平台114。为了以这种方式旋转，一个或多个致动器116可以致动旋转平台114。实际上，这些致动器116可以包括马达、气动致动器、液压活塞、和/或压电致动器、以及其他可能性。
根据本公开，发送器108以及第一和第二接收器110-112可以被布置在旋转平台上，使得这些组件中的每一个基于旋转平台114的旋转而相对于环境移动。具体地，这些组件中的每一个可以相对于轴线旋转，使得LIDAR设备100可以从各个方向获得信息。以这种方式，LIDAR设备100可以具有水平观察方向，该水平观察方向可以通过将旋转平台114致动到不同方向来调节。
利用这种布置，控制器可以引导致动器116以各种方式使旋转平台114旋转，以便以各种方式获得关于环境的信息。具体地，旋转平台114可以以各种范围以及任一方向进行旋转。例如，旋转平台114可以执行全转(full revolutions)，使得LIDAR设备100提供环境的360°水平FOV。因此，给定第一和第二接收器110-112两者都可以基于旋转平台114的旋转而旋转，则两个接收器110-112都可以具有相同的水平FOV(例如，360°)，同时具有如上所述不同的垂直FOV。
此外，旋转平台114可以以各种速率旋转，以使LIDAR设备100以各种刷新率扫描环境。例如，LIDAR设备100可以被配置成具有15Hz的刷新率(例如，LIDAR设备100每秒进行15次完整旋转)。在该示例中，假设LIDAR设备100如下面进一步描述的那样耦合到车辆，扫描因此涉及每秒扫描车辆周围的360°FOV 15次。其他示例也是可能的。
进一步地，如所提到的，LIDAR设备100可以包括固定平台118。实际上，固定平台可以采用任何形状或形式，并且可以被配置成用于耦合到各种结构，例如到车辆顶部。而且，固定平台的耦合可以通过任何可行的连接器装置(例如，螺栓和/或螺钉)来进行。以这种方式，LIDAR设备100可以耦合到结构，以便用于各种目的，例如本文所述的那些目的。
根据本公开，LIDAR设备100还可以包括旋转连杆120，其直接或间接地将固定平台118耦合到旋转平台114。具体地，旋转连杆120可以采用任何形状、形式和材料，其提供旋转平台114相对于固定平台118围绕轴线旋转。例如，旋转连杆120可以采用基于来自致动器116的致动而旋转的轴(shaft)等的形式，从而从致动器116向旋转平台114传递机械力。此外，如所指出的，旋转连杆可以具有中心腔，其中可以安置有电子设备104和/或LIDAR设备100的一个或多个其他组件。其他布置也是可能的。
进一步地，如所提到的，LIDAR设备100可以包括外壳122。实际上，外壳122可以采用任何形状、形式和材料。例如，外壳122可以是圆顶形外壳、以及其他可能性。在另一个示例中，外壳122可以由至少部分不透明的材料构成，这可以允许阻挡至少一些光进入外壳122的内部空间，从而帮助减轻热效应，如下面进一步讨论的。注意，该外壳仅出于示例性目的而被描述，并不意味着是限制性的。
根据本公开，外壳122可以耦合到旋转平台114，使得外壳122被配置成基于旋转平台114的旋转而围绕上述轴线旋转。利用该实现方式，发送器108、第一和第二接收器110-112以及LIDAR设备100的可能的其他组件中的每一个可以被安置在外壳122内。以这种方式，发送器108以及第一和第二接收器110-112可以在被安置在外壳122内的同时与该外壳122一起旋转。
此外，外壳122可以在其上形成孔，其可以采用任何可行的形状和尺寸。在这方面，发送器108可以被布置在外壳120内，以便通过孔将光发射到环境中。以这种方式，由于外壳120的相应旋转，发送器108可以与孔一起旋转，从而允许光向各个方向发射。而且，第一和第二接收器110-112中的每一个可以被分别布置在外壳120内，以便分别检测通过孔从环境进入外壳120的光。以这种方式，由于外壳120的相应旋转，接收器110-112可以与孔一起旋转，从而允许检测沿着水平FOV从各个方向进入的光。
实际上，外壳122可以由于各种原因如上所述地布置。具体地，由于LIDAR设备100的各种组件被安置在外壳122内并且由于外壳122与这些组件一起旋转，外壳122可以帮助保护这些组件免受各种环境危害，例如雨和/或雪等等。而且，如果在LIDAR设备100在外壳122内旋转时外壳122将是静止的，则外壳122可能是透明的，以允许光通过外壳122传播，从而用于由LIDAR设备100扫描环境。
然而，根据本公开，外壳122可以具有与LIDAR设备100一起旋转的孔，这意味着外壳122不一定需要完全透明以允许扫描环境。例如，除可由透明材料构成的孔之外，外壳122可以由至少部分不透明的材料构成。结果，外壳122可以帮助减轻LIDAR设备100上的热效应。例如，外壳122可以阻挡太阳光线进入外壳122的内部空间，这可以帮助避免LIDAR设备100的各种组件由于那些太阳光线而过热。其他情况也是可能的。
给定如上所述的LIDAR设备100的各种组件，可以以各种方式布置这些各种组件。根据本公开，假设LIDAR设备100在空间上被定向成使得固定平台118最接近地面，LIDAR设备100可以被布置成：使得(i)第一接收器110基本上定位在固定平台118上方；(ii)第二接收器112和发送器108两者都基本上定位在第一接收器110上方；以及(iii)第二接收器112基本上定位在水平邻近发送器108。如下面进一步讨论的，这种特定的布置由于各种原因可能是有利的。然而，注意，该布置仅出于示例性目的而描述，并不意味着是限制性的。
III.LIDAR设备的说明性实现方式
图2A至图2C接下来示出了具有本文公开的特征的LIDAR设备的示例图示集合。具体地，图2A示出了LIDAR设备200的俯视横截面视图，图2B示出了LIDAR设备200的侧视横截面视图，并且图2C示出了与图2B中所示的侧视图相反的、LIDAR设备200的侧视横截面视图(例如，在LIDAR设备200围绕轴线232旋转半圈之后所示的侧视图)。注意，这些图示仅出于示例性目的而示出，并不意味着是限制性的。
更具体地，图2A至图2C共同示出了根据上面的讨论的LIDAR设备200包括耦合到旋转平台214的外壳222。然后，同样根据上面的讨论，旋转平台214被示出为经由旋转连杆220耦合到固定平台218。利用这种布置，旋转平台214可以围绕轴线232旋转，从而还使得LIDAR设备200的外壳222、发送器208、第一接收器210和第二接收器212围绕轴线232旋转。
实际上，外壳222可以采用上述外壳122的形式。而且，外壳222被示出为包括孔230，光可以通过该孔发射到环境中并且反射的光可以通过该孔从环境进入。此外，图2A至图2C共同示出发送器208、第一接收器210和第二接收器212中的每一个均安置在外壳222内，其中发送器208基本上邻近第二接收器212并且发送器和第二接收器212两者都定位在第一接收器210上方。
更具体地，发送器208可以采用上述发送器108的形式。如图2A和图2B所示，发送器208包括与用作光学放大器的光纤激光器融合的光学透镜224(例如，漫射器)，光纤激光器至少部分地定位在旋转平台214和第一接收器210之间。而且，根据上面的讨论，光学透镜224可以被布置成沿着+7°到-18°的特定垂直扩散垂直地扩散发射的光。
另外，第一接收器210可以采用上述第一接收器110的形式。如图2B和图2C所示，第一接收器210包括光学装置，其提供在光学透镜238和光电检测器阵列236之间的光路。具体地，光学装置被示出为包括两个反射镜234，它们布置成将在光学透镜238和光电检测器阵列236之间的光路折叠两次，从而帮助减小第一接收器210的尺寸。在这方面，光学透镜238可以被布置成将入射光聚焦在+7°至-7°的垂直FOV范围内。而且，根据上面的讨论，光电检测器阵列236可以被配置成以0.036°(水平)×0.067°(垂直)角分辨率检测光。
此外，第二接收器212可以采用上述第二接收器112的形式。如图2A和图2C所示，第二接收器212包括光学装置，其提供在光学透镜226和光电检测器阵列228之间的光路。在这方面，光学透镜226被示出为布置成将入射光聚焦在-7°至-18°的垂直FOV范围内。而且，根据上面的讨论，光电检测器阵列228可以被配置成以0.036°(水平)×0.23°(垂直)角分辨率检测光。
图3A至图3C接下来示出了具有本文公开的特征的LIDAR设备的另一示例图示集合。具体地，图3A示出了LIDAR设备300的俯视横截面视图，图3B示出了LIDAR设备300的侧视横截面视图，并且图3C示出了与图3B中所示的侧视图相反的、LIDAR设备300的侧视横截面视图(例如，在LIDAR设备300旋转半圈之后所示的侧视图)。注意，这些图示仅出于示例性目的而示出，并不意味着是限制性的。
更具体地，图3A至图3C共同示出了LIDAR设备300包括发送器308、第一接收器310和第二接收器312。尽管这些图中未示出，但是根据上面的讨论，这些各种组件可以安置在可耦合到旋转平台的外壳内。然后，根据上面的讨论，旋转平台可以通过旋转连杆耦合到固定平台。利用这种布置，旋转平台可以围绕轴线旋转，从而还使得LIDAR设备300的外壳、发送器308，第一接收器310和第二接收器312围绕轴线旋转。此外，图3A至图3C共同示出了发送器308基本上邻近第二接收器312，并且发送器308和第二接收器312两者都定位在第一接收器310上方。
更具体地，发送器308可以采用上述发送器108的形式。如图3A-3C所示，发送器308可以发射由用作光学放大器的光纤激光器306产生的光。并且，根据上面的讨论，发送器308可以通过光学透镜324(例如，漫射器)发射光，该光学透镜324被布置成沿着+7°至-18°的特定垂直扩散垂直地扩散发射的光。
另外，第一接收器310可以采用上述第一接收器110的形式。如图3A-3C所示，光学装置可以提供在光学透镜338和第一接收器310的光电检测器阵列(未示出)之间的光路340。具体地，光学装置被示出为包括两个反射镜334A-334B，它们布置成将在光学透镜338和第一接收器310的光电检测器阵列之间的光路340折叠两次，从而帮助减小LIDAR设备300的尺寸。在这方面，光学透镜338可以被布置成将入射光聚焦在+7°至-7°的垂直FOV范围内。而且，根据上面的讨论，第一接收器310的光电检测器阵列可以被配置成以0.036°(水平)×0.067°(垂直)角分辨率检测光。
此外，第二接收器312可以采用上述第二接收器112的形式。如图3A-3C所示，光学装置可以提供在光学透镜326和第二接收器312的光电检测器阵列(未示出)之间的光路。在这方面，光学透镜226被示出为布置成将入射光聚焦在-7°至-18°的垂直FOV范围内。而且，根据上面的讨论，第二接收器312的光电检测器阵列可以被配置成以0.036°(水平)×0.23°(垂直)角分辨率检测光。LIDAR设备的其他图示也是可能的。
图4A至图4E接下来共同示出了所公开的车辆400中的LIDAR设备的实现方式，具体示出了车辆400中的示例LIDAR设备200的实现方式。尽管车辆400被示为小汽车，如上所述，其他实施例是可能的。此外，尽管示例车辆400被示出为可被配置成以自动模式操作的车辆，但是本文描述的实施例也适用于未被配置成自动操作的车辆。因此，示例车辆400并不意味着是限制性的。
具体地，图4A示出了车辆400的右侧视图、前视图、后视图和俯视图。如图所示，车辆400包括LIDAR设备200，其位于与车辆400的车轮402所位于的底侧相对的车辆400的顶侧。尽管LIDAR设备200被示出并描述为位于车辆400的顶侧，但是在不脱离本公开的范围的情况下LIDAR设备200可以位于车辆的任何部分可行部分上。
此外，图4B至图4D接下来示出了LIDAR设备200可以被配置成在例如发射一个或多个光脉冲并检测离开车辆400的环境中的对象的反射的光脉冲的同时，通过围绕垂直轴线232旋转来扫描车辆400周围的环境(例如，以15Hz的刷新率)。
更具体地，图4B示出了LIDAR设备200以上述+7°至-18°的垂直扩散发射光。而且，由于发送器208如上所述位于较高点(即，在第一接收器210上方)，LIDAR设备200可以以该垂直扩散发射光，使得发射不会从车辆400本身反射。以这种方式，光发射可以朝向相对靠近车辆的环境区域(例如，车道标记)以及朝向远离车辆的环境区域(例如，车辆前方的道路标志)发射。
此外，图4C示出了LIDAR设备200使用第一接收器210来利用上述+7°至-7°的垂直FOV检测反射的光，并且以0.036°×0.067°的分辨率这样做。而且，图4D示出了LIDAR设备200使用第二接收器212来利用上述-7°至-18°的垂直FOV检测反射的光，并且以0.036°×0.23°的分辨率这样做。而且，由于第二接收器212也如上所述位于该较高点(即，在第一接收器210上方)，所以LIDAR设备200可以使用第二接收器212来检测从环境中的相对靠近车辆的部分反射的光。
以这种方式，第一接收器210可以接收从更远离车辆400的对象反射的光并且以更高的分辨率这样做，从而提供更多细节以帮助检测和/或识别那些较远的对象。第二接收器212可以接收从更靠近车辆400的对象反射的光，并且以较低的分辨率(即，与第一接收器210的分辨率相比)这样做，这可以提供足够的细节以帮助检测和/或识别那些较近的对象，同时允许降低传感器成本、功耗、/或数据负载、以及其他可能性。
通常，在图4E中通过示例的方式示出这些不同的检测距离。具体地，图4E示出了在车辆400使用LIDAR设备200来扫描周围环境的上述场景中车辆400的俯视图。如图4E所示，LIDAR设备200可适合于检测和/或识别距车辆400的距离范围内的对象。这些距离范围由轮廓404和406示出。注意，这些轮廓不是按比例绘制的，但为了便于描述而被示为如图所示出的。
更具体地，可以使用来自LIDAR设备200的第一接收器210的更高分辨率数据来适当地检测/识别在轮廓404之外且在由轮廓406定义的距离范围内的对象。可以使用来自LIDAR设备200的第二接收器212的更低分辨率数据来适当地检测/识别由轮廓404定义的距离范围内的更近的对象。在任一种情况下，每个接收器210-212的水平FOV可以在车辆400周围的所有方向上跨越360°。其他图示也是可能的。
IV.说明性方法
图5是示出根据示例实现方式的方法500的流程图。具体地，方法500可以被实现为基于从本文公开的LIDAR设备接收的扫描来操作车辆。
图5中所示的方法500(以及本文公开的其他过程和方法)提出了一种方法，该方法可以在包括例如图1的LIDAR设备100的布置内通过图4A-4E中所示的车辆400和/或通过图7中所示的并在下面进一步描述的车辆700(或者更具体地，通过其一个或多个组件或子系统，例如通过处理器和具有指令的非暂时性计算机可读介质，该指令可执行以使得设备执行本文所述的功能)来实现。附加地或替选地，方法500可以在任何其他布置和系统内实现。
方法500和本文公开的其他过程和方法可以包括如块502-504中的一个或多个所示的一个或多个操作、功能或动作。尽管按顺序次序示出了块，但是这些块也可以并行地和/或以与本文描述的顺序不同的顺序执行。而且，各种块可以组合成更少的块，划分成附加的块，和/或基于期望的实现而移除。
另外，对于方法500和本文公开的其他过程和方法，该流程图示出了本实现方式的一种可能实现方式的功能和操作。在这方面，每个块可以表示模块、分段或程序代码的一部分，其包括处理器可执行的用于实现该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，例如包括磁盘或硬盘驱动器的存储设备。计算机可读介质可以包括非暂时性计算机可读介质，例如在短时间段内存储数据的计算机可读介质，如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还可以包括非暂时性介质，例如辅助或持久性长期存储装置，如只读存储器(ROM)、光盘或磁盘，致密盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质还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计算机可读存储介质，例如，或者有形存储装置。另外，对于方法500和本文公开的其他过程和方法，图5中的每个块可以表示被布线为执行过程中的特定逻辑功能的电路。
在块502处，方法500涉及由控制器从包括发送器以及第一和第二接收器的LIDAR设备(例如，LIDAR设备100)接收对车辆周围环境的扫描。
更具体地，如上所述，控制器可以操作LIDAR设备100以将光发射到环境中。而且，控制器可以从LIDAR设备100接收表示反射的光的检测的数据。而且，通过将检测到的光束与发射的光束进行比较，控制器可以确定环境中的一个或多个对象的至少一个方面。
例如，通过比较LIDAR设备100的发送器发射多个光束的时间和LIDAR设备100的一个或多个接收器检测到反射的光的时间，可以确定在LIDAR设备100和环境中的对象之间的距离。在其他示例中，还可以基于在发射的光和检测到的光之间的各种比较来确定诸如形状、颜色、材料等的方面。
利用这种布置，控制器可以基于来自LIDAR设备100的数据确定环境的三维(3D)表示。例如，3D表示可以由控制器基于来自LIDAR设备100的数据来生成，作为3D点云。例如，3D云的每个点可以与反射的光脉冲相关联。这样，控制器可以(例如，连续地或不时地)生成环境或其部分的3D表示。
在块504处，方法500然后涉及由控制器至少基于从LIDAR设备接收的对环境的扫描来操作车辆。
通过示例的方式，可以以自动模式操作车辆。在该示例中，控制器可以通过规避障碍物以及还有其他可能性来利用3D表示以安全地导航车辆(例如，调节速度、方向等)。例如，可以使用用于分析3D表示并检测和/或识别各种障碍物或对象的图像处理算法或其他计算方法来检测和/或识别障碍物或对象。作为另一示例，车辆可以以部分自动或手动模式操作。在该示例中，例如通过使车辆中的显示器或扬声器呈现关于环境中的一个或多个对象的信息，车辆可以向车辆的驾驶员或操作者通知各种对象的存在或到各种对象的距离或者改变道路状况(例如，路灯、街道标志等)。其他示例也是可能的。
图6接下来示出了基于从LIDAR设备200接收的环境600的扫描的车辆400的示例操作。根据本公开，车辆的控制器可以使用从LIDAR设备200的第一接收器210接收的数据，以检测和识别远离的对象，例如道路标志602和车辆604。在这方面，控制器可以基于数据确定道路标志602代表车辆400理想地应当采取的出口以便到达期望的目的地。响应于做出该确定，控制器然后可以操作车辆400以从车道1上的驾驶切换到车道2上的驾驶。
在实践中，控制器可以通过识别环境600的3D表示内的车道标记来区分这些车道。例如，车辆的控制器可以使用从LIDAR设备200的第二接收器212接收的数据来检测和识别将车道1与车道2分开的附近的车道标记606。此外，在操作车辆以切换车道之前，控制器可以扫描环境以检测和识别对象，使得控制器可以以规避那些检测/识别的对象的方式操作车辆400，同时还操作车辆400以切换车道。
例如，控制器可以使用从LIDAR设备200的第二接收器212接收的数据来检测和识别附近的车辆608，并且如所指出的，可以使用从LIDAR设备200的第一接收器210接收的数据来检测/识别另外的车辆604。基于那些检测/识别，控制器可以以规避车辆604和608的方式操作车辆400，同时还操作车辆400以从车道1上的驾驶切换到车道2上的驾驶。其他图示也是可能的。
V.车辆的示例布置
最后，图7是根据示例实施例的车辆700的简化框图。车辆700可以类似于车辆400，并且可以包括类似于LIDAR设备100的LIDAR设备。此外，车辆700可以被配置成执行本文的功能和方法，如方法500。如图所示，车辆700包括推进系统702、传感器系统704、控制系统706(也可以称为控制器706)、外围设备708和计算机系统710。在其他实施例中，车辆700可以包括更多、更少或者不同的系统，并且每个系统可以包括更多、更少或不同的组件。
另外，可以以任何数量的方式组合或划分所示的系统和组件。例如，控制系统706和计算机系统710可以组合成根据各种操作来操作车辆700的单个系统。
推进系统702可以被配置成为车辆700提供动力运动(powered motion)。如图所示，推进系统702包括发动机/马达718、能量源720、变速器722和车轮/轮胎724。
发动机/马达718可以是或包括内燃发动机、电动马达、蒸汽发动机和斯特林发动机的任何组合。其他马达和发动机也是可能的。在一些实施例中，推进系统702可以包括多种类型的发动机和/或马达。例如，气电混合动力汽车可以包括汽油发动机和电动马达。其他示例也是可能的。
能量源720可以是全部或部分地为发动机/马达718提供动力的能量的源。也就是说，发动机/马达718可以被配置成将能量源720转换成机械能。能量源720的示例包括汽油、柴油、丙烷、其他基于压缩气体的燃料、乙醇、太阳能板、电池和其他电力源。能量源720可以附加地或替选地包括燃料箱、电池、电容器和/或调速轮(flywheels)的任何组合。在一些实施例中，能量源720也可以为车辆700的其他系统提供能量。
变速器722可以被配置成将机械动力从发动机/马达718传递到车轮/轮胎724。为此，变速器722可以包括变速箱、离合器、差速器、驱动轴(drive shaft)、和/或其他元件。在变速器722包括驱动轴的实施例中，驱动轴可以包括被配置成耦合到车轮/轮胎724的一个或多个轮轴。
车辆700的车轮/轮胎724可以以各种形式配置，包括独轮车、自行车/摩托车、三轮车或小汽车/卡车四轮形式。其他车轮/轮胎形式也是可能的，例如包括六个或更多个车轮的那些。在任何情况下，车轮/轮胎724可以被配置成关于其他车轮/轮胎724差动地(differentially)旋转。在一些实施例中，车轮/轮胎724可以包括固定地附接到变速器722的至少一个车轮和耦合到可与驾驶表面形成接触的车轮的轮缘的至少一个轮胎。车轮/轮胎724可以包括金属和橡胶的任何组合、或其他材料的组合。推进系统702可以附加地或替选地包括除所示的那些组件之外的组件。
传感器系统704可以包括被配置成感测关于车辆700所位于的环境的信息的多个传感器、以及被配置成改变传感器的位置和/或朝向的一个或多个致动器736。如图所示，传感器系统704的传感器包括全球定位系统(GPS)726、惯性测量单元(IMU)728、RADAR单元730、激光测距仪和/或LIDAR单元732、以及相机734。传感器系统704也可以包括附加传感器，包括例如监视车辆700的内部系统的传感器(例如，O2监视器、燃料表、发动机油温等)。其他传感器也是可能的。
GPS 726可以是被配置成估计车辆700的地理位置的任何传感器(例如，位置传感器)。为此，GPS 726可以包括收发器，其被配置成估计车辆700相对于地球的位置。GPS 726也可以采用其他形式。
IMU 728可以是被配置成基于惯性加速度感测车辆700的位置和朝向变化的传感器的任何组合。在一些实施例中，传感器的组合可以包括例如加速计和陀螺仪。传感器的其他组合也是可能的。
RADAR单元730可以是被配置成使用无线电信号感测车辆700所位于的环境中的对象的任何传感器。在一些实施例中，除了感测对象之外，RADAR单元730可以另外被配置成感测对象的速度和/或走向。
类似地，激光测距仪或LIDAR单元732可以是被配置成使用激光来感测车辆700所位于的环境中的对象的任何传感器。例如，LIDAR单元732可以包括一个或多个LIDAR设备，其中至少一些可以采用本文公开的LIDAR设备100的形式。
相机734可以是被配置成捕获车辆700所位于的环境的图像的任何相机(例如，静态相机、视频相机等)。为此，相机可以采用上述任何形式。传感器系统704可以附加地或替选地包括除所示的那些组件之外的组件。
控制系统706可以被配置成控制车辆700及其组件的操作。为此，控制系统706可以包括转向单元738、节气门740、制动单元742、传感器融合算法744、计算机视觉系统746、导航或路径系统748、以及避障系统750。
转向单元738可以是被配置成调节车辆700的走向的机构的任何组合。节气门740可以是被配置成控制发动机/马达718的操作速度并且进而控制车辆700的速度的机构的任何组合。制动单元742可以是被配置成使车辆700减速的机构的任何组合。例如，制动单元742可以使用摩擦力来使车轮/轮胎724减慢。作为另一示例，制动单元742可以将车轮/轮胎724的动能转换为电流。制动单元742也可以采用其他形式。
传感器融合算法744可以是被配置成接收来自传感器系统704的数据作为输入的算法(或存储算法的计算机程序产品)。该数据可以包括例如表示在传感器系统704的传感器处感测到的信息的数据。传感器融合算法744可以包括例如卡尔曼滤波器、贝叶斯网络、用于本文方法的一些功能的算法、或任何其他算法。传感器融合算法744还可以被配置成基于来自传感器系统704的数据提供各种评价(assessments)，包括例如对车辆700所位于的环境中的各个对象和/或特征的评估(evaluations)、特定情况的评估、和/或基于特定情况的可能影响的评估。其他评价也是可能的。
计算机视觉系统746可以是被配置成处理和分析由相机734捕获的图像以便识别车辆700所位于的环境中的对象和/或特征(包括例如交通信号和障碍物)的任何系统。为此，计算机视觉系统746可以使用对象识别算法、运动恢复结构(Structure from Motion，SFM)算法、视频跟踪或其他计算机视觉技术。在一些实施例中，计算机视觉系统746可以另外被配置成映射环境、跟踪对象、估计对象的速度等。
导航和路径系统748可以是被配置成确定车辆700的驾驶路径的任何系统。导航和路径系统748可以另外被配置成在车辆700运行时动态地更新驾驶路径。在一些实施例中，导航和路径系统748可以被配置成合并来自传感器融合算法744、GPS 726、LIDAR单元732和一个或多个预定地图的数据，以便确定车辆700的驾驶路径。
避障系统750可以是被配置成识别、评估和规避或以其他方式协调车辆700所位于的环境中的障碍物的任何系统。控制系统706可以附加地或替选地包括除所示的那些组件之外的组件。
外围设备708可以被配置成允许车辆700与外部传感器、其他车辆、外部计算设备和/或用户交互。为此，外围设备708可以包括例如无线通信系统752、触摸屏754、麦克风756和/或扬声器758。
无线通信系统752可以是被配置成直接或经由通信网络无线耦合到一个或多个其他车辆、传感器或其他实体的任何系统。为此，无线通信系统752可以包括天线和芯片组，用于直接或经由通信网络与其他车辆、传感器、服务器或其他实体通信。芯片组或无线通信系统752通常可以被布置为根据一种或多种类型的无线通信(例如，协议)进行通信，例如蓝牙、IEEE 802.11(包括任何IEEE 802.11修订版)中描述的通信协议、蜂窝技术(例如GSM、CDMA、UMTS、EV-DO、WiMAX或LTE)、Zigbee、专用短程通信(DSRC)和射频识别(RFID)通信、以及其他可能性。无线通信系统752也可以采用其他形式。
用户可以使用触摸屏754以向车辆700输入命令。为此，触摸屏754可以被配置成通过电容感测、电阻感测、或表面声波过程、以及其他可能性来感测用户的手指的位置和移动中的至少一个。触摸屏754可以在与触摸屏表面平行或平面的方向上、在垂直于触摸屏表面的方向上、或在前述两个方向上感测手指移动，并且还可以能够感测施加到触摸屏表面的压力水平。触摸屏754可以由一个或多个半透明或透明绝缘层和一个或多个半透明或透明导电层形成。触摸屏754也可以采用其他形式。
麦克风756可以被配置成从车辆700的用户接收音频(例如，语音命令或其他音频输入)。类似地，扬声器758可以被配置成向车辆700的用户输出音频。外围设备708可以附加地或替选地包括除所示的那些组件之外的组件。
计算机系统710可以被配置成向推进系统702、传感器系统704、控制系统706和外围设备708中的一个或多个发送数据，从其接收数据，与之交互，和/或对其进行控制。为此，计算机系统710可以通过系统总线、网络和/或其他连接机构(未示出)通信地链接到推进系统702、传感器系统704、控制系统706和外围设备708中的一个或多个。
在一个示例中，计算机系统710可以被配置成控制变速器722的操作以改进燃料效率。作为另一示例，计算机系统710可以被配置成使相机734捕获环境的图像。作为再一示例，计算机系统710可以被配置成存储和执行与传感器融合算法744相对应的指令。作为又一示例，计算机系统710可以被配置成存储和执行用于使用LIDAR单元732确定车辆700周围的环境的3D表示的指令。其他示例也是可能的。因此，计算机系统710可以用作LIDAR单元732的控制器。
如图所示，计算机系统710包括处理器712和数据存储装置714。处理器712可以包括一个或多个通用处理器和/或一个或多个专用处理器。在处理器712包括多于一个处理器的程度上，这样的处理器可以单独地或组合地工作。进而，数据存储装置714可以包括一个或多个易失性和/或一个或多个非易失性存储组件，例如光学、磁性和/或有机存储装置，并且数据存储装置714可以整体或部分地与处理器712集成。
在一些实施例中，数据存储装置714可以包含由处理器712可执行以执行各种车辆功能(例如，方法500等)的指令716(例如，程序逻辑)。数据存储装置714还可以包含附加指令，包括向推进系统702、传感器系统704、控制系统706和外围设备708中的一个或多个发送数据，从其接收数据，与之交互，和/或对其进行控制的指令。计算机系统710可以附加地或替选地包括除所示的那些组件之外的组件。
如图所示，车辆700还包括电源760，其可以被配置成向车辆700的一些或所有组件提供电力。为此，电源760可以包括例如可充电锂离子或铅酸电池。在一些实施例中，一个或多个电池组可以被配置成提供电力。其他电源材料和配置也是可能的。在一些实施例中，电源760和能量源720可以一起实现为一个组件，如在一些全电动小汽车中那样。
在一些实施例中，除了所示的那些元件之外或代替所示的那些元件，车辆700可以包括一个或多个元件。例如，车辆700可以包括一个或多个附加接口和/或电源。其他附加组件也是可能的。在这样的实施例中，数据存储装置714可以进一步包括由处理器712可执行以控制和/或与附加组件通信的指令。
更进一步，虽然每个组件和系统被示出为集成在车辆700中，但是在一些实施例中，一个或多个组件或系统可以可移除地安装在车辆700上或以其他方式使用有线或无线连接而连接(机械地或电气地)到车辆700。车辆700也可以采用其他形式。
VI.结论
图中所示的特定布置不应视为限制性的。应理解，其他实现方式可以包括给定图中所示的每个元素的更多或更少。此外，可以组合或省略一些所示元素。更进一步地，示例性实现方式可以包括图中未示出的元素。
另外，虽然本文已经公开了各个方面和实现方式，但是其他方面和实现方式对于本领域技术人员来说将是明显的。这里公开的各个方面和实现方式是出于说明的目的而不旨在是限制性的，其中真正的范围和精神由所附权利要求指示。在不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实现方式，并且可以进行其他改变。将会容易理解，如本文一般描述的且在附图中示出的本公开的方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分割和设计，所有这些在本文中都被设想。

Claims (20)

1.一种光检测和测距LIDAR设备，包括：
发送器，其中，发送器被配置成将具有垂直波束宽度的光发射到环境中，所发射的光具有波长范围内的波长；
第一接收器，其中，第一接收器被配置成在用第一视场FOV扫描环境的同时以第一分辨率检测光，并且其中，第一接收器被配置成检测具有波长范围内的波长的光；
第二接收器，其中，第二接收器被配置成在用第二FOV扫描环境的同时以第二分辨率检测光，其中，第二接收器被配置成检测具有波长范围内的波长的光，其中，第一分辨率高于第二分辨率，其中，第一FOV至少部分地不同于第二FOV，并且其中，垂直波束宽度至少包括第一FOV和第二FOV的垂直范围；以及
旋转平台，其中，旋转平台被配置成围绕轴线旋转，并且其中，发送器、第一接收器和第二接收器中的每一个均被配置成基于旋转平台的旋转而分别相对于环境移动。
2.根据权利要求1所述的LIDAR设备，其中，发送器被配置成发射光包括：发送器被配置成发射具有垂直波束宽度并具有水平波束宽度的激光波束，并且其中，水平波束宽度小于垂直波束宽度。
3.根据权利要求1所述的LIDAR设备，还包括固定平台，该固定平台被配置成耦合到车辆的顶侧，其中，顶侧与车辆的一个或多个车轮所位于的底侧相对。
4.根据权利要求3所述的LIDAR设备，其中，固定平台耦合到车辆的顶侧时，(i)第一接收器相对于车辆的顶侧基本上定位在固定平台上方，(ii)第二接收器和发送器都相对于车辆的顶侧基本上定位在第一接收器上方，并且(iii)第二接收器相对于车辆的顶侧基本上定位在邻近发送器。
5.根据权利要求3所述的LIDAR设备，其中，固定平台经由旋转连杆耦合到旋转平台，并且其中，旋转平台被配置成围绕轴线旋转包括旋转平台被配置成当固定平台耦合到车辆的顶侧时，围绕垂直轴线旋转，该垂直轴线基本上垂直于车辆的顶侧。
6.根据权利要求3所述的LIDAR设备，其中，当固定平台耦合到车辆的顶侧时，第一FOV延伸到相对于车辆的环境的第一部分，并且第二FOV延伸到相对于车辆的环境的第二部分，并且其中，与环境的第一部分相比，环境的第二部分基本上更靠近车辆。
7.根据权利要求1所述的LIDAR设备，其中，第一接收器包括：
光电检测器阵列，包括两个或更多个光电检测器，每个光电检测器被配置成将检测到的光转换成电信号；
至少一个光学透镜，被布置成将来自环境的光沿光路聚焦到光电检测器阵列；以及
至少一个反射镜，被布置成折叠在至少一个光学透镜和光电检测器阵列之间的光路。
8.根据权利要求7所述的LIDAR设备，其中，至少一个反射镜被布置成折叠光路包括：两个或更多个反射镜被布置成在至少一个光学透镜和光电检测器阵列之间折叠光路两次或更多次。
9.根据权利要求1所述的LIDAR设备，其中，第一分辨率是第一角分辨率，并且其中，第二分辨率是第二角分辨率。
10.根据权利要求1所述的LIDAR设备，还包括：
耦合到旋转平台的圆顶形外壳，其中，圆顶形外壳被配置成基于旋转平台的旋转围绕轴线旋转，并且其中，发送器、第一接收器和第二接收器被安置在圆顶形外壳内。
11.根据权利要求10所述的LIDAR设备，
其中，在圆顶形外壳上形成有孔，
其中，发送器被配置成将光发射到环境中包括发送器被配置成通过孔将光发射到环境中，
其中，第一接收器被配置成检测光包括第一接收器被配置成检测通过孔从环境进入圆顶形外壳的光，以及
其中，第二接收器被配置成检测光包括第二接收器被配置成检测通过孔从环境进入圆顶形外壳的光。
12.根据权利要求10所述的LIDAR设备，其中，圆顶形外壳至少部分地由非透明材料构成。
13.根据权利要求1所述的LIDAR设备，还包括：
光源，被配置成产生光，其中，发送器被配置成将光发射到环境中包括发送器具有沿着从光源到环境的光路引导光的光学装置。
14.根据权利要求13所述的LIDAR设备，其中，光学装置包括：光纤，被配置成提供光路；以及漫射器，被配置成扩散引导的光。
15.根据权利要求13所述的LIDAR设备，其中，光源是光纤激光器。
16.根据权利要求15所述的LIDAR设备，其中，光纤激光器包括安置在旋转平台和第一接收器之间的光学放大器。
17.一种车辆，包括：
一个或多个车轮，位于车辆的底侧；
光检测和测距LIDAR设备，位于车辆的与底侧相对的顶侧，其中，LIDAR设备包括发送器以及第一接收器和第二接收器，其中，发送器被配置成将具有垂直波束宽度的光发射到车辆周围的环境中，所发射的光具有波长范围内的波长，其中，第一接收器被配置成在用第一视场FOV扫描环境的同时以第一分辨率检测光，所检测的光具有波长范围内的波长，其中，第二接收器被配置成在用第二FOV扫描环境的同时以第二分辨率检测光，所检测的光具有波长范围内的波长，其中，第一分辨率高于第二分辨率，其中，第一FOV至少部分地不同于第二FOV，并且其中，垂直波束宽度至少包括第一FOV和第二FOV的垂直范围；以及
控制器，被配置成至少基于LIDAR设备的第一接收器和第二接收器对环境的扫描来操作车辆。
18.根据权利要求17所述的车辆，其中，LIDAR设备还包括旋转平台，该旋转平台被配置成围绕垂直轴线旋转，该垂直轴线基本上垂直于车辆的顶侧，并且其中，发送器、第一接收器和第二接收器中的每一个均被配置成基于旋转平台的旋转分别相对于环境移动。
19.一种方法，包括：
由控制器从包括发送器以及第一接收器和第二接收器的光检测和测距LIDAR设备接收对车辆周围环境的扫描，其中，发送器被配置成将具有垂直波束宽度的光发射到环境中，所发射的光具有波长范围内的波长，其中，第一接收器被配置成在用第一视场FOV扫描环境的同时以第一分辨率检测光，所检测的光具有波长范围内的波长，其中，第二接收器被配置成在用第二FOV扫描环境的同时以第二分辨率检测光，所检测的光具有波长范围内的波长，其中，第一分辨率高于第二分辨率，其中，第一FOV至少部分地不同于第二FOV，并且其中，垂直波束宽度至少包括第一FOV和第二FOV的垂直范围；以及
由控制器至少基于从LIDAR设备接收的对环境的扫描来操作车辆。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，LIDAR设备位于车辆的顶侧，该顶侧与车辆的一个或多个车轮所位于的底侧相对，其中，LIDAR设备还包括旋转平台，该旋转平台被配置成围绕轴线旋转，该垂直轴线基本上垂直于车辆的顶侧，并且其中，发送器、第一接收器和第二接收器中的每一个均被配置成基于旋转平台的旋转分别相对于环境移动，并且其中，致动器耦合到旋转平台，该方法还包括：
在接收对车辆周围环境的扫描的同时，由控制器引导致动器以使旋转平台围绕垂直轴线旋转。
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