CN110914704B - 基于车辆运动的传感器调整 - Google Patents

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Abstract

一种示例系统包括光检测和测距(LIDAR)设备，该LIDAR设备扫描由LIDAR设备的指向方向定义的视场。该系统还包括调整LIDAR设备的指向方向的致动器。该系统还包括指示与LIDAR设备相关联的车辆的运动相关的测量的一个或多个传感器。该系统还包括使致动器至少基于由一个或多个传感器指示的车辆的运动来调整LIDAR设备的指向方向的控制器。

Description

基于车辆运动的传感器调整
相关公开的交叉引用
本申请要求2017年7月13日提交的第15/648,673号美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及基于车辆运动的传感器调整。
背景技术
车辆可以包括被配置为检测关于车辆运行环境的信息的一个或多个传感器。无源传感器，诸如相机，是通过无源地接收源自外部源(例如，太阳等)的信号来扫描周围环境的传感器。有源传感器，诸如光检测和测距(light detection and ranging，LIDAR)传感器、无线电检测和测距(radio detection and ranging，RADAR)传感器、声音导航和测距(sound navigation and ranging，SONAR)传感器等，是能够通过朝向周围环境发射信号并检测发射信号的反射来扫描周围环境的传感器。
例如，LIDAR传感器可以在扫描场景时确定到环境特征的距离，以组装指示环境中的反射表面的“点云(point cloud)”。点云中的各个点可以例如通过发送激光脉冲和检测从环境中的物体反射的返回脉冲(如果有的话)来确定，并且然后根据脉冲的发送和反射脉冲的接收之间的时间延迟来确定到物体的距离。结果，例如，可以生成指示环境中的反射特征的定位的点的三维地图。
发明内容
在一个示例中，一种系统包括扫描由光检测和测距(LIDAR)设备的指向方向定义的视场的LIDAR设备。LIDAR设备可以被配置为安装到车辆。该系统还包括调整LIDAR设备的指向方向的致动器。该系统还包括指示与车辆相对于车辆环境的运动相关的测量的一个或多个传感器。该系统还包括使致动器至少基于由一个或多个传感器指示的车辆的运动来调整LIDAR设备的指向方向的控制器。
在另一示例中，一种车辆包括扫描由光检测和测距(LIDAR)设备的指向方向定义的视场的LIDAR设备。该车辆还包括将LIDAR设备围绕轴转动以调整LIDAR设备的指向方向的致动器。该车辆还包括指示与车辆相对于车辆环境的运动相关的测量的一个或多个传感器。该车辆还包括使致动器至少基于由一个或多个传感器指示的车辆的运动来调整LIDAR设备的转动的频率的控制器。
在又一示例中，一种方法涉及扫描由安装到车辆的LIDAR设备的指向方向定义的视场。该方法还涉及接收包括指示车辆相对于车辆环境的运动的数据的传感器数据。该方法还包括至少基于传感器数据来调整LIDAR设备相对于车辆环境的指向方向。
在又一示例中，一种系统包括用于扫描由安装到车辆的光检测和测距(LIDAR)设备的指向方向定义的视场的装置。该系统还包括用于接收包括指示车辆相对于车辆环境的运动的数据的传感器数据的装置。该系统还包括用于至少基于传感器数据来调整LIDAR设备的指向方向的装置。
通过适当参考附图阅读以下详细描述，这些以及其他方面、优点和替换对于本领域普通技术人员将变得显而易见。此外，应当理解，在本发明内容部分和本文件其他地方提供的描述旨在通过示例而非限制的方式来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2示出了根据示例实施例的LIDAR设备。
图3是根据示例实施例的车辆的简化框图。
图4A示出了根据示例实施例的配备有LIDAR设备的车辆的几个视图。
图4B示出了车辆的俯视图。
图4C示出了LIDAR设备的示例操作。
图4D示出了LIDAR设备的另一示例操作。
图5示出了根据示例实施例的在环境中操作的多个车辆。
图6是根据示例实施例的系统的简化框图。
图7是根据示例实施例的方法的流程图。
具体实施方式
本文描述了示例性实施方式。应当理解，本文使用的词语“示例性”意味着“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例性”或“说明性”的任何实施方式或特征不一定被解释为优于或优于其他实施方式或特征。在附图中，相似的符号通常标识相似的组件，除非上下文另有说明。本文描述的示例实施方式并不意味着限制。将容易理解，如本文一般描述的和在附图中示出的本公开的各方面可以以各种各样不同的配置进行布置、替代、组合、分离和设计。
I.概述
继续努力改善车辆安全和/或自动操作，包括开发配备有事故避免系统和遥感能力的车辆。为此，各种传感器，诸如LIDAR、RADAR、SONAR、相机等，可以被包括在车辆中，以检测车辆环境中的障碍/物体，并且从而有助于事故避免、自动操作等。
在一些场景下，车辆的运动可能影响安装到车辆的各种传感器的操作。在一个示例场景中，安装到车辆的LIDAR设备可以被配置为根据特定的扫描分辨率来扫描车辆的周围环境。为有助于此，例如，LIDAR设备可以以特定的脉冲发射率发射光脉冲，同时以特定的转动的频率转动。在这种场景下，如果车辆执行转弯操纵(例如，调整车辆相对于环境的偏航方向)，则车辆的转动可以导致LIDAR设备相对于周围环境的转动的视在频率(apparentfrequency)的调整。
例如，如果在这种场景下车辆以与LIDAR设备的转动的方向相同的方向转弯，则LIDAR设备相对于在转弯操纵期间扫描的环境区域的转动的速率可能高于车辆不转弯时的转动的对应速率。另一方面，如果车辆以与LIDAR设备的转动的方向相对的方向转弯，则LIDAR设备(相对于在转弯操纵期间扫描的环境区域)的转动的速率可能小于车辆不转弯时的转动的对应速率。在两种情况下，在转弯操纵期间扫描的区域可能因此具有与环境的其他扫描区域不同的扫描分辨率。在一些情况下，扫描分辨率的这种变化可能影响利用来自LIDAR设备的传感器数据的车辆的一个或多个操作(例如，自动导航、物体检测、物体识别等)。其他场景也是可能的。
因此，本文的示例实施方式可以涉及基于安装传感器的车辆的运动来调整各种车载传感器操作。一个示例实施方式涉及包括LIDAR设备和一个或多个传感器(例如，惯性测量单元、陀螺仪、加速度计、偏航(yaw)传感器、俯仰(pitch)传感器、侧倾(roll)传感器、速度计、速度传感器、卫星导航传感器等)的车辆，该一个或多个传感器测量或另外指示车辆相对于车辆环境的运动。车辆还可以包括被配置为基于由一个或多个传感器指示的车辆的运动来调整LIDAR设备的指向方向的致动器。
为此，在一些示例中，一个或多个传感器(例如，IMU(inertial measurementunit，惯性测量单元)、陀螺仪、加速度计、指南针等)可以提供车辆相对于环境的朝向的指示。例如，一个示例传感器(例如，偏航传感器)可以指示环境中车辆的偏航方向(例如，汽车在道路上的行进方向等)的测量。类似地，在一些示例中，一个或多个传感器可以包括提供LIDAR设备相对于车辆的朝向的指示的传感器(例如，IMU、陀螺仪、编码器等)。此外，在一些示例中，LIDAR设备可以被配置为围绕轴转动(例如，转动以扫描周围环境的安装在车辆顶侧的LIDAR)。在这些示例中，车辆可以调制LIDAR设备的转动的频率以考虑车辆运动。
举例来说，考虑LIDAR设备正以15Hz的频率(每秒15转)按顺时针方向转动的情况。在这种场景下，如果车辆执行右转弯操纵，则车辆可以将LIDAR设备的转动的频率降低基于车辆的偏航方向变化的速率的量(例如，降低到小于15Hz的频率)。通过该过程，车辆可以减轻或防止在行驶操纵(例如，左转弯或右转弯)之前、期间和/或之后、LIDAR设备相对于环境的转动的视在频率的变化。结果，例如，在操纵期间由LIDAR设备扫描的环境区域可以具有与其他扫描区域相同或相似的扫描分辨率。
根据本公开，其他示例车辆/传感器配置和操作也是可能的。
II.示例传感器
尽管本文描述的示例传感器包括LIDAR传感器，但是其他类型的传感器也是可能的。本文可以采用的示例传感器的非穷举列表包括RADAR传感器和SONAR传感器等。为此，本文的一些示例传感器可以包括基于提供给传感器的调制功率来(例如，以脉冲序列等的形式)发射信号、以及然后检测来自周围环境中的物体的发射信号的反射的有源传感器。替代地或附加地，本文的一些示例传感器可以包括检测来自周围环境中一个或多个外部光源(例如，太阳、街灯等)的信号的无源传感器，诸如，例如相机和麦克风。
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、控制器104、发送器106、一个或多个光学元件108、接收器114、转动平台116、一个或多个致动器118、固定平台120、转动连杆(rotary link)122和外壳124。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。例如，设备100可以可选地包括指示设备100的朝向的测量的一个或多个传感器(例如，陀螺仪、加速度计、编码器等)。此外，所示的组件可以以多种方式组合或划分。
电源装置102可以被配置为向LIDAR设备100的各种组件供应、接收和/或分配电力。为此，电源装置102可以包括电源或者另外采取电源的形式(例如，电池单元等)，该电源设置在LIDAR设备100内并且以任何可行的方式连接到LIDAR设备100的各种组件，以便向这些组件供电。附加地或替代地，电源装置102可以包括电源适配器或另外采取电源适配器的形式，该电源适配器被配置为从一个或多个外部电源(例如，从在安装有LIDAR设备100的车辆中布置的电源)接收电力，并将接收的电力发送到LIDAR设备100的各种组件。
控制器104可以包括被布置成有助于LIDAR设备100的某些操作的一个或多个电子组件和/或系统。控制器104可以以任何可行的方式设置在LIDAR设备100内。在一个实施例中，控制器104可以至少部分地设置在转动连杆122的中心空腔区域内。
在一些示例中，控制器104可以包括或者另外耦合到用于将控制信号传递到LIDAR设备100的各种组件和/或用于将数据从LIDAR设备100的各种组件传递到控制器104的布线。通常，控制器104接收的数据可以包括基于接收器114对光的检测的传感器数据，等等。此外，控制器104发送的控制信号可以操作LIDAR设备100的各种组件，诸如通过控制发送器106对光的发射、控制接收器114对光的检测和/或控制(多个)致动器118以转动转动平台116，等等。
为此，在一些示例中，控制器104可以包括一个或多个处理器、数据储存装置、以及可由一个或多个处理器执行以使LIDAR设备100执行本文描述的各种操作的程序指令(存储在数据储存装置上)。在一些情况下，控制器可以与外部控制器等(例如，布置在安装有LIDAR设备100的车辆中的计算系统)通信，以便有助于在外部控制器和LIDAR设备100的各种组件之间传递控制信号和/或数据。
附加地或替代地，在一些示例中，控制器104可以包括有线电路，以执行本文描述的各种功能。附加地或替代地，在一些示例中，控制器104可以包括一个或多个专用处理器、伺服系统或其他类型的控制器。例如，控制器104可以包括比例积分微分(proportional-integral-derivative，PID)控制器或操作(多个)致动器118以使转动平台以特定频率或相位转动的其他控制回路反馈机构。其他示例也是可能的。
发送器106可以被配置为朝向LIDAR设备100的环境发送光(或其他信号)。在一个示例中，发送器106可以包括发射波长在波长范围内的一个或多个光束和/或脉冲的一个或多个光源。该波长范围可以例如在电磁波谱的紫外、可见和/或红外部分。在一些示例中，该波长范围可以是窄波长范围，诸如由激光器所提供的。
在一些示例中，发送器106中的(多个)光源可以包括激光二极管、二极管条、发光二极管(LED)、垂直腔面发射激光器(vertical cavity surface emitting laser，VCSEL)、有机发光二极管(OLED)、聚合物发光二极管(polymer light emitting diode，PLED)、发光聚合物(light emitting plymer，LEP)、液晶显示器(LCD)、微机电系统(MEMS)、光纤激光器，和/或被配置为选择性地发送、反射和/或发射光以提供多个发射光束和/或脉冲的任何其他设备。
(多个)光学元件108可以被包括在发送器106和/或接收器114中或者另外被耦合到发送器106和/或接收器114。在一个示例中，(多个)光学元件108可以被布置成将来自发送器106中的光源的光导向环境。在另一示例中，(多个)光学元件108可以被布置成将来自环境的光朝着接收器114聚焦。这样，(多个)光学元件108可以包括用于引导光穿过物理空间传播的(多个)反射镜和/或用于调整光的某些特性的(多个)透镜以及其他光学元件的任何可行组合。
接收器114可以包括被布置成截获和检测由发送器106发射并从LIDAR设备100的周围环境中的一个或多个物体反射的光脉冲的反射的一个或多个光检测器(例如，光电二极管、雪崩光电二极管等)。为此，接收器114可以被配置为检测波长与由发送器106发射的光的波长范围相同的光。这样，例如，LIDAR设备100可以将源于LIDAR设备100的反射光脉冲与环境中的其他光区分开来。
在一些示例中，LIDAR设备100可以通过改变LIDAR设备100的转动的速率和/或调整由发送器106发射的光脉冲的脉冲速率来选择或调整水平扫描分辨率。作为具体示例，发送器106可以被配置为以每秒150,000个光脉冲的脉冲速率发射光脉冲。在该示例中，LIDAR设备100可以被配置为以15Hz转动(即，每秒15次完整的360°转动)。这样，接收器114可以检测具有0.036°水平角分辨率的光。0.036°的水平角分辨率可以通过改变LIDAR设备100的转动的速率或者通过调整脉冲速率来进行调整。例如，如果替代地，LIDAR设备100以30Hz转动，则水平角分辨率可以变为0.072°。替代地，如果发送器106以每秒300,000个光脉冲的速率发射光脉冲，同时保持15Hz的转动的速率，那么水平角分辨率可以变为0.018°。在其他示例中，LIDAR设备100可以替代地被配置为扫描小于LIDAR 100的完整的360°转动内的特定视野范围。
在一些实施方式中，光学元件108还可以包括至少一个反射镜，该反射镜被布置成折叠接收器114中的光学透镜和光电检测器(或光检测器)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接收器114内。此外，出于折叠光路的目的，可以布置任何可行数量的反射镜。例如，接收器114还可以包括两个或多个反射镜，该两个或多个反射镜被布置成在光学透镜和光检测器阵列之间折叠光路两次或更多次。
此外，如上所述，接收器114可以包括光电检测器阵列，该光电检测器阵列可以包括一个或多个检测器，其中每个检测器被配置为将检测到的光(例如，在上述波长范围内)转换成指示该检测到的光的电信号。实际上，这种光电检测器阵列可以以多种方式之一来布置。例如，检测器可以设置在一个或多个基板上(例如，印刷电路板(printed circuitboard，PCB)、柔性PCB等)并被布置成检测从光学透镜沿着光路传播的入射光。此外，这种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。
此外，阵列中的检测器可以采取各种形式。例如，检测器可以采取光电二极管、雪崩光电二极管(例如，(多个)盖革(Geiger)模式和/或线性模式雪崩光电二极管)、硅光电倍增器(silicon photomultiplier，SiPM)、光电晶体管、相机、有源像素传感器(activepixel sensor，APS)、电荷耦合器件(CCD)、低温检测器和/或被配置为接收波长在发射光波长范围内的聚焦光的任何其他光传感器的形式。
转动平台116可以被配置为围绕轴转动。为此，转动平台116可以由适合于支撑安装在其上的一个或多个组件的任何固体材料形成。例如，发送器106和接收器114可以被布置在转动平台116上，使得这些组件中的每一个基于转动平台116的转动而相对于环境移动。特别地，这些组件中的每一个组件可以相对于轴转动，使得LIDAR设备100可以从各种方向获得信息。以这种方式，通过将转动平台116致动到不同的方向，可以水平调整LIDAR设备100的指向方向。
为了以这种方式转动平台116，一个或多个致动器118可以致动转动平台116。为此，致动器118可以包括马达、气动致动器、液压活塞和/或压电致动器等等。
利用这种布置，控制器104可以操作致动器118以各种方式转动转动平台116，从而获得关于环境的信息。在一个示例中，转动平台116可以在任一方向上转动。在另一示例中，转动平台116可以执行完整的转动，使得LIDAR设备100提供环境的360°水平FOV。此外，转动平台116可以以各种频率转动，从而使得LIDAR设备100以各种刷新速率扫描环境。在一个实施例中，LIDAR设备100可以被配置为具有15Hz的刷新速率(例如，LIDAR设备100每秒15次完整转动)。
固定平台120可以采取任何形状或形式，并且可以被配置为耦合到各种结构，诸如，例如耦合到车辆顶部。此外，固定平台的耦合可以经由任何可行的连接器布置(例如，螺栓和/或螺钉)来实行。这样，LIDAR设备100可以耦合到结构，以便用于各种目的，诸如本文描述的那些目的。
转动连杆122直接或间接地将固定平台120连接到转动平台116。为此，转动连杆122可以采取提供转动平台116相对于固定平台120围绕轴的转动的任何形状、形式和材料。例如，转动连杆122可以采取基于来自致动器118的致动而转动的轴类件(shaft)等的形式，从而将机械力从致动器118传递到转动平台116。在一个实施方式中，转动连杆122可以具有中心空腔，LIDAR设备100的一个或多个组件可以设置在该中心空腔中。在一些示例中，转动连杆122还可以提供通信链路，以用于在固定平台120和转动平台116(和/或其上的组件，诸如发送器106和接收器114)之间传递数据和/或指令。
外壳124可以采取任何形状、形式和材料，并且可以被配置为容纳LIDAR设备100的一个或多个组件。例如，外壳124可以是圆顶形外壳。此外，例如，外壳124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124的内部空间，并且因此有助于减轻环境光对LIDAR设备100的一个或多个组件的热效应和噪声效应。外壳124的其他配置也是可能的。
在一些示例中，外壳124可以被耦合到转动平台116，使得外壳124被配置为基于转动平台116的转动而围绕上述轴转动。利用这种实施方式，LIDAR设备100的发送器106、接收器114以及可能的其他组件可以每个被设置在外壳124内。以这种方式，发送器106和接收器114可以随着外壳124转动，同时被设置在外壳124内。注意，LIDAR设备100的这种布置仅是出于示例性目的而描述的，并不意味着是限制性的。
图2示出了根据示例实施例的LIDAR设备200。LIDAR 200可以类似于LIDAR 100。例如，如图所示，LIDAR 200包括透镜208、转动平台216、固定平台220和外壳224，它们可以分别类似于光学元件108、转动平台116、固定平台120和外壳124。如图所示，由LIDAR设备200发射的光束280从透镜208沿着LIDAR 200的指向方向朝向LIDAR 200的环境传播，并且从环境中的一个或多个物体反射为反射光290。
在一些示例中，外壳224可以被配置为具有基本上圆柱形的形状，并且围绕LIDAR设备200的轴转动。在一个示例中，外壳224可以具有大约10厘米的直径。其他示例也是可能的。在一些示例中，LIDAR设备200的转动的轴基本垂直。例如，通过转动包括各种组件的外壳224，可以确定LIDAR设备200的环境的360度视野的三维图。附加地或替代地，在一些示例中，LIDAR设备200可以被配置为倾斜外壳224的转动的轴，以控制LIDAR设备200的视场。因此，在一些示例中，转动平台216可以包括可移动平台，该可移动平台可以在一个或多个方向上倾斜以改变LIDAR设备200的转动的轴。
在一些示例中，在一些示例中，透镜208可以具有光焦度，以准直朝向LIDAR 200的环境的发射光束280和聚焦从LIDAR 200的环境接收的光290两者。在一个示例中，透镜208具有大约120mm的焦距。其他示例焦距也是可能的。代替用于准直的发送透镜和用于聚焦的接收透镜，通过使用相同的透镜208来执行这两种功能，可以提供关于尺寸、成本和/或复杂性的优点。可替代地，LIDAR 200可以包括分开的发送透镜和接收透镜。
III.示例车辆
本文的说明性实施例可以包括安装到车辆的传感器，诸如，例如LIDAR设备100和200或者另一种类型的传感器(例如，RADAR、SONAR等)。然而，示例传感器可以结合在任何可行的系统或布置上或者另外连接到任何可行的系统或布置。例如，示例LIDAR可以在装配线设置中使用(例如，安装在移动平台上)，以监控装配线中正在制造的物体(例如，产品)。其他示例也是可能的。此外，例如，示例LIDAR可以附加地或替代地用在任何类型的车辆上，包括传统汽车以及具有自动或半自动操作模式的汽车。因此，术语“车辆”应广义地解释为涵盖任何移动物体，包括例如卡车、货车、半拖车卡车、摩托车、高尔夫球车、越野车、仓库运输车或农用车辆，以及在轨道上行驶的运载工具，诸如过山车、无轨电车、有轨电车或轨道车等。
图3是根据示例实施例的车辆300的简化框图。如图所示，车辆300包括推进系统302、传感器系统304、控制系统306、外围设备308和计算机系统310。在一些实施例中，车辆300可以包括更多、更少或不同的系统，并且每个系统可以包括更多、更少或不同的组件。此外，所示的系统和组件可以以任何数量的方式组合或划分。例如，控制系统306和计算机系统310可以组合成单个系统。
推进系统302可以被配置成为车辆300提供动力运动。为此，如图所示，推进系统302包括发动机/马达318、能源320、变速器322和车轮/轮胎324。
发动机/马达318可以是或包括内燃机、电动马达、蒸汽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302可以包括多种类型的发动机和/或马达。例如，气电混合动力车可以包括汽油发动机和电动马达。其他示例也是可能的。
能源320可以是全部或部分给发动机/马达318提供动力的能量的源。也就是说，发动机/马达318可以被配置为将能源320转换成机械能。能源320的示例包括汽油、柴油、丙烷、其他基于压缩气体的燃料、乙醇、太阳能电池板、电池和其他电力源。(多个)能源320可以附加地或替代地包括燃料箱、电池、电容器和/或飞轮的任何组合。在一些示例中，能源320也可以为车辆300的其他系统提供能量。为此，能源320可以附加地或替代地包括例如可充电锂离子或铅酸电池。在一个示例中，能源320可以包括向车辆300的各种组件提供电力的一组或多组电池。
变速器322可以被配置为将机械动力从发动机/马达318发送到车轮/轮胎324。为此，变速器322可以包括齿轮箱、离合器、差速器、驱动轴类件和/或其他元件。在变速器322包括驱动轴类件的实施例中，驱动轴类件可以包括被配置为连接到车轮/轮胎324的一个或多个轮轴。
车辆300的车轮/轮胎324可以以各种形式配置，包括独轮车、自行车/摩托车、三轮车或四轮式汽车/卡车。其他车轮/轮胎形式也是可能的，诸如包括六个或更多车轮的那些车轮/轮胎形式。在任何情况下，车轮/轮胎324可以被配置为相对于其他车轮/轮胎324差动地转动。在一些实施例中，车轮/轮胎324可以包括固定地附接到变速器322的至少一个车轮以及可以与行驶表面接触的、耦合到车轮的轮辋的至少一个轮胎。车轮/轮胎324可以包括金属和橡胶的任何组合，或者其他材料的组合。推进系统302可以附加地或替代地包括除了所示组件之外的组件。
传感器系统304可以包括被配置为感测关于车辆300所处环境的信息的多个传感器，以及被配置为修改传感器的位置和/或朝向的一个或多个致动器336。如图所示，传感器系统304包括全球定位系统(Global Positioning System，GPS)326、惯性测量单元(IMU)328、RADAR单元330、激光测距仪和/或LIDAR单元332、以及相机334。传感器系统304也可以包括附加的传感器，包括例如监控车辆300的内部系统的传感器(例如，O2监控器、燃料计、发动机机油温度计等)。其他传感器也是可能的。
GPS 326可以是被配置为估计车辆300的地理定位的任何传感器(例如，定位传感器)。为此，GPS 326可以包括被配置为估计车辆300相对于地球的位置的收发器。
IMU 328可以是被配置为感测车辆300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加速度计、陀螺仪、指南针等等。
RADAR单元330可以是被配置为使用无线电信号感测车辆300所处环境中的物体的任何传感器。在一些实施例中，除了感测物体之外，RADAR单元330还可以被配置为感测物体的速度和/或航向。
类似地，激光测距仪或LIDAR单元332可以是被配置为使用激光感测车辆300所处环境中的物体的任何传感器。例如，LIDAR单元332可以包括一个或多个LIDAR设备，该一个或多个LIDAR设备中的至少一些可以采取例如LIDAR设备100和/或200的形式。
相机334可以是被配置为捕获车辆300所处环境的图像的任何相机(例如，静物相机、视频相机等)。为此，相机334可以采取上述任何形式。
控制系统306可以被配置为控制车辆300和/或其组件的一个或多个操作。为此，控制系统306可以包括转向单元338、油门340、制动单元342、传感器融合算法344、计算机视觉系统346、导航或路径系统348以及避障系统350。
转向单元338可以是被配置为调整车辆300的航向的机构的任何组合。油门340可以是被配置为控制发动机/马达318并且进而控制车辆300的速度的机构的任何组合。制动单元342可以是被配置为使车辆300减速的机构的任何组合。例如，制动单元342可以使用摩擦来减慢车轮/轮胎324。作为另一示例，制动单元342可以将车轮/轮胎324的动能转换成电流。
传感器融合算法344可以是被配置为接受来自传感器系统304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由传感器系统304感测的信息的数据。传感器融合算法344可以包括例如卡尔曼滤波器、贝叶斯网络、用于本文的方法的一些功能的算法或者任何其他算法。传感器融合算法344还可以被配置为基于来自传感器系统304的数据来提供各种评价，包括例如车辆300所处环境中的各个物体和/或特征的评估、特定情形的评估和/或基于特定情形的可能影响的评估。其他评价也是可能的。
计算机视觉系统346可以是被配置为处理和分析由相机334捕获的图像的任何系统，以便识别车辆300所处环境中的物体和/或特征，包括例如交通信号和障碍。为此，计算机视觉系统346可以使用物体识别算法、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346可以另外被配置为映射环境、跟踪物体、估计物体的速度等。
导航和路径系统348可以是被配置为确定车辆300的行驶路径的任何系统。导航和路径系统348可以另外被配置为在车辆300运行时动态地更新车辆300的行驶路径。在一些实施例中，导航和路径系统348可以被配置为结合来自传感器融合算法344、GPS 326、LIDAR单元332和/或一个或多个预定地图的数据，以便确定车辆300的行驶路径。
避障系统350可以是被配置为识别、评估和避开或另外越过车辆300的环境中的障碍的任何系统。控制系统306可以附加地或替代地包括其他组件。
外围设备308可以被配置为允许车辆300与外部传感器、其他车辆、外部计算设备和/或用户进行交互。为此，外围设备308可以包括例如无线通信系统352、触摸屏354、麦克风356和/或扬声器358。
无线通信系统352可以是被配置为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352可以包括天线和芯片组，以用于直接或经由通信网络与其他车辆、传感器、服务器或其他实体进行通信。芯片组或无线通信系统352通常可以被布置成根据一种或更多种类型的无线通信(例如，协议)进行通信，诸如蓝牙、IEEE 802.11(包括任何IEEE 802.11版本)中描述的通信协议、蜂窝技术(诸如GSM、CDMA、UMTS、EV-DO、WiMAX或LTE)、Zigbee、专用短程通信(dedicated short rangecommunication，DSRC)和射频识别(RFID)通信，等等。
用户可以使用触摸屏354向车辆300输入命令。为此，触摸屏354可以被配置为经由电容感测、电阻感测或表面声波处理等等来感测用户的手指的位置和移动中的至少一个。触摸屏354能够感测在平行于或共面(planar to)于触摸屏表面的方向上、在垂直于触摸屏表面的方向上或两者上的手指移动，并且还能够感测施加于触摸屏表面的压力水平。触摸屏354可以由一个或多个半透明或透明绝缘层以及一个或多个半透明或透明导电层形成。触摸屏354也可以采取其他形式。
麦克风356可以被配置为从车辆300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358可以被配置为向车辆300的用户输出音频。
计算机系统310可以被配置为向推进系统302、传感器系统304、控制系统306和外围设备308中的一个或多个发送数据，从它们中的一个或多个接收数据，与它们中的一个或多个进行交互和/或控制它们中的一个或多个。为此，计算机系统310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302、传感器系统304、控制系统306和外围设备308中的一个或多个。
在一个示例中，计算机系统310可以被配置为控制变速器322的操作以提高燃料效率。作为另一示例，计算机系统310可以被配置为使得相机334捕获环境的图像。作为又一示例，计算机系统310可以被配置为存储和执行与传感器融合算法344相对应的指令。作为又一示例，计算机系统310可以被配置为存储和执行用于使用LIDAR单元332确定车辆300周围的环境的3D表示的指令。因此，例如，计算机系统310可以用作LIDAR单元332的控制器。其他示例也是可能的。
如图所示，计算机系统310包括处理器312和数据储存装置314。处理器312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。就处理器312包括不止一个处理器而言，这样的处理器可以单独或组合地工作。
数据储存装置314又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，诸如光学、磁性和/或有机储存装置，并且数据储存装置314可以整体或部分地与处理器312集成。在一些实施例中，数据储存装置314可以包含可由处理器312执行以使得车辆300和/或其组件(例如，LIDAR单元332等)来执行本文描述的各种操作的指令316(例如，程序逻辑)。数据储存装置314可以包含附加指令，包括用于向系统302、304、306和/或外围设备308中的一个或多个发送数据、从其接收数据、与其交互和/或控制其的指令。
在一些实施例中，除了示出的那些元件之外或代替示出的那些元件，车辆300可以包括一个或多个元件。例如，车辆300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，数据储存装置314也可以包括可由处理器312执行以控制附加组件和/或与之通信的指令。此外，尽管每个组件和系统被示出为集成在车辆300中，但是在一些实施例中，一个或多个组件或系统可以使用有线或无线连接可移除地安装在车辆300上或者另外连接(机械地或电气地)到车辆300。车辆300也可以采取其他形式。
图4A-图4D共同示出了根据示例实施例的配备有LIDAR设备410的车辆400。例如，车辆400可以类似于车辆300。尽管车辆400被示出为汽车，但是，如上所述，其他类型的车辆也是可能的。此外，尽管车辆400可以被配置为以自动模式操作，但是本文描述的实施例也可应用于未被配置为自动操作的车辆。
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包括安装在车辆400的顶侧的LIDAR设备410，该车辆400的顶侧与车辆400的车轮(以车轮402为例)所处的底侧相对。例如，LIDAR设备410可以类似于LIDAR设备100和/或200。尽管LIDAR设备410被示出和描述为位于车辆400的顶侧，但是LIDAR设备410可以替代地位于车辆400的任何其他部分，包括例如车辆400的任何其他侧。
图4B示出了车辆400的另一俯视图。在一些场景下，车辆400可以围绕一个或多个轴转动，这些轴被示出为偏航轴414、俯仰轴416和侧倾轴418。偏航轴414可以对应于延伸穿过车辆顶部(并超出页面)的高度方向(height-wise)轴。在示例场景中，车辆400围绕偏航轴414的偏航转动可以对应于调整环境中车辆400的朝向(例如，车辆沿着行驶表面行进的指向方向或航向方向等)。
俯仰轴416可以对应于在宽度方向(widthwise)延伸穿过车辆400的右侧和左侧的转动轴。在示例场景中，车辆400围绕俯仰轴416的俯仰转动可以由车辆400的加速或减速(例如，制动器的应用等)而产生。例如，车辆的减速可能导致车辆朝向车辆的前侧倾斜(即，围绕俯仰轴416的俯仰转动)。在这种场景下，车辆400的前轮缓冲装置(未示出)可以压缩以吸收由于车辆动量的变化而产生的力，并且后轮缓冲装置(未示出)可以膨胀以允许车辆朝向前侧倾斜。在另一示例场景中，车辆400围绕俯仰轴416的俯仰转动可以由车辆400沿着倾斜的行驶表面(例如，斜坡等)行进而产生，从而导致车辆400取决于行驶表面的坡度而向上或向下(即，在俯仰方向)倾斜。
侧倾轴418可以对应于在长度方向(lengthwise)延伸穿过车辆400的前侧和后侧的转动轴。在示例场景中，车辆400围绕侧倾轴418的侧倾转动可以响应于车辆执行转弯操纵而发生。例如，如果车辆执行突然的右转弯操纵，则车辆可以响应于由车辆的变化动量引起的力或由于操纵而作用在车辆上的向心力等而朝向左侧倾转(bank)(即，围绕侧倾轴418的侧倾转动)。在另一示例场景中，车辆400围绕侧倾轴418的侧倾转动可以作为车辆400沿着弯曲的行驶表面(例如，道路曲面等)行进的结果而发生，这可能导致车辆400取决于行驶表面的曲率而侧向(即，在侧倾方向)倾斜。其他情况也是可能的。
注意，各种转动轴414、416、418的位置可以取决于车辆400的各种物理特性而变化，诸如车辆重心的定位、车辆车轮的定位和/或安装位置等。为此，各种轴414、416、418仅出于示例的目的被示出。因此，例如，侧倾轴418可替代地被定位成具有穿过车辆400的前侧和后侧的不同路径，并且偏航轴414可延伸穿过与所示不同的车辆400的顶侧的区域，等等。
图4C示出了LIDAR设备410可以被配置为通过围绕垂直轴432转动来扫描车辆400周围的环境，同时例如发射光脉冲并检测从环境中的物体反射的光脉冲。
因此，如图所示，LIDAR设备410可以在LIDAR 410的指向方向上发射光，该指向方向例如被示出为朝向页面右侧的指向方向。利用这种布置，LIDAR设备410可以朝向相对靠近车辆的环境的区域(例如，车道标志)以及朝向远离车辆的环境的区域(例如，车辆前方的路标)发射光。此外，车辆400可以围绕轴432转动LIDAR设备410(或其一个或多个组件)，以改变LIDAR设备410的指向方向。在一个示例中，车辆400可以围绕轴432重复转动LIDAR设备410以达完整转动。在该示例中，对于LIDAR设备410(或其一个或多个组件)的每次完整转动，LIDAR设备410可以扫描车辆400周围的360°FOV。在另一示例中，车辆400可以围绕轴432转动LIDAR设备410不达完整转动(例如，以扫描有限的水平FOV而不是完整的360°FOV)。
图4D是根据示例实施例的使用LIDAR设备410扫描周围环境的车辆400的图示。如图所示，轮廓442、444、446和448中的每一个可以对应于当LIDAR设备410正指向对应的指向方向时所扫描的相应FOV。举例来说，轮廓442可以对应于当LIDAR设备410处于朝向页面左侧的第一指向方向时，由LIDAR设备410扫描的环境的区域。例如，轮廓442内部的物体可以在适合于使用来自LIDAR设备410的数据在第一指向方向上进行适当检测和/或识别的距离范围内。此外，在该示例中，当LIDAR设备410被转动到朝向页面顶部的第二指向方向时，LIDAR设备410然后可以扫描由轮廓446指示的环境的区域。注意，这些轮廓不必按比例绘制，也不意图表示LIDAR FOV的实际轮廓，而是为了便于描述而示出的。
在一些示例中，LIDAR 410可以被配置为以给定频率(f)围绕轴432重复地转动。例如，在f＝15Hz的示例场景中，LIDAR 410可以具有每秒十五次的第一指向方向(与轮廓442相关联)，即，从LIDAR 410处于第一指向方向的前一时间起的每一给定时间段(T＝1/f)之后。因此，在这种场景下，在时间t＝0，LIDAR设备410可以处于与轮廓442相关联的第一指向方向。此外，在这种场景下，在时间t＝T/4，LIDAR 410可以处于与轮廓446相关联的第二指向方向(例如，围绕轴432的完整转动的四分之一等)。
作为上述场景的变型，LIDAR 410可替代地在时间t＝0时处于与轮廓444相关联的第三指向方向。在这种场景下，在时间t＝T/4，LIDAR 410因此可以处于与轮廓448相关联的第四指向方向，而不是与轮廓446相关联的第二指向方向。因此，在这种场景下，LIDAR 410围绕轴432的转动的相位可以不同于前一场景下的转动的相位。这两个相位之间的差可能是由于各种原因造成的。例如，初始位置(例如，在时间t＝0时)可以取决于各种因素，诸如LIDAR 410何时开始围绕轴432转动(例如，车辆400向LIDAR设备410提供电力的时间等)。其他因素也是可能的。
图5示出了根据示例实施例的在环境500中操作的多个车辆510、520和530。例如，车辆510、520和530中的每一个都可以类似于车辆300和/或400。因此，轮廓512、522、532(例如，类似于轮廓442、444、446、448中的任何一个)可以对应于由车辆510、520、530的相应车载LIDAR(例如，LIDAR 410等)在特定时间扫描的相应FOV。如图所示，例如，FOV 512与安装在车辆510上的LIDAR设备的第一LIDAR指向方向相关联，FOV 522与安装在车辆520上的LIDAR设备的第二LIDAR指向方向相关联，以及FOV 532与安装在车辆530上的LIDAR设备的第三LIDAR指向方向相关联。
如上所述，在一些场景下，车辆510、520和/或530的运动可能影响安装在其上的相应LIDAR的操作。
在第一场景下，车辆530的LIDAR可以相对于车辆530以特定频率(f1)围绕延伸出页面的轴(例如，类似于轴432)按顺时针方向转动。如果车辆530是静止的，则LIDAR也可以相对于环境500以相同的频率(f1)转动。然而，如果车辆530正在执行转弯操纵，则LIDAR相对于环境的转动的频率可以不同于LIDAR相对于车辆的转动的频率(f1)。例如，如果车辆530执行左转弯操纵，则环境中车辆的偏航方向可以围绕车辆的偏航轴(例如，类似于LIDAR的转动的轴的、垂直延伸的轴)按逆时针方向变化。偏航方向变化可以对应于车辆相对于环境以特定频率(f2)围绕偏航轴的转动。因为车辆在与LIDAR的转动的(顺时针)方向相对的(逆时针)方向上转动，所以当车辆510正执行转弯操纵时，LIDAR相对于环境500的转动的频率可以被降低(例如，等于f1–f2)。结果，与车辆没有在转弯的情况相比，LIDAR可以在转弯操纵期间以更高的分辨率扫描环境500。
例如，在这种场景下，LIDAR转动频率(f1)可以是10Hz，并且车辆转动频率(f2)可以是1Hz。此外，例如，车辆530可以在特定时间段(例如，t＝0.25秒)期间执行转弯操纵，并且LIDAR可以以特定脉冲速率(例如，y＝10,000脉冲/秒)发射光脉冲。因此，在这种场景下，LIDAR可以扫描环境的360度视场(field-of-view，FOV)2.25次(例如，x1＝(f1–f2)*t＝(10–1)*0.25＝2.25)，并且具有每360度FOV的扫描的扫描分辨率y*t/x1＝10,000*0.25/2.25＝1,111个LIDAR数据点。然而，如果车辆530没有在转弯(例如，f2＝0)，则LIDAR将代替地扫描相同的360度FOV 2.5次(例如，x2＝(f1–f2)*t＝(10–0)*0.25＝2.5)，并且具有每360度FOV的扫描的较低的扫描分辨率y*t/x2＝10,000*0.25/2.5＝1,000个LIDAR数据点。
注意，在这种场景中描述的各种参数(例如f1、f2、t、x1、x2、y等)仅仅是为了举例。例如，LIDAR可以根据各种不同的转动频率、光脉冲发射率等来操作。
在第二场景下，车辆510的LIDAR可以被配置为按顺时针方向转动。在这种场景下，当车辆510的LIDAR在使得轮廓512与车辆530所处的环境500的给定区域重叠的指向方向范围内时，车辆510可以检测到车辆530。此外，在这种场景下，车辆510可以在第一方向上移动(例如，沿着y轴或正y方向朝向页面的顶部)。在这种场景下，从车辆510的LIDAR的角度来看，环境500中的物体(例如，车辆530)正相对于车辆510的LIDAR在相对方向(例如，负y方向)上移动。由于从车辆510的LIDAR的角度来看车辆530有明显运动，因此在LIDAR的顺时针转动期间，车辆530可以在车辆510的LIDAR的FOV内保持相对较长的时间段。然而，如果车辆510的LIDAR代替地在车辆510静止时扫描车辆530，则在LIDAR的顺时针转动期间，车辆530可以在LIDAR的FOV内保持相对较短的时间段。因此，当车辆510正在正y方向上移动时，车辆510的LIDAR可以以比当车辆510静止时更高的扫描分辨率来扫描车辆530。其他场景也是可能的。
因此，在一些示例中，可以调整传感器相对于车辆的指向方向，以减轻或减少与车辆的运动相关联的扫描分辨率变化。例如，在上述第一场景下，车辆530可以被配置为在转弯操纵期间增加安装在其上的LIDAR的转动的频率，以考虑车辆530的运动。此外，例如，在第二场景下，车辆510可以被配置为基于车辆510的运动的方向和/或速度的测量来调整其LIDAR的转动的频率。
IV.示例传感器调整实施方式
图6是根据示例实施例的用于调整车载传感器的系统600的简化框图。根据本公开，系统600示出了便于传感器调整操作的示例系统。为此，在一些示例中，系统600和/或其一个或多个组件可以与车辆一起使用和/或结合在车辆内，诸如车辆300、400、510、520、530中的任何车辆。替代地或附加地，在一些示例中，系统600和/或其一个或多个组件可以与各种类型的系统一起使用和/或结合在各种类型的系统中，诸如机器人设备、遥感平台以及其他示例。如图所示，系统600包括传感器610、一个或多个致动器612、一个或多个传感器运动指示器614、一个或多个系统运动指示器616和控制器620。
传感器610可以类似于LIDAR 100、200、332、410中的任何一个，或者发射信号并检测发射的信号的反射以扫描由设备的指向方向所定义的视场(FOV)的任何其他设备。为此，尽管未示出，传感器610可以包括除LIDAR之外或代替LIDAR的其他类型的传感器。例如，传感器610可以是或者可以包括RADAR传感器(例如，RADAR单元330)、SONAR传感器、相机(例如，相机334、发射光以照亮场景并捕获所照亮的场景的图像的有源相机、有源IR相机、无源相机等)，或者任何其他有源或无源传感器。此外，在一些实施方式中，传感器610可以安装到车辆(诸如，例如车辆300、400中的任何一个)的任何一侧(例如，顶侧、右侧、左侧、后侧等)。
(多个)致动器612可以包括类似于(多个)致动器336的一个或多个致动器(例如，马达等)。在一个实施方式中，致动器612可以被配置为围绕轴(例如，轴432等)转动传感器610(或其上安装有传感器的转动平台，诸如，例如转动平台116、226中的任何一个)。此外，在一些实施方式中，致动器612可以围绕轴转动传感器610达完整转动，或者围绕轴转动达部分转动。
替代地或附加地，系统600可以被配置为以各种方式调整由传感器610发射的信号(例如，由传感器610的发送器106或其他发送器发射的)的指向方向。在一个实施方式中，信号源(例如，光源、天线、声学换能器等)可以根据相控阵列配置或其他类型的波束操控配置来操作。
在传感器610被配置为LIDAR设备的第一示例中，LIDAR设备中的(例如，发送器106等中的)光源可以耦合到控制由光源发射的光波的相位的相控阵列光学器件。例如，控制器620可以被配置为调整相控阵列光学器件(例如，相控阵列波束操控)，以改变由LIDAR设备发射的光信号的有效指向方向(例如，即使LIDAR设备没有在转动)。
在传感器610被配置为RADAR设备的第二示例中，RADAR设备的发送器可以包括天线阵列，并且控制器620可以为阵列中的每个单独的天线提供相应的相移控制信号，以修改来自该阵列的组合RF信号的指向方向(例如，相控阵列波束操控)。
在传感器610被配置为SONAR设备的第三示例中，SONAR设备的发送器可以包括声学换能器阵列，并且控制器104可以类似地操作声学换能器阵列(例如，经由相移控制信号、相控阵列波束操控等)，以实现由阵列发射的组合声音信号的目标指向方向(例如，即使转动平台116没有在转动，等等)。其他示例也是可能的。
(多个)传感器运动指示器614可以包括提供传感器610相对于系统600和/或安装有传感器610的车辆的指向方向的指示的设备和/或传感器的任何组合。在一个示例中，(多个)指示器614可以包括测量传感器610围绕传感器610的转动的轴(例如，轴432等)的位置的编码器(例如，机械编码器、光学编码器、磁性编码器、电容编码器等)。例如，在传感器610是围绕轴转动的LIDAR情况下，编码器可以提供编码器值，该编码器值指示LIDAR从初始(或参考)位置开始围绕轴转动的量。在另一示例中，指示器614可以包括指示传感器610相对于系统600的运动或方向或朝向(例如，转动的频率、相对于车辆的倾斜位置、相对于车辆的平移运动等)的设备(例如，指南针、陀螺仪、加速度计、IMU 328等)的任何组合。
为此，在一些实施方式中，指示器614可以包括指示传感器610相对于其上安装有传感器610的车辆的指向方向(例如，相对于参考指向方向的绝对位置或增量位置)的测量的方向传感器或其他设备。在另一实施方式中，指示器614可以包括指示传感器610相对于其上安装有传感器610的车辆的指向方向的变化的速率的测量的传感器或其他设备(例如，陀螺仪、加速度计、IMU等)。在又一实施方式中，指示器614可以包括指示传感器610相对于安装有传感器610的车辆的位置的测量的传感器(例如，加速度计、计算机视觉系统等)或其他设备。例如，指示器614可以测量传感器610相对于车辆的倾斜角。作为另一示例，传感器610可以安装在可以相对于其上安装有传感器610的车辆向上、向下、侧向或在任何其他方向上移动传感器610的可移动平台(例如，机械臂等)上，并且指示器614因此可以测量传感器610相对于车辆的位置。其他示例也是可能的。
(多个)系统运动指示器616可以包括提供系统600相对于周围环境的运动的指示的设备和/或传感器的任何组合。例如，指示器616可以包括安装到车辆并与车辆的方向轴(例如，轴414、416、418等，如图4B所示)对准的方向传感器，诸如，例如陀螺仪或指南针。在该示例中，方向传感器可以提供车辆相对于其环境的朝向的指示。例如，陀螺仪传感器可以响应于车辆的运动而提供指示车辆相对于环境的指向方向或航向方向(例如，偏航方向、俯仰方向、侧倾方向等)变化的速率的输出信号。
替代地或附加地，在一些示例中，(多个)指示器616可以响应于各种车辆移动(例如，向前移动、向后移动、转弯等)而提供车辆相对于环境的朝向变化的指示。例如，指示器616可以包括“偏航传感器”，其指示系统600的偏航方向的测量(例如，车辆相对于地理北方的朝向等)，和/或指示环境中系统600(和/或包括系统600的车辆)的偏航方向变化的偏航速率的测量的“偏航速率传感器”。类似地，在一些情况下，指示器616可以包括被配置为“俯仰传感器”、“俯仰速率传感器”、“侧倾传感器”和/或“侧倾速率传感器”的传感器。
附加地或替代地，在一些示例中，指示器616可以包括提供系统600(和/或包括系统600的车辆等)相对于周围环境的运动的速度的指示的速度传感器。例如，指示器616可以包括诸如速度计(例如，测量车轮324的转动的速率的传感器等)、卫星导航传感器(例如，提供指示车辆300的运动的速度的数据的GPS 326)、惯性测量单元(例如，IMU 328)、加速度计、陀螺仪等的传感器的任何组合。
控制器620可以包括操作根据本公开的系统600的各种组件的一个或多个通用或专用控制器。在一个实施方式中，控制器620可以包括一个或多个处理器和存储可由一个或多个处理器执行以使系统600(和/或其一个或多个组件)执行本文描述的各种功能的指令的数据储存装置。例如，控制器620可以被配置为类似于车辆300的计算机系统310和/或集成在其中。替代地或附加地，在一些实施方式中，控制器620可以包括有线的模拟和/或数字电路以执行本文描述的各种功能。
在一些情况下，控制器620可以被实施为各自执行特定功能的多个控制器。例如，控制器620可以包括微控制器，该微控制器操作(多个)致动器612来调整传感器610的指向方向和/或传感器610的一个或多个转动特性(例如，转动相位、转动频率、转动方向等)。此外，例如，控制器620可以包括操作系统600的其他组件(例如，指示器614、616等)和/或有助于LIDAR控制器(或调整传感器610的指向方向的其他控制器)和车辆的其他组件(例如，车辆300的卫星导航传感器、通信接口、其他组件等)之间的通信的车辆控制器。
因此，在一些实施方式中，控制器620可以包括专用控制器(例如，PID控制器)，其调整提供给(多个)致动器612的功率，以调整传感器610的指向方向、其一个或多个转动特性等。
注意，图6所示的各种功能框可以以与所示不同的组合来重新布置或物理实施。因此，在一些示例中，系统600的一个或多个组件可以在单个或几个设备内物理实施。
在第一示例中，尽管未示出，传感器610可替代地包括(多个)致动器612、(多个)指示器614和/或控制器620中的一个或多个。例如，(多个)致动器612、(多个)指示器614和/或控制器620可以在LIDAR(例如，LIDAR 100等)或其他类型的传感器的固定部分(例如，固定平台120)和/或转动部分(例如，转动平台116)内实施。因此，在该示例中，控制器620可以从指示器616接收关于系统600(和/或其上安装有传感器610的车辆)的朝向或运动的信息，然后基于来自指示器616的数据来调整传感器610的指向方向。
在第二示例中，针对控制器620描述的功能中的一些或全部可以由外部系统(例如，远程服务器等)实施。例如，远程服务器可以接收使用指示器614和/或616收集的各种信息。在这种情况下，远程服务器然后可以确定传感器610的目标指向方向或指向方向变化的目标速率，并且发送其指示以供安装有传感器610的车辆使用。其他示例也是可能的。
此外，注意，与所示组件相比，系统600可以包括附加的或更少的组件，诸如LIDAR100、200和/或车辆300、400的任何组件，等等。
图7是根据示例实施例的方法700的流程图。方法700呈现了例如可以与LIDAR设备100、200、410、610，车辆300、400、510、520、530，和/或系统600中的任何一起使用的方法的实施例。方法700可以包括一个或多个操作、功能或动作，如框702-706中的一个或多个所示。尽管这些框是以顺序的次序示出的，但是在一些情况下，这些框可以并行执行，和/或以不同于本文描述的次序执行。此外，各种框可以基于期望的实施方式被组合成更少的框、被分成附加的框、和/或被移除。
此外，对于方法700和本文公开的其他过程和方法，流程图示出了本实施例的一个可能实施方式的功能和操作。在这点上，每个框可以表示模块、分段、制造或操作过程的一部分、或程序代码的一部分，其包括可由处理器执行以用于实施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，诸如短时间段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(Random Access Memory，RAM)。例如，计算机可读介质还可以包括非暂时性介质，诸如二级或永久长期储存装置，如只读存储器(read only memory，ROM)、光盘或磁盘、光盘只读存储器(compact-disc read only memory，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例如计算机可读存储介质，或者有形存储设备。
此外，对于方法700和本文公开的其他过程和方法，图7中的每个框可以表示被有线连接以在过程中执行特定逻辑功能的电路。
在一些示例中，方法700的功能可以使用控制器104、计算机系统310、控制系统306、和/或控制器620来实施。此外，在一些示例中，方法700的各种功能可以通过这些组件中的一个或多个组件的组合来实施。例如，方法700的各种功能可以分布在控制器104和计算机系统310之间，等等。
在框702，方法700涉及扫描由LIDAR设备或其他传感器的指向方向定义的视场(FOV)。返回参考图4D，举例来说，当LIDAR设备处于第一指向方向时，所扫描的FOV可以对应于轮廓442内的环境的区域，而当LIDAR设备处于第二指向方向时，所扫描的FOV的可以对应于轮廓444内的区域，等等。
在一些实施方式中，方法700可以涉及转动发射信号并基于传感器(例如，LIDAR设备、RADAR设备、SONAR设备等)的指向方向来检测发射的信号的反射的传感器。例如，转动该传感器可以改变传感器的指向方向，使得传感器扫描从其反射的发射的信号的环境的区域。因此，在一些实施方式中，LIDAR设备可以被配置为围绕轴转动。在一个实施方式中，LIDAR设备可以被配置为转动达完整转动，以扫描LIDAR周围的组合的360°FOV。在另一实施方式中，LIDAR设备可以被配置为在指向方向的范围内转动(例如，在两个指向方向之间来回扫描)。例如，返回参考图4D，LIDAR设备可以被配置为扫描轮廓444和448之间的FOV，等等。
附加地或替代地，在一些示例中，方法700可以涉及使用发射和/或检测其他类型的信号(例如，无线电波、不同波长的光波、声波等)的不同类型的传感器(例如，RADAR单元332、相机334、SONAR传感器等)。
在框704，方法700涉及接收包括指示车辆相对于车辆环境的运动的数据的传感器数据。在一些示例中，传感器数据可以包括使用一个或多个传感器(诸如传感器616和/或传感器系统304中的传感器)获得的数据。
在第一示例中，一个或多个传感器可以包括提供车辆相对于环境的运动的速度的指示的传感器或其他设备(例如，指示器616)，诸如速度计、GPS等。
在第二示例中，一个或多个传感器可以包括指示车辆相对于车辆环境的朝向的测量(或车辆的运动的朝向和/或方向的变化的速率的测量)的传感器或其他设备。例如，一个或多个传感器可以包括安装到车辆并被配置为测量车辆相对于地球的偏航、俯仰和/或侧倾方向(和/或这种方向/朝向的变化的速率)的陀螺仪、加速度计、指南针等。例如，返回图4B，车辆400可以包括与轴414、416或418对准的传感器(例如，陀螺仪等)。因此，车辆400可以从这种传感器获得指示车辆400相对于车辆400的环境的朝向的数据。
在一些实施方式中，方法700可以涉及确定安装有LIDAR设备的车辆的偏航方向变化的偏航速率。例如，系统600的车辆可以使用(多个)指示器616来获得偏航方向(或偏航速率)的测量。此外，在一些示例中，可以基于车辆朝向传感器的组合来确定偏航方向或偏航速率。例如，如果车辆正在执行转弯操纵或沿着倾转表面移动，则车辆可能暂时具有相对于环境的俯仰/侧倾偏移。反过来，与车辆400的轴414对准的“偏航传感器”的测量可能由于车辆在转弯操纵期间或在倾转表面上行驶时的俯仰/侧倾朝向而偏倚。因此，在该示例中，车辆(相对于环境)的偏航方向(或偏航速率)可以基于来自偏航传感器(例如，与轴414对准的陀螺仪)、俯仰传感器(例如，与轴416对准)和/或侧倾传感器(例如，与轴418对准)等的输出的组合来确定。
在一些示例中，在框704接收的传感器数据可以包括来自一个或多个设备或传感器的数据，这些数据指示与LIDAR设备相对于车辆的运动相关的测量，诸如，例如指示器614中的任意。在一个示例中，一个或多个设备可以包括指示LIDAR设备的指向方向的测量的传感器，诸如编码器、相机或其他类型的传感器。例如，在LIDAR设备围绕轴转动的情况下，传感器(例如，编码器等)可以指示LIDAR设备围绕轴的位置的测量。在另一示例中，一个或多个传感器可以包括指示LIDAR设备的指向方向变化的速率的测量的传感器(例如，陀螺仪、加速度计等)。例如，在LIDAR设备围绕轴转动的情况下，传感器可以指示LIDAR设备围绕轴的转动的频率的测量。
在框706，方法700涉及至少基于接收的传感器数据来调整LIDAR设备(或其他传感器)的指向方向。如上所述，在一些实施方式中，LIDAR设备可以被配置为围绕轴转动。因此，在这些实施方式中，框706处的调整可以包括调整LIDAR设备围绕轴的转动的一个或多个特性(例如，频率、相位、方向等)。
在一些示例中，框706处的指向方向的调整可以涉及操作致动器(例如，致动器612)来围绕轴转动LIDAR设备。替代地或附加地，在一些示例中，框706处的指向方向的调整可以涉及修改由LIDAR设备(或其他有源传感器)发射的信号的调制模式。例如，方法700的系统可以采用各种类型的波束操控配置(例如，相控阵波束操控等)来调整由LIDAR设备(或其他传感器)朝向环境发射的信号的指向方向。例如，LIDAR设备(或RADAR、SONAR、相机等)可以包括发射器阵列或光学元件阵列，其调整由LIDAR设备发射的各个信号的方向，使得各个信号的组合(例如，经由相长或相消干涉等)一起提供在环境中具有特定指向方向的信号。
如上所述，在框704接收的传感器数据可以包括来自设备(例如，编码器、陀螺仪、加速度计或其他传感器)的数据，该数据指示LIDAR设备相对于车辆的运动的测量(例如，LIDAR设备围绕轴的转动的频率等)。因此，在一些实施方式中，方法700可以涉及在框706还基于由来自设备的测量指示的LIDAR设备(相对于车辆)的运动来调整LIDAR设备的指向方向。
在一些实施方式中，方法700可以涉及确定LIDAR设备(或其他类型的传感器)的指向方向变化的目标速率。例如，在LIDAR设备不围绕轴重复转动(例如旋转)达完整转动而是跨指向方向的一个或多个预定义范围扫描的实施方式中，系统可以确定在预定义的一个或多个范围内的指向方向变化的目标速率。
在一些实施方式中，方法700可以涉及确定LIDAR设备围绕轴转动的目标频率。在一个示例中，远程服务器可以指示车辆300、400等对于它们相应的LIDAR使用标称转动频率速率(例如，15Hz、10Hz等)。在另一示例中，车辆300和/或400可以包括存储转动的目标频率的指示的数据储存装置。
在一些实施方式中，方法700还可以涉及基于其上安装有LIDAR设备的车辆的测量的偏航方向(和/或偏航速率)来确定LIDAR设备的指向方向变化的调整的目标速率(或转动的调整的目标频率)。
返回参考图5，例如，如果车辆530正在执行右转弯操纵，并且其上的LIDAR设备具有在相对于车辆530的顺时针方向上转动的标称目标频率(例如，15Hz)，则方法700的系统可以在车辆530正在执行转弯操纵时降低转动的调整的目标频率。另一方面，如果转动的标称目标频率在相对于车辆530的逆时针方向上(或车辆530正在执行左转弯操纵)，则系统可以在车辆530正在执行转弯操纵时增加转动的调整的目标频率。因此，该示例中的调整可以由下面的等式[1]表示。
adjusted_target_frequency＝nominal_target_frequency–vehicle_yaw_rate[1]
因此，在一些实施方式中，方法700还可以涉及确定LIDAR设备的指向方向的调整的目标变化(或转动的调整的目标频率)和LIDAR设备的指向方向的测量的变化(或转动的测量的频率)之间的差，如下式[2]所示。
frequency_error＝adjusted_target_frequency–measured_frequency [2]
例如，measured_frequency可以对应于LIDAR设备相对于其上安装有LIDAR设备的车辆的转动的测量的频率(例如，(多个)指示器614的输出)。因此，例如，frequency_error可以将LIDAR设备相对于车辆的指向方向的变化的速率映射到LIDAR设备相对于环境的指向方向的变化的速率。例如，通过此过程，LIDAR设备可以在转弯操纵期间以与车辆没有在转弯时相同或相似的扫描分辨率来扫描环境的区域。
在一些实施方式中，方法700还可以涉及基于(i)目标指向方向和测量的指向方向之间的差和/或(ii)变化的目标速率(或转动的目标频率)和变化的测量的速率(或转动的测量的频率)之间的差，来调制提供给转动LIDAR设备的致动器的功率。例如，方法700的系统可以执行下面等式[3]中的计算。
motor_drive_signal＝MotorCon(frequency_error) [6]
其中motor_drive_signal可以是由控制器(例如，控制器620)提供的调制的信号，以根据由函数MotorCon指示的马达控制器(例如，PID控制器等)的配置为致动器(例如，致动器612)供电。因此，例如，MotorCon可以是计算施加到致动器612的电压或电流(例如，调制功率信号等)的任何马达控制器配置(例如，PID控制器接口等)。
注意，上面结合等式[1]–[3]描述的实施方式仅是示例性的。在不脱离本公开的范围的情况下，其他实施方式也是可能的。
因此，在一些实施方式中，方法700可以涉及基于LIDAR设备的运动(相对于车辆)和车辆的运动(相对于环境)之间的差来调制提供给调整LIDAR设备的指向方向的致动器的功率。
如上所述，在一些示例中，在框704接收的传感器数据可以包括来自传感器的传感器数据，该传感器数据提供车辆(LIDAR设备可以安装到其上)相对于环境的运动的速度的指示。因此，在一些实施方式中，方法700涉及基于由传感器指示的运动的速度来调整LIDAR设备的指向方向。返回参考图5，举例来说，如果车辆510正朝向页面的顶部行进，同时通过转动车辆510的LIDAR以按顺时针方向调整轮廓512来扫描包括车辆530的环境的区域，则车辆530可能看起来(从车辆510的LIDAR的视角来看)正朝向页面的底部移动。结果，车辆510的LIDAR的轮廓512可以继续与车辆530重叠达更长的时间段(即，更大范围的指向方向)，与车辆510没有朝着页面的顶部移动的情况相反。反过来，车辆510的LIDAR的扫描分辨率(例如，当LIDAR指向车辆530时发射的光脉冲的数量)可以高于车辆510没有朝向页面的顶部移动的情况。因此，在该示例中，车辆510可以被配置为降低车辆510的LIDAR的指向方向的变化的速率(例如，降低LIDAR的转动的频率)，以考虑车辆朝向页面的顶部的运动(至少在扫描车辆530所处的环境区域时)。通过这样做，例如，由于车辆向前/向后运动引起的LIDAR(或其他传感器)扫描分辨率的变化可以被减轻或降低。
例如，LIDAR的转动的频率降低的程度可以基于车辆的运动的测量的速度。为此，在一些实施方式中，方法700可以涉及基于LIDAR设备的指向方向的测量和车辆(相对于环境)的朝向或方向的测量来调制提供给转动LIDAR设备的致动器的功率。
在一些示例中，代替基于车辆的运动(例如，转弯操纵、向前运动、向后运动等)来调整LIDAR设备的指向方向或者除此之外，方法700可以涉及调整由LIDAR设备发射的光脉冲的脉冲发射率。通过这样做，例如，系统可以实现与环境的扫描区域相关联的扫描分辨率的增加或减少(例如，由于朝向扫描区域发送的光脉冲的调整的数量)。因此，在一些实施方式中，方法700涉及使LIDAR设备至少基于车辆的运动(例如，由指示器616指示)和/或LIDAR设备的指向方向的测量(例如，由指示器614指示)来调整由LIDAR设备发射的光脉冲的脉冲发射率。
注意，除了LIDAR设备之外或代替LIDAR设备，以上针对方法700的框702-706描述的各种功能可以与其他类型的传感器(例如，RADAR传感器、SONAR传感器、相机等)一起采用。因此，在一些实施方式中，方法700可以涉及扫描由传感器(例如，LIDAR、RADAR、SONAR、相机等)的指向方向定义的FOV，接收包括指示车辆相对于车辆的环境的运动的数据的传感器数据，以及至少基于传感器数据来调整传感器相对于车辆的环境的指向方向。
V.结论
附图中所示的特定布置不应被视为限制性的。应当理解，其他实施方式可以或多或少包括给定图中所示的每个元素。此外，示出的元素中的一些元素可以被组合或省略。此外，示例性实施方式可以包括图中未示出的元素。此外，尽管本文已经公开了各种方面和实施方式，但是其他方面和实施方式对于本领域技术人员来说将是显而易见的。本文公开的各种方面和实施方式是为了说明的目的，而不是为了进行限制，真正的范围和精神由所附权利要求来指示。在不脱离本文呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其他实施方式，并且可以进行其他改变。很容易理解，如本文一般描述的和在附图中示出的，本公开的各方面可以以各种不同的配置进行布置、替换、组合、分离和设计。

Claims (20)

1.一种用于传感器调整的系统，包括：
光检测和测距LIDAR设备，扫描由LIDAR设备的指向方向定义的视场FOV，其中所述LIDAR设备安装到车辆；
致动器，调整所述LIDAR设备的指向方向；
一个或多个传感器，指示与车辆相对于所述车辆的环境的运动相关的测量；和
控制器，基于LIDAR设备的转动的标称目标频率和车辆的偏航速率之差来确定LIDAR设备的转动的调整的目标频率，并且使所述致动器至少基于LIDAR设备的转动的调整的目标频率来调整所述LIDAR设备相对于所述车辆的环境的指向方向。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个传感器包括指示所述车辆相对于所述环境的朝向的测量的传感器。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个传感器包括指示所述车辆相对于所述环境的朝向变化的速率的测量的传感器。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个传感器包括提供所述车辆相对于所述环境的速度的指示的传感器。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括：
一个或多个设备，指示与所述LIDAR设备相对于所述车辆的运动相关的测量，其中所述控制器还基于由所述一个或多个设备指示的所述LIDAR设备的运动来调整所述LIDAR设备的指向方向。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述一个或多个设备包括指示所述LIDAR设备相对于所述车辆的指向方向的测量的传感器。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述一个或多个设备包括指示所述LIDAR设备相对于所述车辆的指向方向变化的速率的测量的传感器。
8.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器至少基于以下两者来调制提供给所述致动器的功率：由所述一个或多个设备指示的所述LIDAR设备的指向方向的测量，和由所述一个或多个传感器指示的所述车辆的朝向的测量。
9.根据权利要求5所述的系统，其中，所述控制器至少基于以下两者之间的差来调制提供给所述致动器的功率：由所述一个或多个设备指示的所述LIDAR设备的指向方向变化的速率的测量，和由所述一个或多个传感器指示的所述车辆的朝向变化的速率的测量。
10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述LIDAR设备发射光脉冲，并且其中，所述控制器还使所述LIDAR设备至少基于由所述一个或多个传感器指示的车辆的运动来调整发射的光脉冲的脉冲发射率。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述控制器使所述LIDAR设备还基于所述LIDAR设备的指向方向的测量来调整所述脉冲发射率。
12.一种车辆，包括：
光检测和测距LIDAR设备，扫描由LIDAR设备的指向方向定义的视场FOV；
致动器，使所述LIDAR设备围绕轴转动，以调整所述LIDAR设备的指向方向；
一个或多个传感器，指示与所述车辆相对于所述车辆的环境的运动相关的测量；和
控制器，基于LIDAR设备的转动的标称目标频率和车辆的偏航速率之差来确定LIDAR设备的转动的调整的目标频率，并且使所述致动器至少基于LIDAR设备的转动的调整的目标频率来调整所述LIDAR设备相对于所述车辆的环境的指向方向。
13.根据权利要求12所述的车辆，其中，所述一个或多个传感器包括指示环境中车辆的偏航方向变化的偏航速率的测量的传感器。
14.根据权利要求12所述的车辆，其中，所述一个或多个传感器包括提供所述车辆相对于所述环境的速度的指示的传感器。
15.根据权利要求12所述的车辆，还包括指示所述LIDAR设备围绕轴的转动的频率的测量的传感器，其中，所述控制器使所述致动器还基于由所述传感器指示的转动的频率的测量来调整所述LIDAR设备的转动的频率。
16.根据权利要求15所述的车辆，其中，所述控制器至少基于以下两者之间的差来调制提供给所述致动器的功率：由所述一个或多个传感器指示的环境中的车辆的偏航方向变化的偏航速率的测量，和由所述传感器指示的所述LIDAR设备的转动的频率的测量。
17.根据权利要求12所述的车辆，还包括指示所述LIDAR设备围绕轴的位置的测量的传感器，其中，所述控制器使所述致动器还基于由所述传感器指示的所述LIDAR设备的位置的测量来调整所述LIDAR设备的转动的频率。
18.一种用于传感器调整的方法，包括：
扫描由安装到车辆的光检测和测距LIDAR设备的指向方向定义的视场；
接收包括指示车辆相对于所述车辆的环境的运动的数据的传感器数据；和
至少基于所述传感器数据，基于LIDAR设备的转动的标称目标频率和车辆的偏航速率之差来确定LIDAR设备的转动的调整的目标频率，并且至少基于LIDAR设备的转动的调整的目标频率来调整LIDAR设备相对于所述车辆的环境的指向方向。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述传感器数据还包括指示所述LIDAR设备相对于所述车辆的运动的数据。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
至少基于以下两者之间的差来调制提供给调整所述LIDAR设备的指向方向的致动器的功率：由所述传感器数据指示的所述LIDAR设备的运动，和由所述传感器数据指示的所述车辆的运动。
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