CN111308446A - 自动驾驶车辆的具有单旋转镜的光检测和测距lidar装置 - Google Patents
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Abstract
在一个实施方式中,自动驾驶车辆(ADV)的LIDAR装置包括光发射器的阵列,以发射多个光束来感测与目标相关的物理范围。LIDAR装置还包括具有倾斜表面和由可旋转平台支承的平坦表面的倾斜镜。可旋转平台配置成相对于与平坦表面垂直的竖直轴线旋转。光发射器配置成将光束投射到倾斜镜的倾斜表面上,光束朝向目标偏转。倾斜镜与可旋转平台一起旋转,同时光发射器的阵列保持稳定。LIDAR装置还包括一个或多个光检测器,以接收从目标反射的光束中的至少一部分。
Description
技术领域
本公开的实施方式总体上涉及操作自动驾驶车辆。更具体地,本公开的实施方式涉及自动驾驶车辆中使用的LIDAR装置。
背景技术
以自动驾驶模式运行(例如,无人驾驶)的车辆可以将乘员、尤其是驾驶员从一些驾驶相关的职责中解放出来。当以自动驾驶模式运行时,车辆可以使用车载传感器导航到各个位置,从而允许车辆在最少人机交互的情况下或在没有任何乘客的一些情况下行驶。
LIDAR技术已广泛用于军事、地理学、海洋学,并且在最近十年中,广泛应用于自动驾驶车辆中。除了其他因素之外,LIDAR在自动驾驶车辆中的应用因高成本而受到阻碍。LIDAR装置可以在扫描场景时估计出与对象的距离,以聚集表示对象的反射表面的点云。点云中的各个点可以通过发射激光脉冲并检测从对象反射的返回脉冲(如果有的话)并根据发射脉冲与接收到的反射脉冲之间的时间延迟确定与对象的距离来确定。可以在场景中快速且重复地扫描一个或多个激光,以提供关于与场景中的反射对象的距离的连续实时信息。
传统的LIDAR装置通常利用在两个方向上旋转或转动的镜子,以覆盖整个360度环境。此外,传统的LIDAR装置需要光发射器和光检测器与镜子一起旋转,这会消耗更多的电力来驱动电机。
发明内容
本公开的一方面提供了自动驾驶车辆中使用的光检测和测距(LIDAR)装置,该LIDAR装置包括:光发射器的阵列,用于发射多个光束以感测与目标相关的物理范围;倾斜镜,具有倾斜表面和平坦表面;可旋转平台,支承倾斜镜的平坦表面,可旋转平台能够相对于与平坦表面垂直的竖直轴线旋转,其中,光发射器将光束投射到倾斜表面上,光束朝向目标偏转,以及其中,倾斜镜与可旋转平台一起旋转,而光发射器的阵列保持稳定;以及一个或多个光检测器,用于接收从目标反射的光束中的至少一部分。
本公开的另一方面提供了一种自动驾驶车辆,其包括光检测和测距(LIDAR)装置和感知与规划系统,其中,LIDAR装置包括:光发射器的阵列,用于发射多个光束以感测与目标相关的物理范围;倾斜镜,具有倾斜表面和平坦表面;可旋转平台,支承倾斜镜的平坦表面,可旋转平台能够相对于与平坦表面垂直的竖直轴线旋转,其中,光发射器将光束投射到倾斜表面上,光束朝向目标偏转,以及其中,倾斜镜与可旋转平台一起旋转,而光发射器的阵列保持稳定,以及一个或多个光检测器,用于接收从目标反射的光束中的至少一部分,以及感知与规划系统联接至LIDAR装置,以基于由LIDAR装置提供的LIDAR传感器数据来感知自动驾驶车辆周围的行驶环境并控制自动驾驶车辆在行驶环境中行驶。
本公开的又一方面提供了一种用于操作自动驾驶车辆的LIDAR装置的计算机实施的方法,该方法包括:使用光发射器的阵列发射多个光束以感测与目标相关的物理范围;设置具有倾斜表面和平坦表面的倾斜镜;旋转支承倾斜镜的平坦表面的可旋转平台,可旋转平台能够相对于与平坦表面垂直的竖直轴线旋转,其中,倾斜镜与可旋转平台一起旋转,而光发射器的阵列保持稳定;将光束投射到倾斜镜的倾斜表面上,其中,光束通过倾斜表面朝向目标偏转;以及使用一个或多个光检测器接收从目标反射的光束中的至少一部分。
附图说明
本公开的实施方式在附图的各图中以举例而非限制的方式示出,附图中的相同的附图标记指代相似的元件。
图1是示出根据一个实施方式的网络化系统的框图。
图2是示出根据一个实施方式的自动驾驶车辆的示例的框图。
图3是示出根据一个实施方式的与自动驾驶车辆一起使用的感知与规划系统的示例的框图。
图4示出了典型LIDAR安装配置。
图5A和图5B示出了根据一个实施方式的LIDAR配置。
图6示出了与如图5A和图5B中示出的LIDAR配置相关的视场图。
图7A示出了根据另一实施方式的LIDAR配置。
图7B示出了与如图7A中示出的LIDAR配置相关的视场图。
图8A示出了根据另一实施方式的LIDAR配置。
图8B示出了与如图7A中示出的LIDAR配置相关的视场图。
图9是示出根据一个实施方式的操作LIDAR装置的过程的流程图。
具体实施方式
将参考以下所讨论的细节来描述本公开的各种实施方式和方面,并且附图将示出各种实施方式。以下描述和附图是对本公开的说明,并且不应被解释为限制本公开。描述了许多特定细节以提供对本公开各种实施方式的全面理解。然而,在某些情况下,并未描述众所周知的或常规的细节以提供对本公开的实施方式的简洁讨论。
本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的提及意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可以包括在本公开的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在本说明书中各个地方的出现不必全部指相同的实施方式。
因此,在LIDAR装置中使用倾斜形状的镜子,其中倾斜镜以单一定向旋转以覆盖水平和竖直扫描,而光发射器和光检测器保持稳定。该LIDAR结构更简单且更有效,并且由于光发射器和光检测器保持稳定,因此消耗更少的电力。
根据一个方面,存在两个光发射器(TX)的阵列,两个光发射器阵列配置成以交叉图案发射两个光束。考虑到倾斜镜的特定位置,第一光束在相对垂直于第二光束的方向上扫描。例如,当倾斜镜以相对零度定向定位时,如果第一光束在水平方向或平面上扫描,则第二光束将在竖直方向或平面上扫描。类似地,当倾斜镜旋转并以相对90度定位时,第一光束将在竖直方向上扫描,而第二光束将在水平方向上扫描。因此,将显着增加全部时间内的整体扫描面积。
根据一个实施方式,自动驾驶车辆(ADV)的LIDAR装置包括光发射器的阵列,以发射多个光束来感测与目标相关的物理范围。LIDAR装置还包括具有倾斜表面和由可旋转平台支承的平坦表面的倾斜镜。可旋转平台配置成相对于与平坦表面垂直的竖直轴线旋转。光发射器配置成将光束投射到倾斜镜的倾斜表面上,光束朝向目标偏转。倾斜镜与可旋转平台一起旋转,同时光发射器的阵列保持稳定。LIDAR装置还包括一个或多个光检测器,以接收从目标反射的光束中的至少一部分。
在一个实施方式中,倾斜镜的平坦表面与ADV正行驶的地面平行定位,并且倾斜镜的倾斜表面根据预定倾斜角度从平坦表面向上倾斜。光束投射到倾斜镜的倾斜表面上并且基本上垂直于平坦表面。在一个实施方式中,光发射器的阵列包括彼此不平行定位的光发射器的第一阵列和光发射器的第二阵列。光发射器的第一阵列和光发射器的第二阵列彼此相交定位。光发射器的第一阵列和光发射器的第二阵列分别布置在第一相对直线和第二相对直线中。在特定实施方式中,第一直线和第二直线彼此相对垂直。
根据本发明的另一方面,光发射器的阵列以闭环布置,例如以圆形环或椭圆形环布置。因此,圆形形状的光束将投射到倾斜镜的倾斜表面上。当倾斜镜旋转时,圆形光束将能够覆盖水平方向和竖直方向两者。
根据本发明的又一方面,ADV包括如上所述的LIDAR装置以及感知与规划系统。感知与规划系统配置成基于由LIDAR装置提供的LIDAR传感器数据来感知ADV周围的行驶环境并控制ADV在行驶环境中行驶。
图1是示出根据本公开的一个实施方式的自动驾驶车辆网络配置的框图。参考图1,网络配置100包括可以通过网络102通信地联接到一个或多个服务器103至104的自动驾驶车辆101。尽管示出一个自动驾驶车辆,但多个自动驾驶车辆可以通过网络102联接到彼此和/或联接到服务器103至104。网络102可以是任何类型的网络,例如,有线或无线的局域网(LAN)、诸如互联网的广域网(WAN)、蜂窝网络、卫星网络或其组合。服务器103至104可以是任何类型的服务器或服务器群集,诸如,网络或云服务器、应用服务器、后端服务器或其组合。服务器103至104可以是数据分析服务器、内容服务器、交通信息服务器、地图和兴趣点(MPOI)服务器或者位置服务器等。
自动驾驶车辆是指可以被配置成处于自动驾驶模式下的车辆,在所述自动驾驶模式下车辆在极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传感器系统,所述传感器系统具有被配置成检测与车辆运行环境有关的信息的一个或多个传感器。所述车辆和其相关联的控制器使用所检测的信息来导航通过所述环境。自动驾驶车辆101可以在手动模式下、在全自动驾驶模式下或者在部分自动驾驶模式下运行。
在一个实施方式中,自动驾驶车辆101包括,但不限于,感知与规划系统110、车辆控制系统111、无线通信系统112、用户接口系统113、信息娱乐系统114(未示出)和传感器系统115。自动驾驶车辆101还可以包括普通车辆中包括的某些常用部件,诸如:发动机、车轮、方向盘、变速器等,所述部件可以由车辆控制系统111和/或感知与规划系统110使用多种通信信号和/或命令进行控制,该多种通信信号和/或命令例如为加速信号或命令、减速信号或命令、转向信号或命令、制动信号或命令等。
部件110至115可以经由互连件、总线、网络或其组合通信地联接到彼此。例如,部件110至115可以经由控制器局域网(CAN)总线通信地联接到彼此。CAN总线是被设计成允许微控制器和装置在没有主机的应用中与彼此通信的车辆总线标准。它是最初为汽车内的复用电气布线设计的基于消息的协议,但也用于许多其它环境。
现在参考图2,在一个实施方式中,传感器系统115包括但不限于一个或多个相机211、全球定位系统(GPS)单元212、惯性测量单元(IMU)213、雷达单元214以及光检测和测距(LIDAR)单元(或LIDAR装置)215。GPS系统212可以包括收发器,所述收发器可操作为提供关于自动驾驶车辆的位置的信息。IMU单元213可以基于惯性加速度来感测自动驾驶车辆的位置和定向变化。雷达单元214可以表示利用无线电信号来感测自动驾驶车辆的本地环境内的对象的系统。在一些实施方式中,除感测对象之外,雷达单元214可以另外感测对象的速度和/或前进方向。LIDAR单元215可以使用激光来感测自动驾驶车辆所处环境中的对象。除其它系统部件之外,LIDAR单元215还可以包括一个或多个激光源、激光扫描器以及一个或多个检测器。相机211可以包括用来采集自动驾驶车辆周围环境的图像的一个或多个装置。相机211可以是静物相机和/或视频相机。相机可以是可机械地移动的,例如,通过将相机安装在旋转和/或倾斜平台上。
传感器系统115还可以包括其它传感器,诸如:声纳传感器、红外传感器、转向传感器、油门传感器、制动传感器以及音频传感器(例如,麦克风)。音频传感器可以被配置成从自动驾驶车辆周围的环境中采集声音。转向传感器可以被配置成感测方向盘、车辆的车轮或其组合的转向角度。油门传感器和制动传感器分别感测车辆的油门位置和制动位置。在一些情形下,油门传感器和制动传感器可以集成为集成式油门/制动传感器。
在一个实施方式中,车辆控制系统111包括但不限于转向单元201、油门单元202(也被称为加速单元)和制动单元203。转向单元201用来调整车辆的方向或前进方向。油门单元202用来控制电动机或发动机的速度,而电动机或发动机的速度则用于控制车辆的速度和加速。制动单元203通过提供摩擦使车辆的车轮或轮胎减速从而使车辆减速。应注意,如图2所示的部件可以以硬件、软件或其组合实施。
回到图1,无线通信系统112允许自动驾驶车辆101与诸如装置、传感器、其它车辆等外部系统之间的通信。例如,无线通信系统112可以与一个或多个装置直接无线通信,或者经由通信网络进行无线通信,诸如,通过网络102与服务器103至104通信。无线通信系统112可以使用任何蜂窝通信网络或无线局域网(WLAN),例如,使用WiFi,以与另一部件或系统通信。无线通信系统112可以例如使用红外链路、蓝牙等与装置(例如,乘客的移动装置、显示装置、车辆101内的扬声器)直接通信。用户接口系统113可以是在车辆101内实施的外围装置的部分,包括例如键盘、触摸屏显示装置、麦克风和扬声器等。
自动驾驶车辆101的功能中的一些或全部可以由感知与规划系统110控制或管理,尤其当在自动驾驶模式下操作时。感知与规划系统110包括必要的硬件(例如,处理器、存储器、存储设备)和软件(例如,操作系统、规划和路线制定程序),以从传感器系统115、控制系统111、无线通信系统112和/或用户接口系统113接收信息,处理所接收的信息,规划从起始点到目的地点的路线或路径,随后基于规划和控制信息来驾驶车辆101。替代地,感知与规划系统110可以与车辆控制系统111集成在一起。
例如,作为乘客的用户可以例如经由用户接口来指定行程的起始位置和目的地。感知与规划系统110获得行程相关数据。例如,感知与规划系统110可以从MPOI服务器中获得位置和路线信息,所述MPOI服务器可以是服务器103至104的一部分。位置服务器提供位置服务,并且MPOI服务器提供地图服务和某些位置的POI。替代地,此类位置和MPOI信息可以本地高速缓存在感知与规划系统110的永久性存储装置中。
当自动驾驶车辆101沿着路线移动时,感知与规划系统110也可以从交通信息系统或服务器(TIS)获得实时交通信息。应注意,服务器103至104可以由第三方实体进行操作。替代地,服务器103至104的功能可以与感知与规划系统110集成在一起。基于实时交通信息、MPOI信息和位置信息以及由传感器系统115检测或感测的实时本地环境数据(例如,障碍物、对象、附近车辆),感知与规划系统110可以规划最佳路线并且根据所规划的路线例如经由控制系统111来驾驶车辆101,以安全且高效地到达指定目的地。
服务器103可为用于为各种客户端执行数据分析服务的数据分析系统。在一个实施方式中,数据分析系统103包括数据收集器121和机器学习引擎122。数据收集器121从多种车辆(自动驾驶车辆或由人类驾驶员驾驶的常规车辆)收集驾驶统计数据123。驾驶统计数据123包括表示在不同的时间点处由车辆的传感器捕获的所发出的驾驶命令(例如,油门命令、制动命令和转向命令)以及车辆的响应(例如,速度、加速度、减速度、方向)的信息。驾驶统计数据123还可包括描述不同的时间点处的驾驶环境的信息,例如路线(包括起点位置和目的地位置)、MPOI、道路状况、天气状况等。
基于驾驶统计数据123,机器学习引擎122针对各种目的生成或训练规则集、算法和/或预测模型124。在一个实施方式中,算法124可包括使用本申请中描述的LIDAR装置处理用于感知的LIDAR传感器数据的算法。然后可以将算法124上传到ADV上以在自动驾驶期间实时使用。
图3是示出根据一个实施方式的与自动驾驶车辆一起使用的感知与规划系统的示例的框图。系统300可实施为图1的自动驾驶车辆101的一部分,包括但不限于感知与规划系统110、控制系统111和传感器系统115。参考图3,感知与规划系统110包括但不限于定位模块301、感知模块302、预测模块303、决策模块304、规划模块305、控制模块306和路线制定模块307。
模块301至307中的一些或全部可以以软件、硬件或其组合实施。例如,这些模块可安装在永久性存储装置352中、加载到存储器351中,并且由一个或多个处理器(未示出)执行。应注意,这些模块中的一些或全部可通信地联接到图2的车辆控制系统111的一些或全部模块或者与它们集成在一起。模块301至307中的一些可一起集成为集成模块。
定位模块301确定自动驾驶车辆300的当前位置(例如,利用GPS单元212)并管理与用户的行程或路线相关的任何数据。定位模块301(也被称为地图与路线模块)管理与用户的行程或路线相关的任何数据。用户可以例如经由用户接口登录并且指定行程的开始位置和目的地。定位模块301与自动驾驶车辆300的诸如地图和路线信息311的其它组件通信,以获得行程相关数据。例如,定位模块301可从位置服务器和地图与POI(MPOI)服务器获得位置和路线信息。位置服务器提供位置服务,以及MPOI服务器提供地图服务和某些位置的POI,这些可作为地图和路线信息311的一部分高速缓存。当自动驾驶车辆300沿着路线移动时,定位模块301也可从交通信息系统或服务器获得实时交通信息。
基于由传感器系统115提供的传感器数据和由定位模块301获得的定位信息,感知模块302确定对周围环境的感知。感知信息可以表示普通驾驶员在驾驶员正驾驶的车辆周围将感知到的东西。感知可以包括例如采用对象形式的车道配置、交通灯信号、另一车辆的相对位置、行人、建筑物、人行横道或其它交通相关标志(例如,停止标志、让行标志)等。车道配置包括描述一个或多个车道的信息,诸如例如车道的形状(例如,直线或弯曲)、车道的宽度、道路中的车道数量、单向车道或双向车道、合并车道或分离车道、离开车道等。
感知模块302可以包括计算机视觉系统或计算机视觉系统的功能,以处理并分析由一个或多个相机采集的图像,从而识别自动驾驶车辆环境中的对象和/或特征。所述对象可以包括交通信号、道路边界、其它车辆、行人和/或障碍物等。计算机视觉系统可以使用对象识别算法、视频跟踪以及其它计算机视觉技术。在一些实施方式中,计算机视觉系统可以绘制环境地图,跟踪对象,以及估算对象的速度等。感知模块302也可以基于由诸如雷达和/或LIDAR的其它传感器提供的其它传感器数据来检测对象。
针对每个对象,预测模块303预测该对象在此情形下将表现什么。根据一组地图/路线信息311和交通规则312,基于该时间点的感知驾驶环境的感知数据来执行预测。例如,如果对象是处于相反方向的车辆并且当前驾驶环境包括十字路口,则预测模块303将预测车辆是将可能直线向前移动还是进行转弯。如果感知数据表明十字路口没有交通灯,则预测模块303可预测车辆在进入十字路口之前可能需要完全停止。如果感知数据表明车辆当前处于仅左转弯车道或仅右转弯车道,则预测模块303可分别预测车辆将更可能向左转弯或向右转弯。
针对每个对象,决策模块304作出关于如何处置对象的决定。例如,针对特定对象(例如,交叉路线中的另一车辆)以及描述对象的元数据(例如,速度、方向、转弯角度),决策模块304决定如何与所述对象相遇(例如,超车、让行、停止、超过)。决策模块304可根据诸如交通规则或驾驶规则312的规则集来作出此类决定,所述规则集可存储在永久性存储装置352中。
路线制定模块307配置成提供从起点到目的地点的一个或多个路线或路径。对于从开始位置到目的地位置的给定行程(例如,从用户接收的),路线制定模块307获得路线和地图信息311,并且确定从开始位置至到达目的地位置的所有可能的路线或路径。路线制定模块307可以以地形图的形式生成用于其确定的从开始位置至到达目的地位置的路线中的每个的参考线。参考线指的是理想的路线或路径,而不受诸如其他车辆、障碍物或交通状况的其他事物的任何干扰。即,如果道路上不存在其他车辆、行人或障碍物,则ADV应该精确地或紧密地遵循参考线。然后,地形图被提供至决策模块304和/或规划模块305。根据由其它模块提供的其它数据(诸如,来自定位模块301的交通状况、由感知模块302感知的驾驶环境和由预测模块303预测的交通状况),决策模块304和/或规划模块305检查所有可能的路线以选择和修改最优路线中的一个。用于控制ADV的实际路径或路线可与由路线制定模块307提供的参考线接近或不同,这取决于该时间点的特定驾驶环境。
基于针对所感知到的对象中的每个的决定,规划模块305使用由路线制定模块307提供的参考线作为基础来为自动驾驶车辆规划路径或路线以及驾驶参数(例如,距离、速度和/或转弯角度)。即,针对给定的对象,决策模块304决定对该对象做什么,而规划模块305确定如何去做。例如,针对给定的对象,决策模块304可以决定超过所述对象,而规划模块305可以确定在所述对象的左侧还是右侧超过。规划和控制数据由规划模块305生成,包括描述车辆300在下一移动循环(例如,下一路线/路径段)中将如何移动的信息。例如,规划和控制数据可以指示车辆300以30英里每小时(mph)的速度移动10米,随后以25mph的速度变到右侧车道。
基于规划和控制数据,控制模块306根据由规划和控制数据限定的路线或路径通过将适当的命令或信号发送到车辆控制系统111来控制并驾驶自动驾驶车辆。所述规划和控制数据包括足够的信息,以沿着路径或路线在不同的时间点使用适当的车辆设置或驾驶参数(例如,油门、制动和转向命令)将车辆从路线或路径的第一点驾驶到第二点。
在一个实施方式中,在多个规划周期(也被称为行驶周期)中执行规划阶段,例如,在每100毫秒(ms)的时间间隔中。针对规划周期或行驶周期中的每一个,将基于规划数据和控制数据发出一个或多个控制命令。即,对于每个100ms,规划模块305规划下一路线段或路径段,例如,包括目标位置和ADV到达目标位置所需的时间。替代地,规划模块305还可指定具体速度、方向和/或转向角等。在一个实施方式中,规划模块305为下一预定时间段(诸如5秒)规划路线段或路径段。对于每个规划周期,规划模块305基于先前周期中规划的目标位置来规划当前周期(例如,接下来的5秒)的目标位置。然后,控制模块306基于当前周期的规划数据和控制数据生成一个或多个控制命令(例如,油门命令、制动命令、转向控制命令)。
应注意,决策模块304和规划模块305可以集成为集成模块。决策模块304/规划模块305可以包括导航系统或导航系统的功能,以确定自动驾驶车辆的驾驶路径。例如,导航系统可以确定用于影响自动驾驶车辆沿着以下路径移动的一系列速度和前进方向:所述路径在使自动驾驶车辆沿着通往最终目的地的基于车行道的路径前进的同时,基本上避免感知到的障碍物。目的地可以根据经由用户接口系统113进行的用户输入来设定。导航系统可以在自动驾驶车辆正在运行的同时动态地更新驾驶路径。导航系统可以将来自GPS系统和一个或多个地图的数据合并,以确定用于自动驾驶车辆的驾驶路径。
图4示出了关于自动驾驶车辆的典型LIDAR配置。如图4中所示,LIDAR装置215通常安装在ADV 300的顶部。LIDAR装置配置成例如根据旋转方向401水平和竖直旋转,使得LIDAR装置215可以扫描整个360度的环境。LIDAR装置215中包括至少一个光发射器(未示出)以朝向目标402发射光束。LIDAR装置215还包括至少一个光检测器或光传感器(未示出),以接收和检测从目标402反射的光束。
图5A和图5B示出了根据一个实施方式的LIDAR装置的配置。参照图5A,LIDAR装置215包括一个或多个光发射器和一个或多个光检测器的阵列501。在该示例中,光发射器和光检测器彼此靠近定位,因为光发射TX路径和接收RX路径是相同或相似的。替代地,光发射器和光检测器可以位于不同的位置或定向。LIDAR装置215还包括设置在顶部并由可旋转平台503支承的倾斜镜502。可旋转平台503配置成例如根据相对于竖直轴线的旋转方向504水平旋转。在一个实施方式中,倾斜镜502包括倾斜表面511和平坦表面512。平坦表面512由可旋转平台503支承,可旋转平台503基本上平行于相应ADV所行驶的地面。倾斜表面511相对于平坦表面512向上倾斜预定角度。
根据一个实施方式,光发射器501经由可选的准直透镜520将一个或多个光束发射并投射到倾斜表面511上,该光束通过倾斜表面511朝向目标402偏转。准直透镜520用于准直从光发射器发出的发散光。准直透镜520还用于汇聚用于光检测器的返回光信号。光束基本上竖直地投射并与平坦表面512垂直。倾斜镜502与可旋转平台503一起旋转,而光发射器和/或光检测器501保持稳定。在如图5A所示的示例中,倾斜镜相对于目标402的位置以相对零度定位。考虑到光发射器的特定布置,例如,在平行于零度轴的纵向方向上,由于倾斜表面511的偏转而形成的光束以垂直的光束线朝向目标401投射。
当倾斜镜502旋转到其他角度时,由于光发射器501的稳定位置,投射的光束线的定向改变。例如,如图5B中所示,当倾斜镜502旋转到相对90度位置时,由于从倾斜表面的偏转,光束线将以相对水平的定向投射,而光发射器501的位置或定向保持不变。图6中示出了在旋转期间基于光束分布模式的视场(FOV)图。
图7A示出了根据另一实施方式的LIDAR装置配置。参照图7A,在该示例中,LIDAR装置700包括光发射器的第一阵列501A和以不同定向定位的光发射器的第二阵列501B。由于光发射器501A和501B(统称为光发射器501)的不同定向,朝向目标投射的光束701A至701B将由于旋转的倾斜镜502的倾斜表面的偏转而具有不同的定向。
在一个实施方式中,光发射器的第一阵列501A和第二阵列501B中的每一个以纵向阵列布置。第一阵列501A和第二阵列501B可以彼此交叉布置,例如,彼此相对垂直地布置。投射光束701A和701B之间的相对定向或角度可以根据倾斜镜502的特定旋转位置以及第一阵列501A与第二阵列501B之间的相对定向或角度而变化。图7B中示出了FOV图。
图8A示出了根据另一实施方式的LIDAR装置配置。参照图8A,在该示例中,光发射器的阵列801以闭环方式布置,例如如图中所示的相对圆形或椭圆形布置。因此,投射的光束也将是闭环图案。图8B中示出了相应的FOV图。
图9是示出根据一个实施方式的操作LIDAR装置的过程的流程图。过程900可以由处理逻辑执行,处理逻辑可以包括软件,硬件或其组合。参考图9,在操作901中,处理逻辑使用一个或多个光发射器的阵列发射一个或多个光束以感测目标的物理范围。在操作902中,设置倾斜镜,其中倾斜镜包括倾斜表面和由可旋转平台支承的平坦表面。在操作903中,可旋转平台与倾斜镜一起相对于与平坦表面垂直的竖直轴线旋转,同时光发射器保持稳定。在操作904中,光束投射到倾斜镜的倾斜表面上,该光束通过倾斜表面朝向目标偏转。在操作905中,通过一个或多个光检测器接收从目标反射的光束中的至少一部分。
应注意,如上文示出和描述的部件中的一些或全部可以在软件、硬件或其组合中实施。例如,此类部件可以实施为安装并存储在永久性存储装置中的软件,所述软件可以通过处理器(未示出)加载在存储器中并在存储器中执行以实施贯穿本申请所述的过程或操作。替代地,此类部件可以实施为编程或嵌入到专用硬件(诸如,集成电路(例如,专用集成电路或ASIC)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA))中的可执行代码,所述可执行代码可以经由来自应用的相应驱动程序和/或操作系统来访问。此外,此类部件可以实施为处理器或处理器内核中的特定硬件逻辑,作为可由软件部件通过一个或多个特定指令访问的指令集的一部分。
前述详细描述中的一些部分已经根据在计算机存储器内对数据位的运算的算法和符号表示而呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域中的技术人员所使用的方式,以将他们的工作实质最有效地传达给本领域中的其他技术人员。本文中,算法通常被认为是导致所期望结果的自洽操作序列。这些操作是指需要对物理量进行物理操控的操作。
然而,应当牢记,所有这些和类似的术语均旨在与适当的物理量关联,并且仅仅是应用于这些量的方便标记。除非在以上讨论中以其它方式明确地指出,否则应当了解,在整个说明书中,利用术语(诸如所附权利要求书中所阐述的术语)进行的讨论是指计算机系统或类似电子计算装置的动作和处理,所述计算机系统或电子计算装置操控计算机系统的寄存器和存储器内的表示为物理(电子)量的数据,并将所述数据变换成计算机系统存储器或寄存器或者其它此类信息存储设备、传输或显示装置内类似地表示为物理量的其它数据。
本公开的实施方式还涉及用于执行本文中的操作的设备。这种计算机程序被存储在非暂时性计算机可读介质中。机器可读介质包括用于以机器(例如,计算机)可读的形式存储信息的任何机构。例如,机器可读(例如,计算机可读)介质包括机器(例如,计算机)可读存储介质(例如,只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存存储器装置)。
前述附图中所描绘的过程或方法可以由处理逻辑来执行,所述处理逻辑包括硬件(例如,电路、专用逻辑等)、软件(例如,体现在非暂时性计算机可读介质上)或两者的组合。尽管所述过程或方法在上文是依据一些顺序操作来描述的,但是应当了解,所述操作中的一些可以按不同的顺序执行。此外,一些操作可以并行地执行而不是顺序地执行。
本公开的实施方式并未参考任何特定的编程语言进行描述。应认识到,可以使用多种编程语言来实施如本文描述的本公开的实施方式的教导。
在以上的说明书中,已经参考本公开的具体示例性实施方式对本发明的实施方式进行了描述。将显而易见的是,在不脱离所附权利要求书中阐述的本发明的更宽泛精神和范围的情况下,可以对本公开作出各种修改。因此,应当在说明性意义而不是限制性意义上来理解本说明书和附图。
Claims (20)
1.自动驾驶车辆中使用的光检测和测距LIDAR装置,所述LIDAR装置包括:
光发射器的阵列,用于发射多个光束以感测与目标相关的物理范围;
倾斜镜,具有倾斜表面和平坦表面;
可旋转平台,支承所述倾斜镜的平坦表面,所述可旋转平台能够相对于与所述平坦表面垂直的竖直轴线旋转,其中,所述光发射器将所述光束投射到所述倾斜表面上,所述光束朝向所述目标偏转,以及其中,所述倾斜镜与所述可旋转平台一起旋转,而所述光发射器的阵列保持稳定;以及
一个或多个光检测器,用于接收从所述目标反射的光束中的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的LIDAR装置,其中,所述倾斜镜的平坦表面与所述自动驾驶车辆正行驶的地面平行定位,以及其中,所述倾斜表面根据预定倾斜角度从所述平坦表面向上倾斜。
3.根据权利要求2所述的LIDAR装置,其中,所述光束投射到所述倾斜表面上并垂直于所述平坦表面。
4.根据权利要求1所述的LIDAR装置,其中,所述光发射器的阵列包括彼此不平行定位的光发射器的第一阵列和光发射器的第二阵列。
5.根据权利要求4所述的LIDAR装置,其中,所述光发射器的第一阵列和所述光发射器的第二阵列彼此交叉定位。
6.根据权利要求5所述的LIDAR装置,其中,所述光发射器的第一阵列布置在第一直线中,并且所述光发射器的第二阵列布置在第二直线中。
7.根据权利要求6所述的LIDAR装置,其中,所述第一直线和所述第二直线彼此垂直。
8.根据权利要求1所述的LIDAR装置,其中,所述光发射器的阵列以闭环图案布置。
9.根据权利要求8所述的LIDAR装置,其中,所述光发射器的阵列以圆形形状或椭圆形形状布置。
10.自动驾驶车辆,包括:
光检测和测距LIDAR装置,其中,所述LIDAR装置包括:
光发射器的阵列,用于发射多个光束以感测与目标相关的物理范围,
倾斜镜,具有倾斜表面和平坦表面,
可旋转平台,支承所述倾斜镜的平坦表面,所述可旋转平台能够相对于与所述平坦表面垂直的竖直轴线旋转,其中,所述光发射器将所述光束投射到所述倾斜表面上,所述光束朝向所述目标偏转,以及其中,所述倾斜镜与所述可旋转平台一起旋转,而所述光发射器的阵列保持稳定,以及
一个或多个光检测器,用于接收从所述目标反射的光束中的至少一部分;以及
感知与规划系统,联接至所述LIDAR装置,以基于由所述LIDAR装置提供的LIDAR传感器数据来感知所述自动驾驶车辆周围的行驶环境并控制所述自动驾驶车辆在所述行驶环境中行驶。
11.根据权利要求10所述的自动驾驶车辆,其中,所述倾斜镜的平坦表面与所述自动驾驶车辆正行驶的地面平行定位,以及其中,所述倾斜表面根据预定倾斜角度从所述平坦表面向上倾斜。
12.根据权利要求11所述的自动驾驶车辆,其中,所述光束投射到所述倾斜表面上并垂直于所述平坦表面。
13.根据权利要求10所述的自动驾驶车辆,其中,所述光发射器的阵列包括彼此不平行定位的光发射器的第一阵列和光发射器的第二阵列。
14.根据权利要求13所述的自动驾驶车辆,其中,所述光发射器的第一阵列和所述光发射器的第二阵列彼此交叉定位。
15.根据权利要求14所述的自动驾驶车辆,其中,所述光发射器的第一阵列布置在第一直线中,并且所述光发射器的第二阵列布置在第二直线中。
16.根据权利要求15所述的自动驾驶车辆,其中,所述第一直线和所述第二直线彼此垂直。
17.根据权利要求10所述的自动驾驶车辆,其中,所述光发射器的阵列以闭环图案布置。
18.根据权利要求17所述的自动驾驶车辆,其中,所述光发射器的阵列以圆形形状或椭圆形形状布置。
19.用于操作自动驾驶车辆的LIDAR装置的计算机实施的方法,所述方法包括:
使用光发射器的阵列发射多个光束以感测与目标相关的物理范围;
设置具有倾斜表面和平坦表面的倾斜镜;
旋转支承所述倾斜镜的平坦表面的可旋转平台,所述可旋转平台能够相对于与所述平坦表面垂直的竖直轴线旋转,其中,所述倾斜镜与所述可旋转平台一起旋转,而所述光发射器的阵列保持稳定;
将所述光束投射到所述倾斜镜的倾斜表面上,其中,所述光束通过所述倾斜表面朝向所述目标偏转;以及
使用一个或多个光检测器接收从所述目标反射的光束中的至少一部分。
20.根据权利要求19所述的方法,其中,所述倾斜镜的平坦表面与所述自动驾驶车辆正行驶的地面平行定位,以及其中,所述倾斜表面根据预定倾斜角度从所述平坦表面向上倾斜。
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