CN111512183B - 使用lidar进行自适应范围覆盖的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及便于光检测和测距操作的系统和方法。一种示例方法包括为多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备确定光脉冲安排。多个光发射器设备可操作来沿着多个发射矢量发射光。光脉冲安排基于至少一个光发射器设备的相应发射矢量和外部环境的三维地图。光脉冲安排包括至少一个光脉冲参数和监听窗口持续时间。方法还包括使多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备根据光脉冲安排发射光脉冲。光脉冲与外部环境相互作用。

Description

使用LIDAR进行自适应范围覆盖的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月22日提交的美国专利申请号第15/852，788号的权益，其公开内容通过引用结合于此。
背景技术
除非本文中另有说明，否则本部分中描述的材料不是本申请中权利要求的现有技术，并且不通过被包括在本部分中而被承认为是现有技术。
载具可以被配置为操作在自主模式下，在该模式下，载具在驾驶员输入一些、很少或不输入的情况下导航通过一环境。这种自主或半自主载具可以包括一个或多个传感器，这些传感器被配置成检测关于载具操作的环境的信息。
一种这样的传感器是光检测和测距(light detection and ranging，LIDAR)设备。LIDAR可以在扫描场景时估计到环境特征的距离，以组装(assemble)指示环境中反射性表面的“点云”。点云中的各个点可以通过发送激光脉冲和检测从环境中的对象反射的返回脉冲(如果有的话)、并且根据发送的脉冲和接收反射的脉冲之间的时间延迟来确定到对象的距离来确定。激光器或激光器的集合可以在整个场景中快速且重复地扫描，以提供关于到场景中的反射性对象的距离的连续实时信息。在测量每个距离的同时将测量的距离和(一个或多个)激光器的取向组合允许将三维位置与每个返回脉冲相关联。这样，可以为整个扫描区域生成指示环境中的反射性特征的位置的点的三维地图。
发明内容
本公开总体上涉及光检测和测距(LIDAR)系统，其可以被配置成获得关于环境的信息。这种LIDAR设备可以实现在载具中，诸如自主和半自主汽车、卡车、摩托车以及能够在它们各自的环境内移动的其他类型的载具。
在第一方面中，提供了一种系统。该系统包括多个光发射器设备。多个光发射器设备可操作以沿着多个发射矢量发射光，使得发射的光与系统的外部环境相互作用。该系统还包括接收器子系统，其被配置为提供指示发射的光和外部环境之间的相互作用的信息。该系统还包括可操作来执行操作的控制器。操作包括为多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备确定光脉冲安排(schedule)。光脉冲安排基于至少一个光发射器设备的相应发射矢量和外部环境的三维地图。光脉冲安排包括至少一个光脉冲参数和监听窗口持续时间。系统还包括使多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备根据光脉冲安排发射光脉冲。
在第二方面中，提供了一种方法。方法包括为多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备确定光脉冲安排。多个光发射器设备可操作来沿着多个发射矢量发射光。光脉冲安排基于至少一个光发射器设备的相应发射矢量和外部环境的三维地图。光脉冲安排包括至少一个光脉冲参数和监听窗口持续时间。方法还包括使多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备根据光脉冲安排发射光脉冲。光脉冲与外部环境相互作用。
在第三方面中，提供了一种系统。该系统包括多个光发射器设备。多个光发射器设备可操作以沿着多个发射矢量发射光，使得发射的光与系统的外部环境相互作用。该系统还包括接收器子系统，其被配置为提供指示发射的光和外部环境之间的相互作用的信息。该系统还包括可操作来执行操作的控制器。操作包括为多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备确定光脉冲安排。光脉冲安排基于至少一个光发射器设备的相应发射矢量和外部环境的三维地图。所确定的光脉冲安排包括至少一个光脉冲参数和监听窗口持续时间。操作还包括使多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备根据所确定的光脉冲安排发射第一光脉冲以及根据默认光脉冲安排发射第二光脉冲。
通过阅读以下详细描述、在适当时参考附图，本领域普通技术人员将明白其他方面、实施例和实现方式。
附图说明
图1A示出了根据示例实施例的感测系统。
图1B示出了根据示例实施例的系统。
图2示出了根据示例实施例的几个定时序列。
图3示出了根据示例实施例的载具。
图4A示出了根据示例实施例的感测场景。
图4B示出了根据示例实施例的感测场景。
图4C示出了根据示例实施例的感测场景。
图4D示出了根据示例实施例的感测场景。
图4E示出了根据示例实施例的感测场景。
图4F示出了根据示例实施例的感测场景。
图5示出了根据示例实施例的具有光发射器设备的系统。
图6示出了根据示例实施例的方法。
具体实施方式
本文描述了示例方法、设备和系统。应当理解，词语“示例”和“示例性”在本文中用来表示“用作示例、实例或说明”。本文描述为“示例”或“示例性”的任何实施例或特征不一定被解释为优于或益于其他实施例或特征。可以利用其他实施例，并且可以进行其他改变，而不脱离本文呈现的主题的范围。
因此，本文描述的示例实施例并不意味着是限制性的。如本文一般描述并在附图中示出的，本公开的各方面可以以各种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都是本文所预期的。
此外，除非上下文另有暗示，每个图中示出的特征可以彼此组合使用。因此，在理解并非所有图示的特征对于每个实施例都是必要的情况下，附图通常应被视为一个或多个总体实施例的组成方面。
I.概览
LIDAR系统可以包括发送组装(assembly)，该发送组装包括多个光发射器。在一些实施例中，多个光发射器可以沿着具有主平面的基板布置。此外，每个光发射器可以被布置为具有不同的发射角度，使得多个光发射器可以被配置为沿着主平面以各种发射角度(例如，假设2米的LIDAR高度以及平坦的地表和载具姿态条件，在地平线以上+2度和地平线以下-18度之间的角度范围内)发射光。LIDAR系统可以被配置成围绕偏航轴旋转，使得发送组装和多个光发射器照亮环境。在一些实施例中，LIDAR系统可以以10Hz或20Hz旋转。其他旋转速率也是可能的，并且在本文中被预期到。在一些实施例中，LIDAR系统可以为自主或半自主载具(例如，自驾驶汽车、卡车、船或飞行器)提供点云信息。
在一些实施例中，多个光发射器中的各个光发射器可以按顺序发射光脉冲(例如，通过发动具有最高发射角的光发射器开始，并通过发动具有最低发射角的光发射器结束，反之亦然)。在发射每个光脉冲之后，可以有暂停(例如，“监听”时段)，在此时段期间，光脉冲可以从光发射器行进，与环境中的对象相互作用(例如散射或反射)，并且光脉冲的一部分可以返回到LIDAR设备并且被接收组装的光电检测器接收。在某些情况下，光脉冲行进150米并返回(总距离为300米)的监听时段或监听窗口可以约为1微秒。
为了提高偏航角的分辨率，对于由指向下的光发射器发射的光脉冲，可以减小监听窗口。也就是说，如果来自指向下的光发射器的光脉冲可能与例如20米内的地表面相互作用，则基于发射的光脉冲的往返时间，监听窗口可以减少到大约130纳秒。在其他实施例中，监听窗口的范围可以在100纳秒和2微秒之间可调；然而，其他监听窗口也是可能的。对应于每个光脉冲的监听窗口可以基于到环境中地表面的可能范围来调整。因此，发射多个光发射器中的每一个的总时间减少，并且LIDAR设备可能够在旋转较小的偏航角的同时开始新的垂直扫描。换句话说，通过减少总循环时间，至少一些光发射器可以被配置成更频繁地发射，并且在一些实施例中，LIDAR系统可以提供更精细的偏航分辨率。
本文描述的系统和方法包括基于每个光脉冲的发射角度和每个偏航角度的最大预测距离来动态调整监听窗口。也就是说，当LIDAR设备围绕偏航轴转动时，监听窗口可以基于光脉冲在它们与环境(例如，地)相互作用之前预期行进多远来调整。最大预测距离可以基于LIDAR系统和/或与LIDAR系统相关联的载具的姿态(例如，载具的姿态)，和/或可以基于仰角数据，该仰角数据可以通过映射数据或采样数据获得。在示例实施例中，采样数据可以包括在用预定义的监听窗口(例如，2微秒)来使发射器设备产生脉冲的同时通过执行LIDAR系统的360度扫描来获得仰角数据。在这种场景下，LIDAR系统可以获得包括作为偏航角的函数的到地的距离的信息。LIDAR系统然后可以使用该信息来调整后续扫描中的监听窗口。
在一些实施例中，LIDAR系统的360度扫描可以包括精细时间尺度上的正常/减少的时间监听窗口与长监听窗口的混合。也就是说，LIDAR系统可以被配置成交错、交替或以其他方式混合长监听时间和缩短的监听窗口。改变与来自LIDAR的发射光脉冲相关联的监听窗口的其他方式，特别是考虑到到与环境中的对象的预测距离，在本文被预期到。
附加地或可替代地，每个光脉冲的功率可以基于LIDAR的给定视场内的偏航角和光束仰角的每个组合的最大预测距离来调整。例如，如果采样数据指示给定光脉冲的最大预测距离是10米，则与预测行进200米的光脉冲相比，为光脉冲提供的功率量可以减少80％或更多。也就是说，给定光脉冲的功率可以与最大可靠检测范围相关。为了减少LIDAR系统的功率使用，同时可靠地检测环境中的对象，可以基于光脉冲可能行进的最大预测距离来调整光脉冲功率。这样，LIDAR系统可以更高效地将光脉冲发送到其环境中，并减少与逆反射和晕光相关的问题，这些问题可能是由于从近距离目标/对象接收太多光子而引起的。
II.示例系统
图1A示出了根据示例实施例的感测系统10。感测系统10可以是光检测和测距(LIDAR)系统。感测系统包括容纳各种组件的布置的壳体12，所述各种组件诸如发送块20、接收块30、共享空间40和透镜50。感测系统10包括被配置成提供来自发送块20的发射的光束52的组件的布置，该发射的光束52被透镜50准直并作为准直的光束54被发送到感测系统10的环境中。此外，感测系统10包括被配置为通过透镜50收集来自感测系统10的环境中的一个或多个对象的反射光56以用于朝向接收块30聚焦为聚焦光58的组件的布置。反射的光56包括来自被感测系统10的环境中的一个或多个对象反射的准直的光束54的光。
发射的光束52和聚焦的光58可以穿过也包括在壳体10中的共享空间40。在一些实施例中，发射光束52沿着穿过共享空间40的发送路径传播，聚焦的光58沿着穿过共享空间40的接收路径传播。
感测系统10可以通过处理由接收块30接收的聚焦的光58来确定感测系统10的环境中的一个或多个对象的方面(例如，位置、形状等)。例如，感测系统10可以将发射的光束52中包括的脉冲被发送块20发射的时间与聚焦的光58中包括的相应脉冲被接收块30接收的时间进行比较，并基于该比较来确定一个或多个对象和感测系统10之间的距离。
感测系统10中包括的壳体12可以提供用于安装感测系统10中包括的各种组件的平台。壳体12可以由能够支撑包括在壳体12的内部空间中的感测系统10的各种组件的任何材料形成。例如，壳体12可以由诸如塑料或金属的结构材料形成。
在一些示例中，壳体12可以包括配置成减少环境光和/或发射的光束52从发送块20到接收块30的无意传输的光屏蔽。可以通过用阻挡来自环境的环境光的材料形成和/或涂覆壳体12的外表面来提供光屏蔽。此外，壳体12的内表面可以包括和/或涂覆有上述材料，以将发送块20与接收块30光学隔离，从而防止接收块30在发射的光束52到达透镜50之前接收到发射的光束52。
在一些示例中，壳体12可以被配置用于电磁屏蔽以减少来自传感器系统10的周围环境的电磁噪声(例如，射频(RF)噪声等)和/或发送块20和接收块30之间的电磁噪声。电磁屏蔽可以提高由发送块20发射的发射的光束52的质量，并降低由接收块30接收和/或提供的信号中的噪声。电磁屏蔽可以通过用一种或多种材料形成和/或涂覆壳体12来实现，所述材料诸如金属、金属墨水、金属泡沫、碳泡沫或被配置成适当吸收或反射电磁辐射的任何其他材料。可用于电磁屏蔽的金属可包括例如铜或镍。
在一些示例中，壳体12可以被配置成具有大致圆柱形的形状，并且围绕感测系统10的轴旋转。例如，壳体12可以具有直径大约为10厘米的大致圆柱形形状。在一些示例中，轴大致是垂直的。在一些示例中，通过旋转包括各种组件的壳体12，可以确定感测系统10的环境的360度视图的三维地图，而无需频繁地重新校准感测系统10的各种组件的布置。附加地或可替代地，感测系统10可以被配置成倾斜壳体12的旋转轴，以控制感测系统10的视场。
尽管在图1A中没有示出，但是感测系统10可以可选地包括用于壳体12的安装结构。安装结构可以包括用于围绕感测系统10的轴旋转壳体12的马达或其他装置。可替换地，安装结构可以包括在除感测系统10之外的设备和/或系统中。
在一些示例中，感测系统10的各种组件，诸如发送块20、接收块30和透镜50，可以可移除地安装到壳体12的预定位置中，以减少校准每个组件和/或包括在每个组件中的子组件的布置的负担。因此，壳体12充当感测系统10的各种组件的平台，以提供感测系统10的组装、维护、校准和制造的便利性。
发送块20包括可以被配置成经由出口孔26发射多个发射的光束52的多个光源22。在一些示例中，多个发射的光束52中的每一个对应于多个光源22中的一个。发送块20可以可选地包括沿着光源22和出口孔26之间的发射的光束52的发送路径的反射镜24。
光源22可以包括激光二极管、发光二极管(LED)、垂直腔面发射激光器(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)或被配置成选择性地发送、反射和/或发射光以提供多个发射的光束52的任何其他设备。在一些示例中，光源22可以被配置成发射可以被包括在接收块30中的检测器32检测到的波长范围内的发射的光束52。波长范围可以是例如在电磁波谱的紫外、可见和/或红外部分内。在一些示例中，波长范围可以是窄波长范围，诸如由激光器提供的。在一个示例中，波长范围包括大约905纳米的波长。另外，光源22可以被配置成以脉冲的形式发射发射的光束52。在一些示例中，多个光源22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，并被布置成向出口孔26发射多个光束52。
在一些示例中，多个光源22可以被配置成发射包括在发射的光束52中的未准直光束。例如，由于多个光源22发射的未准直光束，发射光束52可以沿着发送路径在一个或多个方向上发散。在一些示例中，发射光束52在沿着发送路径的任何位置处的垂直和水平范围(extent)可以基于由多个光源22发射的未准直光束的发散程度。
沿着发射的光束52的发送路径布置的出口孔26可以被配置为容纳在出口孔26处由多个光源22发射的多个光束52的垂直和水平范围。注意，为了描述方便，结合功能模块描述了图1A中所示的框图。然而，图1A框图中的功能模块可以在其他位置中物理实现。例如，虽然示出了出口孔26被包括在发送块20中，但是出口孔26可以被物理地包括在发送块20和共享空间40两者中。例如，发送块20和共享空间40可以由包括出口孔26的壁分隔开。在这种情况下，出口孔26可以对应于壁的透明部分。在一个示例中，透明部分可以是壁的洞或切除部分。在另一个示例中，壁可以由涂覆有不透明材料的透明基板(例如，玻璃)形成，并且出口孔26可以是未涂覆有不透明材料的基板的一部分。
在感测系统10的一些示例中，可能希望最小化出口孔26的尺寸，同时容纳多个光束52的垂直和水平范围。例如，最小化出口孔26的尺寸可以改善以上在壳体12的功能中所述的光源22的光屏蔽。附加地或可替代地，分隔发送块20和共享空间40的壁可以沿着聚焦的光58的接收路径布置，因此，出口孔26可以被最小化以允许聚焦的光58的更大部分到达壁。例如，壁可以涂覆有反射材料(例如，共享空间40中的反射表面42)，并且接收路径可以包括通过反射材料将聚焦的光58反射向接收块30。在这种情况下，最小化出口孔26的尺寸可以允许聚焦的光58的更大部分从壁所涂覆的反射材料反射出去。
为了最小化出口孔26的尺寸，在一些示例中，可以通过部分地准直由光源22发射的未准直光束来减小发射的光束52的发散，以最小化发射的光束52的垂直和水平范围，从而最小化出口孔26的尺寸。例如，多个光源22中的每个光源可以包括布置在光源附近的柱面透镜。光源可以发射在第一方向上比在第二方向上发散更多的相应的未准直光束。柱面透镜可以在第一方向上预准直未准直的光束，以提供部分准直的光束，从而减少第一方向上的发散。在一些示例中，部分准直的光束在第一方向上的发散小于在第二方向上的发散。类似地，来自多个光源22中的其他光源的未准直光束可以在第一方向上具有减小的光束宽度，因此发射的光束52可以由于部分准直的光束而具有更小的发散。在该示例中，由于部分地准直光束52，出口孔26的垂直和水平范围中的至少一个可以减小。
附加地或可替代地，为了最小化出口孔26的尺寸，在一些示例中，光源22可以沿着由发送块20限定的成形表面布置。在一些示例中，成形表面可以是刻面的和/或大致弯曲的。刻面的和/或弯曲的表面可以被配置成使得发射的光束52朝向出口孔26会聚，并且因此由于光源22沿着发送块20的刻面的和/或弯曲的表面的布置，发射的光束52在出口孔26处的垂直和水平范围可以被减小。
在一些示例中，发送块20的弯曲表面可以包括沿着发射的光束52的第一发散方向的曲率和沿着发射的光束52的第二发散方向的曲率，使得多个光束52沿着发送路径朝着多个光源22前方的中心区域会聚。
为了便于光源22的这种弯曲布置，在一些示例中，光源22可以设置在沿着一个或多个方向具有一曲率的柔性基板(例如，柔性PCB)上。例如，弯曲的柔性基板可以沿着发射的光束52的第一发散方向和发射的光束52的第二发散方向弯曲。附加地或可替代地，为了便于光源22的这种弯曲布置，在一些示例中，光源22可以设置在一个或多个垂直定向的印刷电路板(PCB)的弯曲边缘上，使得PCB的弯曲边缘大致匹配第一方向(例如，PCB的垂直平面)的曲率。在该示例中，一个或多个PCB可以沿着与第二方向(例如，一个或多个PCB的水平平面)的曲率大致匹配的水平曲率安装在发送块20中。例如，发送块20可以包括四个PCB，每个PCB安装十六个光源，以便沿着发送块20的弯曲表面提供64个光源。在这个示例中，64个光源以一种模式布置，使得发射的光束52朝着发送块20的出口孔26会聚。
发送块20可以可选地包括沿着光源22和出口孔26之间的发射的光束52的发送路径的反射镜24。通过在发送块20中包括反射镜24，发射的光束52的发送路径可以被折叠，以提供比发送路径未被折叠的另一发送块的尺寸更小的发送块20和感测系统10的壳体12的尺寸。
接收块30包括可以被配置成经由入口孔36接收聚焦的光58的多个检测器32。在一些示例中，多个检测器32中的每一个被配置和布置成接收聚焦的光58的与由多个光源22中的相应光源发射并被感测系统10的环境中的一个或多个对象反射的光束相对应的一部分。接收块30可以可选地包括在具有惰性气体34的密封环境中的检测器32。
检测器32可以包括光电二极管、雪崩光电二极管、单光子雪崩二极管(SPAD)、光电晶体管、硅光电倍增器(SiPM)、相机、有源像素传感器(APS)、电荷耦合器件(CCD)、低温检测器或被配置成接收波长在发射的光束52的波长范围内的聚焦的光58的任何其他光传感器。
为了便于由检测器32中的每一个接收来自多个光源22的相应光源的聚焦的光58的部分，检测器32可以设置在一个或多个基板上并相应地布置。例如，光源22可以沿着发送块20的弯曲表面布置。检测器32可以沿着接收块30的弯曲表面布置。在一些实施例中，接收块30的弯曲表面可以包括与发送块20相似或相同的弯曲表面。因此，检测器32中的每一个可以被配置成接收最初由多个光源22中的相应光源发射的光。
为了提供接收块30的弯曲表面，检测器32可以类似于设置在发送块20中的光源22设置在一个或多个基板上。例如，检测器32可以设置在柔性基板(例如，柔性PCB)上，并且沿着柔性基板的弯曲表面布置，以各自接收源自于光源22的相应光源的聚焦的光。在该示例中，柔性基板可以保持在两个夹持件之间，这两个夹持件具有与接收块30的弯曲表面形状相对应的表面。因此，在该示例中，通过将柔性基板滑动到接收块30上并使用两个夹持件将其保持在正确的曲率，可以简化接收块30的组装。
沿着接收路径穿过的聚焦的光58可以经由入口孔36被检测器32接收。在一些示例中，入口孔36可以包括过滤窗口，该过滤窗口使具有多个光源22发射的波长范围内的波长的光通过，并衰减具有其他波长的光。在该示例中，检测器32接收大致包括波长在该波长范围内的光的聚焦的光58。
在一些示例中，包括在接收块30中的多个检测器32可以包括例如在充满惰性气体34的密封环境中的雪崩光电二极管。惰性气体34可以包括例如氮气。
共享空间40包括发射的光束52从发送块20到透镜50的发送路径，并且包括聚焦的光58从透镜50到接收块30的接收路径。在一些示例中，发送路径在共享空间40中至少部分地与接收路径重叠。通过在共享空间40中包括发送路径和接收路径，可以提供关于感测系统10的尺寸、成本和/或组装、制造和/或维护的复杂性的优点。
虽然出口孔26和入口孔36被示为分别是发送块20和接收块30的一部分，但是要理解，这种孔可以被布置或放置在其他位置处。在一些实施例中，出口孔26和入口孔36的功能和结构可以组合。例如，共享空间40可以包括共享的入口/出口孔。将会理解，将系统10的光学组件布置在壳体12内的其他方式是可能的并且是被预期到。
在一些示例中，共享空间40可以包括反射表面42。反射表面42可以沿着接收路径布置，并被配置成将聚焦的光58反射向入口孔36并反射到检测器32上。反射表面42可以包括棱镜、反射镜或被配置成将聚焦的光58反射向接收块30中的入口孔36的其他任何光学元件。在一些示例中，壁可以将共享空间40与发送块20分开。在这些示例中，壁可以包括透明基板(例如，玻璃)，并且反射表面42可以包括壁上的反射涂层，其中具有未涂覆部分用于出口孔26。
在包括反射表面42的实施例中，反射表面42可以通过类似于发送块20中的反射镜24折叠接收路径来减小共享空间40的尺寸。附加地或可替代地，在一些示例中，反射表面42可以将聚焦的光58导向接收块30，进一步为接收块30在壳体12中的放置提供灵活性。例如，改变反射表面42的倾斜可以导致聚焦的光58被反射到壳体12的内部空间的各个部分，因此接收块30可以被放置在壳体12中的相应位置中。附加地或可替代地，在该示例中，可以通过改变反射表面42的倾斜来校准感测系统10。
安装到壳体12的透镜50可以具有不仅准直来自发送块20中的光源22的发射光束52、而且将来自感测系统10的环境中的一个或多个对象的反射光56聚焦到接收块30中的检测器32上的光功率。在一个示例中，透镜50具有大约120毫米的焦距。通过使用相同的透镜50来执行这两个功能，而不是用于准直的发送透镜和用于聚焦的接收透镜，可以提供关于尺寸、成本和/或复杂性的优点。在一些示例中，准直发射的光束52以提供准直的光束54允许确定准直的光束54行进到感测系统10的环境中的一个或多个对象的距离。
尽管如本文所述，透镜50被用作发送透镜和接收透镜，但是将会理解，分离的透镜和/或其他光学元件也被预期是在本公开的范围内。例如，透镜50可以代表沿着分立的光发送和接收路径的不同透镜或透镜组。
在示例场景中，沿着发送路径穿过的来自光源22的发射的光束52可以被透镜50准直，以向感测系统10的环境提供准直的光束54。准直的光束54然后可以从感测系统10的环境中的一个或多个对象反射，并作为反射的光56返回到透镜50。透镜50然后可以将反射的光56作为聚焦的光58收集并聚焦到包括在接收块30中的检测器32上。在一些示例中，可以通过比较发射的光束52和聚焦的光束58来确定感测系统10的环境中的一个或多个对象的方面。这些方面可以包括例如一个或多个对象的距离、形状、颜色和/或材料。此外，在一些示例中，通过旋转壳体12，可以确定感测系统10周围的三维地图。
在多个光源22沿着发送块20的弯曲表面布置的一些示例中，透镜50可以被配置成具有与发送块20的弯曲表面相对应的焦平面。例如，透镜50可以包括壳体12外部的非球面表面和壳体12内部面向共享空间40的环形表面。在这个示例中，透镜50的形状允许透镜50既准直发射的光束52又聚焦反射的光56。另外，在该示例中，透镜50的形状允许透镜50具有与发送块20的弯曲表面相对应的焦平面。在一些示例中，由透镜50提供的焦平面大致匹配发送块20的弯曲形状。此外，在一些示例中，检测器32可以类似地布置在接收块30的弯曲形状中，以接收沿着由透镜50提供的弯曲焦面的聚焦的光58。因此，在一些示例中，接收块30的弯曲表面也可以与透镜50提供的弯曲焦面大致匹配。
图1B示出了根据示例实施例的系统100。系统100可以描述LIDAR系统的至少一部分。此外，系统100可以包括与感测系统10相似或相同的元件，如参考图1A所示和所述。在一些实施例中，系统100可以被结合为自主或半自主载具(诸如参考图3和4A-4D所示和描述的载具300)的感测系统的一部分。
系统100包括多个光发射器设备110、接收器子系统120和控制器150。系统100还包括光脉冲安排160。
在一些实施例中，多个光发射器设备110可以包括激光二极管、发光二极管或其他类型的发光设备。在示例实施例中，多个光发射器设备110包括被配置成发射大约903纳米波长的光的InGaAs/GaAs激光二极管。在一些实施例中，多个发光设备110包括激光二极管、激光条或激光堆栈中的至少一个。附加地或可替代地，多个光发射器设备110可以包括一个或多个主振荡器功率放大器(MOPA)光纤激光器。这种光纤激光器可以被配置成提供1550纳米或大约1550纳米的光脉冲，并且可以包括种子激光器和被配置成将种子激光放大到更高功率水平的一段有源光纤。然而，其他类型的发光设备、材料和发射波长也是可能的和预期的。
在一些实施例中，多个光发射器设备110被配置成沿着多个发射矢量向各自的目标位置发射光到环境中，以便提供期望的分辨率。在这种场景下，多个光发射器设备110可操作来沿着多个发射矢量发射光，使得发射光与系统100的外部环境相互作用。
在一些实施例中，系统100可以包括沿着前边缘具有多个成角度的刻面的至少一个基板。在这种情况下，每个成角度的刻面可以包括相应的管芯附着位置。作为示例，每个光发射器设备可以耦合到相应的管芯附着位置，以便可操作以沿着其相应的发射矢量发射光。
在这样的实施例中，该至少一个基板可以沿着一个或多个垂直平面设置。在这种情况下，可以相对于水平平面定义多个发射矢量。此外，作为示例，该至少一个基板可以在被配置成绕旋转轴旋转的壳体内垂直定向，旋转轴本身可以是大致垂直的。换句话说，多个光发射器设备110和接收器子系统120可以耦合到壳体。在这种场景下，壳体被配置成围绕旋转轴旋转。
例如，每个光发射器设备可以沿着公共基板定向，以便沿着相应的发射矢量向相应的目标位置发射光。将理解，可以使用许多不同的物理和光学技术将光导向给定的目标位置。所有这样的物理和光学技术在本文都被预期到。
在一些实施例中，期望的分辨率可以包括距系统100给定距离处的目标分辨率。例如，期望的分辨率可以包括在距离系统100 25米处和/或在沿着水平地平面的相邻目标位置之间的7.5厘米的垂直分辨率，无论哪一个更近。沿着二维表面和在三维空间内的其他期望的分辨率也是可能的，并且在本文被预期到。
在一些实施例中，该至少一个基板可以沿着垂直平面设置。在这种情况下，多个发射矢量中的至少两个发射矢量可以相对于水平平面变化。
在多个光发射器设备110分布在多个基板上的实施例中，多个光发射器设备110的每个部分可以被配置成以相对于垂直平面的相应指向角度照亮环境。作为示例，多个光发射器设备110可以包括至少64个光发射器设备。然而，可以使用更多或更少数量的光发射器设备110。
在一些实施例中，多个光发射器设备110可以被配置成提供持续时间在大约1-10纳秒之间的光脉冲。其他光脉冲持续时间也是可能的。
在一些实施例中，系统100可以包括光学元件(未示出)，该光学元件可以包括光学耦合到相应光发射器设备的相应输出刻面的相应透镜。相应透镜可以包括但不限于快轴准直透镜。
在一些实施例中，接收器子系统120可以类似于或等同于接收器块30，如参考图1A所示和所述。例如，接收器子系统120可以被配置成提供指示发射的光和外部环境之间的相互作用的信息。在这种场景下，接收器子系统120可以包括被配置成接收从多个光发射器设备110发射的光的至少一部分的设备，以便将接收到的光脉冲与系统100的环境中的对象相关。
接收器子系统120可以包括多个光检测器设备。在这种场景下，多个光检测器设备可以被配置成检测具有以下中的至少一种波长的光：1550纳米或780纳米。其他波长也是可能的，并且在本文中被预期。在一些实施例中，光检测器设备可以包括以下中的至少一个：雪崩光电二极管、单光子雪崩检测器(SPAD)或硅光电倍增器(SiPM)。在进一步的实施例中，光检测器设备可以包括多个InGaAs光电检测器。其他类型的光电检测器也是可能的和预期的。
控制器150可以包括车载计算机、外部计算机或移动计算平台，诸如智能电话、平板设备、个人计算机、可穿戴设备等。附加地或可替代地，控制器150可以包括或连接到位于远程的计算机系统，诸如云服务器网络。在示例实施例中，控制器150可以被配置成执行本文描述的一些或所有方法块或步骤。
控制器150可以包括一个或多个处理器152和至少一个存储器154。处理器152可以包括例如专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)。本文预期了被配置成执行软件指令的其他类型的处理器、计算机或设备。存储器154可以包括非暂时性计算机可读介质，诸如但不限于只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)；非易失性随机存取存储器(例如闪存)、固态驱动器(SSD)、硬盘驱动器(HDD)、致密盘(CD)、数字视频盘(DVD)、数字磁带、读/写(R/W)CD、R/W DVD等。
控制器150的一个或多个处理器152可以被配置成执行存储在存储器154中的指令，以便执行本文描述的各种操作。
附加地或可替代地，控制器150可以包括可操作来执行本文描述的各种操作的电路(例如，同步数字电路)。例如，电路可以包括发射表(shot table)。电路的其他功能(例如，读取和排序)可以由同步数字逻辑电路来执行。在一些实施例中，电路及其操作可以用Verilog或另一种硬件描述语言来指定。在这种场景下，控制器150不需要包括处理器。
由控制器150执行的操作可以包括为多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备确定光脉冲安排。光脉冲安排基于至少一个光发射器设备的相应发射矢量和外部环境的三维地图。光脉冲安排包括至少一个光脉冲参数和监听窗口持续时间。在一些实施例中，至少一个光脉冲参数可以包括以下中的至少一个：期望的脉冲开始时间、期望的波长、期望的脉冲功率或期望的脉冲持续时间。其他类型的光脉冲参数可以是可能的，并且在本文被预期到。
在一些实施例中，确定光脉冲安排的操作可以包括确定对象和相应的对象距离。作为非限制性示例，对象可以包括以下中的至少一个：地表面、载具、障碍物或遮挡元件。在一些实施例中，对象沿着至少一个光发射器设备的相应发射矢量位于外部环境中。此外，操作可以包括基于相应的对象距离和光脉冲的速率来确定监听窗口持续时间。
操作包括使多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备根据光脉冲安排发射光脉冲。
在一些实施例中，操作可以附加地或可替代地包括在监听窗口持续时间期间，接收指示光脉冲和外部环境之间的相互作用的信息。在这种场景下，操作可以包括基于接收的信息，调整外部环境的三维地图。此外，在一些实施例中，操作还可以包括基于接收的信息，调整光脉冲安排。在一些实施例中，监听窗口持续时间在200纳秒和2微秒之间的闭区间内可调。然而，其他监听窗口持续时间也是可能的和预期的。
图2示出了根据示例实施例的几个定时序列200、210和220。定时序列200、210和220可以示出可以包括系统100的LIDAR设备的各种操作模式的块。在示例实施例中，定时序列200、210和220可以描述处理光脉冲之间的定时的不同方式。具体地，定时序列200、210和220可以描述用于处理在继续发送下一个光脉冲之前，LIDAR系统在预定的监听窗口期间可以等待多长时间的不同的场景。
定时序列200的块202包括使光发射器设备在t0将光脉冲发送到环境(例如，系统100的环境)中。一旦发射光脉冲，监听窗口就可以开始，并且可以保持“打开”直到tlistening。也就是说，在t0和tlistening之间的监听窗口期间，接收器子系统(例如，接收器子系统120)可以可操作来接收已经与环境中的对象相互作用的反射的光脉冲。
如块204中所述，在一些情况下，在持续时间tlistening的监听窗口期间，接收器子系统可能接收不到反射光或接收到不足的反射的光。在这种场景下，如块206中所示，监听窗口可以“关闭”或到期。在这种场景下，系统100可以确定在预定范围内沿着光脉冲的发射矢量不存在对象。在一些实施例中，预定范围可以基于光脉冲可能够在tlistening内行进的最大往返距离(例如，(tlistening/2)*光速)。
转到定时序列210，块202可以再次包括使光发射器设备在t0向环境中发射光脉冲。在块212中，光脉冲可以在t1与环境中的对象相互作用。例如，光脉冲可以从对象反射，并且来自光脉冲的至少一部分光可以被重定向回接收器子系统。在块214中，光的反射部分可以在早于tlistening,1的t2被接收器子系统(例如，接收器子系统120)接收。根据定时序列210，块206可以包括监听窗口到期(在时间tlistening,1)。在监听窗口到期时，块216可以以随后的光脉冲和监听窗口重复定时序列210。
定时序列220可以示出本文描述的实施例中的一些。即，定时序列220可以提供一种基于系统的环境中的对象来动态调整后续监听窗口持续时间的方式。在这种场景下，块202包括使发光设备在t0向环境中发射光脉冲。此外，光脉冲可以在t1与环境中的对象相互作用。此外，块214可以包括反射的光(或其至少一部分)在t2被接收器子系统接收。在一些实施例中，监听窗口tlistening,1可以在预定时间内保持打开。然而，在一些情况下，监听窗口不需要在预定时间内保持打开，并且下一个光脉冲可以在接收到反射的光之后被立即发射。
附加地或可替代地，一旦接收到反射的光，系统(例如，系统100)可以执行块222。块222可以包括调整后续监听窗口tlistening,2。在一些实施例中，后续监听窗口可以对应于紧接的下一个光脉冲和/或预计将与环境中的对象相互作用的另一个未来光脉冲。在一些实施例中，块222可以在tlistening,1或稍后的时间执行。
在示例实施例中，tlistening,2可以被调整到t2。也就是说，后续监听窗口可以被缩短以匹配先前的光脉冲与对象相互作用并返回接收器子系统的往返时间。
附加地或可替换地，后续监听时段tlistening,2可以被调整为t2+tbuffer。在这样的实施例中，tbuffer可以包括“缓冲时间”，以确保后续监听窗口保持打开足够长的时间来检测来自对象的反射的光。在一些实施例中，缓冲时间可以基于确定的对象的速度矢量。例如，如果对象被确定为正远离光源移动，则缓冲时间tbuffer可能大于光源到对象的距离恒定的场景的时间。此外，tbuffer可以是与对象的最大速度矢量相对应的预定时间量。例如，预定的缓冲时间量可以基于在后续光脉冲与对象相互作用时对象可以处于的最大距离。将会理解，tbuffer也可以基于其他考虑，所有这些都在本文中被预期到。
定时图220涉及基于在系统环境中确定的对象来设置预定的监听时段。将会理解，对于每个光发射器设备和/或系统发射的每个光脉冲，这种定时图220可以以串行和/或并行的方式重复。这样，光脉冲安排(例如，光脉冲安排160)可以基于在环境中检测到的对象来建立和/或调整。即，可以减少或最小化监听时段，从而减少即使已经检测到反射的光脉冲也等待监听时段到期所花费的时间。通过利用动态监听时段，可以发射更多的光脉冲(并且接收更多的反射的光脉冲)，这可以在给定的时间量内提供更高的空间和/或时间感测分辨率和/或更大的视场感测。
图3示出了根据示例实施例的载具300。载具300可以包括一个或多个传感器系统302、304、306、308和310。一个或多个传感器系统302、304、306、308和310可以与传感器系统10相似或相同。作为示例，传感器系统302、304、306、308和310可以包括发送块20，如参考图1A所示和所述。即，传感器系统302、304、306、308和310可以包括LIDAR传感器，其具有相对于给定平面(例如，x-y平面)在一角度范围上布置的多个光发射器设备。
传感器系统302、304、306、308和310中的一个或多个可以被配置成围绕垂直于给定平面的轴(例如，z轴)旋转，以便用光脉冲照亮载具300周围的环境。基于检测到反射的光脉冲的各个方面(例如，飞行的经过时间、偏振等)，可以确定关于环境的信息。
在示例实施例中，传感器系统302、304、306、308和310可以被配置成提供与载具300的环境内的物理对象相关的相应点云信息。虽然系统10和100、载具300以及传感器系统302和304被示出为包括某些特征，但是将会理解，在本公开的范围内，其他类型的系统被预期到。
作为示例，示例实施例可以包括具有多个光发射器设备的系统。系统可以包括LIDAR设备的发送块。例如，系统可以是载具(例如，汽车、卡车、摩托车、高尔夫球车、飞行器、船等)的LIDAR设备，或者可以是其一部分。多个光发射器设备中的每个光发射器设备被配置成沿着相应的光束仰角发射光脉冲。如本文别处所述，相应的光束仰角可以基于参考角度或参考平面。在一些实施例中，参考平面可以基于载具的运动轴。
虽然本文的某些描述和图示描述了具有多个光发射器设备的系统，但是本文也预期到具有更少光发射器设备(例如，单个光发射器设备)的LIDAR系统。例如，由激光二极管发射的光脉冲可以可控地导向系统的环境周围。光脉冲的发射角度可以通过扫描设备(诸如，例如机械扫描反射镜和/或旋转电机)来调节。例如，扫描设备可以围绕给定轴往复运动地旋转和/或围绕垂直轴旋转。在另一个实施例中，光发射器设备可以向旋转棱镜反射镜发射光脉冲，这可能导致光脉冲基于棱镜反射镜角度在与每个光脉冲相互作用时的角度被发射到环境中。附加地或可替代地，扫描光学器件和/或其他类型的电光机械设备可以扫描环境周围的光脉冲。
在一些实施例中，如本文所述，单个光发射器设备可以根据可变发射安排和/或利用可变的每次发射的功率来发射光脉冲。也就是说，每个激光脉冲或发射的发射功率和/或定时可以基于发射的相应仰角。此外，可变发射安排可以基于提供在距LIDAR系统或距支持LIDAR系统的给定载具的表面(例如，前保险杠)的给定距离处的期望的垂直间隔。作为示例，当来自光发射器设备的光脉冲方向向下时，由于预计的到目标的最大距离更短，所以每次发射的功率可能会降低。相反，由光发射器设备以高于参考平面的仰角发射的光脉冲可以具有相对更高的每次发射功率，以便提供足够的信噪比来充分地检测行进更长距离的脉冲。
此外，可以调整发射安排以减少等待时间，直到针对方向向下的光脉冲的后续发射为止。也就是说，由于行进的距离更短，因此监听窗口的持续时间可能没有给定环境内行进更远的光脉冲的持续时间长。
图4A示出了根据示例实施例的在感测场景400中的载具300的侧视图。在这种场景下，传感器系统302可以被配置成在最大仰角412和最小仰角414之间的仰角范围410内向载具300的环境中发射光脉冲。在一些实施例中，传感器系统302可以包括以非线性仰角分布布置的多个光发射器设备。也就是说，为了实现期望的垂直光束分辨率，传感器系统302的多个光发射器设备可以被布置在包括相邻光束之间的不均匀仰角差异的光束仰角上。
作为另一个示例，传感器系统304可以被配置成在仰角范围420内向载具300的环境中发射光脉冲，仰角范围420可以被定义在最大仰角422和最小仰角424之间。在一些实施例中，传感器系统304的多个光发射器设备可以用非线性仰角分布照亮载具300周围的环境。也就是说，为了实现期望的垂直光束分辨率，传感器系统304的多个光发射器设备可以布置在一组光束仰角上，该组光束仰角包括相邻光束之间仰角的不均匀差异。
如图4A中所示，从传感器系统302延伸的第一光脉冲路径416可以不受对象阻碍。在这种场景下，由传感器系统302沿着第一光脉冲路径416发射的光脉冲可以在不与环境中的对象相互作用的情况下传播。也就是说，光脉冲将不会被反射回传感器系统302。确定第一光脉冲路径416不受阻碍可以基于沿着相同光脉冲路径或沿着大致相似的路径发射的先前光脉冲来确定，或者基于传感器系统302周围环境的二维或三维地图来确定。
在第一光脉冲路径416被确定为不受阻碍或被预计为不受阻碍的场景下，与给定光脉冲相关联的预定监听时段可以被设置为最大监听时段持续时间(例如，2微秒)。其他监听时段持续时间也是可能的和预期的。在一些实施例中，将监听时段设置为最大持续时间可以提供当对象变得比预定的最大感测距离更近时对对象的感测。
如图4A中所示，从传感器系统304延伸的第二光脉冲路径426也可以不受对象阻碍。这样，在本文描述的方法和系统下，由传感器系统304沿着第二光脉冲路径426发射的光脉冲可以在不与环境中的对象相互作用的情况下传播。也就是说，光脉冲将不会被反射回传感器系统304。确定第二光脉冲路径426不受阻碍可以基于沿着相同光脉冲路径或沿着大致相似的路径发射的先前光脉冲来确定，或者基于传感器系统304周围环境的二维或三维地图来确定。
在第二光脉冲路径426被确定为不受阻碍或被预计为不受阻碍的情况下，与沿着第二光脉冲路径426发射的给定光脉冲相关联的预定监听时段可以被设置为最大监听时段持续时间(例如，2微秒)。其他监听时段持续时间也是可能的和预期的。
图4B示出了根据示例实施例的感测场景430。感测场景430的至少一些元素可以类似于或等同于感测场景400。例如，传感器系统302可以被配置成在最大仰角412和最小仰角414之间的仰角范围410上向载具300的环境中发射光脉冲。此外，传感器系统304可以被配置成在仰角范围420上向载具300的环境中发射光脉冲，仰角范围420可以被定义在最大仰角422和最小仰角424之间。
如图4B中所示，从传感器系统302延伸的第一光脉冲路径432可以与诸如另一载具440的对象相交(intersect)。也就是说，由传感器系统302发射的光脉冲可以与另一载具440的表面442相互作用。如图所示，表面442可以包括载具440的后部。然而，将会理解，在本文中，许多其他类型的对象也是可能的和预期的。没有限制，这种其他类型的对象可以包括道路表面、障碍物、树叶、建筑物、行人、骑自行车的人、其他载具等。
另外，从传感器系统304延伸的第二光脉冲路径434也可以与(例如，在另一载具440的后保险杠部分处的)对象相交。
在感测场景430中，发射的光脉冲中的至少一些光可以被表面442反射为反射的光。当反射的光被传感器系统302或304接收到时，可以提供往返时间。至少基于所确定的往返时间，可以估计或以其他方式确定传感器系统302和304与其他载具440之间的相对距离。
这样，在本文所述的方法和系统下，(由传感器系统302沿着第一光脉冲路径432或者由传感器系统304沿着第二光脉冲路径434)发射的光脉冲可以具有可以基于估计或预计的到对象的距离的相关联的监听时段。作为示例，监听时段持续时间可以被设置为等于预计的到表面442并返回的往返时间(例如，200纳秒)的时间量。其他监听时段持续时间也是可能的和预期的。
如本文别处所述，估计或预计的到对象的距离可以基于LIDAR点云、或三维地图(例如，深度地图)或二维地图。此外，针对朝向预计的对象发射的光脉冲设置的相关联的监听时段可以基于预计的到目标的距离或预计的到目标的距离加上缓冲时间，以便考虑到传感器系统302和304与载具之间可能的相对移动。
图4C和4D示出了包括载具300的进一步感测场景。图4C示出了在感测场景450中的载具300的后视图。如感测场景450中所示，除了地表面，传感器系统302、308和310可以不受阻碍。例如，传感器系统302可以被配置成检测具有最大仰角462和最小仰角464的仰角范围460上的对象。类似地，传感器系统308和310可以提供相应的仰角范围470a和470b，其可以由相应的最大仰角472a和472b以及相应的最小仰角474a和474b限定。
感测场景450可以包括用于传感器系统302、308和310中的每一个的相应光脉冲安排(例如，光脉冲安排160)。此外，光脉冲安排中的每一个可以包括基于最大感测距离或预计的地面位置的预定监听时段。
图4D示出了根据示例实施例的感测场景480。感测场景480可以包括载具440，其可以在多车道道路的相邻车道中。这样，从传感器系统302以一些仰角(诸如仰角484)发射的光脉冲可以与载具440的表面482相互作用。此外，从传感器系统308以各种仰角(诸如仰角486)发射的光脉冲可以与表面484相互作用。在这样的实施例中，反射的光脉冲的往返时间将小于从地表面反射的光脉冲的往返时间。这样，在确定或预期存在或预计存在对象表面(例如，表面482)的诸如感测场景480的场景中，光脉冲安排可以基于相应的反射的光脉冲的缩短的监听时段来调整。将会理解，感测场景480可以包括许多其他不同类型的对象和这些对象的位置。
示例实施例可以包括基于载具在世界各地移动时载具周围的变化环境来调整发射的光脉冲和/或监听窗口持续时间的各个方面。具体而言，发射的光脉冲及其相关联的监听窗口持续时间的方面可以基于但不限于以下而变化：起伏的道路(例如，在上坡或下坡行驶、绕弯道行驶等时的斜坡变化、道路上或邻近道路的对象(例如，行人、其他载具、建筑物等)、或其他静态或动态变化的环境条件或情境。
图4E示出了根据示例实施例的感测场景490。载具300可以与上坡道路表面491接触。在这种场景下，我们可能感兴趣感测的对象可以包括与同一道路表面491接触的其他载具(例如，山上迎面而来的行驶车辆)。可能会干扰行驶车辆行进路径的这种对象和/或其他载具可能在道路表面491上方0至4米之间。这样，虽然传感器302可以可操作来感测最小光束仰角492至最大光束仰角493之间的对象，但在一些实施例中，在最小光束仰角492和动态变化的“掠地”光束仰角494之间获得的数据可以为了检测沿着起伏道路表面491的其他载具和对象而被指定为更重要或者具有更高的优先级。“掠地”光束仰角494可以被动态地定义为对应于特定位置488的扫描角度，该特定位置488可以在道路上方的预定高度处并且距离载具300预定距离处。在示例实施例中，特定位置488可以在离载具300大约60米处、在地面上方大约4米。
因此，在一些实施例中以及在一些条件下，本文描述的系统和方法不需要总是扫描可能的光束仰角(例如，最小光束仰角492和最大光束仰角493之间的整个角度范围之间的角度)的整个范围。代替地，光束扫描范围可以基于载具300周围环境的道路和/或其他部分的动态变化的依赖于偏航的轮廓而变化。
参考图4E，在一些实施例中，根本不需要扫描“掠地”光束仰角494和最大光束仰角493之间的光束仰角。也就是说，对于给定的偏航角，不需要将光脉冲发射到预测不包括可能干扰载具300前进的对象的仰角范围中。附加地或可替代地，光脉冲可以发射到那些角度范围内，但是相对应的监听窗口可以被缩短或完全消除。
在一些实施例中，监听窗口持续时间可以在预定监听窗口持续时间的范围内调整。在这种场景下，预定监听窗口持续时间的范围可以包括可以对应于最大检测范围的最大监听窗口持续时间和可以对应于最小检测范围的最小监听窗口持续时间。作为示例，最大检测范围可以是大约200米或更大。在一些实施例中，最小检测范围可以是大约5米或更小。相应地，为了检测往返光脉冲，最大和最小监听窗口持续时间可以分别是1.3微秒和33纳秒。其他最大和最小监听窗口持续时间也是可能的和预期的。
此外，对于发射到最小光束仰角492和“掠地”光束仰角494之间的角度中的光脉冲，可以延长(或最大化)相对应的监听窗口，以试图增加将探测到地面上或接近地面的对象的可能性。
在一些实施例中，本文描述的系统和方法可以基于(例如，通过360度或多个偏航角)在载具周围延伸并且可以被定义为位于离载具300预定距离(例如，60、100或200米远)和/或在地表面上方预定高度处的连续线的轮廓线来调整监听窗口和/或光脉冲发射的方面。当载具300在其环境周围移动时，这种轮廓线可以被动态调整。轮廓线可以基于地形图或由载具300和/或其他载具获得的当前或先前点云信息来确定。在一些实施例中，轮廓线可以穿过图4A-4F中描述的各个点。例如，轮廓线可以穿过特定的位置488和489。
换句话说，考虑一种场景，其中轮廓线表示在离载具300 60米处、离地面一米的预定高度。当载具300在离地面一米处、在没有对象的平坦地形上时，轮廓线可以由以载具为中心的具有60米半径的二维圆来表示。然而，当载具300在离地面一米处遇到丘陵地形和/或对象时，基于地形特征和/或对象数据，轮廓线可以包括三维圆形、椭圆形或不规则形状。在一些实施例中，可以基于轮廓线的形状来调整监听窗口持续时间。
图4F示出了根据示例实施例的感测场景495。载具300可以与下坡道路表面499接触。如以上参考图4E所述，传感器302的一些光束角度可以“优先于”其他光束角度。例如，“掠地”光束仰角498可以基于特定位置489(其可以针对每个偏航角定义)动态改变，该特定位置489对应于离载具300的预定距离和关于地表面的预定高度。“掠地”光束仰角498和最小光束仰角496之间的光束角仰角的范围可以优先于其他光束仰角(例如，“掠地”光束仰角498和最大光束仰角497之间的光束仰角)。
如上所述，在一些实施例中，光脉冲不需要发射到高于“掠地”光束仰角498的光束仰角中。附加地或可替代地，针对发射到这种仰角范围中的光脉冲的监听窗口持续时间可以被减少或完全消除。基于地形图、点云信息或关于载具300的环境内的对象和/或地表面的其他知识，光脉冲向依赖于偏航的光束角范围的发送和接收之间的其他区别是可能的。在一些实施例中，点云信息可以由利用LIDAR系统的载具(从早期在驾驶中的先前扫描和/或从沿着相同路线的载具的先前驾驶的扫描)或利用LIDAR系统的另一载具收集。另一载具可以是普通载具队伍的一部分，或者与不同的队伍相关联。
图5示出了根据示例实施例的具有多个光发射器设备516a-516j的系统500。系统500可以包括包含基板510的LIDAR发送块的一部分。基板510可以由印刷电路板材料形成。在一些实施例中，基板510可以通过激光切割和精密钻孔操作形成。基板510可以包括可引线接合的饰面，诸如化学镀镍钯浸金(Electroless Nickel-Electroless Palladium-Immersion Gold，ENEPIG)。至少一个基板510可以包括沿着前边缘的多个成角度的刻面512a-512j和对应于每个成角度的刻面512a-512j的管芯附着位置(未示出)。在这种场景下，多个成角度的刻面512a-512j提供相应的多个仰角。在示例实施例中，相邻仰角之间的一组角度差可以包括至少两个不同的角度差值。也就是说，仰角不包括均匀的角度差，而是角度差可以基于例如各自的仰角以及仰角是取向为水平平面之下还是之上而彼此不同。一般来说，取向为在水平线之下的仰角可能间隔更宽，至少是因为光子不太可能像更高仰角处的光子那样行进那么远。
多个光发射器设备516a-516j可以附着到各自的管芯附着位置。这样，每个光发射器设备可以被取向成使得沿着不同的仰角发射光脉冲。此外，多个光发射器设备516a-516j中的每个相应的光发射器设备可以附着到相应的多个脉冲发生器电路520a-520j。在一些示例实施例中，相应脉冲发生器电路可以使光发射器设备516a-516j如本文所述地发射光脉冲。此外，多个脉冲发生器电路520a-520j可以至少部分地基于本文所描述的光脉冲安排(例如，光脉冲安排160)来被控制。
光脉冲安排可以基于对象被感测到或被预计为沿着给定的相应仰角(或发射矢量)来动态调整。在一些实施例中，如果给定的光脉冲被预计或与环境中的对象相互作用，则可以至少部分地基于已知或预计的到该对象的距离来设置或调整相对应的监听窗口。
此外，系统500中可以包括其他光学元件。例如，相应的多个透镜518a-518j可以光学耦合到相应的多个光发射器设备516a-516j。此外，系统500中可以包括其他元件，诸如准直特征524、通信接口522、插座521和其他电子组件523a和523b。
示例方法
图6示出了根据示例实施例的方法600。将会理解，方法600可以包括比本文明确示出或以其他方式公开的步骤或块更少或更多的步骤或块。此外，方法600的相应步骤或块可以以任何顺序执行，并且每个步骤或块可以执行一次或多次。在一些实施例中，方法600的一些或所有块或步骤可以由如关于图1B所示和所述的控制器150执行。此外，方法600可以至少部分地由如关于图2所描述的定时图220示出。此外，方法600可以至少部分地由如关于图3所示和所述的载具300执行。方法600可以在类似于或等同于如关于图4A-4D所示和描述的场景400、430、450和480的场景中执行。
块602包括为多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备确定光脉冲安排。在这种场景下，多个光发射器设备可操作来沿着多个发射矢量发射光。光脉冲安排基于至少一个光发射器设备的相应发射矢量和外部环境的三维地图。光脉冲安排包括至少一个光脉冲参数和监听窗口持续时间。
在一些实施例中，确定光脉冲安排可以包括确定对象和相应的对象距离。在这种场景下，对象沿着至少一个光发射器设备的相应发射矢量位于外部环境中。方法600还可以包括基于对应的对象距离和光脉冲的速率来确定监听窗口持续时间。
在一些实施例中，对象可以包括以下中的至少一个：地表面、载具、障碍物或遮挡元件。
此外，在一些情况下，确定光脉冲安排可以包括在大约200纳秒和大约2微秒之间的闭区间内调整监听窗口持续时间。其他监听窗口持续时间也是可能的和预期的。
块604包括使多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备根据光脉冲安排发射光脉冲。光脉冲与外部环境相互作用。
在一些实施例中，方法600包括使壳体围绕旋转轴旋转。在这种场景下，多个光发射器设备被耦合到壳体。如本文别处所述，光发射器设备可以类似于如关于图3所示和所述的传感器302那样围绕旋转轴旋转。
另外，方法600可以包括，在监听窗口持续时间期间，接收指示光脉冲和外部环境之间的相互作用的信息。在这种场景下，方法600还可以包括基于接收到的信息，调整外部环境的三维地图。附加地或可替代地，方法600可以包括基于接收的信息，调整光脉冲安排。
附图中所示的特定布置不应被视为限制。应当理解，其他实施例可以包括给定附图中所示的每个元件中的更多个或更少个。此外，一些示出的元件可以被组合或省略。此外，说明性实施例可以包括附图中未示出的元件。
表示对信息的处理的步骤或块可以对应于可以被配置成执行本文描述的方法或技术的特定逻辑功能的电路。可替代地或附加地，表示对信息的处理的步骤或块可以对应于模块、段、物理计算机(例如，现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC))、或者程序代码的一部分(包括相关数据)。程序代码可以包括可由处理器执行的一个或多个指令，用于实现方法或技术中的特定逻辑功能或动作。程序代码和/或相关数据可以存储在任何类型的计算机可读介质上，诸如包括磁盘、硬盘驱动器或其他存储介质的存储设备。
计算机可读介质还可以包括非暂时性计算机可读介质，诸如短期存储数据的计算机可读介质，像寄存器存储器、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更长时间段地存储程序代码和/或数据的非暂时性计算机可读介质。因此，计算机可读介质可以包括二级或永久长期存储装置，例如，像只读存储器(ROM)、光学盘或磁盘、致密盘只读存储器(CD-ROM)。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。例如，计算机可读介质可以被认为是计算机可读存储介质，或者有形存储设备。
虽然已经公开了各种示例和实施例，但是其他示例和实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。所公开的各种示例和实施例是为了说明的目的，而不是为了进行限制，真正的范围由所附权利要求来指示。

Claims (20)

1.一种系统(100)，包括：
多个光发射器设备(110)，其中所述多个光发射器设备可操作以沿着多个发射矢量发射光，使得发射的光与系统的外部环境相互作用；
接收器子系统(120)，被配置为提供指示所述发射的光和外部环境之间的相互作用的信息；和
控制器(150)，可操作来执行操作，所述操作包括：
为所述多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备确定光脉冲安排，其中所述光脉冲安排基于所述至少一个光发射器设备的相应发射矢量和外部环境的三维地图，其中所述光脉冲安排包括至少一个光脉冲参数和监听窗口持续时间；以及
使得所述多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备根据所述光脉冲安排发射光脉冲。
2.根据权利要求1所述的系统，其中多个光发射器设备包括激光二极管、激光条或激光堆栈中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述接收器子系统包括多个光检测器设备，其中所述光检测器设备包括以下中的至少一个：雪崩光电二极管、单光子雪崩检测器(SPAD)或硅光电倍增器(SiPM)。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述多个光检测器设备被配置成检测包括以下中的至少一种波长的光：1550nm或780nm。
5.根据权利要求1所述的系统，还包括：
沿着垂直平面设置的至少一个基板，其中每个光发射器设备被耦合到基板，以便可操作以沿着其相应发射矢量发射光，其中多个发射矢量中的至少两个发射矢量相对于水平平面变化。
6.根据权利要求1所述的系统，还包括：
壳体(12)，其中所述多个光发射器设备和接收器子系统被耦合到壳体，其中壳体被配置成围绕旋转轴旋转。
7.根据权利要求1所述的系统，其中确定光脉冲安排包括：
确定对象和对应的对象距离，其中对象沿着至少一个光发射器设备的相应发射矢量位于外部环境中；以及
基于对应的对象距离和光脉冲的速率来确定监听窗口持续时间。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述对象包括地表面、载具、障碍物或遮挡元件中的至少一个。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个光脉冲参数包括以下中的至少一个：期望的脉冲开始时间、期望的波长、期望的脉冲功率或期望的脉冲持续时间。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述操作还包括：
在监听窗口持续时间期间，接收指示光脉冲和外部环境之间的相互作用的信息；以及
基于接收到的信息，调整光脉冲安排。
11.根据权利要求10所述的系统，其中调整光脉冲安排包括：
基于接收到的信息，调整外部环境的三维地图。
12.根据权利要求1所述的系统，其中所述监听窗口持续时间在100纳秒和2微秒之间的闭区间内可调。
13.一种方法，包括：
为多个光发射器设备(110)中的至少一个光发射器设备确定光脉冲安排，其中所述多个光发射器设备可操作来沿着多个发射矢量发射光，其中所述光脉冲安排基于所述至少一个光发射器设备的相应发射矢量和外部环境的三维地图，其中所述光脉冲安排包括至少一个光脉冲参数和监听窗口持续时间；以及
使得所述多个光发射器设备中的所述至少一个光发射器设备根据光脉冲安排发射光脉冲，其中所述光脉冲与外部环境相互作用。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括：
使得壳体围绕旋转轴旋转，其中多个光发射器设备被耦合到壳体。
15.根据权利要求13所述的方法，其中确定光脉冲安排包括：
确定对象和相应的对象距离，其中对象沿着所述至少一个光发射器设备的相应发射矢量位于外部环境中；以及
基于对应的对象距离和光脉冲的速率来确定监听窗口持续时间。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述对象包括地表面、载具、障碍物或遮挡元件中的至少一个。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括：
在监听窗口持续时间期间，接收指示光脉冲和外部环境之间的相互作用的信息；以及
基于接收到的信息，调整外部环境的三维地图。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
基于接收到的信息，调整光脉冲安排。
19.根据权利要求13所述的方法，其中确定光脉冲安排包括在100纳秒和2微秒之间的闭区间内调整监听窗口持续时间。
20.一种系统，包括：
多个光发射器设备，其中所述多个光发射器设备可操作以沿着多个发射矢量发射光，使得发射的光与系统的外部环境相互作用；
接收器子系统，被配置为提供指示所述发射的光和外部环境之间的相互作用的信息；和
控制器，可操作来执行操作，所述操作包括：
为所述多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备确定光脉冲安排，其中所述光脉冲安排基于所述至少一个光发射器设备的相应发射矢量和外部环境的三维地图，其中所确定的光脉冲安排包括至少一个光脉冲参数和监听窗口持续时间；以及
使多个光发射器设备中的至少一个光发射器设备根据所确定的光脉冲安排发射第一光脉冲以及根据默认光脉冲安排发射第二光脉冲。
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