CN111801591B - 一种用于校准光强度的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供用于校准光强度的系统及方法。所述用于校准光强度的示例性方法可包括：从一区域获得反射光的至少两个强度分布，其中所述至少两个强度分布的每一个是与一光束相关联；从所述至少两个强度分布确定一参考强度分布，其中所述参考强度分布是与一参考光束相关联，不包括所述参考强度分布的所述至少两个强度分布是非参考强度分布，且所述非参考强度分布分别与一非参考光束相关联；及将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准以相对于所述参考强度分布校准所述非参考强度分布。

Description

一种用于校准光强度的系统及方法
交叉引用
本申请要求于2018年3月16日申请且标题为“SYSTEM AND METHOD FORCALIBRATING LIGHT INTENSITY”的美国非临时专利申请第15/923,300号及于2018年2月1日申请且标题为“SYSTEM AND METHOD FOR CALIBRATING LIGHT INTENSITY”的美国非临时专利申请第15/886,206号的优先权。美国非临时专利申请第15/923,300号是美国非临时专利申请第15/886,206号的接续申请。所有以上申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本申请主要涉及用于校准光强度的方法及装置，特别涉及用于LIDAR(光检测及测距)强度校准的方法及装置。
背景技术
传感器装置已广泛用于检测及测距。用于确保精确性能的一个关键步骤是校准。通过校准，错误强度读数可以被校正至标准水平。
发明内容
本申请的各项实施例可包含用于校准光强度的系统、方法及非暂时性计算机可读介质。从一方面来说，一种用于校准光强度的示例性方法可包括：从一区域获得反射光的至少两个强度分布，其中每一个所述强度分布是与一光束相关联；从所述至少两个强度分布确定一参考强度分布，其中所述参考强度分布是与一参考光束相关联，不包括所述参考强度分布的所述至少两个强度分布是非参考强度分布，且所述非参考强度分布分别与一非参考光束相关联；及将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准以相对于所述参考强度分布校准所述非参考强度分布。在一些实施例中，所述方法可进一步包括获得将任何原始非参考光束强度读数映射至经校准强度读数的强度映射。
在一些实施例中，将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准可包括应用动态时间扭曲(DTW)算法以将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准。
在一些实施例中，LIDAR(光检测及测距)装置包括可安装于可移动运载工具上的N个可旋转光发射器及N个检测器，在随着所述运载工具相对于所述区域移动，所述各光发射器在旋转时发射一光束且每个光检测器检测对应的光强度。基于同一时刻所述光束与所述区域的交叉点之间的物理距离，所述光束按次序为光束1、2、…、i-1、i、i+1、i+2、…及i+(N-i)，i为1到N的任何数字。所述参考光束可为光束i。将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准可包括：针对所述强度分布，将所述每个非参考光束递归地对准到物理上离所述参考光束最近的光束，直到对准所述参考光束为止。
在一些实施例中，针对所述强度分布，将所述每个非参考光束递归地对准到物理上离所述参考光束最近的光束包括：将光束i+1与光束i对准及将光束i-1与光束i对准；将光束i+2与光束i+1对准及将光束i-2与光束i-1对准；重复所述对准直至每一个所述非参考光束向所述参考光束的方向与另一光束对准；以及遍及所述非参考光束传播所述对准以将每一个所述非参考光束与所述参考光束对准。
在一些实施例中，所述光束与所述区域的所述交叉点间的所述物理距离可对应于所述LIDAR装置上的所述光发射器间的另一物理距离。
在一些实施例中，所述光束可分别从LIDAR装置的至少两个光发射器发射。所述LIDAR装置可进一步包括用于分别接收所述反射光的至少两个光检测器。与各光束相关联，所述各光发射器及相关联的光检测器可相对于所述区域移动且被配置为在各种时间点获得一强度读数以获得遍及所述区域的所述对应强度分布。
在一些实施例中，所述LIDAR装置可安置于运载工具上。所述各光发射器及相关联光检测器可以被配置为在所述运载工具相对于所述区域移动时相对于所述运载工具旋转。与各光束相关联，遍及所述区域的所述各强度分布可包括由所述旋转及所述运载工具移动所引起的至少两个所述强度读数。
在一些实施例中，每一个所述强度分布可在使一光强度读数与所述光强度读数在所述区域中的一出现频率相关联的一直方图中表示。所述区域可包括对应于所述强度分布的一个或以上直方图中的一个或以上强度峰值的一标记物。所述参考强度分布可表示背景中的所述标记物。
根据另一方面，一种用于校准光强度的系统可包括处理器，所述处理器被配置为：从一区域获得反射光的至少两个强度分布，其中每一个所述强度分布是与一光束相关联；从所述至少两个强度分布确定一参考强度分布，其中所述参考强度分布是与一参考光束相关联，不包括所述参考强度分布的所述至少两个强度分布是非参考强度分布，且所述非参考强度分布分别与一非参考光束相关联；及将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准以相对于所述参考强度分布校准所述非参考强度分布。
另一方面，本申请提供一种与处理器耦合且包括指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令在由所述处理器执行时引起所述处理器执行用于校准光强度的方法。所述方法可包括：从一区域获得反射光的至少两个强度分布，其中每一个所述强度分布是与一光束相关联；从所述至少两个强度分布确定一参考强度分布，其中所述参考强度分布是与一参考光束相关联，不包括所述参考强度分布的所述至少两个强度分布是非参考强度分布，且所述非参考强度分布分别与一非参考光束相关联；及将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准以相对于所述参考强度分布校准所述非参考强度分布。
另一方面，一种用于可实施于LIDAR(光检测及测距)装置上的校准光强度的系统，所述系统可包括可安装于可移动运载工具上的至少两个可旋转光发射器及检测器以及耦合至所述检测器的处理器。在随着所述运载工具相对于所述区域移动，所述各光发射器在旋转时发射一光束且每个光检测器检测对应的光强度。所述处理器可以被配置为：从所述区域获得所述反射光的至少两个强度分布；从所述至少两个强度分布确定一参考强度分布，其中所述参考强度分布是与一参考光束相关联，不包括所述参考强度分布的所述至少两个强度分布是非参考强度分布，且所述非参考强度分布分别与一非参考光束相关联；及将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准以相对于所述参考强度分布校准所述非参考强度分布。
在一些实施例中，为将所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准，所述处理器被配置为将所述非参考强度分布与朝向所述参考强度分布的相邻非参考强度分布递归地对准直至与所述参考强度分布对准。所述至少两个光发射器及检测器可包括与N个发射光束及所述发射光束的N个反射相关联的N对光发射器及检测器。基于同一时刻所述光束与所述区域的交叉点之间的物理距离，所述光束按次序为光束1、2、…、i-1、i、i+1、i+2、…及i+(N-i)，i为1到N的任何数字，且所述参考光束为光束i。在一实例中，所述物理距离可基于所述光束在同一时刻与所述区域的交叉点。在另一实例中，所述物理距离可基于所述系统上的所述光束的发射器或检测器。
在参考附图考虑以下描述及所附权利要求的后将变得更明白本申请所揭示的系统、方法及非暂时性计算机可读介质的此等及其他特征，以及相关结构组件的操作方法及功能及零件与制造经济性的组合，其等的所有形成本说明书的一部分，其中相同组件符号指定各种图中的对应部分。然而，应明确地理解，图式是仅出于图解说明及描述的目的且并不意欲作为本申请的限制的定义。
附图说明
在所附权利要求中详细地阐述本申请的各项实施例的特定特征。将由参考阐述其中利用本申请的原理的阐释性实施例的以下详细描述及附图而获得本申请的特征及优点的一较佳理解，在附图中：
图1表示根据各项实施例的用于校准光强度的示例性系统。
图2表示根据各项实施例的用于校准光强度的另示例性系统。
图3A表示根据各项实施例的用于LIDAR强度校准的示例性系统侧视图。
图3B表示根据各项实施例的示例性LIDAR系统侧视图。
图3C表示根据各项实施例的用于多个旋转及静止光束的示例性强度光点顶视图。
图3D表示根据各项实施例的用于旋转及移动光束的示例性强度光点顶视图。
图3E表示根据各项实施例的示例性强度分布及校准。
图3F表示根据各项实施例的示例性强度映射。
图3G表示根据各项实施例的三组示例性原始强度输出与经校准的强度输出比较。
图4是根据各项实施例的用于校准光强度的示例性方法的流程图。
图5是根据各项实施例的用于光强度对准的示例性方法的流程图。
图6是其中可实施本文中所描述的实施例的任一者的示例性计算机系统的框图。
具体实施方式
多光束LIDAR是负责自动驾驶运载工具的定位、地图绘制及各种其他功能的关键传感器。示例性LIDAR系统可包括多组光发射器(例如，激光)及光检测器，各组被配置为朝向一远距对象发射一光束且接收经反射的光信号。基于所接收的信号，LIDAR可获得对应于该远距对象的(x,y,z)坐标及强度值。
在一些实施例中，该远距对象可包括交通标志或其他重要信息，精确的LIDAR检测是正确地辨识此信息所必要的。为该目的，需要跨光束校准强度值。例如，经校准光束应正确地给予有关相同目标(例如，路面的一部分)的相同强度读数。在现有技术中，解决该问题的一方法将目标空间划分成小“单元”，且对于在单元p上返回值i的任何光束r，使用p中的其他光束的一致性作为估计。此现有技术显著依靠LIDAR的精确姿态估计以将来自多个光束的检测点正确地登记至相同单元中。
本申请所揭示方法由遍及其中所有光束共享一显著重叠的大得多的区域(例如，大约数百米)对准强度分布，同时实现精确校准而消除对精确姿态估计的需要。本申请所揭示方法也是无人监督的且便于实施。
图1表示根据各项实施例的用于校准光强度的示例性系统100。如图1中所展示，示例性系统100可包括包含一个或以上处理器104及内存106的至少一个运算系统102。内存106可为非暂时性及计算机可读的。内存106可存储在由一个或以上处理器104执行时引起一个或以上处理器104执行本文中所描述的各种操作的指令。系统102可实施于各种装置上或实施为各种装置，例如移动电话、平板计算机、服务器、计算机、可穿戴装置(智能型手表)等。系统102可安装有适当软件(例如，数据传送程序等)和/或硬件(例如，有线连接件、无线连接件等)以存取系统100的其他装置。
系统100可包含可供系统102存取的一个或以上数据存储器(例如，数据存储器108)及一个或以上运算装置(例如，运算装置109)。在一些实施例中，系统102可以被配置为从数据存储器108(例如，云端数据库)和/或运算装置109(例如，服务器、移动电话、运载工具计算机)获得数据(例如，位置、时间、移动速度、加速度、地图)。
系统100可进一步包含耦合至系统102的系统101(例如，LIDAR系统)。系统101可包括一个或以上光检测器(例如，光检测器110a、111a等)及一个或以上光发射器(例如，光发射器110b、111b等)。光发射器及检测器(例如，64信道红外激光及检测器)可形成发射器-检测器对。替代性地，一个发射器可对应于多个检测器且反之亦然。在一些实施例中，系统102(例如，处理器104)可以被配置为从一个或以上光检测器获得数据(例如，接收强度读数、反射光点的3D位置、强度读数的时间点)，且执行本文中所描述的各种校准光强度方法及步骤。各强度读数可对应于一光束及发射该光束的光发射器。校准方法可产生针对各检测器-发射器对检测光束的强度映射以将来从此光束的任何原始强度读数映射至经校准强度读数。
在一些实施例中，系统102及运算装置(例如，运算装置109)的一个或以上可整合于单一装置或系统中。替代性地，系统102及一个或以上运算装置可作为分离装置操作。一个或以上数据存储器(例如，数据存储器108)可位于可供系统102存取的任何地方，例如，在内存106中、在运算装置109中、在耦合至系统102的另一装置(例如，网络存储装置)或另一存储位置(例如，基于云端的存储系统、网络文件系统等)等中。系统102可实施为单一系统或彼此耦合的多个系统。一般而言，系统102、运算装置109、数据存储器108及系统101可以能够透过可透过其传送数据的一个或以上有线或无线网络(例如，互联网)互相通信。
图2表示根据各项实施例的用于校准光强度的示例性系统200。图2中所展示及下文所呈现的操作旨在进行说明。除了图1中所表示的系统102及系统101合并以获得图2中的系统103之外，系统200是类似于上文所描述的系统100。系统103可实施为LIDAR系统。系统103可包括处理器104、内存106、一个或以上光检测器(例如，110a、111a等)及一个或以上光发射器(例如，110b、111b等)，每一个被配置为执行类似于上文参考图1所描述的步骤。数据存储器108及运算装置109可耦合或整合至系统103。系统100及系统200的各方面是在下文参考图3A至图6描述。
图3A表示根据各项实施例的用于LIDAR强度校准的示例性系统。图3A中所展示及下文所呈现的操作旨在进行说明。如图3A的侧视图中所展示，系统312可安置于运载工具311(例如，汽车、出租车、基于网络的服务运载工具、机车、公交车、船、无人机等)上。系统312可包括上文所描述的系统101或系统103。若系统312包括系统101，则系统102也可安置于系统312中，安置于运载工具311中或远程地(例如，无线地)耦合至系统312。运载工具311可为但不一定为自动驾驶的，即，运载工具311可能够在无人类驾驶者的情况下导航。运载工具311可以被配置为像普通汽车四处移动。无人驾驶导航可至少部分基于系统312的感应输出来实现。系统312可以被配置为旋转(例如，相对于垂直于运载工具311的轴)。
在各项实施例中，系统312可朝向一远距目标发射一束或以上光束(例如，来自各种光发射器的光束N至光束1)且相应地检测经反射光束。发射光束可触及任何目标(例如地面上的远距区域318、竖立板上的区域319等)及反射离开任何目标。例如，光束1可在交叉点1处反射离开区域318，光束2可在交叉点2处反射离开区域318且光束N可在交叉点N处反射离开区域318。交叉点之间的物理距离可对应于光束之间的物理距离。例如，交叉点1比交叉点N更靠近交叉点2，此对应于光束1与光束2之间的较近距离。此外，由光束扫描的区域可包括一个或以上标志、标记、卷标或携载信息的等效物(例如，交通标志、地图信息)。通过扫描，可从标志及周围背景上的光点获得强度读数，且强度差异可用于提取携载信息。
图3B表示根据各项实施例的示例性LIDAR系统。图3B中所展示及下文所呈现的操作旨在进行说明。图3B以侧视图表示根据一些实施例的系统312的进一步细节。系统312可包括多个光发射器及被配置为同时检测来自多个光束的反射的光检测器。在一些实施例中，光发射器及检测器可配对(例如，光发射器-检测器1与光发射器-检测器N)，各发射射出光束及接收作为该射出光束的反射的射入光束。尽管在此图中光发射器及光检测器对被展示为整合式组件，独立光发射器及独立光检测器可作为分离组件安置且配对以用于检测。此外，一个发射器可由多个检测器检测，且一个检测器可检测来自多个光束的多个反射。如此图中所展示，光束之间的物理距离可对应于系统312上的对应光发射器-检测器之间的物理距离。例如，光发射器-检测器对可面朝一远距地面从顶部到底部(从N到1)配置于一侧表面上。因此，在图3A及图3B的视图中，光束与区域318的交叉点间的物理距离可对应于LIDAR装置上的光发射器间的另一物理距离。
图3C表示根据各项实施例的用于多个旋转及静止光束的示例性强度光点。图3C中所展示及下文所呈现的操作旨在进行说明。在图3C的俯视图中，运载工具311相对于地面上的包括“停止”标志的远距区域338相对静止。在一些实施例中，系统312可以被配置为在光发射器-检测器对分别发射光及撷取反射光强度时相对于运载工具311旋转。通过旋转，面向地面的各光束扫描位于系统312中心的圆的圆周(例如，圆周1至圆周N)。因为光发射器可为脉冲激光，所以测量来自沿着该圆周的各种光点的反射的强度。通过增加光点密度，可测量几乎整个圆周的反射。此外，光发射器-检测器可相对于系统312以各种角度定位，使得可测量距运载工具311各种距离处的反射光点。例如，在此图中，圆周1包括比圆周N更靠近运载工具311的反射光点。可调整环间的距离。
图3D表示根据各项实施例的用于旋转及移动光束的示例性强度光点。图3D中所展示及下文所呈现的操作旨在进行说明。在图3D的俯视图中，运载工具311可相对于(例如，朝向)远距区域338移动。尽管可从系统312同时发射多个光束以检测其反射强度，在此图中仅展示一束光束以保持图解清楚。此处，系统312可以被配置为在运载工具311朝向区域338移动(例如，从时间t1的运载工具311a及系统312a至时间t2的运载工具311b及系统312b)时连续地执行上文参考图3C所描述的扫描。在时间t1，示例性光束1可旋转且产生t1的圆周1(其一部分几乎不进入区域338的一较近边缘)。在时间t2，相同光束1可旋转且产生t2的圆周1(其一部分离开区域338的较远边缘)。在时间t1与t2之间(此处未展示)，光束1可能已在连续扫描，且一些经检测强度反射离开跨整个区域338的光点。可从系统312的其他光束获得类似扫描及强度检测。
在一些实施例中，如上文所展示，可由运载工具的旋转及移动来实现跨区域338的扫描。光束可固定至运载工具311(除用于旋转之外)。但是，可能存在用于替代性地实现跨区域的扫描的许多其他机构。在各项实例中，光发射器可以被配置为相对于运载工具平移地移动，光发射器可以被配置为在垂直于运载工具的平面中旋转，发射器可包括被配置为调谐发射光束相对于运载工具的角度的光学器件等。
图3E表示根据各项实施例的示例性强度分布及校准。图3E中所展示及下文所呈现的操作旨在进行说明。从图3D继续，区域338中的光束1的反射光点可在系统312旋转且运载工具311前进时聚集于t1与t2之间。用于区域338中的光束1的经聚集光点分布是展示于图3E的图表(1)中。如上文所论述，因为各强度测量可与测量的时间和/或反射光点的3D位置相关联，所以落在特定区域(例如，区域338或区域338的某一经指定部分)中的反射光点可基于3D位置及该区域的边界，或基于时间戳(例如，t1及t2)确定。实际上，反射光点可在区域上方致密得多以增加精确度。
一旦确定区域338内的反射光点，如图3E的图表(2)中所展示，便可获得光束1的强度分布。例如，该强度分布可以强度为x轴、频率为y轴的直方图表示(此处该直方图经平滑化为曲线)。即，每一个强度分布可在使光强度读数与该光强度读数在区域中的出现频率相关联的直方图中表示。例如，强度轴可对应于从0(黑色)至255(白色)的像素检测范围。区域338可包括对应于强度分布的一个或以上直方图中的一个或以上强度峰值的标记物(例如，“停止”)。在示例性实施例中，参考强度分布可表示区域，其中一些强度峰值表示离开标记物的反射，另一些强度峰值表示离开周围背景的反射。例如，离开“停止”标志的反射强度可对应于左峰值，且离开“停止”标志的周围背景的反射强度可对应于右峰值。
类似地，如图3E的图表(3)中所展示，可获得针对从光束1至光束N的所有光束的强度分布。即，可获得来自区域338的反射光的至少两个强度分布，其中每一个强度分布是与一光束相关联。如此图中所展示，沿着各种光束的直方图的点可相对于彼此变形，尽管用于覆盖相同区域338的各光束的反射光点被认为产生类似强度直方图。变形可为均匀的或可为不均匀的。即，变形可跨直方图随机出现。两个相邻直方图之间的相对变形可包括在x和/或y方向上的偏移，拉伸或挤压，峰值高度的不匹配或由装置测量获得的任何其他变形。在各项实施例中，光束的直方图可比图中所展示的光束直方图更复杂，且直方图可具有更大差异。例如，从光束1到光束N的偏移可随机呈现。光束2可能呈现从光束1左偏移，光束3可能呈现从光束2右偏移且光束3可缺失一个峰值(例如，其右峰值)(例如，低于使其显著的临限值)。直方图中的对应峰值可在一个方向上(例如，从光束i到光束1，从光束i到光束N)具有不同定标器。因而，校准可为非线性的。因此，每一个此等强度分布需要经校准，使得跨相同区域的不同光束的强度测量产生类似(例如，完全重叠)强度分布。为更清楚地图解说明，下面图3E的图表(4)仅以经偏移的直方图作为一实例进行展示。
参考图3E的图表(4)，可从至少两个强度分布确定一参考强度分布，其中该参考强度分布是与一参考光束相关联，不包括参考强度分布的至少两个强度分布是非参考强度分布，且非参考强度分布分别与一非参考光束相关联。每一个非参考强度分布可与参考强度分布对准以相对于参考强度分布校准非参考强度分布。可能有许多方式来确定参考强度分布。例如，若区域由一均匀标志与一均匀背景组成，则参考强度分布应包括表示离开两个相异区域的反射强度的两个非重叠峰值，且具有此等良好定位特性的强度分布可被确定为参考强度分布。可应用示例性规则(例如峰值分离定限、峰值值范围定限及峰值高度定限)以进行此确定。对于另一实例，若针对相同区域的预定强度分布或预定强度分布的统计数据可供系统312存取(例如，存储于系统312中或远程可用)，则该强度分布可被确定为参考强度分布。可应用示例性规则(例如最小均方差)以进行此确定。
在一些实施例中，如上文所描述，系统312(例如，LIDAR装置)可包括可安装于可移动运载工具上的N个可旋转光发射器及检测器，该各光发射器发射各光束且该各光检测器检测各对应光强度，而发射器及检测器是在旋转且运载工具相对于区域移动。基于物理距离(例如，光束在同一时刻与区域的交叉点间的物理距离、空中的发射光束间的物理距离、空中的经反射光束间的物理距离、LIDAR上的发射器间的物理距离、LIDAR上的检测器间的物理距离等)光束可按次序为光束1、2、…、i-1、i、i+1、i+2、…及i+(N-i)，i为1到N的任何数字。该参考光束可为光束i。
例如，参考图3C，圆周1比圆周N更靠近圆周2。返回参考图3E，在一些实施例中，将每一个非参考强度分布与参考强度分布对准可包括：针对强度分布，将所述每个非参考光束递归地对准到物理上离所述参考光束最近的光束，直到对准所述参考光束为止。此处，光束对准可以指对应于光束的强度分布的对准。例如，如图3E的图表(4)中所展示，光束i+1可与光束i对准且光束i-1可与光束i对准。例如，可应用动态时间扭曲(DTW)算法以对准强度分布。一些映射关系被展示为图表(4)中的虚线箭头。DTW算法可计算两个给定序列之间(例如，在一时间系列中)的最佳匹配。序列在一个维度上非线性地“扭曲”以确定其独立于该维度上的特定非线性变动的相似性的量度。尽管如此，一般技术者应了解，可应用各种其他替代方法或算法以对准强度分布。
此外，光束i+2可与光束i+1对准且光束i-2可与光束i-1对准。可重复对准直至每一个非参考光束与朝向参考光束的另一光束(例如，朝向参考光束的下一光束)对准。此外，对准可通过非参考光束传播以将每一个非参考光束与参考光束对准。例如，假定光束i+1已与光束i对准且光束i+2已与光束i+1对准，则传播可传递光束i+1与光束i+2的对准，使得光束i+2与光束i对准。类似地，非参考光束的任何对准可经传递且用于对准进一步远离参考光束的一个或以上其他非参考光束。对准相邻光束及传播对准可有助于增加对准精确度及降低计算功率消耗，这是因为相邻光束覆盖较近区域(归因于上文所描述的物理距离)且相邻光束之间的偏差小于非相邻光束之间的偏差。因此，通过各非参考光束的对准及传播，所有非参考光束可与参考光束对准。且通过对准所有非参考强度分布，非参考直方图上的任何值可映射至参考直方图上的值(例如，经校准值)。
在一些实施例中，可根据上文所描述的对准一般化对应转变步骤。例如，对于光束i-1(非参考光束)及光束i(参考光束)，可获得针对光束i-1的对准函数W(k；i-1至i)，其将光束i-1的原始强度k转换成强度W(k；i-1至i)以与光束i-1对准。在一实例中，光束15是参考光束，且其强度分布是其他光束的强度分布应对准的参考物。若光束15中的一峰值的频率值是100且光束14在类似强度值周围具有频率值k为90的一类似峰值，则对准函数W(90；14至15)将针对光束14中的峰值产生经校准强度100。类似对准函数W(k；i+1至i)可用于在数字上高于参考光束的光束。例如，若光束15中的一峰值的频率值是100，且光束16在类似强度值周围具有频率值k为110的一类似峰值，则对准函数W(110；16至15)将针对光束16中的峰值产生经校准强度100。
此外，在校准传播步骤中，可通过遍及所有中间光束迭代对准函数来获得全局校准函数。继续上文所描述的对准函数W(90；14至15)的实例，为对准光束13中的一类似峰值，此对准的全局校准函数是W(k；13至15)。此校准包括遍及光束14及光束15的对准的迭代，即，W(k；13至15)＝W(k；13至14)结合W(k；14至15)。因此，可从W(W(k；13至14)；14至15)获得W(k；13至15)。类似地，可通过遍及目标光束与参考光束之间的中间光束迭代k值来校准非参考光束的强度值的任一者。
图3F表示根据各项实施例的示例性强度映射。图3F中所展示及下文所呈现的操作旨在进行说明。从图3E继续，可基于用于各非参考光束的强度分布对准获得将任何原始非参考光束强度读数映射至经校准强度读数的强度映射。对于各非参考光束，各种强度值可对应于相同或不同对准函数。在图3F中，针对三个原始强度范围绘制三个示例性对准函数。一旦获得此映射，便可将x轴上的任何未来原始强度读数映射至y轴上的经校准强度读数。尽管在此图中强度映射被展示为2D绘图，然可替代性地使用各种其他强度映射表示。
图3G表示根据各项实施例的三组示例性原始强度输出及经校准强度输出比较。图3G中所展示及下文所呈现的操作旨在进行说明。各组的左影像展示在未应用本申请所揭示方法的情况下的原始强度输出，且各组的右影像展示在应用本申请所揭示方法的后的对应强度输出。右影像中的强度输出全部至少已相对于表示为白线的道路影像(例如，车道标记物、方向、标志)展示更大清晰度、平滑度及精确度。因此，本申请所揭示系统及方法可用于针对在道路上的较佳性能而校准LIDAR。
图4是根据本申请的各项实施例的示例性方法400的流程图。例如，方法400可在包含图1的系统100或图2的系统200的各种环境中实施。示例性方法400可由系统102或103的一个或以上组件(例如，处理器104、内存106)实施。示例性方法400可由类似于系统102或103的多个系统实施。下文呈现的方法400的操作旨在进行说明。取决于实施方案，示例性方法400可包含按各种顺序或并行执行的额外、较少或替代步骤。
在方块402，可从一区域获得反射光的至少两个强度分布，其中每一个强度分布是与一光束相关联。在方块404，可从至少两个强度分布确定一参考强度分布，其中该参考强度分布是与一参考光束相关联，不包括参考强度分布的至少两个强度分布是非参考强度分布，且非参考强度分布分别与一非参考光束相关联。在方块406，可将每一个非参考强度分布与参考强度分布对准以相对于参考强度分布校准非参考强度分布。为将任何非参考强度分布与参考强度分布对准，可将非参考强度分布与朝向参考强度分布的相邻非参考强度分布递归地对准直至与参考强度分布对准。在一些实施例中，LIDAR(光检测及测距)装置可包括可安装于可移动运载工具上的N个可旋转光发射器及N个检测器，在随着该运载工具相对于区域移动而旋转时，该各光发射器发射各光束且该各光检测器检测各对应光强度。基于同一时刻光束与区域的交叉点之间的物理距离，光束可按次序为光束1、2、…、i-1、i、i+1、i+2、…及i+(N-i)，i为1到N的任何数字。参考光束可为光束i。将每一个非参考强度分布与参考强度分布对准可包括：针对强度分布，将每个非参考光束递归地对准到物理上离参考光束最近的光束，直到对准参考光束为止。针对强度分布，如图5中所展示，将每个非参考光束递归地对准到物理上离参考光束最近的光束可包括：(1)将光束i+1与光束i对准及将光束i-1与光束i对准，如步骤422中所展示；(2)将光束i+2与光束i+1对准及将光束i-2与光束i-1对准，如步骤424中所展示；(3)重复对准直至每一个非参考光束与朝向参考光束的另一光束对准，如步骤426中所展示；及(4)遍及非参考光束传播对准以将每一个非参考光束与参考光束对准，如步骤428中所展示。视需要，可进一步获得将任何原始非参考光束强度读数映射至经校准强度读数的强度映射。
在一些实施例中，可分别从LIDAR装置的至少两个光发射器发射光束。该LIDAR装置可进一步包括用于分别接收反射光的至少两个光检测器。与各光束相关联，各光发射器及相关联的光检测器可相对于区域移动且被配置为在各种时间点获得强度读数以获得遍及区域的对应强度分布。
在一些实施例中，LIDAR可安置于运载工具上。各光发射器及相关联光检测器可以被配置为在该运载工具相对于区域移动时相对于该运载工具旋转。与各光束相关联，遍及区域的各强度分布可包括由旋转及运载工具移动所引起的至少两个强度读数。
本文中所描述的技术是由一个或以上专用运算装置实施。所述专用运算装置可经硬接线以执行技术，或可包含经持续程序化以执行技术的电路或数字电子装置(例如一个或以上特定应用集成电路(ASIC)或场可程序化门阵列(FPGA))，或可包含经程序化以根据固件、内存、其他存储器或其组合中的程序指令执行技术的一个或以上硬件处理器。这样的专用运算装置还可将定制的硬接线逻辑、ASIC或FPGA与定制的编程组合以实现技术。专用运算装置可为桌面计算机系统、服务器计算机系统、便携计算机系统、手持式装置、联网装置或并入有硬接线逻辑和/或程序逻辑以实施技术的任何其他装置或装置组合。运算装置通常由操作系统软件来加以控制及协调。传统的操作系统控制及排程用于执行的计算机程序，执行内存管理，提供文件系统、联网、I/O服务及提供用户接口功能性，例如图形用户接口(“GUI”)等等。
图6是表示其中可实施本文中所描述的实施例的任一者的计算机系统500的框图。系统500可对应于上文所描述的系统102或103。计算机系统500包含用于传送信息的总线502或其他通信机构、与总线502耦合以用于处理信息的一个或以上硬件处理器504。例如，硬件处理器504可为一个或以上通用微处理器。处理器504可对应于上文所描述的处理器104。
计算机系统500还包含耦合至总线502以用于存储信息及由处理器504执行的指令的主内存506，例如随机存取内存(RAM)、高速缓存和/或其他动态存储设备。主内存506也可用于在由处理器504执行的指令的执行期间存储临时变量或其他中间信息。此等指令在存储于可供处理器504存取的存储介质中时，使计算机系统500成为经定制化以执行指令中所指定的操作的专用机器。计算机系统500进一步包含耦合至总线502以用于存储用于处理器504的静态信息及指令的只读存储器(ROM)508或其他静态存储装置。存储装置510(例如一磁盘、光盘或USB拇指驱动器(闪存驱动器)等)经提供且耦合至总线502以用于存储信息及指令。主内存506、ROM 508和/或存储装置510可对应于上文所描述的内存106。
计算机系统500可使用定制化的硬接线逻辑、一个或以上ASIC或FPGA、固件和/或程序逻辑(其等结合计算机系统引起或程序化计算机系统500成为专用机器)实施本文中所描述的技术。根据一项实施例，本文中的技术是由计算机系统500响应于处理器504执行主内存506中所含的一个或以上指令的一个或以上序列而执行。此等指令可从另一存储介质(例如存储装置510)读取至主内存506中。主内存506中所含的指令序列的执行引起处理器504执行本文中所描述的程序步骤。在替代实施例中，硬接线电路可用于代替软件指令或结合软件指令使用。
主内存506、ROM 508和/或存储装置510可包含非暂时性存储介质。如本文中所使用的术语“非暂时性介质”及类似术语是指存储数据和/或引起机器以特定方式操作的指令的介质。此等非暂时性介质可包括非挥发性介质和/或挥发性介质。例如，非挥发性介质包含光盘或磁盘(例如存储装置510)。挥发性介质包含易失内存(例如主内存506)。例如，非暂时性介质的常见形式包含软盘、软性磁盘、硬盘、固态磁盘、磁带或任何其他磁性数据存储介质、CD-ROM、任何其他光学数据存储介质、具有孔图案的任何实体介质、RAM、PROM及EPROM、闪存EPROM、NVRAM、任何其他内存芯片或盒式存储器及其联网版本。
计算机系统500还包含耦合至总线502的网络接口518。网络接口518提供连接至一个或以上局域网络的一个或以上网络链路的双向数据通信耦合。例如，网络接口518可为综合业务数字网(ISDN)卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器或提供对应类型的电话线的数据通信连接的调制解调器。作为另一实例，网络接口518可为提供兼容LAN(或与一WAN通信的WAN组件)的数据通信连接的局域网络(LAN)卡。也可实施无线链路。在任何此实施方案中，网络接口518发送及接收携载表示各种类型的信息的数字数据串流的电信号、电磁信号或光学信号。
计算机系统500可透过网络、网络链路及网络接口518发送消息及接收数据(包含程序代码)。在互联网实例中，服务器可透过互联网、ISP、局域网络及网络接口518传输用于应用程序的请求程序代码。
该接收的程序代码可在其被接收时由处理器504执行，和/或存储于存储装置510或其他非挥发性存储器中以供稍后执行。
先前段落中所描述的程序、方法及算法的每一个可体现于由包括计算机硬件的一个或以上计算机系统或计算机处理器执行的程序代码模块中，且由所述程序代码模块完全或部分自动化。程序及算法可部分或全部实施于特定应用电路中。
上文所描述的各种特征及程序可彼此独立使用或可以各种方式组合。所有可能组合及子组合旨在落在本申请的范围内。另外，在一些实施方案中可省略特定方法或程序方块。本文中所描述的方法及程序也并不限于任何特定序列，且可以适当的其他序列执行与其有关的方块或状态。例如，所描述的方块或状态可按除明确揭示的顺序以外的顺序执行，或多个方块或状态可组合于单一方块或状态中。示例性方块或状态可串行、并行或以某一其他方式执行。方块或状态可添加至本申请所揭示的示例性实施例或从本申请所揭示的示例性实施例移除。本文中所描述的示例性系统及组件可不同于所描述般配置。例如，组件可被添加至本申请所揭示的示例性实施例、从本申请所揭示的示例性实施例移除或相较于本申请所揭示的示例性实施例重新配置。
本文中所描述的示例性方法的各种操作可至少部分由算法执行。该算法可包含于存储于内存(例如，上文所描述的非暂时性计算机可读存储介质)中的程序代码或指令中。此算法可包括机器学习算法。在一些实施例中，机器学习算法可能未明确地程序化计算机以执行功能，但可从训练数据学习以制作执行该功能的预测模型。
可至少部分由经临时配置(例如，通过软件)或永久配置以执行相关操作的一个或以上处理器来执行本文中所描述的示例性方法的各种操作。无论临时配置或永久配置，此等处理器可构成用于操作以执行本文中所描述的一个或以上操作或功能的处理器实施引擎。
类似地，本文中所描述的方法可至少部分经处理器实施，其中某一特定处理器或若干处理器为硬件的实例。例如，某一方法的至少一些操作可由一个或以上处理器或处理器实施引擎来执行。此外，该一个或以上处理器也可操作以支持“云端运算”环境中或作为“软件即服务”(SaaS)的相关操作的执行。例如，所述操作的至少一些可由计算机群组(作为包含处理器的机器的实例)执行，其中此等操作可经由网络(例如，互联网)及经由一个或以上适当接口(例如，应用程序化接口(API))存取。
特定操作的执行可分布在处理器间，不仅驻留于单一机器内，而且跨许多机器部署。在一些示例性实施例中，处理器或处理器实施引擎可定位于单一地理位置中(例如，住所环境、办公室环境或服务器场内)。在其他示例性实施例中，处理器或处理器实施引擎可跨许多地理位置分布。
贯穿本说明书，至少两个例项可实施被描述为单一例项的组件、操作或结构。尽管一个或以上方法的个别操作被表示及描述为分离操作，然所述个别操作的一个或以上可同时执行，且没有要求按所表示的顺序执行所述操作。在示例性配置中作为分离组件呈现的结构及功能性可实施为一组合结构或组件。类似地，作为单一组件呈现的结构及功能性可实施为分离组件。此等及其他变动、修改、添加及改进落在本文主题的保护范围内。
尽管已参考特定示例性实施例描述本文主题的概述，但可在不脱离本申请的实施例的更宽广范围的情况下对此等实施例做出各种修改及改变。在本文中可由术语“发明”个别或共同指代本文主题的此等实施例，此仅出于方便且并不意欲将本申请的范围自愿地限于任何单一揭示内容或概念，前提是实际上揭示不只一个揭示内容或概念。
足够详细描述本文中所表示的实施例以使熟悉此项技术者能够实践本申请所揭示的教示。可使用其他实施例及从本文中所表示的实施例导出其他实施例，使得可在不脱离本申请的范围的情况下做出结构及逻辑替代及改变。因此，“实施方式”不应被视为限制意义，且各项实施例的范围是仅由所附权利要求以及此等发明申请专利范围被赋予的等效物的完整范围而定义。
本文中所描述和/或附图中所描绘的流程图中的任何程序描述、组件或方块应被理解为可能表示包含用于实施程序中的特定逻辑功能或步骤的一个或以上可执行指令的程序代码的模块、片段或部分。替代实施方案是包含于本文中所描述的实施例的范围内，其中组件或功能可被删除、不按所展示或论述的顺序(包含实质上同时或按相反顺序)执行，此取决于所涉及的功能性，如熟悉此项技术者将理解。
如本文中所使用，术语“或”可以包含性或排他性意义来理解。此外，可对本文中描述为单一例项的资源、操作或结构提供至少两个例项。此外，各种资源、操作、引擎及数据存储器之间的界限在某种程度上是任意的，且特定操作是在特定说明性配置的上下文中进行表示。预期其他功能性分配且其等可落在本申请的各项实施例的范围内。一般而言，在示例性配置中呈现为分离资源的结构及功能性可实施为组合结构或资源。类似地，呈现为单一资源的结构及功能性可实施为分离资源。此等及其他变动、修改、添加及改进落在如所附权利要求表示的本申请的实施例的范围内。因此，说明书及图式应被视为阐释性意义而非限制性意义。
除非另有特别陈述或在如所使用的上下文内以其他方式理解，否则条件语言(例如“可以”、“可能”、“也许”或“能够”等)一般意欲表达某些实施例包含，而其他实施例并不包含特定特征、组件和/或步骤。因此，此条件语言一般并不旨在意谓一个或以上实施例在任何情况下需要特征、组件和/或步骤或一个或以上实施例一定包含用于决策的逻辑(具有或不具有用户输入或提示)，无论此等特征、组件和/或步骤是否包含于任何特定实施例中或在任何特定实施例中待执行。

Claims (20)

1.一种用于校准光强度的方法，包括：
从一区域获得反射光的至少两个强度分布，其中每一个所述强度分布与一光束相关联；
从所述至少两个强度分布确定一参考强度分布，其中所述参考强度分布与一参考光束相关联，不包括所述参考强度分布的所述至少两个强度分布是非参考强度分布，且所述非参考强度分布分别与一非参考光束相关联；以及
通过应用动态时间扭曲算法针对所述参考强度分布校准所述非参考强度分布，将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准，其中：
光检测及测距装置包括可安装于可移动运载工具上的N个可旋转光发射器及N个检测器，在随着所述运载工具相对于所述区域移动时，各光发射器在旋转时发射一光束且每个光检测器检测对应的光强度；
基于同一时刻光束与所述区域的交叉点之间的物理距离，所述光束按次序为光束1、2、…、i-1、i、i+1、i+2、…及i+(N-i)，i为1到N的任何数字；
所述参考光束是光束i；
将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准包括：针对所述强度分布，将每个非参考光束递归地对准到物理上离所述参考光束最近的光束，直到对准所述参考光束为止；以及
针对所述强度分布，将所述每个非参考光束递归地对准到物理上离所述参考光束最近的光束包括：
将光束i+1与光束i对准及将光束i-1与光束i对准；
将光束i+2与光束i+1对准及将光束i-2与光束i-1对准；
重复所述对准直至每一个所述非参考光束向所述参考光束的方向与另一光束对准；以及
遍及所述非参考光束传播所述对准以将每一个所述非参考光束与所述参考光束对准。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述光束与所述区域的所述交叉点间的所述物理距离对应于所述光检测及测距装置上的所述光发射器间的另一物理距离。
3.根据权利要求1所述的方法，其中：
与所述各光束相关联，所述各光发射器及相关联的所述光检测器可相对于所述区域移动且被配置为在各种时间点获得一强度读数以获得遍及所述区域的对应强度分布。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述各光发射器及相关联的所述光检测器被配置为在所述运载工具相对于所述区域移动时相对于所述运载工具旋转；以及
与所述各光束相关联，遍及所述区域的各强度分布包括由所述旋转及所述运载工具移动所引起的至少两个所述强度读数。
5.根据权利要求1所述的方法，其中：
每一个所述强度分布可在使光强度读数与所述光强度读数在所述区域中的出现频率相关联的直方图中表示；
所述区域包括对应于所述强度分布的一个或以上直方图中的一个或以上强度峰值的标记物；以及
所述参考强度分布表示所述标记物。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：
获得将任何原始非参考光束强度读数映射至经校准强度读数的强度映射。
7.一种与处理器耦合且包括指令的非暂时性计算机可读存储介质，所述指令在由所述处理器执行时引起所述处理器执行用于校准光强度的方法，所述方法包括：
从一区域获得反射光的至少两个强度分布，其中每一个所述强度分布与一光束相关联；
从所述至少两个强度分布确定一参考强度分布，其中所述参考强度分布与一参考光束相关联，不包括所述参考强度分布的所述至少两个强度分布是非参考强度分布，且所述非参考强度分布分别与一非参考光束相关联；以及
通过应用动态时间扭曲算法针对所述参考强度分布校准所述非参考强度分布，将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准，其中：
光检测及测距装置包括可安装于可移动运载工具上的N个可旋转光发射器及N个检测器，在随着所述运载工具相对于所述区域移动时，各光发射器在旋转时发射一光束且每个光检测器检测对应的光强度；
基于同一时刻光束与所述区域的交叉点之间的物理距离，所述光束按次序为光束1、2、…、i-1、i、i+1、i+2、…及i+(N-i)，i为1到N的任何数字；
所述参考光束是光束i；
将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准包括：针对所述强度分布，将每个非参考光束递归地对准到物理上离所述参考光束最近的光束，直到对准所述参考光束为止；以及
针对所述强度分布，将所述每个非参考光束递归地对准到物理上离所述参考光束最近的光束包括：
将光束i+1与光束i对准及将光束i-1与光束i对准；
将光束i+2与光束i+1对准及将光束i-2与光束i-1对准；
重复所述对准直至每一个所述非参考光束向所述参考光束的方向与另一光束对准；以及
遍及所述非参考光束传播所述对准以将每一个所述非参考光束与所述参考光束对准。
8.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中：
所述光束与所述区域的所述交叉点间的所述物理距离对应于所述光检测及测距装置上的所述光发射器间的另一物理距离。
9.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中：
与所述各光束相关联，所述各光发射器及相关联的所述光检测器可相对于所述区域移动且被配置为在各种时间点获得强度读数以获得遍及所述区域的对应强度分布。
10.根据权利要求9所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中：
所述各光发射器及相关联的所述光检测器被配置为在所述运载工具相对于所述区域移动时相对于所述运载工具旋转；以及
与所述各光束相关联，遍及所述区域的各强度分布包括由所述旋转及所述运载工具移动所引起的至少两个所述强度读数。
11.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中：
每一个所述强度分布可在使光强度读数与所述光强度读数在所述区域中的出现频率相关联的直方图中表示。
12.根据权利要求11所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中：
所述区域包括对应于所述强度分布的一个或以上直方图中的一个或以上强度峰值的标记物；以及
所述参考强度分布表示所述标记物。
13.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读存储介质，其中所述方法进一步包括：
获得将任何原始非参考光束强度读数映射至经校准强度读数的强度映射。
14.一种用于校准光强度的系统，其包括：
可安装于可移动运载工具上的N个可旋转光发射器及N个检测器，在随着所述运载工具相对于区域移动时，所述各光发射器在旋转时发射一光束且每个光检测器检测对应的光强度；以及
被配置为从所述检测器接收信号的处理器，以及：
从所述区域获得反射光的至少两个强度分布，其中每一个所述强度分布与所述光束相关联；
从所述至少两个强度分布确定参考强度分布，其中所述参考强度分布与参考光束相关联，不包括所述参考强度分布的所述至少两个强度分布是非参考强度分布，且所述非参考强度分布分别与非参考光束相关联；以及
通过应用动态时间扭曲算法针对所述参考强度分布校准所述非参考强度分布，将每一个所述非参考强度分布与所述参考强度分布对准，其中：
基于同一时刻所述光束与所述区域的交叉点之间的物理距离，所述光束按次序为光束1、2、…、i-1、i、i+1、i+2、…及i+(N-i)，i为1到N的任何数字；
所述参考光束是光束i；
将所述每一个非参考强度分布与所述参考强度分布对准包括：针对所述强度分布，将每个非参考光束递归地对准到物理上离所述参考光束最近的光束，直到对准所述参考光束为止；以及
针对所述强度分布，将所述每个非参考光束递归地对准到物理上离所述参考光束最近的光束包括：
将光束i+1与光束i对准及将光束i-1与光束i对准；
将光束i+2与光束i+1对准及将光束i-2与光束i-1对准；
重复所述对准直至每一个所述非参考光束向所述参考光束的方向与另一光束对准；以及
遍及所述非参考光束传播所述对准以将每一个所述非参考光束与所述参考光束对准。
15.根据权利要求14所述的系统，其中：
所述光束与所述区域的所述交叉点间的所述物理距离对应于所述光发射器间的另一物理距离。
16.根据权利要求14所述的系统，其中：
与所述各光束相关联，所述各光发射器及相关联的所述光检测器可相对于所述区域移动且被配置为在各种时间点获得强度读数以获得遍及所述区域的对应强度分布。
17.根据权利要求16所述的系统，其中：
所述各光发射器及相关联的所述光检测器被配置为在所述运载工具相对于所述区域移动时相对于所述运载工具旋转；以及
与所述各光束相关联，遍及所述区域的各强度分布包括由所述旋转及所述运载工具移动所引起的至少两个所述强度读数。
18.根据权利要求14所述的系统，其中：
每一个所述强度分布可在使光强度读数与所述光强度读数在所述区域中的出现频率相关联的直方图中表示。
19.根据权利要求18所述的系统，其中：
所述区域包括对应于所述强度分布的一个或以上直方图中的一个或以上强度峰值的标记物；以及
所述参考强度分布是表示所述标记物。
20.根据权利要求14所述的系统，其中所述处理器进一步被配置为：
获得将任何原始非参考光束强度读数映射至经校准强度读数的强度映射。
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