CN113267900B - 车辆中的激光雷达系统的动态偏振调制 - Google Patents

车辆中的激光雷达系统的动态偏振调制 Download PDF

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Abstract

车辆中的系统和方法涉及从激光雷达系统透射具有初始偏振的光，并且控制激光雷达系统外部的外部补偿器或激光雷达系统内的内部补偿器，以将光的初始偏振改变为光的新偏振。该方法还包括接收由来自一个或多个物体的光的反射产生的反射光，并且基于反射光获得关于一个或多个物体的信息。

Description

车辆中的激光雷达系统的动态偏振调制
技术领域
本主题公开涉及车辆中的激光雷达系统的动态偏振调制。
背景技术
车辆(例如汽车、卡车、建筑设备、农用设备、自动化工厂设备)越来越多地采用传感器来获取有关车辆及其环境的信息。传感器信息有助于车辆操作的增强或自动化。示例性传感器包括相机、无线电检测和测距(雷达)系统以及光检测和测距(激光雷达)系统。通常，激光雷达系统以线性、圆形或两者的组合(即椭圆形)的偏振状态投射激光照明。激光雷达系统测量由视场(FOV)照明产生的反射光。即，激光照明被FOV中的物体反射，并且测量该反射光的强度以获得关于物体的信息。通常在车辆应用中，激光雷达系统位于乘客舱中，以通过挡风玻璃透射光并扫描整个FOV。挡风玻璃导致特定偏振状态的光传输损失。因此，期望提供车辆中的激光雷达系统的动态偏振调制。
发明内容
在一示例性实施例中，一种车辆中的方法包括：从激光雷达系统透射具有初始偏振的光；并且使用控制器控制激光雷达系统外部的外部补偿器或激光雷达系统内的内部补偿器，以将光的初始偏振改变为光的新偏振。该方法还包括接收由来自一个或多个物体的光的反射产生的反射光，并且基于反射光获得关于一个或多个物体的信息。
除了本文所述的一个或多个特征之外，激光雷达系统使光透射通过车辆的透射窗，并且控制外部补偿器包括在光穿过透射窗之前将光的初始偏振改变为新偏振。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制外部补偿器包括控制至液晶可变延迟器(LCVR)的电压。
除了本文所述的一个或多个特征之外，执行控制外部补偿器以基于激光雷达系统提供的扫描光束方向的角坐标来控制瞬时偏振。
除了本文所述的一个或多个特征之外，基于对先前帧中一个或多个物体的检测在激光雷达系统的帧之间执行控制外部补偿器。
除了本文所述的一个或多个特征之外，该方法还包括获得作为时间和温度的函数的新偏振的反馈。
除了本文所述的一个或多个特征之外，获得关于一个或多个物体的信息包括获得一个或多个物体中的每个物体的材料、几何形状和表面属性。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制外部补偿器包括控制磁控偏振元件。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制外部补偿器包括使用电动机机械地旋转相位板。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制外部补偿器包括通过电动机台将菲涅耳棱镜旋转至光轴。
在另一示例性实施例中，一种车辆中的系统包括：激光雷达系统，以透射具有初始偏振的光；以及激光雷达系统外的外部补偿器或激光雷达系统内的内部补偿器。该系统还包括控制器，以控制外部补偿器或内部补偿器来将光的初始偏振改变为光的新偏振。接收由来自一个或多个物体的光的反射产生的反射光，并且基于反射光获得关于一个或多个物体的信息。
除了本文所述的一个或多个特征之外，激光雷达系统使光透射通过车辆的透射窗，并且控制器在光穿过透射窗之前将光的初始偏振改变为新偏振。
除了本文所述的一个或多个特征之外，外部补偿器是液晶可变延迟器(LCVR)，并且控制器控制提供给LCVR的电压。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制器基于由激光雷达系统提供的扫描光束方向的角坐标来控制来自激光雷达系统的光的瞬时偏振。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制器基于对先前帧中一个或多个物体的检测来控制激光雷达系统的帧之间的光的偏振。
除了本文所述的一个或多个特征之外，控制器获得作为时间和温度的函数的新偏振的反馈。
除了本文所述的一个或多个特征之外，关于一个或多个物体的信息包括获得一个或多个物体中的每个物体的材料、几何形状和表面属性。
除了本文所述的一个或多个特征之外，外部补偿器是磁控偏振元件。
除了本文所述的一个或多个特征之外，外部补偿器是使用电动机机械地旋转的相位板。
除了本文所述的一个或多个特征之外，外部补偿器是通过电动机台旋转至光轴的菲涅耳棱镜。
当结合附图考虑时，根据以下详细描述，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点将显而易见。
附图说明
其他特征、优点和细节仅通过示例的方式在下面的详细描述中出现，该详细描述参考附图，其中：
图1是根据一个或多个实施例的展现激光雷达系统的动态偏振调制的车辆的框图；
图2详述了根据一个或多个实施例的具有动态偏振调制的示例性激光雷达系统；
图3是根据一个或多个实施例的执行动态偏振调制的方法的处理流程；以及
图4是根据其他实施例的执行动态偏振调制的方法的处理流程。
具体实施方式
以下描述本质上仅是示例性的，并且无意于限制本公开、其应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。
如前所述，激光雷达系统是可以在车辆中使用的示例性传感器之一。激光雷达系统可以位于车辆乘客舱的挡风玻璃后面，以保持其清洁。然而，存在激光雷达系统到车辆外部的光传输损失。损失与菲涅耳反射系数直接相关，菲涅耳反射系数确定在给定入射角、给定偏振状态和给定材料特性下从表面(即挡风玻璃)反射的光量。在某些情况下，光功率的损失可能高达70％，并且由于涂层设计、制造成本和涂层耐用性而不能通过在挡风玻璃上使用抗反射涂层来完全缓解。
本文详述的系统和方法的实施例涉及车辆中的激光雷达系统的动态偏振调制。根据示例性实施例，液晶(LC)相位调制器有助于调谐偏振以提高分辨率。具体地，根据示例性实施例，类似于四分之一波片的液晶可变延迟器(LCVR)光学相位板用于动态地调制激光雷达光束的偏振状态以最小化偏振损失。虽然讨论了激光雷达系统在挡风玻璃后面的位置作为光学损失的示例性原因，但是激光雷达系统的位置和动态偏振调制技术的功效不受示例性情况的限制。挡风玻璃或其他光学损失源代表了激光雷达系统未设计的外部约束。因此，如进一步讨论，LCVR或其他机构代表解决约束的外部补偿器。
根据示例性实施例，图1是展现激光雷达系统110的动态偏振调制的车辆100的框图。图1中的示例性车辆100是汽车101。激光雷达系统110示出为在乘客舱内于透射表面117的后面，该透射表面在车辆100的情况下是挡风玻璃115。透射表面117对于来自激光雷达系统110的光是透射的。还示出了相机130和雷达系统140以及控制器120。传感器和控制器120的数量和位置并不旨在由示例性图示限制。控制器120包括处理电路，其可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的处理器(共享、专用或组)和存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他合适部件。
图2详细示出了根据一个或多个实施例的具有动态偏振调制的示例性激光雷达系统110。激光雷达系统110示出为在透射表面117(例如挡风玻璃115)的后面。透射表面117可以具有抗反射涂层。如图所示，激光雷达系统110提供具有偏振P的输出。LCVR210示出为在激光雷达系统110和透射表面117之间。如图所示，在框220，从激光雷达系统110获得信息以确定控制。在示例性情况下，控制是到LCVR210的电压，其影响LCVR210下游的激光雷达输出的偏振P'。例如，来自激光雷达系统110的信息可以指示透射表面117上的入射光束角。作为可以由控制器120(图1)执行的在框220的过程的一部分，可以查阅查找表(LUT)以将来自激光雷达系统110的信息(例如入射光束角)与相应电压(即偏振)关联。
虽然LCVR210在图2中示出为用于控制来自激光雷达系统110的信号的偏振的示例性机构，但LCVR210仅是一个示例。根据替代实施例，可以使用其他外部补偿器代替LCVR210。例如，可以使用磁控偏振元件，或者可以通过电动机机械地旋转相位板(例如四分之一波片)。作为另一示例，可以通过经由电动机台旋转至光轴的菲涅耳棱镜来实现相移。对于任何替代的外部补偿机构，可以开发并校准相应的LUT，以使每个扫描角(即入射光束角)与偏振相关联。
在图2中还示出了作为激光雷达系统110的一部分的可选内部补偿器205(例如延迟器)。根据替代实施例，控制器120可以使用内部补偿器205控制激光雷达系统110的偏振输出，而不是使用诸如LCVR210的外部补偿器来改变激光雷达系统110的偏振输出。
如参照图3和4进一步讨论，偏振状态可以在扫描扫掠内(即在一帧内)或帧间变化。帧内瞬时偏振控制(根据图3的实施例)可以使偏振损失最小化。偏振的帧间控制(根据图4的实施例)可以另外考虑在激光雷达系统的FOV中检测到的物体，从而以增强检测的方式来调整偏振。基于偏振的激光雷达检测有助于确定被检测物体的物理特性，比如材料、几何形状和表面属性。通常，从激光雷达系统110通过透射表面117的光传播随着时间并且基于被照射的物体而在FOV上变化。如参考图3所讨论，在一帧内的偏振状态的变化解决了在FOV上光传播的变化。如参考图4所讨论，帧间的偏振状态的变化解决了基于被检测物体的光传播的变化。参考图3和4讨论的反馈解决了光传播随时间的变化。
图3是根据一个或多个实施例的执行动态偏振调制的方法300的处理流程。方法300使用LCVR210(图2)促进激光雷达系统110的帧内的偏振改变。可以针对激光雷达系统110的每个扫描光束角迭代地执行框310至340的过程。在框310，从激光雷达系统110获得扫描光束方向的当前角坐标是指控制器120根据示例性实施例获得该信息。在框320，使用LUT是指在透射表面117上查找与由扫描光束方向角坐标指示的扫描角相对应的入射角。透射表面117上的入射角表示预先校准的最佳偏振状态。将实现此最佳偏振状态的电压(在LCVR210的情况下)确定为来自框320的输出。
在框330，该过程包括针对跨越透射表面117的每个扫描位置调制LCVR210逐个帧(即改变瞬时偏振)。即，将在框320确定的电压值施加到LCVR210。在框340，提供作为时间和温度的函数的反馈是指监视可能随时间和温度而变化的电压控制(在框330)的实际结果。在框350，对FOV执行检测是指识别激光雷达系统110的FOV上的物体，并且如前所述，可以包括确定物体的材料、几何形状和表面属性。如前所述，用于改变偏振状态的机构不必限于LCVR210。因此，根据替代实施例，在框320确定并在框330被施加以调制激光雷达系统110的偏振状态的值可以根据不同的机构而不同。也就是说，无论使用与LCVR210不同的外部补偿器还是使用内部补偿器205，可以修改框320和330以控制最终通过透射表面117透射的偏振P'。
图4是根据一个或多个实施例的执行动态偏振调制的方法400的处理流程。方法400促进了从激光雷达系统110的一帧到下一帧的偏振改变。可以针对激光雷达系统110的每一帧迭代地执行框410至440的过程。在框410，从激光雷达系统110获得扫描光束方向的当前角坐标是指控制器120获得该信息。激光雷达系统110基于在给定偏振状态下透射光而从激光雷达系统110接收的反射点云中检测物体。在点云中检测到的物体的特定角坐标部分地由在框410接收的信息确定。在框420，使用LUT和对先前帧中物体的检测是指确定可提供有关物体的其他信息的替代偏振状态。
在框430，调制LCVR210是指施加在框420确定的电压。如前所述，在框420和430的过程可以基于激光雷达系统110内部或外部的用于控制穿过透射表面117的光的偏振P'的替代机构而不同。在框440，提供作为时间和温度的函数的反馈是指监视可能随时间和温度而变化的电压控制(在框430)的实际结果。在框450，对FOV执行检测是指识别激光雷达系统110的FOV上的物体，并且如前所述，可以包括确定物体的材料、几何形状和表面属性。
尽管已经参考示例性实施例描述了以上公开，但本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物代替其元件。另外，在不脱离本公开的实质范围的情况下，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种车辆中的方法，该方法包括：
从激光雷达系统透射具有初始偏振的光；
使用控制器控制激光雷达系统外部的外部补偿器或激光雷达系统内的内部补偿器，以将光的初始偏振改变为光的新偏振；
接收由来自一个或多个物体的光的反射产生的反射光；
基于所述反射光获得关于所述一个或多个物体的信息；和
获得作为时间和温度的函数的所述新偏振的反馈。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述激光雷达系统使光透射通过车辆的透射窗，并且控制所述外部补偿器包括在光穿过所述透射窗之前将光的初始偏振改变为新偏振。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述外部补偿器包括：控制到液晶可变延迟器的电压；控制磁控偏振元件；使用电动机机械地旋转相位板；或者通过电动机台将菲涅耳棱镜旋转至光轴。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，执行控制所述外部补偿器以基于由所述激光雷达系统提供的扫描光束方向的角坐标来控制瞬时偏振，或者基于对先前帧中一个或多个物体的检测在所述激光雷达系统的帧之间执行控制所述外部补偿器。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，获得关于所述一个或多个物体的信息包括获得所述一个或多个物体中的每个物体的材料、几何形状和表面属性。
6.一种车辆中的系统，该系统包括：
激光雷达系统，其配置为透射具有初始偏振的光；
激光雷达系统外的外部补偿器或激光雷达系统内的内部补偿器；以及
控制器，其配置为控制所述外部补偿器或内部补偿器，以将光的初始偏振改变为光的新偏振，其中，接收由来自一个或多个物体的光的反射产生的反射光，并且基于所述反射光获得关于所述一个或多个物体的信息，其中，所述控制器配置为获得作为时间和温度的函数的所述新偏振的反馈。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述激光雷达系统配置为使光透射通过车辆的透射窗，并且所述控制器配置为在光穿过所述透射窗之前将光的初始偏振改变为新偏振。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述外部补偿器是液晶可变延迟器，并且所述控制器配置为控制提供给所述液晶可变延迟器的电压，所述外部补偿器是磁控偏振元件，所述外部补偿器是使用电动机机械地旋转的相位板，或者所述外部补偿器是通过电动机台旋转至光轴的菲涅耳棱镜。
9.根据权利要求6所述的系统，其中，所述控制器配置为基于由所述激光雷达系统提供的扫描光束方向的角坐标来控制瞬时偏振，或者所述控制器配置为基于对先前帧中一个或多个物体的检测来控制在所述激光雷达系统的帧之间的光的偏振。
10.根据权利要求6所述的系统，其中，获得关于所述一个或多个物体的信息包括获得所述一个或多个物体中的每个物体的材料、几何形状和表面属性。
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