CN113759386B - 用于测量室外环境中的物体的逆向反射率的逆向反射计 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量室外环境中目标物体的逆向反射率的装置，包括:调制器，用于基于指定的调制值调制第一光信号；光学发射器，耦合到调制器，用于沿着朝向目标物体的光路发射第一光信号；和光学检测器，相对于光学发射器共线定位。光学检测器检测从目标物体逆向反射的第二光信号。该装置包括耦合到调制器和光学检测器的锁定放大器。锁定放大器接收来自调制器的第一电信号和来自光学检测器的第二电信号，并基于第一电信号和第二电信号生成指示目标物体的逆向反射率的第三电信号。

Description

用于测量室外环境中的物体的逆向反射率的逆向反射计
技术领域
本公开的方面总体上涉及反射计，并且更具体地，涉及用于测量室外环境中的物理物体的逆向反射(retro-reflection)的逆向反射计。
背景技术
反射计使用波在表面和界面的反射来检测和表征物体。可以按几种方式对反射计的形式进行分类，诸如使用的辐射类型、波传播的几何形状、长度标度、测量方法、和应用领域。不同波长的电磁辐射通常用于反射计。这些应用包括光探测和测距(LiDAR)系统，该LiDAR系统利用电磁脉冲的反射来检测物体的存在并测量物体的位置和速度。
附图说明
从下面给出的详细描述以及从本公开的各种实施方式的附图中，将更全面地理解本公开。然而，附图不应被视为将本公开限制于特定实施方式，而是仅用于解释和理解。
图1是示出根据本公开的一些实施方式的系统的单基地(monostatic)配置和双基地(bistatic)配置的图。
图2是根据本公开的一些实施方式的逆向反射计的示意图。
图3是根据本公开的一些实施方式的逆向反射计的示意图。
图4示出了根据本公开的一些实施方式的用于测量目标物体的逆向反射率的流程图。
图5是示出根据本公开的一些实施方式的使用电磁感应的示例性自主车辆和使用逆向反射数据训练的自主驾驶系统的组件的图。
具体实施方式
本文使用的反射计可以指测量物体表面反射率的计量设备。反射率可以指对从物体表面反射的电磁辐射量的测量值。
如本文所使用的逆向反射计测量在逆向方向上物体表面的反射率(例如，逆向反射率)。逆向反射计可以包括光学发射器(例如，光源)，其发射指向物体的光信号(例如，光束)。逆向反射计可以接收和测量从物体(例如，建筑物、车辆、人、动物、景观元素等)表面反射的逆向反射的光信号(例如，逆向反射光束)。逆向方向可以指反射的光信号朝向光学发射器的传播方向，其中传播方向与发射或入射光束的传播方向相反(例如，逆向反射光束的光路和发射光束的光路之间的角度是不超过特定阈值的锐角)。逆向反射率可以指在逆向方向上物体表面的反射率。贯穿本公开使用的“光信号”、“光”或“光束”可以指具有包括一个或多个电磁辐射波长的任何波长范围的任何电磁辐射。
反射率或逆向反射率可以作为从表面反射的电磁辐射量与参考值之比而被测量。例如，逆向反射率可以作为以下比率而被测量：在诸如相同的距离范围(distance range)、相同的收集孔尺寸、相同的波长范围和相同的发射光束的光功率的等效条件下，从目标物体的光反射表面逆向反射的电磁辐射量(例如，功率)与从具有100％反射率的朗伯(Lambertian)目标(即，100％朗伯目标)的光反射表面反射的电磁辐射量的比率。在一些实施方式中，这种类型的逆向反射率表征可以被称为逆向反射因子。
标识物体反射率的反射率数据可用于许多应用中，诸如用于自主车辆或用于模拟自主车辆的LiDAR系统。例如，反射率数据可用于校准LiDAR系统，以便LiDAR系统检测到的物体的反射率可用于准确地对物体进行分类。作为另一示例，车辆的自动驾驶系统可以使用关于地理围栏区域、车辆操作的操作设计域(ODD)、或车辆遇到的环境条件中的物体的反射率数据来选择在该区域、该ODD、或该环境条件中使用的特定LiDAR、LiDAR类型和/或LiDAR配置(例如，LiDAR发射功率水平、LiDAR拍摄时间表、或LiDAR拍摄分布)。一些反射率数据可用于各种材料参数数据库中的一些物理物体，诸如标识反射光的全散射半球的积分(例如，总积分散射(TIS))的测量值的反射率数据。此外，一些计量实验室提供反射率数据，该反射率数据包括物体在与逆向方向实质上不同的方向上的反射率的测量值。
然而，LiDAR系统在自动驾驶技术中遇到的挑战是独特的。具体而言，在其他应用中，光入射到物体上的方向通常不同于感测的方向，而在自主车辆中使用的许多LiDAR系统中，感测的方向非常接近(并且在许多情况下实际上无法区分)发射信号的方向。因此，对自主车辆中使用的诸如LiDAR的应用具有巨大效用的反射率数据的类型是标识室外环境中物体的逆向反射率的逆向反射率数据，这在现有数据库中或在用于典型驾驶环境中遇到的物体的计量实验室中是不可用的。
本公开的各方面通过提供用于测量位于室外环境中的目标物体的逆向反射率的逆向反射计来解决这些和其他挑战。在一些实施方式中，逆向反射计是一种便携式设备，其可以在现场用于测量位于室外环境中的目标物体的逆向反射率。逆向反射计可以在短范围和长范围(例如，0-200米)测量目标物体的逆向反射率。在一些实施方式中，逆向反射计可以以与LiDAR系统类似的方式配置，以更好地近似由LiDAR系统感测的逆向反射率。例如，对于单基地LiDAR系统，逆向反射计也可以配置为单基地配置。
在一些实施方式中，逆向反射计可以包括调制器，以基于指定的调制值来调制第一光信号。逆向反射计可以包括光学发射器，该光学发射器沿着朝向目标物体的光路发射第一光信号。逆向反射计可以包括光学检测器，该光学检测器相对于光学发射器共线定位，并且可以检测从目标逆向反射的第二光信号。逆向反射计可以包括耦合到调制器和检测器的锁定放大器。锁定放大器可以接收来自调制器的第一电信号和来自检测器的第二电信号，并基于第一和第二电信号生成指示目标物体的逆向反射率的第三电信号。第一电信号表示第一光信号，并且第二电信号表示第二光信号。
在一些实施方式中，逆向反射计可以配置为单基地配置，其中光学发射器和光学检测器共线定位，使得发射的光信号的光路和逆向反射的光信号行进到检测器的光路彼此成小角度(例如，小于阈值角度)。在其他实施方式中，两条光路可以至少部分地共享相同光路。例如，可以使用分束器来确保发射的光信号的光路(例如，从分束器到目标)的一部分与逆向反射的光信号的光路(例如，从目标到分束器)的一部分重合，同时能够在光检测单元内部使两个光信号分离。
在一些实施方式中，来自锁定放大器的电信号可用于生成逆向反射率数据，该逆向反射率数据标识目标物体在逆向反射计的测量范围内的逆向反射率的测量值。在一些实施方式中，表征逆向反射率数据的一个或多个信号可以被提供给LiDAR系统，以校准LiDAR系统，用于基于反射率对物体进行分类。
图1是示出根据本公开的一些实施方式的系统的单基地配置和双基地配置的图。
诸如雷达系统、LiDAR系统和计量系统等的系统可以配置为单基地配置102或双基地配置104中的一个或多个。出于说明而非限制的目的，反射计和LiDAR系统作为具有单基地配置102和/或双基地配置104的系统的示例而被讨论。
具有单基地配置102的系统(例如，单基地系统)具有以下特征中的一个或多个。在一些实施方式中，单基地系统包括与接收器(RX)(诸如光学检测器(本文也称为“检测器”))共置的发送器(TX)(例如，发射器，诸如光学发射器)。例如，发送器和接收器可以共置于相同仪器或相同外壳中。在一些实施方式中，单基地系统可以包括公共发送和接收光学单元。例如，发送器和接收器的光学单元(例如包括一个或多个透镜、一个或多个光圈单元、或一个或多个反射镜)是共享的光学单元。光学发射器和光学检测器可以共线定位，使得光学发射器的光轴与光学检测器的光轴匹配，或者两个轴之间的距离小于预定的阈值距离。在一些实施方式中，预定阈值距离可以包括小于或等于系统焦距两倍的、两个轴(例如，平行轴)之间的距离。在一些实施方式中，光轴可以由穿过物体(例如，光学检测器或光学发射器)的点的线来表示。例如，光轴可以穿过光学检测器的光检测表面的中心并与之正交，或者与光学发射器的输出正交。轴之间的阈值距离以这样一种方式选择，该方式会使光学检测器接收逆向发射的光信号的至少一定份额。换句话说，光学发射器和光学检测器的相互定位应该使发射的光信号和接收的光信号的光路之间的锐角不超过预定阈值角度。在一些实施方式中，预定阈值角度可以小于或等于2度。
在一些实施方式中，单基地系统的光学发射器可以发射沿着朝向目标物体的光路行进的光信号，并且逆向反射的光信号可以沿着(至少部分地)相同的光路返回到单基地系统的检测器。光路可以指光通过光学介质(例如空气)或系统行进时所采用的路径。在一些实施方式中，发射的光信号和接收的光信号的相同光路可以包括发射的光信号和接收的光信号的光路之间的不超过预定阈值角度(例如，小于或等于2度)的角度。
具有双基地配置104的系统(例如，双基地系统)具有以下特征中的一个或多个。在一些实施方式中，双基地系统可以包括相隔一定距离的发送器和接收器。例如，发送器可以位于第一仪器中，并且接收器可以位于第二仪器中，该第二仪器位于距离发送器许多米的地方，使得发送光路和接收光路之间的角度超过阈值(例如，大于10度)。在一些实施方式中，双基地系统可以具有单独的发射光学单元和接收光学单元。例如，接收器可以具有光学单元，并且发射器可以具有单独的光学单元。在一些实施方式中，双基地系统具有发射的光信号，该发射的光信号的光路不同于反射的光信号的光路。
因此，本公开的各方面提供了使用逆向反射计对位于室外环境中的物体的改进测量，该逆向反射计可以被配置为更好地近似由LiDAR系统感测的逆向反射率。逆向反射计可用于向LiDAR系统提供指示与物体相关联的逆向反射率的信号，作为校准信号。
图2是根据本公开的一些实施方式的逆向反射计的示意图。出于说明而非限制的目的，逆向反射计200以单基地配置示出。
在一些实施方式中，逆向反射计200(本文也称为“光学逆向反射计”)被配置为测量位于室外环境212中的目标物体210的逆向反射率。与用于测量在受控实验室环境中的物体的反射率的基于实验室的计量装备相反，逆向反射计200被配置为测量通常不能转移到计量实验室的目标物体(例如，树、汽车、建筑物等)的逆向反射率。逆向反射计200还被配置为在原位测量目标物体210的逆向反射率，其中影响逆向反射率及其测量值的因素(例如，湿度、雨水、空气质量或阳光)不受控制。在一些实施方式中，逆向反射计200是便携式的，并且可以移动到室外环境212中的不同位置并在那里操作，以测量不同目标物体的逆向反射率。例如，逆向反射计200的组件可以包含在公共外壳中。在另一示例中，逆向反射计200可以在车辆中被运输或安装到车辆上。逆向反射计200还可以测量不同范围(例如，2-200米)的目标物体的逆向反射率。
在一些实施方式中，逆向反射计200的组件可以类似于LiDAR系统或者以类似于LiDAR系统的方式布置。通过以类似于LiDAR系统的方式配置逆向反射计200，在逆向反射计200处测量的逆向反射率可以更接近由LiDAR系统感测的物体的逆向反射率。
在一些实施方式中，逆向反射计200包括输出接口，以向LiDAR系统提供表示与目标物体210相关联的逆向反射率的信号，作为校准信号。例如，可以向LiDAR系统(或LiDAR模拟系统)提供用于标识在距逆向反射计200的一个或多个特定范围222处的目标物体210的逆向反射率的测量值的逆向反射率数据(以下进一步描述)，以校准LiDAR系统，用于基于逆向反射率对物体进行检测或分类。例如，可以通过测量作为已知反射率目标的发射光功率和范围的函数的返回光功率来校准LiDAR系统。为了执行LiDAR校准，目标的逆向反射率(例如，逆向反射率数据)应该是已知的，以便使用一致的单位到单位基线来执行校准，以确定相对反射率(例如，与100％朗伯目标相比的反射率)。如本文所述，逆向反射计可用于确定或验证目标的逆向反射率。在实践中，使用LiDAR系统，距离范围可以由信号飞行时间独立确定，但返回光功率可以与用于特定距离值的校准曲线进行比较，以确定相对逆向反射率。
在一些实施方式中，逆向反射计200可以包括光学发射器202、光学单元214、光学检测器204(本文也称为“检测器204”)、锁定放大器208、和调制器206。检测器204和调制器206可以电耦合到锁定放大器208。光学发射器202可以电耦合到调制器206。在一些实施方式中，逆向反射计200可以包括处理设备(未示出)。处理设备可以向检测器204、锁定放大器208、光学发射器202、或调制器206中的一个或多个发送和接收信号。例如，处理设备可以用作控制器来控制检测器204、锁定放大器208、光学发射器202、或调制器206中的一个或多个的操作。在另一示例中，处理设备可以用于生成目标物体210的逆向反射率数据(如下所述)。
在一些实施方式中，调制器206电耦合到锁定放大器208和光学发射器202。在一些实施方式中，调制器206基于调制值调制从光学发射器202发射的发射光信号224。在一些实施方式中，调制器206可以是特定类型的调制器，诸如频率、幅度、或相位调制器。出于说明而非限制的目的，除非另有说明，调制器206包括频率调制器。在一些实施方式中，调制器206存储指示调制频率的调制值。例如，调制频率可以是18赫兹或一些其他频率。在一些实施方式中，调制器206可以向锁定放大器208发送电信号，该电信号指示具有调制值的发射的光信号224。
在一些实施方式中，光学发射器202沿着朝向位于室外环境212中的目标物体210的光路以一波长范围和调制值(例如，频率)发射的光信号(例如，光束)(本文也称为“发射的调制光信号”)。表示发射的光信号224的箭头也表示发射的光信号224的光路。在一些实施方式中，光学发射器202包括发射准直光信号(例如，准直光束)的准直光学发射器。在一些实施方式中，发射的光信号224的波长范围与生成逆向反射率数据的对应LiDAR系统中使用的波长范围相同。
在一些实施方式中，光学发射器202可以是窄带源(例如，激光器、发光二极管)。或者，光学发射器202可以包括两个或更多个窄带光源(例如，在不同波长操作的两个或更多个激光器)。在一些实施方式中，光学发射器202可以包括一个或多个宽带光源。在一些实施方式中，发射的光信号224的一个或多个波长可以在电磁波谱的IR、可见光、或UV部分。
如所示出的，发射的光信号224被导向至目标物体210。发射的光信号224行进了范围222，范围222是逆向反射计200和目标物体210的光反射表面之间的某个距离。发射的光信号224以入射角(例如，如图所描绘的大约90度)撞击目标物体210的光反射表面。如虚线箭头所描绘，发射的光信号224中的一些在各个方向上散射并远离逆向反射计200。发射的光信号224中的一些被逆向反射回逆向反射计200，如所示出的逆向反射的光信号228(本文也称为“逆向反射的调制光信号”)。指向逆向方向的实线箭头(3个实线箭头)示出了逆向反射的光信号228的光路。如所示出的，逆向反射的光信号228返回到逆向反射计200。发射的光信号224和逆向反射的光信号228的光路在逆向反射计200和目标物体210之间共享相同光路。如所示出的，逆向反射计200的光学单元214接收逆向反射的光信号228，并将逆向反射的光信号228导向至检测器204。
在一些实施方式中，检测器204(本文也称为“光学检测器”)检测逆向反射的光信号228。检测器204可以包括将光信号(例如，逆向反射的光信号228)转换成电信号的换能器。由检测器204获得的光信号可以被转换成电信号，该电信号指示在检测器204处接收的逆向反射的光信号228。检测器204处生成的电信号可以被发送到锁定放大器208。在各种实施方式中，由光学检测器204产生的电信号和输入光信号228之间的关系可以由已知类型的线性函数(至少在表征输入光信号228的参数的预定范围内)或非线性函数来描述。
检测器204可以包括一个或多个光电二极管、光电晶体管、光敏电阻、光电倍增器、光伏器件、光谱仪、衍射光栅、或任何其他光学检测设备。
在一些实施方式中，锁定放大器208可以包括电子设备，该电子设备可以从一个或多个噪声分量中分离期望的信号(例如，表示逆向反射的调制光信号228的电信号)。表示发射的光信号的电信号可以从调制器206接收，并且可以用作锁定放大器208的参考信号。表示所接收的光信号的电信号可以从检测器204接收，并且可以用作锁定放大器208的输入信号。由于室外环境212中存在各种光学现象(例如，环境光)，来自检测器204的电信号可能包括噪声分量，使得难以确定期望的信息(例如，逆向反射的调制光信号228)。锁定放大器208可以对来自调制器206的参考信号和来自检测器204的输入信号进行相位对准，基于从调制器206接收的参考信号放大从检测器204接收的输入信号，对放大的信号进行积分，滤除调制频率周围的噪声分量，并移除任何直流(DC)偏移。使用参考信号和输入信号，锁定放大器208生成指示位于室外环境212中的目标物体的逆向反射率的电信号。具体地，由锁定放大器208生成的电信号可以指示逆向反射的光信号228(在该波长范围)的电功率(瓦特)。在一些实施方式中，基于逆向反射的光信号228的电磁功率、发射的光信号224的电磁功率、和逆向反射计200和目标物体210的光反射表面之间的范围222来确定逆向反射率数据。
逆向反射计200还示出了屈光型逆向反射计，其使用具有折射元件(例如，透镜元件)的光学单元214(例如，收集光学器件)，该折射元件将逆向反射的光信号228导向至检测器204。在一些实施方式中，逆向反射计200的光学单元214可以包括入口孔220、透镜216、光学检测器204、和检测器孔218。
在一些实施方式中，光学单元214的透镜216可以包括沿着逆向反射的光信号228的光路定位的会聚(例如，凸面)透镜。在一些实施方式中，透镜216、检测器204、和光学发射器202的输出彼此共线定位，例如靠近参考轴(例如，透镜216的光轴、发射的光信号224的光路等)。
在一些实施方式中，光学单元214的入口孔220沿着逆向反射的光信号228的光路定位，并且位于透镜216和光学发射器202的输出之间。入口孔220的尺寸可以控制逆向反射计200收集的逆向反射的光信号228的立体角的量，并且可以被选择来复制对应的LiDAR系统。例如，如果特定的LiDAR具有小的入口孔(例如，收集孔)，那么可以在逆向反射计200中实施具有相似尺寸的入口孔220。
在一些实施方式中，光学单元214的检测器孔218沿着逆向反射的光信号228的光路定位，并且位于检测器204和透镜216的输出之间。焦距(f)被示为透镜216和检测器孔218之间的距离。在一些实施方式中，入口孔220和检测器孔218可以是圆形和同轴的。或者，入口孔220和检测器孔218可以是非圆形的和/或相对于彼此具有横向偏移，以便控制到达检测器204的逆向反射的光信号228的量(和方向)。
在其他实施方式中，单基地配置的逆向反射计200的光学发射器202(或其输出)可以位于不同的位置。在其他实施方式中，光学发射器202(或其输出)位于透镜216和检测器孔218之间(例如，在相同光轴上)。在另一实施方式中，光学发射器202(或其输出)可以位于检测器孔的后面，其中光通过检测器孔218发射。在一些实施方式中，分束器可以与光学发射器202结合使用。例如，光学发射器202可以配置有分束器，使得光学发射器202的输出通过检测器孔218发射，但是光学发射器202的主体位于别处，以防止检测器204的光敏表面被遮挡。
图3是根据本公开的一些实施方式的逆向反射计的示意图。出于说明而非限制的目的，逆向反射计300以单基地配置示出。可以注意到，为了简洁而不是限制，下面没有描述图3中描绘的所有元件。相反，除非另有说明，否则本文描述的类似元件的描述，特别是对于图2的描述，适用于图3的元件。此外，为了简洁而非限制，未在图3示出的图2中的元件(及其描述)适用于图3，除非另有说明。具体地，图2的锁定放大器208和调制器206可以相对于图3的逆向反射计300以类似的方式配置和使用。
还可以注意到，逆向反射计300的光学单元314示出了与逆向反射计200的光学单元214不同类型的光学单元，并将参考图3进一步描述。逆向反射计300示出了使用光学单元314的反射型逆向反射计。反射型逆向反射计300使用具有反射元件(例如，一个或多个镜)的光学单元314来将逆向反射的光信号328导向至检测器304。可选地，可以使用本文描述的元件来实施折射型逆向反射计(未示出)。
在一些实施方式中，光学单元314的收集器主镜330的光轴沿着逆向反射的光信号328的光路定位。
在一些实施方式中，副镜332也沿着逆向反射的光信号328的光路定位。副镜被定位为接收从收集器主镜330反射的逆向反射的光信号328，并将逆向反射的光信号328导向至检测器304。在一些实施方式中，收集器主镜330、副镜332、和光学发射器302的输出彼此共线定位，例如，靠近参考轴(例如，逆向反射的光信号228的光路)。在一些实施方式中，光学发射器302(或其输出)位于光学单元314中，并且在副镜332和入口孔320之间(例如，在副镜332后面)。
在一些实施方式中，光学单元314的入口孔320沿着逆向反射的光信号328的光路定位，并且与收集器主镜330、副镜332、和光学发射器302的输出中的一个或多个共线定位。副镜332位于收集器主镜330和光学发射器302的输出之间。副镜332可以是平面镜、凹面镜、或凸面镜。如所示出的，副镜332的光轴方向可以不同于主镜330的光轴方向。
在一些实施方式中，检测器孔318沿着逆向反射的光信号328的光路定位，并且与收集器主镜330、副镜332和光学发射器302的输出不共线定位。
可以注意到，可以由任意数量的技术和/或任意类型的测距(range finding)设备(诸如激光测距仪或LiDAR设备)来确定范围(例如，范围222或范围322)。测距设备可以确定测距设备(或逆向反射计)和目标物体之间的范围(range)。在一些实施方式中，任何测距设备都可以与逆向反射计200或逆向反射计300一起实施或作为其一部分，并用于确定范围。
在其他实施方式中，单基地配置的逆向反射计300的光学发射器302(或其输出)可以位于不同的位置。在其他实施方式中，光学发射器302(或其输出)位于光学单元314的外部。例如，光学发射器202位于入口孔320和目标物体310之间。在一些实施方式中，分束器可以与光学发射器302结合使用。在一些实施方式中，焦距可以包括与副镜332和检测器304之间的距离相结合的收集器主镜330和副镜332之间的距离。
在其他实施方式中，逆向反射计200或逆向反射计300可以以双基地配置来进行配置。使用这种逆向反射计200或逆向反射计300对于针对以双基地配置实施的LiDAR系统生成反射率数据是有利的。在一些实施方式中，在双基地逆向反射计中，光学发射器可以移动，使得发射的光信号和逆向反射的光信号不共享相同光路。在双基地配置中，逆向反射计200或逆向反射计300的其他元件(除光学发射器之外)可以以如本文所述的类似的方式来实施。
图4示出了根据本公开的一些实施方式的用于测量室外环境中的目标物体的逆向反射率的流程图。
图2和3的元件可以在下面描述，以帮助说明图4的方法400。可以注意到，方法400可以以任何顺序执行，并且可以包括相同、不同、更多、或更少的操作。还可以注意到，方法400可以由逆向反射计(诸如逆向反射计200或逆向反射计300)的一个或多个元件来执行。在其他实施方式中，不同类型的逆向反射计或其元件可用于执行方法400的一个或多个操作。
在操作405，逆向反射计基于指定的调制值调制第一光信号。
在操作410，逆向反射计沿着朝向可以位于室外环境中的目标物体的光路发射第一光信号。
在操作415，逆向反射计通过相对于光学发射器共线定位的光学检测器检测从目标物体逆向反射的第二光信号。
在操作420，逆向反射计接收表示第一光信号的第一电信号和表示第二光信号的第二电信号。
在操作425，逆向反射计基于第一电信号和第二电信号生成指示目标物体的逆向反射率的第三电信号。
在一些实施方式中，第一电信号从逆向反射计的调制器接收，并且指示第一光信号的所指定的调制值。在一些实施方式中，第二电信号从逆向反射计的光学检测器接收。在一些实施方式中，第三电信号由逆向反射计的锁定放大器生成，并且指示第二光信号的光强。
在一些实施方式中，生成第三电信号包括基于相位来对准第一电信号和第二电信号(例如，相位对准)，放大第二电信号，以及对第二电信号的噪声分量进行滤波。在一些实施方式中，逆向反射计基于第二光束的光强、第一光束的光强、和光学发射器的输出和目标物体的光反射表面之间的距离来确定逆向反射率数据。在一些实施方式中，逆向反射率数据标识距光学发射器预定距离范围内的目标物体的逆向反射率的测量值。
在一些实施方式中，逆向反射计向光检测和测距(LiDAR)系统提供指示与目标物体相关联的逆向反射率的信号，作为校准信号。
在一些实施方式中，光学发射器的输出和光学检测器以单基地配置来定位，其中第一光信号的光路和第二光信号在其上行进到光学检测器的光路至少部分共享相同光路。
在一些实施方式中，光学单元(屈光型逆向反射计)的会聚透镜沿着光路定位。会聚透镜、光学检测器、和光学发射器的输出共线定位(例如，单基地配置)。在一些实施方式中，光学单元包括入口孔和检测器孔，入口孔沿着光路定位并位于会聚透镜和光学发射器之间，并且检测器孔沿着所述光路定位并位于光学检测器和会聚透镜之间。
在一些实施方式中，光学单元(或反射型逆向反射计)的收集器主镜沿着光路定位。光学单元的副镜沿着光路定位，以便接收从收集器主镜反射的第二光信号。收集器主镜、副镜、和光学发射器的输出共线定位。在一些实施方式中，入口孔沿着光路定位，并且与收集器主镜、副镜、和光学发射器的输出共线定位。副镜位于收集器主镜和光学发射器的输出之间。检测器孔沿着光路定位，并且与收集器主镜、副镜、和光学发射器的输出非共线定位。
图5是示出根据本公开的一些实施方式的使用电磁感应的示例性自主车辆和使用逆向反射数据训练的自主驾驶系统的组件的图。图5示出了在实际驾驶条件下使用的示例性自主车辆的操作。自主车辆可以包括机动车辆(汽车、卡车、公共汽车、摩托车、全地形车辆、娱乐车辆、任何专门的农业或建筑车辆等)、飞机(飞机、直升机、无人驾驶飞机等)、海军车辆(船只、游艇、潜艇等)，或者能够以自动驾驶模式操作的任何其他自推进车辆(没有人的输入或者人的输入减少)。
通过利用各种电磁(雷达和光学)传感器感测外部环境，并基于感测到的数据绘制环境中的驾驶路径来操作自主(自动驾驶)车辆。此外，可以基于全球定位系统(GPS)数据和道路地图数据来确定驾驶路径。同时GPS和道路地图数据可以提供关于环境静态方面的信息(建筑物、街道布局、道路封闭等)，动态信息(诸如关于其他车辆、行人、路灯等的信息)是从同时期的电磁感测数据中获得的。自主车辆选择的驾驶路径和速度模式的精度和安全性在很大程度上取决于传感数据的准确性和完整性，以及取决于驾驶算法快速有效地处理传感数据并向车辆控制器和传动系统输出正确指令的能力。
自主车辆可以采用LiDAR技术来检测环境中各种物体的距离和这些物体的速度。LiDAR发射行进到物体的一个或多个激光信号(脉冲)，并检测从物体逆向反射回来的到达信号。通过确定信号发射和逆向反射波到达之间的时间延迟，LiDAR可以确定到物体的距离。此外，LiDAR可以通过快速连续发射两个或更多个信号并利用每个附加信号检测物体的变化位置来确定物体的速度(运动速度和方向)。连续信号之间的间隔可以足够短，以便在此期间物体不会相对于环境中的其他对象明显改变其位置，但仍然足够长以允许LiDAR以高准确性检测物体位置的微小变化。在某些情况下，LiDAR可以通过发射一个或多个信号并测量一个或多个返回信号的多普勒频移来确定物体的速度，相干LiDAR系统就是这种情况。
驾驶环境510可以包括位于AV外部的任何物体(活动的或非活动的)，诸如道路、建筑物、树木、灌木丛、人行道、桥梁、山脉、其他车辆、行人等等。驾驶环境510可以是城市、郊区、农村等。在一些实施方式中，驾驶环境510可以是越野环境和/或荒野环境。在一些实施方式中，驾驶环境可以是室内环境，例如，工厂、运输仓库、建筑物的危险区域等的环境。在一些实施方式中，驾驶环境510可以是基本平坦的，其中各种物体平行于表面(例如，平行于地球表面)移动。在其他实施方式中，驾驶环境可以是三维的，并且可以包括能够沿着所有三个方向移动的物体(例如，飞机、潜艇)。在下文中，术语“驾驶环境”将被理解为包括自推进车辆可能发生自主运动的所有环境。例如，“驾驶环境”应包括飞机的任何可能的飞行环境或海军舰艇的海洋环境。驾驶环境510的物体可以位于距AV的任何距离处，从几英尺(或更小)的近距离到几英里(或更大)。
示例性AV 500可以包括光学感测系统520。光学感测系统520可以包括各种电磁感测子系统和/或设备(例如，距离感测、速度感测、加速度感测、旋转运动感测等)。例如，“光学”感测可以利用人眼可见的光的范围(例如，380至700纳米波长范围)、UV范围(低于380纳米)、IR范围(高于700纳米)、微波范围(在1毫米和1米之间)、射频范围(高于1米)等。在一些实施方式中，“光学”和“光”可以包括电磁波谱的任何其他合适的范围。
光学感测系统520可以包括雷达单元，该雷达单元可以是利用射频信号来感测AV500的驾驶环境510内的物体的任何系统。雷达单元可以被配置为感测物体的空间位置(包括它们的空间维度)和它们的速度(例如，使用多普勒频移技术)。下文中，“速度”指的是物体移动的速度(物体的速度)以及物体运动的方向。术语“速度”还可以包括物体旋转运动的角速度。
光学感测系统520可以包括LiDAR单元(例如，LiDAR测距仪)，其可以是能够确定到驾驶环境510中的物体的距离(例如，使用信号传播时间技术)的基于激光的(或基于微波激射器的)单元。LiDAR单元可以利用比无线电波的波长更短的电磁波的波长，因此，与雷达单元相比，可以提供更高的空间分辨率和灵敏度。LiDAR单元可以包括产生发射信号的一个或多个激光源和从物体反射的信号的一个或多个检测器。LiDAR单元可以包括光谱滤波器，以滤除具有不同于发射信号的波长(频率)的波长(频率)的杂质电磁波。在一些实施方式中，LiDAR单元可以包括方向滤波器(例如，孔、衍射光栅等)，以滤除可以沿着与发射信号的逆向反射方向不同的方向到达检测器的电磁波。LiDAR单元可以使用各种其他光学组件(透镜、镜、光栅、光学薄膜、干涉仪、分光计、局部振荡器等)来增强单元的感测能力。LiDAR单元可以被配置为在非相干感测模式或相干感测模式(例如，使用外差检测的模式)下操作。
在一些实施方式中，LiDAR单元可以是水平方向上的360度单元。在一些实施方式中，LiDAR单元能够沿水平和垂直方向进行空间扫描。在一些实施方式中，LiDAR视场在垂直方向上可以是90度(使得整个上半球被LiDAR信号覆盖)。在一些实施方式中，LiDAR视场可以是完整的球体(由两个半球组成)。为了简洁和简明起见，一般来说，当在本公开中提及“LiDAR技术”、“LiDAR感测”、“LiDAR数据”、“LiDAR系统”和“LiDAR”时，在适用的情况下，这种提及还应被理解为包括其他电磁感测技术，诸如雷达技术。
光学感测系统520还可以包括一个或多个相机来捕获驾驶环境510的图像。图像可以是驾驶环境510(或驾驶环境510的一部分)在相机的投影表面(平坦或非平坦)上的二维投影。光学感测系统520的一些相机可以是被配置为捕获驾驶环境510的连续(或准连续)图像流的摄像机。
由光学感测系统520获得的光学感测数据可以由AV 500的数据处理系统530处理。例如，光学感测系统520可以包括物体检测系统532。物体检测系统532可以被配置为检测驾驶环境510中的物体并识别检测到的物体。例如，物体检测系统532可以分析由光学检测系统532的相机捕获的图像，并且能够确定交通灯信号、路标、道路布局(例如，交通车道的边界、十字路口的拓扑、停车位的指定等)、障碍物的存在等。物体检测系统532还可以接收LiDAR(包括雷达，如果适用的话)感测数据，以确定到环境510中各种物体的距离和这些物体的速度。在一些实施方式中，物体检测系统532可以结合由一个或多个相机捕获的数据来使用LiDAR数据。在一个示例性实施方式中，一个或多个相机可以检测部分阻塞车道的岩石的图像。使用来自一个或多个相机的数据，物体检测系统532能够确定岩石的角度尺寸，但不能确定岩石的线性尺寸。使用LiDAR数据，物体检测系统532可以确定与岩石的距离，并且因此，通过将距离信息与岩石的角度尺寸相结合，物体检测系统532也可以确定岩石的线性尺寸。
在另一示例性实施方式中，使用LiDAR数据，物体检测系统532可以确定检测到的物体离AV有多远，并且还可以确定物体沿着AV运动方向的速度的分量。此外，使用由相机获得的一系列快速图像，物体检测系统532还可以确定检测到的物体在垂直于AV运动方向的方向上的横向速度。在一些实施方式中，可以仅根据LiDAR数据来确定横向速度，例如，通过识别物体的边缘(使用水平扫描)并进一步确定物体的边缘在横向上移动的速度。
物体检测系统532还可以从GPS收发器接收感测信息，该GPS收发器被配置为获得关于AV相对于地球的位置的信息。GPS数据处理模块534可结合光学感测数据使用GPS数据来帮助精确确定AV相对于驾驶环境510的固定物体(诸如道路、十字路口、周围建筑物等)的位置。
在一些实施方式中，物体检测系统532可以包括基于逆向反射的物体检测子系统538，其测量物体的逆向反射率，并使用测量值来对物体进行分类。如上所述，如本文所述，逆向反射计可用于确定、获得、导出、或验证目标的逆向反射率(例如，逆向反射率数据)，逆向反射率又可用于校准或训练基于逆向反射的物体检测子系统538.在一些实施方式中，可以使用虚拟驾驶环境的模拟来训练基于逆向反射的物体检测子系统538，虚拟驾驶环境可以包括从逆向反射计导出或获得的各种物体或材料的逆向反射数据，如本文所述。
数据处理系统530还可以包括环境监控和预测组件536，环境监控和预测组件536可以监控驾驶环境510如何随时间演变，例如，通过跟踪活动的物体的位置和速度(相对于地球)。在一些实施方式中，环境监控和预测组件536可以跟踪由于AV相对于环境的运动而导致的环境外观的变化。在一些实施方式中，环境监控和预测组件536可以预测驾驶环境510的各种活动的物体在预测时间内将如何在地平线定位。预测可以基于活动的物体的当前位置和速度以及在某个(例如，预定的)时间段期间活动的物体的跟踪动态。例如，基于指示在前3秒时间段期间物体1的加速运动的、所存储的用于物体1的数据，环境监控和预测组件536可以断定物体1正从停止标志或红色交通灯信号恢复其运动。因此，给定道路的布局和其他车辆的存在，环境监控和预测组件536可以预测物体1在接下来的3或5秒内可能运动的位置。作为另一示例，基于指示物体2在前2秒时间段内的减速运动的、所存储的用于物体2的数据，环境监控和预测组件536可以断定物体2正在停止标志处或红色交通信号灯处停止。因此，环境监控和预测组件536可以预测物体2在接下来的1或3秒内可能的位置。环境监控和预测组件536可基于从光学传感系统520获得的新数据来对其预测的准确性进行定期检查，并修改预测。
由物体检测系统532、GPS数据处理模块534、和环境监控和预测组件536生成的数据可以由自主驾驶系统使用，该自主驾驶系统可以是自主车辆控制系统(AVCS)540。AVCS540可以包括一个或多个算法，这些算法控制车辆500在各种驾驶情况和环境下的行为。例如，AVCS 540可以包括用于确定到目的地点的全球驾驶路线的导航系统。AVCS 540还可以包括用于选择通过直接驾驶环境的特定路径的驾驶路径选择系统，其可以包括选择车道、协商交通拥堵、选择掉头地点、选择停车策略的轨迹等。AVCS 540还可以包括避障系统，用于在AV的驾驶环境中安全地避开各种障碍物(岩石、熄火的车辆、乱穿马路的行人等)。避障系统可以被配置为评估障碍物的大小和障碍物的轨迹(如果障碍物是活动的)并选择用于避开障碍物的最佳驾驶策略(例如，制动、转向、加速等)。
AVCS 540的算法和模块可以生成用于车辆的各种系统和组件(诸如动力传动系和转向系统560、车辆电子设备562、和图5中未明确示出的其他系统和组件)的指令。动力传动系和转向系统560可包括发动机(内燃机、电动发动机等)、变速器、差速器、车轴、车轮、转向机构、和其他系统。车辆电子设备562可以包括车载计算机、发动机管理、点火、通信系统、车载计算机、远程信息处理、车内娱乐系统、和其他系统和组件。由AVCS 540输出的一些指令可以直接传递到动力传动系和转向系统系统560，而由AVCS 540输出的其他指令首先传递到车辆电子设备562，车辆电子设备562产生到动力传动系和转向系统560的命令。
在一个示例中，AVCS 540可以确定要通过使车辆减速直到达到安全速度，随后使车辆绕过障碍物，来避开由数据处理系统530识别的障碍物。AVCS540可(直接或通过车辆电子设备562)向动力传动系和转向系统560输出指令，以1)通过修改节气门设置来降低流向发动机的燃料，以降低发动机转速，2)经由自动变速器将动力传动系降档到较低的档位，3)接合制动单元以降低(同时与发动机和变速器协同作用)车辆速度，直到达到安全速度，以及4)使用动力转向机构执行转向操纵，直到安全地绕过障碍物。随后，AVCS540可以向动力传动系和转向系统560输出指令，以恢复车辆的先前速度设置。
在前面的描述中，阐述了许多细节。然而，对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说，显而易见的是，本公开可以在没有这些具体细节的情况下实施。在一些情况下，公知的结构和设备以框图形式示出，而不是详细示出，以避免模糊本公开。
详细描述的一些部分已经根据对计算机存储器内的数据位的操作的算法和符号表示来呈现。这些算法描述和表示是被数据处理领域的技术人员用来向本领域的其他技术人员最有效地传达其工作实质的手段。在这里，并且一般地，算法通常被理解为实现期望结果的有自洽操作序列。这些操作需要对物理量进行物理操纵。通常，尽管不是必须的，这些量采取能够被存储、传递、组合、比较、和以其他方式操纵的电信号或磁信号的形式。已经证明，主要为了公共使用的原因而将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字、等等偶尔是方便的。
然而，应该记住，这些术语以及相似的术语全部都将与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用在这些量的方便的标签。除非特别说明，否则应当理解，在整个描述中，使用诸如“调制”、“发射”、“检测”、“接收”、“生成”等术语的讨论是指计算机系统或类似的电子计算设备的动作和过程，该计算机系统或类似的电子计算设备将计算机系统存储器或寄存器中表示为物理(例如，电子)量的数据操纵和转换成被类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他这种信息存储、传输或显示设备中的物理量的其他数据。
本公开还涉及用于执行本文的操作的装置。该装置可以为所需目的而专门构造，或者它可以包括由存储在计算机中的计算机程序选择性激活或重新配置的通用计算机。这种计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，诸如但不限于任何类型的盘，包括软盘、光盘、光盘只读存储器(CD-ROM)、磁-光盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、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)、磁卡或光卡、或任何类型的适于存储电子指令的介质。
词语“示例”或“示例性的”在本文中用于意在用作示例、实例或例示。本文中描述为“示例”或“示例性”的任何方面或设计不一定被解释为相对于其他方面或设计是优选的或更优的。相反，使用词语“示例”或“示例性”旨在以具体的方式呈现概念。如在本申请中所使用的，术语“或”旨在表示包含性的“或”，而不是排他性的“或”。也就是说，除非另有说明，或者从上下文中清楚，“X包括A或B”旨在表示任何自然的包含置换。即，如果X包含A；X包含B；或者X同时包括A和B，则在前述任一实例下满足“X包括A或B”。此外，本申请和所附权利要求中使用的冠词“一”和“一个”通常可被解释为意指“一个或多个”，除非另有说明或从上下文中清楚地指向单数形式。此外，术语“实施方式”或“一个实施方式”或“一些实施方式”的使用并不旨在表示相同的一个或多个实施方式，除非如此描述。如本文所使用的，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”是指用于区分不同元素的标记，并且根据它们的数字名称不一定具有序数意义。
为了解释的简单，本文的方法被描绘和描述为一系列动作或操作。然而，根据本公开的动作可以以各种顺序和/或同时发生，并且与本文没有呈现和描述的其他动作一起发生。此外，并非所有示出的动作都是实现根据所公开主题的方法所必需的。此外，本领域技术人员将理解和意识到，这些方法可以替代地经由状态图或事件表示为一系列相互关联的状态。另外，应当理解，本说明书中公开的方法能够存储在制品上，以便于将这些方法传输和传递到计算设备。本文使用的术语“制品”旨在包括可从任何计算机可读设备或存储介质访问的计算机程序。
在另外的实施方式中，公开了用于执行上述实施方式的操作的一个或多个处理设备。另外，在本公开的实施方式中，非暂时性计算机可读存储介质存储用于执行所描述的实施方式的操作的指令。同样在其他实施方式中，还公开了用于执行所描述的实施方式的操作的系统。
应当理解，以上描述旨在是说明性的，而非限制性的。在阅读和理解以上描述的基础上，其他实施方式对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，本公开的范围可以参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。

Claims (20)

1.一种用于测量室外环境中目标物体的逆向反射率的装置，所述装置包括:
调制器，基于指定的调制值调制第一光信号；
光学发射器，耦合到所述调制器，用于沿着朝向所述目标物体的光路发射所述第一光信号；
光学检测器，相对于所述光学发射器共线定位，所述光学检测器检测从所述目标物体逆向反射的第二光信号；和
锁定放大器，耦合到所述调制器和所述光学检测器，所述锁定放大器接收来自所述调制器的第一电信号和来自所述光学检测器的第二电信号，其中所述第一电信号表示所述第一光信号，所述第二电信号表示所述第二光信号，并且其中所述锁定放大器还基于所述第一电信号和所述第二电信号生成指示所述目标物体的逆向反射率的第三电信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，来自所述调制器的所述第一电信号指示所述第一光信号的所指定的调制值，并且其中所述第三电信号指示所述第二光信号的光强与参考值的比率。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，逆向反射率数据标识在距所述装置的预定距离范围内的所述目标物体的逆向反射率的测量值，其中所述逆向反射率数据基于所述第二光信号的光强、所述第一光信号的光强、以及所述装置和所述目标物体的光反射表面之间的距离来确定。
4.根据权利要求3所述的装置，还包括输出接口，用于向光探测和测距(LiDAR)系统提供表示与所述目标物体相关联的逆向反射率的信号，作为校准信号。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述光学发射器的输出和所述光学检测器以单基地配置来定位，其中所述第一光信号的光路和所述第二光信号在其上行进到所述光学检测器的光路至少部分地共享相同光路。
6.根据权利要求5所述的装置，还包括:
会聚透镜，沿着所述光路定位，其中所述会聚透镜、所述光学检测器、和所述光学检测器的输出共线定位。
7.根据权利要求6所述的装置，还包括:
入口孔，沿着所述光路定位并且位于所述会聚透镜和所述光学发射器的输出之间；和
检测器孔，沿着所述光学检测器和所述会聚透镜之间的光路定位。
8.根据权利要求5所述的装置，还包括:
收集器主镜，沿着所述光路定位；和
副镜，沿着所述光路定位，并被定位为接收从所述收集器主镜反射的所述第二光信号，并将所述第二光信号引导至所述光学检测器，其中所述收集器主镜、所述副镜、和所述光学发射器的输出共线定位。
9.根据权利要求8所述的装置，还包括:
入口孔，沿着所述光路定位，并且与所述收集器主镜、所述副镜、和所述光学发射器的输出共线定位，其中所述副镜被定位在所述收集器主镜和所述光学发射器的输出之间；和
检测器孔，沿着所述光路定位，并且与所述收集器主镜、所述副镜、和所述光学发射器的输出非共线定位。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述光学发射器和所述光学检测器以双基地配置来定位，其中所述第一光信号的光路和所述第二光信号在其上行进到所述光学检测器的光路不共享相同光路。
11.一种用于测量室外环境中目标物体的逆向反射率的方法，所述方法包括:
基于指定的调制值调制第一光信号；
由光学发射器沿着朝向所述目标物体的光路发射第一光信号；
由相对于所述光学发射器共线定位的光学检测器检测从所述目标物体逆向反射的第二光信号；
接收表示所述第一光信号的第一电信号和表示所述第二光信号的第二电信号；和
基于所述第一电信号和所述第二电信号生成指示所述目标物体的逆向反射率的第三电信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一电信号是从调制器接收的并且指示所述第一光信号的所指定的调制值，其中所述第二电信号是从光学检测器接收的，并且其中所述第三电信号是由锁定放大器生成的并且指示所述第二光信号的光强与参考值的比率。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，生成所述第三电信号包括:
基于相位对准所述第一电信号和所述第二电信号；
放大所述第二电信号；和
滤除所述第二电信号的噪声分量。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括:
基于所述第二光信号的光强、所述第一光信号的光强、和所述光学发射器的输出与所述目标物体的光反射表面之间的距离来确定逆向反射率数据，其中所述逆向反射率数据标识距所述光学发射器预定距离范围内的所述目标物体的逆向反射率的测量值。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括:
向光探测和测距(LiDAR)系统提供指示与所述目标物体相关联的逆向反射率的信号，作为校准信号。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述光学发射器的输出和所述光学检测器以单基地配置来定位，其中所述第一光信号的光路和所述第二光信号在其上行进到所述光学检测器的光路至少部分地共享相同光路。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，光学单元的会聚透镜沿着所述光路定位，其中所述会聚透镜、所述光学检测器、和所述光学发射器的输出共线定位。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述光学单元包括入口孔和检测器孔，所述入口孔沿着所述光路定位并在所述会聚透镜和所述光学发射器之间，并且所述检测器孔沿着所述光学检测器和所述会聚透镜之间的光路定位。
19.根据权利要求16所述的方法，其中，光学单元的收集器主镜沿着所述光路定位，并且其中所述光学单元的副镜沿着所述光路定位，并且被定位为接收从所述收集器主镜进一步反射的所述第二光信号，其中所述收集器主镜、所述副镜、和所述光学发射器的输出共线定位。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，入口孔沿所述光路定位，并与所述收集器主镜、所述副镜、和所述光学发射器的输出共线定位，其中所述副镜在收集器主镜和所述光学发射器的输出之间定位，并且其中，检测器孔沿所述光路定位，并与所述收集器主镜、所述副镜、和所述光学发射器的输出非共线定位。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11474037B2 (en) * 2020-06-01 2022-10-18 Waymo Llc Retro-reflectometer for measuring retro-reflectivity of objects in an outdoor environment comprising a lock-in amplifier coupled to an optical modulator and an optical detector

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105136431A (zh) * 2015-08-24 2015-12-09 西安电子科技大学 基于声光调制的光学器件透反射率的测量系统
US10007001B1 (en) * 2017-03-28 2018-06-26 Luminar Technologies, Inc. Active short-wave infrared four-dimensional camera
US10401480B1 (en) * 2018-12-05 2019-09-03 Luminar Technologies, Inc. Lidar receiver with multiple detectors for range-ambiguity mitigation
CN110488311A (zh) * 2019-08-05 2019-11-22 Oppo广东移动通信有限公司 深度距离测量方法、装置、存储介质及电子设备

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2755462A (en) * 1946-02-14 1956-07-17 Chance Britton Inconoscope radar-ranging system
US5637873A (en) 1995-06-07 1997-06-10 The Boeing Company Directional reflectometer for measuring optical bidirectional reflectance
US8532958B2 (en) 2010-08-06 2013-09-10 Raytheon Company Remote identification of non-lambertian materials
JP6788858B2 (ja) * 2017-08-30 2020-11-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水分量検出装置
JP7027807B2 (ja) 2017-10-30 2022-03-02 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 表示装置、スキャナ、表示システム及びプログラム
US11073423B2 (en) 2018-03-27 2021-07-27 Flying Gybe Inc. Hyperspectral sensing system and processing methods for hyperspectral data
US11604345B2 (en) * 2019-01-28 2023-03-14 Stanley Electric Co., Ltd. Apparatuses and methods for backscattering elimination via spatial and temporal modulations
US11474037B2 (en) * 2020-06-01 2022-10-18 Waymo Llc Retro-reflectometer for measuring retro-reflectivity of objects in an outdoor environment comprising a lock-in amplifier coupled to an optical modulator and an optical detector

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105136431A (zh) * 2015-08-24 2015-12-09 西安电子科技大学 基于声光调制的光学器件透反射率的测量系统
US10007001B1 (en) * 2017-03-28 2018-06-26 Luminar Technologies, Inc. Active short-wave infrared four-dimensional camera
US10401480B1 (en) * 2018-12-05 2019-09-03 Luminar Technologies, Inc. Lidar receiver with multiple detectors for range-ambiguity mitigation
CN110488311A (zh) * 2019-08-05 2019-11-22 Oppo广东移动通信有限公司 深度距离测量方法、装置、存储介质及电子设备

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