CN114375408A - 用于修改lidar视场的系统和方法 - Google Patents

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CN114375408A CN202080063984.1A CN202080063984A CN114375408A CN 114375408 A CN114375408 A CN 114375408A CN 202080063984 A CN202080063984 A CN 202080063984A CN 114375408 A CN114375408 A CN 114375408A
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Abstract

本公开涉及促进光探测和测距(LIDAR或lidar)系统的可以利用“死角”的系统、方法和载具，在“死角”处lidar系统朝向支撑结构或另一个“不感兴趣”的特征。在这种场景下，光脉冲可以被重定向到环境中更感兴趣的特征。一种示例系统包括lidar系统，lidar系统被配置为向系统的环境中发射光脉冲，以便提供指示默认视场内的对象的信息。系统也包括光学耦合到lidar系统的反射表面。反射表面被配置为反射发射的光脉冲的至少一部分，以便提供扩展视场。lidar系统还被配置为提供指示扩展视场内的对象的信息。

Description

用于修改LIDAR视场的系统和方法
对相关申请的交叉引用
本申请要求2019年9月13日提交的第16/569,872号美国专利申请的权益，其内容通过引用被合并于此。
背景技术
传统的光探测和测距(LIDAR或lidar)系统可以利用发光发射器(例如激光二极管)向环境中发射光脉冲。与环境中的对象相互作用(例如，从环境中的对象反射)的发射光脉冲能够由LIDAR系统的接收器(例如，光电探测器)接收。能够基于发射光脉冲的初始时间和接收反射光脉冲的后续时间之间的时间差来确定关于环境中的对象的测距信息。
发明内容
本公开总体上涉及光探测和测距(LIDAR或lidar)系统，其可以被配置为获得关于环境的信息。这种lidar设备可以在载具中被实现，诸如自主和半自主汽车、卡车、摩托车以及能够在它们相应的环境中移动的其他类型的载具。
在第一方面，提供了一种系统。该系统包括lidar系统，该lidar系统被配置为向该系统的环境中发射光脉冲，以便提供指示默认视场内的对象的信息。该lidar系统包括被配置为围绕第一轴旋转的可旋转基座和耦合到该可旋转基座的可旋转镜。可旋转镜被配置为围绕第二轴旋转。该lidar系统也包括被配置为发射光脉冲的至少一个光源。所发射的光脉冲与环境相互作用以提供返回光脉冲。该lidar系统额外包括至少一个检测器，检测器被配置为检测返回光脉冲的至少一部分。该系统也包括光学耦合到该lidar系统的反射表面。反射表面被配置为反射所发射的光脉冲的至少一部分，以便提供扩展视场。该lidar系统还被配置为提供指示扩展视场内的对象的信息。
在第二方面，提供了一种方法。该方法包括使lidar系统的至少一个光源向默认视场和反射表面发射光脉冲，反射表面被配置为向扩展视场反射光脉冲的一部分。该lidar系统包括被配置为围绕第一轴旋转的可旋转基座和耦合到该可旋转基座的可旋转镜。可旋转镜被配置为围绕第二轴旋转。该lidar系统也包括被配置为发射光脉冲的至少一个光源。所发射的光脉冲与环境相互作用以提供返回光脉冲。该lidar系统额外包括至少一个检测器，检测器被配置为检测返回光脉冲的至少一部分。所发射的光脉冲与lidar系统的环境相互作用，以提供返回光脉冲。该方法也包括接收来自默认视场的返回光脉冲的至少第一部分作为第一检测光信号。该方法额外包括接收来自扩展视场的返回光脉冲的至少第二部分作为第二检测光信号。更进一步，该方法包括发送点云数据，其中，点云数据基于第一检测光信号和第二检测光信号，并且指示默认视场和扩展视场内的对象。
在第三方面，提供了一种载具。该载具包括lidar系统，lidar系统被配置为向载具的环境中发射光脉冲，以便提供指示默认视场内的对象的信息。该lidar系统包括被配置为围绕第一轴旋转的可旋转基座和耦合到该可旋转基座的可旋转镜。可旋转镜被配置为围绕第二轴旋转。该lidar系统也包括被配置为发射光脉冲的至少一个光源。所发射的光脉冲与环境相互作用以提供返回光脉冲。该lidar系统额外包括至少一个检测器，检测器被配置为检测返回光脉冲的至少一部分。该载具额外包括光学耦合到lidar系统的反射表面。反射表面被配置为反射所发射的光脉冲的至少一部分，以便提供扩展视场。该lidar系统还被配置为提供指示扩展视场内的对象的信息。
对于本领域普通技术人员来说，通过阅读以下详细描述，并适当参考附图，其他方面、实施例和实现将变得显而易见。
附图说明
图1图示根据示例实施例的系统。
图2A图示根据示例实施例的lidar系统。
图2B图示根据示例实施例的lidar系统。
图2C图示根据示例实施例的图2A的lidar系统的一部分。
图2D图示根据示例实施例的lidar系统。
图3图示根据示例实施例的系统。
图4图示根据示例实施例的系统。
图5A图示根据示例实施例的载具。
图5B图示根据示例实施例的载具。
图5C图示根据示例实施例的载具。
图5D图示根据示例性实施例的载具。
图5E图示根据示例实施例的载具。
图6图示根据示例实施例的操作场景。
图7图示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。将会理解，本文使用的词语“示例”和“示例性的”表示“意味着示例、实例或说明”。本文作为“示例”或“示例性”描述的任何实施例或特征不一定被解释为比其他实施例或特征更优选或更有利。在不脱离本文呈现的主题的范围的情况下，能够利用其他实施例，并且能够进行其他改变。
因此，本文描述的示例实施例不意味着是限制性的。如本文一般描述的和在附图中示出的，本公开的各方面能够以多种不同的配置来布置、替换、组合、分离和设计，所有这些都在本文中被考虑。
此外，除非上下文另有暗示，否则每个图中所图示的特征可以彼此结合使用。因此，附图通常应被视为一个或多个总体实施例的组成方面，应理解并非所有图示的特征对于每个实施例都是必要的。
I.概述
自主和半自主载具可以通过基于lidar点图绘制出载具的环境来利用三维(3D)lidar系统进行导航。然而，传统的lidar具有“盲点”，诸如它能够向下看到的有限范围的高度，可能会在lidar下方留下不会被扫描的圆锥体或其他区域。
示例lidar系统包括可旋转镜组件和光学腔。光学腔包括至少一个光发射器设备、至少一个光电探测器和相应的光学元件(例如，透镜)。光发射器设备可以沿着光发射轴发射与可旋转镜组件相互作用的光脉冲，使得光脉冲被重定向到环境中。从环境反射回lidar的光脉冲能够由光电探测器沿着光接收轴接收，以便确定到目标的距离(测距),并用于形成表示距离确定的点云。在一些实施例中，光脉冲可以通过位于lidar系统壳体的相对侧的两个窗口发射。虽然一些实施例可能描述了利用光脉冲的感测设备，但将会理解，利用连续波光(例如，连续波飞行时间(TOF))系统的其他类型的三维感测技术是可能的和被考虑的。
在示例实施例中，光学腔可以耦合到可旋转基座，可旋转基座被配置为围绕基本垂直的第一旋转轴旋转。镜组件可以被配置为围绕第二旋转轴旋转，第二旋转轴与第一旋转轴相交(coincident)并且基本垂直。
在这样的lidar系统中，lidar点云的片段能够落在支撑结构(例如，将lidar系统支撑在载具上的结构)或lidar被应用到的应用不感兴趣的其他特征上。例如，在一些场景中，一些光脉冲可以被定向到lidar的环境的静态(例如，不变的)或先前表征的部分。如本文所述，可以通过用反射表面或镜将这些“不感兴趣的”光脉冲重定向到环境的不同部分来从这些“不感兴趣的”光脉冲中恢复有用的点云信息。如本文所述，术语“点云”可以包括由lidar和/或原始测距数据本身提供的测距信息的可视化。将会理解，在一些实施例中，这样的测距数据不需要被存储在lidar设备本身，并且这样的可视化不需要由lidar设备本身提供。
本文描述的系统和方法可以利用扫描仪查看载具结构或支撑结构的“死角”。在这种场景下，光脉冲可以被重定向到环境中感兴趣的特征。
本文公开的lidar系统可以用于机器视觉和/或感知应用或者与机器视觉和/或感知应用一起使用。在一些实施例中，lidar系统可以用于运输应用(例如，半自主或全自主载具)或机器人、安全、勘测、农业、采矿、建筑、海运、UAV和/或仓库相关应用。
II.示例系统
图1图示根据示例实施例的系统100。系统100包括lidar系统200，其被配置为向系统的环境中发射光脉冲，以便提供指示默认视场102内的对象的信息。系统100也包括光学耦合到lidar系统200的反射表面180。反射表面180被配置为反射发射的光脉冲的至少一部分，以便提供扩展视场182。lidar系统200还被配置为提供指示扩展视场182内的对象的信息。
虽然lidar系统200在本文被描述为基于激光的测距系统，但将会理解，在系统100中可以利用其他类型的三维传感器。例如，系统100可以与另一种类型的激光飞行时间系统、立体摄像机或具有纹理投影仪的摄像机一起使用。
在一些示例实施例中，lidar系统200可以包括被配置为围绕第一轴旋转的可旋转基座110。可旋转基座110可以包括或可以耦合到基座致动器112。在一些实施例中，基座致动器112可以是无刷电机、直流(DC)电机或另一种类型的旋转致动器。在一些示例中，可旋转基座110可以被配置为以200转每分钟(RPM)和800RPM之间的速度围绕第一轴旋转。将会理解，可旋转基座110可以以其他转速运行。在一些实施例中，基座致动器112可以由控制器150控制，以期望的转速旋转。在一些实施例中，lidar系统200不需要包括可旋转基座。在这种场景下，lidar系统200的一个或多个元件可以相对于第一轴布置。然而，在这种情况下，lidar系统200的元件不需要围绕第一轴旋转。因此，在这样的实施例中，lidar系统200可以用于线扫描应用以及其他可能性。
lidar系统200也包括镜组件130。镜组件130被配置为绕第二轴旋转。在这种场景下，第二轴可以基本垂直于第一轴(例如，在0度到10度的垂直范围内)。在一些实施例中，镜组件130包括多个反射表面132。此外，镜组件130可以包括杆(shaft)134和多面镜，该多面镜被配置为安装多个反射表面132。镜组件130也可以包括镜致动器136，其可以是无刷电机、DC电机或其他类型的旋转致动器。在这种情况下，镜致动器136耦合到轴134。在一些实施例中，镜致动器136可以被配置为以20,000RPM和40,000RPM之间的转速围绕第二轴旋转多面镜。将会理解，镜致动器136可以以各种转速或期望的转速操作，这可以由控制器150控制。
在这种场景下，多个反射表面132可以包括关于第二轴对称布置的三个反射表面，使得镜组件130的至少一部分具有三棱镜形状。将会理解，镜组件130可以包括多于或少于三个反射表面。因此，镜组件130可以成形为具有多于或少于三个反射表面的多面棱镜形状。例如，镜组件130可以具有四个反射表面。在这种场景下，镜组件130可以具有正方形或矩形横截面。
lidar系统200另外包括耦合到可旋转基座110的光学腔120。在这种场景下，光学腔120包括被布置成限定光接收轴的光电探测器122和光电探测器透镜124。这样，光电探测器122和光电探测器透镜124的布置提供了光接收轴。在一些实施例中，光电探测器122包括硅光电倍增器(SiPM)。然而，也考虑了其他类型的光电探测器，诸如雪崩光电二极管(APD)。此外，尽管在本文中以单数形式描述了光电探测器122，但是将会理解，包括多个光电探测器的系统，诸如焦平面阵列，也是可能的和被考虑的。
在示例实施例中，光电探测器122可以向控制器150提供输出信号。例如，输出信号可以包括指示给定光脉冲朝向环境视场的给定部分的飞行时间的信息。附加地或替代地，输出信号可以包括指示环境的测距图或点云的至少一部分的信息。
lidar系统200也包括被布置来限定光发射轴的光发射器设备126和光发射器透镜128。光发射器设备126可以包括激光二极管或另一种类型的光发射器。在一些实施例中，光发射器设备126可以耦合到激光脉冲发生器电路，该激光脉冲发生器电路可操作以使光发射器设备126发射一个或多个激光脉冲。在这种场景下，激光脉冲发生器电路可以耦合到触发源，该触发源可以包括控制器150。光发射器设备126可以被配置为发射红外激光(例如，具有800-1600纳米之间的波长)。然而，其他波长的光也是可能的和被考虑的。此外，将会理解，利用非脉冲(例如，连续波)照明的感测技术也是可以考虑的。例如，调频连续波(FM-CW)和连续波飞行时间(CW-TOF)系统可以在本公开的范围内。
在一些实施例中，光发射器设备126被配置为发射与镜组件130相互作用的光脉冲(通过光发射器透镜128)，使得光脉冲被重定向到环境(例如，载具的外部环境)。在这种情况下，光脉冲的至少一部分被反射回lidar系统200，并被光电探测器122接收(通过光电探测器透镜124)，以便确定测距或点云中的至少一个。
lidar系统200的至少一个光源(例如，光发射器设备126)可以被配置为发射光脉冲。所发射的光脉冲与环境相互作用以提供返回光脉冲。lidar系统200的至少一个检测器(例如，光电探测器122)可以被配置为检测返回光脉冲的至少一部分。
lidar系统200包括控制器150。控制器150包括现场可编程门阵列(FPGA)或专用集成电路(ASIC)中的至少一个。附加地或替代地，控制器150可以包括一个或多个处理器152和存储器154。一个或多个处理器152可以是通用处理器或专用处理器(例如，数字信号处理器等)。一个或多个处理器152可以被配置为执行存储在存储器154中的计算机可读程序指令。这样，一个或多个处理器152可以执行程序指令来提供本文描述的至少一些功能和操作。
存储器154可以包括或采取一个或多个计算机可读存储介质的形式，其可以由一个或多个处理器152读取或访问。一个或多个计算机可读存储介质可以包括易失性和/或非易失性存储组件，诸如光、磁、有机或其他存储器或盘存储器，其可以整体或部分地与一个或多个处理器152中的至少一个集成。在一些实施例中，存储器154可以使用单个物理设备(例如，一个光、磁、有机或其他存储器或盘存储单元)来实现，而在其他实施例中，存储器154可以使用两个或更多个物理设备来实现。
如上所述，存储器154可以包括与lidar系统200的操作相关的计算机可读程序指令。这样，存储器154可以包括程序指令，以执行或促进本文描述的一些或所有功能。
作为示例，操作可以包括使至少一个光源(例如，光发射器设备126)发射一个或多个光脉冲。
操作可以额外包括接收来自默认视场102的返回光脉冲的至少第一部分作为第一检测光信号。
操作还可以包括接收来自扩展视场182的返回光脉冲的至少第二部分作为第二检测光信号。
操作还包括基于第一检测光信号和第二检测光信号确定指示默认视场102和扩展视场182内的对象的点云。
另外，操作可以包括接收反射图。例如，反射图可以包括关于反射表面180如何将光脉冲反射到扩展视场182中的反射信息。在这种场景下，确定点云进一步基于反射图。
作为示例实施例，反射信息可以包括反射表面180的角度、反射表面180的姿态或方位、或者反射表面180的表面曲率中的至少一个。附加地或替代地，反射信息可以包括查找表(LUT)。在这种场景下，LUT可以包括指示默认光脉冲发射矢量和反射光脉冲发射矢量的信息。
在各种实施例中，lidar系统200包括具有多个光学窗口162的壳体160。光学窗口162对于诸如发射的光脉冲的光波长可以是基本透明的。例如，光学窗口162可以包括透明材料，该透明材料被配置为以大于80％的透光效率透过发射的光脉冲。在一些实施例中，壳体160可以包括两个细长的光学窗口。光学窗口162可以被布置在壳体160的基本相对的表面上。在这种场景下，光脉冲可以通过穿过多个光学窗口162的光学传输向环境发射。
在一些实施例中，lidar系统200可以包括被配置为折射光脉冲的棱柱形透镜140。棱柱形透镜140可以包括光学元件(例如，棱镜)。在一些实施例中，棱柱形透镜140可以使得从光学腔发射的光以与光学腔的轴不同的角度被折射。以这种方式，从腔本身出来的光束的光轴能够与光学腔的角度解耦。利用一个或多个棱柱形透镜140可以提供不对称的移位视场，而不必将光学腔角度调整相同的量。因此，棱柱形透镜140可以提供更小封装尺寸的灵活性。例如，在一些实施例中，光学腔120可以保持基本垂直，但是由光学腔120发射的光束可以是成角度的。因此，利用棱柱形透镜的光学腔120可以提供不对称视场的益处，而无需加宽或者以其他方式物理地重新布置光学腔120所占据的空间。在示例实施例中，棱柱形透镜140可以代替光发射器透镜128。在其他实施例中，除了光发射器透镜128之外，还可以使用棱柱形透镜140。
在一些实施例中，棱柱形透镜140可以被用来代替光电探测器透镜124，或者与光电探测器透镜124结合使用。例如，可以沿着光接收轴125使用棱柱形透镜140，以便修改可以从其接收光脉冲的视场。
附加地或替代地，通过多个光学窗口162发射或发送的光脉冲可以在环境中形成不对称的光发射图案。例如，通过多个窗口中的第一窗口发射的光脉冲在第一发射角范围内被发射，并且其中，通过多个窗口中的第二窗口发射的光脉冲在第二发射角范围内被发射，其中，不对称光发射图案通过第一发射角范围与第二发射角范围不同来提供。
在一些实施例中，扩展视场182和默认视场102不完全重叠。例如，默认视场102可以包括基本上以lidar系统200的第一轴为中心的成角度的环形区域。在第一轴垂直于地平线(例如，垂直地)布置的场景中，默认视场102可以包括地平线向上2度和地平线向下18度之间的俯仰角范围。将会理解，默认视场102的其他方位、几何结构和形状是可能的和被考虑的。
扩展视场182可以包括相对于lidar系统200的第一轴方向为向下和/或向上的区域。在一些实施例中，扩展视场182包括不与默认视场102共同延伸的区域。在这种场景下，扩展视场182可以提供其中lidar系统200可以检测对象的更大的整体区域。例如，默认视场102可以限定至少一个盲区。在这种场景下，扩展视场182可以与至少一个盲区的至少一部分重叠。
附加地或替代地，扩展视场182可以包括与默认视场共同延伸的区域。在这种场景下，扩展视场182和默认视场102的共同延伸部分可以通过lidar系统200提供更高速率和/或更高分辨率的对象检测。
在一些实施例中，反射表面180可以包括平面镜、凸面镜、凹面镜或多面镜阵列中的至少一种。其他类型的反射材料和/或表面是可能的和被考虑的。在一些实施例中，反射表面180可以包括平面镜，平面镜具有如用光学干涉技术测量的、在λ和λ/100之间的平坦度，其中由光发射器设备126发射的光脉冲包括波长λ。
在各种实施例中，lidar系统200可以包括至少一个挡板170。在这种场景下，至少一个挡板170可以被配置为减少光学腔120内的杂散光。在示例实施例中，挡板170可以包括设置在光接收轴和光发射轴之间的不透光材料。
lidar系统200也包括至少一个光束阻挡器174。光束阻挡器174可以是光学不透明的，并且可以被配置为阻挡光束朝向光学窗口162和/或朝向环境发射。在一些实施例中，光束阻挡器174可以布置在壳体160内，基本上与光学腔120相对。
当从光学腔120发射的光与镜组件130的拐角(例如，在两个不同反射表面132之间的相交处)相互作用时，光被分成两部分，一部分向前发射(例如，朝向第一光学窗口)，一部分向后发射(例如，朝向第二光学窗口)。为了避免由于两个发射的脉冲而导致的模糊的lidar信号，光束阻挡器174可以被布置在视场的顶部附近，以便阻挡两个光束中的至少一个朝着环境发射。此外，通过调节光束阻挡器174，处于一侧顶部的视场能够以处于另一侧顶部附近的视场为代价而扩展或延伸。
在这种场景下，通过调整顶部光束阻挡器位置，视场能够分别分布在视场底部和顶部的两侧。
图2A、图2B、图2C和图2D图示lidar系统200的各种视图和部分。图2A图示根据示例实施例的lidar系统200的斜视图。如图所示，lidar系统200可以包括可旋转基座110。可旋转基座110可以被配置为围绕第一轴111旋转。此外，lidar系统200可以包括光学腔120，光学腔120可以包括光发射器设备126、光发射器透镜128、光电探测器122和光电探测器透镜124。此外，在一些实施例中，lidar系统200可以包括镜组件130。镜组件130可以包括多个反射表面132a、132b和132c以及轴134。镜组件130可以被配置为绕第二轴135旋转。
在一些实施例中，光发射器设备126和光发射器透镜128可以形成光发射轴129。由光发射器设备126发射的光脉冲可以在发送镜区域137与反射表面132b相互作用。
在一些实施例中，光电探测器122和光电探测器透镜124可以形成光接收轴125。由光发射器设备126发射的光脉冲可以被反射或者以其他方式与环境相互作用，并且可以通过接收镜区域139在光电探测器122处被观察到。
如图2所示，lidar系统200可以包括挡板170。挡板170可以包括开口172，镜组件130可以设置在开口172内。开口172可以成形以便为镜组件130提供绕第二轴135旋转的自由度。
图2B图示根据示例实施例的沿-y方向的lidar系统200的侧视图。连同上面参考图2A描述的其他元件，lidar系统200可以另外包括壳体160和多个光学窗口，诸如光学窗口162a。
图2C图示根据示例实施例的lidar系统200的镜组件130。例如，镜组件130可以包括多个反射表面132a、132b和132c。镜组件130可以另外包括杆134，其可以被配置为绕第二轴135旋转。
在一些实施例中，光发射器设备126可以沿着光发射轴129向镜组件130发射光脉冲。镜组件130的反射表面132b可以在发送镜区域137反射这样的光脉冲，使得光脉冲向外部环境发送。
在这样的示例中，来自环境的光(例如，反射光脉冲)可以在接收镜区域139被镜组件130的反射表面132b反射。在一些实施例中，接收到的光可以沿着光接收轴125被定向到光电探测器122。
图2D图示根据示例实施例的沿-x方向的lidar系统200的视图。lidar系统200可以包括光学腔120，该光学腔120被设置成使得光发射轴129和/或光接收轴125基本上平行于第一轴111。
在一些实施例中，光学腔120相对于第一轴111的这种布置可以在外部环境中提供基本对称的发射图案，至少因为基于镜组件130的旋转位置，由光发射器设备126发射的光脉冲通过第一光学窗口162a向右(+y方向)发送或者通过第二光学窗口162b向左(-y方向)发送的可能性相同。
图3图示根据示例实施例的系统300。在一些实施例中，系统300可以与系统100相似或相同，如参考图1所示和所述。系统300包括lidar系统200，如参考图2所示和所述。系统300也包括反射表面180。如图3所示，反射表面180可以包括平坦表面(例如平面镜)。然而，被配置为反射由lidar系统200发射的光脉冲的其他类型的表面是可能的和被考虑的。在一些实施例中，反射表面180可以被设置在lidar系统200的两英尺内。然而，反射表面180可以被设置得更靠近或更远离lidar系统200。此外，尽管图3图示了反射表面180与lidar系统200分离，但是将会理解，在一些实施例中，反射表面180可以并入lidar系统200中。
在一些实施例中，lidar系统200可以被配置为发射不与反射表面180相互作用的光脉冲，以便提供默认视场102。此外，lidar系统200可以被配置为发射与反射表面180相互作用的光脉冲，以便提供扩展视场182。如图所示，在一些实施例中，扩展视场182可以包括沿着第一轴111相对于lidar系统200基本上在下方(例如，沿着-z方向)的区域。
在一些实施例中，反射表面180可以表示用于载具上的lidar系统200的结构支撑，诸如底座或支架，或者其一部分。反射表面180可以包括另一种类型的静态特征，该静态特征通常不表示视场内的感兴趣对象。在这种场景下，扩展视场182可以为lidar系统200提供扩展的覆盖范围，同时更有效地利用可能被忽略的光脉冲。也就是说，原本会从静态支撑结构或底座反射回lidar系统200的光脉冲能够被转向扩展视场182，扩展视场182可能包括感兴趣对象或其他类型的特征(例如，障碍物等)。如图3所示，扩展视场182可以有效地包括直接位于lidar系统200下方的区域。在这种情况下，lidar系统200可以被配置为检测扩展视场182中的对象，以便感测行人、地面和/或其他类型的特征。
如图3所示，lidar系统200可以发射与反射表面180相互作用的光脉冲，以便提供多个反射光脉冲发射矢量310、312和314。反射光脉冲发射矢量310、312和314可以形成扩展视场182的至少一部分。虽然图示了三个反射光脉冲发射矢量，但是将会理解，更多的反射光脉冲发射矢量是可能的和被考虑的。
图4图示根据示例实施例的系统400。在一些实施例中，系统400可以与系统100和系统300相似或相同，如参考图1和图3所示和所述。系统400包括lidar系统200，如参考图2所示和所述。系统400还包括反射表面180。如图4所示，反射表面180可以包括多个面。例如，多个面可以包括第一反射表面402和第二反射表面404。被配置为反射由lidar系统200发射的光脉冲的其他类型的面是可能的和被考虑的的。
在一些实施例中，lidar系统200可以被配置为发射不与反射表面180相互作用的光脉冲，以便提供默认视场102。此外，lidar系统200可以被配置为发射与第一反射表面402相互作用的光脉冲，以便提供扩展视场182a。如图所示，在一些实施例中，扩展视场182a可以包括沿着第一轴111相对于lidar系统200基本上在下方(例如，沿着-z方向)的区域。
另外，lidar系统200可以被配置为发射与第二反射表面404相互作用的光脉冲，以便提供扩展视场182b。如图所示，在一些实施例中，扩展视场182b可以包括沿着第一轴111相对于lidar系统200基本上在上方(例如，沿着+z方向)的区域。
在一些场景中，扩展视场182a和182b可以为lidar系统200提供扩展的覆盖范围，同时更有效地利用可能被忽略的光脉冲。也就是说，本来会反射回lidar系统200以指示静态支撑结构或底座的光脉冲能够被转向扩展视场182a或182b，扩展视场可能包括关于障碍物、其他载具、行人或其他类型特征的信息。如图4所示，扩展视场182a可以有效地包括直接位于lidar系统200下方的区域，并且扩展视场182b可以有效地包括直接位于lidar系统200上方的区域。在这种情况下，lidar系统200可以被配置为检测扩展视场182a和182b中的对象，以便感测行人、地面和/或其他类型的特征。
如图4所示，lidar系统200可以发射与反射表面402相互作用的光脉冲，以便提供多个反射光脉冲发射矢量410、412和414。反射光脉冲发射矢量410、412和414可以形成扩展视场182a的至少一部分。另外，lidar系统200可以发射与反射表面404相互作用的光脉冲，以便提供多个反射光脉冲发射矢量416和418。反射光脉冲发射矢量416和418可以形成扩展视场182b的至少一部分。
III.示例载具
图5A、图5B、图5C、图5D和图5E图示根据示例实施例的载具500。载具500可以是半自主或全自主载具。虽然图5A-图5E将载具500示出为汽车(例如，客车)，但是将会理解，载具500可以包括能够使用传感器和关于其环境的其他信息在其环境内导航的另一种类型的自主载具、机器人或无人机。
载具500可以包括一个或多个传感器系统502、504、506、508和510。在一些实施例中，传感器系统502、504、506、508和510可以包括具有相对于给定平面(例如，x-y平面)在一定角度范围内布置的多个光发射器设备的lidar传感器。
传感器系统502、504、506、508和510中的一个或多个可以被配置为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500周围的环境。基于检测反射光脉冲的各个方面(例如，流逝的飞行时间、偏振、强度等)，可以确定关于环境的信息。
在示例性实施例中，传感器系统502、504、506、508和510可以被配置为提供相应的点云信息，该点云信息可以与载具500的环境内的物理对象相关。虽然载具500和传感器系统502、504、506、508和510被图示为包括某些特征，但是将会理解，在本公开的范围内可以设想其他类型的传感器系统。
示例实施例可以包括具有多个光发射器设备的系统。该系统可以包括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为沿着相应的光束俯仰角发射光脉冲。相应的光束俯仰角可以基于参考角度或参考平面。作为示例，参考平面可以基于载具500的运动轴。其他参考角度(例如，方位角、俯仰角等)或参考平面(例如，x、y和z平面)在本公开的范围内是被考虑的和可能的。
虽然本文描述并图示了具有单个光发射器设备的lidar系统，但是也可以考虑具有多个光发射器设备(例如，在单个激光器管芯上具有多个激光器条的光发射器设备)的lidar系统。例如，由一个或多个激光二极管发射的光脉冲可以被可控地定向到系统的环境周围。光脉冲的发射角度可以通过扫描设备来调整，诸如，例如机械扫描镜和/或旋转电机。例如，扫描设备可以围绕给定轴以往复运动的方式旋转和/或围绕垂直轴旋转。在另一实施例中，光发射器设备可以向旋转棱镜发射光脉冲，当与每个光脉冲相互作用时，旋转棱镜可以基于棱镜的角度将光脉冲发射到环境中。附加地或替代地，扫描光学器件和/或其他类型的光电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的射出(shot)时间表和/或以可变的每射出功率来发射光脉冲。也就是说，每个激光脉冲或射出的发射功率和/或定时可以基于射出的相应俯仰角。此外，可变的射出时间表可以基于在距lidar系统或距支撑lidar系统的给定载具的表面(例如，前保险杠)的给定距离处提供期望的垂直间距。作为示例，当来自光发射器设备的光脉冲被定向到下方时，由于到目标的预期最大距离更短，所以每射出的功率可以降低。相反，由光发射器设备以高于参考平面的俯仰角发射的光脉冲可以具有相对更高的每射出功率，以便提供足够的信噪比来充分检测行进更长距离的脉冲。
在一些实施例中，可以以动态方式控制每个射出的功率/能量。在其他实施例中，可以针对连续的几个脉冲组(例如，10个光脉冲)来控制每射出的功率/能量。也就是说，光脉冲序列的特性可以在每个脉冲的基础上和/或每几个脉冲的基础上改变。
虽然图5A-图5E图示了附接到载具500的各种lidar传感器，但是将会理解，载具500可以结合其他类型的传感器，诸如多个光学系统(例如，照相机)、雷达或超声波传感器。
在示例实施例中，载具500可以包括lidar系统(例如，lidar系统200)，其被配置为向载具500的环境中发射光脉冲，以便提供指示默认视场内的对象的信息。
更进一步，载具500包括光学耦合到lidar系统的反射表面(例如，反射表面180a和180b)。在这种场景下，反射表面被配置为反射所发射的光脉冲的至少一部分，以便提供扩展视场。lidar系统还被配置为提供指示扩展视场内的对象的信息。
在一些实施例中，反射表面可以包括载具500的车身的一部分。例如，如图5A、图5B和图5E所示，反射表面180a和180b可以邻近给定的lidar系统(例如，分别是传感器系统508和510)。
在一些实施例中，反射表面可以包括载具的后视镜或载具的侧视镜中的至少一个。其他反射表面，包括载具的其他车身表面，也是可能的和被考虑的。
如参考图2所述，载具500可以包括一个或多个lidar系统(例如，lidar系统200)，每个lidar系统可以包括被配置为发射光脉冲的至少一个光源。所发射的光脉冲与环境相互作用以提供返回光脉冲。
lidar系统包括至少一个检测器，被配置为检测返回光脉冲的至少一部分。lidar系统也包括具有至少一个处理器(例如，处理器152)和至少一个存储器(例如，存储器154)的控制器(例如，控制器150)。至少一个处理器执行存储在至少一个存储器中的指令，以便执行操作。在一些实施例中，操作包括使至少一个光源发射光脉冲。操作额外可以包括接收来自默认视场的返回光脉冲的至少第一部分作为第一检测光信号。操作还可以包括接收来自扩展视场的返回光脉冲的至少第二部分作为第二检测光信号。操作还包括基于第一检测光信号和第二检测光信号确定指示默认视场和扩展视场内的对象的点云。
操作另外包括接收反射图。反射图可以包括关于反射表面如何将光脉冲反射到扩展视场中的反射信息。在这种场景下，确定点云可以进一步基于反射图。反射信息可以包括反射表面的角度、反射表面的姿态或关于反射表面的表面曲率的信息中的至少一个。
在包括控制器的实施例中，操作可以包括基于返回光脉冲确定一个或多个楼梯对象。一个或多个楼梯对象可以包括楼梯的各个台阶或其他类似对象。将会理解，其他对象和/或障碍物(例如门、走廊、通道、大门、窗户、门槛等)在本公开的范围内都被考虑。
在这种情况下，响应于确定一个或多个楼梯对象，操作可以包括调整载具的操作行为。例如，操作行为可以从平坦表面移动修改为楼梯遍历移动。操作行为的其他调整也是可能的和被考虑的。
如本文所述，反射表面可以设置在lidar系统的两英尺内。替代地，反射表面可以设置得更靠近或更远离lidar系统。
在一些实施例中，扩展视场的至少一部分可以设置在lidar系统上方。附加地或替代地，扩展视场的至少一部分可以设置在lidar系统下方。
图6图示根据示例实施例的操作场景600的俯视图。操作场景600可以包括沿着载具500的右侧、沿着右前侧围板安装的lidar系统200。在示例实施例中，lidar系统200可以围绕第一轴(例如，第一轴111和/或z轴)旋转。当围绕第一轴旋转时，lidar系统200可以通过用旋转镜组件(例如，镜组件130)重定向光脉冲来将光脉冲发射到其环境中。在这种场景下，至少一些光脉冲可以与反射表面180相互作用，以便向扩展视场182反射一些光脉冲。
图6图示沿着地表面的示例光发射模式。如图3所示，沿着地面的光发射模式可以包括默认视场102的一部分和扩展视场182的一部分。尽管图6将默认视场102和扩展视场182图示为不重叠，但是在一些实施例中，默认视场102的至少一部分可以与扩展视场182重叠。
如图6所示，扩展视场182可以提供对紧邻lidar系统200下方的处于载具500的接近范围处的对象的检测。这样，扩展视场182可以是有益的，因为它可以在常规未覆盖的视场中提供lidar覆盖。因此，操作场景600可以图示比传统系统具有更好安全性的系统。
IV.示例方法
图7图示根据示例实施例的方法700。将会理解，方法700可以包括比本文明确图示或公开的步骤或块更少或更多的步骤或块。此外，方法700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被执行一次或多次。在一些实施例中，方法700的一些或所有块或步骤可以由控制器150和/或系统100、300、400和lidar系统200的其他元件来执行，如分别关于图1、图3、图4和图2A-图2D所图示和描述的。
块702包括使lidar系统(例如，lidar系统200)的至少一个光源(例如，光发射器设备126)向默认视场(例如，默认视场102)和反射表面(例如，反射表面180)发射光脉冲。反射表面可以被配置为向扩展视场(例如，扩展视场182)反射光脉冲的一部分。所发射的光脉冲与lidar系统的环境相互作用，以提供返回光脉冲。
块704包括接收来自默认视场的返回光脉冲的至少第一部分作为第一检测光信号。在一些实施例中，接收返回光脉冲的第一部分可以包括检测来自默认视场的反射光脉冲。第一检测光信号可以基于通过一个或多个检测器(例如，光电探测器122)对反射光脉冲的相应检测来形成。
块706包括接收来自扩展视场的返回光脉冲的至少第二部分作为第二检测光信号。在一些实施例中，接收返回光脉冲的第二部分可以包括检测来自扩展视场的反射光脉冲。第二检测光信号可以基于通过一个或多个检测器(例如，光电探测器122)对反射光脉冲的相应检测来形成。
块708包括基于第一检测光信号和第二检测光信号确定指示默认视场和扩展视场内的对象的点云。在一些实施例中，确定点云可以包括将第一检测光信号和第二检测光信号与多个空间测距点相关联。例如，每个空间测距点可以基于每个相应光脉冲的发射角度以及初始发出时间和后续检测时间之间的飞行时间来确定。
在一些实施例中，扩展视场和默认视场不完全重叠。例如，默认视场可以限定至少一个盲区。在这种场景下，扩展视场可以与至少一个盲区的至少一部分重叠。
在一些实施例中，方法700可以另外包括接收反射图。在示例中，控制器150可以通过有线或无线通信接口接收反射图。在一些实施例中，可以基于校准目标和/或校准程序来提供反射图。反射图可以存储在存储器154或另一个本地存储器中。
在一些实施例中，反射图包括关于反射表面如何将光脉冲反射到扩展视场中的反射信息。作为示例，反射图可以包括俯仰角及方位角中的发射角和与扩展视场相交的反射光脉冲发射矢量之间的对应关系。在这种场景下，确定点云可以进一步基于反射图。
在一些示例中，反射信息可以包括反射表面的角度、反射表面的姿态或反射表面的表面曲率中的至少一个。
附加地或替代地，反射信息可以包括查找表(LUT)。例如，LUT可以包括指示默认光脉冲发射矢量和反射光脉冲发射矢量的信息。
图中所示的布置不应被视为限制性的。将会理解，其他实施例可以包括给定附图中所示的更多或更少的每个元件。此外，一些图示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图示的元件。
表示信息处理的步骤或块能够与能够被配置为执行本文描述的方法或技术的特定逻辑功能的电路相对应。替代地或附加地，表示信息处理的步骤或块能够与程序代码(包括相关数据)的模块、片段或一部分相对应。程序代码能够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/或相关数据能够被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。
计算机可读介质还能够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，如寄存器存储器、处理器高速缓存和随机存取存储器(RAM)。计算机可读介质还能够包括长期存储程序代码和/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辅助或永久长期存储器，如只读存储器(ROM)、光盘或磁盘、光盘只读存储器(CD-ROM)。计算机可读介质也能够是任何其他易失性或非易失性存储系统。例如，计算机可读介质能够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。各种公开的示例和实施例是出于说明的目的，而不是为了限制，真实的范围由所附权利要求指示。

Claims (22)

1.一种系统，包括：
lidar系统，被配置为向所述系统的环境发射光脉冲，以便提供指示默认视场内的对象的信息，其中，所述lidar系统包括：
可旋转基座，被配置为围绕第一轴旋转；
可旋转镜，耦合到可旋转基座，其中，可旋转镜被配置为围绕第二轴旋转；
至少一个光源，被配置为发射光脉冲，其中，所发射的光脉冲与环境相互作用以提供返回光脉冲；和
至少一个检测器，被配置为检测所述返回光脉冲的至少一部分；以及
反射表面，光学耦合到所述lidar系统，其中，反射表面被配置为反射所发射的光脉冲的至少一部分，以便提供扩展视场，其中，所述lidar系统被进一步配置为提供指示扩展视场内的对象的信息。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，扩展视场和默认视场不完全重叠。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，默认视场限定至少一个盲区，并且其中，扩展视场与所述至少一个盲区的至少一部分重叠。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反射表面包括平面镜、凸面镜、凹面镜或多面镜阵列中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光脉冲包括波长为λ的光，其中，所述反射表面包括平面镜，平面镜具有用光学干涉技术测量的、在λ和λ/100之间的平坦度。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述反射表面被设置在所述lidar系统的两英尺内。
7.根据权利要求1所述的系统，进一步包括：
控制器，包括至少一个处理器和至少一个存储器，其中，所述至少一个处理器执行存储在所述至少一个存储器中的指令，以便实施操作，所述操作包括：
使所述至少一个光源发射光脉冲；
接收来自默认视场的返回光脉冲的至少第一部分作为第一检测光信号；
接收来自扩展视场的返回光脉冲的至少第二部分作为第二检测光信号；和
基于第一检测光信号和第二检测光信号，确定指示默认视场和扩展视场内的对象的点云。
8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述操作进一步包括：
接收反射图，其中，反射图包括关于反射表面如何将光脉冲反射到扩展视场中的反射信息，其中，确定点云进一步基于反射图。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述反射信息包括：反射表面的角度、反射表面的姿态或反射表面的表面曲率中的至少一个。
10.一种方法，包括：
使lidar系统的至少一个光源向默认视场和向反射表面发射光脉冲，反射表面被配置为向扩展视场反射光脉冲的一部分，其中，所发射的光脉冲与lidar系统的环境相互作用以提供返回光脉冲，其中，所述lidar系统包括：
可旋转基座，被配置为围绕第一轴旋转；
可旋转镜，耦合到可旋转基座，其中，可旋转镜被配置为围绕第二轴旋转；
至少一个光源，被配置为发射光脉冲，其中，所发射的光脉冲与环境相互作用以提供返回光脉冲；和
至少一个检测器，被配置为检测返回光脉冲的至少一部分；
接收来自默认视场的返回光脉冲的至少第一部分作为第一检测光信号；
接收来自扩展视场的返回光脉冲的至少第二部分作为第二检测光信号；以及
发送点云数据，其中，所述点云数据基于第一检测光信号和第二检测光信号，并且指示默认视场和扩展视场内的对象。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，扩展视场和默认视场不完全重叠。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，默认视场限定至少一个盲区，并且其中，扩展视场与所述至少一个盲区的至少一部分重叠。
13.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
接收反射图，其中，反射图包括关于反射表面如何将光脉冲反射到扩展视场中的反射信息，其中，确定点云进一步基于反射图。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述反射信息包括反射表面的角度、反射表面的姿态或反射表面的表面曲率中的至少一个。
15.一种载具，包括：
lidar系统，被配置为将光脉冲发射到载具的环境中，以便提供指示默认视场内的对象的信息，其中，所述lidar系统包括：
可旋转基座，被配置为围绕第一轴旋转；
可旋转镜，耦合到可旋转基座，其中，可旋转镜被配置为围绕第二轴旋转；
至少一个光源，被配置为发射光脉冲，其中，所发射的光脉冲与环境相互作用以提供返回光脉冲；和
至少一个检测器，被配置为检测返回光脉冲的至少一部分；以及
反射表面，光学耦合到所述lidar系统，其中，所述反射表面被配置为反射所发射的光脉冲的至少一部分，以便提供扩展视场，其中，所述lidar系统被进一步配置为提供指示扩展视场内的对象的信息。
16.根据权利要求15所述的载具，其中，所述反射表面包括载具的主体的一部分。
17.根据权利要求15所述的载具，其中，所述反射表面包括载具的后视镜或载具的侧视镜中的至少一个。
18.根据权利要求15所述的载具，其中，所述lidar系统包括：
控制器，包括至少一个处理器和至少一个存储器，其中，所述至少一个处理器执行存储在所述至少一个存储器中的指令，以便实施操作，所述操作包括：
使所述至少一个光源发射光脉冲；
接收来自默认视场的返回光脉冲的至少第一部分作为第一检测光信号；
接收来自扩展视场的返回光脉冲的至少第二部分作为第二检测光信号；
发送点云数据，其中，所述点云数据基于第一检测光信号和第二检测光信号，并且指示默认视场和扩展视场内的对象；和
接收反射图，其中，反射图包括关于反射表面如何将光脉冲反射到扩展视场中的反射信息，其中，点云数据进一步基于反射图，其中，反射信息包括反射表面的角度、反射表面的姿态或反射表面的表面曲率中的至少一个。
19.根据权利要求15所述的载具，进一步包括：
控制器，包括至少一个处理器和至少一个存储器，其中，所述至少一个处理器执行存储在所述至少一个存储器中的指令，以便实施操作，所述操作包括：
使所述至少一个光源发射光脉冲；
接收来自默认视场的返回光脉冲的至少第一部分作为第一检测光信号；
接收来自扩展视场的返回光脉冲的至少第二部分作为第二检测光信号；
基于返回光脉冲，确定一个或多个楼梯对象；以及
响应于确定所述一个或多个楼梯对象，调整载具的操作行为。
20.根据权利要求15所述的载具，其中，所述反射表面被设置在lidar系统的两英尺内。
21.根据权利要求15所述的载具，其中，扩展视场的至少一部分被设置在lidar系统上方。
22.根据权利要求15所述的载具，其中，扩展视场的至少一部分被设置在lidar系统下方。
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