CN114442066A - 针对LiDAR的鲁棒性眼安全的方法、系统、设备和存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种针对LiDAR的鲁棒性眼安全的方法、系统、设备和存储介质。描述了用于LiDAR(光检测和测距)安全措施的系统和技术等。所描述的技术包括：在LiDAR的自旋单元处，从基单元接收用于启动激光器的命令；在自旋单元处，从用于检测自旋单元在旋转平面中的旋转的传感器获得测量结果；在自旋单元处，基于测量结果来确定自旋单元的转速是否大于或等于最小转速阈值；以及在自旋单元处，基于确定为自旋单元的转速大于或等于最小转速阈值，响应于命令来启动激光器以产生输出。

Description

针对LiDAR的鲁棒性眼安全的方法、系统、设备和存储介质
技术领域
本申请涉及LiDAR(光检测和测距)技术。
背景技术
LiDAR是一种使用激光和成像电路来获得与其视线内的物理对象有关的数据的技术。LiDAR系统可以产生LiDAR数据。LiDAR数据可以包括用于构建该LiDAR系统周围的环境的表示的三维(3D)或二维(2D)点的集合。
发明内容
根据本发明的一方面，一种设备，包括：激光器，其中，所述设备被配置为使所述激光器在旋转平面中旋转；传感器，用于检测所述设备在所述旋转平面中的旋转；以及控制电路，其被配置为：接收用于启动所述激光器的命令，基于所述传感器的输出来确定所述设备的转速是否大于或等于最小转速阈值，以及基于确定为所述设备的转速大于或等于所述最小转速阈值，响应于所述命令来启动所述激光器以产生输出。
根据本发明的另一方面，一种系统，包括：自旋单元，其包括激光器，所述自旋单元被配置为使所述激光器在旋转平面中旋转；以及基单元，其与所述自旋单元耦接，所述基单元包括用于使所述自旋单元在所述旋转平面中旋转的马达和被配置为发送用于启动所述激光器的命令的处理器，其中，所述自旋单元还包括：传感器，用于检测所述自旋单元在所述旋转平面中的旋转；以及控制电路，其被配置为：接收用于启动所述激光器的所述命令，基于所述传感器的输出来确定所述自旋单元的转速是否大于或等于最小转速阈值，以及基于确定为所述自旋单元的转速大于或等于所述最小转速阈值，响应于所述命令来启动所述激光器以产生输出。
根据本发明的另一方面，一种方法，包括：从LIDAR系统的基单元传输用于启动所述LIDAR系统的自旋单元的激光器的命令，所述自旋单元被配置为使所述激光器在旋转平面中旋转；在所述自旋单元处，接收用于启动所述激光器的所述命令；在所述自旋单元处，获得来自传感器的测量结果，所述传感器用于检测所述自旋单元在所述旋转平面中的旋转；在所述自旋单元处，基于所述测量结果来确定所述自旋单元的转速是否大于或等于最小转速阈值；以及在所述自旋单元处，基于确定为所述自旋单元的转速大于或等于所述最小转速阈值，响应于所述命令来启动所述激光器以产生输出。
根据本发明的另一方面，一种非暂时性计算机可读存储介质，其包括由装置的至少一个处理器执行的至少一个程序，所述至少一个程序包括指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时使得所述装置进行上述方法。
附图说明
图1示出具有自主能力的自主运载工具的示例。
图2示出计算机系统。
图3示出自主运载工具的示例架构。
图4示出感知模块能够使用的输入和输出的示例。
图5示出LiDAR系统的示例。
图6示出操作中的LiDAR系统。
图7示出LiDAR系统的操作的附加细节。
图8示出包括自旋单元和基单元的LiDAR系统的架构的示例。
图9示出LiDAR基单元的架构的示例。
图10示出LiDAR自旋单元的架构的示例。
图11示出LiDAR自旋单元的架构的另一示例。
图12示出在启动LiDAR的激光器之前进行安全检查的处理的示例的流程图。
具体实施方式
在以下描述中，为了解释的目的，阐述了许多具体细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，本发明可以在没有这些具体细节的情况下实施将是明显的。在其它实例中，众所周知的构造和装置是以框图形式示出的，以避免不必要地使本发明模糊。
在附图中，为了便于描述，示出了示意要素(诸如表示装置、模块、指令块和数据要素的那些要素)的具体排列或次序。然而，本领域技术人员应当理解，附图中示意要素的具体次序或排列并不意在意味着要求特定的处理次序或序列、或处理过程的分离。此外，在附图中包含示意要素并不意在意味着在所有实施例中都需要这种要素，也不意在意味着由这种要素表示的特征不能包括在一些实施例中或不能在一些实施例中与其它要素结合。
此外，在附图中，连接要素、诸如实线或虚线或箭头用于例示两个或更多个其它示意要素之间的连接、关系或关联，没有任何此类连接要素并不意在意味着不能存在连接、关系或关联。换句话说，一些要素之间的连接、关系或关联未在附图中示出，以便不使本公开内容模糊。此外，为了便于例示，使用单个连接要素来表示要素之间的多个连接、关系或关联。例如，如果连接要素表示信号、数据或指令的通信，本领域技术人员应理解，这种要素表示影响通信可能需要的一个或多个信号路径(例如，总线)。
现在将详细参考实施例，其示例在附图中例示出。在以下的详细描述中，阐述了许多具体细节，以便提供对所描述的各种实施例的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来说将明显的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施所描述的各种实施例。在其它情况下，没有详细描述众所周知的方法、程序、组件、电路和网络，以便不会不必要地使实施例的方面模糊。
下面描述的若干特征各自可以彼此独立地使用，也可以与其它特征的任何组合一起使用。然而，任何个别特征可能不能解决以上所讨论的任何问题，或者只能解决以上所讨论的问题之一。以上所讨论的一些问题可能不能通过本文所描述的任何一个特征得到充分解决。虽然提供了标题，但在本说明书的其它地方也可以找到与具体标题有关但在具有该标题的部分中未找到的信息。本文根据以下概要描述实施例：
1.总体概述
2.系统概述
3.自主运载工具架构
4.自主运载工具输入
5.LiDAR安全机构
总体概述
自旋型LiDAR技术通过连续旋转包含激光器和光学传感器的LiDAR的自旋单元来进行360度扫描。本申请包括用于这种技术的激光安全措施的技术和系统，这些激光安全措施包括如下的安全措施：确保在根据来自LiDAR的基单元的命令操作激光器之前LiDAR的自旋单元大于或等于最小转速，或者在该单元使得自旋减速或停止的情况下暂停激光器操作。所描述的技术和系统中的一个或多个能够使用自旋单元内的低成本旋转检测传感器(例如，陀螺仪)来确定为在启动激光器之前满足了最小转速。
如果自旋单元停止自旋，则自旋型LiDAR通常采用具有可能对人眼有害的功率输出的激光器和诸如数字照相机等的灵敏的电子装置。例如，对于1550纳米波长，自旋激光器被认为对人眼是安全的，并且因此满足联邦和工业安全指南。然而，如果激光器停止旋转并连续在一个特定方向上发射，则该激光器可能会导致眼睛受到伤害。
当LiDAR的自旋单元的转速不足以防止眼睛受到伤害时，本文所描述的技术和系统能够自动防止或暂停激光器操作。该技术和系统使得LiDAR的自旋单元能够用作激光器操作的最终安全措施，以确保仅当该单元以安全速率自旋时激光器才操作(例如，产生光)。该技术和系统能够针对可能命令自旋单元在不旋转该自旋单元的情况下启动激光器的故障或安全受损的LiDAR基单元给予保护。该技术和系统能够在使用低成本的惯性传感器的自旋单元内实现。该技术和系统能够在最小化或消除未经授权的篡改的硬件中实现。
系统概述
图1示出具有自主能力的自主运载工具100的示例。
如本文所使用的，术语“自主能力”是指一种功能、特征或设施，该功能、特征或设施使运载工具能够部分地或完全地操作，而无需实时的人类干预，包括但不限于完全自主运载工具、高度自主运载工具和有条件自主运载工具。
如本文所使用的，自主运载工具(AV)是一种具有自主能力的运载工具。
如本文所使用的，“运载工具”包括货物或人员的运输方式。例如，小汽车、公共汽车、火车、飞机、无人机、卡车、船只、舰艇、潜水器、飞船等。无人驾驶的小汽车是运载工具的示例。
如本文所使用的，“轨迹”是指将AV从第一时空地点导航到第二时空地点的路径或路线。在实施例中，第一时空地点被称为初始地点或起始地点，第二时空地点被称为目的地、最终地点、目标、目标位置或目标地点。在一些示例中，轨迹由一个或多个路段(例如，道路的数段)组成，并且各路段由一个或多个块(例如，车道或交叉口的一部分)组成。在实施例中，时空地点对应于真实世界地点。例如，时空地点是上车或下车地点，以使人员或货物上车或下车。
如本文所使用的，“(一个或多个)传感器”包括一个或多个硬件组件，用于检测与传感器周围环境有关的信息。一些硬件组件可包括感测组件(例如，图像传感器、生物特征传感器)、传输和/或接收组件(例如，激光或射频波发射器和接收器)、电子组件(诸如，模数转换器)、数据存储装置(诸如，RAM和/或非易失性存储器)、软件或固件组件和数据处理组件(诸如，专用集成电路)、微处理器和/或微控制器。
如本文所使用的，“场景描述”是一种数据结构(例如，列表)或数据流，其包括由AV运载工具上的一个或多个传感器检测到的一个或多个分类或标记的对象，或由AV外部的源提供的一个或多个分类或标记的对象。
如本文所使用的，“道路”是一个可以被运载工具穿过的物理区域，并且可以对应于已命名的通道(例如，城市街道、州际高速公路等)或可对应于未命名的通道(例如，房屋或办公楼内的行车道、停车场的一段、空置停车场的一段、乡村区域的污物通道等)。因为有些运载工具(例如，四轮驱动的小卡车、越野车(SUV)等)能够穿过各种不特别适合运载工具行驶的物理区域，因此“道路”可以是任何市政当局或其它政府或行政机构没有正式定义为一条通道的物理区域。
如本文所使用的，“车道”是道路的可被运载工具穿越的部分。有时基于车道标记来识别车道。例如，车道可对应于车道标记之间的大部分或全部空间，或仅对应于车道标记之间的部分空间(例如，小于50％)。例如，具有相距很远的车道标记的道路可能容纳两个或两个以上的运载工具，使得一个运载工具可以在不穿过车道标记的情况下超过另一个运载工具，因此可被解释为车道比车道标记之间的空间窄，或车道之间有两个车道。在没有车道标记的情况下，也可以对车道进行解释。例如，可以基于环境的物理特征(例如，农村地区的岩石和沿着大道的树木、或者例如在欠发达地区应避免的自然障碍物)来定义车道。也可以独立于车道标记或物理特征来解释车道。例如，可以基于原本缺少将会被解释为车道边界的特征的在区域中无障碍物的任意路径来解释车道。在示例情景中，AV可以解释通过田野或空地的无障碍物部分的车道。在另一示例情景中，AV可以解释通过不具有车道标记的宽(例如，足够两个或更多个车道宽)道路的车道。在该情景中，AV可以将与车道有关的信息通信至其它AV，使得其它AV可以使用相同的车道信息来协调AV之间的路径规划。
“一个或多个”包括由一个要素执行的功能、由多个要素例如以分布式的方式执行的功能、由一个要素执行的若干功能、由若干要素执行的若干功能、或上述的任何组合。
还将理解的是，尽管在一些情况下，术语“第一”、“第二”等在本文中是用来描述各种要素的，但这些要素不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个要素与另一个要素。例如，在未背离各种所描述的实施例的范围的情况下，第一触点可被称为第二触点，并且类似地，第二触点可被称为第一触点。第一触点和第二触点两者都是触点，但它们不是相同触点。
在本文所描述的各种实施例的说明书中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是意在限制。如在所描述的各种实施例的说明书和所附权利要求书中所使用的，单数形式“a”、“an”和“the”也意在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。还将理解的是，如本文所使用的“和/或”是指并且包括一个或多个相关清单项目的任何和所有可能的组合。还将理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”、“包含”、“具备”和/或“具有”时，具体说明存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、要素和/或组件，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、要素、组件、和/或其群组。
如本文所使用的，取决于上下文，术语“如果”可选地被理解为意指“当”或“在当时”或“响应于确定为”或“响应于检测到”。类似地，取决于上下文，短语“如果已确定”或“如果[所陈述的条件或事件]已被检测到”可选地被理解为意指“在确定时”或“响应于确定为“或”在检测到[所陈述的条件或事件]时”或“响应于检测到[所陈述的条件或事件]”。
如本文所使用的，AV系统是指AV以及支持AV操作的硬件、软件、存储的数据和实时生成的数据的阵列。在实施例中，AV系统并入在AV内。在实施例中，AV系统跨若干地点分布。
一般而言，本文件描述了适用于任何具有一种或多种自主能力的运载工具的技术，包括完全自主运载工具、高度自主运载工具和有条件自主运载工具，诸如分别为所谓的第5级、第4级和第3级运载工具(见SAE国际标准J3016：道路上机动车自动驾驶系统相关术语的分类和定义，通过引用将其全部内容并入本文件，用于了解运载工具自主权等级的更多详细信息)。本文件所描述的技术也适用于部分自主运载工具和驾驶员辅助运载工具，诸如所谓的第2级和第1级运载工具(见SAE国际标准J3016：道路上机动车自动驾驶系统相关术语的分类和定义)。在实施例中，一个或多个第1级、第2级、第3级、第4级和第5级运载工具系统可基于对传感器输入的处理，在某些操作条件下自动执行某些运载工具操作(例如，转向、制动和使用地图)。本文件中所描述的技术可以使从完全自主运载工具到人类操作的运载工具范围内的任何级别的运载工具受益。
自主运载工具与需要人类驾驶员的运载工具相比存在优势。一个优势是安全性。例如，在2016年，美国经历了600万起汽车事故、240万人受伤、40000人死亡和1300万辆运载工具碰撞事故，估计社会成本为9100亿美元多。从1965年到2015年，每行驶1亿英里的美国交通事故死亡人数已从约6人减少到约1人，部分是由于运载工具中所部署的附加安全措施。例如，认为与将发生碰撞有关的额外半秒的警告减轻了60％的前后碰撞。然而，被动安全特征(例如，安全带、安全气囊)在改进该数字方面有可能已达到它们的极限。因而，诸如运载工具的自动控制等的主动安全措施是改进这些统计数据的可能的下一步。由于在95％的碰撞中认为人类驾驶员是造成严重碰撞前事件的原因，因此自动驾驶系统例如通过以下操作，有可能实现更好的安全结果：比人类更好地可靠地识别和避免紧急情况；做出比人类更好的决策，比人类更好地遵守交通法规，并且比人类更好地预测将来事件；并且比人类更好地可靠地控制运载工具。
参考图1，AV系统120使运载工具100沿着轨迹198操作，穿过环境190至目的地199(有时称为最终地点)，同时避开对象(例如，自然障碍物191、运载工具193、行人192、骑车者和其它障碍物)和遵守道路规则(例如，操作规则或驾驶偏好)。
在实施例中，AV系统120包括用于从计算机处理器146接收操作命令并对其进行操作的装置101。使用术语“操作命令”来表示使得运载工具进行动作(例如，驾驶机动动作)的可执行指令(或指令集)。操作命令可以非限制性地包括用于使运载工具开始向前移动、停止向前移动、开始向后移动、停止向后移动、加速、减速、进行左转和进行右转的指令。在实施例中，计算处理器146与下面参考图2描述的处理器204相似。装置101的示例包括转向控制器102、制动器103、挡位、加速踏板或其它加速控制机构、挡风玻璃雨刮器、侧门锁、窗控器和转向指示器。
在实施例中，AV系统120包括用于测量或推断运载工具100的状态或条件的属性的传感器121，这些属性诸如是AV的位置、线速度和角速度及线加速度和角加速度、以及航向(例如，运载工具100的前端的方向)。传感器121的示例是GPS、测量运载工具线加速度和角速率两者的惯性测量单元(IMU)、用于测量或估计轮滑移率的轮速率传感器、轮制动压力或制动扭矩传感器、引擎扭矩或轮扭矩传感器以及转向角度和角速率传感器。
在实施例中，传感器121还包括用于感测或测量AV的环境的属性的传感器。例如，可见光、红外或热(或两者兼有)光谱的单目或立体摄像机122，LiDAR 123，RADAR，超声波传感器，飞行时间(TOF)深度传感器，速率传感器，温度传感器，湿度传感器和降水传感器。
在实施例中，AV系统120包括数据存储单元142和存储器144，用于存储与计算机处理器146相关联的机器指令或由传感器121收集的数据。在实施例中，数据存储单元142与以下关于图2描述的ROM 208或存储装置210类似。在实施例中，存储器144与下面描述的主存储器206类似。在实施例中，数据存储单元142和存储器144存储有关环境190的历史、实时和/或预测性信息。在实施例中，存储的信息包括地图、驾驶性能、交通拥堵更新或天气条件。在实施例中，与环境190有关的数据从远程数据库134通过通信信道传输到运载工具100。
在实施例中，AV系统120包括通信装置140，用于将对其它运载工具的状态和条件(诸如位置、线速度和角速度、线加速度和角加速度、以及线航向和角航向)测量或推断的属性传送到运载工具100。这些装置包括运载工具到运载工具(V2V)和运载工具到基本设施(V2I)通信装置以及用于通过点对点或自组织(ad hoc)网络或两者进行无线通信的装置。在实施例中，通信装置140跨电磁频谱(包括无线电和光通信)或其它介质(例如，空气和声介质)进行通信。运载工具对运载工具(V2V)、运载工具对基本设施(V2I)通信(以及在一些实施例中为一种或多种其它类型的通信)的组合有时被称为运载工具对所有事物(V2X)通信。V2X通信通常符合一个或多个通信标准，用于与自主运载工具进行的和在自主运载工具之间的通信。
在实施例中，通信装置140包括通信接口。例如，有线、无线、WiMAX、Wi-Fi、蓝牙、卫星、蜂窝、光、近场、红外或无线电接口。通信接口将数据从远程数据库134传输到AV系统120。在实施例中，远程数据库134还存储和传输数字数据(例如，存储诸如道路和街道地点的数据)。这些数据存储在运载工具100上的存储器144中，或者通过通信信道从远程数据库134传输到运载工具100。
在实施例中，远程数据库134存储和传输与以前在一天中类似时间沿着轨迹198行驶的运载工具的驾驶属性有关的历史信息(例如，速率和加速度分布)。在一个实现中，这种数据能够存储在运载工具100上的存储器144中，或者通过通信信道从远程数据库134传输到运载工具100。
位于运载工具100上的计算机处理器146基于实时传感器数据和先验信息两者以算法方式生成控制动作，允许AV系统120执行其自主驾驶能力。
在实施例中，AV系统120包括耦接到计算机处理器146的计算机外围设备132，用于向运载工具100的用户(例如，乘员或远程用户)提供信息和提醒并接收来自该用户的输入。在实施例中，外围设备132类似于下面参考图2讨论的显示器212、输入装置214和光标控制器216。耦接是无线的或有线的。任意两个或更多个的接口装置可以集成到单个装置中。
在实施例中，AV系统120接收并强制执行例如由乘员指定的或者存储在与乘员相关联的简档中的乘员的隐私级别。乘员的隐私级别确定了如何许可使用存储在乘员简档中的以及/或者存储在云服务器136上且与乘员简档相关联的、与乘员相关联的特定信息(例如，乘员舒适度数据、生物测量数据等)。在实施例中，隐私级别指定了一旦搭乘完成则被删除的与乘员相关联的特定信息。在实施例中，隐私级别指定了与乘员相关联的特定信息，并且标识被授权访问该信息的一个或多个实体。被授权访问信息的所指定的实体的示例可以包括其它AV、第三方AV系统、或者可以潜在地访问该信息的任何实体。
可以在一个或多个粒度级别指定乘员的隐私级别。在实施例中，隐私级别标识要存储或共享的特定信息。在实施例中，隐私级别适用于与乘员相关联的所有信息，使得乘员可以指定不存储或共享她的个人信息。被许可访问特定信息的实体的指定也可以在各种粒度级别指定。被许可访问特定信息的各种实体集例如可以包括其它AV、云服务器136、特定第三方AV系统等。
在实施例中，AV系统120或云服务器136确定AV 100或另一实体是否可访问与乘员相关联的某些信息。例如，试图访问与特定时空地点有关的乘员输入的第三方AV系统必须例如从AV系统120或云服务器136获得授权，以访问与乘员相关联的信息。例如，AV系统120使用乘员的指定隐私级别来确定是否可以将与时空地点有关的乘员输入呈现给第三方AV系统、AV 100或另一AV。这使得乘员的隐私级别能够指定允许哪些其它实体接收与乘员的动作有关的数据或与乘员相关联的其它数据。
图2示出计算机系统200。在实现中，计算机系统200是一种专用计算装置。专用计算装置被硬连线以执行这些技术，或包括诸如一个或多个专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)的被持久编程为执行上述技术的数字电子装置，或能够包括一个或多个通用硬件处理器，这些硬件处理器经编程以根据固件、存储器、其它存储器、或者组合中的程序指令执行这些技术。这种专用的计算装置还能够将定制的硬线逻辑、ASIC或FPGA与定制的编程相结合来完成这些技术。在各种实施例中，专用计算装置是台式计算机系统、便携式计算机系统、手持装置、网络装置或包含硬线和/或程序逻辑以实现这些技术的任何其它装置。
在实施例中，计算机系统200包括总线202或用于传达信息的其它通信机制、以及与总线202耦接以处理信息的处理器204。处理器204是例如通用微处理器。计算机系统200还包括主存储器206，诸如随机存取存储器(RAM)或其它动态存储装置，该主存储器206耦接到总线202以存储信息和指令，该信息和指令由处理器204执行。在一个实现中，主存储器206用于在执行要由处理器204执行的指令期间存储临时变量或其它中间信息。当这些指令存储在处理器204可访问的非暂时性存储介质中时，使计算机系统200变成一个专用机器，该机器被定制以执行指令中指定的操作。
在实施例中，计算机系统200还包括只读存储器(ROM)208或耦接到总线202的其它静态存储装置，用于存储处理器204的静态信息和指令。提供诸如磁盘、光盘、固态驱动器或三维交叉点存储器的存储装置210，并且该存储装置210耦接到总线202以存储信息和指令。
在实施例中，计算机系统200通过总线202耦接到诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体显示器、发光二极管(LED)显示器或用于向计算机用户显示信息的有机发光二极管(OLED)显示器的显示器212。包括字母数字键和其它键的输入装置214耦接到总线202，用于向处理器204传送信息和命令选择。另一种类型的用户输入装置是光标控制器216，诸如鼠标、轨迹球、触控显示器或光标方向键，用于将方向信息和命令选择传送到处理器204，并用于控制光标在显示器212上的移动。这种输入装置通常具有两个轴(第一轴(例如，x轴)和第二轴(例如，y轴))上的两个自由度，这两个轴允许装置指定平面上的位置。
根据一个实施例，本文的技术由计算机系统200响应于处理器204执行主存储器206中包含的一个或多个指令的一个或多个序列而执行。这些指令从诸如存储装置210的另一存储介质读入主存储器206。执行主存储器206中包含的指令序列使处理器204执行本文所描述的过程步骤。在替代实施例中，使用硬连线电路代替或与软件指令结合使用。
如本文所使用的术语“存储介质”是指存储数据和/或指令的任何非暂时性介质，这些数据和/或指令使机器以特定方式操作。这种存储介质包括非易失性介质和/或易失性介质。非易失性介质例如包括诸如存储装置210的光盘、磁盘、固态驱动器或三维交叉点存储器。易失性介质包括动态存储器，诸如主存储器206。存储介质的常见形式包括例如软盘、软磁盘、硬盘、固态驱动器、磁带或任何其它磁数据存储介质、CD-ROM、任何其它光数据存储介质、任何具有孔型的物理介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、NV-RAM、或任何其它存储芯片或存储盒。
存储介质有别于传输介质，但可以与传输介质相结合使用。传输介质参与存储介质之间的信息传输。例如，传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，其包括具备总线202的电线。传输介质也可以采取声波或光波的形式，诸如在无线电波和红外数据通信过程中产生的声波或光波。
在实施例中，各种形式的介质涉及将一个或多个指令的一个或多个序列承载到处理器204以供执行。例如，这些指令最初是在远程计算机的磁盘或固态驱动器上执行的。远程计算机将指令加载到其动态存储器中，并使用调制解调器通过电话线路发送指令。计算机系统200的本地调制解调器接收电话线路上的数据，并使用红外发射器将数据转换为红外信号。红外检测器接收红外信号中承载的数据，并且适当的电路将数据放置在总线202上。总线202将数据承载到主存储器206，处理器204从主存储器206检索并执行指令。主存储器206接收的指令能够可选地在处理器204执行之前或之后存储在存储装置210上。
计算机系统200还包括耦接到总线202的通信接口218。通信接口218提供耦接到连接至本地网络222的网络链路220的双向数据通信。例如，通信接口218是综合业务数字网(ISDN)卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器或用以提供与相应类型电话线路的数据通信连接的调制解调器。作为另一示例，通信接口218是局域网(LAN)卡，用于提供与兼容LAN的数据通信连接。在一些实现中，无线链路也被实现。在任何这种实现中，通信接口218发送和接收承载表示各种类型的信息的数字数据流的电、电磁或光信号。
网络链路220通常通过一个或多个网络向其它数据装置提供数据通信。例如，网络链路220通过本地网络222提供与主计算机224或与由因特网服务提供商(ISP)226运营的云数据中心或设备的连接。ISP 226又通过现在通常称为“因特网”228的世界范围分组数据通信网络来提供数据通信服务。本地网络222和因特网228两者都使用承载数字数据流的电、电磁或光信号。通过各种网络的信号以及网络链路220上并通过通信接口218的信号是传输介质的示例形式，其中这些信号承载了进出计算机系统200的数字数据。
计算机系统200通过(一个或多个)网络、网络链路220和通信接口218发送消息和接收包括程序代码的数据。在实施例中，计算机系统200接收用于处理的代码。接收到的代码在接收到时由处理器204执行，和/或存储在存储装置210中，或存储在其它非易失性存储装置中以便以后执行。
自主运载工具架构
图3示出用于自主运载工具(例如，图1所示的运载工具100)的示例架构300。架构300包括感知模块302(有时称为感知电路)、规划模块304(有时称为规划电路)、控制模块306(有时称为控制电路)、定位模块308(有时称为定位电路)和数据库模块310(有时称为数据库电路)。各模块在运载工具100的操作中发挥作用。共同地，模块302、304、306、308和310能够是图1所示的AV系统120的一部分。在一些实施例中，模块302、304、306、308和310中的任何模块是计算机软件(例如，计算机可读介质上所存储的可执行代码)和计算机硬件(例如，一个或多个微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、硬件存储器装置、其它类型的集成电路、其它类型的计算机硬件、或者这些硬件中的任何或所有的组合)的组合。模块302、304、306、308和310各自有时被称为处理电路(例如，计算机硬件、计算机软件、或者这两者的组合)。模块302、304、306、308和310中的任何或全部的组合也是处理电路的示例。
在使用中，规划模块304接收表示目的地312的数据，并且确定表示运载工具100为了到达(例如，抵达)目的地312而可以行驶的轨迹314(有时称为路线)的数据。为了使规划模块304确定表示轨迹314的数据，规划模块304从感知模块302、定位模块308和数据库模块310接收数据。
感知模块302使用例如也如图1所示的一个或多个传感器121来识别附近的物理对象。将对象分类(例如，分组成诸如行人、自行车、汽车、交通标志等的类型)，并且将包括经分类的对象316的场景描述提供至规划模块304。
规划模块304还从定位模块308接收表示AV位置318的数据。定位模块308通过使用来自传感器121的数据和来自数据库模块310的数据(例如，地理数据)以计算位置来确定AV位置。例如，定位模块308使用来自GNSS(全球导航卫星系统)传感器的数据和地理数据来计算AV的经度和纬度。在实施例中，定位模块308所使用的数据包括具有行车道几何属性的高精度地图、描述道路网络连接属性的地图、描述行车道物理属性(诸如交通速率、交通量、运载工具和自行车车道的数量、车道宽度、车道交通方向、或车道标记类型和地点，或者它们的组合)的地图、以及描述道路特征(诸如十字路口、交通标志或各种类型的其它行驶信号等)的空间地点的地图。在实施例中，高精度地图是通过将数据经由自动或手动注释添加到低精度地图所构建的。
控制模块306接收表示轨迹314的数据和表示AV位置318的数据，并且以将使得运载工具100行驶轨迹314到达目的地312的方式来操作AV的控制功能320a～320c(例如，转向、油门、制动、点火)。例如，如果轨迹314包括左转，则控制模块306将以如下方式操作控制功能320a～320c：转向功能的转向角度将使得运载工具100左转，并且油门和制动将使得运载工具100在进行转弯之前暂停并等待经过的行人或运载工具。
自主运载工具输入
图4示出感知模块302(图3)所使用的输入402a-402d(例如，图1中所示的传感器121)和输出404a-404d(例如，传感器数据)的示例。一个输入402a是LiDAR(光检测和测距)系统(例如，图1所示的LiDAR 123)。LiDAR是使用激光(例如，诸如红外光或其它光学波形的光等的一道光)来获得与其视线中的物理对象有关的数据的技术。LiDAR系统产生LiDAR数据作为输出404a。例如，LiDAR数据是用于构造环境190的表示的3D或2D点(也称为点云)的集合。
另一输入402b是RADAR(雷达)系统。RADAR是使用无线电波来获得与附近的物理对象有关的数据的技术。RADAR可以获得与不在LiDAR系统的视线内的对象有关的数据。RADAR系统产生RADAR数据作为输出404b。例如，RADAR数据是用于构造环境190的表示的一个或多个射频电磁信号。
另一输入402c是照相机系统。照相机系统使用一个或多个照相机(例如，使用诸如电荷耦接器件[CCD]等的光传感器的数字照相机)来获取与附近的物理对象有关的信息。照相机系统产生照相机数据作为输出404c。照相机数据通常采用图像数据(例如，诸如RAW、JPEG、PNG等的图像数据格式的数据)的形式。在一些示例中，照相机系统具有例如为了立体影像(立体视觉)的目的的多个独立照相机，这使得照相机系统能够感知深度。尽管照相机系统所感知的对象在这里被描述为“附近”，但这是相对于AV而言的。在一些实施例中，照相机系统被配置为“看见”远处的(例如，AV前方的远至1公里或更远的)对象。因此，在一些实施例中，照相机系统具有为了感知遥远的对象而优化的诸如传感器和镜头等的特征。
另一输入402d是交通灯检测(TLD)系统。TLD系统使用一个或多个照相机来获得与交通灯、街道标志和提供视觉导航信息的其它物理对象有关的信息。TLD系统产生TLD数据作为输出404d。TLD数据经常采用图像数据(例如，诸如RAW、JPEG、PNG等的图像数据格式的数据)的形式。TLD系统与包含照相机的系统的不同之处在于：TLD系统使用具有宽视场(例如，使用广角镜头或鱼眼镜头)的照相机，以获得与尽可能多的提供视觉导航信息的物理对象有关的信息，使得运载工具100能够访问这些对象所提供的所有相关导航信息。例如，TLD系统的视角为约120度或更大。
在一些实施例中，使用传感器融合技术来组合输出404a-404d。因而，将个体输出404a-404d提供至运载工具100的其它系统(例如，提供至如图3所示的规划模块304)，或者可以采用相同类型的单个组合输出或多个组合输出(例如，使用相同组合技术或组合相同输出或者这两者)或不同类型的单个组合输出或多个组合输出(例如，使用不同的各个组合技术或组合不同的各个输出或者这两者)的形式，将组合输出提供至其它系统。在一些实施例中，使用早期融合技术。早期融合技术的特征在于：在将一个或多个数据处理步骤应用到组合输出之前，将输出组合。在一些实施例中，使用后期融合技术。后期融合技术的特征在于：在将一个或多个数据处理步骤应用到个体输出之后，将输出组合。
图5示出LiDAR系统502的示例(例如，图4所示的输入402a)。LiDAR系统502从发光器506(例如，激光发射器)发射光504a-504c。LiDAR系统所发射的光通常不在可见光谱中；例如，经常使用红外光。所发射的光504b中的一些光遇到物理对象508(例如，运载工具)并且反射回到LiDAR系统502。(从LiDAR系统发射的光通常不会穿透物理对象，例如，实心形式的物理对象。)LiDAR系统502还具有用于检测反射光的一个或多个光检测器510。在实施例中，与LiDAR系统相关联的一个或多个数据处理系统生成表示LiDAR系统的视场514的图像512。图像512包括表示物理对象508的边界516的信息。这样，图像512用于确定AV附近的一个或多个物理对象的边界516。
图6示出操作中的LiDAR系统502。在该图所示的情境中，运载工具100接收采用图像602的形式的照相机系统输出404c和采用LiDAR数据点604的形式的LiDAR系统输出404a两者。在使用中，运载工具100的数据处理系统将图像602与数据点604进行比较。特别地，在数据点604中也识别在图像602中识别出的物理对象606。这样，运载工具100基于数据点604的轮廓和密度来感知物理对象的边界。
图7示出LiDAR系统502的操作的附加细节。如上所述，运载工具100基于LiDAR系统502所检测到的数据点的特性来检测物理对象的边界。在实施例中，LiDAR系统502可以安装到运载工具100的顶部，并对其周围进行360度扫描。在扫描期间，LiDAR系统502的激光器保持在旋转平面上自旋以进行连续的360度扫描。扫描输出能够用于检测其它运载工具、地面702、对象708和行人715。如图7所示，诸如地面702等的平坦对象将以一致的方式反射从LiDAR系统502发射的光704a-704d。换句话说，由于LiDAR系统502使用一致的间隔发射光，因此地面702将以相同的一致间隔将光反射回到LiDAR系统502。在运载工具100在地面702上行驶时，在没有东西阻挡道路的情况下，LiDAR系统502将继续检测到由下一个有效地面点706反射的光。然而，如果对象708阻挡道路，则LiDAR系统502所发射的光704e-704f将以与预期一致方式不一致的方式从点710a-710b反射。根据该信息，运载工具100可以确定存在对象708。
LiDAR安全机构
图8示出包括自旋单元801和基单元852的LiDAR系统800的架构的示例。LiDAR系统800可以与诸如运载工具100等的运载工具耦接。然而，LiDAR系统800也可以是不需要运载工具的单独系统，诸如便携式地图绘制系统中所使用的系统等。在本示例中，自旋单元801与基单元852经由轴803机械地耦接，使得基单元852能够经由轴803来使自旋单元801旋转。其它类型的耦接也是可行的。
图9示出图8的LiDAR基单元852的架构的示例。基单元852可以包括处理器模块867、通信模块865、无线电源模块861、马达和马达控制模块860以及无线收发器863。处理器模块867可以包括一个或多个ASIC、FPGA、处理器或其组合。基单元852的无线电源模块861可以向自旋单元801供电。基单元852可以经由诸如Wi-Fi(例如，IEEE 802.11)、蓝牙、光学或其它类型的接口等的接口经由无线收发器863与自旋单元801通信。该接口可以基于诸如802.11或蓝牙等的公用标准，或者可以基于专有设计。其它类型的接口也是可行的。
通信模块865可以使用无线或有线接口来与诸如运载工具100等的外部源通信。处理器模块867可以接收来自外部源的命令以开始成像。处理器模块867可以使得马达和马达控制模块860开始使自旋单元801自旋，并且随后向自旋单元801发出命令以启动其激光器。处理器模块867可以处理来自自旋单元801的图像数据，并将该数据中继到外部源。
图10示出图8的LiDAR自旋单元801的架构的示例。自旋单元801可以包括控制电路830、旋转传感器824、无线电源模块828、无线收发器826、光学传感器822和激光器820。控制电路830可以包括诸如ASIC、FPGA或处理器等的电路。旋转传感器824可以包括用于检测一个或多个旋转平面中的旋转的微机电系统(MEMS)陀螺仪(MEMS陀螺仪)。其它类型的旋转传感器也是可行的，诸如精度单元集成(PCI)陀螺仪或光纤和环形激光陀螺仪等。
无线电源模块828可以从基单元852获得功率并将其遍及自旋单元801分配。无线电源模块828可以包括可再充电电池。激光器820可以被配置为将激光发射到自旋单元801周围的环境中。光学传感器822可以接收激光的反射以创建图像数据，并经由无线收发器826将该图像数据提供至基单元852。
控制电路830可以被配置为经由无线收发器826接收来自处理器模块867的命令以启动激光器820。在启动激光器820之前，控制电路830可以被配置为检查自旋单元的转速。控制电路830可以基于旋转传感器824的输出来确定自旋单元801的转速是否大于或等于最小转速阈值。最小转速阈值可以是基于激光器的功率输出额定值。在实施例中，最小转速阈值足以使得自旋单元801使激光器820旋转，从而在自旋单元801正在旋转并且激光器820被启动期间满足预定眼睛安全功率输出准则(诸如对I类激光装置的功率要求等)。在实施例中，最小转速阈值至少为600RPM(每分钟的转数)。在另一实施例中，最小转速阈值被设置为1200RPM。不同的阈值RPM值也是可行的。此外，用于表示转速的不同单位是可行的，诸如每分钟的弧度等。控制电路830可以将最小转速阈值存储在控制电路830内的或者与控制电路830连接的非易失性存储器中。在实施例中，最小转速阈值被永久编码在控制电路830的逻辑电路中，使得它不能被基单元852或其它外部源改变或超控。
如果转速足够，则控制电路830可以响应于命令启动激光器820以产生激光器输出。例如，该启动可以基于确定为自旋单元801的转速大于或等于最小转速阈值。启动激光器820以产生激光器输出可以包括向激光器820供电、提供适当的启动控制输入信号、或这两者。控制电路830可以被配置为在激光器820被启动期间获得来自旋转传感器824的传感器测量结果。使用传感器测量结果其中至少之一，控制电路830可以被配置为基于确定为自旋单元801设备的转速小于最小转速阈值来暂停激光器820的操作。控制电路830可以在激光器操作暂停期间继续采样，并且一旦转速等于或大于最小转速阈值就恢复激光器操作。
控制电路830可以被配置为经由收发器826向基单元852提供状态信息。状态信息可以包括激光器820是否已被启动、转速、激光器启动命令是否成功、是否由于转速不足而暂停激光器操作等。可以提供其它和不同类型的状态信息。在实施例中，可以使用多个旋转传感器824，并且控制电路830可以使用基于来自各个传感器的多个数据点的投票机构或平均机构来确定是否存在足够的转速。在实施例中，可以使用多个类型的惯性测量单元(IMU)传感器来确定转速。在实施例中，控制电路830可以进行用以补偿漂移的传感器数据调整。
在实施例中，控制电路可以被配置为：接收用于启动激光器的命令；响应于接收到该命令，将旋转传感器的输出与最小转速进行比较，并基于该比较的结果来启动激光器。将旋转传感器的输出与最小转速进行比较可以包括：基于旋转传感器的输出来确定测量到的转速，并将测量到的转速与最小转速进行比较。该比较可以包括确定测量到的转速是否大于或等于最小转速阈值。
图11示出LiDAR自旋单元1101的架构的另一示例。在本示例中，为了简化而省略了诸如光学传感器等的一些LiDAR组件。LiDAR自旋单元1101包括激光器1105、FPGA 1110、旋转传感器1125以及电源和点火控制电路1115。FPGA 1110包括与开关1130耦接的控制逻辑1135，该开关1130位于电源和点火控制电路1115与激光器1105之间。在本示例中，开关1130被包括为FPGA1110的一部分，然而，开关1130可以位于FPGA 1110之外。基于来自旋转传感器1125的转速测量结果，控制逻辑1135可以使得开关1130转变到接通(on)状态，这实现了电源和点火控制电路1115与激光器1105之间的电路，并进而使得激光器1105产生激光器输出。
图12示出用于在启动LiDAR的激光器之前进行安全检查的处理1201的示例的流程图。处理1201可以通过LiDAR的基单元的诸如图9的处理器模块867等的处理器模块和LiDAR的自旋单元的诸如图10的控制电路830等的控制电路来进行。在1205，基单元中的处理器模块传输命令以启动LiDAR的自旋单元的激光器。可以无线地进行自旋单元和基单元之间的通信。
在1210，自旋单元的控制电路接收命令以启动激光器。在1215，控制电路获得来自用于检测自旋单元在旋转平面中的旋转的传感器的测量结果。获得测量结果可以包括从传感器接收传感器事件、为了传感器数据而轮询传感器、或者监视与传感器耦接的线路上的电压。用于获得传感器测量结果的其它技术是可行的。
在1220，控制电路基于该测量结果来确定自旋单元的转速是否大于或等于最小转速阈值。在实施例中，控制电路可以进行一个或多个计算以将传感器测量结果(例如，角速率)转换为转速测量结果(例如，RPM)。如果控制电路确定为自旋单元的转速小于最小转速，则在1225，控制电路可以将错误状态发送到基单元。在实施例中，控制电路被配置为在基于确定为自旋单元的转速小于最小转速阈值而不允许自旋单元进行该命令时，将状态信息提供至基单元。状态信息可以包括指示自旋单元没有正在自旋或正在以过慢的转速自旋的状态值。
否则，如果自旋单元的转速大于或等于最小转速，则在1230，控制电路响应于该命令来启动激光器以产生输出。在已启动期间，控制电路可以进行转速的附加检查。控制电路可以周期性地(例如，每0.1秒、0.5秒、1秒或2秒)获得传感器测量结果。在1235，在激光器被启动期间，控制电路可以获得来自传感器的一个或多个传感器测量结果。在1220再次检查转速，并且如果转速大于或等于最小转速阈值，则控制电路可以在1230维持激光器启动。否则，在1225，控制电路可以发送错误状态并停用激光器。在实施例中，控制电路被配置为基于指示小于最小值的转速的单个测量结果来暂停激光器操作。在另一实施例中，控制电路被配置为基于最后N个样本的移动平均指示平均转速小于最小值来暂停激光器操作，其中，N是大于1的整数。
在先前描述中，已经参考许多具体细节描述了本发明的实施例，这些具体细节可因实现而不同。因此，说明书和附图应被视为说明性的，而非限制性意义的。本发明范围的唯一且排他的指示、以及申请人期望是本发明范围的内容是以发布权利要求书的具体形式从本申请发布的权利要求书的字面和等同范围，包括任何后续修正。本文中明确阐述的用于被包括在此类权利要求中的术语的任何定义应当以此类术语如在权利要求书中所使用的意义为准。另外，当在先前的说明书或所附权利要求书使用术语“还包括”时，该短语的下文可以是附加的步骤或实体、或先前所述的步骤或实体的子步骤/子实体。

Claims (20)

1.一种设备，包括：
激光器，其中，所述设备被配置为使所述激光器在旋转平面中旋转；
传感器，用于检测所述设备在所述旋转平面中的旋转；以及
控制电路，其被配置为：
接收用于启动所述激光器的命令，
基于所述传感器的输出来确定所述设备的转速是否大于或等于最小转速阈值，以及
基于确定为所述设备的转速大于或等于所述最小转速阈值，响应于所述命令来启动所述激光器以产生输出。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述控制电路被配置为在所述激光器被启动期间获得来自所述传感器的传感器测量结果，并且基于使用所述传感器测量结果其中至少之一而确定为所述设备的转速小于所述最小转速阈值来暂停所述激光器的操作。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中，所述设备与被配置为使所述设备旋转的基单元耦接，其中，所述控制电路被配置为从所述基单元接收所述命令。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述控制电路被配置为在基于确定为所述设备的转速小于所述最小转速阈值而不允许所述设备进行所述命令的情况下，将状态信息提供至所述基单元。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，其中，所述最小转速阈值足以使得所述设备使所述激光器旋转，从而在所述设备正在旋转并且所述激光器被启动期间满足预定眼睛安全功率输出准则。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备，其中，所述最小转速阈值至少为每分钟600转。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的设备，其中，所述传感器包括微机电系统陀螺仪即MEMS陀螺仪。
8.一种系统，包括：
自旋单元，其包括激光器，所述自旋单元被配置为使所述激光器在旋转平面中旋转；以及
基单元，其与所述自旋单元耦接，所述基单元包括用于使所述自旋单元在所述旋转平面中旋转的马达和被配置为发送用于启动所述激光器的命令的处理器，
其中，所述自旋单元还包括：
传感器，用于检测所述自旋单元在所述旋转平面中的旋转；以及
控制电路，其被配置为：
接收用于启动所述激光器的所述命令，
基于所述传感器的输出来确定所述自旋单元的转速是否大于或等于最小转速阈值，以及
基于确定为所述自旋单元的转速大于或等于所述最小转速阈值，响应于所述命令来启动所述激光器以产生输出。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述控制电路被配置为在所述激光器被启动期间获得来自所述传感器的传感器测量结果，并且基于使用所述传感器测量结果其中至少之一而确定为所述自旋单元的转速小于所述最小转速阈值来暂停所述激光器的操作。
10.根据权利要求8或9所述的系统，其中，所述控制电路被配置为在基于确定为所述自旋单元的转速小于所述最小转速阈值而不允许所述自旋单元进行所述命令的情况下，将状态信息提供至所述基单元。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的系统，其中，所述最小转速阈值足以使得所述自旋单元使所述激光器旋转，从而在所述自旋单元正在旋转并且所述激光器被启动期间满足预定眼睛安全功率输出准则。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的系统，其中，所述最小转速阈值至少为每分钟600转。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的系统，其中，所述传感器包括微机电系统陀螺仪即MEMS陀螺仪。
14.一种方法，包括：
从LIDAR系统的基单元传输用于启动所述LIDAR系统的自旋单元的激光器的命令，所述自旋单元被配置为使所述激光器在旋转平面中旋转；
在所述自旋单元处，接收用于启动所述激光器的所述命令；
在所述自旋单元处，获得来自传感器的测量结果，所述传感器用于检测所述自旋单元在所述旋转平面中的旋转；
在所述自旋单元处，基于所述测量结果来确定所述自旋单元的转速是否大于或等于最小转速阈值；以及
在所述自旋单元处，基于确定为所述自旋单元的转速大于或等于所述最小转速阈值，响应于所述命令来启动所述激光器以产生输出。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
在所述自旋单元处，在所述激光器被启动期间获得来自所述传感器的传感器测量结果；以及
在所述自旋单元处，基于使用所述传感器测量结果其中至少之一而确定为所述自旋单元的转速小于所述最小转速阈值来暂停所述激光器的操作。
16.根据权利要求14或15所述的方法，还包括：
在基于确定为所述自旋单元的转速小于所述最小转速阈值而不允许所述自旋单元进行所述命令的情况下，通过所述自旋单元将状态信息提供至所述基单元。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中，所述最小转速阈值足以使得所述自旋单元使所述激光器旋转，从而在所述自旋单元正在旋转并且所述激光器被启动期间满足预定眼睛安全功率输出准则。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的方法，其中，所述最小转速阈值至少为每分钟600转。
19.根据权利要求14至18中任一项所述的方法，其中，所述传感器包括微机电系统陀螺仪即MEMS陀螺仪。
20.一种非暂时性计算机可读存储介质，其包括由装置的至少一个处理器执行的至少一个程序，所述至少一个程序包括指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时使得所述装置进行根据权利要求14至19中任一项所述的方法。
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