CN115685149A - 光控制装置、控制方法和存储介质 - Google Patents

光控制装置、控制方法和存储介质 Download PDF

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Abstract

本LIDAR单元(100)包括：相当于发射单元的LD驱动器(12)、激光二极管(13)和扫描器(14)；相当于光接收单元的光接收元件(16)、电流电压转换电路(17)和A/D转换器(18)；获取表示地标在地图上的位置的位置信息的地标位置预测单元(2)和地标地图获取单元(3)；以及产生可变脉冲触发信号(S2)和区段提取信号(S3)的同步控制单元(11)。地标位置预测单元(2)基于车辆当前位置的预测值和地标在地图上的位置来确定地标被预测存在的预测角度范围(Rtag)。同步控制器(11)产生可变脉冲触发信号(S2)和区段提取信号(S3)，以使得光脉冲在预测角度范围(Rtag)内的扫描密度高于光脉冲在其他范围内的扫描密度。

Description

光控制装置、控制方法和存储介质
本申请是申请日为2015年10月6日、申请号为201580083052.2、发明名称为“光控制装置、控制方法、程序和存储介质”的专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种测量用的光脉冲的传输控制技术。
背景技术
通常，存在已知的测量到外围对象物的距离的技术。例如，专利文献1公开了一种装备有激光雷达LIDAR的车载系统，该LIDAR通过利用间歇性发射的激光来扫描水平方向并接收反射的激光来检测对象物表面的点群。
专利文献1：日本专利申请特开2014-89691
发明内容
本发明所要解决的问题
在利用激光雷达捕捉位于周边环境中的地标的情况下，当地标在扫描平面上相比于扫描角分辨率较小时，例如，当地标位置远时，地标对应的测量点太小以致于无法正确分辨地标的形状或类似物。
以上为本发明所要解决的问题的示例。本发明的目的是提供一种能够对位于测量范围内的地标进行精确测量的光控制装置。
解决上述问题的方法
一种发明是一种光控制装置，其包括：传输/接收单元，其配置为包括发射单元和光接收单元，发射单元发射光并同时改变光的出射方向，接收单元接收光；第一获取单元，配置为获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；以及控制单元，配置为控制发射单元，其中，控制单元将指定对象物存在的第一方向上的控制和其他方向上的控制区分开来，第一方向是基于移动体的当前位置信息和第一信息推测出的。
另一种发明是一种光控制装置，包括：传输/接收单元，配置为包括发射光的发射单元和接收光的光接收单元；第一获取单元，配置为获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；以及确定单元，配置为基于第一信息和移动体的当前位置信息确定发射单元发射光的范围。
又一种发明是一种由光控制装置实现的控制方法，所述光控制装置控制传输/接收单元，传输/接收单元包括发射单元和光接收单元，发射单元发射光并同时改变光的出射方向，接收单元接收光，所述控制方法包括：第一获取过程，获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；以及控制过程，控制发射单元，其中，控制过程将指定对象物存在的第一方向上的控制和其他方向上的控制区分开来，第一方向是基于移动体的当前位置信息和第一信息推测出的。
又一种发明是一种存储由计算机执行的程序的存储介质，所述计算机控制传输/接收单元，传输/接收单元包括发射单元和光接收单元，发射单元发射光并同时改变光的出射方向，接收单元接收光，所述程序使得计算机作为以下项而发挥作用：第一获取单元，配置为获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；以及控制单元，配置为控制发射单元，其中，控制单元将指定对象物存在的第一方向上的控制和其他方向上的控制区分开来，第一方向是基于移动体的当前位置信息和第一信息推测出的。
又一种发明是一种光控制装置，包括：传输/接收单元，配置为包括发射单元和光接收单元，发射单元发射光并同时改变光的出射方向，接收单元接收光；第一获取单元，配置为获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；以及控制单元，配置为基于移动体的当前位置信息和所述第一信息，控制发射单元在以第一频率发射光的第一发射模式和以低于第一频率的频率发射光的第二发射模式之间切换。
附图说明
图1示出了LIDAR单元的示意性配置。
图2示出了光传输/接收单元的方框图。
图3示出了可变脉冲触发信号和区段提取信号的波形。
图4示出了与预测的角度范围外的扫描角度对应的区段的可变脉冲触发信号的波形。
图5示出了与预测的角度范围内的扫描角度对应的区段的可变脉冲触发信号的波形。
图6示出了当以固定为约13.7kHz的脉冲频率发射光脉冲时的光脉冲路径，该脉冲频率与在预测角度范围外使用的脉冲频率相同。
图7示出了当光脉冲发射的脉冲频率提高至约68.5kHz时的光脉冲路径。
图8示出了根据实施例的表示处理步骤的流程图。
附图标记
1：光传输/接收单元；
2：地标位置预测单元；
3：地标地图获取单元；
4：信号处理单元；
5：地标位置测量单元；
6：自身位置推测单元；
8：车速传感器；
9：陀螺仪传感器；
100：LIDAR单元。
具体实施方式
根据本发明的优选实施例，提供了一种光控制装置，其包括：传输/接收单元，配置为包括发射单元和光接收单元，发射单元发射光并同时改变光的出射方向，接收单元接收光；第一获取单元，配置为获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；以及控制单元，配置为控制发射单元，其中，控制单元将指定对象物存在的第一方向上的控制和其他方向上的控制区分开来，第一方向是基于移动体的当前位置信息和第一信息推测出的。
上述光控制装置包括配置为包括发射单元和光接收单元的传输/接收单元、第一获取单元以及控制单元。第一获取单元获取至少表示指定对象物的位置的第一信息。控制单元控制发射单元，使得控制单元将指定对象物存在的第一方向上的控制和其他方向上的控制区分开来，其中，第一方向是基于移动体的当前位置信息和第一信息推测出的。根据此模式，光控制装置能进行发射光的控制，以将指定对象物被推测的方向上的控制和其他方向上的控制区分开来。
在光控制装置的一种模式中，控制单元进行发射光的控制，以使得第一方向上光的发射频率高于其他方向上光的发射频率。通过这种方式，光控制装置能密集地、有效率地用光照射指定对象物。
在光控制装置的另一种模式中，控制单元进行对发射单元的控制，以使得第一方向上光的强度低于其他方向上光的强度。根据此模式，即使在提高光发射频率的情况下，光控制装置仍能通过抑制发射光平均功率的增长来实现用眼安全。
在光控制装置的又一种模式中，光控制装置还包括第二获取单元，第二获取单元配置为获取有关指定对象物的光反射率的第二信息，其中，当光反射率等于或高于指定率时，控制单元进行控制，以使得在第一方向上的光的强度低于在其他方向上光的强度。根据此模式，光控制装置只有在减弱光发射强度不会带来任何麻烦的情况下才会减弱光发射的强度。因此，精确接收指定对象物反射的光是可能的。
在光控制装置的又一种模式中，控制单元对所述发射单元进行控制，以使得在第一方向上的扫描速度慢于在其他方向上的扫描速度。即使在此情况下，光控制装置仍能用光密集照射指定对象物。
本发明的另一优选实施例提供了一种光控制装置，其包括：传输/接收单元，配置为包括发射光的发射单元和接收光的光接收单元；第一获取单元，配置为获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；以及确定单元，配置为基于第一信息和移动体的当前位置信息确定发射单元发射光的范围。根据此模式，光控制装置能精确地将光发射的范围设置为指定对象物被预测存在的范围。
根据本发明的另一优选实施例，提供了一种由光控制装置执行的控制方法，所述光控制装置控制传输/接收单元，传输/接收单元包括发射单元和光接收单元，发射单元发射光并同时改变光的出射方向，接收单元接收光，所述控制方法包括：第一获取过程，获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；以及控制过程，控制发射单元，其中，控制过程将指定对象物存在的第一方向上的控制和其他方向上的控制区分开来，第一方向是基于移动体的当前位置信息和第一信息推测出的。通过执行上述控制方法，光控制装置能进行发射光的控制，以将指定对象物被预测存在的方向上的控制和其他方向上的控制区分开来。
根据本发明的另一优选实施例，提供了一种存储由计算机执行的程序的存储介质，所述计算机控制传输/接收单元，传输/接收单元包括发射单元和光接收单元，发射单元发射光并同时改变光的出射方向，接收单元接收光，所述程序使得计算机作为以下项而发挥作用：第一获取单元，配置为获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；以及控制单元，配置为控制发射单元，其中，控制单元将指定对象物存在的第一方向上的控制和其他方向上的控制区分开来，第一方向是基于移动体的当前位置信息和第一信息推测出的。通过执行上述程序，计算机能对发射光进行控制，以将指定对象物被推测存在的方向上的控制和其他方向上的控制区分开来。
根据本发明的另一优选实施例，提供了一种光控制装置，其包括：传输/接收单元，配置为包括发射单元和光接收单元，发射单元发射光并同时改变光的出射方向，接收单元接收光；第一获取单元，配置为获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；以及控制单元，配置为基于移动体的当前位置和所述第一信息，控制发射单元在以第一频率发射光的第一发射模式和以低于第一频率的频率发射光的第二发射模式之间切换。根据此模式，光控制装置能根据指定对象物的位置切换光的发射频率，并因此能密集地、有效率地用光照射指定对象物。
实施例
以下将参照附图对本发明的优选实施例进行说明。
【整体配置】
图1示出了根据本实施例的LIDAR单元100的方框配置。图1所示的LIDAR单元100是一种基于渡越时间(Time of Flight，TOF)的激光雷达(Light Detection and Ranging,orLaser Illuminated Detection and Ranging，LIDAR)，通过在水平方向上对对象物进行360度测距来精确推测进行自主驾驶所需的当前位置。LIDAR单元100主要包括光传输/接收单元1、地标位置预测单元2、地标地图获取单元3、信号处理单元4、地标位置测量单元5、自身位置推测单元6、车速传感器8以及陀螺仪传感器9。在下文中，将作为处理的基准时刻的当前时刻称为“时刻t”，将时刻t之前的一个处理帧的执行时刻称为“时刻t-1”。
光传输/接收单元1向相当于水平方向的360度的所有方向发射脉冲激光，并同时逐渐改变脉冲激光的出射方向。在这种情况下，光传输/接收单元1向由水平方向的360度均等划分而成的区段中的每一区段(根据本实施例，共有900～4500个区段)发射一个脉冲激光。在此情况下，如后文所述，对于由地标位置预测单元2通知的指定发射范围，与其他范围相比，光传输/接收单元1缩小区段间角度，同时提高光脉冲发射频率。随后，光传输/接收单元1向信号处理单元4提供信号(称为“区段信号Sseg”)，该信号表示在脉冲激光射出后的指定时间段内通过接收脉冲激光的反射光来测得的每个区段所接收到的光的强度。
地标位置预测单元2预测LIDAR单元100在时刻t的位置(称为“自身位置”)，并根据预测的时刻t的自身位置进一步预测指定对象物(称为“地标”)将被检测到的方向，其中，地标用作推测自身位置的基准标记。需要注意的是，在地标位置预测单元2预测的时刻t的自身位置是一个暂用位置，其精度低于后文中提到的自身位置推测单元6推测的自身位置。例如，地标可以是沿道路周期设置的指定地上物，如千米标、百米标、轮廓标、交通基础设施(如引导标志、方向标识牌和交通信号)、电线杆以及路灯。地标是根据本发明的“指定对象物”的示例。
在此情况下，地标位置预测单元2首先根据后文中提到的由自身位置推测单元6推测的在时刻t-1的预测值、由车速传感器8输出的移动速度以及由陀螺仪传感器9输出的角速度，通过公知的计算方法计算在时刻t的自身位置的预测值。在此情况下，例如，地标位置预测单元2计算出与行进方向对应的经度、纬度和方位的各个预测值作为自身位置的预测值。需要注意的是，在LIDAR单元100具有用于检测方向的传感器(如地磁传感器)的情况下，地标位置预测单元2可以只计算经度和纬度的预测值。随后，地标位置预测单元2使地标地图获取单元3获取关于地标的信息(称为“地标信息IL”)，该地标位于从计算得到的自身位置的预测值起的最大测距距离内。地标信息IL包括每个地标的位置信息和关于每个地标的激光束的反射率的有关信息。然后，基于包括在由地标地图获取单元3获取的地标信息IL中的位置信息，地标位置预测单元2确定光传输/接收单元1的扫描角度的预测范围(“预测角度范围Rtag”)，地标将被预测为位于该预测范围内。地标位置预测单元2是根据本发明的“确定单元”的示例，地标位置预测单元2参照的包括在地标信息IL中的位置信息是根据本发明的“第一信息”的示例。预测角度范围Rtag是根据本发明的“第一方向”的示例。
地标地图获取单元3获取关于位于地标位置预测单元2指定的范围内的地标的地标信息IL。在此情况下，地标地图获取单元3可以从存储在存储单元(未示出)内的地图信息中提取地标信息IL，或者可以通过与具有地图信息的服务器装置(未示出)通信来获取地标信息IL。例如，地标位置预测单元2和地标地图获取单元3作为本发明的“第一获取单元”而发挥作用。
信号处理单元4检测光传输/接收单元1针对每个区段传来的区段信号Sseg的波形的每个峰值位置，并根据该峰值位置计算到激光照射物的距离。随后，信号处理单元4向地标位置测量单元5提供关于测量点的信息(称为“测量数据Dm”)，每个测量点是针对每个区段计算出的距离和每个区段对应的扫描角度的组合。
当从信号处理单元4接收测量数据Dm时，地标位置测量单元5从由测量数据Dm表示的所有测量点中提取地标对应的测量点，其中，上述地标被地标位置预测单元2用作确定预测角度范围Rtag的基准。然后，地标位置测量单元5基于提取的测量点和由地标位置预测单元2计算出的自身位置的预测值来计算目标地标的绝对位置。之后，地标位置测量单元5向自身位置推测单元6提供计算得到的地标位置(称为“地标测量位置PLM”)。
自身位置推测单元6基于由地标位置测量单元5提供的地标测量位置PLM和由地标信息IL表示的地标在地图上的位置来计算在当前时刻t自身位置的推测值(称为“推测的自身位置Pe”)。在此情况下，自身位置推测单元6基于地标测量位置PLM和由地标信息IL表示的在地图上的位置之间的差异来修正地标位置预测单元2计算出的自身位置的预测值，以此来计算推测的自身位置Pe。因此，自身位置推测单元6计算推测的自身位置Pe，该推测的自身位置Pe比地标位置预测单元2为了确定预测角度范围Rtag计算得到的自身位置的预测值更精确。例如，自身位置推测单元6计算出与行进方向对应的经度、纬度和方位的各个推测值，以作为推测的自身位置Pe，在LIDAR单元100具有用于检测方位的传感器(如地磁传感器)的情况下，自身位置推测单元6可以只计算经度和纬度的预测值。自身位置推测单元6向地标位置预测单元2提供推测的自身位置Pe，同时将推测的自身位置Pe提供给外部单元(如配置为控制自主驾驶的单元)。
【光传输/接收单元的配置】
图2示出了光传输/接收单元1的示意性配置的示例。如图2所示，光传输/接收单元1主要包括晶体振荡器10、同步控制器11、LD驱动器12、激光二极管13、扫描器14、电机控制器15、光检测器16、电流电压转换电路(跨阻放大器)17、A/D转换器18以及可变分段器19。
晶体振荡器10向同步控制器11和A/D转换器18提供脉冲时钟信号“S1”。例如，根据本实施例的时钟频率设定为1.8GHz。下文中，基于时钟信号S1的每个时钟也称作“采样时钟”。
同步控制器11向LD驱动器12提供脉冲触发信号(称为“可变脉冲触发信号S2”)。同步控制器11基于由地标位置预测单元2提供的预测角度范围Rtag确定使可变脉冲触发信号S2起作用的周期。根据本实施例，同步控制器11周期性地每隔131072(＝217)或26214个采样时钟使可变脉冲触发信号S2起作用。在此情况下，如果时钟频率表达为“fsmp”(＝1.8GHz)，则可变脉冲触发信号S2的脉冲频率“fseg”等于“fsmp/131072”或“fsmp/26214”。在下文中，使可变脉冲触发信号S2起作用的时刻到下一次使可变脉冲触发信号S2起作用的时刻之间的时间段称为“区段期”。下文中提到，同步控制器11产生可变脉冲触发信号S2，以使得与预测角度范围Rtag内的扫描角度对应的区段的区段期短于其他区段的区段期。
此外，同步控制器11向可变分段器19提供信号(以下称为“区段提取信号S3”)，区段提取信号S3确定后文提到的可变分段器19提取A/D转换器18的输出的时刻。可变脉冲触发信号S2和区段提取信号S3均为逻辑信号，并且如后文将要提到的图3所示是彼此同步的。根据本实施例，同步控制器11使得区段提取信号S3在相当于2048个采样时钟的时间宽度(称为“选通脉冲宽度Wg”)内保持为起作用。同步控制器11是根据本发明的“控制单元”的示例。例如，同步控制器11和地标位置预测单元2还作为执行根据本发明的存储介质中存储的程序的计算机而发挥作用。
LD驱动器12向激光二极管13提供与同步控制器11所输入的可变脉冲触发信号S2同步的脉冲电流。例如，激光二极管13是波长为905nm的红外线脉冲激光器，并基于LD驱动器12提供的脉冲电流发射光脉冲。根据本实施例的激光二极管13发射每个光脉冲的时长大约为5纳秒。
扫描器14包括传输光学系统和接收光学系统的配置。当用激光二极管13发出的光脉冲在水平面内进行360度扫描的同时，扫描器14将受到发出的光脉冲照射到的对象物反射回来的光引导至光检测器16。根据本实施例，扫描器14包括用于旋转的电机，电机在电机控制器15的控制下每900～4500个区段旋转一周。在每900个区段旋转一周的情况下角分辨率为每区段0.4°(＝360°/900)，而在每4500个区段旋转一周的情况下角分辨率为每区段0.08°(＝360°/4500)。
优选地，扫描器14扫描的扫描表面不是伞状表面而是平坦表面。此外，当LIDAR单元100安装在移动体上时，扫描表面最好与移动体行进的地面平行(即水平)。例如，LD驱动器12、激光二极管13和扫描器14作为根据本发明的“发射单元”而发挥作用。
光检测器16的示例包括雪崩光电二极管，光检测器16根据由扫描器14引导的反射光量生成微弱电流。光检测器16将生成的微弱电流提供给电流电压转换电路17。电流电压转换电路17将光检测器16提供的微弱电流放大并将其转换为电压信号，并将转换得到的电压信号输入至A/D转换器18。
A/D转换器18基于晶体振荡器10提供的时钟信号S1将由电流电压转换电路17提供的电压信号转换为数字信号，之后A/D转换器18将转换得到的数字信号提供给可变分段器19。在下文中，A/D转换器18每一时钟所生成的数字信号称为“采样”。光检测器16、电流电压转换电路17和A/D转换器18构成根据本发明的“光接收单元”的示例。
可变分段器19通过提取A/D转换器18在一时间段内输出的数字信号来生成区段信号Sseg，该时间段为区段提取信号S3在相当于2048个采样时钟的选通脉冲宽度Wg内被保持为起作用的时间段。可变分段器19将生成的区段信号Sseg提供给信号处理单元4。
图3示出了可变脉冲触发信号S2和区段提取信号S3对应的时序波形。如图3所示，根据本实施例，区段期，即确定可变脉冲触发信号S2保持为起作用的一个周期的长度，为26214个采样时钟(在图中称为“SMPCLK”)或131072个采样时钟。此外，确定可变脉冲触发信号S2的脉冲宽度的长度为64个采样时钟，并确定选通脉冲宽度Wg的长度为2048个采样时钟。
在此情况下，因为区段提取信号S3是在可变脉冲触发信号S2被设置为起作用后的选通脉冲宽度Wg长度的期间内被设置为起作用的，可变分段器19在可变脉冲触发信号S2被设置为起使用期间提取A/D转换器18输出的2048个采样。选通脉冲宽度Wg越长，从LIDAR单元100起的最大测距距离(即测距极限距离)越长。
根据本实施例，最大测距距离根据简单算术是170.55m(几乎等于{2048/1.8GHz}·c/2；其中“c”代表光速)，其是光在选通脉冲宽度Wg对应的时长内往返的距离。需要注意的是，由于设置有用来处理电和光延迟的原点偏移，最大测距距离比170.55m稍短。
【脉冲频率的确定】
之后将给出对脉冲频率fseg的确定方法的描述。概略地说，同步控制器11产生可变脉冲触发信号S2和区段提取信号S3，以使得与预测角度范围Rtag内的扫描角度对应的区段的脉冲频率fseg高于其他区段的脉冲频率fseg。
图4示出了与预测角度范围Rtag外的扫描角度对应的区段的可变脉冲触发信号S2的波形。图5示出了与预测角度范围Rtag内的扫描角度对应的区段的可变脉冲触发信号S2的波形。
根据图4和图5，同步控制器11将与预测角度范围Rtag外的扫描角度对应的区段的脉冲频率fseg设为约13.7kHz。与此相反，同步控制器11将与预测角度范围Rtag内的扫描角度对应的区段的脉冲频率fseg设为约68.5kHz(即13.7kHz的五倍)。通过这种方式，在预测角度范围Rtag内，同步控制器11相对提高脉冲频率fseg来提高扫描密度。因此，同步控制器11能高密度地获取目标地标的测量点。
图6示出了在推测前方50米存在地标70的预测角度范围Rtag内，将脉冲频率fseg固定为与在预测角度范围Rtag外的频率相同的频率即约13.7kHz(参照图4)而发射光脉冲的情况下的光脉冲路径。图7示出了在推测存在地标70的预测角度范围Rtag内，以高于图6的示例的脉冲频率fseg的五倍的频率即约为68.5kHz(参照图5)而发射光脉冲的情况下的光脉冲路径。在两种情况下，地标70的宽度均假设为0.4米。
在图6中所示，如果脉冲频率fseg设为约13.7kHz，即与预测角度范围Rtag外的脉冲频率fseg相同，则照射地标的光脉冲数量为一个。因此，在此情况下，只能获得一个与地标70对应的测量点。与之相反，如图7所示，如果以约68.5kHz的脉冲频率fseg发射光脉冲(见图5)，则照射地标的光脉冲数量为八个，因此可以获得8个测量点。在此情况下，由于地标位置测量单元5从获取的8个测量点中识别出地标70的形状、结构和方位，因此能够精确计算出地标70的地标测量位置PLM。
优选地，当在预测角度范围Rtag内增加脉冲频率fseg时，同步控制器11控制脉冲光以使峰值功率比通常情况下低。通常，即使在脉冲光射入人眼的情况下仍是安全的用眼安全基准，是根据空间内任何位置每一单位面积脉冲光的平均功率确定的。此外，通常，光脉冲发射的频率越高，每一单位面积脉冲光的平均功率就越高，即，光脉冲发射的频率越低，每一单位面积脉冲光的平均功率就越低。考虑到上述事项，当提高脉冲频率fseg时，同步控制器11降低发射脉冲激光的峰值功率。在图5所示的情况下，与图4所示的情况相比，由于脉冲频率fseg更高，则与峰值功率对应的脉冲高度设为更低。通过这种方式，即使在预测角度范围Rtag内提高脉冲频率fseg时，仍能够通过抑制空间内任何位置每一单位面积脉冲光的平均功率的增长，来实现用眼安全。
在此情况下，更为优选地，同步控制器11参照包括在地标信息IL内的反射率信息，仅在目标地标的反射率高于指定率时，在预测角度范围Rtag内，控制脉冲光以使峰值功率比平时低。例如，以上提到的此情况下的指定率通过实验预设为反射率的下限值，以使得即使将脉冲光的峰值功率控制成比平时低时，LIDAR单元100仍可以通过使用反射光生成测量点。因此，同步控制器11能对因脉冲光的峰值功率比平时低而造成的无法生成地标测量点进行适当的抑制。
【处理流程】
图8示出了根据本实施例的LIDAR单元100执行的过程的步骤流程图。
首先，地标位置预测单元2确定是否存在在先前处理帧对应的时刻t-1推测的推测的自身位置Pe(步骤S101)。当存在在先前处理帧对应的时刻t-1推测的自身位置Pe时(步骤S101；是)，地标位置预测单元2基于时刻t-1的推测的自身位置Pe、从车速传感器8获取的车速以及从陀螺仪传感器9获取的角速度来计算在时刻t的自身位置的预测值(步骤S102)。反之，当不存在在先前处理帧对应的时刻t-1推测的自身位置Pe时(步骤S101；否)，地标位置预测单元2基于定位装置如GPS接收器的输出来预测在时刻t的自身位置(步骤S103)。关于步骤S102或步骤S103预测的当前位置的信息是根据本发明的“当前位置信息”的示例。
然后，基于地图信息，地标位置预测单元2确定预测角度范围Rtag以检测用于推测自身位置的标志的地标(步骤S104)。在此情况下，地标位置预测单元2向地标地图获取单元3提供自身位置的预测值，从而通过地标地图获取单元3获取地标信息IL，地标信息IL包括表示位于从自身位置的预测值起的最大测距距离内的地标位置的信息。
随后，光传输/接收单元1开始用光脉冲进行扫描(步骤S105)。在此情况下，光传输/接收单元1确定与发射光脉冲对应的区段的扫描角度是否在预测角度范围Rtag内(步骤S106)。然后，当与发射光脉冲对应的区段的扫描角度在预测角度范围Rtag内时(步骤S106；是)，光传输/接收单元1用光脉冲进行高分辨率的扫描(步骤S107)。也就是说，在此情况下，如图5和图7所示，光传输/接收单元1提高脉冲频率fseg以使得脉冲频率fseg高于平时，从而增加了扫描密度。优选地，当由地标信息IL表示的反射率等于或高于指定率时，光传输/接收单元1控制脉冲光，以降低峰值功率。在此情况下，反射率信息是根据本发明的“第二信息”的示例，地标位置预测单元2和地标地图获取单元3构成根据本发明的“第二获取单元”的示例。
反之，当与发射光脉冲对应的区段的扫描角度不在预测角度范围Rtag内时(步骤S106；否)，光传输/接收单元1用光脉冲进行正常分辨率的扫描(步骤S108)。也就是说，在此情况下，如图4和图6所示，光传输/接收单元1以正常的脉冲频率fseg发射光脉冲。需要注意的是，步骤S107中对光脉冲发射的控制是根据本发明的“第一发射模式”的示例，步骤S108中对光脉冲发射的控制是根据本发明的“第二发射模式”的示例。
之后，光传输/接收单元1确定光传输/接收单元1是否完成用光脉冲扫描所有目标方位(步骤S109)。当光传输/接收单元1尚未完成用光脉冲扫描所有目标方位时(步骤S109；否)，光传输/接收单元1再次执行步骤S106的过程。
反之，当光传输/接收单元1已完成用光脉冲扫描所有目标方位时(步骤S109；是)，地标位置测量单元5从由信号处理单元4输出的测量点中提取与地标对应的测量点，并基于提取的测量点计算地标测量位置PLM(步骤S110)。在此情况下，例如，地标位置测量单元5提取与预测角度范围Rtag内的扫描角度对应的测量点，并通过从提取的测量点中明确地标的形状、结构和方位来计算地标测量位置PLM。例如，地标位置测量单元5基于代表提取的测量点的距离和扫描角度以及步骤S102或S103中预测的自身位置来计算地标的经度和纬度。随后，地标位置测量单元5将计算得到的经度和纬度确定为地标测量位置PLM。
之后，自身位置推测单元6基于由地标位置测量单元5计算的地标测量位置PLM计算推测的自身位置Pe(步骤S111)。在此情况下，例如，参照指定地图或等式，自身位置推测单元6通过基于地标测量位置PLM和由地标地图获取单元3获取的地标信息IL表示的位置之间的差异修正步骤S102或S103中预测的自身位置的预测值，来计算推测的自身位置Pe。
如上所述，根据本实施例的LIDAR单元100包括：相当于发射单元的LD驱动器12、激光二极管13以及扫描器14；相当于光接收单元的光检测器16、电流电压转换电路17、A/D转换器18以及可变分段器19；获取表示地标在地图上的位置信息的地标位置预测单元2和地标地图获取单元3；以及产生可变脉冲触发信号S2和区段提取信号S3的同步控制器11。基于车辆当前位置的预测值和地标在地图上的位置，地标位置预测单元2确定地标将被预测位于其中的预测角度范围Rtag。同步控制器11产生可变脉冲触发信号S2和区段提取信号S3，以使得光脉冲在预测角度范围Rtag内的扫描密度高于在其他范围内的扫描密度。因此，LIDAR单元100能精确检测推测自身位置所需的地标并从而能精确推测自身位置。
【变形例】
接下来将对实施例的优选变形例进行描述。以下变形例可以通过任何结合方式加入到上述实施例中。
(变形例1)
在图8的步骤S108中，同步控制器11可产生可变脉冲触发信号S2，从而不向与预测角度范围Rtag外的扫描角度对应的区段发射光脉冲。在此情况下，在位于与预测角度范围Rtag内的扫描角度对应的区段处，同步控制器11以和图8中步骤S107的步骤相同的方式将可变脉冲触发信号S2设置为起作用，以使得脉冲频率fseg高到足以获取地标的测量点。相反，在位于与预测角度范围Rtag外的扫描角度对应的区段处，同步控制器11不将可变脉冲触发信号S2设置为起作用。因此，LIDAR单元100不在预测角度范围Rtag之外进行光脉冲扫描。
根据此模式，LIDAR单元100可以避免产生与其中不存在目标地标的扫描方向对应的不必要的测量点，并能适当减少处理负荷。
(变形例2)
光传输/接收单元1可以降低预测角度范围Rtag内光脉冲扫描的速度，而不是提高预测角度范围Rtag内的脉冲频率fseg。
在此情况下，同步控制器11产生固定脉冲触发信号并将其提供给LD驱动器12，该固定脉冲触发信号配置为无论脉冲频率fseg是否位于预测角度范围Rtag内都将其固定。电机控制器15从地标位置预测单元2接收关于预测角度范围Rtag的信息并确定扫描器14的扫描速度，以使得当扫描角度位于预测角度范围Rtag内时的扫描速度慢于当扫描角度位于预测角度范围Rtag外时的扫描速度。在此情况下，电机控制器15是根据本发明的“控制单元”的示例。即使在此情况下，光传输/接收单元1仍能适当增加地标将被预测存在的预测角度范围Rtag内的扫描密度，并获取作为自身位置推测的基准的地标的高密度测量点。
(变形例3)
同步控制器11可将在预测角度范围Rtag内使用的脉冲频率fseg的设定值划分为多个阶段。例如，同步控制器11将预测角度范围Rtag划分为在从预测角度范围Rtag的中心角度起的指定角度以内的范围和其他范围。然后，同步控制器11确定脉冲频率fseg，以使得预测角度范围Rtag的前一范围内的脉冲频率fseg高于预测角度范围Rtag的后一范围内的脉冲频率fseg。这样，通过将预测角度范围Rtag内用到的脉冲频率fseg的设定值划分为多个阶段，能够提高其中地标存在可能性高的预测角度范围Rtag内的扫描密度。因此，能够有效率地、精确地获取地标的测量点。
(变形例4)
LIDAR单元100可以通过计算与多个地标对应的各个地标测量位置PLM来确定推测的自身位置Pe。
在此情况下，例如，光传输/接收单元1确定与每个地标对应的各个预测角度范围Rtag。然后，地标位置测量单元5从每个预测角度范围Rtag内的测量点提取与每个地标对应的一组测量点。因此，地标位置测量单元5计算与每个地标对应的各个地标测量位置PLM。自身位置推测单元6针对每个地标计算地标测量位置PLM和地图上的位置之间的差异。之后，自身位置推测单元6基于这些差异，通过公知的插值法确定自身位置的预测值的修正量。
(变形例5)
LIDAR单元100可以是针对竖直方向上设置的多层，通过扫描器14重复地进行水平方向上的扫描的LIDAR(即多层LIDAR)。在此情况下，例如，LIDAR单元100通过对多层中的任一层执行根据本实施例的处理来计算推测的自身位置Pe。需要注意的是，地标位置测量单元5可以在预测角度范围Rtag内的每层中抽取地标测量点，并将它们用于匹配地标每个高度处的形状。
(变形例6)
图2所示的光传输/接收单元1的配置是示例，本发明的配置可应用于不限于图2所示的配置。例如，激光二极管13和电机控制器15可以配置为与扫描器14一起旋转。
(变形例7)
除了本实施例中说明的自身位置推测处理外，在LIDAR单元100执行对周围环境的识别处理的情况下，LIDAR单元100每个处理帧在两种模式之间切换一次，一种模式是根据预测角度范围Rtag改变脉冲频率fseg，另一种模式是无论脉冲频率fseg是否位于预测角度范围Rtag内都将其进行固定。因此，当提高脉冲频率fseg并降低光脉冲的峰值功率时，能够避免难以找到低反射率对象物。

Claims (6)

1.一种光控制装置，该光控制装置安装于移动体，
所述光控制装置包括：
传输/接收单元，配置为包括发射单元和光接收单元，所述发射单元发射光并同时改变光的出射方向，所述光接收单元接收光；
第一获取单元，配置为获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；
第二获取单元，从地图信息获取与所述指定对象物的光的反射率有关的第二信息；以及
控制单元，配置为进行对所述发射单元的控制，
其中，所述控制单元控制所述发射单元以使得在所述指定对象物存在的第一方向上以与所述第二信息表示的所述指定对象物的光的反射率相应的强度发射所述光，所述第一方向是基于移动体的当前位置信息和所述第一信息推测出的，
当所述光的反射率等于或高于指定率时，所述控制单元使在所述第一方向上的光的强度低于在其他方向上的光的强度。
2.根据权利要求1所述的光控制装置，
其中，所述控制单元进行对所述发射单元的控制，以使得在所述第一方向上发射光的频率高于在其他方向上发射光的频率。
3.根据权利要求1所述的光控制装置，
其中，所述控制单元对所述发射单元进行控制，以使得在所述第一方向上的扫描速度慢于在其他方向上的扫描速度。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光控制装置，
其中，所述第二信息是与所述指定对象物的光的反射率有关的信息，且是存储于所述地图信息的信息。
5.一种由光控制装置执行的控制方法，该光控制装置安装于移动体且控制传输/接收单元，所述传输/接收单元包括发射单元和光接收单元，所述发射单元发射光并同时改变光的出射方向，所述光接收单元接收光，所述控制方法包括：
第一获取过程，获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；
第二获取过程，从地图信息获取与所述指定对象物的光的反射率有关的第二信息；以及
控制过程，进行对所述发射单元的控制，
其中，所述控制过程控制所述发射单元以使得在所述指定对象物存在的第一方向上以与所述第二信息表示的所述指定对象物的光的反射率相应的强度发射所述光，所述第一方向是基于移动体的当前位置信息和所述第一信息推测出的，
当所述光的反射率等于或高于指定率时，在所述控制过程中，使在所述第一方向上的光的强度低于在其他方向上的光的强度。
6.一种存储程序的存储介质，所述程序由计算机执行，所述计算机安装于移动体且控制传输/接收单元，所述传输/接收单元包括发射单元和光接收单元，所述发射单元发射光并同时改变光的出射方向，所述光接收单元接收光，所述程序使得计算机作为以下项而发挥作用：
第一获取单元，配置为获取至少表示指定对象物的位置的第一信息；
第二获取单元，从地图信息获取与所述指定对象物的光的反射率有关的第二信息；以及
控制单元，配置为进行对所述发射单元的控制，
其中，所述控制单元控制所述发射单元以使得在所述指定对象物存在的第一方向上以与所述第二信息表示的所述指定对象物的光的反射率相应的强度发射所述光，所述第一方向是基于移动体的当前位置信息和所述第一信息推测出的，
当所述光的反射率等于或高于指定率时，所述控制单元使在所述第一方向上的光的强度低于在其他方向上的光的强度。
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