CN116057415A - 具有枢转棱镜和反射镜的lidar扫描仪 - Google Patents

Abstract

公开了一种光探测和测距(LiDAR)扫描系统。在一个实施例中，该系统包括耦合到第一致动器的光学折射设备，第一致动器被配置成使光学折射设备振荡。该系统还包括反射镜，该反射镜光学耦合到光学折射设备并耦合到被配置成使反射镜振荡的第二致动器。该系统还包括通信地耦合到第一致动器和第二致动器的一个或多个控制器。控制器被配置成控制光学折射设备的振荡和反射镜的振荡以竖直和水平转向一个或多个光束以照射视场内的一个或多个物体，获得基于照射视场内的一个或多个物体的被转向的一个或多个光束而生成的返回光，并将返回光重定向到设置在系统中的收集透镜。

Description

具有枢转棱镜和反射镜的LIDAR扫描仪

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年4月21日提交的题为“LIDAR SCANNER WITH PIVOT PRISMAND MIRROR”的第63/177,846号美国临时专利申请和于2022年4月6日提交的题为“LIDARSCANNER WITH PIVOT PRISM AND MIRROR”的第17/714,995号美国非临时专利申请的优先权。所述两个申请的内容通过引用以其整体并入本文中用于所有目的。

技术领域

本公开总体上涉及光学扫描，并且更特别地，涉及一种使用光学折射设备的紧凑型LiDAR系统。

背景技术

光探测和测距(LiDAR)系统使用光脉冲来创建外部环境的图像或点云。一些典型的LiDAR系统包括光源、光传输器、光转向系统和光检测器。光源生成光束，该光束在从LiDAR系统传输时被光转向系统定向到特定方向。当所传输的光束被物体散射时，所散射的光的一部分作为返回光脉冲返回到LiDAR系统。光检测器检测返回光脉冲。使用检测到返回光脉冲的时间和光束中相应光脉冲被传输的时间之间的差，LiDAR系统可以使用光速确定到物体的距离。光转向系统可以沿着不同的路径导向光束，以允许LiDAR系统扫描周围环境并产生图像或点云。LiDAR系统还可以使用除了飞行时间和扫描之外的技术来测量周围环境。

发明内容

本公开的实施例包括紧凑型LiDAR系统的转向机构。转向机构包括光学折射设备和光学反射设备(例如，反射镜)。通过控制光学折射设备和光学反射设备振荡而非旋转，可以减小转向机构的尺寸，从而使LiDAR系统更紧凑。转向机构的减小的尺寸使LiDAR系统或其至少一部分更容易装配到车辆或另一平台中的小空间中。这些小空间可以包括例如后视镜、车辆拐角、摄像机组件等。此外，光学折射设备和光学反射设备的移动轮廓(profile)可以被配置成使得这两个设备以相对于彼此交替的方式移动，以在水平和竖直扫描方向两者上获得平坦的扫描线。在LiDAR扫描线的后续处理(例如，感知过程)中，平坦的扫描线通常是期望的。另外，提供位置反馈用于实时控制光学折射设备和光学反射设备。因此，可以调节或补偿它们各自的移动轮廓，以提高两个设备的位置精度。从而提高了LiDAR系统的整体性能。

在一个实施例中，本公开提供了一种光探测和测距(LiDAR)扫描系统。该系统包括耦合到第一致动器的光学折射设备，第一致动器被配置成使光学折射设备振荡。该系统还包括反射镜，该反射镜光学耦合到光学折射设备并且耦合到被配置成使反射镜振荡的第二致动器。该系统还包括通信地耦合到第一致动器和第二致动器的一个或多个控制器。控制器被配置成控制光学折射设备的振荡和反射镜的振荡以竖直和水平地转向一个或多个光束以照射视场内的一个或多个物体，获得基于照射视场内的一个或多个物体的被转向的一个或多个光束而生成的返回光，并将返回光重定向到设置在系统中的收集透镜。

在一个实施例中，本公开提供了一种光探测和测距(LiDAR)扫描系统的控制器设备。控制器设备包括：一个或多个处理器；存储器；以及存储在存储器中的处理器可执行指令。处理器可执行指令包括指令，当指令由一个或多个处理器执行时，使得控制器设备执行控制第一致动器以使光学折射设备基于光学折射设备的第一移动轮廓振荡的处理。还使得控制器设备执行控制第二致动器以使反射镜基于反射镜的第二移动轮廓振荡的处理。光学折射设备和反射镜被控制成竖直和水平地转向一个或多个光束以照射视场内的一个或多个物体，获得基于照射视场内的一个或多个物体的被转向的一个或多个光束而生成的返回光，并将返回光重定向到设置在LiDAR系统中的收集透镜。

在一个实施例中，公开了一种用于控制光探测和测距(LiDAR)扫描系统的方法。该方法由一个或多个处理器和存储器执行。该方法包括控制第一致动器以使光学折射设备基于光学折射设备的第一移动轮廓振荡。该方法还包括控制第二致动器以使反射镜基于反射镜的第二移动轮廓振荡。光学折射设备和反射镜被控制成竖直和水平地转向一个或多个光束以照射视场内的一个或多个物体，获得基于照射视场内的一个或多个物体的被转向的一个或多个光束而生成的返回光，并将返回光重定向到设置在LiDAR系统中的收集透镜。

附图说明

通过参考以下结合附图描述的图，可以更好地理解本申请，其中相似的部分可以由相似的附图标记表示。

图1示出了设置或包括在机动车辆中的一个或多个示例性LiDAR系统。

图2是示出示例性LiDAR系统和包括车辆感知和规划系统的多个其它系统之间的交互的框图。

图3是示出示例性LiDAR系统的框图。

图4是示出示例性光纤基激光源的框图。

图5A至图5C示出了使用脉冲信号来测量到设置在视场(FOV)中的物体的距离的示例性LiDAR系统。

图6是示出用于实施各种实施例中的系统、装置和方法的示例性装置的框图。

图7是根据一些实施例的使用光学折射设备的简化的紧凑型LiDAR系统的图示。

图8是根据一些实施例的使用光学折射设备的简化的紧凑型LiDAR系统的立体图。

图9示出了根据一些实施例的不同类型的光学折射设备的侧视图。

图10是示出根据一些实施例的LiDAR系统的光学折射设备和光学反射设备的移动控制的框图。

图11示出了根据一些实施例的光学折射设备和光学反射设备的移动轮廓。

图12是根据一些实施例的控制光学折射设备和光学反射设备的移动的方法的流程图。

图13是根据一些实施例的控制光学折射设备和反射镜的移动的示例方法的流程图。

具体实施方式

为了提供对本发明更全面的理解，以下描述阐述了许多具体细节，诸如具体配置、参数、示例等。然而，应理解，该描述并不旨在对本发明的范围进行限制，而是旨在提供对示例性实施例的更好的描述。

在整个说明书和权利要求中，除非上下文另外明确规定，否则以下术语采用本文中明确关联的含义。

如本文所用，短语“在一个实施例中”不一定指同一实施例，尽管可能指示同一实施例。因此，如下所述，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可以容易地组合本公开的各种实施例。

如本文所用，术语“或”是包含性的“或”运算符，并且等同于术语“和/或”，除非上下文中另外明确规定。

术语“基于”不是排他的，而是允许基于未描述的附加元素，除非上下文另外明确规定。

如本文所用，并且除非上下文另外规定，否则术语“耦合”旨在包括直接耦合(其中相互耦合的两个元件彼此接触)和间接耦合(其中至少一个附加元件位于两个元件之间)。因此，术语“耦合到”和“与……耦合”同义使用。在两个或更多部件或设备能够交换数据的联网环境的上下文中，术语“耦合到”和“与……耦合”也用于表示“与……通信地耦合”，可能地经由一个或多个中间设备。

尽管以下描述使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开。例如，第一传感器可以被称为第二传感器，并且类似地，第二传感器可以被称为第一传感器，而不脱离各种描述的示例的范围。第一传感器和第二传感器两者可以是传感器，并且在一些情况下，可以是单独的且不同的传感器。

此外，在整个说明书中,“一”、“一个”和“该”的含义包括复数指代，而“在”的含义包括“在……中”和“在……上”。

尽管本文呈现的各种实施例中的一些构成了发明元素的单个组合，但应理解，发明主题被视为包括所公开的元素的所有可能组合。由此，如果一个实施例包括元素A、B和C，而另一实施例包括元素B和D，则本发明主题也被认为包括A、B、C或D的其它剩余组合，即使本文中没有明确讨论。此外，过渡性术语“包括”意味着具有部分或构件，或者是那些部分或构件。如本文所用，过渡性术语“包括”是包含性的或开放式的，并且不排除附加的、未列举的元素或方法步骤。

在以下公开内容中，可以关于服务器、服务、接口、引擎、模块、客户端、对等体、门户、平台或由计算设备形成的其它系统进行众多参考。应理解，这些术语的使用被认为表示具有至少一个处理器(例如，ASIC、FPGA、PLD、DSP、x86、ARM、RISC-V、ColdFire、GPU、多核处理器等)的一个或多个计算设备，至少一个处理器被配置为执行存储在计算机可读有形的非暂时性介质(例如，硬盘驱动器、固态驱动器、RAM、闪存、ROM等)上的软件指令。例如，服务器可以包括一个或多个计算机，它们以完成所描述的角色、职责或功能的方式作为网络服务器、数据库服务器或其它类型的计算机服务器操作。还应理解，所公开的基于计算机的算法、过程、方法或其它类型的指令集可以被实现为计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储使处理器执行所公开的步骤的指令的非临时性有形计算机可读介质。各种服务器、系统、数据库或接口可以使用标准化协议或算法来交换数据，可能地基于HTTP、HTTPS、AES、公私密钥交换、web服务API、公知金融交易协议或其它电子信息交换方法。数据交换可以在分组交换网络、电路交换网络、互联网、LAN、WAN、VPN或其它类型的网络上进行。

如本说明书和随后的权利要求中所用，当系统、引擎、服务器、装置、模块或其它计算元件被描述为被配置为对存储器中的数据执行或运行功能时，“被配置为”或“被编程为”的含义被定义为计算元件的一个或多个处理器或核由存储在计算元件的存储器中的一组软件指令编程，以对存储在存储器中的目标数据或数据对象执行一组功能。

应注意，指向计算机的任何语言应理解为包括计算设备或网络平台的任何合适组合，包括服务器、接口、系统、数据库、代理、对等体、引擎、控制器、模块或单独或共同操作的其它类型的计算设备。应理解，计算设备包括处理器，处理器被配置为执行存储在有形非暂时性计算机可读存储介质(例如，硬盘驱动器、FPGA、PLA、固态驱动器、RAM、闪存、ROM等)上的软件指令。软件指令对计算设备进行配置或编程，以提供如下面关于所公开的装置所讨论的角色、职责或其它功能。此外，所公开的技术可以被实现为计算机程序产品，该计算机程序产品包括存储软件指令的非暂时性计算机可读介质，该软件指令使得处理器执行与基于计算机的算法、过程、方法或其它指令的实施相关的所公开的步骤。在一些实施例中，各种服务器、系统、数据库或接口使用标准化协议或算法来交换数据，可能地基于HTTP、HTTPS、AES、公私密钥交换、web服务API、公知金融交易协议或其它电子信息交换方法。设备之间的数据交换可以通过分组交换网络、互联网、LAN、WAN、VPN或其它类型的分组交换网络、电路交换网络、信元交换网络、或其它类型的网络进行。

LiDAR系统通常用于环境的三维感知。在自动驾驶技术和许多其它新兴技术中它被广泛视为基础传感器。通常，LiDAR系统将激光束传输到视场(FOV)以照射物体。物体反射或散射激光束以形成返回光。基于返回光，LiDAR系统计算物体和LiDAR系统之间的距离。对于扫描LiDAR系统，传输激光束被转向以扫描FOV，用于执行周围环境的三维感知。LiDAR系统的转向机构通过移动LiDAR系统的部件来实现光束的扫描。存在许多类型的转向机构。例如，一种转向机构使LiDAR系统的传输器和接收器(统称为收发器)一起旋转。这种类型的转向机构可以用于获得360度的水平FOV。然而，整个收发器的旋转可能导致对可靠性的挑战，因为收发器的电子部件(例如，电路、电子连接器、线、线缆)也会旋转(有时高速旋转)。电子部件可能会由于旋转而劣化或具有松动的连接。为了使可旋转的收发器系统更加可靠，其通常与更高的成本相关联。

另一种转向机构使用例如一个或多个可旋转光学部件(例如，多面式多边形反射镜、可旋转反射镜、可旋转棱镜)来反射传输光束。可旋转光学部件可以具有例如一个或多个面，该一个或多个面被配置成将光反射到LiDAR系统中的其它光学部件(例如，反射镜、透镜等)。在一些实施例中，可旋转光学部件(例如，多面式多边形反射镜)的尺寸可能需要足够大以便进行其适当操作。例如，多面式多边形反射镜可能需要具有大尺寸的反射镜来反射多个光束。此外，由于可旋转光学部件需要旋转以便扫描光束，因此它通常需要在其周围具有较大的间隙间距，使得它的旋转不干扰系统中的其它部件。因此，由于与可旋转光学部件相关联的大尺寸和/或间隙间距要求，基于可旋转光学部件的转向机构可能难以装配到小的或紧凑的空间(例如，车辆的后视镜、车辆的拐角空间或其它小空间)中。因此，需要一种用于LiDAR系统的可靠的且紧凑的转向机构。

下面描述本发明的实施例。在本公开的各实施例中，提供了紧凑型LiDAR系统的转向机构。转向机构可以包括光学折射设备和光学反射设备。本公开使用平面镜作为光学反射设备的示例来描述各种实施例。应理解，也可以使用其它类型的光学反射设备(例如，多面反射镜、凹面镜、凸面镜等)。通过控制光学折射设备和反射镜振荡而不是旋转，可以减小转向机构的尺寸，从而使LiDAR系统更加紧凑。转向机构的减小的尺寸使LiDAR系统或其至少一部分更容易装配到车辆或另一平台中的小空间中。这些小空间可以包括例如后视镜、车辆拐角、摄像机组件等。此外，光学折射设备和反射镜的移动轮廓可以被配置成使得这两个设备以相对于彼此交替的方式移动，以在水平和竖直扫描方向两者上获得平坦的扫描线。在LiDAR扫描线的后续处理(例如，感知过程)中，平坦的扫描线通常是期望的。另外，提供位置反馈用于实时控制光学折射设备和反射镜。因此，可以调节或补偿它们各自的移动轮廓，以提高两个设备的位置精度。因此，提高了LiDAR系统的整体性能。

图1示出了设置或包括在机动车辆100中的一个或多个示例性LiDAR系统110。机动车辆100可以是具有任何自动化水平的车辆。例如，机动车辆100可以是部分自动化车辆、高度自动化车辆、全自动化车辆或无人驾驶车辆。部分自动化车辆可以在没有人类驾驶员干预的情况下执行一些驾驶功能。例如，部分自动化车辆可以执行盲点监测、车道保持和/或变道操作、自动紧急制动、智能巡航和/或交通跟随等。部分自动化车辆的某些操作可能限于特定的应用或驾驶场景(例如，仅限于高速公路驾驶)。高度自动化车辆通常可以执行部分自动化车辆的所有操作，但具有较少限制。高度自动化车辆还可以在操作车辆时检测自身极限，并在必要时要求驾驶员接管车辆的控制。全自动化车辆可以在没有驾驶员干预的情况下执行所有车辆操作，但也可以检测自身极限，并在必要时要求驾驶员接管。无人驾驶车辆可以在没有任何驾驶员干预的情况下自行操作。

在典型配置中，机动车辆100包括一个或多个LiDAR系统110和120A-F。LiDAR系统110和120A-F中的每个可以是基于扫描的LiDAR系统和/或非扫描LiDAR系统(例如，闪光LiDAR)。基于扫描的LiDAR系统在一个或多个方向(例如，水平和竖直方向)上扫描一个或多个光束，以检测视场(FOV)中的物体。基于非扫描的LiDAR系统在不扫描的情况下发射激光以照射FOV。例如，闪光LiDAR是一种基于非扫描的LiDAR系统。闪光LiDAR可以发射激光，以使用单个光脉冲或光射线同时照射FOV。

LiDAR系统通常是至少部分自动化的车辆的基础传感器。在一个实施例中，如图1所示，机动车辆100可以包括设置在车辆的最高位置处(例如，在车顶处)的单个LiDAR系统110(例如，没有LiDAR系统120A-F)。将LiDAR系统110设置在车顶处有助于围绕车辆100进行360度扫描。在一些其它实施例中，机动车辆100可以包括多个LiDAR系统，包括系统110和/或120A-F中的两个或更多。如图1所示，在一个实施例中，多个LiDAR系统110和/或120A-F在车辆的不同位置处附接到车辆100。例如，LiDAR系统120A在右前角处附接到车辆100；LiDAR系统120B在前部中心处附接到车辆100；LiDAR系统120C在左前角处附接到车辆100；LiDAR系统120D在右侧后视镜处附接到车辆100；LiDAR系统120E在左侧后视镜处附接到车辆100；和/或LiDAR系统120F在后部中心处附接到车辆100。在一些实施例中，LiDAR系统110和120A-F是具有它们各自的激光源、控制电子设备、传输器、接收器和/或导向机构的独立的LiDAR系统。在其它实施例中，LiDAR系统110和120A-F中的一些可以共享一个或多个部件，从而形成分布式传感器系统。在一个示例中，光纤用于将来自集中式激光源的激光递送到所有LiDAR系统。应理解，一个或多个LiDAR系统可以以任何期望的方式分布并附接到车辆，并且图1仅示出了一个实施例。作为另一示例，LiDAR系统120D和120E可以附接到车辆100的B柱，而不是后视镜。作为另一示例，LiDAR系统120B可以附接到车辆100的挡风玻璃而不是前保险杠。

图2是示出(多个)车载LiDAR系统210和包括车辆感知和规划系统220的多个其它系统之间的交互的框图200。(多个)LiDAR系统210可以安装在车辆上或集成到车辆。(多个)LiDAR系统210包括将激光扫描到周围环境以测量物体的距离、角度和/或速度的传感器。基于返回到(多个)LiDAR系统210的散射光，其可以生成表示所感知的外部环境的传感器数据(例如，图像数据或3D点云数据)。

(多个)LiDAR系统210可以包括短程LiDAR传感器、中程LiDAR传感器和远程LiDAR传感器中的一个或多个。短程LiDAR传感器测量位于距LiDAR传感器大约20至40米的物体。例如，短程LiDAR传感器可以用于监控附近的移动物体(例如，在学校区域过马路的行人)、停车辅助应用等。中程LiDAR传感器测量位于距LiDAR传感器大约100至150米的物体。中程LiDAR传感器可以用于例如监控道路交叉口、辅助驶入或驶离快车道等。远程LiDAR传感器测量位于大约150至300米的物体。远程LiDAR传感器通常在车辆以较高速度行驶时使用(例如，在快车道上)，使得车辆的控制系统可以只有几秒钟(例如，6至8秒)来响应由LiDAR传感器检测到的任何情况。如图2所示，在一个实施例中，LiDAR传感器数据可以经由通信路径213提供给车辆感知和规划系统220，以便进一步处理和控制车辆操作。通信路径213可以是能够传送数据的任何有线或无线通信链路。

仍参考图2，在一些实施例中，(多个)其它车载传感器230用于单独或与(多个)LiDAR系统210一起提供附加传感器数据。其它车载传感器230可以包括例如一个或多个摄像机232、一个或多个雷达234、一个或多个超声传感器236和/或(多个)其它传感器238。(多个)摄像机232可以拍摄车辆的外部环境的图像和/或视频。(多个)摄像机232可以拍摄例如每帧具有数百万像素的高清(HD)视频。摄像机产生单色或彩色图像和视频。对于一些情况，颜色信息在解释数据时可能很重要(例如，解释交通灯的图像)。颜色信息可能无法从诸如LiDAR或雷达传感器的其它传感器获得。(多个)摄像机232可以包括窄焦距摄像机、宽焦距摄像机、侧面摄像机、红外摄像机、鱼眼摄像机等中的一个或多个。由(多个)摄像机232生成的图像和/或视频数据也可以经由通信路径233提供给车辆感知和规划系统220，以便进一步处理和控制车辆操作。通信路径233可以是能够传送数据的任何有线或无线通信链路。

(多个)其它车载传感器230也可以包括(多个)雷达传感器234。(多个)雷达传感器234使用无线电波来确定物体的距离、角度和速度。(多个)雷达传感器234产生无线电或微波频谱中的电磁波。电磁波被物体反射，并且所反射的波中的一些返回到雷达传感器，从而提供关于物体的位置和速度的信息。(多个)雷达传感器234可以包括(多个)短程雷达、(多个)中程雷达和(多个)远程雷达中的一个或多个。短程雷达测量位于距雷达大约0.1至30米的物体。短程雷达在检测位于车辆附近的物体时非常有用，诸如其它车辆、建筑物、墙壁、行人、骑自行车的人等。短程雷达可以用于检测盲点、辅助变道、提供追尾警报、辅助停车、提供紧急制动等。中程雷达测量位于距雷达大约30至80米的物体。远程雷达测量位于大约80至200米的物体。中程和/或远程雷达可以用于例如交通跟踪、自适应巡航控制和/或高速公路自动制动。由(多个)雷达传感器234生成的传感器数据也可以经由通信路径233提供给车辆感知和规划系统220，以便进一步处理和控制车辆操作。

(多个)其它车载传感器230也可以包括(多个)超声传感器236。(多个)超声传感器236使用声学波或脉冲测量位于车辆外部的物体。由(多个)超声传感器236生成的声波传输到周围环境。所传输的波中的至少一些被物体反射并返回到(多个)超声传感器236。基于返回信号，可以计算物体的距离。(多个)超声传感器236可以用于例如检查盲点、标识停车点、在交通中提供变道辅助等。由(多个)超声传感器236生成的传感器数据也可以经由通信路径233提供给车辆感知和规划系统220，以便进一步处理和控制车辆操作。

在一些实施例中，一个或多个其它传感器238可以附接在车辆中，并且也可以生成传感器数据。(多个)其它传感器238可以包括例如全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)等。由(多个)其它传感器238生成的传感器数据也可以经由通信路径233提供给车辆感知和规划系统220，以便进一步处理和控制车辆操作。应理解，通信路径233可以包括一个或多个通信链路，以在各种传感器230和车辆感知和规划系统220之间传送数据。

在一些实施例中，如图2所示，来自(多个)其它车载传感器230的传感器数据可以经由通信路径231提供给(多个)车载LiDAR系统210。(多个)LiDAR系统210可以处理来自(多个)其它车载传感器230的传感器数据。例如，来自(多个)摄像机232、(多个)雷达传感器234、(多个)超声传感器236和/或(多个)其它传感器238的传感器数据可以与(多个)传感器数据LiDAR系统210相关或融合，从而至少部分地卸载(offload)由车辆感知和规划系统220执行的传感器融合过程。应理解，也可以实施其它配置用于传输和处理来自各种传感器的传感器数据(例如，数据可以传输到云服务以便进行处理，并且然后处理结果可以传输回车辆感知和规划系统220)。

仍参考图2，在一些实施例中，(多个)其它车辆上的传感器250用于单独或与(多个)LiDAR系统210一起提供附加传感器数据。例如，两个或更多附近的车辆可以具有它们各自的(多个)LiDAR传感器、(多个)摄像机、(多个)雷达传感器、(多个)超声传感器等。附近的车辆可以相互通信并共享传感器数据。车辆之间的通信也被称为V2V(车辆对车辆)通信。例如，如图2所示，由(多个)其它车辆250生成的传感器数据可以分别经由通信路径253和/或通信路径251被通信地传输到车辆感知和规划系统220和/或(多个)车载LiDAR系统210。通信路径253和251可以是能够传输数据的任何有线或无线通信链路。

共享传感器数据有助于更好地感知车辆外部的环境。例如，第一车辆可能不能感测在第二车辆后面但正在接近第一辆车的行人。第二车辆可以与第一车辆共享与这个行人相关的传感器数据，使得第一车辆可以具有附加的反应时间来避免与行人发生碰撞。在一些实施例中，类似于由(多个)传感器230生成的数据，由(多个)其它车辆上的传感器250生成的数据可以与由(多个)LiDAR系统210生成的传感器数据相关或融合，从而至少部分地卸载由车辆感知和规划系统220执行的传感器融合过程。

在一些实施例中，(多个)智能基础设施系统240用于单独或与(多个)LiDAR系统210一起提供传感器数据。某些基础设施可以被配置为与车辆通信以传达信息，反之亦然。车辆和基础设施之间的通信通常被称为V2I(车辆到基础设施)通信。例如，(多个)智能基础设施系统240可以包括智能交通信号灯，该智能交通信号灯可以通过诸如“5秒后变为黄色”的消息将其状态传达给正在靠近的车辆。智能基础设施系统240还可以包括安装在十字路口附近的其自己的LiDAR系统，使得它可以向车辆传送交通监控信息。例如，在十字路口左转的车辆可能没有足够的感测能力，因为其自身的传感器中的一些可能被相反方向的车辆阻挡。在这种情况下，(多个)智能基础设施系统240的传感器可以向左转的车辆提供有用的、有时是重要的数据。这些数据可以包括例如交通状况、车辆转向方向上的物体的信息、交通灯状态和预测等。由(多个)智能基础设施系统240生成的传感器数据可以分别经由通信路径243和/或通信路径241被通信地传输到车辆感知和规划系统220和/或(多个)车载LiDAR系统210。通信路径243和/或241可以包括能够传送数据的任何有线或无线通信链路。例如，来自(多个)智能基础设施系统240的传感器数据可以被传输到(多个)LiDAR系统210，并且与由(多个)LiDAR系统210生成的传感器数据相关或融合，从而至少部分地卸载由车辆感知和规划系统220执行的传感器融合过程。以上描述的V2V和V2I通信是车辆对X(V2X)通信的示例，其中，“X”表示可以与车辆共享数据的任何其它设备、系统、传感器、基础设施等。

仍参考图2，通过各种通信路径，车辆感知和规划系统220从(多个)LiDAR系统210、(多个)其它车载传感器230、(多个)其它车辆250和/或(多个)智能基础设施系统240中的一个或多个接收传感器数据。在一些实施例中，不同类型的传感器数据由传感器融合子系统222关联和/或整合。例如，传感器融合子系统222可以使用由设置在车辆的不同位置处的多个摄像机捕获的多个图像或视频来生成360度模型。传感器融合子系统222从不同类型的传感器获得传感器数据，并使用组合的数据来更准确地感知环境。例如，车载摄像机232可能无法捕获清晰的图像，因为它直接面对太阳或光源(例如，夜间另一车辆的前灯)。LiDAR系统210可能不会受到太大影响，并且因此传感器融合子系统222可以组合由摄像机232和LiDAR系统210提供的传感器数据，并且使用由LiDAR系统210提供的传感器数据来补偿由摄像机232捕获的不清晰图像。作为另一示例，在下雨或有雾的天气中，雷达传感器234可能比摄像机232或LiDAR系统210工作得更好。因此，传感器融合子系统222可以使用由雷达传感器234提供的传感器数据来补偿由摄像机232或LiDAR系统210提供的传感器数据。

在其它示例中，由(多个)其它车载传感器230生成的传感器数据可能具有较低的分辨率(例如，雷达传感器数据)，并且因此可能需要由(多个)LiDAR系统210进行关联和确认，其通常具有较高的分辨率。例如，可以由雷达传感器234将下水道井盖(也称为检修孔盖)检测为车辆正在朝其接近的物体。由于雷达传感器234的低分辨率的性质，车辆感知和规划系统220可能不能确定该物体是否是车辆需要避开的障碍物。因此，由(多个)LiDAR系统210生成的高分辨率传感器数据可以用于关联和确认物体是下水道井盖并且不会对车辆造成损害。

车辆感知和规划系统220还包括物体分类器223。使用由传感器融合子系统222提供的原始传感器数据和/或关联/融合的数据，物体分类器223可以检测和分类物体，并评估物体的位置。在一些实施例中，物体分类器233可以使用基于机器学习的技术来检测和分类物体。基于机器学习的技术的示例包括利用诸如基于区域的卷积神经网络(R-CNN)、快速R-CNN、更快R-CNN、定向梯度直方图(HOG)、基于区域的全卷积网络(R-FCN)、单触发检测器(SSD)、空间金字塔池化(SPP-net)和/或You Only Look Once(Yolo)的算法。

车辆感知和规划系统220还包括道路检测子系统224。道路检测子系统224定位道路并识别道路上的物体和/或标记。例如，基于由(多个)雷达传感器234、(多个)摄像机232和/或(多个)LiDAR系统210提供的原始或融合传感器数据，道路检测子系统224可以基于机器学习技术(例如，用于标识车道的模式识别算法)构建道路的3D模型。使用道路的3D模型，道路检测子系统224可以标识道路上的物体(例如，道路上的障碍物或碎片)和/或标记(例如，车道线、转弯标志、人行横道标志等)。

车辆感知和规划系统220还包括定位和车辆姿态子系统225。基于原始或融合的传感器数据，定位和车辆姿态子系统225可以确定车辆的位置和车辆的姿态。例如，使用来自(多个)LiDAR系统210、(多个)摄像机232的传感器数据和/或GPS数据，定位和车辆姿态子系统225可以确定车辆在道路上的准确位置和车辆的六个自由度(例如，车辆是向前还是向后、向上还是向下、向左还是向右移动)。在一些实施例中，高清(HD)地图用于车辆定位。HD地图可以提供精确定位车辆的位置的非常详细的三维计算机化地图。例如，使用HD地图，定位和车辆姿态子系统225可以精确地确定车辆的当前位置(例如，车辆当前在道路的哪个车道上，它离路边或人行道有多近)并预测车辆的未来位置。

车辆感知和规划系统220还包括障碍物预测器226。由物体分类器223标识的物体可以是静态的(例如，灯杆、路标)或动态的(例如，移动的行人、自行车、另一汽车)。对于移动的物体，预测它们的移动路径或未来位置对于避免碰撞是重要的。障碍物预测器226可以预测障碍物轨迹和/或警告驾驶员或车辆规划子系统228关于潜在碰撞。例如，如果存在障碍物的轨迹与车辆的当前移动路径相交的较高的可能性，则障碍物预测器226可以生成该警告。障碍物预测器226可以使用各种技术来进行这样的预测。这些技术包括例如恒定速度或加速度模型、恒定转动速率和速度/加速度模型、基于卡尔曼滤波器和扩展卡尔曼滤波器的模型、基于递归神经网络(RNN)的模型、基于长短期记忆(LSTM)神经网络的模型、编码器-解码器RNN模型等。

仍参考图2，在一些实施例中，车辆感知和规划系统220还包括车辆规划子系统228。车辆规划子系统228可以包括路线规划器、驾驶行为规划器和移动规划器。路线规划器可以基于车辆的当前位置数据、目标位置数据、交通信息等来规划车辆的路线。驾驶行为规划器使用由障碍物预测器226提供的障碍预测结果，基于其它物体可能如何移动来调节定时和所规划的移动。移动规划器确定车辆需要遵循的具体操作。规划结果然后通过车辆接口270通信地传输到车辆控制系统280。通信可以通过通信路径223和271来执行，这些通信路径包括可以传送数据的任何有线或无线通信链路。

车辆控制系统280控制车辆的转向机构、油门、刹车等，以根据所规划的路线和移动操作车辆。车辆感知和规划系统220还可以包括用户接口260，其向用户(例如，驾驶员)提供对车辆控制系统280的访问，以例如在必要时操控或接管车辆的控制。用户接口260可以与车辆感知和规划系统220通信，例如，以获得并显示原始或融合的传感器数据、所标识的物体、车辆的位置/姿态等。显示的这些数据可以帮助用户更好地操作车辆。用户接口260可以分别经由通信路径221和261与车辆感知和规划系统220和/或车辆控制系统280通信，该通信路径包括可以传送数据的任何有线或无线通信链路。应理解，图2中的各种系统、传感器、通信链路和接口可以以任何期望的方式配置，并且不限于图2中示出的配置。

图3为示出示例性LiDAR系统300的框图。LiDAR系统300可以用于实施图1和图2中示出的LiDAR系统110、120A-F和/或210。在一个实施例中，LiDAR系统300包括激光源310、传输器320、光学接收器和光检测器330、转向系统340和控制电路系统350。这些部件使用通信路径312、314、322、332、343、352和362耦合在一起。这些通信路径包括各种LiDAR系统部件之间的通信链路(有线或无线、双向或单向)，但不必是物理部件本身。尽管通信路径可以由一条或多条电线、总线或光纤来实施，但是通信路径也可以是无线信道或自由空间光路，使得不存在物理通信介质。例如，在LiDAR系统300的一个实施例中，激光源310和传输器320之间的通信路径314可以使用一个或多个光纤来实施。通信路径332和352可以表示使用自由空间光学部件和/或光纤实施的光路。并且通信路径312、322、342和362可以使用携载电信号的一条或多条电线来实施。通信路径还可以包括上述类型的通信介质中的一个或多个(例如，它们可以包括光纤和自由空间光学部件，或者包括一个或多个光纤和一条或多条电线)。

LiDAR系统300还可以包括图3中未描绘的其它部件，诸如功率总线、电源、LED指示器、开关等。附加地，可以存在部件之间的其它通信连接，诸如光源310与光学接收器和光检测器330之间的直接连接，以提供参考信号，使得可以精确测量从传输光脉冲到检测到返回光脉冲的时间。

激光源310输出激光，用于照射视场(FOV)中的物体。激光源310可以例如是基于半导体的激光器(例如，二极管激光器)和/或基于光纤的激光器。基于半导体的激光器可以例如是边缘发射激光器(EEL)、竖直腔面发射激光器(VCSEL)等。基于光纤的激光器是其中有源增益介质是掺杂有稀土元素(诸如铒、镱、钕、镝、镨、铥和/或钬)的光纤的激光器。在一些实施例中，光纤激光器基于双包层光纤，其中增益介质形成被两层包层包围的光纤的芯。双包层光纤允许利用高功率光束泵送纤芯，从而使激光源成为高功率光纤激光源。

在一些实施例中，激光源310包括主振荡器(也称为种子激光器)和功率放大器(MOPA)。功率放大器放大种子激光器的输出功率。功率放大器可以是光纤放大器、体放大器或半导体光学放大器。种子激光器可以是固态体激光器或可调谐外腔二极管激光器。在一些实施例中，激光源310可以是光泵微芯片激光器。微芯片激光器是免对准单片固态激光器，其中，激光晶体直接与激光谐振器的端镜接触。微芯片激光器通常利用激光二极管泵送(直接地或使用光纤)以获得所期望的输出功率。微芯片激光器可以基于掺钕钇铝石榴石(Y₃Al₅O₁₂)激光晶体(即Nd:YAG)，或掺钕钒酸盐(即ND:YVO₄)激光晶体。

图4是示出了示例性基于光纤的激光源400的框图，该激光源具有种子激光器和用于泵送所期望的输出功率的一个或多个泵(例如，激光二极管)。基于光纤的激光源400是图3中描绘的激光源310的示例。在一些实施例中，基于光纤的激光源400包括种子激光器402，以生成一个或多个波长(例如，1550nm)的初始光脉冲，这些初始光脉冲经由光纤403被提供给波分复用器(WDM)404。基于光纤的激光源400还包括泵406，用于经由光纤405向WDM 404提供(例如，不同波长的，诸如980nm)激光功率。WDM404将由种子激光器402提供的光脉冲和由泵406提供的激光功率复用到单根光纤407上。然后，WDM 404的输出可以通过光纤407提供给一个或多个前置放大器408。(多个)前置放大器408可以是放大光信号的(多个)光学放大器(例如，具有大约20至30dB的增益)。在一些实施例中，(多个)前置放大器408是低噪声放大器。(多个)前置放大器408通过光纤409输出到组合器410。组合器410将(多个)前置放大器408的输出激光与由泵412经由光纤411提供的激光功率组合。组合器410可以组合具有相同波长或不同波长的光信号。组合器的一个示例是WDM。组合器410向升压放大器414提供脉冲，其经由光纤410产生输出光脉冲。升压放大器414提供光信号的进一步放大。输出的光脉冲然后可以被传输到传输器320和/或转向机构340(图3中示出)。应理解，图4示出了基于光纤的激光源400的一种示例性配置。使用图4中示出的一个或多个部件和/或图4中未示出的其它部件(例如，诸如电源、透镜、过滤器、分光器、组合器等其它部件)的不同组合，激光源400可以具有许多其它配置。

在一些变体中，基于光纤的激光源400中使用的光纤的光纤增益分布，可以控制光纤激光源400(例如，通过控制电路系统350)产生不同幅值的脉冲。通信路径312将基于光纤的激光源400耦合到控制电路系统350(图3中示出)，使得基于光纤的激光源400的部件可以由控制电路系统350控制或者另外地与控制电路系统350通信。替代地，基于光纤的激光源400可以包括其自己的专用控制器。相比于控制电路系统350直接与基于光纤的激光源400的部件通信，基于光纤的激光源400的专用控制器可以与控制电路系统350通信，并控制和/或与基于光纤的光源400的部件通信。基于光纤的光源400还可以包括未示出的其它部件，诸如一个或多个电源连接器、电源和/或功率线。

参考图3，激光源310的典型操作波长包括例如约850nm、约905nm、约940nm、约1064nm和约1550nm。最大可用激光功率的上限由U.S.FDA(美国食品和药物管理局)规则设定。1550nm波长的光功率极限比其它前述波长的光功率极限要高得多。此外，在1550nm处，光纤中的光功率损耗较低。1550nm波长的这些特性使其更有利于远程LiDAR应用。从激光源310输出的光功率的量可以由其峰值功率、平均功率和脉冲能量来表征。峰值功率是脉冲能量与脉冲的宽度的比值(例如，半峰全宽或FWHM)。因此，对于固定量的脉冲能量，较小的脉冲宽度可以提供较大的峰值功率。脉冲宽度可以在纳秒或皮秒的范围内。平均功率是脉冲的能量和脉冲重复率(PRR)的乘积。如下文更详细描述的，PRR标识脉冲激光的频率。PRR通常对应于LiDAR系统可以测量的最大范围。激光源310可以被配置成以高PRR产生脉冲，以满足由LiDAR系统生成的点云中的期望数量的数据点。激光源310也可以被配置成在中或低PRR下产生脉冲，以满足期望的最大检测距离。墙插效率(wall plug efficiency，WPE)是评估总功耗的另一因素，其可以是评估激光器效率的关键指标。例如，如图1所示，多个LiDAR系统可以附接到车辆，该车辆可以是电动车辆或另外具有有限燃料或电池电源的车辆。因此，当选择和配置激光源310和/或设计用于车载LiDAR应用的激光递送系统时，高WPE和使用激光功率的智能方式通常是重要的考虑因素。

应理解，以上描述提供了激光源310的非限制性示例。激光源310可以被配置成包括被配置成生成各种波长的一个或多个光信号的许多其它类型的光源(例如，激光二极管、短腔光纤激光器、固态激光器和/或可调谐外腔二极管激光器)。在一些示例中，光源310包括放大器(例如，前置放大器和/或升压放大器)，其可以是掺杂光纤放大器、固态体放大器和/或半导体光学放大器。放大器被配置成接收并以期望的增益放大光信号。

再次参考图3，LiDAR系统300还包括传输器320。激光源310向传输器320提供激光(例如，以激光束的形式)。由激光源310提供的激光可以是具有预定或受控波长、脉冲重复率和/或功率水平的放大激光。传输器320接收来自激光源310的激光，并以低发散度将激光传输到转向机构340。在一些实施例中，传输器320可以包括例如光学部件(例如，透镜、光纤、反射镜等)，用于直接或经由转向机构340将激光束传输到视场(FOV)。尽管图3将传输器320和转向机构340图示为分离的部件，但在一些实施例中，它们可以被组合或集成为一个系统。下文将更详细地描述转向机构340。

由激光源310提供的激光束在行进至传输器320时可能会发散。因此，传输器320通常包括准直透镜，其被配置成收集发散的激光束并以减小或最小的发散度产生平行光束。平行光束然后可以被进一步引导通过各种光学器件，诸如反射镜和透镜。准直透镜可以例如是平凸透镜。准直透镜可以被配置成具有任何期望的特性，诸如光束直径、发散度、数值孔径、焦距等。光束传播比或光束质量因子(也称为M²因子)用于测量激光束的质量。在许多LiDAR应用中，控制所生成的传输激光束的良好的激光束质量是重要的。M²因子表示光束相对于理想高斯光束的变化程度。因此，M²因子反映了准直激光束能够多好地聚焦在小点上，或者发散的激光束能够多好地被准直。M²因子越小，激光束的聚焦越紧密，并且所获得的光束光斑越强。因此，激光源310和/或传输器320可以被配置成根据例如扫描分辨率要求获得期望的M²因子。

由转向机构340将由传输器320提供的光束中的一个或多个扫描至FOV。转向机构340在多个维度上(例如，在水平和竖直维度两者上)扫描光束，以便于LiDAR系统300通过生成3D点云来绘制环境。将在下文更详细地描述转向机构340。扫描到FOV的激光可能被FOV中的物体散射或反射。散射光或反射光中的至少一部分返回到LiDAR系统300。图3还示出了被配置成接收返回光的光学接收器和光检测器330。光学接收器和光检测器330包括被配置为收集来自FOV的返回光的光学接收器。光学接收器可以包括用于接收、重定向、聚焦、放大和/或过滤来自FOV的返回光的光学器件(例如，透镜、光纤、反射镜等)。例如，光学接收器通常包括接收器透镜或聚焦透镜(例如，平凸透镜)，以将收集的返回光收集和/或聚焦到光检测器上。

光检测器检测由光学接收器聚焦的返回光，并生成与返回光的入射强度成比例的电流和/或电压信号。基于该电流和/或电压信号，可以导出物体在FOV中的深度信息。用于导出该深度信息的一种示例性方法是基于直接TOF(飞行时间)，这将在下文进行更详细描述。光检测器可以由其检测灵敏度、量子效率、检测器带宽、线性度、信噪比(SNR)、抗过载性、抗干扰性等来表征。基于应用，光检测器可以被配置或定制为具有任何期望的特性。例如，光学接收器和光检测器330可以被配置成使得光检测器具有大的动态范围，同时具有良好的线性度。光检测器线性度指示检测器保持输入光信号功率和检测器的输出之间的线性关系的能力。具有良好线性度的检测器可以在大的动态输入光信号范围内保持线性关系。

为实现所期望的探测器特性，可以对光检测器的结构和/或检测器的材料系统进行配置或定制。各种检测器结构可以用于光检测器。例如，光检测器结构可以是基于PIN的结构，其在p型半导体和n型半导体区域之间具有未掺杂的本征半导体区域(即“I”区域)。其它光检测器结构包括例如基于APD(雪崩光电二极管)的结构、基于PMT(光电倍增管)的结构、基于SiPM(硅光电倍增管)的结构、基于SPAD(单光子雪崩二极管)的结构和/或量子线。对于光检测器中使用的材料系统，可以使用Si、InGaAs和/或Si/Ge基材料。应理解，在光学接收器和光检测器330中可以使用许多其它检测器结构和/或材料系统。

光检测器(例如，基于APD的检测器)可以具有内部增益，使得在生成输出信号时放大输入信号。然而，由于光检测器的内部增益，噪声也可能被放大。常见类型的噪声包括信号散粒噪声、暗电流散粒噪声、热噪声和放大器噪声(TIA)。在一些实施例中，光学接收器和光检测器330可以包括作为低噪声放大器(LNA)的前置放大器。在一些实施例中，前置放大器还可以包括TIA跨阻放大器，其将电流信号转换成电压信号。对于线性检测器系统，输入等效噪声或噪声等效功率(NEP)衡量光检测器对弱信号的敏感程度。因此，它们可以用作整体系统性能的指标。例如，光检测器的NEP指定了可以被检测到的最弱信号的功率，并且因此它反过来指定了LiDAR系统的最大范围。应理解，可以使用各种光检测器优化技术来满足LiDAR系统300的要求。这种优化技术可以包括选择不同的检测器结构、材料和/或实施信号处理技术(例如，滤波、降噪、放大等)。例如，附加于或替代于使用返回信号的直接检测(例如，通过使用TOF)，相干检测也可以用于光检测器。相干检测允许通过利用本地振荡器干涉所接收的光来检测所接收的光的幅值和相位信息。相干检测可以提高检测灵敏度和抗噪性。

图3还示出了LiDAR系统300包括转向机构340。如上所述，转向机构340引导来自传输器320的光束以在多个维度上扫描FOV。转向机构被称为光栅机构或扫描机构。在多个方向上(例如，在水平和竖直方向两者上)扫描光束有助于LiDAR系统通过生成图像或3D点云来绘制环境。转向机制可以基于机械扫描和/或固态扫描。机械扫描使用旋转反射镜来转向激光束或物理旋转LiDAR传输器和接收器(统称为收发器)来扫描激光束。固态扫描将激光束导向到通过FOV的各个位置，而无需机械移动任何宏观部件，诸如收发器。固态扫描机制包括基于MEMS反射镜的转向、基于光学相控阵的转向和基于闪光LiDAR的转向。在一些实施例中，因为固态扫描机构没有物理地移动宏观部件，所以由固态扫描机构执行的转向可以被称为有效转向。使用固态扫描的LiDAR系统也可以被称为非机械扫描或简单地称为非扫描LiDAR系统(闪光LiDAR系统是示例性非扫描LiDAR系统)。

转向机构340可以与收发器(例如，传输器320和光学接收器和光检测器330)一起使用，以扫描FOV，用于生成图像或3D点云。作为示例，为了实施转向机构340，二维机械扫描仪可以与单点或多个单点收发器一起使用。单点收发器将单个光束或少量光束(例如，2至8个光束)传输到转向机构。二维机械转向机构包括例如(多个)多边形反射镜、(多个)振荡反射镜、(多个)旋转棱镜、(多个)旋转倾斜反射镜面或其组合。在一些实施例中，转向机构340可以包括(多个)非机械转向机构，诸如(多个)固态转向机构。例如，转向机构340可以基于结合折射效应的激光的调谐波长、和/或基于可重新配置的光栅/相位阵列。在一些实施例中，转向机构340可以使用单个扫描设备来实现二维扫描，或者使用被组合来实现二维扫描的两个设备。

作为另一示例，为实施转向机构340，一维机械扫描仪可以与阵列或大量单点收发器一起使用。具体来说，收发器阵列可以安装在旋转平台上，以实现360度水平视场。替代地，静态收发器阵列可以与一维机械扫描仪组合。一维机械扫描仪包括(多个)多边形反射镜、(多个)振荡反射镜、(多个)旋转棱镜、(多个)旋转倾斜反射镜面，用于获得前视水平视场。使用机械扫描仪的转向机构可以提供汽车应用的大规模生产的鲁棒性和可靠性。

作为另一示例，为实施转向机构340，可以使用二维收发器直接生成扫描图像或3D点云。在一些实施例中，可以使用拼接或微移位方法来提高扫描图像或被扫描的视场的分辨率。例如，使用二维收发器，在一个方向(例如，水平方向)上生成的信号和在另一方向(例如，竖直方向)上生成的信号可以被集成、交错和/或匹配，以生成代表所扫描的FOV的更高或全分辨率图像或3D点云。

转向机构340的一些实施方式包括一个或多个光学重定向元件(例如，反射镜或透镜)，其沿接收路径转向返回光信号(例如，通过旋转、振动或引导)，以将返回光信号引导至光学接收器和光检测器330。沿着传输和接收路径引导光信号的光学重定向元件可以是相同的部件(例如，共享的)、分离的部件(例如，专用的)、和/或共享和分离的部件的组合。这意味着在一些情况下，传输和接收路径是不同的，尽管它们可能部分重叠(或者在一些情况下，基本重叠)。

仍参考图3，LiDAR系统300还包括控制电路系统350。控制电路系统350可以被配置和/或编程为控制LiDAR系统300的各个部分和/或执行信号处理。在典型的系统中，控制电路系统350可以被配置和/或编程为执行一个或多个控制操作，包括例如控制激光源310以获得期望的激光脉冲定时、重复率和功率；控制转向机构340(例如，控制速度、方向和/或其它参数)来扫描FOV并保持像素配准/对准；控制光学接收器和光检测器330(例如，控制灵敏度、降噪、滤波和/或其它参数)使得其处于最佳状态；以及监控整体系统健康/功能安全状态。

控制电路系统350还可以配置和/或编程为对由光学接收器和光检测器330生成的原始数据进行信号处理，以导出距离和反射率信息，并进行数据打包和与车辆感知和规划系统220(在图2中示出)通信。例如，控制电路系统350确定从传输光脉冲到接收相应的返回光脉冲所花费的时间；确定对于所传输的光脉冲何时没有接收到返回光脉冲；确定传输/返回光脉冲的方向(例如，水平和/或竖直信息)；确定特定方向上的所评估的范围；和/或确定与LiDAR系统300相关的任何其它类型的数据。

LiDAR系统300可以被设置在车辆中，该车辆可以在许多不同的环境中操作，包括热或冷的天气、可能导致强烈振动的崎岖道路状况、高或低湿度、多尘区域等。因此，在一些实施例中，LiDAR系统300的光学和/或电子部件(例如，传输器320、光学接收器和光检测器330以及转向机构340中的光学器件)被布置或配置成保持长期机械和光学稳定性的方式。例如，LiDAR系统300中的部件可以被固定和密封，使得它们可以在车辆可能遇到的所有状况下操作。例如，可以将防潮涂层和/或气密密封应用于传输器320、光学接收器和光检测器330以及转向机构340的光学部件(以及易受湿气影响的其它部件)。作为另一示例，可以在LiDAR系统300中使用(多个)壳体、(多个)外罩和/或窗，以提供期望的特性，诸如硬度、防护等级(IP)、自清洁能力、耐化学性和抗冲击性等。此外，用于组装LiDAR系统300的高效且经济的方法可用于满足LiDAR操作要求，同时维持低成本。

本领域普通技术人员应理解，图3和上述说明仅出于说明目的，LiDAR系统可以包括其它功能单元、块或段，并且可以包括以上这些功能单元、块或段的变体或组合。例如，LiDAR系统300还可以包括图3中未描绘的其它部件，诸如功率总线、电源、LED指示器、开关等。附加地，可以存在部件之间的其它连接，诸如光源310与光学接收器和光检测器330之间的直接连接，使得光检测器330可以精确地测量从光源310传输光脉冲到光检测器330检测到返回光脉冲的时间。

图3中示出的这些部件使用通信路径312、314、322、332、342、352和362耦合在一起。这些通信路径表示各种LiDAR系统部件之间的通信(双向或单向)，但不必是物理部件本身。尽管通信路径可以由一条或多条电线、总线或光纤来实施，但是通信路径也可以是无线信道或露天光学路径，使得不存在物理通信介质。例如，在一个示例性LiDAR系统中，通信路径314包括一个或多个光纤；通信路径352表示光学路径；并且通信路径312、322、342和362全部是携载电信号的电线。通信路径还可以包括上述类型的通信介质中的一种以上(例如，它们可以包括光纤和光路，或者一个或多个光纤以及一条或多条电线)。

如上所述，一些LiDAR系统使用光信号(例如，光脉冲)的飞行时间(TOF)来确定到光路中的物体的距离。例如，参考图5A，示例性LiDAR系统500包括激光源(例如，光纤激光器)、转向系统(例如，一个或多个移动反射镜的系统)和光检测器(例如，具有一个或多个光学器件的光子检测器)。LiDAR系统500可以使用例如以上描述的LiDAR系统300来实施。LiDAR系统500沿着由LiDAR系统500的转向系统确定的光路504发射光脉冲502。在所描绘的示例中，由激光源生成的光脉冲502是激光的短脉冲。此外，LiDAR系统500的信号转向系统是脉冲信号转向系统。然而，应理解，LiDAR系统可以通过生成、传输和检测非脉冲的光信号来操作，并且使用除飞行时间之外的技术来导出到周围环境中的物体的距离。例如，一些LiDAR系统使用调频连续波(即“FMCW”)。还应理解，本文针对使用脉冲信号的基于飞行时间的系统描述的技术中的任何一个也可以适用于不使用这些技术中的一个或两个的LiDAR系统。

再次参考图5A(例如，示出了使用光脉冲的飞行时间LiDAR系统)，当光脉冲502到达物体506时，光脉冲502散射或反射以生成返回光脉冲508。返回光脉冲508可以沿着光路510返回到系统500。可以测量从所传输的光脉冲502离开LiDAR系统500时到返回光脉冲508返回到LiDAR系统500时的时间(例如，通过LiDAR系统内的处理器或其它电子设备，诸如控制电路系统350)。结合光速的知识的这个飞行时间可以用于确定从LiDAR系统500到物体506的其中光脉冲502被散射或反射的部分的范围/距离。

如图5B所描绘的，通过引导许多光脉冲，LiDAR系统500扫描外部环境(例如，通过分别沿着光路504、524、528、532引导光脉冲502、522、526、530)。如图5C所描绘的，LiDAR系统500接收返回光脉冲508、542、548(其分别对应于传输光脉冲502、522、530)。返回光脉冲508、542和548是通过物体506和514中的一个散射或反射所传输的光脉冲而生成。返回光脉冲508、542和548可以分别沿着光路510、544和546返回到LiDAR系统500。基于所传输的光脉冲的方向(如由LiDAR系统500所确定)以及所计算的从LiDAR系统500到散射或反射光脉冲的物体部分(例如，物体506和514的部分)的距离，可检测范围内的外部环境(例如，包括路径504和532之间的视场)可以被精确地绘制或标绘(例如，通过生成3D点云或图像)。

如果对于特定的传输光脉冲，没有接收到相对应的光脉冲，则可以确定在LiDAR系统500的可检测范围内没有物体(例如，物体超出LiDAR系统500的最大扫描距离)。例如，在图5B中，光脉冲526可能没有相对应的返回光脉冲(如图5C所示)，因为光脉冲526可能不会在预定检测范围内沿着其传输路径528产生散射事件。LiDAR系统500或与LiDAR系统500通信的外部系统(例如，云系统或服务)可以将缺少返回光脉冲解释为在LiDAR系统500的可检测范围内沿着光路528没有物体设置。

在图5B中，光脉冲502、522、526和530可以按任何顺序传输，串行传输、并行传输或基于相对于彼此的其它时序传输。附加地，尽管图5B将所传输的光脉冲描绘为在一个维度或一个平面(例如，纸的平面)中被引导，但是LiDAR系统500也可以沿着(多个)其它维度或(多个)平面引导所传输的光脉冲。例如，LiDAR系统500还可以在垂直于图5B中示出的维度或平面的维度或平面中引导所传输的光脉冲，从而形成光脉冲的二维传输。这种光脉冲的二维传输可以是逐点的、逐行的、一次性的或者以其它方式进行。来自光脉冲的一维传输的点云或图像(例如，单个水平线)可以生成二维数据(例如，(1)来自水平传输方向的数据和(2)到物体的范围或距离)。类似地，来自光脉冲的二维传输的点云或图像可以生成三维数据(例如，(1)来自水平传输方向的数据，(2)来自竖直传输方向的数据，以及(3)到物体的范围或距离)。通常，执行光脉冲的n维传输的LiDAR系统生成(n+1)维数据。这是因为LiDAR系统可以测量物体的深度或者到物体的范围/距离，这提供了额外维度的数据。因此，由LiDAR系统进行的2D扫描可以生成用于绘制LiDAR系统的外部环境的3D点云。

点云的密度是指由LiDAR系统执行的每个区域的测量(数据点)的数量。点云密度与LiDAR扫描分辨率相关。通常，至少对于感兴趣的区域(ROI)，期望更大的点云密度，并且因此期望更高的分辨率。由LiDAR系统生成的点云或图像中的点密度等于脉冲的数量除以视场。在一些实施例中，视场可以是固定的。因此，为了增加由一组传输-接收光学器件(或收发器光学器件)生成的点的密度，LiDAR系统可能需要更频繁地产生脉冲。换句话说，需要具有更高脉冲重复率(PRR)的光源。另一方面，通过更频繁地产生和传输脉冲，LiDAR系统可以检测的最远距离可能是有限的。例如，如果在系统传输下一脉冲之后接收来自远处物体的返回信号，则返回信号可能以与传输相对应的信号的顺序不同的顺序被检测到，使得如果系统不能正确地将返回信号与发射信号关联，则会导致模糊。

为了说明，考虑可以传输具有在500kHz和1MHz之间的重复率的激光脉冲的示例性LiDAR系统。基于脉冲返回到LiDAR系统所花费的时间，并且为了避免来自常规LiDAR设计中连续脉冲的返回脉冲的混淆，对于500kHz和1MHz，LiDAR系统可以检测的最远距离可以分别是300米和150米。具有500kHz的重复率的LiDAR系统的点密度是具有1MHz的重复率的LiDAR系统的点密度的一半。因此，这个示例表明，如果系统不能正确地关联无序到达的返回信号，那么将重复率从500kHz增加到1MHz(并且因此提高系统的点密度)可能会减小系统的检测范围。使用各种技术来改善较高PRR和有限检测范围之间的权衡。例如，多个波长可以用于检测不同范围内的物体。光学和/或信号处理技术也用于在所传输的光信号和返回光信号之间进行关联。

本文所述的各种系统、装置和方法可使用数字电路系统，或使用一台或多台使用公知计算机处理器、存储器单元、存储设备、计算机软件和其它部件的计算机来实施。通常，计算机包括用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器。计算机还可以包括或耦接到一个或多个大容量存储设备，诸如一个或多个磁盘、内部硬盘和可移动磁盘、磁盘、光盘等。

本文所述的各种系统、装置和方法可使用以客户端-服务器关系操作的计算机实施。通常，在这样的系统中，客户端计算机位于远离服务器计算机并通过网络进行交互。客户端-服务器关系可以由在相应的客户端和服务器计算机上运行的计算机程序来定义和控制。客户端计算机的示例可以包括台式计算机、工作站、便携式计算机、蜂窝智能手机、平板电脑或其它类型的计算设备。

本文所述的各种系统、装置和方法可使用有形地实现在信息载体中(例如，在非暂时性机器可读存储设备中)的计算机程序产品实施，以便由可编程处理器执行；并且本文中描述的方法过程和步骤(包括图13的步骤中的一个或多个)可以使用可由这种处理器执行的一个或多个计算机程序来实施。计算机程序是可以在计算机中直接或间接使用以执行特定活动或产生特定结果的一组计算机程序指令。计算机程序可以以任何形式的编程语言编写，包括编译或解释语言，并且它可以以任何形式部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适合在计算环境中使用的其它单元。

可以用于实施本文所述的系统、装置和方法的示例性装置的高层框图在图6中示出。装置600包括处理器610，其可操作地耦接到永久存储设备620和主存储器设备630。处理器610通过执行定义这些操作的计算机程序指令来控制装置600的整体操作。计算机程序指令可以存储在永久存储设备620或其它计算机可读介质中，并在期望执行计算机程序指令时加载到主存储器设备630中。例如，处理器610可以用于实施本文所述的一个或多个部件和系统，诸如控制电路系统350(图3中示出)、车辆感知和规划系统220(图2中示出)和车辆控制系统280(图2中示出)。因此，图13的方法步骤中的一个或多个可以由存储在主存储器设备630和/或永久存储设备620中的计算机程序指令来定义，并且由执行计算机程序指令的处理器610来控制。例如，计算机程序指令可以被实施为由本领域技术人员编程的计算机可执行代码，以执行由图13的方法步骤定义的算法。因此，通过执行计算机程序指令，处理器610执行由图3至图5以及图13的方法的一个或多个步骤定义的算法。装置600还包括一个或多个网络接口680，用于通过网络与其它设备通信。装置600还可以包括一个或多个输入/输出设备690，该一个或多个输入/输出设备使得用户能够与装置600(例如，显示器、键盘、鼠标、扬声器、按键等)交互。

处理器610可以包括通用和专用微处理器，并且可以是装置600的唯一处理器或多个处理器中的一个。处理器610可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)和一个或多个图形处理单元(GPU)，该一个或多个图形处理单元例如可以与一个或多个CPU单独地工作和/或与一个或多个CPU一起执行多任务以加速处理，例如用于本文描述的各种图像处理应用。处理器610、永久存储设备620和/或主存储器设备630可以包括一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)，或者由一个或多个专用集成电路(ASIC)和/或一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)补充或并入其中。

永久存储设备620和主存储器设备630各自包括有形非暂时性计算机可读存储介质。永久存储设备620和主存储器设备630可以各自包括高速随机存取存储器，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(DDRRAM)或其它随机存取固态存储设备，并且可以包括非易失性存储器，诸如一个或多个磁盘存储设备，诸如内部硬盘和可移动磁盘、磁盘存储设备、光盘存储设备、闪存设备、半导体存储器设备，诸如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)、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用光盘只读存储器(DVD-ROM)盘或其它非易失性固态存储设备。

输入/输出设备690可以包括外围设备，诸如打印机、扫描仪、显示屏等。例如，输入/输出设备690可以包括用于向用户显示信息的显示设备(诸如阴极射线管(CRT)、等离子或液晶显示器(LCD))、键盘和定点设备(诸如用户可向装置600提供输入的鼠标或轨迹球)。

本文讨论的系统和装置的功能中的任何或全部可以由处理器610执行，和/或并入装置或系统，诸如LiDAR系统300。此外，LiDAR系统300和/或装置600可以利用由处理器610或本文讨论的其它系统或装置执行的一个或多个神经网络或其它深度学习技术。

本领域技术人员将认识到，实际计算机或计算机系统的实施可以具有其它结构，并且也可包含其它部件，并且图6是出于说明目的的此类计算机的部件中的一些的高级表示。

图7是根据一些实施例的使用光学折射设备706和反射镜710的简化的紧凑型LiDAR系统700的图示。如图7所示，在一些实施例中，系统700包括收集透镜702、传输器704、光学折射设备706和反射镜710。传输器704朝向光学折射设备706发射一个或多个传输光束705。在一些实施例中，使用传输器320和可选的图3中示出的一个或多个其它部件(例如，激光源310)来实施传输器704。传输光束705是具有期望波长(例如，1550nm)的激光束。在图7中示出的实施例中，传输器705设置在收集透镜702和光学折射设备706之间。应理解，传输器705也可以设置在其它地方(例如，设置在收集透镜702的前面、聚集透镜702的侧部处等)。在一些实施例中，存在设置在传输器704和光学折射设备706之间的其它光学部件(例如，准直透镜、过滤器等)。

在一些实施例中，光学折射设备706折射传输光束705。一个或多个传输光束705的全部或大部分穿过光学折射设备706，并由于光学折射效应而改变方向。在一个实施例中，光学折射设备706改变传输光束705的方向，使得经折射的传输光束707不从传输光束705沿着直线继续。经折射的传输光束707被引导到反射镜710。反射镜710反射经折射的传输光束707以形成传输光束709，从而照射视场714中的物体。反射镜710是可以用于图7中示出的转向机构的光学反射设备的示例。也可以使用其它光学反射设备(例如，双面镜、凹面镜、凸面镜等)。

在一些实施例中，光学折射设备706耦合到第一致动器(图7中未示出)。第一致动器被配置成使光学折射设备706围绕轴线708振荡。在本公开中，振荡意指以周期性的方式在预定角度范围(例如，40度、80度等)内在两个相反方向(例如，顺时针和逆时针)上连续来回移动。旋转意指仅在一个方向上连续移动持续至少360度。当光学折射设备706振荡时，它沿着一个维度(例如，“y”或竖直维度)改变经折射的传输光束707的方向。因此，传输光束709被转向以扫描FOV的相对应的维度(例如，“y”或竖直维度)。取决于光学折射设备706如何定向，传输光束709可以被设备706转向以扫描水平维度或竖直维度。类似地，反射镜710耦合到第二致动器(图7中未示出)，第二致动器被配置成使反射镜710围绕轴线712振荡。当反射镜710振荡时，它沿着另一维度(例如，“x”或水平维度)改变传输光束709的方向。因此，传输光束709被进一步转向以扫描FOV的另一相对应的维度(例如，“x”或水平维度)。取决于反射镜710如何定向，传输光束709可以被反射镜710转向以扫描水平维度或竖直维度。因此，光学折射设备706和反射镜710在振荡时竖直和水平地转向光束，以照射FOV内的一个或多个物体。

如果传输光束709到达FOV内的物体，它可以被反射和/或散射以形成返回光719。返回光719可以包括多个返回光脉冲。返回光719行进至反射镜710，其重定向(例如，反射)返回光719以形成重定向的返回光717。重定向的返回光717朝向光学折射设备706行进。光学折射设备706折射重定向的返回光717以形成经折射的返回光715。经折射的返回光715被引导朝向收集透镜702。收集透镜702然后将经折射的返回光715引导(例如，聚焦)到接收器中的其它光学部件(例如，接收器的光检测器)。因此，在一些实施例中，光学折射设备706和反射镜710既用于使传输光束转向以照射FOV中的物体，又用于接收返回光并将返回光重定向到接收器。如图7所示，控制光学折射设备706和反射镜710围绕它们各自的轴线振荡，而非旋转。如上所述，为了使得能够进行旋转移动(例如，顺时针或逆时针旋转)，光学部件需要在其周围具有较大的间隙空间，使得其可以自由旋转而不干扰其它部件。为了实现光学折射设备706和反射镜710的振荡(例如，在有限的角度范围内以周期性方式围绕轴线振荡)，系统不需要较大的间隙空间。在一些实施例中，用于实现振荡所需的间隙空间可以显著减小(例如，如果振荡所需的角度范围是有限的)。因此，可以减小LiDAR系统的总体尺寸，使得可以将LiDAR系统制造得更紧凑。紧凑型LiDAR系统常常是期望的，因为它可以被组装到车辆或另一平台的较小空间中。紧凑型LiDAR系统也不显著增加或根本不增加另一平台的车辆的总体尺寸，因此使其更令人满意。

在图7中，光学折射设备706可以是光学棱镜。例如，光学折射设备706可以具有被配置为折射光的平坦且抛光的表面。光学折射设备706的至少一个表面相对于另一表面成角度。例如，光学折射设备706的至少一个表面不平行于其相对的表面。光会被两个不平行的表面折射。光学折射设备706的不同实施例可以具有不同的几何形状，并且将在下文更详细地描述。光学折射设备706可以是色散棱镜(例如，三棱镜、Amici棱镜、Littrow棱镜、Pellin-Broca棱镜、Abbe棱镜、Grism、Fery棱镜等)、分束棱镜(例如，二向色棱镜、偏振立方分束器、提供非偏振分束的部分金属化镜、空气间隔等)、偏振棱镜(例如，Nicol棱镜、Glan-Foucault棱镜、Rochon棱镜、Senarmont棱镜、Wollaston棱镜、Nomarski棱镜等)。

在一些实施例中，光学折射设备706可以是光学折射设备组件的一部分。组件可以包括电机、位置编码器、致动器、控制器等。类似地，反射镜710可以是反射镜组件的一部分。反射镜组件可以包括电机、位置编码器、致动器、反射镜控制器。光学折射设备组件和反射镜组件的这些部件将在下文进行更详细地描述。在一个实施例中，反射镜710是检流计镜。

图8是根据一些实施例的使用光学折射设备806的简化的紧凑型LiDAR系统800的立体图。如图8所示，在一些实施例中，系统800包括收集透镜802、传输器804、光学折射设备806、反射镜810和安装机构820。收集透镜802、传输器804、光学折射设备806和反射镜810分别与收集透镜702、传输器704、光学折射设备706和反射镜710相同或相似。与图8中的传输器704不同，传输器804设置在收集透镜802的前面。在一些实施例中，收集透镜802可以具有用于传输光束805通过的开口(未示出)。传输器804可以设置在开口的前面，或者至少部分设置在开口中。传输光束805可以通过收集透镜802中的开口被引导朝向光学折射设备806。

类似于LiDAR系统700的上述内容，在一些实施例中，LiDAR系统800的光学折射设备806耦合到第一致动器(图8中未示出)，第一致动器被配置成使光学折射设备806围绕沿着轴808的轴线振荡。反射镜810耦合到第二致动器(图8中未示出)，第二致动器被配置成使反射镜810围绕沿着轴818的轴线812振荡。第一致动器和第二致动器可以被安装到例如安装机构820上。安装机构820可以是形成光学折射设备806及其轴808、第一和第二致动器、反射镜810及其轴818、以及收集透镜802中的一个或多个的基础或安装其至少一部分的分立部件。安装机构820也可以是整个LiDAR系统的安装机构的一部分。在一个实施例中，安装机构820是安装底盘。

当光学折射设备806和反射镜810振荡时，它们可以被配置成竖直和水平地转向光束，以照射FOV内的物体。特别地，传输器804将一个或多个传输光束805引导朝向光学折射设备806的侧表面807。光学折射设备806折射传输光束805以形成经折射的光束817。经折射的光束817被引导朝向反射镜810，其重定向光束以形成传输光束809，从而照射FOV中的物体。类似于上文所述内容，在一些实施例中，光学折射设备806和反射镜810也用于接收返回光并将返回光重定向到收集透镜802。返回光被进一步重定向到接收器的其它部件(例如，光电探测器)。

如图8所示，控制光学折射设备806和反射镜810围绕它们各自的轴线振荡，而非是旋转。如上所述，为了实现旋转运动(例如，顺时针或逆时针旋转)，LiDAR系统需要具有大的间隙空间，使得光学部件可以自由旋转而不干扰其它部件。为了实现振荡(例如，在有限的角度范围内以周期性方式围绕轴线振荡)，光学折射设备806和反射镜810不需要像它们被配置成旋转那样多的空间。在一些实施例中，与旋转所需的空间相比，振荡所需的间隙空间可以显著减小。因此，可以减小LiDAR系统的总体尺寸，使得LiDAR系统变得更紧凑。

图9示出了光学折射设备的各种实施例的侧视图。在图9中，光学折射设备906、908和910是可以用来实施以上描述的光学折射设备706和/或806的不同实施例。光学折射设备906、908和910中的每个可以是光学折射设备组件的一部分，该光学折射设备组件包括例如棱镜、电机轴、电机、致动器和位置编码器。光学设备组件中的这些部件将在下文更详细地描述。如图9所示，在一个实施例中，光学折射设备906具有两个侧表面916和918。侧表面916和918彼此不平行，并且被称为楔形表面。图9示出了光学折射设备906的侧表面916和底表面形成非90度角(例如，70度角)。类似地，光学折射设备906的表面918和底表面也形成非90度角(例如，60度角)。两个表面916和918被形成为使得光学折射设备906具有如图9所示的梯形侧表面，其中顶表面和底表面彼此平行，并且两个侧表面916和918彼此不平行。侧表面916和918的边缘形成梯形的腰；并且顶表面和底表面的边缘形成梯形的底。通过配置两个侧表面916和918相对于底表面(或顶表面)的角度，这两个侧表面916和918可以被配置为以期望的折射角折射光束。因此，光学折射设备906可以被适当地配置成改变入射传输光束的方向，以在期望的方向上形成输出光束。可以使用例如Snell定律来计算期望的折射角度或方向。当光学折射设备906围绕轴线(例如，轴线909)振荡时，由光学折射设备906形成的输出光束用于扫描FOV。在一些实施例中，两个表面916和918相对于顶表面或底表面的角度被配置成使得沿着LiDAR的FOV的一个维度(例如，竖直维度)的扫描范围为大约40度(例如，-20度至+20度)。

如图9进一步所示，在一个实施例中，光学折射设备908具有侧表面926和928。侧表面928是楔形表面，并且侧表面926是非楔形表面。表面926和928彼此不平行。图9示出了光学折射设备908的侧表面928和底表面形成非90度角。侧表面926和底表面形成90度角。两个表面926和928被形成为使得光学折射设备908具有带有90度角的梯形侧表面，如图9所示。侧表面926和928的边缘形成梯形的腰；并且顶表面和底表面的边缘形成梯形的底。通常，为了折射光束，光学折射设备需要至少一个侧表面(例如，表面928)是楔形表面(例如，侧表面和底/顶表面形成非90度角)。通过配置表面928相对于顶表面或底表面的角度，光学折射设备908可以被配置成以期望的折射角折射光束。因此，光学折射设备908可以被适当地配置成改变传输光束的方向，以在期望的方向上形成输出光束。可以使用例如Snell定律来计算期望的折射角度或方向。当光学折射设备908围绕轴线(例如，轴线929)振荡时，输出光束用于扫描FOV。在一些实施例中，侧表面928相对于顶表面或底表面的角度被配置成使得沿着LiDAR的FOV的一个维度(例如，竖直维度)的扫描范围为大约10度至40度。

如图9进一步所示，在一个实施例中，光学折射设备910具有两个侧表面936和938。侧表面936和938是楔形表面并且彼此不平行。图9示出了光学折射设备910的表面936和底表面形成非90度角(例如，70度)。类似地，表面938和底表面也形成非90度角(例如，70度)。两个表面936和938被形成为使得光学折射设备910具有如图9所示的三角形侧表面。侧表面936和938的边缘形成三角形的两条侧边，并且它们在顶点处彼此相交。通过配置两个侧表面936和938相对于底表面的角度，这两个侧表面可以被配置为折射光束从而以期望折射角形成输出光束。因此，光学折射设备910可以被适当地配置成改变进入光学折射设备910的传输光束的方向，并且在期望的方向上形成输出光束。可以使用例如Snell定律来计算期望的折射角度或方向。当光学折射设备910围绕轴线(例如，轴线939)振荡时，输出光束用于扫描FOV。在一些实施例中，两个侧表面936和938的角度被配置成使得沿着LiDAR的FOV的一个维度(例如，竖直维度)的扫描范围为大约10度到40度。

图9示出了光学折射设备的三个不同实施例。应理解，光学折射设备可以具有任何其它期望的形状和/或尺寸。光学折射设备可以被适当地配置成执行光束的光学折射，使得设备的振荡使得传输光束根据LiDAR扫描要求扫描FOV。光学折射设备的振荡还能够接收返回光，用于计算FOV中的物体的距离。

如上所述，光学折射设备(例如，设备706和806)和反射镜(例如，反射镜710和810)可以被控制为根据LiDAR系统的扫描要求(例如，扫描范围、扫描速度、分辨率、感兴趣区域等)围绕它们各自的轴线振荡。图10是示出光学折射设备1018和反射镜1028的移动控制的框图。光学折射设备1018可以用于实施上述设备706和/或设备806。反射镜1028可以用于实施上述反射镜710和/或反射镜810。如图10所示，在一些实施例中，LiDAR系统包括轨迹规划器1004、光学折射设备控制器1010、光学折射设备致动器1014、反射镜控制器1020和反射镜致动器1024。LiDAR系统的这些部件中的一个或多个可以由LiDAR系统的硬件和/或软件部件(例如，图3中示出的控制电路系统350)来实现。例如，它们可以通过使用一个或多个微控制器单元(MCU)、一个或多个数字信号处理器(DSP)、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)等来实施。

在一些实施例中，光学折射设备1018和反射镜1028的移动控制通过确定每个的移动轮廓来执行。轨迹规划器1004接收LiDAR扫描要求1002，并确定光学折射设备1018的移动轮廓和反射镜1028的移动轮廓。扫描要求1002可以包括例如水平扫描范围；竖直扫描范围；感兴趣区域(ROI)要求；扫描帧速率；和/或扫描模式要求。水平扫描范围指定水平扫描方向的角度范围(例如，从大约-40度到大约+40度)。竖直扫描范围指定竖直扫描方向的角度范围(例如，从大约-20度到大约+20度)。ROI要求指定其中需要或优选更高的扫描分辨率的一个或多个角度范围。例如，如果整个竖直扫描范围从大约-20度到大约+20度，ROI要求可以指定ROI范围在大约-10度到大约+10度之间。通常，ROI要求指定对应于具有较高兴趣的区域(例如，可能具有诸如行人和车辆的更多物体的区域)的一个或多个扫描范围。扫描帧速率与LiDAR系统的扫描速度有关。通过沿水平和竖直方向扫描激光束，LiDAR系统形成FOV的场景的完整3D地图。每个这样的地图被称为帧。LiDAR系统可以具有例如每秒大约10到大约50帧之间的帧速率。扫描模式要求规定所期望的图案的定向和/或扫描线形状。

基于这些所接收的LiDAR扫描要求1002中的一个或多个，轨迹规划器1004确定光学折射设备1018的移动轮廓。例如，如果光学折射设备1018被配置成使得能够扫描FOV的竖直维度，则轨迹规划器1004可以基于竖直扫描范围、ROI要求(如果有的话)、扫描帧速率和/或扫描模式要求中的一个或多个来确定光学折射设备1018的移动轮廓1006。移动轮廓1006限定了角位置和时间关系，其表示光学折射设备1018在第一角位置和第二角位置之间的振荡轨迹。第一角位置和第二角位置指示光学折射设备1018的振荡的边界或结束位置。因此，当光学折射设备1018振荡到第一角位置或第二角位置时，它改变移动方向。光学折射设备1018的移动的第一角位置和第二角位置可以用于确定竖直扫描范围。在一个示例中，第一角位置和第二角位置被配置成使得竖直扫描在大约-20度到大约+20度的范围内。因此，总的竖直扫描范围为大约40度。扫描帧速率、ROI要求和扫描模式要求可以用于确定光学折射设备1018在任何特定时间点的移动速度。例如，在ROI区域中，可以控制光学折射设备1018以比非ROI区域的速率更低的速率扫描，从而提供更高分辨率的扫描线。光学折射设备1018也可以被控制成根据扫描帧速率要求以期望的速度振荡。因此，光学折射设备1018的移动轮廓包括角位置时间关系，其指定了光学折射设备1018在第一角位置和第二角位置之间的振荡轨迹。

类似地，基于一个或多个LiDAR扫描要求1002，轨迹规划器1004可以确定反射镜1028的移动轮廓。例如，如果反射镜1028被配置为提供FOV的水平维度的扫描，则轨迹规划器1004可以基于水平扫描范围、ROI要求(如果有的话)、扫描帧速率和扫描模式要求中的一个或多个来确定其移动轮廓。反射镜1028的移动轮廓限定了角位置时间关系，其表示反射镜1028在第三角位置和第四角位置之间的振荡轨迹。第三角位置和第四角位置指示反射镜1028的振荡的边界或结束位置。因此，当反射镜1028振荡到第三角位置或第四角位置时，它改变其移动方向。与反射镜1028的移动相关联的第三和第四角位置可以用于确定水平扫描范围。在一个示例中，第三和第四角位置被配置成使得水平扫描在大约-40度到大约+40度的范围内。因此，总的水平扫描范围为大约80度。在一个实施例中，水平扫描范围大于竖直扫描范围，因为反射镜1028被配置成具有比光学折射设备1018的振荡范围更大的振荡范围。在另一实施例中，竖直扫描范围被配置为大于水平扫描范围。扫描帧速率、ROI要求和扫描模式要求可以用于确定反射镜1028在任何特定时间点的移动速度。例如，在ROI区域中，可以控制反射镜1028以较慢的速率扫描，以提供更高分辨率的扫描线。反射镜1028也可以被控制成根据扫描帧速率要求以期望的速度振荡。因此，反射镜1028的移动轮廓包括指定了反射镜1028在第三角位置和第四角位置之间的振荡轨迹的角位置和时间关系。

在一些实施例中，单独确定光学折射设备1018和反射镜1028的移动轮廓。因此，可以在FOV的水平和竖直维度两者上动态配置一个或多个ROI区域。例如，光学折射设备1018的振荡轨迹指定沿着FOV的竖直维度的第一ROI区域。并且反射镜1028的振荡轨迹指定沿着FOV的水平维度的第二ROI区域。第一ROI区域和第二ROI区域可以重叠，或者不重叠。以这样的方式，ROI区域可以被灵活地配置成在FOV的水平和竖直维度中的一个或两个上包括任何期望的区域。

图11示出了根据一些实施例的光学折射设备1028和反射镜1028的移动轮廓。在一个实施例中，光学折射设备1018的移动轮廓由轨迹1102表示。反射镜1028的移动轮廓由轨迹1104表示。轨迹1102提供了光学折射设备1018在任何特定时间的角位置。轨迹1104提供了反射镜1028在任何特定时间的角位置。轨迹1102中的某些角位置对应于光学折射设备1018的振荡运动的结束角位置。例如，轨迹1102中示出的最小和最大角度可以对应于振荡的两个结束位置。类似地，轨迹1104中的某些角位置(例如，最小和最大角度)对应于反射镜1028的振荡运动的结束角位置。在图11中示出的示例中，反射镜1028以比光学折射设备1018更高的速度振荡。因此，如果反射镜1028用于促进在水平维度上的扫描，并且光学折射设备1018用于促进在竖直维度上的扫描，则对于特定的竖直角位置可以存在多个水平扫描线。轨迹1102和轨迹1104可以用于分别控制光学折射设备1018和反射镜1028的移动，使得光学折射设备1018和反射镜1028的振荡运动有助于生成用于覆盖期望的水平和竖直扫描范围的期望的扫描模式。应理解，图11中示出的轨迹1102和轨迹1104的全部或一部分可以在时间上重复和/或延伸。

在一些实施例中，要求或期望LiDAR系统的扫描模式是水平平坦的或基本平坦的。图12示出了其中扫描模式在水平和竖直维度上都具有平坦的扫描线的这样的轮廓。为了获得这种平坦的扫描线，光学折射设备1018和反射镜1028的移动轮廓被配置成使得在任何给定时间，光学折射设备1018或反射镜1028中只有一个正在移动。返回参考图11，作为示例，轨迹1102示出了在时间t0和t1之间，光学折射设备1018正在移动，并且因此其角位置随着时间从t0到t1而改变。轨迹1104示出了在相同的时间间隔t0和t1之间，反射镜1028不移动。因此，反射镜1028不改变其在t0和t1之间的角位置。时间间隔t1到t2期间，则相反。也就是说，从时间t1到t2，轨迹1102示出光学折射设备1018不改变其角位置，这表明它在t1和t2期间不移动。相反，在时间间隔t1和t2期间，轨迹1104示出反射镜1028改变其角位置，这表明反射镜1028正在移动。移动轨迹在时间t2之后重复。因此，轨迹1102和轨迹1104的组合表明光学折射设备1018和反射镜1028相对于彼此交替它们的移动。在任何特定时间，光学折射设备1018和反射镜1028中只有一个移动。以这样的方式，在任何特定时间，传输光束被水平地或竖直地转向，但不是在两者上转向。因此，由返回光形成的LiDAR扫描图案具有平坦的水平扫描线和平坦的竖直扫描线，如图12所示。在一些实施例中，图12中示出的LiDAR扫描模式可以表示传输光的模式和返回光的模式。光以每秒3×10⁸米行进。因此，在从光被传输到返回光被接收的非常短的时间内，扫描系统(例如，光学折射设备和反射镜)可以被近似为没有移动或者具有可忽略的移动。因此，传输光模式和返回光模式两者可以使用图12中示出的模式类似地表示。

返回参考图10，提供移动轨迹1006和1016用于控制光学折射设备1018和反射镜1028的移动。在操作期间，光学折射设备1018和反射镜1028的角位置可能不能总是被精确控制，并且可能会出现位置不准确性。位置不准确性可能由于许多因素产生，诸如控制器不准确性、组装不准确性、光学部件制造公差等。例如，光学折射设备1018和反射镜1028的表面的光学质量可以因设备不同而不同。因此，在一些实施例中，包括在由轨迹规划器1004确定的移动轮廓中的所规划的角位置与光学折射设备1018和/或反射镜1028的实际角位置之间将存在差异。为了减少或消除该差异，当使用移动轮廓生成控制信号时，可以考虑位置反馈。

作为一个示例，光学折射设备1018使用位置编码器在任何特定时间获得其角位置。位置编码器可以是旋转位置编码器和/或霍尔效应传感器、或者任何其它期望的位置编码器。例如，旋转位置编码器可以提供光学折射设备1018在0度到360度之间的绝对位置。绝对位置可以用于控制光学折射设备1018。具体地，位置编码器向处理器1016提供光学折射设备位置反馈数据1017。处理器1016可以由硬件和/或软件来实施。它可以是分立部件、轨迹规划器1004的一部分、控制器1010的一部分和/或LiDAR系统中任何其它部件的一部分。它也可以是置于LiDAR系统外部(例如，在云计算环境中)的处理器。处理器1016接收光学折射设备1018的位置反馈数据1017和移动轮廓1006。它基于移动轮廓1006和位置反馈数据1017执行一个或多个信号处理操作。例如，基于位置反馈数据1017，处理器1016生成一个或多个调节信号1007。可以使用一个或多个信号处理操作来生成调节信号1007。这些信号处理操作中的一些包括数据采样、滤波、模数转换、叠加、数据补偿、位置控制、数据变换、数模转换、减法、加法、乘法、除法和/或任何其它期望的操作。调节信号1007表示基于位置反馈1017的经调节的移动轮廓。例如，基于位置反馈数据1017，可以调节(增加或减少)与运动轨迹1006中的特定时间相关联的特定角位置，以补偿光学折射设备1018在操作期间的角位置不准确性。由此，光学折射设备1018的振荡轨迹可以在操作期间被实时控制和调节。应理解，在某些情况下，可能不需要调节运动轨迹1006，因为位置反馈数据1017未示出任何不准确性或者不准确性低于阈值。如果不存在不准确性或存在低于阈值的不准确性，则可以仅使用移动轮廓1006来生成经调节的信号1007。

仍然参考图10，一个或多个调节信号1007被提供给光学折射设备控制器1010。使用调节信号1007，控制器1010生成用于控制光学折射设备1018的致动器1014的控制信号1011。在一些实施例中，控制信号1011是脉宽调制(PWM)信号(例如，具有毫安电流水平的3.3V信号)。这些脉宽调制信号被提供给致动器1014。致动器1014可以例如是驱动器，其可以生成更强的信号1013以驱动光学折射设备1018的移动。在一个实施例中，致动器1014包括放大器，用于放大输入PWM控制信号1011，以生成具有安培级电流的12V PWM信号。然后，这个高功率信号1013用于驱动电机以使光学折射设备1018振荡。

类似于光学折射设备1018，反射镜1028的位置也可能具有不准确性，并且因此也可以提供位置反馈来补偿反射镜1028的位置不准确性。反射镜1028可以通过使用位置编码器获得其角位置。位置编码器可以是旋转位置编码器和/或霍尔效应传感器、或者任何其它期望的位置编码器。位置编码器向处理器1026提供反射镜位置反馈数据1027。处理器1026可以由硬件和/或软件来实施。它可以是分立部件、规划器1004的一部分、控制器1020的一部分和/或LiDAR系统中任何其它部件的一部分。它也可以是置于LiDAR系统外部(例如，在云计算环境中)的处理器。在一些实施例中，处理器1016和1026被集成为一个单元。在一些实施例中，处理器1016与处理器1026相同。处理器1026接收反射镜1028的位置反馈数据1027和移动轮廓1036。它基于移动轮廓1036和位置反馈数据1027执行一个或多个信号处理操作。例如，基于位置反馈数据1027，处理器1026生成一个或多个调节信号1019。可以使用一个或多个信号处理操作来生成调节信号1019。这些信号处理操作中的一些包括数据采样、滤波、模数转换、叠加、数据补偿、位置控制、数据变换、数模转换、减法、加法、乘法、除法和/或任何其它期望的操作。调节信号1019表示基于位置反馈数据1027的经调节的移动轮廓。例如，基于位置反馈数据1027，可以调节与移动轨迹1036中的特定时间相关联的特定角位置，以补偿操作期间反射镜1028的角位置不准确性。由此，反射镜1028的振荡轨迹可以在操作期间被实时控制和调节。应理解，在某些情况下，可能不需要调节移动轮廓1036，因为位置反馈数据1027未指示不准确性(或者不准确性或误差低于阈值)。如果不存在不准确性或存在低于阈值的不准确性，则可以仅使用移动轮廓1036来生成经调节的信号1017。

仍然参考图10，一个或多个调节信号1019被提供给反射镜控制器1020。使用调节信号1019，控制器1020生成用于控制反射镜1028的致动器1024的控制信号1021。在一些实施例中，控制信号1021是脉宽调制(PWM)信号(例如，具有毫安电流水平的3.3V信号)。这些脉宽调制信号被提供给致动器1024。致动器1024可以例如是驱动器，其可以生成更强的信号1023以驱动反射镜1028的移动。在一个实施例中，致动器1024包括放大器，用于放大输入PWM控制信号1021，以生成具有安培级电流的12V PWM信号。信号1023具有高功率，并且然后用于驱动电机以使反射镜1028振荡。

在一个实施例中，轨迹规划器1004、处理器1016和1026、光学折射设备控制器1010和反射镜控制器1020可以被包括在控制器设备1030中。控制器设备1030可以具有一个或多个处理器、存储器和存储在存储器中的处理器可执行指令。这些指令可以由一个或多个处理器(例如，1016和1026)执行，以执行本公开中描述的方法的一个或多个步骤。此外，控制器设备1030还可以包括用于存储移动轮廓1006和1016的存储元件(例如，存储器、硬盘、闪存等)。控制器设备1030可以使用例如微控制器、一个或多个处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)和/或可以实施本文描述的方法和处理的任何其它计算设备来实施。在一个实施例中，控制器设备1030是图3中示出的控制电路系统的一部分。

如上所述，通过控制光学折射设备1018和反射镜1028振荡而非旋转，可以减小LiDAR系统的转向机构的尺寸，从而使系统更紧凑。转向机构的减小的尺寸使得其易于装配到车辆或另一平台中的小空间中(例如，后视镜、车辆拐角、摄像机组件等)。此外，移动轮廓被配置成使得光学折射设备1018和反射镜1028可以以交替的方式移动以在水平和竖直方向两者上获得平坦的扫描线。在使用LiDAR扫描模式的后续感知过程中，通常期望平坦的扫描线。此外，通过为光学折射设备1018和反射镜1028两者提供位置反馈，可以调节或补偿它们各自的移动轮廓，以提高光学折射设备1018和反射镜1028的位置准确性。这反过来提高了LiDAR系统的整体性能。应理解，图10中的框仅出于说明目的，并且它们可以以任何期望的方式分离、组合、添加、移除或改变。例如，处理器1016和1026可以与它们各自的控制器1010和1020相结合。控制器和致动器也可以组合在组件或设备中。

图13是根据一些实施例的控制光学折射设备和反射镜的移动的示例方法1300的流程图。在步骤1302中，轨迹规划器接收LIDAR扫描要求。规划器确定光学折射设备的第一移动轮廓(步骤1304)并确定反射镜的第二移动轮廓(步骤1324)。在步骤1306中，处理器接收与光学折射设备相关联的位置反馈数据。处理器基于光学折射设备的第一移动轨迹和位置反馈数据生成(步骤1308)第一调节信号。使用第一调节信号，光学折射设备控制器生成(步骤1310)用于控制光学折射设备致动器的第一控制信号。在步骤1312中，控制器向光学折射设备致动器提供第一控制信号。在步骤1314中，光学折射设备致动器驱动光学折射设备振荡。光学折射设备的位置编码器感测(步骤1316)光学折射设备的位置数据，并提供位置数据作为反馈。如果需要的话，补偿光学折射设备位置的过程可以从步骤1306开始重复，使得可以在LiDAR系统的操作期间对光学折射设备执行实时补偿。

类似地，在步骤1326中，处理器接收与反射镜相关联的位置反馈数据。处理器基于第二移动轮廓和反射镜的位置反馈数据生成(步骤1328)第二调节信号。使用第二调节信号，反射镜控制器生成(步骤1330)用于控制反射镜的第二控制信号。在步骤1332中，控制器向反射镜致动器提供第二控制信号。在步骤1334中，反射镜致动器驱动反射镜振荡。反射镜的位置编码器感测(步骤1336)反射镜的位置数据，并提供数据作为反馈。如果需要的话，用于补偿反射镜位置的过程可以从步骤1326开始重复，使得可以在LiDAR系统的操作期间对反射镜执行实时补偿。

本文描述了各种示例性实施例。在非限制性的意义上参考这些示例。提供它们是为了示出所公开的技术的更广泛适用的方面。在不脱离各种实施例的真实精神和范围的情况下，可以进行各种改变并且可以替换等同物。此外，可以进行许多修改以使特定的情况、材料、物质组成、过程、(多个)过程动作或(多个)步骤适应各种实施例的(多个)目的、精神或范围。此外，如本领域技术人员将理解的，本文中描述和示出的单独的变型中的每个具有离散的部件和特征，在不脱离各种实施例的范围或精神的情况下，这些部件和特征可以容易地与其它几个实施例中的任何一个的特征分离或组合。

Claims (28)

1.一种光探测和测距(LiDAR)扫描系统，包括：

光学折射设备，所述光学折射设备耦合到第一致动器，所述第一致动器被配置成使所述光学折射设备振荡；

反射镜，所述反射镜光学耦合到所述光学折射设备并且耦合到第二致动器，所述第二致动器被配置成使所述反射镜振荡；以及

一个或多个控制器，所述一个或多个控制器通信耦合到所述第一致动器和所述第二致动器，所述一个或多个控制器被配置成控制所述光学折射设备的振荡和所述反射镜的振荡，使得：

竖直和水平地转向一个或多个光束以照射视场内的一个或多个物体，

获得返回光，所述返回光基于照射所述视场内的一个或多个物体的被转向的所述一个或多个光束生成；以及

将所述返回光重定向到设置在所述LiDAR扫描系统中的收集透镜。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光学折射设备是光学棱镜。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述光学棱镜包括以下中的至少一项：

色散棱镜，

分束棱镜，或

偏振棱镜。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的系统，其中，所述光学棱镜包括两个侧表面，所述两个侧表面被配置成折射所述一个或多个光束。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，还包括传输器，其中，所述光学折射设备设置在所述传输器和所述反射镜之间，并且其中，所述光学折射设备折射所述一个或多个光束以形成折射光束，并将所述折射光束引导至所述反射镜。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，还包括规划器，所述规划器被配置成确定所述光学折射设备的第一移动轮廓和所述反射镜的第二移动轮廓；

其中，所述一个或多个控制器被配置成执行：

控制所述第一致动器以使所述光学折射设备基于所述光学折射设备的所述第一移动轮廓振荡；以及

控制所述第二致动器以使所述反射镜基于所述反射镜的所述第二移动轮廓振荡。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，确定所述光学折射设备的所述第一移动轮廓和所述反射镜的所述第二移动轮廓包括：

接收一个或多个LiDAR扫描要求；

基于所述一个或多个LiDAR扫描要求中的至少一个来确定所述光学折射设备的所述第一移动轮廓；以及

基于所述一个或多个LiDAR扫描要求中的至少一个来确定所述反射镜的所述第二移动轮廓。

8.根据权利要求7所述的系统，其中，所述一个或多个LiDAR扫描要求包括以下中的至少一项：

水平扫描范围；

竖直扫描范围；

感兴趣区域(ROI)要求；

扫描帧速率；以及

扫描模式要求。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的系统，其中，确定所述光学折射设备的所述第一移动轮廓和所述反射镜的所述第二移动轮廓包括：

确定所述光学折射设备的第一轨迹和所述反射镜的第二轨迹，其中，所述第一轨迹和所述第二轨迹的组合表示所述光学折射设备和所述反射镜相对于彼此的交替移动。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的系统，其中，所述光学折射设备的所述第一移动轮廓包括表示所述光学折射设备在第一角位置和第二角位置之间的振荡轨迹的角位置和时间关系。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的系统，其中，所述光学折射设备的所述第二移动轮廓包括表示所述反射镜在第三角位置和第四角位置之间的振荡轨迹的角位置和时间关系。

12.根据权利要求6至11中任一项所述的系统，其中，控制所述第一致动器以使所述光学折射设备基于所述光学折射设备的所述第一移动轮廓振荡包括：

接收与所述光学折射设备相关联的位置反馈数据；以及

基于所述第一移动轮廓和与所述光学折射设备相关联的位置反馈数据，生成一个或多个第一调节信号。

13.根据权利要求12所述的系统，还包括：

基于所述一个或多个第一调节信号，生成用于控制所述第一致动器以使所述光学折射设备振荡的一个或多个第一控制信号；以及

提供所述一个或多个第一控制信号以控制所述第一致动器。

14.根据权利要求6至13中任一项所述的系统，其中，控制所述第二致动器以使所述反射镜基于所述光学折射设备的所述第二移动轮廓振荡包括：

接收与所述反射镜相关联的位置反馈数据；以及

基于所述第二移动轮廓和与所述反射镜相关联的位置反馈数据，生成一个或多个第二调节信号。

15.根据权利要求14所述的系统，还包括：

基于所述一个或多个第二调节信号，生成用于控制所述第二致动器以使所述反射镜振荡的一个或多个第二控制信号；以及

提供所述一个或多个第二控制信号以控制所述第二致动器。

16.根据权利要求1至15中任一项所述的系统，其中，所述光学折射设备是光学棱镜，所述光学棱镜是光学折射设备组件的一部分，所述光学折射设备组件还包括：

第一电机；以及

棱镜位置编码器，所述棱镜位置编码器被配置成提供与所述棱镜相关联的位置反馈数据。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的系统，其中，所述反射镜是反射镜组件的一部分，所述反射镜组件还包括：

第二电机；以及

反射镜位置编码器，所述反射镜位置编码器被配置成提供与所述反射镜相关联的位置反馈数据。

18.一种光探测和测距(LiDAR)扫描系统的控制器设备，包括：

一个或多个处理器；

存储器；以及

存储在所述存储器中的处理器可执行指令，所述处理器可执行指令包括指令，当所述指令由所述一个或多个处理器执行时，使所述控制器设备执行以下处理：

控制第一致动器以使光学折射设备基于所述光学折射设备的第一移动轮廓振荡；以及

控制第二致动器以使反射镜基于所述反射镜的第二移动轮廓振荡，其中，所述光学折射设备和所述反射镜被控制成：

竖直和水平地转向一个或多个光束以照射视场内的一个或多个物体，

获得返回光，所述返回光基于照射所述视场内的一个或多个物体的被转向的所述一个或多个光束生成；以及

将所述返回光重定向到设置在所述LiDAR扫描系统中的收集透镜。

19.一种用于控制光探测和测距(LiDAR)扫描系统的方法，所述方法由一个或多个处理器和存储器执行，所述方法包括：

控制第一致动器以使光学折射设备基于所述光学折射设备的第一移动轮廓振荡；以及

控制第二致动器以使反射镜基于所述反射镜的第二移动轮廓振荡，其中，所述光学折射设备和所述反射镜被控制成：

竖直和水平地转向一个或多个光束以照射视场内的一个或多个物体，

获得返回光，所述返回光基于照射所述视场内的一个或多个物体的被转向的所述一个或多个光束生成；以及

将所述返回光重定向到设置在所述LiDAR扫描系统中的收集透镜。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括确定所述光学折射设备的所述第一移动轮廓和所述反射镜的所述第二移动轮廓。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，确定所述光学折射设备的所述第一移动轮廓和所述反射镜的所述第二移动轮廓包括：

接收所述一个或多个LiDAR扫描要求；

基于所述一个或多个LiDAR扫描要求中的至少一个来确定所述光学折射设备的所述第一移动轮廓；以及

基于所述一个或多个LiDAR扫描要求中的至少一个来确定所述反射镜的所述第二移动轮廓。

22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中，确定所述光学折射设备的所述第一移动轮廓和所述反射镜的所述第二移动轮廓包括：

确定所述光学折射设备的第一轨迹和所述反射镜的第二轨迹，其中，所述第一轨迹和所述第二轨迹的组合表示所述光学折射设备和所述反射镜相对于彼此的交替移动。

23.根据权利要求19至22中任一项所述的方法，其中，控制所述第一致动器以使所述光学折射设备基于所述光学折射设备的所述第一移动轮廓振荡包括：

接收与所述光学折射设备相关联的位置反馈数据；以及

基于所述第一移动轮廓和与所述光学折射设备相关联的位置反馈数据生成一个或多个第一调节信号。

24.根据权利要求23所述的方法，还包括：

基于所述一个或多个第一调节信号，生成用于控制所述第一致动器以使所述光学折射设备振荡的一个或多个第一控制信号；以及

提供所述一个或多个第一控制信号以控制所述第一致动器。

25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中，控制所述第二致动器以使所述反射镜基于所述光学折射设备的所述第二移动轮廓振荡包括：

接收与所述反射镜相关联的位置反馈数据；以及

基于所述第二移动轮廓和与所述反射镜相关联的位置反馈数据，生成一个或多个第二调节信号。

26.根据权利要求25所述的方法，还包括：

基于所述一个或多个第二调节信号，生成用于控制所述第二致动器以使所述反射镜振荡的一个或多个第二控制信号；以及

提供所述一个或多个第二控制信号以控制所述第二致动器。

27.一种存储处理器可执行指令的非暂时性计算机可读介质，所述处理器可执行指令包括指令，当所述指令由电子设备的一个或多个处理器执行时使所述电子设备执行根据权利要求19至26中任一项所述的方法。

28.一种车辆，包括根据权利要求1至17中任一项所述的光探测和测距(LiDAR)扫描系统。

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