CN117561458A - 用于车辆角安装的lidar系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于与车顶至少部分集成的光探测和测距(LiDAR)扫描系统。所述系统包括一个或多个光学核心组件，所述光学核心组件至少部分地与车顶集成并且被定位成靠近车顶的一个或多个柱。至少一个光学核心组件包括振荡反射元件、光学多边形元件、以及发射和收集光学器件。所述至少一个光学核心组件的至少一部分或侧表面突出于车顶的平面表面之外以便于光的扫描。所述至少一个光学核心组件的突出于车顶的平面表面之外的部分还在竖直方向上突出与光学多边形元件、振荡反射元件、以及发射和收集光学器件的横向布置相对应的量。

Description

用于车辆角安装的LIDAR系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年6月25日提交的题为“LIDAR SYSTEMS AND METHODS FORVEHICLE CORNER MOUNT[用于车辆角安装的LIDAR系统和方法]”的美国临时专利申请序列号63/215,412和2022年6月23日提交的题为“LIDAR SYSTEMS AND METHODS FOR VEHICLECORNER MOUNT[用于车辆角安装的LIDAR系统和方法]”的美国非临时专利申请序列号17/848,377的优先权，所述专利申请的内容特此出于所有目的通过引用以其整体并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及光学扫描，并且更具体地涉及一种用于与车顶至少部分集成的光探测和测距(LiDAR)扫描系统。

背景技术

光探测与测距(LiDAR)系统使用光脉冲来产生外部环境的图像或点云。一些典型的LiDAR系统包括光源、光发射器、光转向系统和光探测器。光源生成光束，所述光束当从LiDAR系统发射时由光转向系统沿特定方向进行引导。当发射的光束被对象散射时，部分散射光作为返回光脉冲返回到LiDAR系统。光探测器探测返回光脉冲。使用返回光脉冲被探测到的时间与光脉冲中的对应光束被发射的时间之间的差异，LiDAR系统可以使用光速来确定到对象的距离。光转向系统可以沿不同的路径引导光束以允许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

被设计为朝向车辆前方安装的LiDAR系统往往具有针对前方对象探测而优化的对称视场(FoV)。单个LiDAR系统单元覆盖车辆前方完整的180°水平FoV也是一项挑战。为了最大限度地覆盖这种水平FoV，制造商可以安装2个标准LiDAR单元(一个朝向车辆左前方，另一个朝向右前方)以扩大车辆的水平FoV。然而，这种配置的一个缺点是会影响对车辆前方中心方向上的远处对象的探测。本文讨论的本发明的实施例提出了解决这些与水平FoV的覆盖有关的问题的方法和系统。

本文讨论的本发明的实施例公开了一种LiDAR扫描架构，其中，包括旋转多边形、收发器和扫描镜的LiDAR单元横向放置在自主驾驶车辆顶部(例如，车顶)的平坦表面上，其中，即使所述单元本身可能被安装在车辆的顶部角落处，其位置也可以被调整为在前方中心方向上保持最佳性能。非对称的水平FoV轮廓还允许2个这样的LiDAR单元具有互补的水平FoV以覆盖完整的180°前场，并在前方方向上具有良好的FoV重叠，以充当彼此的冗余。这种配置的另一个好处是能够进一步将LiDAR在车辆顶部的突出量减少到45mm或以下。与车顶更加齐平的较低轮廓的LiDAR单元还可以通过提供更平滑的车辆轮廓和更具吸引力的车辆样式而更符合空气动力学，特别是对于LiDAR角安装配置而言。

附图说明

通过参考下文结合附图所描述的图可以最好地理解本申请，在附图中，相似的部分可以由相似的附图标记表示。

图1图示了设置在或包括在机动车辆中的一个或多个示例性LiDAR系统。

图2是图示了示例性LiDAR系统与包括车辆感知和规划系统在内的多个其他系统之间的交互的框图。

图3是图示了示例性LiDAR系统的框图。

图4是图示了基于光纤的示例性激光源的框图。

图5A至图5C图示了使用脉冲信号来测量到设置在视场(FOV)中的对象的距离的示例性LiDAR系统。

图6是图示了用于实施各个实施例中的系统、装置和方法的示例性装置的框图。

图7图示了机动车辆上的示例性LiDAR系统的各种安装选项。

图8图示了机动车辆上的示例性角安装式LiDAR系统。

图9图示了根据所公开的发明的各种实施例的车辆角安装式LiDAR系统的俯视图。

图10图示了用于实施各种实施例中的系统、装置和方法的LiDAR光学引擎的示例性装置。

图11图示了根据所公开的发明的各种实施例的示例性LiDAR信号链的流程图。

图12图示了根据所公开的发明的各种实施例的收发器的示例性配置。

图13图示了根据所公开的发明的各种实施例的两个示例性曲线图，其针对两个不同通道示出了视场内的接收孔径。

具体实施方式

为了提供对本发明的更透彻的理解，以下描述阐述了许多具体细节，如具体配置、参数、示例等。然而，应当认识到，这种描述并不旨在限制本发明的范围，而是旨在提供对示例性实施例的更好描述。

在整个说明书和权利要求中，除非上下文另有明确规定，否则以下术语具有本文明确相关联的含义：

如本文所使用的短语“在一个实施例中”不一定指同一实施例，尽管其可以指同一实施例。因此，如下文所描述的，在不脱离本公开的范围或精神的情况下可以容易地组合本发明的各个实施例。

如本文所使用的，除非上下文另有明确规定，否则术语“或”是包含性的“或”运算符并且等同于术语“和/或”。

除非上下文另有明确规定，否则术语“基于”不是排他性的并且允许基于未描述的附加因素。

如本文所使用的，除非上下文另有规定，否则术语“耦接到”旨在包括直接耦接(其中彼此耦接的两个元件彼此接触)和间接耦接(其中至少一个附加元件位于两个元件之间)。因此，术语“耦接到”和“与…耦接”是同义使用的。在两个或更多个部件或设备能够交换数据的联网环境的上下文中，术语“耦接到”和“与…耦接”也用于意指可能经由一个或多个中间设备“与…通信地耦接”。

尽管以下描述使用术语“第一”、“第二”等来描述各种要素，但是这些要素不应受术语的限制。这些术语仅仅是用来将一个要素与另一个要素进行区分。例如，在不脱离各种描述的示例的范围的情况下，第一光学核心组件可以被称为第二光学核心组件，并且类似地，第二光学核心组件可以被称为第一光学核心组件。第一光学核心组件和第二光学核心组件都可以是光学核心组件，并且在一些情况下，可以是单独且不同的光学核心组件。

此外，在整个说明书中，“一个(a)”、“一种(an)”和“所述(the)”的含义包括复数指代物，并且“在…中(in)”的含义包括“在…中”和“在…上(on)”。

尽管本文所呈现的各个实施例中的一些构成了发明要素的单一组合，但是应当理解，本发明主题被认为包括所公开要素的所有可能的组合。这样，如果一个实施例包括要素A、B和C，并且另一个实施例包括要素B和D，则本发明主题也被认为包括A、B、C或D的其他剩余组合，即使本文没有明确讨论。进一步地，过渡术语“包括”意味着具有部分或构件，或者是那些部分或构件。如本文所使用的，过渡术语“包括”是包含性的或开放式的并且不排除附加的、未列举的要素或方法步骤。

在整个以下公开中，可以对服务器、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他系统进行大量引用。应当理解，这种术语的使用被视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，所述至少一个处理器被配置为执行存储在计算机可读有形非暂态介质(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，服务器可以包括以实现所描述的角色、职责或功能的方式作为web服务器、数据库服务器或其他类型的计算机服务器操作的一个或多个计算机。应当进一步理解，所公开的基于计算机的算法、过程、方法或其他类型的指令集可以具体化为计算机程序产品，所述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暂态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，所述标准化协议或算法可能基于HTTP、HTTPS、AES、公钥-私钥交换、web服务API、已知的金融交易协议或其他电子信息交换方法。数据交换可以通过分组交换网络、电路交换网络、因特网、LAN、WAN、VPN或其他类型的网络进行。

如在本文的说明书和随后的整个权利要求中所使用的，当系统、引擎、服务器、设备、模块或其他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被存储在计算元件的存储器中的软件指令集编程，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。

应当注意，针对计算机的任何语言都应当被解读为包括计算设备或网络平台的任何合适的组合，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他类型的计算设备。应当理解，计算设备包括处理器，所述处理器被配置为执行存储在有形非暂态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角色、职责或其他功能，如下文关于所公开的装置所讨论的。进一步地，所公开的技术可以具体化为计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储软件指令的非暂态计算机可读介质，所述软件指令使处理器执行与基于计算机的算法、进程、方法或其他指令的实施方式相关联的所公开的步骤。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，所述标准化协议或算法可能基于HTTP、HTTPS、AES、公钥-私钥交换、web服务API、已知的金融交易协议或其他电子信息交换方法。设备之间的数据交换可以通过分组交换网络、因特网、LAN、WAN、VPN或其他类型的分组交换网络；电路交换网络；小区交换网络；或其他类型的网络进行。

本文讨论的本发明的实施例为自主驾驶车辆的LiDAR扫描提供了多个优点。非对称的水平FoV轮廓允许两个LiDAR单元具有互补的水平FoV以覆盖车辆的完整180°前场，并在前方方向上具有良好的FoV重叠，以充当彼此的冗余。这种配置的另一个好处是能够进一步将LiDAR在车辆顶部的突出量减少到45mm或以下。与车顶更加齐平的较低轮廓的LiDAR单元不仅可以通过提供更平滑的车辆轮廓而更符合空气动力学，而且还能提供当今消费者和汽车驾驶员所要求的更具吸引力的车辆样式。

下文描述了本发明的实施例。在本发明的各个实施例中，公开了一种用于与车顶至少部分集成的光探测和测距(LiDAR)扫描系统。所述系统包括一个或多个光学核心组件，所述光学核心组件至少部分地与车顶集成并且被定位成靠近车顶的一个或多个柱。至少一个光学核心组件包括振荡反射元件、光学多边形元件、以及发射和收集光学器件。所述至少一个光学核心组件的至少一部分或侧表面突出于车顶的平面表面之外以便于光的扫描。所述至少一个光学核心组件的突出于车顶的平面表面之外的部分还在竖直方向上突出与光学多边形元件、振荡反射元件、以及发射和收集光学器件的横向布置相对应的量。

图1图示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/或车道变换操作、自动化紧急制动、智能巡航和/或交通跟踪等。部分自动化车辆的某些操作可能限于特定应用或驾驶场景(例如，仅限于高速公路驾驶)。高度自动化车辆可以执行部分自动化车辆的所有操作，但限制较少。高度自动化车辆还可以检测其自身在操作车辆方面的限制并在必要时要求驾驶员接管车辆的控制权。全自动车辆可以在没有驾驶员干预的情况下执行所有车辆操作，但也可以检测其自身的限制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。

在典型的配置中，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中的每一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探测视场(FOV)中的对象。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一束光同时照射FOV。

LiDAR系统通常是至少部分自动化的车辆的基本传感器。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(例如，在车顶)的单个LiDAR系统110(例如，而不具有LiDAR系统120A-H)。将LiDAR系统110设置在车顶有助于围绕车辆100进行360度扫描。在一些其他实施例中，机动车辆100可以包括多个LiDAR系统，包括系统110和/或120A-H中的两个或更多个。如图1所示，在一个实施例中，多个LiDAR系统110和/或120A-H在车辆100的各种位置处附接至车辆。例如，LiDAR系统120A附接至车辆100的右前角；LiDAR系统120B附接至车辆100的前部中心；LiDAR系统120C附接至车辆100的左前角；LiDAR系统120D附接至车辆100的右侧后视镜；LiDAR系统120E附接至车辆100的左侧后视镜；LiDAR系统120F附接至车辆100的后部中心；LiDAR系统120G附接至车辆100的右后角；和/或LiDAR系统120H在车辆100上附接至车辆100的左后角。在一些实施例中，LiDAR系统110和120A-H是具有其自身相应的激光源、控制电子设备、发射器、接收器和/或转向机构的独立的LiDAR系统。在其他实施例中，LiDAR系统110和120A-H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，光纤用于将激光从集中式激光源传送到所有LiDAR系统。应当理解，一个或多个LiDAR系统可以以任何期望的方式分布并附接至车辆，并且图1仅图示了一个实施例。作为另一个示例，LiDAR系统120D和120E可以附接至车辆100的B柱而不是后视镜。作为另一个示例，LiDAR系统120B可以附接至车辆100的挡风玻璃而不是前保险杠。

图2是图示了(多个)车载LiDAR系统210与包括车辆感知和规划系统220在内的多个其他系统之间的交互的框图200。(多个)LiDAR系统210可以安装在或集成到车辆上。(多个)LiDAR系统210包括将激光扫描到周围环境以测量对象的距离、角度和/或速度的(多个)传感器。基于返回到(多个)LiDAR系统210的散射光，可以生成表示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传感器测量距LiDAR传感器长达约20-40米的对象。短程LiDAR传感器可以用于例如监测附近的移动对象(例如，在学校区域过马路的行人)、停车辅助应用程序等。中程LiDAR传感器测量距LiDAR传感器长达约100-150米的对象。中程LiDAR传感器可以用于例如监测道路交叉路口、辅助并入或离开高速公路等。远程LiDAR传感器测量位于长达约150-300米的对象。远程LiDAR传感器通常在车辆高速行驶(例如，在高速公路上)时使用，这样车辆的控制系统可能只有几秒钟(例如，6-8秒)来响应LiDAR传感器探测到的任何情况。如图2所示，在一个实施例中，可以经由通信路径213向车辆感知和规划系统220提供LiDAR传感器数据，用于进一步处理和控制车辆操作。通信路径213可以是可以传递数据的任何有线或无线通信链路。

仍然参考图2，在一些实施例中，(多个)其他车载传感器230用于单独或与(多个)LiDAR系统210一起提供附加传感器数据。其他车载传感器230可以包括例如一个或多个相机232、一个或多个雷达234、一个或多个超声波传感器236和/或(多个)其他传感器238。(多个)相机232可以拍摄车辆外部环境的图像和/或视频。(多个)相机232可以拍摄例如每帧具有数百万像素的高清(HD)视频。相机产生单色或彩色图像和视频。颜色信息在解释一些情况的数据(例如，解释交通灯的图像)时可能很重要。颜色信息可能无法从其他传感器(如LiDAR或雷达传感器)获得。(多个)相机232可以包括窄焦距相机、宽焦距相机、侧面相机、红外相机、鱼眼相机等中的一个或多个。也可以经由通信路径233向车辆感知和规划系统220提供由(多个)相机232生成的图像和/或视频数据，用于进一步处理和控制车辆操作。通信路径233可以是可以传递数据的任何有线或无线通信链路。

(多个)其他车载传感器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对象的范围、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。电磁波从对象反射并且一些反射波返回到雷达传感器，从而提供有关对象位置和速度的信息。(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。短程雷达测量距雷达约0.1-30米的对象。短程雷达可用于探测位于车辆附近的对象，如其他车辆、建筑物、墙壁、行人、骑自行车的人等。短程雷达可以用于探测盲点、辅助车道变换、提供追尾警告、辅助停车、提供紧急制动等。中程雷达测量距雷达约30-80米的对象。远程雷达测量位于约80-200米的对象。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。也可以经由通信路径233向车辆感知和规划系统220提供由(多个)雷达传感器234生成的传感器数据，用于进一步处理和控制车辆操作。

(多个)其他车载传感器230也可以包括(多个)超声波传感器236。(多个)超声波传感器236使用声波或脉冲来测量车辆外部的对象位置。将由(多个)超声波传感器236生成的声波发射到周围环境中。至少一些发射的波从对象反射并返回到(多个)超声波传感器236。基于返回信号，可以计算对象的距离。(多个)超声波传感器236可以用于例如检查盲点、识别停车点、在交通中提供车道变换辅助等。也可以经由通信路径233向车辆感知和规划系统220提供由(多个)超声波传感器236生成的传感器数据，用于进一步处理和控制车辆操作。

在一些实施例中，一个或多个其他传感器238可以附接在车辆中并且也可以生成传感器数据。(多个)其他传感器238可以包括例如全球定位系统(GPS)、惯性测量单元(IMU)等。也可以经由通信路径233向车辆感知和规划系统220提供由(多个)其他传感器238生成的传感器数据，用于进一步处理和控制车辆操作。应当理解，通信路径233可以包括一个或多个通信链路以在各种(多个)传感器230与车辆感知和规划系统220之间传递数据。

在一些实施例中，如图2所示，可以经由通信路径231向(多个)车载LiDAR系统210提供来自(多个)其他车载传感器230的传感器数据。(多个)LiDAR系统210可以处理来自(多个)其他车载传感器230的传感器数据。例如，来自(多个)相机232、(多个)雷达传感器234、(多个)超声波传感器236和/或(多个)其他传感器238的传感器数据可以与(多个)传感器数据LiDAR系统210关联或融合，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。应当理解，也可以实施其他配置用于传输和处理来自各种传感器的传感器数据(例如，可以将数据传输到云服务用于处理并且然后可以将处理结果传输回车辆感知和规划系统220)。

仍然参考图2，在一些实施例中，(多个)其他车辆250的车载传感器用于单独或与(多个)LiDAR系统210一起提供附加传感器数据。例如，两个或更多个附近的车辆可以具有其自身相应的(多个)LiDAR传感器、(多个)相机、(多个)雷达传感器、(多个)超声波传感器等。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(车辆到车辆)通信。例如，如图2所示，可以分别经由通信路径253和/或通信路径251向车辆感知和规划系统220和/或(多个)车载LiDAR系统210传送由(多个)其他车辆250生成的传感器数据。通信路径253和251可以是可以传递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，第一车辆可能感觉不到在第二车辆后面但正在接近第一车辆的行人。第二车辆可以与第一车辆共享与该行人相关的传感器数据，使得第一车辆可以有附加反应时间以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)其他车辆250上的传感器生成的数据可以与由(多个)LiDAR系统210生成的传感器数据关联或融合，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。车辆与基础设施之间的通信被称为V2I(车辆到基础设施)通信。例如，(多个)智能基础设施系统240可以包括智能交通灯，所述智能交通灯可以以如“5秒后变为黄色”等消息向接近的车辆传达其状态。(多个)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身的LiDAR系统，使得所述LiDAR系统可以向车辆传达交通监测信息。例如，在十字路口左转的车辆可能没有足够的传感能力，因为其自身的一些传感器可能会被在相反方向上行驶的车辆交通挡住。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车辆提供有用的并且有时是至关重要的数据。这种数据可以包括例如交通状况、车辆转向方向上的对象的信息、交通灯状态和预测等。可以分别经由通信路径243和/或241向车辆感知和规划系统220和/或(多个)车载LiDAR系统210提供由(多个)智能基础设施系统240生成的这些传感器数据。通信路径243和/或241可以包括可以传递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生成的传感器数据关联或融合，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。上文所描述的V2V和V2I通信是车辆到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他设备、系统、传感器、基础设施等。

仍然参考图2，经由各种通信路径，车辆感知和规划系统220接收来自(多个)LiDAR系统210、(多个)其他车载传感器230、(多个)其他车辆250和/或(多个)智能基础设施系统240中的一个或多个的传感器数据。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各种位置的多个相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从多种类型的传感器获得传感器数据并使用组合数据更准确地感知环境。例如，车载相机232可能无法捕获清晰的图像，因为所述车载相机直接面向太阳或光源(例如，夜间另一个车辆的前灯)。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可以组合由相机232和LiDAR系统210提供的传感器数据，并使用由LiDAR系统210提供的传感器数据来补偿由相机232捕获的不清晰图像。作为另一个示例，在下雨或有雾的天气中，雷达传感器234可能比相机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相机232或LiDAR系统210提供的传感器数据。

在其他示例中，由(多个)其他车载传感器230生成的传感器数据可能具有较低分辨率(例如，雷达传感器数据)并且因此可能需要由通常具有较高分辨率的(多个)LiDAR系统210进行关联和确认。例如，雷达传感器234可以将污水井盖(也被称为公用设施检修井盖)探测为车辆正在接近的对象。由于雷达传感器234的低分辨率性质，车辆感知和规划系统220可能无法确定对象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并确认对象是污水井盖并且不会对车辆造成损害。

车辆感知和规划系统220进一步包括对象分类器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/融合数据，对象分类器223可以对对象进行探测和分类并估计对象的位置。在一些实施例中，对象分类器233可以使用基于机器学习的技术来对对象进行探测和分类。基于机器学习的技术的示例包括利用如基于区域的卷积神经网络(R-CNN)、Fast R-CNN、Faster R-CNN、定向梯度直方图(HOG)、基于区域的全卷积网络(R-FCN)、单次探测器(SSD)、空间金字塔池化(SPP-net)和/或You Only Look Once(Yolo)等算法。

车辆感知和规划系统220进一步包括道路探测子系统224。道路探测子系统224定位道路并标识道路上的对象和/或标记。例如，基于由(多个)雷达传感器234、(多个)相机232和/或(多个)LiDAR系统210提供的原始或融合传感器数据，道路探测子系统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)来构建道路的3D模型。使用道路的3D模型，道路探测子系统224可以标识道路上的对象(例如，道路上的障碍物或碎片)和/或标记(例如，车道线、转弯标记、人行横道标记等)。

车辆感知和规划系统220进一步包括定位和车辆姿势子系统225。基于原始或融合传感器数据，定位和车辆姿势子系统225可以确定车辆的位置和车辆的姿势。例如，使用来自(多个)LiDAR系统210、(多个)相机232和/或GPS数据的传感器数据，定位和车辆姿势子系统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地图可以提供准确定位车辆位置的高度详细的三维计算机化地图。例如，使用HD地图，定位和车辆姿势子系统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、车辆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进一步包括障碍物预测器226。由对象分类器223标识的对象可以是静止的(例如，灯杆、路标)或动态的(例如，移动的行人、自行车、另一辆汽车)。对于移动对象，预测其移动路径或未来位置对于避免碰撞可能是很重要的。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潜在的碰撞。例如，如果障碍物的轨迹与车辆的当前移动路径相交的可能性很高，则障碍物预测器226可以生成这种警告。障碍物预测器226可以使用各种技术来进行这种预测。这些技术包括例如恒定速度或加速度模型、恒定转弯速率和速度/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。

仍然参考图2，在一些实施例中，车辆感知和规划系统220进一步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、驾驶行为规划器和运动规划器。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提供的障碍物预测结果，基于其他对象可能如何移动来调整定时和规划的移动。运动规划器确定车辆需要遵循的具体操作。然后经由车辆接口270向车辆控制系统280传送规划结果。所述传送可以通过通信路径223和271来执行，所述通信路径包括可以传递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、制动器等以根据规划路线和移动来操作车辆。车辆感知和规划系统220可以进一步包括用户接口260，所述用户接口向用户(例如，驾驶员)提供对车辆控制系统280的访问权，以例如在必要时操控或接管对车辆的控制。用户接口260可以与车辆感知和规划系统220进行通信，例如，以获得和显示原始或融合传感器数据、经标识的对象、车辆的位置/姿势等。这些显示的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进行通信，所述通信路径包括可以传递数据的任何有线或无线通信链路。应当理解，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所示的配置。

图3是图示了示例性LiDAR系统300的框图。LiDAR系统300可以用于实施图1和图2中所示的LiDAR系统110、120A-H和/或210。在一个实施例中，LiDAR系统300包括激光源310、发射器320、光学接收器和光探测器330、转向机构或系统340、以及控制电路350。这些部件使用通信路径312、314、322、332、343、352和362耦接在一起。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。虽然通信路径可以由一根或多根电线、总线或光纤实施，但是通信路径也可以是无线信道或自由空间光学路径，从而不存在物理通信介质。例如，在LiDAR系统300的一个实施例中，可以使用一根或多根光纤来实施激光源310与发射器320之间的通信路径314。通信路径332和352可以表示使用自由空间光学部件和/或光纤实施的光学路径。并且可以使用承载电信号的一根或多根电线来实施通信路径312、322、342和362。通信路径还可以包括上述类型的通信介质中的一种或多种(例如，其可以包括光纤和自由空间光学部件，或者包括一根或多根光纤和一根或多根电线)。

LiDAR系统300还可以包括图3未描绘的其他部件，如电源总线、电源、LED指示灯、开关等。另外地，可以存在部件之间的其他通信连接，如光源310与光学接收器和光探测器330之间的直接连接以提供参考信号，使得可以准确地测量从发射光脉冲到探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)中的对象。激光源310可以是例如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是例如边缘发射激光器(EEL)、垂直腔面发射激光器(VCSEL)等。基于光纤的激光器是其中有源增益介质是掺有如铒、镱、钕、镝、镨、铥和/或钬等稀土元素的光纤的激光器。在一些实施例中，光纤激光器基于双包层光纤，其中增益介质形成由两层包层包围的光纤芯。双包层光纤允许用高功率光束泵浦纤芯，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(也被称为种子激光器)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。种子激光器可以是二极管激光器(例如法布里-珀罗腔激光器、分布式反馈激光器)、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可以是光学泵浦微芯片激光器。微芯片激光器是免对准单片固态激光器，其中，激光晶体与激光谐振器的端镜直接接触。微芯片激光器通常用激光二极管(直接或使用光纤)泵浦以获得期望的输出功率。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是图示了基于光纤的示例性激光源400的框图，所述激光源具有种子激光器和用于泵浦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所描绘的激光源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，经由光纤403向波分多路复用器(WDM)404提供所述初始光脉冲。基于光纤的激光源400进一步包括用于经由光纤405向WDM404提供激光功率(例如，具有不同的波长，如980nm)的泵406。WDM 404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，可以经由光纤407向一个或多个前置放大器408提供WDM 404的输出。前置放大器408可以是放大光学信号(例如，以约20-30dB的增益)的(多个)光学放大器。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经由光纤409输出到组合器410。组合器410将(多个)前置放大器408的输出激光与泵412经由光纤411提供的激光功率进行组合。组合器410可以组合具有相同波长或不同波长的光学信号。组合器的一个示例是WDM。组合器410经由光纤413向升压放大器414提供脉冲，所述升压放大器经由光纤415产生输出光脉冲。升压放大器414提供光学信号的进一步放大。然后可以将输出的光脉冲发射到发射器320和/或转向机构340(如图3所示)。应当理解，图4图示了基于光纤的激光源400的一种示例性配置。激光源400可以具有使用图4所示的一个或多个部件和/或图4未示出的其他部件(例如，如电源、透镜、滤波器、分光器、组合器等其他部件)的不同组合的许多其他配置。

在一些变型中，可以控制(例如，通过控制电路350)基于光纤的激光源400以基于在基于光纤的激光源400中使用的光纤的光纤增益曲线产生不同振幅的脉冲。通信路径312将基于光纤的激光源400耦接到控制电路350(如图3所示)，使得基于光纤的激光源400的部件可以由控制电路350控制或以其他方式与所述控制电路通信。替代性地，基于光纤的激光源400可以包括其自身的专用控制器。代替控制电路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的专用控制器与控制电路350进行通信并且控制基于光纤的光源400的部件和/或与其通信。基于光纤的光源400还可以包括未示出的其他部件，如一个或多个电源连接器、电源和/或电源线。

参考图3，激光源310的典型工作波长包括例如约850nm、约905nm、约940nm、约1064nm和约1550nm。最大可用激光功率的上限由美国FDA(美国食品药品监督管理局)规章设定。1550nm波长的光学功率极限远高于上述其他波长的光学功率极限。进一步地，波长为1550nm时，光纤中的光学功率损耗很低。1550nm波长的这些特性使其更有利于远程LiDAR应用。从激光源310输出的光学功率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宽度的比率(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。平均功率是脉冲能量和脉冲重复率(PRR)的乘积。如下文更详细描述的，PRR表示脉冲激光的频率。PRR通常与LiDAR系统可以测量的最大范围相对应。激光源310可以被配置为以高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还可以被配置为产生中等或低PRR的脉冲以满足期望的最大探测距离。电光转化效率(WPE)是评估总功耗的另一个因素，总功耗可以是评估激光器效率的关键指标。例如，如图1所示，可以将多个LiDAR系统附接至车辆，所述车辆可以是电动车辆或者具有有限燃料或电池电源的车辆。因此，在选择和配置激光源310和/或设计用于车载LiDAR应用的激光传送系统时，高WPE和激光功率的智能使用方式通常是重要的考虑因素。

应当理解，以上描述提供了激光源310的非限制性示例。激光源310可以被配置为包括被配置为生成各种波长的一个或多个光信号的许多其他类型的光源(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)，所述放大器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。放大器被配置为接收并以期望的增益来放大光信号。

返回参考图3，LiDAR系统300进一步包括发射器320。激光源310将激光(例如，以激光束的形式)提供到发射器320。由激光源310提供的激光可以是具有预定或受控的波长、脉冲重复率和/或功率水平的放大激光。发射器320接收来自激光源310的激光并将激光发射到具有低发散度的转向机构340。在一些实施例中，发射器320可以包括例如用于将激光束直接或经由转向机构340发射到视场(FOV)的光学部件(例如，透镜、光纤、反射镜等)。虽然图3将发射器320和转向机构340图示为单独的部件，但在一些实施例中其可以组合或整合为一个系统。下文更详细地描述转向机构340。

由激光源310提供的激光束在其传播到发射器320时可能会发散。因此，发射器320通常包括准直透镜，所述准直透镜被配置为收集发散的激光束并产生发散度减小或最小的更加平行的光束。然后可以将准直光束进一步引导穿过如反射镜和透镜等各种光学器件。准直透镜可以是例如单个平凸透镜或透镜组。准直透镜可以被配置为实现任何期望的性质，如光束直径、发散度、数值孔径、焦距等。光束传播比率或光束质量因子(也被称为M²因子)用于测量激光束质量。在许多LiDAR应用中，在生成的发射激光束中具有良好的激光束质量是很重要的。M²因子表示光束与理想高斯光束的变化程度。因此，M²因子反映了准直激光束可以多好地聚焦在小点上，或者发散激光束可以多好地准直。因此，激光源310和/或发射器320可以被配置为在保持期望的M²因子的同时满足例如扫描分辨率要求。

转向机构340将由发射器320提供的一个或多个光束扫描到FOV。转向机构340在多个维度(例如，在水平和竖直维度)上扫描光束以促进LiDAR系统300通过生成3D点云来映射环境。下文将更详细地描述转向机构340。扫描到FOV的激光可以被FOV中的对象散射或反射。至少一部分散射光或反射光返回到LiDAR系统300。图3进一步图示了被配置为接收返回光的光学接收器和光探测器330。光学接收器和光探测器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用于将收集到的返回光收集和/或聚焦到光探测器上的收集透镜(例如，单个平凸透镜或透镜组)。

光探测器探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。基于这种电流和/或电压信号，可以得到对象在FOV中的深度信息。一种用于得到这种深度信息的示例性方法基于直接TOF(飞行时间)，这将在下文更详细地描述。光探测器可以通过其探测灵敏度、量子效率、探测器带宽、线性度、信噪比(SNR)、抗过载能力、抗干扰度等来表征。基于各种应用，光探测器可以被配置或定制为具有任何期望的特性。例如，光学接收器和光探测器330可以被配置为使得光探测器具有大的动态范围同时具有良好的线性度。光探测器线性度指示探测器维持输入光学信号功率与探测器的输出之间的线性关系的能力。具有良好线性度的探测器可以在大的动态输入光学信号范围内维持线性关系。

为了实现期望的探测器特性，可以对光探测器的结构和/或探测器的材料体系进行配置或定制。各种探测器结构可以用于光探测器。例如，光探测器结构可以是在p型半导体与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)的基于PIN的结构。其他光探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、SPAD(单光子雪崩二极管)基础结构和/或量子线。对于在光探测器中使用的材料体系，可以使用基于Si、InGaAs和/或Si/Ge的材料。应当理解，在光学接收器和光探测器330中可以使用许多其他探测器结构和/或材料体系。

光探测器(例如，基于APD的探测器)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，噪声也可能由于光探测器的内部增益而放大。常见噪声类型包括信号散粒噪声、暗电流散粒噪声、热噪声和放大器噪声。在一些实施例中，光学接收器和光探测器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将电流信号转换为电压信号的(TIA)跨阻放大器。对于线性探测器系统，输入等效噪声或噪声等效功率(NEP)衡量光探测器对微弱信号的敏感程度。因此，它们可以用作整体系统性能的指标。例如，光探测器的NEP指定了可以探测到的最弱信号的功率并且因此进而指定了LiDAR系统的最大范围。应当理解，可以使用各种光探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探测器结构、光学器件(例如，用于接收或重定向来自FoV的返回光的透镜、光纤、反射镜等)、材料，和/或实施信号处理技术(例如，滤波、降噪、放大等)。例如，作为使用返回信号的直接探测(例如，通过使用TOF)的补充或代替，相干探测也可以用于光探测器。相干探测允许通过用本地振荡器干扰接收到的光来探测接收到的光的振幅和相位信息。相干探测可以提高探测灵敏度和抗噪声干扰度。

图3进一步图示了LiDAR系统300包括转向机构340。如上文所描述的，转向机构340引导来自发射器320的光束在多个维度上扫描FOV。转向机构被称为光栅机构或扫描机构。在多个方向(例如，在水平和竖直方向)上扫描光束有助于LiDAR系统通过生成图像或3D点云来映射环境。转向机构可以基于机械扫描和/或固态扫描。机械扫描使用一个或几个单点收发器加上二维机械扫描仪。旋转镜(例如多角镜、振荡镜、自旋棱镜、自旋倾斜镜或其组合)可以用于使激光束转向或物理旋转LiDAR发射器和接收器(统称为收发器)以扫描激光束。固态扫描在不需要以机械方式移动任何宏观部件(如收发器)的情况下通过FOV将激光束引导至各个位置。固态扫描机构包括例如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，因为固态扫描机构不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的非扫描LiDAR系统(闪光LiDAR系统是示例性非扫描LiDAR系统)。其他非机械方法包括例如结合折射效应来调谐激光束的波长、或可重新配置的光栅/相位阵列。可以使用单个设备来实现二维光栅，也可以组合两个设备来实现二维光栅。第二种方式使用线性阵列或大量单点收发器加上一维机械扫描仪。这可以通过以下方式来实现：将整个收发器阵列安装在自旋平台上以实现360度水平FoV，或者将静态收发器阵列与多角镜、振荡镜、自旋棱镜或自旋倾斜镜面结合来实现前视水平FoV。另一种方法包括使用二维收发器直接形成图像，并使用拼接或微位移方法来改善分辨率或FoV。机械扫描方法已被证明适合汽车应用的稳健性和批量生产。

转向机构340可以与收发器(例如，发射器320以及光学接收器和光探测器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几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，2-8个光束)发射到转向机构。二维机械转向机构包括例如(多个)多角镜、(多个)振荡镜、(多个)旋转棱镜、(多个)旋转倾斜镜面或其组合。在一些实施例中，转向机构340可以包括如(多个)固态转向机构等(多个)非机械转向机构。例如，转向机构340可以基于结合折射效应来调谐激光的波长，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两个设备组合来实现二维扫描。

作为另一个示例，为了实施转向机构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。具体地，收发器阵列可以安装在旋转平台上以实现360度水平视场。替代性地，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)多角镜、(多个)振荡镜、(多个)旋转棱镜、(多个)旋转倾斜镜面，用于获得前视水平视场。使用机械扫描仪的转向机构可以在汽车应用的大批量生产中提供稳健性和可靠性。

作为另一个示例，为了实施转向机构340，可以使用二维收发器来直接生成扫描图像或3D点云。在一些实施例中，可以使用拼接或微位移方法来提高扫描图像的分辨率或改善被扫描的视场。例如，使用二维收发器，可以将在一个方向(例如，水平方向)上生成的信号与在另一个方向(例如，竖直方向)上生成的信号整合、交错和/或匹配以生成表示扫描的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)，所述一个或多个光学重定向元件沿接收路径(例如，通过旋转、振动或引导)将返回光信号转向以将返回光信号引导至光学接收器和光探测器330。沿发射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)、单独的部件(例如，专用的)和/或共享的和单独的部件的组合。这意味着在一些情况下，发射路径和接收路径是不同的，尽管其可能部分重叠(或在一些情况下，基本上重叠)。

仍然参考图3，LiDAR系统300进一步包括控制电路350。控制电路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/或其他参数)以扫描FOV并维持像素配准/对准；控制光学接收器和光探测器330(例如，控制灵敏度、降噪、过滤和/或其他参数)使得其处于最佳状态；以及监测整体系统健康/状态以确保功能安全性。

控制电路350还可以被配置和/或编程为对由光学接收器和光探测器330生成的原始数据进行信号处理以得到距离和反射率信息，并进行数据打包和与车辆感知和规划系统220(如图2所示)的通信。例如，控制电路350确定从发射光脉冲到接收到对应的返回光脉冲所花费的时间；确定对于发射的光脉冲没有接收到返回光脉冲的情况；确定发射的/返回光脉冲的方向(例如，水平和/或竖直信息)；确定特定方向上的估计范围；和/或确定与LiDAR系统300相关的任何其他类型的数据。其他功能可以包括控制激光定时和功率、控制光栅机制并保持像素配准、将光学收发器维持在最佳状态、以及监测系统健康和状态以确保功能安全性。

LiDAR系统300可以设置在车辆中，所述车辆可能在包括炎热或寒冷的天气、可能导致强烈振动的崎岖道路状况、高湿度或低湿度、多尘区域等的许多不同的环境中操作。因此，在一些实施例中，LiDAR系统300的光学和/或电子部件(例如，发射器320、光学接收器和光探测器330以及转向机构340中的光学器件)以维持长期机械和光学稳定性方式设置或配置。例如，可以固定和密封LiDAR系统300中的部件，使得其可以在车辆可能遇到的所有状况下操作。作为示例，可以将防潮涂层和/或气密密封应用于发射器320、光学接收器和光探测器330以及转向机构340的光学部件(以及易受潮的其他部件)。作为另一个示例，可以在LiDAR系统300中使用(多个)壳体、(多个)外壳和/或窗口来提供如硬度、进入保护(IP)等级、自清洁能力、耐化学性和抗冲击性等期望的特性。此外，用于组装LiDAR系统300的高效且经济的方法可以用于满足LiDAR操作要求，同时保持低成本。

本领域的普通技术人员应当理解，图3和以上描述仅用于说明的目的，并且LiDAR系统可以包括其他功能单元、块或段，并且可以包括这些以上功能单元、块或段的变型或组合。例如，LiDAR系统300还可以包括图3未描绘的其他部件，如电源总线、电源、LED指示灯、开关等。另外地，可以存在部件之间的其他连接，如光源310与光学接收器和光探测器330之间的直接连接，使得光探测器330可以准确地测量从光源310发射光脉冲直到光探测器330探测到返回光脉冲的时间。

图3所示的这些部件使用通信路径312、314、322、332、342、352和362耦接在一起。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。虽然通信路径可以由一根或多根电线、总线或光纤实施，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包括一根或多根光纤，通信路径332和352表示光学路径，并且通信路径312、322、342和362都是承载电信号的电线。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，其可以包括光纤和光学路径或一根或多根光纤和一根或多根电线)。

如上文所描述的，一些LiDAR系统使用光信号(例如，光脉冲)的飞行时间(TOF)来确定到光路径中对象的距离。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，一个或多个移动镜的系统)和光探测器(例如，具有一个或多个光学器件的光子探测器)。可以使用例如上文所描述的LiDAR系统300来实施LiDAR系统500。LiDAR系统500沿由LiDAR系统500的转向系统确定的光路径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。进一步地，LiDAR系统500的信号转向系统是脉冲信号转向系统。然而，应当理解，LiDAR系统可以通过生成、发射和探测非脉冲光信号来操作并且使用除了飞行时间之外的技术得到周围环境中的对象的范围。例如，一些LiDAR系统使用调频连续波(即，“FMCW”)。应当进一步理解，本文关于使用脉冲信号的基于飞行时间的系统描述的任何技术也可以适用于不使用这些技术中的一种或两种的LiDAR系统。

返回参考图5A(例如，图示了使用光脉冲的飞行时间LiDAR系统)，当光脉冲502到达对象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可以沿光路径510返回到系统500。可以测量从发射的光脉冲502离开LiDAR系统500到返回光脉冲508返回到LiDAR系统500的时间(例如，通过LiDAR系统内的处理器或其他电子设备，如控制电路350)。该飞行时间与光速知识相结合可以用于确定从LiDAR系统500到散射或反射光脉冲502的对象506的部分的范围/距离。

通过引导许多光脉冲，如图5B所描绘的，LiDAR系统500扫描外部环境(例如，通过分别沿光路径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(分别与发射的光脉冲502、522、530相对应)。返回光脉冲508、542和548是通过由对象506和514之一散射或反射发射的光脉冲而生成的。返回光脉冲508、542和548可以分别沿光路510、544和546返回到LiDAR系统500。基于发射的光脉冲的方向(如由LiDAR系统500确定)以及从LiDAR系统500到散射或反射光脉冲的对象的部分(例如，对象506和514的部分)的计算范围，可以精确地映射或绘制(例如，通过生成3D点云或图像)可探测范围内的外部环境(例如，路径504与532之间(包括两者)的视场)。

如果对于特定的发射的光脉冲没有接收到对应的光脉冲，则可以确定在LiDAR系统500的可探测范围内没有对象(例如，对象超出了LiDAR系统500的最大扫描距离)。例如，在图5B中，光脉冲526可能不具有对应的返回光脉冲(如图5C所图示的)，因为光脉冲526可能不会在预定探测范围内沿其发射路径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的可探测范围内沿光路径528没有设置对象。

在图5B中，光脉冲502、522、526和530可以以任何顺序、串行、并行或基于相对于彼此的其他定时发射。另外地，虽然图5B将发射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还可以沿其他(多个)维度或(多个)平面引导发射的光脉冲。例如，LiDAR系统500还可以在垂直于图5B所示的维度或平面的维度或平面上引导发射的光脉冲，从而形成光脉冲的2维发射。光脉冲的这种2维发射可以是逐点的、逐行的、一次性的或者以一些其他方式进行。来自光脉冲的1维发射(例如，单个水平线)的点云或图像可以生成2维数据(例如，(1)来自水平发射方向的数据和(2)到对象的范围或距离)。类似地，来自光脉冲的2维发射的点云或图像可以生成3维数据(例如，(1)来自水平发射方向的数据，(2)来自竖直发射方向的数据，以及(3)到对象的范围或距离)。通常，执行光脉冲的n维发射的LiDAR系统生成(n+1)维数据。这是因为LiDAR系统可以测量对象的深度或到对象的范围/距离，这提供了额外的数据维度。因此，由LiDAR系统进行的2D扫描可以生成用于映射LiDAR系统的外部环境的3D点云。

点云的密度是指由LiDAR系统在每个区域执行的测量结果(数据点)的数量。点云密度与LiDAR扫描分辨率相关。通常，至少对于感兴趣区域(ROI)，期望更大的点云密度以及因此更高的分辨率。由LiDAR系统生成的点云或图像中的点密度等于脉冲数除以视场。在一些实施例中，视场可以是固定的。因此，为了增加由一组发射-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生成脉冲。换句话说，需要具有更高脉冲重复率(PRR)的光源。在另一方面，通过更频繁地生成和发射脉冲，LiDAR系统可以探测到的最远距离可能是有限的。例如，如果在系统发射下一个脉冲之后接收到来自远处对象的返回信号，则可以以与发射对应信号的顺序不同的顺序探测返回信号，从而在系统不能正确地将返回信号与发射的信号相关时导致模糊。

为了说明，考虑可以发射重复率在500kHz与1MHz之间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在传统LiDAR设计中返回脉冲与连续脉冲的混淆，对于500kHz和1MHz，LiDAR系统可以探测的最远距离分别可以是300米和150米。重复率为500kHz的LiDAR系统的点密度是重复率为1MHz的LiDAR系统的点密度的一半。因此，该示例表明，如果系统无法正确地关联无序到达的返回信号，则将重复率从500kHz增加到1MHz(并且从而提高系统的点密度)可能减小系统的探测范围。各种技术用于减轻较高PRR与有限探测范围之间的折衷。例如，多个波长可以用于探测不同范围内的对象。光学和/或信号处理技术也用于在发射的光信号与返回光信号之间进行关联。

本文所描述的各种系统、装置和方法可以使用数字电路或使用一个或多个使用众所周知的计算机处理器、存储器单元、存储设备、计算机软件和其他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，如一个或多个磁盘、内部硬盘和可移动盘、磁光盘、光盘等。

本文所描述的各种系统、装置和方法可以使用以客户端-服务器关系操作的计算机来实施。通常，在这种系统中，客户端计算机远离服务器计算机定位并经由网络进行交互。客户端-服务器关系可以由在相应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、蜂窝智能电话、平板计算机或其他类型的计算设备。

本文所描述的各种系统、装置和方法可以使用有形地体现在信息载体中的计算机程序产品来实施，例如，在非暂态机器可读存储设备中，用于由可编程处理器执行；并且本文所描述的方法过程和步骤(包括图11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。计算机程序是一组计算机程序指令，所述计算机程序指令可以直接或间接在计算机中使用，以执行某种活动或带来某种结果。计算机程序可以以包括编译或解释型语言的任何形式的编程语言编写，并且可以以任何形式部署，包括作为单独的程序或作为模块、部件、子例程或适合于在计算环境中使用的其他单元。

图6图示了可以用于实施本文所描述的系统、装置和方法的示例性装置的高级框图。装置600包括可操作地耦接到永久性存储设备620和主存储器设备630的处理器610。处理器610通过执行定义这种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性存储设备620或其他计算机可读介质中，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描述的一个或多个部件和系统，如控制电路350(图3所示)、车辆感知和规划系统220(图2所示)和车辆控制系统280(图2所示)。因此，图11的方法步骤可以由存储在主存储器设备630和/或永久性存储设备620中的计算机程序指令定义并且由执行计算机程序指令的处理器610控制。例如，计算机程序指令可以被实施为由本领域的技术人员编程的计算机可执行代码以执行由图11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11的方法定义的算法。装置600还包括用于经由网络与其他设备通信的一个或多个网络接口680。装置600还可以包括使得用户能够与装置600(例如，显示器、键盘、鼠标、扬声器、按钮等)交互的一个或多个输入/输出设备690。

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之一。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)，其例如可以与一个或多个CPU分开工作和/或与一个或多个CPU一起执行多任务以加速处理，例如，用于本文所描述的各种图像处理应用。处理器610、永久性存储设备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)、或者由其补充或并入其中。

永久性存储设备620和主存储器设备630各自包括有形非暂态计算机可读存储介质。永久性存储设备620和主存储器设备630可以各自包括高速随机存取存储器，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(DDR RAM)或其他随机存取固态存储器设备，并且可以包括非易失性存储器，如一个或多个磁盘存储设备，如内部硬盘和可移动盘、磁光盘存储设备、光盘存储设备、闪速存储器设备、半导体存储器设备，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)、致密盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘只读存储器(DVD-ROM)磁盘或其他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，如打印机、扫描仪、显示屏等。例如，输入/输出设备690可以包括如阴极射线管(CRT)、等离子或液晶显示器(LCD)监测器等用于向用户显示信息的显示设备、键盘以及如鼠标或轨迹球等用户可以用来向装置600提供输入的定点设备。

本文所讨论的系统和装置的任何或所有功能可以由处理器610执行和/或并入如LiDAR系统300等装置或系统中。进一步地，LiDAR系统300和/或装置600可以利用一个或多个神经网络或由处理器610或本文所讨论的其他系统或装置执行的其他深度学习技术。

本领域的技术人员将认识到，实际计算机或计算机系统的实施可以具有其他结构并且也可以包含其他部件，并且图6是用于说明目的的这种计算机的一些部件的高级表示。

图7图示了自主驾驶机动车辆700上的示例性LiDAR系统的各种安装选项的俯视图。前部中心710和前部角落720的位置被认为是安装如相机和LiDAR等高级驾驶员辅助传感器(ADAS)的优选位置。根据尺寸和FoV要求，可以被考虑用于安装ADAS的其他位置包括侧视镜730、后部中心740或前保险杠750。

图8图示了两个示例性角安装式LiDAR系统的前视图，每个系统包括至少部分地与自主驾驶机动车辆800的车顶集成的一个或多个光学核心组件。角安装式LiDAR系统可以被定位成靠近车顶的一个或多个柱。在所公开的发明的实施例中，角安装式LiDAR系统的光学核心组件至少部分地与车顶集成，并且光学核心组件的至少一部分或侧表面突出于车顶之外以便于光的扫描。在所公开的发明的一些实施例中，左角安装式LiDAR系统820和右角安装式LiDAR系统810在前方方向上具有重叠的FoV以实现完全覆盖和冗余。在本发明的一个实施例中，FoV重叠40度。在本发明的替代实施例中，FoV重叠60度。

在所公开的发明的一些实施例中，左角安装式LiDAR系统820和右角安装式LiDAR系统810被配置为探测正前方方向的远处对象。在所公开的发明的一个实施例中，LiDAR系统810和820被配置为探测至少200m距离处具有10％反射率的对象。在本发明的替代实施例中，LiDAR系统810和820被配置为探测至少250m距离处具有10％反射率的对象。

在所公开的发明的一些实施例中，左角安装式LiDAR系统820和右角安装式LiDAR系统810具有大的水平FoV以提供侧面和前方两者的可见度覆盖。在所公开的发明的一些实施例中，左角安装式LiDAR系统820和右角安装式LiDAR系统810被配置为在水平方向上具有至少120°FoV。在本发明的一个实施例中，LiDAR系统810和820在竖直方向上具有至少25°FoV。在本发明的替代实施例中，LiDAR系统810和820在竖直方向上具有至少30°FoV。

另外，在所公开的发明的一些实施例中，左角安装式LiDAR系统820和右角安装式LiDAR系统810具有最小竖直高度以减少空气阻力。在本发明的一个实施例中，竖直高度小于50mm。在所公开的发明的替代实施例中，LiDAR系统810和820的竖直高度小于45mm。

图9图示了根据所公开的发明的一些实施例的包括光学核心组件的车辆角安装式LiDAR系统900的俯视图。在如图9所示的光学引擎LiDAR系统900的设计中，光学核心组件包括发射和收集光学器件(其包括定位在光学多边形元件920旁边的收发器910)以及以横向布置邻近收发器910和多边形920定位的振荡反射元件或振镜930。图9中将多边形920描绘为五面多边形，其中每个面都是具有直边的平坦表面。在本发明的一个实施例中，五面多边形920的内切圆的直径约为60mm。在所公开的发明的范围内，也可以设想大于或小于60mm的其他直径尺寸以及实际上多边形920的其他尺寸。在所公开的发明的一些实施例中，光学核心组件的部件的高度小于或等于大约30mm。

在所公开的发明的一些实施例中，多边形920可以具有三个、四个、六个或更多个面。另外，每个面可以是具有直边的平坦表面，或者可以被认为具有弯曲或其他边的弯曲或其他表面。

如图9所示，角安装式LiDAR系统900被配置为具有通过窗口940的非对称FoV，其覆盖范围为约120°，在所公开的发明的一些实施例中为-90°至+30°，其中0°是前方方向。在所公开的发明的一些实施例中，角安装式LiDAR系统900的光学核心组件的接收孔径被优化为-20°至约0°，其孔径足以看到200m处的10％的目标。在所公开的发明的一些实施例中，角安装式LiDAR系统900的光学核心组件的竖直FoV为约-20°至约+10°，其孔径针对0°进行优化。在所公开的发明的一些实施例中，窗口940倾斜30°(例如，向下)，入射范围从0°到60°。

图10图示了根据所公开的发明的实施例的使用用于LiDAR光学引擎1000的示例性装置的LiDAR信号的路径，这将在下面结合图11进行讨论。

图11图示了根据所公开的发明的实施例的LiDAR信号链的流程图1100。光纤激光器1010可以被认为是激光源310并且可以输出如图11的激光生成步骤1110中所示的激光。激光可以被引导通过分光器1015和/或传输光纤阵列1020。如上文所讨论的，激光束然后可以被引导通过准直器1025，所述准直器被配置为收集发散的激光束并产生发散度减小或最小的更加平行的光束。可以通过将一个或多个准直激光束在多个维度(例如，在水平维度和竖直维度上)引导或扫描到FoV以帮助绘制环境来完成光束转向步骤1120。激光束可以被引导通过各种光学器件，比如反射镜和透镜，包括但不限于检流计镜1030，随后是多角镜1035，按该顺序或不同的顺序。如本文上面所讨论的，扫描到FoV的激光可能被FoV中的对象1040散射或反射，从而根据步骤1130通过自由空间进行传播。

在返回光收集步骤1140中，至少一部分散射或反射光返回到LiDAR光学引擎1000。LiDAR光学引擎1000可以包括被配置为如上文所讨论的收集来自FoV的返回光的光学接收器，并且可以包括用于接收、重定向、聚焦、放大和/或过滤来自FoV的返回光的光学器件。LiDAR光学引擎1000包括示例性光学接收器装置，包括例如多角镜1035和检流计镜1030。LiDAR光学引擎1000还包括收集透镜1050(例如，单个平凸透镜或透镜组)作为其示例性光学接收器装置的一部分，以在步骤1150中将所收集的返回光收集和/或聚焦到光探测器上，例如，通过使用耦接到雪崩光电探测器(APD)1070的接收光纤阵列1060，或者在一些其他实施例中，接收光纤阵列1060和APD 1070可以被替换为APD阵列(未示出)。如上文所讨论的，接收器信号转换发生在步骤1160中，以生成FoV中的(多个)对象的深度和/或距离信息。

图12图示了根据一些实施例的收发器1200的示例性配置。在图12所示的收发器1200的示例性配置中，收集透镜1205被定位成邻近光学多边形元件1210和振荡反射元件1215(例如，检流计镜)。为了减少收发器占用空间并满足高度限制要求(例如，小于30mm)，收集透镜1205可以具有更小的孔径和焦距。在本发明的一些实施例中，收集透镜1205可以具有大约20-30mm的孔径和大约30-50mm的焦距。另外，可以沿着收集透镜1205的边缘或角落切割小凹口1230以用于放置发射器光纤阵列1220。该凹口可以包括各种形状和/或尺寸中的任一种以符合发射器子组件1220的尺寸和/或形状，但在图12中示出的形状类似于直角。在所公开的发明的一些实施例中，凹口可以小于或等于约10mm以最小化收集透镜的接收孔径的减小。接收光纤阵列元件(例如，APD阵列)1240被定位成在收发器模块的后表面处、邻近收集透镜1205的表面。在一些实施例中，可以使用相对于接收阵列1240的尺寸而言微型的发射器子组件1220，但在所公开的发明的各种实施例中，发射器和接收器阵列的尺寸和/或配置可以变化。在所公开的发明的一些实施例中，微型发射器子组件1220具有小于或等于大约5mm的直径。

图13图示了根据所公开的发明的各种实施例的两个示例性曲线图1310和1320，其针对两个不同通道示出了视场内的接收孔径。对于接近FoV中心(例如，接近0度)的向前方向，范围最远。正如预期的那样，朝着FoV的边缘，孔径可能会减小并且范围可能会减小，但可能仍足以看到水平FoV边缘50m之外的目标。在描绘所描绘的所公开发明的所选实施例的接收性能的曲线图1310和1320中还提供了高达30度的竖直FoV性能。

前述说明书应被理解为在各方面都是说明性和示例性的，而非限制性的，并且本文中公开的本发明的范围不应根据说明书来确定，而应根据专利法所允许的全部范围解释的权利要求来确定。应当理解，本文示出和描述的实施例仅是对本发明原理的说明，并且本领域技术人员可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下实施各种修改。在不脱离本发明的范围和精神的情况下，本领域技术人员可以实施各种其他特征组合。

Claims (27)

1.一种用于与车顶至少部分集成的光探测和测距(LiDAR)扫描系统，所述LiDAR扫描系统包括：

至少部分地与所述车顶集成的一个或多个光学核心组件，其中，所述光学核心组件中的至少一个被定位成靠近所述车顶的一个或多个柱；

其中，所述一个或多个光学核心组件中的至少一个光学核心组件包括振荡反射元件、光学多边形元件、以及发射和收集光学器件，

其中，所述至少一个光学核心组件的至少一部分或侧表面突出于所述车顶的平面表面之外以便于光的扫描，并且

其中，所述至少一个光学核心组件的突出于所述车顶的平面表面之外的所述部分在竖直方向上突出与所述光学多边形元件、所述振荡反射元件、以及所述发射和收集光学器件的横向布置相对应的量。

2.如权利要求1所述的系统，其中，所述车顶的所述一个或多个柱包括第一互补柱和第二互补柱，所述至少一个光学核心组件包括：

被定位成靠近所述车顶的所述第一互补柱的第一光学核心组件；以及

被定位成靠近所述车顶的所述第二互补柱的第二光学核心组件。

3.如权利要求2所述的系统，其中，所述第一光学核心组件被配置为使光竖直和水平地转向以扫描所述LiDAR扫描系统的第一部分视场，并且其中，所述第二光学核心组件被配置为使光竖直和水平地转向以扫描所述LiDAR扫描系统的第二部分视场。

4.如权利要求3所述的系统，其中，所述第一部分视场与所述第二部分视场在所述车辆的前进方向上重叠。

5.如权利要求1至4中任一项所述的系统，其中，所述至少一个光学核心组件被配置为扫描非对称水平部分视场或非对称竖直部分视场中的至少一者。

6.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述车顶的所述平面表面包括基本水平的轮廓。

7.如权利要求1至5中任一项所述的系统，其中，所述车顶的所述平面表面包括复杂的表面轮廓。

8.如权利要求1至7中任一项所述的系统，其中，所述至少一个光学核心组件至少部分地集成在所述车顶的最大高度位置处。

9.如权利要求1至8中任一项所述的系统，其中，所述车顶包括防滚架或光环。

10.如权利要求1至9中任一项所述的系统，其中，所述一个或多个柱包括所述车顶的A柱、B柱、C柱或D柱中的至少一者。

11.如权利要求1至10中任一项所述的系统，其中，所述竖直方向的突出量是基于车辆空气动力学要求来选择的。

12.如权利要求1至11中任一项所述的系统，其中，所述光学多边形元件、所述振荡反射元件以及所述发射和收集光学器件的所述横向布置包括：

所述发射和收集光学器件被定位在所述光学多边形元件与所述振荡反射元件之间的布置。

13.如权利要求12所述的系统，其中，所述发射和收集光学器件包括被配置为将光传送到所述振荡反射元件的发射器光纤阵列。

14.如权利要求13所述的系统，其中，所述发射和收集光学器件进一步包括具有开口的收集透镜，其中，所述发射器光纤阵列至少部分地设置在所述开口中以将光传送到所述振荡反射元件。

15.如权利要求14所述的系统，其中，所述开口被定位成靠近所述收集透镜的边缘并且具有基于光学接收孔径要求而配置的尺寸。

16.如权利要求14和15中任一项所述的系统，其中，所述发射和收集光学器件进一步包括光学耦接到所述收集透镜的接收光纤阵列。

17.如权利要求13至16中任一项所述的系统，其中，所述振荡反射元件被配置为将由所述发射器光纤阵列提供的光重定向到所述光学多边形元件。

18.如权利要求12至17中任一项所述的系统，其中，所述光学多边形元件与所述振荡反射元件的组合当相对于彼此移动时，

使光水平地和竖直地转向以照射所述LiDAR系统的部分视场中的一个或多个对象；并且

获得基于对所述一个或多个对象的照射而生成的返回光。

19.如权利要求1至18中任一项所述的系统，其中，所述光学多边形元件、所述振荡反射元件、以及所述发射和收集光学器件的竖直位置是对齐的，以最小化在所述竖直方向上的突出量。

20.如权利要求1至19中任一项所述的系统，其中，所述光学多边形元件包括多个面，所述多个面的取向基本上平行于所述光学多边形元件的旋转轴。

21.如权利要求1至20中任一项所述的系统，其中，所述光学多边形元件、所述振荡反射元件、以及所述发射和收集光学器件均被配置为具有约30mm或更小的高度。

22.如权利要求1至21中任一项所述的系统，其中，所述至少一个光学核心组件被配置为扫描约120°水平部分视场和约30°竖直部分视场。

23.如权利要求1至22中任一项所述的系统，其中，所述至少一个光学核心组件进一步包括形成所述至少一个光学核心组件的外表面的一部分的窗口，其中，所述窗口以基于所述光学多边形元件的取向或所述发射和收集光学器件的取向中的至少一者而配置的角度倾斜。

24.如权利要求22所述的系统，其中，所述窗口包括抗反射涂层。

25.一种用于与车辆前端至少部分集成的光探测和测距(LiDAR)扫描系统，所述LiDAR扫描系统包括：

至少部分地与所述车辆前端集成的一个或多个光学核心组件，其中，所述光学核心组件中的至少一个被定位成靠近车辆前保险杠的一个或多个角；

其中，所述一个或多个光学核心组件中的至少一个光学核心组件包括振荡反射元件、光学多边形元件、以及发射和收集光学器件，

其中，所述至少一个光学核心组件的至少一部分或侧表面突出于所述车辆的平面表面之外以便于光的扫描，并且

其中，所述至少一个光学核心组件的突出于所述车辆的平面表面之外的所述部分在竖直方向上突出与所述光学多边形元件、所述振荡反射元件、以及所述发射和收集光学器件的横向布置相对应的量。

26.如权利要求1至25中任一项所述的系统，其中，对应于所述横向布置的突出量与对应于非横向布置的突出量相比是减少的。

27.一种车辆，包括如权利要求1至26中任一项所述的LiDAR扫描系统。