RU2792948C2 - Мультиспектральные лидарные системы и способы - Google Patents

Abstract

Использование: настоящая технология в целом относится к световым системам обнаружения и измерения дальности (лидарам), в частности к мультиспектральным лидарным способам и системам. Сущность: описаны оптическая система и способ управления этой системой, а также подключенное к ней самоуправляемое транспортное средство. Оптическая система содержит корпус, первый источник света, расположенный в корпусе и способный излучать свет в первом диапазоне длин волн, и второй источник света, расположенный в корпусе и способный излучать свет во втором диапазоне длин волн, отличном от первого диапазона длин волн, дихроичный элемент, способный объединять свет от первого источника света и второго источника света в выходной световой луч для сканирования поля обзора, блок сканирования, способный направлять выходной луч наружу из оптической системы и расположенный в корпусе, контроллер, подключенный к сканирующему элементу, и по меньшей мере один датчик, подключенный к контроллеру, расположенный в корпусе и способный принимать свет, отраженный от окружающих объектов в оптическую систему. Технический результат: обеспечение возможности более эффективного объединения трехмерных карт и снижения влияния окружающей среды на оптическую систему. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 4 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

[001] Настоящая технология в целом относится к световым системам обнаружения и измерения дальности (лидарам) и в частности - к мультиспектральным лидарным способам и системам.

Уровень техники

[002] Лидарные системы (LiDAR, Light Detection and Ranging) широко применяются в самоуправляемых (автономных) транспортных средствах. Лидарные системы позволяют измерять расстояние между системой и окружающими объектами, освещая окружающее пространство светом и улавливая свет, отраженный от одного или нескольких объектов в окружающем пространстве.

[003] В типичной лидарной системе источник света излучает узкие лучи, которыми сканируется поле обзора. Свет, отраженный от объекта и/или рассеянный объектом в поле обзора, принимается блоком обнаружения лидарной системы для определения местоположения объекта. Например, во времяпролетных (ToF, Time of Flight) системах для определения расстояния до объекта измеряется время между (1) излучением светового луча и (2) обнаружением отраженного и/или рассеянного светового луча.

[004] Отраженные лучи, принятые лидаром, обрабатываются с помощью центрального компьютера для формирования точек данных, при этом каждый импульс луча отображается как одна точка данных в облаке точек, представляя окружающую обстановку в виде трехмерной карты. Трехмерная карта является более или менее подробной и точной в зависимости от плотности или частоты обновления облака точек, при этом, в общем случае, чем выше частота дискретизации в поле обзора, тем более подробной и точной оказывается такая трехмерная карта.

[005] В зависимости от различных факторов в окружающем пространстве, сканируемом лидарной системой, отраженный и рассеянный свет, обнаруживаемый для измерения расстояния до окружающих объектов, иногда может быть слабым. В некоторых случаях условия окружающей среды, такие как дождь или туман, могут влиять на уровень сигнала из-за рассеяния или поглощения света с некоторыми длинами волн, используемыми в лидарных системах. Яркий солнечный свет также может влиять на отношение сигнал/шум в некоторых лидарных системах, приводя к дополнительному зашумлению систем, работающих с длинами волн, присутствующими в спектре солнечного света.

Раскрытие изобретения

[006] Следовательно, существует потребность в системах и способах, позволяющих исключить, уменьшить или преодолеть ограничения известных технических решений.

[007] В соответствии с некоторыми широкими аспектами настоящей технологии реализована лидарная система, обследующая окружающее пространство транспортного средства в двух различных диапазонах длин волн. Свет обоих диапазонов длин волн объединяется с помощью дихроичного элемента, при этом лучи оказываются коллинеарными и наложенными друг на друга. Таким образом, блок сканирования сканирует таким светом одно и то же место, при этом результирующие трехмерные карты, сформированные в двух разных диапазонах длин волн, совмещаются без регистрации или другой дополнительной обработки для объединения трехмерных карт. В некоторых случаях в одном из диапазонов длин волн могут возникать сложности из-за шума или поглощения вследствие влияния окружающей среды (например, яркого солнечного света, дождя или тумана). В таком случае трехмерная карта может быть сформирована на основе света в одном диапазоне длин волн, подверженном меньшему влиянию.

[008] В соответствии с первым широким аспектом настоящей технологии реализована оптическая система, содержащая: корпус; первый источник света, расположенный в корпусе и способный излучать свет в первом диапазоне длин волн; второй источник света, расположенный в корпусе и способный излучать свет во втором диапазоне длин волн, отличном от первого; дихроичный элемент, способный объединять свет от первого источника света и второго источника света в выходной световой луч для сканирования поля обзора; блок сканирования, расположенный в корпусе и способный направлять выходной луч наружу из оптической системы; контроллер, подключенный к сканирующему элементу; и по меньшей мере один датчик, подключенный к контроллеру, расположенный в корпусе и способный принимать свет, отраженный от окружающих объектов в оптическую систему.

[009] В некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере один датчик включает в себя первый датчик, способный принимать свет в первом диапазоне длин волн, и второй датчик, способный принимать свет во втором диапазоне длин волн.

[010] В некоторых вариантах осуществления изобретения первый датчик и/или второй датчик способен принимать свет в третьем диапазоне длин волн, отличном от первого диапазона длин волн и второго диапазона длин волн, соответствующий фоновому излучению в зоне расположения окружающих объектов.

[011] В некоторых вариантах осуществления изобретения оптическая система имеет первую оптическую ветвь, содержащую первый источник света и первый датчик, и вторую оптическую ветвь, содержащую второй источник света и второй датчик.

[012] В некоторых вариантах осуществления изобретения оптическая система дополнительно содержит первый светоделительный элемент, расположенный в первой оптической ветви и способный направлять свет, падающий на него от первого источника света, к дихроичному элементу, также направлять свет, падающий на него от дихроичного элемента, к первому датчику.

[013] В некоторых вариантах осуществления изобретения оптическая система дополнительно содержит второй светоделительный элемент, расположенный во второй оптической ветви и способный направлять свет, падающий на него от второго источника света, к дихроичному элементу, а также направлять свет, падающий на него от дихроичного элемента, ко второму датчику.

[014] В некоторых вариантах осуществления изобретения первый светоделительный элемент и второй светоделительный элемент содержат плоский светоделительный элемент, кубический светоделительный элемент или пленочный светоделительный элемент.

[015] В некоторых вариантах осуществления изобретения свет, отраженный от окружающих объектов, содержит по меньшей мере первую часть света, соответствующую свету, излученному первым источником света и впоследствии отраженному от окружающих объектов, и вторую часть света, соответствующую свету, излученному вторым источником света и впоследствии отраженному от окружающих объектов.

[016] В некоторых вариантах осуществления изобретения дихроичный элемент дополнительно способен направлять первую часть света в первую оптическую ветвь и вторую часть света во вторую оптическую ветвь.

[017] В некоторых вариантах осуществления изобретения дихроичный элемент дополнительно способен направлять первую часть света к первому датчику, а вторую часть света - ко второму датчику.

[018] В некоторых вариантах осуществления изобретения дихроичный элемент содержит дихроичный фильтр, дихроичное зеркало, дихроичный светоделительный элемент, многополосный светоделительный элемент, брэгговское зеркало или многополосное дихроичное зеркало.

[019] В некоторых вариантах осуществления изобретения центральная длина волны первого диапазона длин волн и центральная длина волны второго диапазона длин волн разделены в спектре электромагнитного излучения заранее заданным интервалом длин волн.

[020] В некоторых вариантах осуществления изобретения первый диапазон длин волн и/или второй диапазон длин волн предназначен для работы в заданных условиях окружающей среды.

[021] В некоторых вариантах осуществления изобретения заданные условия окружающей среды связаны с количеством дневного света и/или с количеством осадков.

[022] В некоторых вариантах осуществления изобретения первый источник света и второй источник света представляют собой монохроматические источники света, соответственно, связанные с первой рабочей длиной волны и со второй рабочей длиной волны, отличной от первой рабочей длины волны.

[023] В некоторых вариантах осуществления изобретения блок сканирования дополнительно содержит выходное окно, обращенное наружу от оптической системы, при этом дихроичный элемент и выходное окно расположены последовательно на общей оптической оси, определяя единственный оптический путь для прохождения света, излучаемого первым источником света, и света, излучаемого вторым источником света, от дихроичного элемента к выходному окну.

[024] В некоторых вариантах осуществления изобретения блок сканирования определяет поле обзора оптической системы, причем свет от первого источника света и свет от второго источника света равномерно распределяется по этому полю обзора.

[025] В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер дополнительно подключен к первому источнику света и ко второму источнику света и способен обеспечивать одновременное излучение света первым источником света и вторым источником света в первом диапазоне длин волн и втором диапазоне длин волн, соответственно, формируя выходной луч.

[026] В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер также способен формировать трехмерную точечную карту окружающих объектов на основе отраженного от них света, при этом каждая точка трехмерной точечной карты формируется в ответ на излучение первого источника света и второго источника света без необходимости взаимной синхронизации между ними.

[027] В соответствии с другим широким аспектом настоящей технологии реализован способ управления оптической системой, выполняемый контроллером оптической системы. Способ включает в себя: обеспечение контроллером излучения света первым источником света, способным излучать свет в первом диапазоне длин волн; обеспечение контроллером излучения света вторым источником света, способным излучать свет во втором диапазоне длин волн, отличном от первого диапазона длин волн; воздействие контроллером на блок сканирования для сканирования поля обзора оптической системы светом от первого источника света и второго источника света, при этом свет от первого источника света и от второго источника света объединяется в одном оптическом пути дихроичным элементом до сканирования этим светом поля обзора; и прием по меньшей мере одним датчиком, подключенным к контроллеру, светового сигнала, отраженного от окружающих объектов в поле обзора оптической системы.

[028] В некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере один датчик включает в себя первый датчик и второй датчик, а прием отраженного сигнала дополнительно включает в себя прием первым датчиком первой части отраженного сигнала, относящейся к первому диапазону длин волн, и прием вторым датчиком второй части отраженного сигнала, относящейся ко второму диапазону длин волн.

[029] В некоторых вариантах осуществления изобретения способ дополнительно включает в себя формирование на основе отраженного сигнала трехмерной точечной карты окружающих объектов.

[030] В некоторых вариантах осуществления изобретения способ дополнительно включает в себя выбор на основе одного или нескольких показателей качества, связанных с отраженным сигналом, его первой части или его второй части для формирования трехмерной точечной карты.

[031] В некоторых вариантах осуществления изобретения излучение света первым источником света и вторым источником света включает в себя формирование соответствующего оптического импульса, а обеспечение контроллером излучения света первым источником света и вторым источником света дополнительно включает в себя обеспечение одновременного формирования оптических импульсов первым источником света и вторым источником света.

[032] В некоторых вариантах осуществления изобретения свет от первого источника света и свет от второго источника света равномерно распределяется по полю обзора оптической системы.

[033] В некоторых вариантах осуществления изобретения дополнительно определен единственный оптический путь между дихроичным элементом перед входом в блок сканирования и выходным окном сканирующего элемента, обращенным наружу из оптической системы.

[034] В соответствии с другим широким аспектом настоящей технологии реализовано самоуправляемое транспортное средство, содержащее: транспортное средство; электронное устройство, подключенное к транспортному средству и способное управлять им; лидарную систему для контроля окружающего пространства транспортного средства, подключенную к электронному устройству и содержащую: корпус; первый источник света, расположенный в корпусе и способный излучать свет в первом диапазоне длин волн; второй источник света, расположенный в корпусе и способный излучать свет во втором диапазоне длин волн, отличном от первого диапазона длин волн; дихроичный элемент, способный объединять свет от первого источника света и второго источника света в выходной световой луч для сканирования поля обзора; блок сканирования, расположенный в корпусе и способный направлять выходной луч наружу из оптической системы; контроллер, подключенный к сканирующему элементу; и по меньшей мере один датчик, подключенный к контроллеру, расположенный в корпусе и способный принимать свет, отраженный от окружающих объектов в оптическую систему.

[035] В контексте настоящего описания термин «источник света» в целом относится к любому устройству, способному осуществлять излучение, например, сигнала в виде луча, в том числе, луча света с одной или несколькими длинами волн в электромагнитном спектре. В одном примере осуществления изобретения источником света может быть «лазерный источник». Таким образом, источник света может содержать лазер, например, твердотельный лазер, лазерный диод, лазер высокой мощности, или альтернативный источник света, например, источник света на основе светоизлучающих диодов. Некоторыми (не имеющими ограничительного характера) примерами лазерного источника являются лазерный диод Фабри-Перо, лазер на квантовых ямах, лазер с распределенным брэгговским отражателем (DBR, Distributed Bragg Reflector), лазер с распределенной обратной связью (DFB, Distributed FeedBack), волоконный лазер или поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL, Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser). Кроме того, лазерный источник может излучать световые лучи в различных форматах, например, световые импульсы, непрерывные колебания, квазинепрерывные колебания и т.д. В некоторых не имеющих ограничительного характера примерах лазерный источник может содержать лазерный диод, способный излучать свет с длиной волны в диапазоне приблизительно 650-1150 нм. В альтернативном варианте источник света может содержать лазерный диод, способный излучать свет с длиной волны в диапазоне приблизительно 800-1000 нм, приблизительно 850-950 нм, приблизительно 1300-1600 нм или в любом другом подходящем диапазоне. Если не указано иное, термин «приблизительно» применительно к числовому значению определяется как отклонение, не превышающее 10% от указанного значения.

[036] В контексте настоящего описания термин «выходной луч» может также относиться к пучку излучения, например, к лучу света, формируемому излучающим элементом и направленному в сторону области наблюдения. Выходной луч может характеризоваться одним или несколькими параметрами, такими как продолжительность излучения, угловая расходимость луча, длина волны, мгновенная мощность, плотность фотонов на разных расстояниях от источника света, средняя мощность, удельная мощность пучка, ширина луча, частота повторения импульсов излучения, последовательность излучаемых импульсов, скважность импульсов, длина волны, фаза и т.д. Выходной луч может быть неполяризованным или случайно поляризованным, может не иметь определенной или постоянной поляризации (например, поляризация может меняться со временем) или может иметь определенную поляризацию (например, линейную, эллиптическую или круговую поляризацию).

[037] В контексте настоящего описания «входной луч» представляет собой излучение или свет, попадающий в систему, обычно после отражения от одного или нескольких объектов в области наблюдения. Входной луч также может называться лучом излучения или световым лучом. Термин «отражение» означает, что по меньшей мере часть выходного луча падает на один или несколько объектов в области наблюдения и отражается от этого одного или нескольких объектов. Входной луч может характеризоваться одним или несколькими параметрами, такими как время пролета (т.е. время от момента излучения до момента обнаружения), мгновенная мощность (например, сигнатура мощности), средняя мощность обратного импульса, распределение фотонов в сигнале по периоду обратного импульса и т.д. В зависимости от конкретного использования, некоторая часть излучения или света во входном луче может исходить не от отраженного выходного луча, а от других источников. Например, по меньшей мере некоторая часть входного луча может представлять сбой световой шум из окружающего пространства (в том числе рассеянный солнечный свет) или от других источников света, внешних по отношению к настоящей системе.

[038] В контексте настоящего описания термин «окружающее пространство» транспортного средства относится к области или объему вокруг транспортного средства, включая часть его текущего окружающего пространства, доступную для сканирования с использованием одного или нескольких датчиков, установленных на этом транспортном средстве, например, для формирования трехмерной карты такого окружающего пространства или для обнаружения в нем объектов.

[039] В контексте настоящего описания термин «интересующая область» может в широком смысле означать часть наблюдаемого окружающего пространства лидарной системы, в которой могут быть обнаружены один или несколько объектов. Следует отметить, что на область наблюдения лидарной системы могут влиять различные условия, такие как ориентация лидарной системы (например, направление оптической оси лидарной системы), положение лидарной системы в окружающем пространстве (например, расстояние над поверхностью земли, рельеф местности и препятствия в непосредственной близи от системы), рабочие параметры лидарной системы (например, мощность излучения, вычислительные настройки, заданные углы работы) и т.д., но не ограничиваясь ими. Область наблюдения лидарной системы может быть определена, например, плоским или телесным углом. В одном примере область наблюдения также может быть определена дальностью (например, приблизительно до 200 м).

[040] В контексте настоящего описания «сервер» представляет собой компьютерную программу, выполняемую на соответствующем оборудовании и способную принимать по сети запросы (например, от электронных устройств) и выполнять эти запросы или инициировать их выполнение. Соответствующие аппаратные средства могут быть реализованы в виде одного компьютера или одной компьютерной системы, что не существенно для настоящей технологии. В настоящем контексте выражение «сервер» не означает, что каждая задача (например, принятая команда или запрос) или некоторая конкретная задача принимается, выполняется или запускается одним и тем же сервером (т.е. одними и теми же программными и/или аппаратными средствами). Это выражение означает, что любое количество программных средств или аппаратных средств может принимать, отправлять, выполнять или запускать выполнение любой задачи или запроса либо результатов любых задач или запросов. Все эти программные и аппаратные средства могут представлять собой один сервер или несколько серверов, причем оба эти случая подразумеваются в выражении «по меньшей мере один сервер».

[041] В контексте настоящего описания «электронное устройство» представляет собой любое компьютерное оборудование, способное выполнять программное обеспечение, подходящее для соответствующей задачи. В контексте настоящего описания термин «электронное устройство» подразумевает, что устройство может функционировать в качестве сервера для других электронных устройств, тем не менее, это не обязательно для настоящей технологии. Таким образом, некоторые (не имеющие ограничительного характера) примеры электронных устройств включают в себя устройство для автономного вождения, персональные компьютеры (настольные компьютеры, ноутбуки, нетбуки и т.д.), смартфоны и планшеты, а также сетевое оборудование, такое как маршрутизаторы, коммутаторы и шлюзы. Должно быть понятно, что в настоящем контексте тот факт, что устройство функционирует в качестве электронного устройства, не означает, что оно не может функционировать в качестве сервера для других электронных устройств.

[042] В контексте настоящего описания выражение «информация» включает в себя информацию любого рода или вида, допускающую хранение в базе данных. Таким образом, информация включает в себя визуальные произведения (например, карты), аудиовизуальные произведения (например, изображения, фильмы, звукозаписи, презентации и т.д.), данные (например, данные о местоположении, данные о погоде, данные о трафике, числовые данные и т.д.), текст (например, мнения, комментарии, вопросы, сообщения и т.д.), документы, электронные таблицы и т.д., но не ограничивается ими.

[043] В контексте настоящего описания термин «база данных» означает любой структурированный набор данных, независимо от его конкретной структуры, программного обеспечения для управления базой данных или компьютерных аппаратных средств для хранения этих данных, их применения или обеспечения их использования иным способом. База данных может располагаться в тех же аппаратных средствах, где реализован процесс, обеспечивающий хранение или использование информации, хранящейся в базе данных, либо база данных может располагаться в отдельных аппаратных средствах, таких как специализированный сервер или множество серверов.

[044] В контексте настоящего описания числительные «первый» «второй», «третий» и т.д. используются лишь для указания различия между существительными, к которым они относятся, но не для описания каких-либо определенных взаимосвязей между этими существительными. Кроме того, как встречается в настоящем описании в другом контексте, ссылка на «первый» элемент и «второй» элемент не исключает того, что эти два элемента в действительности могут быть одним и тем же элементом.

[045] Каждый вариант осуществления настоящей технологии относится по меньшей мере к одной из вышеупомянутых целей и/или аспектов, но не обязательно ко всем ним. Должно быть понятно, что некоторые аспекты настоящей технологии, связанные с попыткой достижения вышеупомянутой цели, могут не соответствовать этой цели и/или могут соответствовать другим целям, явным образом здесь не упомянутым.

[046] Дополнительные и/или альтернативные признаки, аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящей технологии содержатся в дальнейшем описании, в приложенных чертежах и в формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

[047] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящей технологии содержатся в дальнейшем описании, в приложенной формуле изобретения и на следующих чертежах.

[048] На фиг. 1 схематически представлен пример компьютерной системы, пригодной для реализации некоторых не имеющих ограничительного характера вариантов осуществления настоящей технологии.

[049] На фиг. 2 схематически представлена сетевая компьютерная среда, пригодная для использования с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[050] На фиг. 3 схематически представлен пример лидарной системы, реализованной в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[051] На фиг. 4 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример способа управления лидарной системой, показанной на фиг. 3.

Осуществление изобретения

[052] Представленные в данном описании примеры и условный язык предназначены для обеспечения лучшего понимания принципов настоящей технологии, а не для ограничения ее объема до таких специально приведенных примеров и условий. Очевидно, что специалисты в данной области техники способны разработать различные способы и устройства, которые явно не описаны и не показаны, но реализуют принципы настоящей технологии в пределах ее существа и объема.

[053] Кроме того, чтобы способствовать лучшему пониманию, последующее описание может содержать упрощенные варианты реализации настоящей технологии. Специалистам в данной области должно быть понятно, что другие варианты осуществления настоящей технологии могут быть значительно сложнее.

[054] В некоторых случаях приводятся полезные примеры модификаций настоящей технологии. Они способствуют пониманию, но также не определяют объема или границ настоящей технологии. Представленный перечень модификаций не является исчерпывающим и специалист в данной области может разработать другие модификации в пределах объема настоящей технологии. Кроме того, если в некоторых случаях модификации не описаны, это не означает, что они невозможны и/или что описание содержит единственно возможный вариант реализации того или иного элемента настоящей технологии.

[055] Описание принципов, аспектов и вариантов реализации настоящей технологии, а также их конкретные примеры предназначены для охвата их структурных и функциональных эквивалентов, независимо от того, известны они в настоящее время или будут разработаны в будущем. Например, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что любые описанные структурные схемы соответствуют концептуальным представлениям иллюстративных принципиальных схем, реализующих принципы настоящей технологии. Также должно быть понятно, что любые блок-схемы, схемы процессов, диаграммы изменения состояния, псевдокоды и т.п. соответствуют различным процессам, которые могут быть представлены на машиночитаемом физическом носителе информации и могут выполняться компьютером или процессором, независимо от того, показан такой компьютер или процессор явно или нет.

[056] Функции различных элементов, показанных на чертежах, включая любой функциональный блок, обозначенный как «процессор», могут быть реализованы с использованием специализированных аппаратных средств, а также аппаратных средств, способных выполнять соответствующее программное обеспечение. Если используется процессор, эти функции могут выполняться одним выделенным процессором, одним совместно используемым процессором или множеством отдельных процессоров, некоторые из которых могут использоваться совместно. Кроме того, явное использование термина «процессор» или «контроллер» не должно трактоваться как указание исключительно на аппаратные средства, способные выполнять программное обеспечение, и может подразумевать, помимо прочего, аппаратные средства цифрового сигнального процессора (DSP), сетевой процессор, специализированную интегральную схему (ASIC), программируемую вентильную матрицу (FPGA), ПЗУ для хранения программного обеспечения, ОЗУ и энергонезависимое ЗУ. Также могут подразумеваться другие аппаратные средства, общего назначения и/или заказные.

[057] Программные модули или просто модули, реализация которых предполагается в виде программных средств, могут быть представлены здесь в виде любого сочетания элементов блок-схемы или других элементов, указывающих на выполнение шагов процесса и/или содержащих текстовое описание. Такие модули могут выполняться аппаратными средствами, показанными явно или подразумеваемыми.

[058] Далее с учетом вышеизложенных принципов рассмотрены некоторые не имеющие ограничительного характера примеры, иллюстрирующие различные варианты реализации аспектов настоящей технологии.

[059] Компьютерная система

[060] На фиг. 1 схематически представлена компьютерная система 100, пригодная для использования с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии. Компьютерная система 100 содержит различные элементы аппаратных средств, включая один или несколько одно- или многоядерных процессоров, совместно представленных процессором 110, твердотельный накопитель 120 и память 130, которая может представлять собой ОЗУ или память любого другого вида.

[061] Связь между элементами компьютерной системы 100 может осуществляться через одну или несколько внутренних и/или внешних шин (не показаны), таких как шина PCI, шина USB, шина FireWire стандарта IEEE 1394, шина SCSI, шина Serial-ATA и т.д., с которыми различные аппаратные элементы соединены электронным образом. Согласно вариантам осуществления настоящей технологии, твердотельный накопитель 120 хранит программные команды, пригодные для загрузки в память 130 и выполнения процессором 110 с целью определения наличия объекта. Например, программные команды могут входить в состав управляющего приложения транспортного средства, выполняемого процессором 110. Следует отметить, что компьютерная система 100 может содержать дополнительные и/или не обязательные элементы (не показаны), такие как модули передачи данных по сети, модули определения местоположения и т.д.

[062] Сетевая компьютерная среда

[063] На фиг. 2 представлена сетевая компьютерная среда 200, пригодная для использования с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии. Сетевая компьютерная среда 200 содержит электронное устройство 210, связанное с транспортным средством 220 и/или с пользователем (не показан), который связан с транспортным средством 220 (в частности, с оператором транспортного средства 220). Сетевая компьютерная среда 200 также содержит сервер 235, связанный с электронным устройством 210 через сеть 240 связи (например, через сеть Интернет и т.п., как более подробно описано ниже).

[064] В по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии электронное устройство 210 связано с системами управления транспортного средства 220. Электронное устройство 210 может управлять различными системами транспортного средства 220, включая, помимо прочего, блок управления двигателем (ECU, Engine Control Unit), систему рулевого управления, тормозную систему, а также системы сигнализации и освещения (т.е. фары, стоп-сигналы и/или указатели поворота). В таком варианте осуществления изобретения транспортное средство 220 может быть самоуправляемым транспортным средством 220.

[065] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сетевая компьютерная среда 200 может содержать спутник системы GPS (не показан), передающий сигнал GPS электронному устройству 210 и/или принимающий сигнал GPS от него. Должно быть понятно, что настоящая технология не ограничивается системой GPS и может использовать технологию определения местоположения, отличную от системы GPS. Следует отметить, что спутник GPS может вовсе отсутствовать.

[066] Транспортное средство 220, с которым связано электронное устройство 210, может представлять собой любое транспортное средство для отдыха или иных целей, например, автомобиль для личного или коммерческого использования, грузовой автомобиль, мотоцикл и т.д. Несмотря на то, что транспортное средство 220 изображено как наземное транспортное средство, это не обязательно для каждого не имеющего ограничительного характера варианта осуществления настоящей технологии. Например, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии транспортное средство 220 может быть водным транспортным средством, таким как лодка, или летательным аппаратом, таким как дрон.

[067] Транспортное средство 220 может управляться пользователем или представлять собой самоуправляемое транспортное средство. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии предполагается, что транспортное средство 220 может быть реализовано как самоуправляемый автомобиль (SDC, Self-Driving Car). Следует отметить, что при этом не накладывается каких-либо ограничений на конкретные параметры транспортного средства 200, такие как производитель транспортного средства, модель транспортного средства, год выпуска транспортного средства, масса транспортного средства, размеры транспортного средства, распределение массы транспортного средства, площадь поверхности транспортного средства, высота транспортного средства, вид трансмиссии (например, привод на два или четыре колеса), вид шин, тормозная система, топливная система, пробег, идентификационный номер транспортного средства и рабочий объем двигателя.

[068] Согласно настоящей технологии, на реализацию электронного устройства 210 не накладывается каких-либо особых ограничений. Например, электронное устройство 210 может быть реализовано в виде блока управления двигателем транспортного средства, центрального процессора транспортного средства, навигационного устройства транспортного средства (например, TomTom™, Garmin™), планшета, персонального компьютера, встроенного в транспортное средство 220, и т.д. Следует отметить, что электронное устройство 210 может быть связано или не связано с транспортным средством 220 постоянным образом. Дополнительно или в качестве альтернативны, электронное устройство 210 может быть реализовано в виде устройства беспроводной связи, такого как мобильный телефон (например, смартфон или радиотелефон). В некоторых вариантах осуществления изобретения электронное устройство 210 содержит дисплей 270.

[069] Электронное устройство 210 может содержать некоторые или все элементы компьютерной системы 100, представленной на фиг. 1, в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. В некоторых вариантах осуществления изобретения электронное устройство 210 представляет собой бортовое компьютерное устройство и содержит процессор 110, твердотельный накопитель 120 и память 130. Иными словами, электронное устройство 210 содержит аппаратные средства и/или программное обеспечение и/или микропрограммное обеспечение или их комбинацию для обработки данных, как более подробно описано ниже.

[070] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сеть 240 связи представляет собой сеть Интернет. В альтернативных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сеть 240 связи может быть реализована как любая подходящая локальная сеть (LAN, Local Area Network), глобальная сеть (WAN, Wide Area Network), частная сеть связи и т.п. Очевидно, что варианты осуществления сети 240 связи приведены лишь в иллюстративных целях. Между электронным устройством 210 и сетью 240 связи предусмотрена линия связи (отдельно не обозначена), реализация которой зависит, среди прочего, от реализации электронного устройства 210. Лишь в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, в тех вариантах осуществления настоящей технологии, где электронное устройство 210 реализовано в виде устройства беспроводной связи, такого как смартфон или навигационное устройство, линия связи может быть реализована в виде беспроводной линии связи. Примеры беспроводных линий связи включают в себя канал сети связи 3G, канал сети связи 4G и т.п. В сети 240 связи также может использоваться беспроводное соединение с сервером 235.

[071] В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии сервер 235 реализован как компьютерный сервер и может содержать некоторые или все элементы компьютерной системы 100, показанной на фиг. 1. В одном не имеющем ограничительного характера примере сервер 235 реализован в виде сервера Dell™ PowerEdge™, работающего под управлением операционной системы Microsoft™ Windows Server™, но он также может быть реализован с использованием любых других подходящих аппаратных средств, программного обеспечения и/или микропрограммного обеспечения либо их сочетания. В представленных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сервер 235 представляет собой одиночный сервер. В других, не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии (не показаны) функции сервера 235 могут быть распределены между несколькими серверами.

[072] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии процессор 110 электронного устройства 210 может быть связан с сервером 235 для получения одного или нескольких обновлений. Такие обновления могут включать в себя обновления программного обеспечения, обновления карт, обновления маршрутов, обновления погодных данных и т.п., но не ограничиваются этим. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии процессор 110 также может отправлять серверу 235 некоторые рабочие данные, такие как пройденные маршруты, данные о дорожном движении, рабочие характеристики и т.п. Некоторые или все данные, передаваемые между транспортным средством 220 и сервером 235, могут быть зашифрованы и/или обезличены.

[073] Следует отметить, что электронное устройство 210 может использовать множество датчиков и систем для сбора информации об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220. Как показано на фиг. 2, транспортное средство 220 может быть оборудовано множеством систем 280 датчиков. Следует отметить, что для сбора данных различного вида об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220 могут использоваться различные системы датчиков из множества систем 280 датчиков.

[074] В одном примере множество систем 280 датчиков может содержать различные оптические системы, в том числе, одну или несколько систем датчиков типа «камера», установленных на транспортном средстве 220 и подключенных к процессору 110 электронного устройства 210. В целом, одна или несколько систем датчиков типа «камера» может собирать данные изображения о различных частях окружающего пространства 250 транспортного средства 220. В некоторых случаях данные изображения, предоставленные одной или несколькими системами датчиков типа «камера», могут использоваться электронным устройством 210 при выполнении процедур обнаружения объекта. Например, электронное устройство 210 может передавать данные изображения, предоставленные одной или несколькими системами датчиков типа «камера», в нейронную сеть для обнаружения объектов (ODNN, Object Detection Neural Network), обученную локализации и классификации потенциальных объектов в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

[075] В другом примере множество систем 280 датчиков может содержать одну или несколько систем датчиков типа «радиолокатор», установленных на транспортном средстве 220 и подключенных к процессору 110. В целом, одна или несколько систем датчиков типа «радиолокатор» может использовать радиоволны для сбора данных о различных частях окружающего пространства 250 транспортного средства 220. Например, одна или несколько систем датчиков типа «радиолокатор» может собирать радиолокационные данные о потенциальных объектах в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220 и такие данные могут указывать на расстояние от системы датчиков типа «радиолокатор» до объектов, ориентацию объектов, относительную или абсолютную скорость объектов и т.п.

[076] Следует отметить, что множество систем 280 датчиков может содержать системы датчиков других видов в дополнение к описанным выше примерам в пределах объема настоящей технологии.

[077] Обзор системы

[078] В соответствии с настоящей технологией и как показано на фиг. 2, транспортное средство 220 оборудовано по меньшей мере одной лазерной системой обнаружения и измерения дальности (лидаром), такой как лидарная система 300 для сбора информации об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220. Несмотря на то, что лидарная система 300 описана здесь только как установленная на транспортном средстве 220, также предполагается, что она может работать автономно или с подключением к другой системе.

[79] Согласно не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, лидарные системы 300 транспортного средства 220 подключены к электронному устройству 210. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения информация, полученная электронным устройством 210 от одной или нескольких лидарных систем 300, может использоваться, по меньшей мере частично, для управления транспортным средством 220. Например, в вариантах осуществления изобретения, где транспортное средство 220 является самоуправляемым транспортным средством 220, трехмерные карты, сформированные на основе информации, полученной лидарными системами 300 (описанными ниже), могут использоваться электронным устройством 210 для управления, по меньшей мере частично, самоуправляемым транспортным средством 220.

[080] В зависимости от варианта осуществления изобретения, транспортное средство 220 может содержать больше или меньше лидарных систем 300, чем показано на чертежах. В зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения, выбор систем 280 датчиков из множества таких систем может зависеть от конкретного варианта осуществления лидарной системы 300. Лидарная система 300 может быть установлена на транспортном средстве 220 изначально или при его модернизации в различных его местах и/или в различных вариантах исполнения.

[081] Например, в зависимости от реализации транспортного средства 220 и лидарной системы 300, лидарная система 300 может быть установлена на внутренней верхней части лобового стекла транспортного средства 220. При этом, как показано на фиг. 2, установка лидарной системы 300 в других местах, включая заднее окно, боковые окна, передний капот, крышу, переднюю решетку, передний бампер или боковую сторону транспортного средства 220, не выходит за границы настоящей технологии. В некоторых случаях лидарная система 300 может быть смонтирована в специальном корпусе, установленном сверху на транспортном средстве 220.

[082] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения, таких как показанный на фиг. 2, одна лидарная система 300 из множества таких систем установлена на крыше транспортного средства 220 и способна вращаться. Например, лидарная система 300, установленная на транспортном средстве 220 и способная вращаться, может содержать по меньшей мере некоторые элементы, способные поворачиваться на 360 градусов вокруг оси вращения лидарной системы 300. Способная вращаться лидарная система 300 может собирать данные о большей части окружающего пространства 250 транспортного средства 220.

[083] В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии, таких как показанный на фиг. 2, лидарная система 300 установлена на боковой стороне или на передней решетке, например, без возможности вращения. Лидарная система 300, установленная на транспортном средстве 220 и выполненная без возможности вращения, может содержать по меньшей мере некоторые элементы, не способные поворачиваться на 360 градусов, но способные собирать данные о заданных частях окружающего пространства 250 транспортного средства 220.

[084] Независимо от конкретного местоположения и/или конкретного варианта исполнения, лидарная система 300 может осуществлять сбор данных об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220, например, для построения многомерной карты объектов в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220. Ниже описано, как лидарная система 300 осуществляет сбор данных об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

[085] Несмотря на то, что в приведенном здесь описании лидарная система 300 реализована как «времяпролетная» лидарная система и поэтому содержит соответствующие элементы, свойственные такой реализации, также возможны другие варианты реализации лидарной системы 300 без отклонения от существа и объема настоящей технологии. Например, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии лидарная система 300 может быть реализована как лидарная система с непрерывным частотно-модулированным сигналом (FMCW, Frequency-Modulated Continuous Wave) согласно одному или нескольким вариантам реализации и на основе их соответствующих элементов, как изложено в патентной заявке «LiDAR detection methods and systems» («Лидарные системы и способы обнаружения») этого же заявителя с номером дела патентного поверенного 102691-023 (номер патентной заявки США еще не известен), содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

[086] На фиг. 3 представлена схема одного конкретного варианта осуществления лидарной системы 300, реализованного в соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[087] В целом, лидарная система 300 содержит множество внутренних элементов, в том числе: (1) первую оптическую ветвь 305, содержащую источник 302 света, светоделительный элемент 304 и датчик 306; (2) вторую оптическую ветвь 355, содержащую источник 352 света, светоделительный элемент 354 и датчик 356; (3) блок 308 сканирования, содержащий дихроичный элемент 399 и сканер 358; и (4) контроллер 310. Предполагается, что в дополнение к внутренним элементам, перечисленным выше, лидарная система 300 может содержать множество датчиков (таких как, например, датчик температуры, датчик влажности и т.д.), не показанные на фиг. 3 для упрощения. Как более подробно описано ниже, источник 302 света и датчик 306 первой оптической ветви 305 настроены на работу в первом диапазоне длин волн, а источник 352 света и датчик 356 второй ветви 355 настроены на работу во втором диапазоне длин волн, отличном от первого диапазона длин волн.

[088] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии один или несколько внутренних элементов лидарной системы 300 могут быть реализованы в общем корпусе 330, как показано на фиг. 3. В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может располагаться вне общего корпуса 330, но быть связанным с находящимися в нем элементами.

[089] В общем случае лидарная система 300 работает следующим образом: источники 302, 352 света оптических ветвей 305, 355 излучают свет в двух разных диапазонах длин волн, который объединяется дихроичным элементом 399 для формирования выходного луча 314. Сканер 358 блока 308 сканирования сканирует выходным лучом 314 окружающее пространство 250 транспортного средства 220 для обнаружения находящихся в нем заранее неизвестных объектов (таких как объект 320) или для получения данных о них, например, с целью формирования многомерной карты окружающего пространства 250, где объекты (включая объект 320) представлены в виде одной или нескольких точек данных. Элементы оптических ветвей 305, 355 и блок 308 сканирования более подробно описаны ниже.

[090] В некоторых не имеющих ограничительного характера примерах объект 320 может включать в себя, полностью или частично, человека, транспортное средство, мотоцикл, грузовик, поезд, велосипед, инвалидную коляску, прогулочную коляску, пешехода, животное, дорожный знак, светофор, разметку полосы движения, разметку дорожного покрытия, парковочное пространство, пилон, ограждение, дорожный барьер, выбоину, железнодорожный переезд, препятствие на дороге или рядом с ней, бордюр, остановившееся транспортное средство на дороге или рядом с ней, столб, дом, строение, мусорный бак, почтовый ящик, дерево, любой другой подходящий объект или любое подходящее сочетание, полностью или частично, двух и более объектов.

[091] Далее предположим, что объект 320 расположен на некотором расстоянии 318 от лидарной системы 300. Когда выходной луч 314 достигает объекта 320, то в общем случае свет выходного луча 314, по меньшей мере частично, может отражаться от объекта 320, при этом некоторые из отраженных световых лучей могут возвращаться к лидарной системе 300 в виде входного луча 316. Термин «отражаться» означает, что по меньшей мере часть света выходного луча 314 отражается от объекта 320. Частично свет выходного луча 314 может поглощаться или рассеиваться объектом 320.

[092] Как более подробно описано ниже, входной луч 316 улавливается лидарной системой 300, разделяется дихроичным элементом 399 на две составляющие по длине волны и направляется в соответствующую ветвь 305 или 355. Каждая составляющая входного луча 316 с соответствующей длиной волны затем принимается соответствующим датчиком 306 или 356. После этого датчики 306, 356 способны формировать один или несколько репрезентативных сигналов данных. Например, датчики 306, 356 могут формировать выходной электрический сигнал (не показан), который представляет входной луч 316. Датчики 306, 356 также могут передавать сформированный таким образом электрический сигнал контроллеру 310 для дальнейшей обработки. Наконец, измеряя время между моментом излучения выходного луча 314 и моментом приема входного луча 316, контроллер 310 вычисляет расстояние 318 до объекта 320.

[093] Подробности и альтернативные варианты, связанные с этими элементами лидарной системы 300 в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии описаны ниже. Затем приведены подробные сведения о работе лидарной системы 300.

[094] Источники света

[095] Источники 302, 352 света связаны с контроллером 310 и каждый из них способен излучать свет с заданной рабочей длиной волны. Для этого в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии каждый источник 302, 352 света может содержать по меньшей мере один лазер, настроенный для работы на рабочей длине волны. Рабочая длина волны каждого источника 302, 352 света может находиться в инфракрасной, видимой и/или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра. Например, каждый источник 302, 352 света может содержать по меньшей мере один лазер с рабочей длиной волны в диапазоне приблизительно 650-1150 нм. В альтернативном варианте каждый источник 302, 352 света может содержать лазерный диод, способный излучать свет с длиной волны в диапазоне приблизительно 800-1000 нм, приблизительно 850-950 нм или приблизительно 1300-1600 нм. В некоторых других вариантах осуществления изобретения каждый источник 302, 352 света может содержать светоизлучающий диод (LED).

[096] Обычно источники 302, 352 света лидарной системы 300 представляют собой безопасные для зрения лазеры или, иными словами, лидарная система 300 может быть классифицирована как безопасная для зрения лазерная система или лазерное изделие. В целом, безопасный для зрения лазер, лазерная система или лазерное изделие может быть системой с некоторыми или всеми из следующих характеристик: длины волны излучения, средней мощности, пиковой мощности, пиковой интенсивности, энергии импульса, размера луча, расходимости луча, времени экспозиции, характеристик сканирования выходного луча, при которых вероятность нарушения зрения человека при воздействии излучаемого этой системой света мала или равна нулю.

[097] Согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, рабочая длина волны одного или обоих источников 302, 352 света может лежать в области электромагнитного спектра, соответствующей излучаемому Солнцем свету. Поэтому в некоторых случаях солнечный свет может действовать как фоновый шум, способный маскировать световой сигнал, обнаруживаемый лидарной системой 300. Этот солнечный фоновый шум может приводить к ложноположительным обнаружениям и/или иным образом искажать измерения лидарной системы 300, как описано ниже.

[098] Согласно не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, источники 302, 352 света содержат импульсные лазеры, способные создавать или излучать импульсы света определенной длительности. Например, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии источники 302, 352 света могут излучать импульсы с длительностью (т.е. шириной импульса) от 10 пс до 100 нс. В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии источники 302, 352 света могут излучать импульсы с частотой повторения приблизительно от 100 кГц до 5 МГц или с периодом повторения импульсов (т.е. с временным интервалом между соседними импульсами) приблизительно от 200 нс до 10 мкс. В общем случае источники 302, 352 света могут формировать выходной луч 314 с любой подходящей средней оптической мощностью, а выходной луч 314 может представлять собой оптические импульсы с любой энергией импульса или пиковой оптической мощностью, подходящей для данного применения.

[099] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии источники 302, 352 света могут содержать один или несколько лазерных диодов, таких как лазерный диод Фабри-Перо, лазер на квантовых ямах, лазер с распределенным брэгговским отражателем (DBR), лазер с распределенной обратной связью (DFB) или поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL), но не ограничиваясь ими. Лишь в качестве примера, лазерный диод в источниках 302, 352 света может представлять собой лазерный диод на арсениде алюминия-галлия (AlGaAs), лазерный диод на арсениде индия-галлия (InGaAs), лазерный диод на арсенид-фосфиде индия-галлия (InGaAsP) или любой другой подходящий лазерный диод. Также предполагается, что источники 302, 352 света могут содержать один или несколько лазерных диодов, модулируемых током для формирования оптических импульсов.

[0100] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения источники 302, 352 света обычно способны излучать коллимированные оптические лучи, но предполагается, что полученные лучи могут иметь любую расходимость, подходящую для данного применения. В целом, расходимость объединенного выходного луча 314 является угловой мерой увеличения поперечного размера луча (например, радиуса или диаметра луча) по мере удаления выходного луча 314 от лидарной системы 300. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии выходной луч 314 может иметь по существу круглое поперечное сечение.

[0101] Также предполагается, что выходной луч 314, излучаемый источниками 302, 352 света, может быть неполяризованным или случайно поляризованным, может не иметь определенной или постоянной поляризации (например, поляризация может изменяться со временем) или может иметь определенную поляризацию (например, выходной луч 314 может иметь линейную, эллиптическую или круговую поляризацию).

[0102] В по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии выходной луч 314 и входной луч 316 по существу коаксиальны, как схематически показано на фиг. 3. Иными словами, выходной луч 314 и входной луч 316 могут по меньшей мере частично перекрываться или иметь общую ось распространения, при этом входной луч 316 и выходной луч 314 проходят по существу по одному и тому же оптическому пути (но в противоположных направлениях). При этом в других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии выходной луч 314 и входной луч 316 могут не быть коаксиальными или, иными словами, могут не перекрываться или не иметь общей оси распространения внутри лидарной системы 300 без отступления от существа и объема настоящей технологии.

[0103] В соответствии с настоящей технологией, источники 302, 352 света работают в двух разных диапазонах длин волн. Следует отметить, что предполагается возможность частичного перекрытия диапазонов длин волн источников 302, 352 света. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения средняя длина волны диапазона длин волн источника 302 света и средняя длина волны диапазона длин волн источника 352 света разделены в спектре электромагнитного излучения заранее заданным интервалом длин волн. Следует отметить, что диапазоны длин волн могут быть настолько широкими или узкими, насколько это необходимо в конкретном варианте осуществления изобретения. Например, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения источники 302, 352 света могут быть монохроматическими источниками со сравнительно узким диапазоном длин волн относительно центральной или рабочей длины волны.

[0104] Датчики

[0105] Согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, датчики 306, 356 подключены к контроллеру 310 и могут быть реализованы множеством способов. В соответствии с настоящей технологией, датчики 306, 356 содержат фотодетекторы, но могут содержать фотоприемники, оптические приемники, оптические датчики, детекторы, оптические детекторы, оптические волокна и т.п., не ограничиваясь ими. Как указано выше, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии датчики 306, 356 могут принимать или обнаруживать по меньшей мере часть входного луча 316 и формировать электрические сигналы, соответствующие этому входному лучу 316. Например, если входной луч 316 представляет собой оптический импульс, один или оба датчика 306, 356 могут формировать импульс электрического тока или напряжения, соответствующий оптическому импульсу, обнаруженному одним или обоими датчиками 306, 356.

[0106] Как описано ниже, датчик 306 оптической ветви 305 способен принимать отраженный свет в диапазоне длин волн источника 302 света, а датчик 356 оптической ветви 355 способен принимать отраженный свет в диапазоне длин волн источника 352 света.

[0107] В по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения по меньшей мере один из датчиков 306, 356 дополнительно способен принимать свет в третьем диапазоне длин волн, соответствующий фоновому излучению в области расположения окружающих объектов. Например, один из датчиков 306, 356 может принимать солнечный свет, так что лидарная система 300 способна определять уровень солнечного света в окружающем пространстве.

[0108] Предполагается, что в различных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии датчики 306, 356 могут быть реализованы с использованием одного или нескольких лавинных фотодиодов (APD, Avalanche PhotoDiode), одного или нескольких однофотонных лавинных диодов (SPAD, Single-Photon Avalanche Diode), одного или нескольких PN-фотодиодов (например, с фотодиодной структурой, образованной полупроводником p-типа и полупроводником n-типа), одного или несколько PIN-фотодиодов (например, с фотодиодной структурой, образованной нелегированной областью полупроводника с собственной проводимостью, расположенной между областями p-типа и n-типа) и т.п.

[0109] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения датчики 306, 356 также могут содержать схемотехнические элементы, выполняющие усиление, дискретизацию, фильтрацию, преобразование формы сигнала, аналого-цифровое преобразование, преобразование времени в цифровой сигнал, обнаружение импульсов, пороговое обнаружение, обнаружение нарастающего фронта, обнаружение спадающего фронта и т.п. Например, датчики 306, 356 могут содержать электронные элементы, способные преобразовывать принятый фототок (например, ток, создаваемый диодом APD при приеме оптического сигнала) в сигнал напряжения. Датчики 306, 356 также могут содержать дополнительные схемы для формирования аналогового или цифрового выходного сигнала, который соответствует одной или нескольким характеристикам (например, переднему фронту, заднему фронту, амплитуде, длительности и т.п.) принятого оптического импульса.

[0110] Светоделительные элементы

[0111] Каждый модуль 305, 355 содержит светоделительный элемент 304, 354, направляющий свет между связанными с конкретной длиной волны элементами (источниками 302, 352 света и датчиками 306, 356), и блоком 308 сканирования.

[0129] В зависимости от реализации системы 300, светоделительные элементы 304, 354 могут быть представлены в различной форме, включая светоделительный элемент на основе стеклянной призмы, светоделительный элемент на основе полупосеребренного зеркала, светоделительный элемент на основе дихроичной зеркальной призмы, волоконнооптический светоделительный элемент и т.п., но не ограничиваясь ими.

[0113] Таким образом, в соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии, открытый список регулируемых параметров, связанных со светоделительными элементами 304, 354, в зависимости от их конкретного применения, может включать в себя, например, рабочий диапазон длин волн, который может варьироваться от конечного числа длин волн до расширенного светового спектра (например, от 1200 до 1600 нм), входной угол падения, наличие или отсутствие поляризации и т.п.

[0114] В конкретном не имеющем ограничительного характера примере светоделительные элементы 304, 354 могут быть реализованы в виде волоконнооптического светоделительного элемента, выпускаемого компанией OZ Optics Ltd., 219 Westbrook Rd Ottawa, Ontario K0A 1L0 Canada (Канада). Должно быть понятно, что светоделительные элементы 304, 354 могут быть реализован в виде любого другого подходящего оборудования.

[0115] Дихроичный элемент

[0116] В соответствии с настоящей технологией, лидарная система 300 содержит дихроичный элемент 399 для объединения света от источников 302, 352 света в выходной луч 314 и для разделения входного луча 316 на диапазоны длин волн для приема соответствующим датчиком 306, 356.

[0117] В целом, дихроичный элемент, реализованный в не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения, представляет собой зеркало с разными характеристиками отражения и пропускания, зависящими от длины волны или диапазона длин волн света, падающего на дихроичный элемент, как правило, для двух разных конкретных длин волн. Дихроичные зеркала также иногда называют лазерными зеркалами, поскольку они часто используются для разделения лазерных световых потоков накачки и излучения в выходном окне. В зависимости от варианта осуществления изобретения, дихроичный элемент может быть реализован как диэлектрическое зеркало, но предполагается, что дихроичный элемент может быть реализован и как кристаллическое зеркало. В зависимости от реализации системы 300, дихроичный элемент 399 может быть предоставлен в различных формах, включая дихроичный фильтр, дихроичное зеркало, дихроичный светоделительный элемент, многополосный светоделительный элемент, брэгговское зеркало и многополосное дихроичное зеркало, но не ограничиваясь ими.

[0118] В соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления изобретения, дихроичный элемент 399 также может быть реализован как коротковолновое зеркало или длинноволновое зеркало, также называемые коротковолновым фильтром и длинноволновым фильтром. В общем случае, коротковолновое зеркало представляет собой оптический элемент с высоким коэффициентом пропускания на коротких длинах волн и высоким коэффициентом отражения на более длинных волнах. Аналогично, длинноволновое зеркало имеет высокий коэффициент пропускания на более длинных волнах и высокий коэффициент отражения на коротких длинах волн. Выбор коротковолнового или длинноволнового зеркала в качестве дихроичного элемента 399 может зависеть, помимо прочего, от конкретного диапазона длин волн источников 302, 352 и относительного расположения источников 302, 352 света, светоделительных элементов 304, 354 и дихроичного элемента 399. Например, если в не имеющем ограничительного характера устройстве, показанном на фиг. 3, средняя длина волны диапазона длин волн источника 302 света равна 900 нм, а средняя длина волны диапазона длин волн источника 352 света равна 500 нм, то в качестве дихроичного элемента 399 следует выбирать длинноволновое зеркало, чтобы свет от источника 302 света проходил через дихроичный элемент 399, а свет от источника 352 света отражался дихроичным элементом 399.

[0119] Блок сканирования

[0120] В общем случае блок 308 сканирования направляет выходной луч 314 по одному или нескольким направлениям в окружающее пространство 250. Блок 308 сканирования соединен с контроллером 310. Таким образом, контроллер 310 может управлять блоком 308 сканирования, чтобы направлять выходной луч 314 в требуемом направлении от источника и/или в соответствии с заданной характеристикой сканирования. В целом, в контексте настоящего описания характеристика сканирования может обозначать схему или путь, по которому блок 308 сканирования направляет выходной луч 314 во время работы.

[0121] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может воздействовать на блок 308 сканирования для сканирования выходным лучом 314 во множестве горизонтальных и/или вертикальных угловых диапазонов. Общий диапазон углов, под которыми блок 308 сканирования направляет выходной луч 314, называется здесь полем обзора (FoV, Field of View). Предполагается, что конкретная структура, ориентация и/или угловые диапазоны могут зависеть от конкретной реализации лидарной системы 300. Обычно поле обзора содержит множество интересующих областей (ROI, Region Of Interest), определяемых как часть поля обзора, которая, в частности, может содержать представляющие интерес объекты. В некоторых вариантах реализации блок 308 сканирования может дополнительно обследовать выбранную интересующую область 325. Интересующей областью 325 лидарной системы 300 может быть площадь, объем, область, угловой диапазон и/или часть (части) окружающего пространства 250, в которой лидарная система 300 может выполнять сканирование и/или осуществлять сбор данных.

[0122] Следует отметить, что местоположение объекта 320 в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220 может перекрываться с областью наблюдения, охватываться областью наблюдения или охватывать, по меньшей мере частично, интересующую область 325 лидарной системы 300.

[0123] Следует отметить, что в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии, блок 308 сканирования может сканировать выходным лучом 314 по горизонтали и/или по вертикали и, соответственно, интересующая область 325 лидарной системы 300 может быть ориентирована в горизонтальном направлении и в вертикальном направлении. Например, интересующая область 325 может быть определена углом 45° в горизонтальном направлении и углом 45° в вертикальном направлении. В некоторых вариантах реализации разные оси сканирования могут иметь разную ориентацию.

[0124] В соответствии с настоящей технологией, для сканирования выходным лучом 314 интересующей области 325 блок 308 сканирования содержит пару зеркал (отдельно не показаны), каждое из которых независимо связано с соответствующим гальванометром (отдельно не показан), обеспечивающим управление им. Соответственно, контроллер 310 обеспечивает с помощью соответствующего гальванометра вращение каждого зеркала из этой пары зеркал вокруг соответствующей связанной с ним одной из взаимно перпендикулярных осей, выполняя сканирование интересующей области 325 в соответствии с заранее заданной характеристикой сканирования.

[0125] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии блок 308 сканирования может дополнительно содержать множество других оптических и/или механических элементов для сканирования выходным лучом 314. Например, блок 308 сканирования может содержать одно или несколько зеркал, призм, линз, микроэлектромеханических элементов, пьезоэлектрических элементов, оптических волокон, светоделителей, дифракционных элементов, коллиматорных элементов и т.п. Следует отметить, что блок 308 сканирования может также содержать один или несколько дополнительных исполнительных элементов (отдельно не показаны), приводящих в движение по меньшей мере некоторые другие оптические элементы, например, для их вращения, наклона, поворота или углового перемещения вокруг одной или нескольких осей.

[0126] В по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения блок 308 сканирования дополнительно содержит выходное окно 335, обращенное наружу от лидарной системы 300. При этом дихроичный элемент 399 и выходное окно 335 расположены последовательно на общей оптической оси, определяя единственный оптический путь для прохождения света, излучаемого источником 302 света, и света, излучаемого источником 352 света, от дихроичного элемента 399 к выходному окну 335. Также предполагается, что в некоторых вариантах осуществления изобретения выходное окно 335 может отсутствовать.

[0127] Таким образом, лидарная система 300 может использовать заранее заданную характеристику сканирования для формирования облака точек, практически перекрывающего интересующую область 325 лидарной системы 300. Как более подробно описано ниже, это облако точек лидарной системы 300 может использоваться для визуализации многомерной карты объектов в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

[0128] Из приведенного ниже описания должно быть ясно, что в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии заранее заданная характеристика сканирования исследуемой области 325 может быть связана с соответствующей частотой сканирования.

[0129] Контроллер

[0130] В зависимости от реализации, контроллер 310 может содержать один или несколько процессоров, специализированную интегральную схему (ASIC, Application-Specific Integrated Circuit), программируемую логическую матрицу (FPGA, Field-Programmable Gate Array) и/или другие подходящие схемотехнические элементы. Контроллер 310 также может содержать долговременную машиночитаемую память для хранения команд, выполняемых контроллером 310, а также данных, которые контроллер 310 может формировать на основе сигналов, полученных от других внутренних элементов лидарной системы 300 и/или выдаваемых другим внутренним элементам лидарной системы 300. Память может содержать энергозависимые элементы (например, ОЗУ) и/или энергонезависимые элементы (например, флэш-память, жесткий диск). Контроллер 310 может формировать данные во время работы и сохранять их в памяти. Например, данные, формируемые контроллером 310, могут быть связаны с точками данных в облаке точек лидарной системы 300.

[0131] Предполагается, что в по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может быть реализован аналогично электронному устройству 210 и/или компьютерной системе 100 без отступления от существа и объема настоящей технологии. В дополнение к сбору данных от датчиков 306, 356, контроллер 310 также может выдавать управляющие сигналы источникам 302, 352 света и блоку 308 сканирования и принимать диагностические данные от них.

[0132] Как указывалось ранее, контроллер 310 подключен к источникам 302, 352 света, блоку 308 сканирования и датчикам 306, 356. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может принимать электрические запускающие импульсы от источников 302, 352 света, где каждый электрический запускающий импульс соответствует излучению оптического импульса источниками 302, 352 света. Контроллер 310 может дополнительно выдавать источникам 302, 352 света команды, управляющий сигнал и/или сигнал запуска, указывающие на то, когда источники 302, 352 света должны выдавать оптические импульсы, например, для формирования выходного луча 314.

[0133] Лишь в качестве примера, контроллер 310 может выдавать электрический сигнал запуска, содержащий электрические импульсы, при этом один или оба источника 302, 352 света излучают оптический импульс, представленный оптическим лучом 314, в ответ на каждый электрический импульс электрического сигнала запуска. Также предполагается, что контроллер 310 может воздействовать на источники света 302 и 352 для регулирования одной или нескольких характеристик выходного луча 314, создаваемого источниками 302, 352 света, таких как частота, период, длительность, энергия импульса, пиковая мощность, средняя мощность и длина волны оптических импульсов, но не ограничиваясь ими.

[0134] Согласно настоящей технологии, контроллер 310 способен определять значение «времени пролета» оптического импульса для определения расстояния между лидарной системой 300 и одним или несколькими объектами в области наблюдения, как описано ниже. Время пролета основано на информации о времени, связанной (1) с первым моментом времени, когда оптический импульс (например, выходной луч 314) был излучен одним или обоими источниками 302, 352 света, и (2) со вторым моментом времени, когда часть оптического импульса (например, входной луч 316) была обнаружена или принята одним или обоими датчиками 306, 356. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии первый момент времени может соответствовать моменту формирования контроллером 310 электрического импульса, связанного с оптическим импульсом, а второй момент времени может соответствовать моменту приема контроллером 310 от одного или обоих датчиков 306, 356 электрического сигнала, сформированного при приеме части оптического импульса из входного луча 316.

[0135] В соответствии с настоящей технологией, контроллер 310 способен определять на основе первого и второго моментов времени значение времени пролета и/или значение фазового сдвига для излучаемого импульса выходного луча 314. Значение времени T пролета, в определенном смысле, является временем прохождения излучаемого импульса в обе стороны - от лидарной системы 300 до объекта 320 и обратно до лидарной системы 300. Таким образом, ориентировочно контроллер 310 способен определять расстояние 318 по следующей формуле:

, (1)

где D - расстояние 318, T - время пролета, c - скорость света (приблизительно 3,0×10⁸ м/с).

[0136] Как было указано ранее, лидарная система 300 может использоваться для определения расстояния 318 до одного или нескольких других потенциальных объектов, расположенных в окружающем пространстве 250. Выполняя сканирование выходным лучом 314 интересующей области 325 лидарной системы 300 в соответствии с заданной характеристикой сканирования, контроллер 310 способен отображать расстояние (подобное расстоянию 318) до соответствующих точек данных в интересующей области 325 лидарной системы 300. В результате контроллер 310 может визуализировать эти поочередно получаемые точки данных (например, облака точек), в виде многомерной карты. В некоторых вариантах реализации данные, связанные с определенным временем пролета и/или с расстоянием до объекта, могут отображаться в разном информационном формате.

[0137] Например, многомерная карта может использоваться электронным устройством 210 для обнаружения или иной идентификации объектов либо для определения формы потенциальных объектов или расстояния до них в интересующей области 325 лидарной системы 300. Предполагается, что лидарная система 300 способна многократно или итеративно получать и/или формировать облака точек с любой скоростью, пригодной для данного применения.

[0138] Лидарная система

[0139] Ниже более подробно описаны некоторые не имеющие ограничительного характера варианты осуществления лидарной системы 300 в соответствии с фиг. 3. Относительное расположение и углы, описанные ниже, соответствуют не имеющему ограничительного характера примеру, проиллюстрированному на чертежах. Предполагается, что относительное расположение элементов может изменяться. Например, размещение источников 302, 352 света и датчиков 306, 356 относительно светоделительных элементов 304, 354 может быть другим в других вариантах осуществления изобретения.

[0140] Следует отметить, что в различных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии лидарная система 300 может содержать различные дополнительные оптические элементы. Например, лидарная система 300 может содержать один или несколько оптических элементов, способных нормировать, корректировать форму, фильтровать, модифицировать, изменять направление выходного луча 314, входного луча 316 и/или света в оптических ветвях 305, 355. В том числе, лидарная система 300 может содержать одну или несколько линз, зеркал, фильтров (например, полосовых или интерференционных фильтров), оптических волокон, циркуляторов, светоделителей, поляризаторов, поляризационных светоделителей, волновых пластин (например, полуволновых или четвертьволновых пластин), дифракционных элементов, микроэлектромеханических (MEM) элементов, коллиматорных элементов или голографических элементов.

[0141] Как схематически показано на фиг. 3, лидарная система 300 имеет множество внутренних путей прохождения луча, по которым распространяется свет от источников 302, 352 света из системы 300 и обратно в систему 300 к датчикам 306, 356. Лидарная система 300 содержит две оптические ветви 305, 355, которые также могут называться волновыми модулями 305, 355. Первая оптическая ветвь 305 содержит источник 302 света (способный излучать свет в первом диапазоне длин волн), датчик 306 (способный принимать свет в первом диапазоне длин волн) и светоделительный элемент 304, направляющий свет между дихроичным элементом 399, источником 302 света и датчиком 306. Вторая оптическая ветвь 355 содержит источник 352 света (способный излучать свет во втором диапазоне длин волн), второй датчик 356 (способный принимать свет во втором диапазоне длин волн) и светоделительный элемент 354, направляющий свет между дихроичным элементом 399, источником 352 света и датчиком 356.

[0142] В лидарной системе 300 свет распространяется по внутренним путям прохождения луча следующим образом. Свет от источника 302 света проходит через светоделительный элемент 304, а затем через дихроичный элемент 399. Свет от второго источника 356 света проходит через светоделительный элемент 354 к дихроичному элементу 399.

[0143] Дихроичный элемент 399 отражает свет от источника 352 света под таким углом, что свет от двух источников 302, 352 света сливается в объединенный выходной луч 314 (в приведенном примере под углом 45 градусов). Затем объединенный выходной луч 314 распространяется к блоку 308 сканирования, а блок 308 сканирования, в свою очередь, направляет выходной луч 314 наружу в окружающее пространство 250 и выполняет сканирование, как описано выше. Поскольку дихроичный элемент 399 объединяет свет от двух источников 302, 352, свет от источников 302, 352 равномерно распределяется по полю обзора, обычно без дополнительной регистрации и дополнительных сканирующих элементов.

[0144] Входной луч 316, создаваемый светом выходного луча 314, отраженным или рассеянным объектами в окружающем пространстве 250, входит в систему 300 через блок 308 сканирования. Входной луч 316 направляется блоком 308 сканирования в систему 300 к дихроичному элементу 399. Свет входного луча 316 в первом диапазоне длин волн пропускается дихроичным элементом 399 и, таким образом, попадает в первую оптическую ветвь 305. Затем светоделительный элемент 304 отражает часть этого света к датчику 306. Свет входного луча 316 во втором диапазоне длин волн отражается дихроичным элементом 399 во вторую оптическую ветвь 355. Затем светоделительный элемент 354 отражает часть этого света к датчику 356. Следует отметить, что светоделительные элементы 304, 354 могут пропускать часть света, падающего на них, в зависимости от конкретного варианта реализации светоделительных элементов 304, 354.

[0145] Контроллер 310 принимает информацию от датчиков 306, 356, указывающую на прием отраженного светового сигнала каждого диапазона длин волн. На основе этой информации контроллер 310 формирует трехмерную точечную карту окружающих объектов, как описано выше. В соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии, контроллер 310 формирует каждую точку трехмерной точечной карты на основе отраженного светового сигнала из обоих диапазонов длин волн без необходимости взаимной синхронизации между ними.

[0146] Согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, средняя или рабочая длина волны одного из источников 302, 352 света может лежать в области электромагнитного спектра, соответствующей излучаемому Солнцем свету. Поэтому в некоторых случаях солнечный свет может действовать как фоновый шум, способный маскировать световой сигнал, обнаруживаемый одним из датчиков 306, 356. Этот солнечный фоновый шум может приводить к ложноположительным обнаружениям и/или иным образом искажать измерения. В таком случае предполагается, что контроллер 310 может принять решение о том, что качество сигнала в диапазоне длин волн, близком к спектру солнечного света, ниже порогового значения. После этого контроллер 310 может сформировать трехмерную карту, основываясь только на данных другого диапазона длин волн. Таким образом, лидарная система 300 способна формировать трехмерную карту хорошего качества даже при ярком солнечном свете, способном ухудшать качество сигнала в других системах.

[0147] Согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, диапазон длин волн одного из источников 302, 352 света может быть предназначен для работы в заданных условиях окружающей среды. Например, средняя или рабочая длина волны одного из источников 302, 352 света может находиться в области электромагнитного спектра, соответствующей длинам волн, поглощаемых или сильно рассеиваемых осадками, а другой источник 302, 352 света может находиться в области электромагнитного спектра, соответствующей длинам волн, которые обычно не поглощаются и не рассеиваются осадками. Таким образом, лидарная система 300 может формировать трехмерную карту высокого качества, даже при осадках, способных ухудшать качество сигнала в других системах.

[0148] Предполагается, что лидарная система 300 может быть настроена так, что по меньшей мере один источник света способен работать в заданных условиях окружающей среды, подобно приведенным выше не имеющим ограничительного характера примерам. Такие условия окружающей среды могут включать в себя интенсивность дневного света, количество осадков (например, дождь, снег, туман и т.д.) и т.п., но не ограничиваются этим.

[0149] Способ управления системой

[0150] Ниже со ссылкой на блок-схему способа 500 управления лидарной системой 300 на фиг. 4 способ 500 более подробно описан в соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[0151] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии способ 500 может быть реализован контроллером 310, подключенным к лидарной системе 300. Как было указано выше, в по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может содержать один или несколько процессоров и может быть реализован подобно электронному устройству 210 и/или компьютерной системе 100 без отступления от существа и объема настоящей технологии. Способ 500 начинается с шага 510.

[0152] Шаг 510: обеспечение излучения света первым источником света в первом диапазоне длин волн.

[0153] На шаге 510 контроллер 310 выдает источнику 302 света команды, управляющий сигнал и/или сигнал запуска, указывающие на то, когда источник 302 света, способный излучать свет в первом диапазоне длин волн, должен излучать импульсы света в направлении блока 308 сканирования. В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер 310 может управлять частотой, с которой эти импульсы излучаются источником 302 света.

[0154] Шаг 520: обеспечение излучения света вторым источником света во втором диапазоне длин волн, отличном от первого диапазона длин волн.

[0155] На шаге 520 контроллер 310 выдает источнику 352 света команды, управляющий сигнал и/или сигнал запуска, указывающие на то, когда источник 352 света, способный излучать свет во втором диапазоне длин волн, должен излучать импульсы света в направлении блока 308 сканирования. В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер 310 может управлять частотой, с которой эти импульсы излучаются источником 352 света.

[0156] В зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения предполагается, что шаг 510 и шаг 520 могут выполняться в любом порядке, в том числе одновременно. При выполнении одного или нескольких шагов, связанных со способом 500, контроллер 310 может обеспечивать излучение источниками 302, 352 света в направлении дихроичного элемента 399 и блока 308 сканирования при определенных условиях. Такие условия могут включать в себя работу транспортного средства 220 в самоуправляемом режиме, управление транспортным средством 220 в движении, независимо от режима управления движением, управление неподвижным транспортным средством 220, управление при запуске транспортного средства 220 или при ручном управлении транспортным средством 220, выполняемом пользователем (не показан) и т.д., но не ограничиваясь этим.

[0157] Шаг 530: обеспечение сканирования блоком сканирования поля обзора оптической системы объединенным светом от источников света.

[0158] На шаге 530 контроллер 310 выдает команды, управляющий сигнал и/или сигнал запуска, чтобы блок 308 сканирования направлял световые импульсы выходного луча 314 наружу из лидарной системы 300. Как описано выше, выходной луч 314 формируется путем объединения света от двух источников 302, 352 света дихроичным элементом 399.

[0159] В зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения, импульсы используются для сканирования части или всего поля обзора лидарной системы 300 с целью формирования трехмерных карт окружающего пространства, попадающего в поле обзора.

[0160] Шаг 540: прием света, отраженного от окружающих объектов в поле обзора оптической системы.

[0161] На шаге 540 один или оба датчика 306, 356 принимают сигнал света, отраженного от окружающих объектов в поле обзора лидарной системы 300. Входной луч 316, попадающий в лидарную систему 300 через блок 308 сканирования, отделяется дихроичным элементом 399 и направляется к одному из датчиков 306, 356 в соответствии с диапазоном длин волн входящего света. Затем контроллер 310 принимает сигнал и/или информацию, соответствующую одному или нескольким отраженным световым сигналам, принятым одним или обоими датчиками 306, 356.

[0162] В по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии прием на шаге 540 может включать в себя прием множества отраженных световых сигналов, отраженных от одной или нескольких интересующих областей в поле обзора.

[0163] На одном или нескольких не имеющих ограничительного характера шагах, связанных со способом 500, прием отраженного сигнала на шаге 540 дополнительно включает в себя прием первой части отраженного сигнала в первом диапазоне длин волн датчиком 306 и прием второй части отраженного сигнал во втором диапазоне длин волн вторым датчиком 356.

[0164] В по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии способ 500 дополнительно включает в себя формирование контроллером 310 трехмерной точечной карты окружающих объектов на основе отраженного сигнала.

[0165] В по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения способ 500 может дополнительно включать в себя выбор на основе одной или нескольких характеристик качества, связанных с отраженным сигналом, первой или второй его части для формирования трехмерной точечной карты. Например, сигнал, соответствующий одному диапазону длин волн, может иметь уровень шума, превышающий некоторый заранее заданный порог, в этом случае контроллер 310 может формировать трехмерную точечную карту только на основе сигнала из другого диапазона длин волн. Это позволяет исключать зашумленный диапазон длин волн и формировать менее зашумленную трехмерную карту по сравнению с картой, полученной с использованием обоих сигналов.

[0166] В по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии способ 500 может дополнительно включать в себя формирование соответствующего оптического импульса первым источником света и вторым источником света. В таком варианте осуществления изобретения контроллер 310 может также обеспечивать формирование оптических импульсов каждым из источников 302, 352 света одновременно.

[0167] В по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии свет от источников 302, 352 света равномерно распределяется по полю обзора лидарной системы 300.

[0168] Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что по меньшей мере некоторые варианты осуществления настоящей технологии направлены на расширение арсенала технических средств для решения конкретной технической проблемы, а именно, улучшения качества пространственной локализации объектов лидарной системой с ограничением влияния качества сигналов.

[0169] Для специалиста в данной области могут быть очевидными возможные изменения и усовершенствования описанных выше вариантов осуществления настоящей технологии. Предшествующее описание приведено лишь в иллюстративных целях, а не для ограничения объема изобретения. Объем охраны настоящей технологии определяется исключительно объемом приложенной формулы изобретения.

[0170] Несмотря на то, что выше описаны варианты реализации изобретения с указанием конкретных шагов, выполняемых в конкретном порядке, должно быть понятно, что некоторые из этих шагов могут быть объединены, разделены или переупорядочены без отступления от существа и объема настоящей технологии. Соответственно, порядок выполнения и группирование этих шагов не являются ограничением настоящей технологии.

Claims (51)

1. Лазерная система обнаружения и измерения дальности, содержащая:

- корпус;

- первый источник света, расположенный в корпусе и способный излучать свет в первом диапазоне длин волн;

- второй источник света, расположенный в корпусе и способный излучать свет во втором диапазоне длин волн, отличном от первого диапазона длин волн;

- дихроичный элемент, способный объединять свет от первого источника света и второго источника света в выходной световой луч для сканирования поля обзора;

- блок сканирования, расположенный в корпусе и способный направлять выходной луч наружу из оптической системы;

- контроллер, подключенный к сканирующему элементу; и

- блок сканирования содержит выходное окно, обращенное наружу от оптической системы, при этом дихроичный элемент и выходное окно расположены последовательно на общей оптической оси, определяя единственный оптический путь для прохождения света, излучаемого первым источником света, и света, излучаемого вторым источником света, от дихроичного элемента к выходному окну,

при этом система содержит первую оптическую ветвь, содержащую первый источник света и первый датчик, и вторую оптическую ветвь, содержащую второй источник света и второй датчик, где датчики подключены к контроллеру, расположены в корпусе и способны принимать свет, отраженный от окружающих объектов в оптическую систему, при этом отраженный свет разделяется дихроичным элементом на две составляющие по длине волны и направляется в соответствующую ветвь.

2. Система по п. 1, в которой первый датчик и/или второй датчик дополнительно способны принимать свет в третьем диапазоне длин волн, отличном от первого диапазона длин волн и второго диапазона длин волн, соответствующий фоновому излучению в зоне расположения окружающих объектов.

3. Система по п. 1, дополнительно содержащая первый светоделительный элемент, расположенный в первой оптической ветви и способный:

- направлять свет, падающий на него от первого источника света, к дихроичному элементу; и

- направлять свет, падающий на него от дихроичного элемента, к первому датчику.

4. Система по п. 1, дополнительно содержащая второй светоделительный элемент, расположенный во второй оптической ветви и способный:

- направлять свет, падающий на него от второго источника света, к дихроичному элементу;

- направлять свет, падающий на него от дихроичного элемента, ко второму датчику.

5. Система по п. 4, в которой каждый из первого светоделительного элемента и второго светоделительного элемента содержит одно из следующего: плоский светоделительный элемент, кубический светоделительный элемент и пленочный светоделительный элемент.

6. Система по п. 1, в которой свет, отраженный от окружающих объектов, содержит по меньшей мере:

- первую часть света, соответствующую свету, излученному первым источником света и впоследствии отраженному от окружающих объектов, и

- вторую часть света, соответствующую свету, излученному вторым источником света и впоследствии отраженному от окружающих объектов.

7. Система по п. 6, в которой дихроичный элемент дополнительно способен направлять первую часть света в первую оптическую ветвь и направлять вторую часть света во вторую оптическую ветвь.

8. Система по п. 6, в которой дихроичный элемент дополнительно способен направлять первую часть света к первому датчику и направлять вторую часть света ко второму датчику.

9. Система по п. 1, в которой дихроичный элемент содержит одно из следующего: дихроичный фильтр, дихроичное зеркало, дихроичный светоделительный элемент, многополосный светоделительный элемент, брэгговское зеркало и многополосное дихроичное зеркало.

10. Система по п. 1, в которой средняя длина волны первого диапазона длин волн и средняя длина волны второго диапазона длин волн разделены в спектре электромагнитного излучения заранее заданным интервалом длин волн.

11. Система по п. 1, в которой первый диапазон длин волн и/или второй диапазон длин волн предназначены для работы в заданных условиях окружающей среды.

12. Система по п. 11, в которой заданные условия окружающей среды связаны с количеством дневного света и/или с количеством осадков.

13. Система по п. 1, в которой первый источник света и второй источник света представляют собой монохромные источники света, соответственно, связанные с первой рабочей длиной волны и со второй рабочей длиной волны, отличной от первой рабочей длины волны.

14. Система по п. 13, в которой блок сканирования определяет поле обзора оптической системы, а свет от первого источника света и свет от второго источника света равномерно распределен по полю обзора.

15. Система по п. 1, в которой контроллер дополнительно подключен к первому источнику света и ко второму источнику света и способен обеспечивать одновременное излучение света первым источником света и вторым источником света в первом диапазоне длин волн и втором диапазоне длин волн, соответственно, формируя выходной луч.

16. Система по п. 15, в которой контроллер дополнительно способен формировать трехмерную точечную карту окружающих объектов на основе отраженного от них света, а каждая точка трехмерной точечной карты формируется в ответ на излучение первого источника света и второго источника света без необходимости взаимной синхронизации между ними.

17. Способ управления лазерной системой обнаружения и измерения дальности, выполняемый контроллером оптической системы и включающий в себя:

- обеспечение контроллером излучения света первым источником света, способным излучать свет в первом диапазоне длин волн;

- обеспечение контроллером излучения света вторым источником света, способным излучать свет во втором диапазоне длин волн, отличном от первого диапазона длин волн;

- воздействие контроллером на блок сканирования для сканирования поля обзора оптической системы светом от первого источника света и второго источника света, при этом свет от первого источника света и второго источника света объединяется в одном оптическом пути дихроичным элементом до сканирования этим светом поля обзора, и единственный оптический путь определен между дихроичным элементом перед входом в блок сканирования и выходным окном сканирующего элемента, обращенным наружу из оптической системы,

- направление отраженного светового сигнала в первую и вторую световые ветви посредством разделения дихроичным элементом на две составляющие по длине волны, где каждая составляющая отраженного светового сигнала с соответствующей длиной волны затем принимается соответствующим первым датчиком и вторым датчиком, при этом прием отраженного сигнала включает в себя прием первым датчиком первой части отраженного сигнала, относящейся к первому диапазону длин волн, и прием вторым датчиком второй части отраженного сигнала, относящейся ко второму диапазону длин волн, где датчики подключены к контроллеру.

18. Способ по п. 17, дополнительно включающий в себя формирование на основе отраженного сигнала трехмерной точечной карты окружающих объектов.

19. Способ по п. 18, дополнительно включающий в себя выбор на основе одного или нескольких показателей качества, связанных с отраженным сигналом, его первой части или его второй части для формирования трехмерной точечной карты.

20. Способ по п. 17, в котором излучение света первым источником света или вторым источником света включает в себя формирование соответствующего оптического импульса, а обеспечение контроллером излучения света первым источником света и вторым источником света дополнительно включает в себя обеспечение одновременного формирования оптических импульсов первым источником света и вторым источником света.

21. Способ по п. 17, в котором свет от первого источника света и свет от второго источника света равномерно распределяется по полю обзора оптической системы.

22. Самоуправляемое транспортное средство, содержащее:

- транспортное средство;

- электронное устройство, подключенное к транспортному средству и способное управлять им; и

- лидарную систему для контроля окружающего пространства транспортного средства, подключенную к электронному устройству и содержащую:

- корпус;

- первый источник света, расположенный в корпусе и способный излучать свет в первом диапазоне длин волн;

- второй источник света, расположенный в корпусе и способный излучать свет во втором диапазоне длин волн, отличном от первого диапазона длин волн;

- дихроичный элемент, способный объединять свет от первого источника света и второго источника света в выходной световой луч для сканирования поля обзора;

- блок сканирования, расположенный в корпусе и способный направлять выходной луч наружу из оптической системы;

- контроллер, подключенный к сканирующему элементу; и

при этом система содержит первую оптическую ветвь, содержащую первый источник света и первый датчик, и вторую оптическую ветвь, содержащую второй источник света и второй датчик, где датчики подключены к контроллеру, расположены в корпусе и способны принимать свет, отраженный от окружающих объектов в оптическую систему, при этом отраженный свет разделяется дихроичным элементом на две составляющие по длине волны и направляется в соответствующую ветвь,

- блок сканирования содержит выходное окно, обращенное наружу от оптической системы, при этом дихроичный элемент и выходное окно расположены последовательно на общей оптической оси, определяя единственный оптический путь для прохождения света, излучаемого первым источником света, и света, излучаемого вторым источником света, от дихроичного элемента к выходному окну.

Images