用于高分辨率深度映射的具有经改进扫描速度的激光雷达系统技术方案

一种激光雷达系统可具有：光源，其经配置以发射光脉冲；及扫描仪，其使所述光源的视野跨越从所述激光雷达系统顺发射方向地定位的多个像素而在正向扫描方向上进行扫描。所述扫描仪可朝向第二像素引导所述光脉冲且使第一检测器的视野进行扫描。所述第一检测器视野可在与所述正向扫描方向相反的方向上从所述光源视野偏移。当发射所述脉冲时，所述第一检测器视野可与第一像素至少部分地重叠，且所述光源视野可与所述第二像素至少部分地重叠。所述第一检测器可经配置以检测所述光脉冲的由至少部分地位于所述第二像素内的目标散射的一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高分辨率深度映射的具有经改进扫描速度的激光雷达系统以引用方式并入任何优先权申请案中举例来说，本申请案主张2015年11月5日提出申请且标题为“用于高分辨率深度映射的具有经改进扫描速度的激光雷达系统(LIDARSYSTEMWITHIMPROVEDSCANNINGSPEEDFORHIGH-RESOLUTIONDEPTHMAPPING)”的美国临时专利申请案第62/251,672号的优先权，所述美国临时专利申请案的全文据此以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及用于形成能视野(fieldofregard)的深度图的扫描激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达是一种可用于测量距远程目标的距离的技术。通常，激光雷达系统包含光源及检测器。光源朝向目标发射光脉冲，所述目标接着使光散射。经散射光中的一些经散射光在检测器处被往回接收。系统基于与经返回光脉冲相关联的一或多个特性而确定距目标的距离。举例来说，系统可基于经返回光脉冲的飞行时间而确定距目标的距离。
技术实现思路
在一些实施例中，一种激光雷达系统包括：光源，其经配置以发射光脉冲；扫描仪，其经配置以：使所述光源的视野跨越从所述激光雷达系统顺发射方向地定位的多个像素而在正向扫描方向上进行扫描，其中所述多个像素包括第一像素及第二像素，其中所述第二像素沿着所述正向扫描方向邻近于所述第一像素而定位；朝向所述第二像素引导所述光脉冲；及使所述激光雷达系统的第一检测器的视野进行扫描，其中：使所述第一检测器视野跨越所述多个像素而在所述正向扫描方向上进行扫描；且所述第一检测器视野在与所述正向扫描方向相反的方向上从所述光源视野偏移，其中，当发射所述脉冲时：所述第一检测器视野与所述第一像素至少部分地重叠；且所述光源视野与所述第二像素至少部分地重叠；及所述第一检测器，其中所述第一检测器经配置以检测所述光脉冲的由至少部分地位于所述第二像素内的目标散射的一部分。在一些实施例中，一种方法包括：由激光雷达系统的光源发射光脉冲；使所述光源的视野跨越从所述激光雷达系统顺发射方向地定位的多个像素而在正向扫描方向上进行扫描，其中所述多个像素包括第一像素及第二像素，其中所述第二像素沿着所述正向扫描方向邻近于所述第一像素而定位；朝向所述第二像素引导所述光脉冲；使所述激光雷达系统的第一检测器的视野进行扫描，其中：使所述第一检测器视野跨越所述多个像素而在所述正向扫描方向上进行扫描；且所述第一检测器视野在与所述正向扫描方向相反的方向上从所述光源视野偏移，其中当发射所述脉冲时：所述第一检测器视野与所述第一像素至少部分地重叠；且所述光源视野与所述第二像素至少部分地重叠；及检测所述光脉冲的由至少部分地位于所述第二像素内的目标散射的一部分。附图说明图1图解说明能够改进高分辨率深度映射的扫描速度的激光雷达系统100。图2图解说明在对应于像素#1中的近测程目标的扫描时间处的顺发射方向像素与第一检测器130a的视野之间的空间关系。图3图解说明在对应于像素#1中的中测程目标的扫描时间处的顺发射方向像素与第一检测器130a的视野之间的空间关系。图4图解说明在对应于像素#1中的最大测程目标的扫描时间处的顺发射方向像素与第一检测器130a的视野之间的空间关系。图5图解说明在对应于像素#1中的2倍最大测程目标的扫描时间处的顺发射方向像素与第一检测器130a的视野之间的空间关系。图6是展示在各种测距周期期间一起检测哪些像素的图式。图7是展示随时间在每一扫描排中检测哪些像素的图式。图8是包含检测器130a到f的检测器阵列128的图式，所述检测器在两个维度上间隔开以用于同时扫描能视野中的多个行。图9图解说明顺发射方向像素与检测器的视野之间的空间关系，其中检测器视野大于像素。图10是包含两个检测器的检测器阵列的图式。图11图解说明基于图10中的检测器阵列的正向及反向扫描。图12是包含三个检测器的检测器阵列的图式。图13图解说明基于图12中的检测器阵列的正向及反向扫描。图14图解说明用于检测由目标散射的光的实例性方法。图15图解说明用于检测来自角度上分离的光脉冲的经散射光的实例性方法。具体实施方式激光雷达系统可用于确定距顺发射方向目标的距离。通过使激光雷达系统跨越能视野进行扫描，所述系统可用于将距离映射到能视野内的若干个点。这些点中的每一者可称为像素。通常期望能视野内的经深度映射点尽可能紧密地间隔以便实现能视野的高分辨率深度图。另外，通常期望形成深度图所需的扫描时间为尽可能短的。举例来说，可期望以足够快以支持深度图视频(例如，30帧/秒)的帧速率重复地完成能视野的深度图。本专利技术描述能够以视频帧速率实现相对高分辨率深度图的激光雷达系统100。图1图解说明能够改进高分辨率深度映射的扫描速度的激光雷达系统100。激光雷达系统100包含光源110。举例来说，光源可为脉冲激光。光源110发射朝向准直透镜112传播的光脉冲。在通过准直透镜112之后，光脉冲朝向四分之一波板116直接透射穿过分束器114。光脉冲接着从扫描仪118反射。举例来说，扫描仪118可为围绕至少一个轴线进行旋转以便跨越能视野而引导光脉冲的扫描镜118。作为实例，扫描仪118可包含电流计扫描仪、共振扫描仪、音圈电机、DC电机、步进电机或微机电系统(MEMS)装置。在一些实施例中，替代分束器114及四分之一波板116，激光雷达系统100可包含镜，所述镜经配置使得由光源110发射的光脉冲通过所述镜。作为实例，镜可包含光脉冲在其行进到扫描镜118时所通过的孔、狭槽或其它孔口。由目标122散射的光可朝向激光雷达系统往回传播，且镜可朝向镜124反射此返回光，镜124接着朝向检测器透镜126引导所述光。还可使用其它物理布局及光学元件组合。在从扫描仪118反射之后，光脉冲入射于全息元件、像素绘图器(pixelator)、衍射元件或类似装置120上。全息元件或像素绘图器120将光脉冲分裂成两个脉冲，所述两个脉冲现在沿着单独的角度上分离的路径140、141行进。两个光脉冲从激光雷达系统100朝向目标122顺发射方向地传播。在图1中，将目标122图解说明为位于激光雷达系统100的最大测程处。在一些实施例中，由全息元件或像素绘图器120赋予的角度分离θ使得处于激光雷达系统的最大测程处的两个光脉冲之间的距离对应于多个像素的宽度。举例来说，全息元件或像素绘图器可经设计使得处于最大测程处的两个光脉冲之间的分离对应于大于或等于三个像素(例如，3个、5个、7个、9个等)的奇数个像素。(下文描述此特定间隔的重要性。)在图1中，在目标122上标记四个像素。将光脉冲中的一者引导到第一像素，而将另一光脉冲引导到第四像素。因此，在此实施例中，光脉冲之间的间隔为三个像素。光脉冲从目标122散射且每一脉冲的一部分沿着往复路径140、141朝向激光雷达系统往回传播。每一返回光脉冲由扫描仪118(其在脉冲被透射时已从其位置稍微旋转)朝向四分之一波板116反射。在通过四分之一波板116之后，返回光脉冲由分束器114朝向镜124反射。(虽然图1图解说明光源110及检测器阵列128经由分束器114而共享孔口，但不具有共享孔口的其它实施例为可能的。)镜124将返回光脉冲朝向检测器透镜126反射，检测器透镜126将返回光脉冲聚焦于位于透镜126本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达系统，其包括：光源，其经配置以发射光脉冲；扫描仪，其经配置以：使所述光源的视野跨越从所述激光雷达系统顺发射方向地定位的多个像素而在正向扫描方向上进行扫描，其中所述多个像素包括第一像素及第二像素，其中所述第二像素沿着所述正向扫描方向邻近于所述第一像素而定位；朝向所述第二像素引导所述光脉冲；及使所述激光雷达系统的第一检测器的视野进行扫描，其中：使所述第一检测器视野跨越所述多个像素而在所述正向扫描方向上进行扫描；且所述第一检测器视野在与所述正向扫描方向相反的方向上从所述光源视野偏移，其中，当发射所述脉冲时：所述第一检测器视野与所述第一像素至少部分地重叠；且所述光源视野与所述第二像素至少部分地重叠；及所述第一检测器，其中所述第一检测器经配置以检测所述光脉冲的由至少部分地位于所述第二像素内的目标散射的一部分。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.05 US 62/251,6721.一种激光雷达系统，其包括：光源，其经配置以发射光脉冲；扫描仪，其经配置以：使所述光源的视野跨越从所述激光雷达系统顺发射方向地定位的多个像素而在正向扫描方向上进行扫描，其中所述多个像素包括第一像素及第二像素，其中所述第二像素沿着所述正向扫描方向邻近于所述第一像素而定位；朝向所述第二像素引导所述光脉冲；及使所述激光雷达系统的第一检测器的视野进行扫描，其中：使所述第一检测器视野跨越所述多个像素而在所述正向扫描方向上进行扫描；且所述第一检测器视野在与所述正向扫描方向相反的方向上从所述光源视野偏移，其中，当发射所述脉冲时：所述第一检测器视野与所述第一像素至少部分地重叠；且所述光源视野与所述第二像素至少部分地重叠；及所述第一检测器，其中所述第一检测器经配置以检测所述光脉冲的由至少部分地位于所述第二像素内的目标散射的一部分。2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其进一步包括处理器，所述处理器经配置以至少部分地基于所述光脉冲的飞行时间而确定从所述激光雷达系统到所述目标的距离。3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中如果从所述激光雷达系统到所述目标的所述距离对应于所述激光雷达系统的最大测程，那么当所述第一检测器检测所述光脉冲的所述部分时，所述第一检测器视野与所述第二像素的全部大体上重叠。4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中如果所述目标为位于所述激光雷达系统的最大测程的20％以内的近测程目标，那么当所述第一检测器检测所述光脉冲的所述部分时，所述第一检测器视野与所述第二像素的小于或等于20％重叠。5.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中如果所述目标为位于所述激光雷达系统的最大测程的20％到80％之间的中测程目标，那么当所述第一检测器检测所述光脉冲的所述部分时，所述第一检测器视野与所述第二像素的20％到80％重叠。6.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中如果所述目标位于所述激光雷达系统的最大测程的大于或等于80％的距离处，那么当所述第一检测器检测所述光脉冲的所述部分时，所述第一检测器视野与所述第二像素的大于或等于80％重叠。7.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中所述第一检测器视野的角度大小大体上等于所述光源视野的角度大小。8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中所述第二像素沿着所述正向扫描方向邻近于所述第一像素而定位对应于所述光源视野在跨越所述第二像素进行扫描之前开始跨越所述第一像素进行扫描。9.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中使所述第一检测器视野扫描一个像素的宽度的时间大约等于针对所述激光雷达系统的最大测程的往返时间。10.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中使所述光源视野扫描一个像素的宽度的时间大约等于针对所述激光雷达系统的最大测程...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·R·坎贝尔，J·M·叶利琴后斯，L·A·马丁，M·D·威德，
申请(专利权)人：路明亮科技有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US