The laser radar system includes laser source, photoelectric detector, transmitting lens, receiving lens and processor. The laser source is configured to be translated through multiple emission positions in the emission plane and emit multiple laser pulses. The transmitting lens is configured to collimate and guide multiple laser pulses. The receiving lens is configured to collimate and focus each part of a plurality of laser pulses reflected from the object to a plurality of detection positions. The photoelectric detector is configured to be translated through a plurality of corresponding detection positions, and is configured to detect each of the said portions of a plurality of laser pulses. The processor is configured to determine the flight time of each of the multiple laser pulses from launch to detection, and to construct a three-dimensional image of the object based on the determined flight time.
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】三维成像系统相关申请的交叉引用本申请要求2016年9月16日提交的申请号为15/267,558的美国非临时专利申请、2016年10月7日提交的申请号为15/288,206的美国非临时专利申请、以及2016年12月22日提交的申请号为15/389,368的美国非临时专利申请的权益和优先权，它们要求了2016年4月26日提交的申请号为62/327,447的美国临时专利申请的优先权。出于各种目的，上述专利申请的全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
三维传感器对于自主车辆、无人机以及其他应用是重要的。例如，它们可以用于自主车辆中的障碍物检测。远程雷达由于其低成本和高可靠性已成为高端汽车的常见选择。虽然毫米波雷达的角分辨率(例如，在72GHzW波段下操作)可以优于2度，但是这种角分辨率不足以引导高速的自主车辆。例如，通常认为200米的感测范围对于以每小时120公里(即约33米/秒或75英里/小时)行驶的汽车是必要的。可以计算出，对于200m远的对象，需要0.2度或更小的角分辨率以实现0.7m的空间分辨率。该空间分辨率将确保通过至少一个像素来检测正常尺寸的车辆。另一方面，与消费者汽...
【技术保护点】
1.一种用于对象的三维成像的激光雷达系统，所述激光雷达系统包括：激光源，其被配置以在发射平面中被平移通过多个发射位置，所述激光源被配置以发射多个激光脉冲，其中所述多个激光脉冲中的每一个在所述多个发射位置中的相应一个处发射；发射透镜，其被配置以将所述多个激光脉冲准直并导向所述对象，其中所述多个激光脉冲中的每一个的一部分从所述对象反射；接收透镜，其被配置以接收从所述对象反射的所述多个激光脉冲中的每一个的所述部分并将其聚焦到检测平面中的多个对应检测位置，其中所述多个对应检测位置中的每一个与所述多个发射位置中的相应的一个共轭；光电检测器，其被配置以在所述检测平面中被平移通过所述多个...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.26 US 62/327,447;2016.09.16 US 15/267,558;1.一种用于对象的三维成像的激光雷达系统，所述激光雷达系统包括：激光源，其被配置以在发射平面中被平移通过多个发射位置，所述激光源被配置以发射多个激光脉冲，其中所述多个激光脉冲中的每一个在所述多个发射位置中的相应一个处发射；发射透镜，其被配置以将所述多个激光脉冲准直并导向所述对象，其中所述多个激光脉冲中的每一个的一部分从所述对象反射；接收透镜，其被配置以接收从所述对象反射的所述多个激光脉冲中的每一个的所述部分并将其聚焦到检测平面中的多个对应检测位置，其中所述多个对应检测位置中的每一个与所述多个发射位置中的相应的一个共轭；光电检测器，其被配置以在所述检测平面中被平移通过所述多个对应检测位置，并且被配置以接收和检测从所述对象反射的多个激光脉冲中的每一个的所述部分；和处理器，其被耦合到所述激光源和所述光电检测器，所述处理器被配置以：确定所述多个激光脉冲中的每一个从发射到检测的飞行时间；和基于所确定的所述多个激光脉冲中的每一个的飞行时间来构建所述对象的三维图像。2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，还包括平台，其中，所述激光源和所述光电检测器被安装在所述平台上，所述平台被配置成被平移，以将所述激光源平移通过所述多个发射位置，并且将所述光电检测器平移通过所述多个检测位置，并且所述激光源和所述光电检测器之间的距离使得所述激光源和所述光电检测器在所述平台被平移时总是在空间上相互共轭。3.根据权利要求2所述的激光雷达系统，还包括柔性件，所述柔性件被耦合到所述平台并且被配置以平移所述平台。4.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其中，通过使用音圈电机、压电传感器、扭力电机或旋转电机致动所述柔性件来平移所述平台。5.根据权利要求1所述的激光雷达系统，还包括：第一平台，其中所述激光源被安装在所述第一平台上，并且所述第一平台被配置以被平移，以将所述激光源平移通过所述多个发射位置；和第二平台，其中所述光电检测器被安装在所述第二平台上，并且所述第二平台被配置以被平移，以将所述光电检测器平移通过所述多个检测位置；其中所述第一平台的平移与所述第二平台的平移同步地执行，使得当所述第一平台和所述第二平台平移时，所述激光源和所述光电检测器在空间上总是相互共轭。6.根据权利要求5所述的激光雷达系统，还包括：第一柔性件，其被耦合于所述第一平台并且被配置以平移所述第一平台；以及第二柔性件，其被耦合于所述第二平台并且被配置以平移所述第二平台。7.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中选择所述发射透镜的焦距，使得所述激光源在所述发射平面中通过所述多个发射位置的平移导致所述多个激光脉冲在对象尺寸上扫描穿过对象，所述对象尺寸从所述激光雷达系统对向地形成的角度在约5度至约15度的范围内、或约15度至约45度的范围内、或约45度至约90度的范围内。8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中：所述激光源在所述发射平面中通过所述多个发射位置的平移，包括在所述发射平面中以一个维度对所述激光源进行的光栅式扫描；和所述光电检测器在所述检测平面中通过所述多个对应的检测位置的平移，包括在所述检测平面中以一个维度对所述光电检测器进行的光栅式扫描。9.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中：所述激光源在所述发射平面中通过所述多个发射位置的平移，包括在所述发射平面中以两个维度对所述激光源进行的光栅式扫描；和所述光电检测器在所述检测平面中通过所述多个对应检测位置的平移，包括在所述检测平面中以两个维度对所述光电检测器进行的光栅式扫描。10.根据权利要求9所述的激光雷达系统，其中：对所述激光源在第一方向上的光栅式扫描以第一速度执行；对所述激光源在垂直于所述第一方向的第二方向上的光栅式扫描以与所述第一速度不同的第二速度执行；对所述检测器在所述第一方向上的光栅式扫描以所述第一速度执行；和对所述激光源在所述第二方向上的光栅式扫描以所述第二速度执行。11.根据权利要求1所述的激光雷达系统，还包括位置编码器，用于确定所述激光源相对于所述激光源的参考位置的位置，其中所述位置编码器被耦合到所述处理器，并且所述处理器被配置以基于所确定的所述多个激光脉冲中的每一个的所述飞行时间和所述激光源的所述位置，构建所述对象的三维图像。12.一种三维成像方法，所述方法包括：在发射平面中将激光源平移到多个发射位置中的每一个；使用所述激光源发射多个激光脉冲，其中所述多个激光脉冲中的每一个在所述多个发射位置中的相应一个处发射；使用发射透镜准直所述多个激光脉冲并将其导向对象，其中所述多个激光脉冲中的每一个的一部分被从所述对象反射；使用接收透镜接收从所述对象反射的所述多个激光脉冲中的每一个的所述部分，并将其聚焦到检测平面中的多个对应的检测位置，其中每个对应的检测位置与相应的发射位置共轭；在所述检测平面中将光电检测器平移到所述多个对应的检测位置中的每一个；使用光电检测器检测所述多个检测位置中的每一个处的所述多个激光脉冲中的每一个的所述部分；使用处理器确定所述多个激光脉冲中的每一个从发射到检测的飞行时间；和基于所确定的所述多个激光脉冲中的每一个的飞行时间来构建所述对象的三维图像。13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述检测平面中将所述光电检测器平移到所述多个对应的检测位置中的每一个，是与在所述发射平面中将所述激光源平移到所述多个发射位置中的每一个同步地执行的，使得在任何给定时间，所述光电检测器的位置总是与所述激光源的位置共轭。14.根据权利要求13所述的方法，其中所述激光源和所述光电检测器被安装在平台上，并且平移所述激光源和平移所述光电检测器包括平移所述平台。15.根据权利要求13所述的方法，其中所述激光源被安装在第一平台上，并且所述光电检测器被安装在第二平台上，并且其中平移所述激光源包括平移所述第一平台，并且平移所述光电检测器包括平移所述第二平台。16.根据权利要求13所述的方法，其中：在所述发射平面中平移所述激光源通过所述多个发射位置包括在所述发射平面以一个维度光栅式扫描所述激光源；和在所述检测平面中平移所述光电检测器通过所述多个对应的检测位置包括在所述检测平面中以一个维度光栅式扫描所述光电检测器。17.根据权利要求13所述的方法，其中：在所述发射平面中平移所述激光源通过所述多个发射位置包括在所述发射平面以两个维度光栅式扫描所述激光源；和在所述检测平面中平移所述光电检测器通过所述多个对应的检测位置包括在所述检测平面中以两个维度光栅式扫描所述光电检测器。18.一种用于对象的三维成像的激光雷达系统，所述激光雷达系统包括：第一激光源，其被配置以在发射平面中被平移通过第一多个发射位置，所述第一激光源被配置以分别在所述第一多个发射位置处发射第一多个激光脉冲；第二激光源，其被配置以在所述发射平面中被平移通过第二多个发射位置，所述第二激光源被配置以分别在所述第二多个发射位置发射第二多个激光脉冲；发射透镜，其被配置以准直所述第一多个激光脉冲和所述第二多个激光脉冲并将其导向所述对象，其中所述第一多个激光脉冲中的每一个的一部分和所述第二多个激光脉冲中的每一个的一部分被从所述对象反射；接收透镜，其被配置以接收从所述对象反射的所述第一多个激光脉冲中的每一个的所述部分和从所述对象反射的所述第二多个激光脉冲中的每一个的所述部分，并将其聚焦到所述检测平面中的所述第一多个对应的检测位置和所述第二多个对应的检测位置，其中所述第一多个对应的检测位置中的每一个与所述第一多个发射位置中的相应一个共轭，并且所述第二多个对应的检测位置中的每一个与所述第二多个发射位置中的相应一个共轭；第一光电检测器，其被配置以在所述检测平面中被平移通过所述第一多个对应的检测位置，并且可操作以接收和检测从所述对象反射的所述第一多个激光脉冲中的每一个的所述部分；第二光电检测器，其被配置以在所述检测平面中被平移通过所述第二多个对应的检测位置，并且可操作以接收和检测从所述对象反射的所述第二多个激光脉冲中的每一个的所述部分；和处理器，其耦合到所述第一激光源、所述第二激光源、所述第一光电检测器和所述第二光电检测器，所述处理器被配置以：确定所述第一多个激光脉冲中的每一个以及所述第二多个激光脉冲中的每一个的从发射到检测的飞行时间；和基于所确定的所述第一多个激光脉冲中的每一个以及所述第二多个激光脉冲中的每一个的飞行时间来构建所述对象的三维图像。19.根据权利要求18所述的激光雷达系统，还包括平台，其中，所述第一激光源、所述第二激光源、所述第一光电检测器和所述第二光电检测器被安装在所述平台上，所述平台被配置以被平移以将所述第一激光源平移通过所述第一多个发射位置，将所述第二激光源平移通过所述第二多个发射位置，将所述第一光电检测器平移通过所述第一多个检测位置，并且将所述第二光电检测器平移通过所述第二多个检测位置；和所述第一激光源、所述第二激光源、所述第一光电检测器以及所述第二光电检测器位于所述平台上，使得当所述平台被平移时，所述第一激光源和所述第一光电检测器在空间上总是相互共轭，并且当所述平台被平移时，所述第二激光源和所述第二光电检测器在空间上总是相互共轭。20.根据权利要求19所述的激光雷达系统，还包括柔性件，所述柔性件被耦合到所述平台并且被配置以平移所述平台。21.根据权利要求18所述的激光雷达系统，还包括：第一平台，其中所述第一激光源和所述第一光电检测器被安装在所述第一平台上，所述第一平台被配置以被平移，以便将所述第一激光源平移通过所述第一多个发射位置，并将所述第一光电检测器平移通过所述第一多个检测位置，并且所述第一激光源和所述第一光电检测器之间的距离使得，当所述第一平台被平移时，所述第一激光源和所述第一光电检测器在空间上总是相互共轭；和第二平台，其中所述第二激光源和所述第二光电检测器被安装在所述第二平台上，所述第二平台被配置以被平移，以便将所述第二激光源平移通过所述第二多个发射位置，并将所述第二光电检测器平移通过所述第二多个检测位置，并且所述第二激光源和所述第二光电检测器之间的距离使得，当所述第二平台被平移时，所述第二激光源和所述第二光电检测器在空间上总是相互共轭。22.根据权利要求21所述的激光雷达系统，还包括：第一柔性件，其耦合到所述第一平台并且被配置以平移所述第一平台；和第二柔性件，其耦合到所述第二平台并且被配置以平移所述第二平台。23.根据权利要求21所述的激光雷达系统，其中，所述第一柔性件和所述第二柔性件被配置，以分别将所述第一平台和所述第二平台相对于彼此沿相对方向平移。24.一种三维成像的方法，所述方法包括：在发射平面中将第一激光源平移到第一多个发射位置中的每一个；使用所述第一激光源发射第一多个激光脉冲，其中所述第一多个激光脉冲中的每一个在所述第一多个发射位置中的相应一个处发射；在所述发射平面中将第二激光源平移到第二多个发射位置中的每一个；使用所述第二激光源发射第二多个激光脉冲，其中所述第二多个激光脉冲中的每一个在所述第二多个发射位置中的相应一个处发射；使用发射透镜准直和引导(i)所述第一多个激光脉冲以第一多个场角朝向第一场范围中的场景，以及(ii)所述第二多个激光脉冲以第二多个场角朝向第二多个场范围中的场景，其中所述第一多个激光脉冲中的每一个的一部分和所述第二多个激光脉冲中的每一个的一部分从所述场景中的一个或多个对象反射；使用接收透镜接收从所述场景中的所述一个或多个对象反射的所述第一多个激光脉冲中的每一个的所述部分和所述第二多个激光脉冲中的每一个的所述部分，并将其聚焦到所述检测平面中的所述第一多个对应的检测位置和所述第二多个对应的检测位置，其中所述第一多个对应的检测位置中的每一个与所述第一多个发射位置中的相应一个共轭，并且所述第二多个对应的检测位置中的每一个与所述第二多个发射位置中的相应一个共轭；在所述检测平面中将第一光电检测器平移到所述第一多个对应的检测位置中的每一个；使用第一光电检测器，在所述第一多个检测位置中的每一个处检测所述第一多个激光脉冲中的每一个的所述部分；在所述检测平面中将第二光电检测器平移到所述第二多个对应的检测位置中的每一个；使用第二光电检测器，在所述第二多个检测位置中的每一个处检测所述第二多个激光脉冲中的每一个的所述部分；使用处理器确定所述第一多个激光脉冲中的每一个和所述第二多个激光脉冲中的每一个从发射到检测的飞行时间；基于所确定的所述第一多个激光脉冲中的每一个和所述第二多个激光脉冲中的每一个的所述飞行时间，来构建所述一个或多个对象的三维图像。25.根据权利要求24所述的方法，其中：在所述发射平面中平移所述第一激光源通过所述第一多个发射位置包括，在所述发射平面中以一个维度光栅式扫描所述第一激光源；在所述检测平面中平移所述第一光电检测通过所述第一多个对应的检测位置包括，在所述检测平面中以一个维度光栅式扫描所述光电检测器；在所述发射平面中平移所述第二激光源通过所述第二多个发射位置包括，在所述发射平面中以一个维度光栅式扫描所述第二激光源；和在所述检测平面中平移所述第二光电检测器通过所述第二多个对应的检测位置包括，在所述检测平面中以一个维度光栅式扫描所述第二光电检测器。26.根据权利要求25所述的方法，其中：在所述发射平面中以一个维度光栅式扫描所述第一激光源遵循正弦波形；和在所述发射平面中以一个维度光栅式扫描所述第二激光源遵循正弦波形。27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述第一场范围与所述第二场范围部分重叠。28.根据权利要求27所述的方法，其中所述第一场范围和所述第二场范围重叠约10％至约50％。29.一种用于执行场景的三维成像的系统，所述系统包括：第一激光雷达传感器，其具有以第一角度朝向场景取向的第一光轴，所述第一激光雷达传感器包括：第一激光源，其被配置以发射第一多个激光脉冲；第一发射光学元件，其被配置以准直所述第一多个激光脉冲并将所述第一多个激光脉冲以相对于所述第一光轴的对应的第一多个入射角导向所述场景中的一个或多个第一对象，其中所述第一多个激光脉冲中的每一个的一部分被从所述一个或多个第一对象反射；第一接收光学元件，其被配置以接收并聚焦从所述一个或多个第一对象反射的所述第一多个激光脉冲中的每一个的所述部分；和第一光电检测器，其被配置以接收和检测由所述第一接收光学元件聚焦的所述第一多个激光脉冲中的每一个的所述部分；第二激光雷达传感器，其具有以第二角度朝向所述场景取向的第二光轴，所述第二激光雷达传感器包括：第二激光源，其被配置以发射第二多个激光脉冲；第二发射光学元件，其被配置以准直所述第二多个激光脉冲并将所述第二多个激光脉冲以相对于第二光轴的第二多个对应入射角导向所述场景中的所述一个或多个第二对象，其中所述第二多个激光脉冲中的每一个的一部分被从所述一个或多个第二对象反射；第二接收光学元件，其被配置以接收并聚焦从所述一个多个第二对象反射的所述第二多个激光脉冲中的每一个的所述部分；和第二光电检测器，其被配置以接收和检测由所述第二接收光学元件聚焦的所述第二多个激光脉冲中的每一个的所述部分；和处理器，其包括耦合到所述第一激光雷达传感器和所述第二激光雷达传感器的一个或多个处理单元，所述处理器被配置以：确定所述第一多个激光脉冲中的每一个和所述第二多个激光脉冲中的每一个的从发射到检测的飞行时间；和基于所确定的所述第一多个激光脉冲中的每一个和所述第二多个激光脉冲中的每一个的所述飞行时间、所述第一光轴的所述第一角度、所述第一多个入射角、所述第二光轴的所述第二角度和所述第二多个入射角，构建所述场景的三维图像。30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述第一激光雷达传感器的特征在于第一角视场，并且所述第二激光雷达传感器的特征在于第二角视场，所述第二角视场大于所述第一角视场。31.根据权利要求30所述的系统，其中，所述第一发射光学元件具有第一焦距，并且所述第二发射光学元件具有小于所述第一焦距的第二焦距。32.根据权利要求30所述的系统，其中，所述第一激光雷达传感器具有第一感测范围，并且所述第二激光雷达传感器具有比所述第一感测范围更短的第二感测范围。33.根据权利要求30所述的系统，其中所述第二光轴的所述第二角度与所述第一光轴的所述第一角度不同，并且所述第一角视场与所述第二角视场不重叠。34.根据权利要求30所述的系统，其中所述第二光轴的所述第二角度与所述第一光轴的所述第一角度不同，并且所述第一角视场与所述第二角视场部分重叠。35.根据权利要求30所述的系统，其中所述第二角视场涵盖所述第一角视场。36.根据权利要求29所述的系统，其中：所述第一激光源被配置以被平移通过所述第一发射光学元件的焦平面中的第一多个发射位置，其中所述第一多个激光脉冲中的每一个在所述第一多个发射位置中的相应一个处发射，在由所述第一发射光学元件准直之后，产生第一多个入射角中的相应一个；所述第一光电检测器被配置以被平移通过所述第一接收光学元件的焦平面中的第一多个对应的检测位置，其中所述第一光电检测器的平移与所述第一激光源的平移同步地执行，使得在任何给定时间，所述第一光电检测器的位置与所述第一激光源的位置总是共轭；所述第二激光源被配置以被平移通过所述第二发射光学元件的焦平面中的第二多个发射位置，其中所述第二多个激光脉冲中的每一个在所述第二多个发射位置中的相应一个处发射，在由所述第二发射光学元件准直后，产生第二多个入射角中的相应一个；和所述第二光电检测器被配置以被平移通过所述第二接收光学元件的焦平面中的第二多个对应的检测位置，其中所述第二光电检测器的平移与所述第二激光源的平移同步地执行，使得在任何给定时间，所述第二光电检测器的位置与所述第二激光源的位置总是共轭。37.一种三维成像系统，包括：第一三维传感器，其具有以第一角度朝向场景取向的第一光轴，所述第一三维传感器包括：激光源，其被配置以发射多个激光脉冲；发射光学元件，其被配置以准直所述多个激光脉冲并将所述多个激光脉冲相对于所述第一光轴以多个对应的入射角导向所述场景中的一个或多个第一对象，其中所述多个激光脉冲中的每一个的一部分被从所述一个或多个第一对象反射；接收光学元件，其被配置以接收并聚焦从所述一个或多个第一对象反射的所述多个激光脉冲中的每一个的所述部分；光电检测器，其被配置以接收和检测由...
【专利技术属性】
技术研发人员：裴军，马克·麦克德，叶军，崔宇鹏，韩立群，廖冬一，
申请(专利权)人：深瞳科技公司，
类型：发明
国别省市：美国,US
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