基于参考表面的激光雷达传感器组件校准制造技术

LIDAR系统包括一个或多个LIDAR传感器组件，其可以安装到载具或其他物体。每个LIDAR传感器组件包括激光光源以发射激光，以及光传感器以响应于感测反射光而产生光信号，该反射光对应于激光光源所发射的激光从参考表面的反射，参考表面相对于LIDAR传感器组件是固定的。LIDAR传感器组件的控制器可以至少部分地基于来自光传感器的信号来校准LIDAR传感器组件，该信号指示检测到对应于从参考表面反射的激光脉冲的反射的反射光。

Calibration of Laser Radar Sensor Module Based on Reference Surface

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于参考表面的激光雷达传感器组件校准相关申请的交叉引用本申请是2017年4月13日提交的美国申请No.15/487,363的PCT国际申请，其要求2016年12月30日提交的题为“基于参考面的激光雷达传感器组件校准”的美国临时申请No.62/440,761的优先权，其全部内容出于所有目的通过引用整体并入本文。
技术介绍
术语“激光雷达(LIDAR)”是指通过发射光并测量光的反射的特性来测量到可见物体的距离的技术。LIDAR系统具有光发射器和光传感器。光发射器可以包括激光器，该激光器将高度聚焦的光朝物体引导，然后物体将光反射回光传感器。光传感器可以包括光电检测器，诸如光电倍增管或雪崩光电二极管(APD)，其将光强度转换成对应的电信号。根据LIDAR系统的特定性质，光学部件，诸如透镜可以用于光传输和接收路径中以聚焦光。LIDAR系统具有信号处理部件，该信号处理部件分析反射光信号以确定距所发射激光被反射的表面的距离。例如，当光信号从激光器行进到表面并返回到光传感器时，系统可以测量光信号的“飞行时间”。然后基于已知的光速计算距离。然而，距离测量的准确度可取决于LIDAR系统的部件(例如，电源、光源、光传感器等)的性能特性。另外，环境条件的变化(例如温度和/或湿度)可能随时间影响距离测量。附图说明参考附图描述详细描述。在附图中，附图标记的最左边的一位或多位数字标识首次出现该附图标记的图。在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的组件或特征。图1是示出示例性LIDAR传感器组件的局部剖视图，该LIDAR传感器组件可使用相对于LIDAR传感器组件固定的参考表面来校准。图2是由示例性LIDAR传感器组件发射的脉冲和对应于从固定参考表面反射的光的接收脉冲的时序图。图3A是示例性LIDAR传感器组件的透视图，该LIDAR传感器组件包括固定支撑结构，该固定支撑结构包括固定参考表面，并且为清楚起见省略了外壳。图3B是图3A的示例性LIDAR传感器组件的简化俯视图，为清楚起见省略了顶部支撑肋。图4A是图3A的示例性LIDAR传感器组件的透视图，示出了包括环形透镜的外壳。图4B是图4A的示例性LIDAR传感器组件的沿图4A的B-B线截取的简化横截面图。图5是具有无阻碍360度检测角度的另一示例性LIDAR传感器组件的简化横截面图。图6是具有安装至载具的多个LIDAR传感器组件示例性载具的俯视图。图7是示例性载具的侧视图，示出了针对LIDAR传感器组件的示例性安装定向。图8是示出使用相对于LIDAR传感器组件固定的参考表面校准LIDAR传感器组件的示例方法的流程图。具体实施方式典型的LIDAR系统发射光脉冲并检测对应于从环境中的物体反射的光脉冲的反射光。然后分析反射光信号以确定从LIDAR系统到所发射激光被反射的表面的距离。例如，当光信号从激光器行进到物体并返回到光传感器时，系统可以测量光信号的“飞行时间”(TOF)。然后基于所测量的飞行时间和已知的光速计算距离。但是，现有的LIDAR系统并未考虑LIDAR系统的部件的性能特征。例如，这些已知技术假设光源在被指示激发时基本上瞬间发射光脉冲。然而，实际上，光脉冲不是瞬间发射的。相反，LIDAR系统的部件中存在一些固有的延迟。此外，光脉冲本质上可以是高斯脉冲，其在回落之前随时间斜升到峰值。因此，光脉冲的实际飞行时间是从发射光脉冲的峰值到返回脉冲的峰值的时间。然而，由于可能不知道对应于发射光脉冲的峰值的时间，所以现有的LIDAR系统使用指示发射光源进行激发的时间作为替代。因此，现有的LIDAR系统没有考虑由LIDAR系统的部件的性能特征和限制固有地引起的距离测量的不准确性。此外，现有的LIDAR系统没有考虑LIDAR系统的类似部件之间的性能特性的差异(例如，LIDAR系统内的多个不同光源之间的特征差异)。现有的LIDAR系统也不考虑性能特征随时间的变化，例如由LIDAR系统运行的环境条件引起的变化。本申请描述了用于基于参考表面校准LIDAR系统的技术，该参考表面固定在距LIDAR传感器组件的已知距离处。通过使用距LIDAR传感器组件已知距离的固定参考表面，LIDAR传感器组件能够精确地测量发射光脉冲的峰值的时间。在一些示例中，这可以通过计算光脉冲到参考表面并返回到LIDAR传感器组件的预期飞行时间来直接完成。根据该预期飞行时间，LIDAR传感器组件可以准确地确定从激发光源的指令到发射光脉冲的峰值的延迟，该延迟可归因于LIDAR传感器组件的部件的性能特征。在其他示例中，由于到参考表面的距离相对较短(通常为几厘米或更小)，光脉冲到参考表面的飞行时间可以忽略不计，并且LIDAR传感器组件可以确定延迟为从激发光源的信号到接收峰值返回信号的时间。无论用于确定延迟的技术是哪种，都可以校准LIDAR传感器组件以考虑延迟，从而提高后续距离测量的准确度。在多信道LIDAR系统的情况下，可以对LIDAR传感器组件的每个信道(例如，光源和光传感器组合)执行这些校准技术。此外，在一些示例中，可以在运行时应用这些技术以考虑性能特征随时间的变化，例如由LIDAR传感器组件运行的环境条件引起的变化。此外，在一些示例中，可以测量从参考表面返回的反射光的强度，并将其与先前的返回进行比较，以检测光源性能的变化(例如，确定光源、电容器的存储容量或其他电源等的退化、烧坏或故障)。在一些示例中，可用于实现本文描述的技术的LIDAR传感器组件包括可可旋转组件，该可可旋转组件包括一个或多个光源、一个或多个光传感器，以及安装在机架中的相关电路，该机架围绕竖直旋转轴线旋转以水平扫描场景。在机架旋转期间，光脉冲以不同的水平方向发射。光发射的水平角度随着机架的旋转而变化。在其他示例中，根据本公开的LIDAR传感器组件可以以不同的方定安装(例如，可以围绕竖直轴线以外的轴线旋转，使得LIDAR传感器组件在除水平之外的路径中扫描)。在一些示例中，LIDAR传感器组件的视图可以被不透明物体(例如，被LIDAR传感器组件的固定部分，LIDAR传感器组件所安装的载具等)限制或部分阻挡。在那种情况下，可以说LIDAR传感器组件具有小于360度的“有限检测角度”。障碍物可包括相对于可可旋转组件的旋转轴线固定的参考表面。因此，参考表面定位在距LIDAR传感器组件的光源和光传感器的已知固定距离处，并且可用于校准LIDAR传感器组件。在其他示例中，LIDAR传感器组件可具有无阻碍360度检测角度。在任一种情况下(有限检测角度或无阻碍检测角度)，LIDAR传感器组件可以附加地或替代地包括实质上透明的表面(例如，围绕可旋转组件的盖子或透镜)。实质上透明的表面可以联接到LIDAR传感器组件的固定部分，并且可以固定在距可旋转组件的旋转轴线的已知距离处。实质上透明的表面可以反射由光源发射的光的一部分，并且因此可以附加地或替代地用作固定参考表面，根据该固定参考表面校准LIDAR传感器组件。在一些示例中，校准可以由LIDAR传感器组件的如下控制器执行。控制器可以使光源朝固定参考表面发射光脉冲。然后，控制器接收来自光传感器的信号，该信号指示检测到对应于光脉冲从固定参考表面反射的反射光。控制器可以至少部分地基于指示检测到对应于光脉冲从固定参考表面反射的反射光的信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LIDAR传感器组件，包括：固定部分，其具有固定参考表面；可旋转组件，其联接到所述固定部分并能够相对于所述固定部分旋转，所述可旋转组件包括：激光光源，以发射激光；以及光传感器，其被配置为响应于感测到对应于由所述激光光源发射的所述激光从所述固定参考表面的反射的反射光而产生光信号；以及控制器，其通信地联接到所述激光光源和所述光传感器，所述控制器能够操作为：将激发信号发送到所述光源以使所述光源发射激光脉冲；从所述光传感器接收信号，所述信号指示检测到对应于所述激光脉冲从所述固定参考表面的反射的反射光；以及至少部分地基于指示检测到对应于所述激光脉冲从所述固定参考表面的所述反射的所述反射光的信号来校准所述LIDAR传感器组件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.30 US 62/440,761;2017.04.13 US 15/487,3631.一种LIDAR传感器组件，包括：固定部分，其具有固定参考表面；可旋转组件，其联接到所述固定部分并能够相对于所述固定部分旋转，所述可旋转组件包括：激光光源，以发射激光；以及光传感器，其被配置为响应于感测到对应于由所述激光光源发射的所述激光从所述固定参考表面的反射的反射光而产生光信号；以及控制器，其通信地联接到所述激光光源和所述光传感器，所述控制器能够操作为：将激发信号发送到所述光源以使所述光源发射激光脉冲；从所述光传感器接收信号，所述信号指示检测到对应于所述激光脉冲从所述固定参考表面的反射的反射光；以及至少部分地基于指示检测到对应于所述激光脉冲从所述固定参考表面的所述反射的所述反射光的信号来校准所述LIDAR传感器组件。2.根据权利要求1所述的LIDAR传感器组件，其中，所述控制器能够操作为通过以下步骤校准所述LIDAR传感器组件：测量从所述激发信号的发送到由所述光传感器检测到所述反射光的飞行时间；将所述飞行时间与用于所述激光脉冲从所述激光光源到所述固定参考表面并返回所述光传感器行进已知距离的预期飞行时间进行比较；以及至少部分地基于比较来调整距离计算。3.根据权利要求1所述的LIDAR传感器组件，其中，所述固定参考表面实质上是不透明的并且限制所述LIDAR传感器组件的检测角度。4.根据权利要求1所述的LIDAR传感器组件，其中，所述固定参考表面包括光漫射器。5.根据权利要求1所述的LIDAR传感器组件，其中，所述固定参考表面实质上是透明的。6.根据权利要求1所述的LIDAR传感器组件，其中，所述可旋转组件包括具有旋转轴线的细长机架，所述可旋转组件能够围绕所述旋转轴线旋转；其中，所述固定部分包括：第一支撑肋，其可旋转地联接到所述细长机架的第一端部；第二支撑肋，其可旋转地联接到所述细长机架组件的第二端部；以及细长脊部，其在所述第一支撑肋和所述第二支撑肋之间延伸并联接至所述第一支撑肋和所述第二支撑肋；以及其中，所述细长脊部用作所述固定参考表面。7.根据权利要求6所述的LIDAR传感器组件，其中，所述细长脊部包括光漫射器，所述光漫射器设置在所述细长脊部的最靠近所述可旋转组件的表面的至少一部分上。8.根据权利要求6所述的LIDAR传感器组件，其中，所述细长脊部基本上平行于所述细长机架的所述旋转轴线。9.根据权利要求6所述的LIDAR传感器组件，其中，所述细长脊部包括用于将所述LIDAR传感器组件安装至载具的安装部。10.根据权利要求1所述的LIDAR传感器组件，其中，所述固定部分包括至少部分地包围所述可旋转组件的壳体，所述壳体包括环形透镜，所述环形透镜至少部分地环绕所述可旋转组件的一部分，所述激光从所述部分发射并且所述反射光通过所述部分接收；以及其中，所述环形透镜用作所述固定参考表面。11.一种校准LI...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·贝格尔，R·安德鲁斯，R·麦克迈克尔，D·尼基廷，B·A·佩施，B·皮尔尼克，
申请(专利权)人：帕诺森斯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US