用于自动驾驶车辆的、使用时间-数字转换器和多像素光子计数器的LIDAR峰值检测制造技术

LIDAR扫描系统使用时间‑数字转换(TDC)装置和多像素光子计数器(MPPC)的组合来确定离开对象的激光束的反射的峰值位置(时间)和幅度。TDC的可配置触发阈值指示已触发足够数量的MPPC像素，峰值检测模块应开始采样并存储触发的像素的MPPC计数。当从反射的激光束接收的光低于TDC的触发阈值时，MPPC停止对MPPC计数采样。根据MPPC的最高样本计数确定激光束的反射的峰值幅度。将峰值幅度出现的时间确定为TDC触发点的中点。峰值幅度MPPC计数与强度值相关。

【技术实现步骤摘要】
用于自动驾驶车辆的、使用时间-数字转换器和多像素光子计数器的LIDAR峰值检测
本公开的实施方式总体涉及用于自动驾驶车辆(ADV)的LIDAR传感器。
技术介绍
以自动驾驶模式运行(例如，无人驾驶)的车辆可将乘员、尤其是驾驶员从一些驾驶相关的职责中解放出来。当以自动驾驶模式运行时，车辆可使用车载传感器导航到各个位置，从而允许车辆在最少人机交互的情况下或在没有任何乘客的一些情况下行驶。自动驾驶车辆(ADV)中的车载传感器之一是光探测和测距(“LIDAR”)。ADV可使用LIDAR以在驾驶时检测ADV周围的对象。LIDAR还可用于生成和/或更新表示ADV周围的对象的高清晰度地图，所述对象诸如为建筑物、道路、标志、树木以及可能出现在高清晰度地图中的其它对象。为了使车载LIDAR有效地检测ADV周围的对象，必须迅速地执行对对象的扫描，并尽可能多地捕获ADV周围的信息。LIDAR装置的一个功能是确定从LIDAR装置发射的、从由LIDAR装置扫描的对象反射回LIDAR装置的激光束的反射的峰值位置和幅度。在现有技术中，峰值位置(时间)和幅度通常都是使用高速模数转换器(ADC)进行测量。这些ADC非常昂贵，导致了LIDAR装置的高成本。此外，如果对象很远(例如，100米)并且具有不规则表面，则发射的激光束的反射可具有低的强度。相反，如果扫描的对象很近(例如，10米)并且具有坚硬的反射表面，则发射的激光束的反射可具有高的强度。诸如PIN二极管和雪崩光电二极管的现有技术检测器可能具有不足以用于高性能LIDAR装置的动态范围。
技术实现思路
根据本公开的一方面，提供了一种用于自动驾驶车辆的LIDAR装置，包括：激光发射器，用于发射初始激光束；第一传感器，测量所述初始激光束的反射的峰值幅度；第二传感器，测量所述初始激光束的反射的峰值幅度出现的时间；以及处理模块，联接至所述第一传感器和所述第二传感器，以根据所述峰值幅度和从发射所述初始激光束到所述峰值幅度出现的时间的飞行时间生成LIDAR信息，其中，所述LIDAR信息用于响应于由所述LIDAR装置检测到的一个或多个障碍物来导航所述自动驾驶车辆。根据本公开的另一方面，提供了一种自动驾驶车辆，包括：LIDAR装置，其中，所述LIDAR装置包括：激光发射器，用于发射初始激光束；第一传感器，测量所述初始激光束的反射的峰值幅度；第二传感器，测量所述初始激光束的反射的峰值幅度出现的时间；以及处理模块，联接至所述第一传感器和所述第二传感器，以根据所述峰值幅度和从发射所述初始激光束到所述峰值幅度出现的时间的飞行时间生成LIDAR信息；以及感知与规划系统，联接至所述LIDAR装置，并配置成响应于由所述LIDAR装置检测到的一个或多个障碍物利用所述LIDAR信息来导航所述自动驾驶车辆。根据本公开的又一方面，提供了一种在LIDAR装置上实践的计算机实施的方法，其中，所述LIDAR装置包括激光发射器、第一传感器、第二传感器和处理模块，所述方法包括：通过所述激光发射器发射初始激光束；通过所述第一传感器测量所述初始激光束的反射的峰值幅度；通过具有可配置的触发阈值的所述第二传感器测量所述初始激光束的反射的峰值幅度出现的时间；以及根据所述峰值幅度和从发射所述初始激光束到所述峰值幅度出现的时间的飞行时间生成LIDAR信息，其中，所述LIDAR信息用于响应于由所述LIDAR装置检测到的一个或多个障碍物来导航自动驾驶车辆。附图说明本公开的实施方式在附图的各图中以举例而非限制的方式示出，附图中的相同参考标记指示相似元件。图1是示出根据一个实施方式的网络化系统的框图。图2是示出根据一个实施方式的自动驾驶车辆(ADV)的示例的框图。图3是示出根据一个实施方式的与ADV一起使用的感知与规划系统的示例的框图。图4A和图4B是示出根据一个实施方式的LIDAR传感器系统的框图，该LIDAR传感器系统包括使用多像素光子计数器和时间-数字转换装置的峰值检测，以用于ADV中的LIDAR系统。图5示出根据一个实施方式的从由ADV的LIDAR系统扫描的对象反射的初始激光束的示例性反射脉冲。图6示出根据一些实施方式的确定从由ADV的LIDAR系统扫描的对象反射的初始激光束的反射的峰值幅度以及峰值幅度出现的时间的方法。具体实施方式将参考以下所讨论的细节来描述本公开的各种实施方式和方面，附图将示出所述各种实施方式。下列描述和附图是本公开的说明，而不应当解释为对本公开进行限制。描述了许多特定细节以提供对本公开的各种实施方式的全面理解。然而，在某些情况下，并未描述众所周知的或常规的细节，以提供对本公开的实施方式的简洁讨论。本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的提及意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可包括在本公开的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在本说明书中各个地方的出现不必全部指同一实施方式。本文中描述的实施方式结合使用低成本的时间-数字转换(TDC)装置和多像素光子计数器(MPPC)来克服现有PIN二极管和雪崩光电二极管的低动态范围以及高速模数转换器(ADC)的高成本问题，以测量从LIDAR装置发射的激光束从目标对象的反射的强度。在第一实施方式中，用于自动驾驶车辆(ADV)的LIDAR装置包括激光发射器、第一传感器和第二传感器，其中，第一传感器测量初始激光束的反射的峰值幅度，第二传感器测量初始激光束的反射的峰值幅度出现的时间。联接至第一传感器和第二传感器的处理模块根据峰值幅度和从发射初始激光束到出现峰值幅度的时间的飞行时间生成LIDAR信息。LIDAR信息可用于响应于由LIDAR装置检测到的一个或多个障碍物来导航ADV。可使用第二反射光束来测量峰值幅度出现的时间。在实施方式中，第一传感器和第二传感器可合并成单个传感器。在实施方式中，第二传感器可包括时间-数字转换器(TDC)。TDC的触发阈值可配置成在对应于LIDAR装置的最大感测距离范围的水平处触发。峰值幅度出现的时间可使用TDC接收到反射的初始激光束的前沿触发的时间与TDC检测到反射的初始激光束的后沿触发的时间之间的中点进行确定。在实施方式中，当反射的初始激光束的幅度上升到TDC的触发阈值以上时，发生TDC的前沿触发，以及当反射的初始激光束的幅度下降到TDC的触发阈值以下时，可发生后沿触发。在实施方式中，第一传感器可包括多像素光子计数器(MPPC)。峰值的幅度可至少部分地通过对由MPPC测量的触发像素的计数来确定。在实施方式中，MPPC可包括单光子雪崩二极管(SPAD)阵列。在实施方式中，MPPC可包括单雪崩光电二极管阵列。在实施方式中，MPPC可包括CCD摄像机。LIDAR装置还可包括将峰值幅度与反射的初始激光束的强度相关联的逻辑。在第二实施方式中，自动驾驶车辆(ADV)可包括上述LIDAR装置以及感知与规划系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于自动驾驶车辆的LIDAR装置，包括：/n激光发射器，用于发射初始激光束；/n第一传感器，测量所述初始激光束的反射的峰值幅度；/n第二传感器，测量所述初始激光束的反射的峰值幅度出现的时间；以及/n处理模块，联接至所述第一传感器和所述第二传感器，以根据所述峰值幅度和从发射所述初始激光束到所述峰值幅度出现的时间的飞行时间生成LIDAR信息，其中，所述LIDAR信息用于响应于由所述LIDAR装置检测到的一个或多个障碍物来导航所述自动驾驶车辆。/n

【技术特征摘要】
20181107 US 16/183,4831.一种用于自动驾驶车辆的LIDAR装置，包括：
激光发射器，用于发射初始激光束；
第一传感器，测量所述初始激光束的反射的峰值幅度；
第二传感器，测量所述初始激光束的反射的峰值幅度出现的时间；以及
处理模块，联接至所述第一传感器和所述第二传感器，以根据所述峰值幅度和从发射所述初始激光束到所述峰值幅度出现的时间的飞行时间生成LIDAR信息，其中，所述LIDAR信息用于响应于由所述LIDAR装置检测到的一个或多个障碍物来导航所述自动驾驶车辆。


2.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述第一传感器和所述第二传感器合并成单个传感器。


3.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述第二传感器包括时间-数字转换装置。


4.根据权利要求3所述的LIDAR装置，其中，所述时间-数字转换装置的触发阈值配置成在对应于所述LIDAR装置的最大感测范围的水平处触发。


5.根据权利要求3所述的LIDAR装置，其中，所述峰值幅度出现的时间使用所述时间-数字转换装置接收到所反射的初始激光束的前沿触发的时间和所述时间-数字转换装置检测到所反射的初始激光束的后沿触发的时间来确定，其中，当所反射的初始激光束的幅度上升到所述时间-数字转换装置的触发阈值以上时，发生所述时间-数字转换装置的所述前沿触发，以及当所反射的初始激光束的幅度降低到所述时间-数字转换装置的所述触发阈值以下时，发生所述后沿触发。


6.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述第一传感器包括多像素光子计数器，其中，所述峰值幅度至少部分地由从所述多像素光子计数器输出的、表示所述多像素光子计数器的触发的像素的计数的信号确定。


7.根据权利要求5所述的LIDAR装置，其中，所述多像素光子计数器包括单光子雪崩二极管阵列。


8.根据权利要求5所述的LIDAR装置，其中，所述多像素光子计数器包括雪崩光电二极管阵列。


9.根据权利要求5所述的LIDAR装置，其中，所述多像素光子计数器包括CCD摄像机。


10.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，所述处理模块将所述峰值幅度与所反射的初始激光束的强度相关联。


11.一种自动驾驶车辆，包括：
LIDAR装置，其中，所述LIDAR装置包括：
激光发射器，用于发射初始激光束；
第一传感器，测量所述初始激光束的反射的峰值幅度；
第二传感器，测量所述初始激光束的反射的峰值幅度出现的时间；以及
处理模块，联接至所述第一传感器和所述第二传感器，以根据所述峰值幅度和从发射所述初始激光束到所述峰值幅度出现的时间的飞行时间生成LI...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩阳，申耀明，周翔飞，
申请(专利权)人：百度美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US