用于聚焦感兴趣的范围的LIDAR系统和方法技术方案

本文讨论的实施例是指聚焦视场内的一个或多个感兴趣的区域的LiDAR系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于聚焦感兴趣的范围的LIDAR系统和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2018年6月15日提交的美国临时申请No.62/685,333的优先权，该美国临时申请公开内容通过引用整体并入本文。
本公开通常涉及激光扫描，并且更具体地涉及使用激光扫描系统以聚焦视场内的一个或多个感兴趣的范围上。
技术介绍
存在使车辆能够被半自主或完全自主地驾驶的系统。此类系统可以使用一个或多个测距、测绘或对象检测系统来提供感官输入，以辅助半自主或完全自主的车辆控制。例如，光检测和测距(LiDAR)系统可以提供半自主或完全自主车辆所需的感官输入。LiDAR系统使用光脉冲来创建外部环境的图像或点云。一些典型的LiDAR系统包括光源、脉冲转向系统和光检测器。光源生成光脉冲，该光脉冲当从LiDAR系统传输时由脉冲转向系统在特定方向上指引。当传输的光脉冲被对象散射时，散射光中的一些作为返回脉冲被返回到LiDAR系统。光检测器检测返回脉冲。使用在光脉冲被传输之后检测到返回脉冲所花费的时间和光速，LiDAR系统可以确定沿着传输的光脉冲的路径到对象的距离。脉冲转向系统可以沿着不同的路径指引光脉冲，以允许LiDAR系统扫描周围环境并产生图像或点云。LiDAR系统还可以使用除了飞行时间和扫描以外的技术来测量周围环境。
技术实现思路
本文所讨论的实施例涉及使用LiDAR系统和方法来聚焦视场内的一个或多个感兴趣的区域。与不感兴趣的区域相比，感兴趣的区域可以占据视场的特定部分，该特定部分要求附加的数据或扫描分辨率。本文讨论的LiDAR系统和方法能够调整每个视场扫描序列内的一个或多个因子，以在每个扫描期间增大来自一个或多个感兴趣的区域的数据收集。通过参考说明书的其余部分和附图，可以实现对本文讨论的实施例的性质和优点的进一步理解。附图说明图1至图3图示使用脉冲信号以测量到外部环境中的点的距离的示例性LiDAR系统。图4描绘示例性LiDAR系统的逻辑框图。图5描绘示例性LiDAR系统的光源。图6描绘示例性LiDAR系统的光检测器。图7描绘使用单个光源和检测器的信号转向系统的实施例。图8描绘使用两个光源和两个检测器的信号转向系统的实施例。图9描绘由图8的实施例生成的扫描图案的一部分。图10描绘根据另一个实施例的扫描图案的一部分。图11描绘根据又一个实施例的扫描图案的一部分。图12示出根据实施例的LiDAR系统的例示性视场。图13示出根据实施例的LiDAR系统的例示性框图。图14示出根据实施例的例示性光纤尖端布置。图15A和图15B示出可以被用于ROI和非ROI实施例的多个镜对准布置。图15C示出可以被用于ROI和非ROI实施例的例示性多个准直器布置。图15D示出根据实施例的例示性准直器和透镜布置。图16示出根据实施例的使用多个光纤尖端、多个镜对准布置或多个准直器布置的例示性扫描分辨率。图17A示出根据实施例的使用多个光纤尖端或多个镜对准布置的垂直分辨率的另一例示性图。图17B示出根据各种实施例的图17A内的稀疏区域的例示性特写视图并且图17C示出根据各种实施例的图17A内的密集区域的例示性特写视图。图18示出根据实施例的具有可变尺寸的激光脉冲的例示性FOV。图19A至图19J示出根据各种实施例的例示性镜。图20描绘与图8中所描绘的系统类似的替代系统。图21描绘与图8中所描绘的系统类似的替代系统。图22示出根据实施例的例示性多边形。图23描绘根据实施例的使用图22的多边形的点图。图24示出根据实施例的LiDAR系统的例示性框图。图25A和图25B示出从对象捕获的数据点的不同的分辨率。图26A示出根据实施例的相对于地面的垂直FOV中的例示性优化的角度分辨率。图26B示出根据实施例的随FOV中的垂直角度而连续变化的角度垂直分辨率的例示性曲线图。图27示出根据实施例的随FOV中的垂直角度而逐步变化的角度垂直分辨率的例示性曲线图。图28至图30示出根据各种实施例的用于处理ROI的不同的例示性处理。具体实施方式现在参考附图在下文中更全面地描述例示性实施例，其中示出了代表性示例。实际上，所公开的LiDAR系统和方法可以以许多不同的形式来体现，并且不应该被解释为限于本文所阐述的实施例。相同的标号在全文中是指相同的元件。在以下详细描述中，出于说明的目的，阐述了许多具体细节以提供各种实施例的透彻理解。本领域技术人员会认识到这些各种实施例仅仅是例示性的，并不旨在以任何方式进行限制。对于受益于本公开的这些技术人员，将容易地想到其它实施例。此外，为了清楚起见，未示出或描述本文描述的实施例的所有常规特征。本领域技术人员会容易理解，在任何这样的实际实施例的开发中，可能需要许多特定于实施例的决定来实现特定的设计目标。这些设计目标会从一个实施例到另一个实施例以及从一个开发者到另一个开发者而不同。此外，将理解的是，这样的开发工作可能是复杂且耗时的，然而对于受益于本公开的本领域技术人员而言这会是常规工程任务。一些光检测和测距(LiDAR)系统使用单个光源来产生扫描周围环境的单个波长的一个或多个光信号。使用转向系统来扫描信号，该转向系统在一个或两个维度上指引脉冲以覆盖视场或周围环境的区域(扫描区域)。当这些系统使用机械部件以指引脉冲时，因为要求更多的移动零件，所以系统复杂性增加。例如，本技术的一些实施例使用产生不同波长和/或沿着不同光路的光信号的一个或多个光源。这些光源以不同角度将信号提供给信号转向系统，使得用于光信号的扫描区域不同(例如，如果两个光源被用于创建两个光信号，那么与每个光源相关联的扫描区域不同)。这允许将信号调谐到适当的传输功率，并具有覆盖不同距离的扫描的重叠扫描区域的可能性。(例如，当使用脉冲光信号时)可以用具有较高功率和/或较低重复率的信号来扫描较长的距离。(例如，当使用脉冲光信号时)可以用具有较低功率和/或高重复率的信号来扫描较短的距离以增大点密度。作为另一个示例，本技术的一些实施例使用具有一个或多个色散(dispersion)元件(例如，光栅、光梳、棱镜等)的信号转向系统，以基于脉冲的波长来指引脉冲信号。色散元件可以对脉冲的光路进行精细调整，这对于机械系统可能是困难的或是不可能的。此外，使用一个或多个色散元件允许信号转向系统使用很少的机械组件来实现期望的扫描能力。这导致较简单、较高效(例如，较低功率)的设计，(由于很少的移动组件)该设计可能较可靠。一些LiDAR系统使用光信号(例如，光脉冲)的飞行时间来确定到光路中的对象的距离。例如，相对于图1，示例性LiDAR系统100包括激光光源(例如，光纤激光器)、转向系统(例如，一个或多个移动镜的系统)以及光检测器(例如，具有一个或多个光学器件的光子检测器)。LiDAR系统100沿着由LiDAR系统100的转向系统确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光检测和测距LiDAR系统，包括：/n光束转向系统，包括：/n多边形结构；以及/n镜，耦合到镜控制器，所述镜控制器控制镜的移动速度和方向；/n激光系统，能够操作以发射光脉冲，所述光脉冲由光束转向系统根据视场FOV转向；以及/n感兴趣的区域ROI控制器，耦合到光束转向系统和激光系统，所述ROI控制器能够操作以：/n当由激光系统发射的光脉冲被转向到FOV内的至少一个ROI时，协调镜的移动速度与光脉冲间隔。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180615 US 62/685,3331.一种光检测和测距LiDAR系统，包括：
光束转向系统，包括：
多边形结构；以及
镜，耦合到镜控制器，所述镜控制器控制镜的移动速度和方向；
激光系统，能够操作以发射光脉冲，所述光脉冲由光束转向系统根据视场FOV转向；以及
感兴趣的区域ROI控制器，耦合到光束转向系统和激光系统，所述ROI控制器能够操作以：
当由激光系统发射的光脉冲被转向到FOV内的至少一个ROI时，协调镜的移动速度与光脉冲间隔。


2.如权利要求1所述的LiDAR系统，其中，ROI控制器能够操作以：
对于朝着所述至少一个ROI转向的光脉冲，控制镜的移动速度，使得与当光脉冲被朝着非ROI转向时的镜的移动速度相比，镜的移动速度较慢。


3.如权利要求1所述的LiDAR系统，其中，ROI控制器能够操作以：
基于FOV内的光束转向角度来调整镜的移动速度。


4.如权利要求1所述的LiDAR系统，其中，ROI控制器能够操作以：
基于光束转向角度来调整光脉冲的重复率。


5.如权利要求1所述的LiDAR系统，其中，ROI控制器能够操作以：
当光束转向系统被指向ROI时：
将移动速度设定为ROI移动速度；并且
将重复率设定为ROI重复率；以及
当光束转向系统被指向非ROI时：
将移动速度设定为非ROI移动速度；并且
将重复率设定为非ROI重复率，其中，ROI移动速度比非ROI移动速度慢，并且其中，ROI重复率比非ROI重复率快。


6.如权利要求5所述的LiDAR系统，其中，光束转向角度是垂直光束转向角度。


7.如权利要求5所述的LiDAR系统，其中，光束转向角度是水平光束转向角度。


8.如权利要求1所述的LiDAR系统，其中，激光系统包括多个光发射路径，每个光发射路径指向光束转向系统，其中，光发射路径被对准，使得在任何两个紧邻的光发射路径之间存在固定角度。


9.如权利要求8所述的LiDAR系统，其中，ROI控制器能够操作以基于固定角度、光束转向系统扫描FOV的帧速率以及所述至少一个ROI来控制镜移动速度。


10.如权利要求9所述的LiDAR系统，其中，ROI控制器能够操作以基于期望的角度分辨率来控制镜移动速度。


11.如权利要求8所述的LiDAR系统，其中，激光系统包括与共用激光源相关联的多个光纤尖端，其中，每个光纤尖端与所述多个光发射路径中的相应的一个光发射路径相关联。


12.如权利要求8所述的LiDAR系统，其中，激光系统包括：
准直器，与激光源相关联；以及
多个局部反射镜，使从准直器发射的光能沿着所述多个光发射路径中的相应的光发射路径重定向。


13.如权利要求1所述的LiDAR系统，其中，激光系统包括多个光发射路径，每个光发射路径指向光束转向系统，其中，每个光发射路径与耦合到其自身的激光源的准直器相关联。


14.如权利要求13所述的LiDAR系统，其中，每个准直器的朝向是能够调整的，以控制相邻的准直器之间的角度。


15.如权利要求1所述的LiDAR系统，还包括：
接收器系统，包括聚焦透镜和至少一个检测器，其中，在聚焦透镜和镜之间存在扫描区域；
其中，镜包括棱镜；并且
其中，激光系统包括定位在扫描区域外并指向棱镜的至少一个光发射路径源。


16.如权利要求15所述的LiDAR系统，一种包括多个检测器的接收器系统，其中，在所述至少一个检测器与镜之间存在扫描区域；
其中，镜包括平面部分，所述平面部分的两侧分别是第一曲面镜部分和第二曲面镜部分；并且
其中，激光系统包括定位在扫描区域外并指向镜的多个光发射路径...

【专利技术属性】
技术研发人员：张锐，李义民，鲍君威，J·费恩斯，
申请(专利权)人：图达通爱尔兰有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US