具有高分辨率扫描图案的激光雷达系统技术方案

在一个实施例中，激光雷达系统包括被配置为发射光脉冲的光源和被配置为沿位于激光雷达系统的能视域内的高分辨率扫描图案扫描发射的光脉冲的扫描器。扫描器包括一个或多个扫描镜，该扫描镜被配置为：(i)沿第一扫描轴扫描发射的光脉冲以产生高分辨率扫描图案的多条扫描线，其中每条扫描线与多个像素相关联，每个像素对应于发射的光脉冲之一，以及(ii)沿第二扫描轴分布高分辨率扫描图案的扫描线。高分辨率扫描图案包括以下中的一个或多个：交错扫描线和交错像素。描线和交错像素。描线和交错像素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有高分辨率扫描图案的激光雷达系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请根据35U.S.C.
§
119(e)要求于2020年5月13日提交的美国临时专利申请No.63/023,981的权益，其通过引用并入本文。


[0003]本公开总体上涉及激光雷达系统。

技术介绍

[0004]光检测和测距(激光雷达)是一种可用于测量到远程目标的距离的技术。通常，激光雷达系统包括光源和光接收器。光源可包括例如发射具有特定工作波长的光的激光器。激光雷达系统的工作波长可位于例如电磁波谱的红外线、可见光或紫外线部分。光源朝向散射光的目标发射光，并且一些散射光在接收器处被接收回。该系统基于与接收的光相关联的一个或多个特性来确定到目标的距离。例如，激光雷达系统可以基于由光源发射的光脉冲行进到目标并返回激光雷达系统的飞行时间来确定到目标的距离。
附图说明
[0005]图1示出示例光检测和测距(激光雷达)系统。
[0006]图2示出由激光雷达系统产生的示例扫描图案。
[0007]图3示出具有示例旋转多面镜的示例激光雷达系统。
[0008]图4示出用于激光雷达系统的示例光源视场(FOV
L
)和接收器视场(FOV
R
)。
[0009]图5示出示例接收器。
[0010]图6示出与接收的光信号相对应的示例电压信号。
[0011]图7示出包括多个像素和多条扫描线的示例单向扫描图案。
[0012]图8示出具有交错扫描线的示例扫描图案。
[0013]图9示出图8的交错扫描图案的倾斜角与时间的示例曲线图。
[0014]图10示出V
‑
扫描的倾斜角与时间的示例曲线图。
[0015]图11示出与图10的曲线图相对应的示例扫描图案，其中扫描线使用V
‑
扫描交错。
[0016]图12示出具有双重交错扫描线的示例扫描图案。
[0017]图13示出扫描图案示例，其中扫描图案偏移应用于一组扫描线(子帧X)。
[0018]图14示出具有四重交错扫描线的示例扫描图案。
[0019]图15示出具有八重交错扫描线的示例扫描图案。
[0020]图16示出具有非交错像素的示例扫描图案。
[0021]图17示出具有交错像素的示例扫描图案。
[0022]图18示出具有顺序交错像素的示例扫描图案。
[0023]图19示出具有非顺序交错像素的示例扫描图案。
[0024]图20和图21各自示出具有局部回溯的扫描图案的倾斜角与时间的示例曲线图。
[0025]图22示出包括两个激光雷达系统的示例载具。
[0026]图23示出沿高分辨率扫描图案扫描光脉冲的示例方法。
[0027]图24示出示例计算机系统。
具体实施方式
[0028]图1示出示例光检测和测距(激光雷达)系统100。在特定实施例中，激光雷达系统100可称为激光测距系统、激光雷达系统、LIDAR系统、激光雷达传感器或激光检测和测距(LADAR或激光雷达)系统。在特定实施例中，激光雷达系统100可包括光源110、反射镜115、扫描器120、接收器140或控制器150。光源110可包括例如激光器，该激光器发射具有在电磁波谱的红外线、可见光或紫外线部分中的特定工作波长的光。作为示例，光源110可包括一个或多个工作波长在约900纳米(nm)和2000nm之间的激光器。光源110发射输出光束125，该输出光束可以是以任何合适的方式脉冲化或调制以用于给定应用的连续波(CW)。输出光束125顺发射方向引导到远程目标130。作为示例，远程目标130可以位于距激光雷达系统100约1m到1km的距离D处。
[0029]一旦输出光束125到达顺发射方向的目标130，目标可以散射或反射来自输出光束125的至少一部分光，并且一些散射或反射的光可以朝向激光雷达系统100返回。在图1的示例中，散射或反射的光的一部分由输入光束135表示，该输入光束穿过扫描器120并由反射镜115反射并被引导到接收器140。在特定实施例中，来自输出光束125的光的相对较小比例或部分可返回至激光雷达系统100作为输入光束135。作为示例，输入光束135的平均功率、峰值功率或脉冲能量与输出光束125的平均功率、峰值功率或脉冲能量之比可以约为10
‑1、10
‑2、10
‑3、10
‑4、10
‑5、10
‑6、10
‑7、10
‑8、10
‑9、10
‑
10
、10
‑
11
或10
‑
12
。作为另一示例，如果输出光束125的脉冲具有1微焦(μJ)的脉冲能量，则输入光束135的相应脉冲的脉冲能量可以具有约10纳焦(nJ)、1nJ、100皮焦(pJ)、10pJ、1pJ、100飞焦(fJ)、10fJ、1fJ、100阿焦(aJ)、10aJ、1aJ或0.1aJ的脉冲能量。
[0030]在特定实施例中，输出光束125可包括或可称为光信号、输出光信号、发射的光信号、发射的光脉冲、激光束、光束、光学束、发射光束、发射光或光束。在特定实施例中，输入光束135可包括或可称为接收的光信号、接收的光脉冲、输入光脉冲、输入光信号、返回光束、接收光束、返回光、接收光、输入光、散射光或反射光。如本文所使用的，散射光可以指被目标130散射或反射的光。作为示例，输入光束135可包括：来自输出光束125的被目标130散射的光；来自输出光束125的被目标130反射的光；或来自目标130的散射光和反射光的组合。
[0031]在特定实施例中，接收器140可接收或检测来自输入光束135的光子并产生一个或多个代表性信号。例如，接收器140可以产生代表输入光束135的输出电信号145，并且电信号145可以被发送到控制器150。在特定实施例中，接收器140或控制器150可包括处理器、计算系统(例如，ASIC或FPGA)或其它合适的电路。控制器150可以被配置为分析来自接收器140的电信号145的一个或多个特性以确定目标130的一个或多个特性，诸如其距激光雷达系统100顺发射方向的距离。这可以例如通过分析发射光束125或接收光束135的飞行时间或频率或相位完成。如果激光雷达系统100测量T的飞行时间(例如，T表示发射的光脉冲从激光雷达系统100行进到目标130并返回激光雷达系统100的往返飞行时间)，则从目标130
到激光雷达系统100的距离D可以表达为D＝c
·
T/2，其中c是光速(约3.0
×
108m/s)。作为示例，如果飞行时间被测量为T＝300ns，则从目标130到激光雷达系统100的距离可被确定为约D＝45.0m。作为另一示例，如果飞行时间被测量为T＝1.33μs，则从目标130到激光雷达系统100的距离可被确定为约D＝199.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种激光雷达系统，包括：光源，其被配置为发射光脉冲；扫描器，其被配置为沿位于所述激光雷达系统的能视域内的高分辨率扫描图案扫描发射的光脉冲，其中，所述扫描器包括一个或多个扫描镜，所述扫描镜被配置为：沿第一扫描轴扫描所述发射的光脉冲，以产生所述高分辨率扫描图案的多条扫描线，其中，每条扫描线与多个像素相关联，每个像素对应于所述发射的光脉冲之一；以及沿第二扫描轴分布所述高分辨率扫描图案的所述扫描线，其中，所述高分辨率扫描图案包括以下中的一个或多个：交错扫描线和交错像素；以及接收器，其被配置为检测接收的光脉冲，所述接收的光脉冲包括由位于距所述激光雷达系统一定距离的目标散射的所述发射的光脉冲之一的一部分。2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述高分辨率扫描图案包括具有双重交错的交错扫描线，其中：所述高分辨率扫描图案的所述扫描线包括一组偶扫描线和一组奇扫描线，其中，在扫描所述奇扫描线之后扫描所述偶扫描线；以及所述偶扫描线与所述奇扫描线交错，其中：每对相邻的偶扫描线由所述奇扫描线之一分隔；以及每对相邻的奇扫描线由所述偶扫描线之一分隔。3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述高分辨率扫描图案包括具有N重交错的交错扫描线，其中：所述高分辨率扫描图案的所述扫描线包括N组扫描线，其中，N为大于或等于2的正整数；从第一组扫描线到第N组扫描线依次扫描所述N组扫描线；以及来自所述第一组扫描线的每对相邻的扫描线具有位于该对扫描线之间的(N
‑
1)条其它扫描线，所述(N
‑
1)条其它扫描线包括来自所述N组扫描线中的每一组扫描线的一条扫描线，所述第一组扫描线除外。4.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其中，所述激光雷达系统进一步包括处理器，所述处理器被配置为产生部分点云，所述部分点云包括与所述N组扫描线中从1到(N
‑
1)组最近扫描的扫描线相关联的像素。5.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其中，所述激光雷达系统进一步包括被配置为以N
×
F/n的帧率产生点云的处理器，其中：每个点云包括与所述N组扫描线中的每一组扫描线相关联的像素；F为全帧率，其中，所述全帧率的倒数1/F对应于扫描所述N组扫描线的时间间隔；以及n为从1至N的整数。6.根据权利要求5所述的激光雷达系统，其中：所述N组扫描线包括(i)n组扫描线，以及(ii)(N
‑
n)组扫描线；先前的点云包括(i)与所述n组扫描线相关联的较旧像素，以及(ii)与所述(N
‑
n)组扫描线相关联的较新像素，所述较新像素在所述较旧像素之后被捕获；以及在所述先前的点云之后产生的后续点云包括(i)与所述n组扫描线相关联的更新像素，以及(ii)与所述(N
‑
n)组扫描线相关联的所述较新像素，所述更新像素在所述较新像素之
后被捕获。7.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述高分辨率扫描图案包括具有N重交错的交错扫描线，其中：所述高分辨率扫描图案的所述扫描线包括N组扫描线，其中，N为大于或等于2的正整数；从第一组扫描线到第N组扫描线依次扫描所述N组扫描线；来自所述第一组扫描线的相邻对的扫描线包括沿所述第二扫描轴以扫描线分离角ΔΦ分隔的第一扫描线和后续扫描线，其中，(N
‑
1)条其它扫描线位于所述第一扫描线和所述后续扫描线之间，所述(N
‑
1)条其它扫描线包括来自所述N组扫描线中的每组扫描线的一条扫描线，所述第一组扫描线除外；以及所述(N
‑
1)条其它扫描线的第k条扫描线沿所述第二扫描轴与所述第一扫描线偏移了角量[((k
‑
1)
×
n/N)mod 1]]
×
ΔΦ，其中，k是从2到N递增的整数，n是从1到(N
‑
1)的固定整数，所述第k个扫描线是第k组扫描线的一部分，并且所述第k组扫描线在第(k
‑
1)组扫描线之后被扫描。8.根据权利要求7所述的激光雷达系统，其中：N等于8，使得所述交错扫描线是8重交错的；n等于5；以及所述(N
‑
1)条其它扫描线包括七条扫描线，所述七条扫描线包括：来自第二组扫描线的第二扫描线，所述第二扫描线在所述第一组扫描线之后被扫描，并沿所述第二扫描轴与所述第一扫描线偏移角量(5/8)
×
ΔΦ；来自第三组扫描线的第三扫描线，所述第三扫描线在所述第二组扫描线之后被扫描，并沿所述第二扫描轴与所述第一扫描线偏移角量(1/4)
×
ΔΦ；来自第四组扫描线的第四扫描线，所述第四扫描线在所述第三组扫描线之后被扫描，并沿所述第二扫描轴与所述第一扫描线偏移角量(7/8)
×
ΔΦ；来自第五组扫描线的第五扫描线，所述第五扫描线在所述第四组扫描线之后被扫描，并沿所述第二扫描轴与所述第一扫描线偏移角量(1/2)
×
ΔΦ；来自第六组扫描线的第六扫描线，所述第六扫描线在所述第五组扫描线之后被扫描，并沿所述第二扫描轴与所述第一扫描线偏移角量(1/8)
×
ΔΦ；来自第七组扫描线的第七扫描线，所述第七扫描线在所述第六组扫描线之后被扫描，并沿所述第二扫描轴与所述第一扫描线偏移角量(3/4)
×
ΔΦ；以及来自第八组扫描线的第八扫描线，所述第八扫描线在所述第七组扫描线之后被扫描，并沿所述第二扫描轴与所述第一扫描线偏移角量(3/8)
×
ΔΦ。9.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述高分辨率扫描图案包括具有N重交错的交错扫描线，其中：所述高分辨率扫描图案的所述扫描线包括N组扫描线，其中，N为大于或等于2的正整数；从第一组扫描线到第N组扫描线依次扫描所述N组扫描线；以及沿所述第二扫描轴分布所述扫描线包括将N个不同的时间偏移之一应用于每组扫描线。
10.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述高分辨率扫描图案包括具有N重交错的交错扫描线，其中：所述高分辨率扫描图案的所述扫描线包括N组扫描线，其中，N为大于或等于2的正整数；从第一组扫描线到第N组扫描线依次扫描所述N组扫描线；以及沿所述第二扫描轴分布所述扫描线包括沿所述第二扫描轴将N个不同的角度偏移之一应用于每组扫描线。11.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述高分辨率扫描图案包括交错扫描线，所述交错扫描线使用V
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【专利技术属性】
技术研发人员：I，
申请(专利权)人：卢米诺有限责任公司，
类型：发明
国别省市：