LiDAR系统的动态激光功率控制技术方案

本发明专利技术的实施例提供了一种光学传感系统、一种在光学传感系统中控制发射功率电平的方法，以及一种在光学传感系统中控制发射功率电平的控制装置。示例性光学传感系统包括发射器，被配置为从多个垂直检测角度发射光束以扫描物体。光学传感系统还包括控制器，被配置为动态改变在各个垂直检测角度发射的光束的发射功率电平。光学传感系统还包括接收器，被配置为检测由物体返回的光束。置为检测由物体返回的光束。置为检测由物体返回的光束。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】LiDAR系统的动态激光功率控制
交叉引用
[0001]本申请要求于2020年7月3日提交的申请号为16/920,650的美国专利申请的优先权，其全部内容通过引用的方式明确并入本文。


[0002]本公开涉及用于光检测和测距(LiDAR)系统的激光功率控制，更具体地，涉及动态激光功率控制，以补偿在LiDAR系统的不同垂直检测角度下的检测距离的变化。

技术介绍

[0003]光学传感系统，如LiDAR系统已被广泛应用于先进的导航技术中，例如辅助自动驾驶或生成高清晰度地图。例如，一个典型的LiDAR系统通过用脉冲激光光束照射目标，并用诸如检测器或检测器阵列的传感器测量反射脉冲来测量到目标的距离。激光返回时间、波长和/或相位的差异可以用来构建目标的数字三维(3D)表示。由于使用狭窄的激光束作为入射光，可以绘制分辨率非常高的物理特征，因此LiDAR系统特别适合于自动驾驶和高清晰度地图勘测的传感等应用。
[0004]LiDAR系统发射的脉冲激光束通常指向多个方向，以覆盖视野(FOV)。例如，LiDAR系统的垂直检测角度(当扫描激光束指向下方时称为俯视角度)会随着垂直空间中物体的扫描而变化。所需的检测距离会随着垂直检测角度而变化。例如，当俯视角度很小时，即LiDAR发射的扫描激光束几乎是水平的，与物体的距离较长。另一方面，随着俯视角度的增加，朝向地面的距离变短。
[0005]传统的LiDAR系统使用恒定的激光发射功率用于不同的垂直检测角度。这导致了几个问题。首先，在较短距离(例如，靠近地面)处被物体反射的激光束可能携带较高的功率，并在接收器端造成饱和，从而损害扫描精度。高功率导致的工作温度升高会降低系统的热性能。此外，高功率激光束可能会对LiDAR扫描区域附近的行人造成眼部安全隐患。在不同的垂直角度使用恒定的功率也会损害整体系统功耗的效率。
[0006]本专利技术的实施例通过实施动态激光功率控制来补偿传感系统在不同垂直检测角度下的检测距离的变化，从而改善光学传感系统(例如，LiDAR系统)的性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术的实施例提供一种光学传感系统。示例性光学传感系统包括发射器，被配置为从多个垂直检测角度发射光束以扫描物体。光学传感系统进一步包括控制器，被配置为动态改变在各个垂直检测角度发射的光束的发射功率电平。光学传感系统还包括接收器，被配置为检测由物体返回的光束。
[0008]本专利技术的实施例还提供一种用于控制光学传感系统中的发射功率电平的方法。方法包括通过发射器从多个垂直检测角度发射光束来扫描物体。该方法还包括通过控制器动态改变在各个垂直检测角度发射的光束的发射功率电平。该方法还包括通过接收器检测由
物体返回的光束。
[0009]本专利技术的实施例还提供一种用于控制光学传感系统中的发射功率电平的控制装置。控制装置包括驱动电路，驱动电路被配置为驱动发射体以动态变化的发射功率电平发射光束。光束以多个垂直检测角度发射。控制装置进一步包括控制器，控制器被配置为控制驱动电路以动态改变在各个垂直检测角度发射的光束的发射功率电平。
[0010]应了解，如所要求，上述一般说明及以下详细说明均仅为示例性及解释性说明，而非对本专利技术的限制性说明。
附图说明
[0011]图1示出了根据本公开的一些实施例的配备有LiDAR系统的示例性车辆的示意图；
[0012]图2示出了根据本公开的一些实施例的示例性LiDAR系统的框图；
[0013]图3示出了根据本公开的一些实施例的用于调整LiDAR系统的激光功率的示例性控制器的示意图；
[0014]图4示出了根据本公开的一些实施例的在LiDAR扫描期间使用的垂直检测角度和相应的检测距离；
[0015]图5示出了根据本公开的一些实施例的用于调整LiDAR系统的激光功率的示例性发射体驱动电路；
[0016]图6示出了根据本公开的一些实施例的用于调整LiDAR系统的激光功率的示例性方法的流程图。
具体实施方式
[0017]现在将详细参考示例性实施例，其示例在附图中加以说明。在可能的情况下，将在整个图纸中使用相同的参考编号来表示相同或类似的部件。
[0018]本公开的实施例提供用于动态控制光学传感系统(例如，LiDAR系统)中的发射功率电平的系统和方法。例如，光学传感系统可包括发射器，被配置为以多个垂直检测角度发射光束(例如，激光束)以扫描物体。垂直检测角度越小，检测距离越长；垂直检测角度越大，检测距离越短。在一些实施例中，光学传感系统包括控制器，被配置为动态改变在各个垂直检测角度发射的光束的发射功率电平。例如，发射功率电平可基于不同垂直检测角度的检测距离进行调整，因为较短的检测距离保证使用较少的激光功率。在一些实施例中，发射功率电平可与检测距离的平方成正比。在一些实施例中，发射功率电平还可以与物体的反射率和地面的反射率的比值成正比。作为另一实例，控制器可基于光学传感系统位于地面上方的高度和光学传感系统的阈值检测距离来确定阈值角度。然后，当垂直检测角大于阈值角度时，控制器降低发射功率电平。
[0019]在一些实施例中，发射器可进一步包括配置为发射光束的发射体和配置为驱动发射体以动态变化的发射功率电平发射光束的驱动电路(例如，FET控制驱动电路或电容放电驱动电路)。例如，控制器被配置为向所述驱动电路提供电压指令信号，并且驱动电路被配置为响应电压指令信号向发射体提供变化的驱动电流。在一些实施例中，控制器被配置成改变电压指令信号的幅度或脉冲宽度，从而使变化的驱动器电流与期望的发射功率电平成正比。发射的光束从被扫描的物体反射返回，并由光学传感系统的接收器接收。
[0020]通过动态和自适应地改变发射功率电平，本专利技术的实施例提高了光学传感系统的性能。例如，系统功耗可以更有效地分布在不同的垂直视角上。这不仅节省了系统的总功率，而且还提高了靠近地面区域的眼睛的安全性。另一方面，降低输出功率也有利于系统的热效率和激光效率。改进后的光学传感系统具有广泛的应用前景。例如，改进后的光学传感系统可以用于先进的导航技术，例如辅助自动驾驶或生成高清地图等，其中，光学传感系统可以安装在车辆上。
[0021]例如，图1示出了根据本公开的一些实施例配备有光学传感系统(例如，LiDAR系统)102(以下也称为LiDAR系统102)的示例性车辆100的示意图。与一些实施例一致，车辆100可以包括配置为获取用于构建高清地图或3
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D建筑和城市建模的数据的勘测车辆。车辆100也可能是自动驾驶车辆。
[0022]如图1所示，车辆100可以配备有通过安装结构108安装在车身104上的LiDAR系统102。安装结构108可以是安装在车辆100的车身104上或以其他方式连接的机电装置。在一些实施例中，安装结构108可以使用螺钉、粘合剂或其他安装机构。车辆100可以使用任何合适的安装机构在车身104内部或外部另外配备传感器110。传感器110可以包括用于导航单元的传感器，例如，全球定位系统本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学传感系统，包括：发射器，被配置为从多个垂直检测角度发射光束以扫描物体；控制器，被配置为动态改变在各个所述垂直检测角度发射的所述光束的发射功率电平；以及接收器，被配置为检测由所述物体返回的光束。2.根据权利要求1所述的光学传感系统，其特征在于，所述光学传感系统包括光检测和测距(LiDAR)系统。3.根据权利要求1所述的光学传感系统，其特征在于，所述发射器进一步包括被配置为发射光束的发射体和被配置为驱动所述发射体以动态变化的发射功率电平发射光束的驱动电路。4.根据权利要求3所述的光学传感系统，其特征在于，所述控制器被配置为向所述驱动电路提供至少一个控制信号，所述驱动电路被配置为响应所述至少一个控制信号向所述发射体提供变化的驱动电流，其中，所述变化的驱动器电流与所述动态变化的发射功率电平成正比。5.根据权利要求4所述的光学传感系统，其特征在于，所述至少一个控制信号用于改变所述驱动电流的幅度或脉冲宽度中的至少一个。6.根据权利要求3所述的光学传感系统，其特征在于，所述驱动电路包括FET控制驱动电路或电容放电驱动电路。7.根据权利要求1所述的光学传感系统，其特征在于，为了动态改变所述光束的发射功率电平，所述控制器进一步被配置为：当所述垂直检测角度大于阈值角度时，降低所述发射功率电平。8.根据权利要求7所述的光学传感系统，其特征在于，所述阈值角度基于所述光学传感系统相对于地面的高度和所述光学传感系统的阈值检测距离确定。9.根据权利要求1所述的光学传感系统，其特征在于，为了动态改变所述发射功率电平，所述控制器进一步被配置为：确定各个所述垂直检测角度对应的光束的检测距离；以及基于各个所述检测距离确定所述发射功率电平。10.根据权利要求9所述的光学传感系统，其特征在于，所述检测距离基于所述光学传感系统相对于地面的高度和所述垂直检测角度确定。11.根据权利要求9所述的光学传感系统，其特征在于，所述发射功率电平与所述检测距离的平方成正比。12.根据权利要求1所述的光学传感系统，其特征在于，所述控制器进一步被配置为基于所述接收器接收的光束确定所述物体的第一反射率，其中，所述发射功率电平与所述第一反射率...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶又菁，吕越，
申请(专利权)人：北京航迹科技有限公司，
类型：发明
国别省市：