【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本公开涉及扫描lidar和组合固态扫描和机械扫描的方法。
技术介绍
1、lidar是一种使用由视场(fov)内的对象反射的、来自发射器的光来确定到对象的范围或距离的主动遥感技术。该信息可以被处理以生成图像，或以其他方式用于各种类型的车辆(例如，机动车辆或无人机)中的绘图、对象识别、对象回避、导航等。虽然已经提出了许多lidar解决方案，并且对于特定的应用可能是可接受的，但各种策略具有相关的缺点，可能使它们不适用于其他应用。可以使用各种类型的致动器或装置来跨fov扫描激光束。当使用两个机械反射镜扫描fov时，反射镜中的一个通常以极高速度和准确度操作以能够每秒若干次或更多次覆盖整个fov。预期这种反射镜每年执行100亿次循环或甚至1万亿次循环，以始终支持lidar扫描模式。如此大量的循环和快速调谐导致随时间的磨损，并且将显著降低系统的可靠性并限制可以使用该方法创建的图像的帧速率。为了解决这些问题，已经开发了仅具有固态扫描的扫描lidar系统，以消除相关联的移动部件并提高可靠性和鲁棒性。然而，这些系统中的相关光学损耗可能限制分辨率和检测范围，并且功率要求可能不适用于所有应用。
技术实现思路
1、本公开的系统和方法通过固态快速扫描机构和更慢机械扫描机构的组合提供三维lidar扫描。组合的固态和机械扫描lidar可以提供可以比先前部署的系统更适合于自主车辆和/或自动驾驶汽车的改进的分辨率和检测范围。机械系统的快速扫描反射镜用诸如磁光(mo)开关的固态装置来代替，以提供可以支持100hz或甚至
2、在一个或多个实施例中，一种扫描lidar系统包括激光器、第一光学开关、第一多个光纤、反射镜、第一至少一个光学元件、至少一个检测器、第二多个光纤、第二至少一个光学元件和至少一个控制器，所述第一光学开关具有输入，所述输入被配置为从所述激光器接收激光脉冲，并且将所述激光脉冲重定向到多个输出中的所选择的一个输出，每个光纤耦合到所述第一光学开关的所述多个输出中的不同输出，所述反射镜被配置为响应于控制信号而枢转或旋转，所述第一至少一个光学元件被配置为从所述第一多个光纤接收所述激光脉冲，并且将所述激光脉冲重定向到所述反射镜，所述第二多个光纤具有耦合到所述至少一个检测器的输出，所述第二至少一个光学元件被配置为接收从视场反射的所述激光脉冲，并且将接收到的反射脉冲重定向到所述反射镜。所述至少一个控制器被配置为控制所述第一光学开关将所述激光脉冲从所述第一光学开关的所述输入依次引导到所述多个输出中的每个输出，以生成所述控制信号来控制所述反射镜枢转或旋转从而引导来自所述第一多个光纤的光扫描所述视场的至少一部分并将来自所述视场的反射光引导到所述第二多个光纤的输入，并且处理来自所述至少一个检测器的信号以生成表示所述视场的所述至少一部分的数据。所述第一光学开关可以不被配置有与将光从所述输入切换到所述多个输出中的一个输出相关联的移动部件，并且可以被实现为磁光开关。
3、在各种实施例中，所述系统包括至少一个第一光学开关，所述至少一个第一光学开关包括多个层，所述多个层至少包括具有第一切换元件的输入层和具有多个切换元件的输出层，所述第一切换元件和所述多个切换元件中的每一个被配置为响应于来自所述至少一个控制器的控制信号而在单个输入和多个输出之间依次光学地切换光，其中所述输入层的所述第一切换元件的所述单个输入包括所述光学开关的所述输入，并且所述输出层的所述切换元件的所述多个输出包括所述光学开关的所述输出，每个层使所述层中的每个切换元件的所述单个输入连接到相邻层中的所述切换元件中的相关联切换元件的所述多个输出中的一个输出，其中所述至少一个控制器被配置为以第一切换速度操作所述第一切换元件，并且以比所述第一切换速度更慢的切换速度操作每个层的所述切换元件。在一个或多个实施例中，所述至少一个控制器被配置为以所述第一切换速度和所述第一切换速度的整数倍之间的切换速度操作每个层的所述切换元件，所述第一切换速度的整数倍对应于所述层中的切换元件的整数数量。所述第一切换元件可以包括电光开关。所述多个切换元件中的每个切换元件可以包括磁光开关。在一个或多个实施例中，所述光学开关可以包括在所述输入层和所述输出层之间的中间层，其中所述输入层包括1x2电光开关，所述中间层包括两个1x4磁光开关，并且所述输出层包括八个1x4磁光开关以提供1x32开关，其中所述电光开关以比所述磁光开关更高的切换速度操作。
4、在各种实施例中，所述系统可以包括检流计反射镜、旋转棱镜、mems反射镜或压电换能器(pzt)反射镜。所述第一多个光纤可以以线性阵列被布置为扫描所述视场内的像素列，其中所述反射镜由所述至少一个控制器控制以跨所述视场水平地移动所述像素列，或所述第一多个光纤可以以线性阵列被布置为扫描所述视场内的像素行，其中所述反射镜由所述至少一个控制器控制以跨所述视场竖直地移动所述像素行。所述至少一个检测器可以包括多个检测器，每个检测器耦合到所述第二多个光纤的所述输出中的一个输出。所述多个检测器可以在数量上对应于所述第一多个光纤和所述第二多个光纤。在一个实施例中，所述第一至少一个光学元件从所述激光脉冲形成输出光束，所述输出光束具有比沿着垂直于所述第一轴线的第二轴线的角发散度大整数倍的沿着第一轴线的角发散度，并且所述第二多个光纤包括所述第一多个光纤中的光纤数量的整数倍和所述第一光学开关的输出数量的整数倍。所述至少一个第一光学元件可以包括被配置为形成具有椭圆形横截面的输出光束的非球面透镜、变形棱镜或柱面透镜。所述激光器可以包括光纤激光器，所述光纤激光器被配置为生成具有在900纳米(nm)与1700纳米(nm)之间的标称波长的脉冲。所述第一至少一个光学元件可以包括分束器，所述分束器被配置为将所述激光脉冲重定向到所述反射镜并且将来自所述视场的反射光重定向到所述第二多个光纤的输入。所述至少一个检测器可以包括被配置为检测近红外(nir)光的第一线性检测器和被配置为检测可见光的第二线性检测器，其中所述系统包括二向色分束器，所述二向色分束器被配置为接收来自所述视场的反射光并且将接收到的来自所述第二多个光纤的反射nir光重定向到所述第一线性检测器，并且将来自所述第二多个光纤的可见光重定向到所述第二线性检测器。所述至少一个控制器可以包括处理器，所述处理器被编程为组合和叠加来自所述第一线性检测器和所述第二线性检测器的数据，以生成所述视场的组合图像。
5、在一个或多个实施例中，所述系统包括被配置为以混合扫描模式控制所述第一光学开关和所述反射镜的至少一个控制器，所述混合扫描模式包括更低分辨率模式和更高分辨率模式，所述更低分辨率模式在表示所述视场的帧的第一部分内生成所述视场的每区域的第一数量的数据点，所述更高分辨率模式在表示所述视场的所述帧的第二部分内生成所述视场的每区域的第二数量的数据点，其中数据点的所述第二数量高于数据点的所述第一数量。
6、实施例可以包括一种具有至少一个控制器的系统，所述至少本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种扫描LiDAR系统，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一光学开关不具有移动部件，所述移动部件与将光从所述输入切换到所述多个输出中的一个输出相关联。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一光学开关包括磁光开关。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一光学开关包括：
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个控制器被配置为以所述第一切换速度和所述第一切换速度的整数倍之间的切换速度操作每个层的所述切换元件，所述第一切换速度的整数倍对应于所述层中的切换元件的整数数量。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一切换元件包括电光开关。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个切换元件中的每个切换元件包括磁光开关。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括在所述输入层和所述输出层之间的中间层，其中所述输入层包括1x2电光开关，所述中间层包括两个1x4磁光开关，并且所述输出层包括八个1x4磁光开关。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述反射镜包括检流计反射镜、旋转棱
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一多个光纤以线性阵列被布置为扫描所述视场内的像素列，并且所述反射镜由所述至少一个控制器控制以跨所述视场水平地移动所述像素列，或所述第一多个光纤以线性阵列被布置为扫描所述视场内的像素行，并且所述反射镜由所述至少一个控制器控制以跨所述视场竖直地移动所述像素行。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个检测器包括多个检测器，每个检测器耦合到所述第二多个光纤的所述输出中的一个输出。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个检测器在数量上对应于所述第一多个光纤和所述第二多个光纤。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一至少一个光学元件从所述激光脉冲形成输出光束，所述输出光束具有比沿着垂直于所述第一轴线的第二轴线的角发散度大整数倍的沿着第一轴线的角发散度，并且其中所述第二多个光纤包括所述第一多个光纤中的光纤数量的整数倍和所述第一光学开关的输出数量的整数倍。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述至少一个第一光学元件包括：被配置为形成具有椭圆形横截面的输出光束的非球面透镜、变形棱镜或柱面透镜。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述激光器包括光纤激光器，所述光纤激光器被配置为生成具有在900纳米(nm)与1700纳米(nm)之间的标称波长的脉冲。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一至少一个光学元件包括分束器，所述分束器被配置为将所述激光脉冲重定向到所述反射镜并且将来自所述视场的反射光重定向到所述第二多个光纤的输入。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个检测器包括：被配置为检测近红外(NIR)光的第一线性检测器、以及被配置为检测可见光的第二线性检测器，所述系统还包括：
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个控制器还被配置为以混合扫描模式控制所述第一光学开关和所述反射镜，所述混合扫描模式包括更低分辨率模式和更高分辨率模式，所述更低分辨率模式在表示所述视场的帧的第一部分内生成所述视场的每区域的第一数量的数据点，所述更高分辨率模式在表示所述视场的所述帧的第二部分内生成所述视场的每区域的第二数量的数据点，其中数据点的所述第二数量高于数据点的所述第一数量。
19.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个控制器还被配置为至少以更低分辨率的第一模式和更高分辨率的第二模式控制所述第一光学开关和所述反射镜，所述更低分辨率的第一模式以第一帧速率在表示所述视场的帧内生成第一数量的数据点，所述更高分辨率的第二模式以第二帧速率在表示所述视场的所述帧内生成第二数量的数据点，其中数据点的所述第二数量大于数据点的所述第一数量，并且所述第二帧速率小于所述第一帧速率。
20.根据权利要求19所述的系统，其中数据点的所述第一数量乘以所述第一帧速率等于数据点的所述第二数量乘以所述第二帧速率。
21.根据权利要求19所述的系统，其中所述至少一个控制器还被配置为在所述第一模式和所述第二模式之间切换，并且组合通过在所述第一模式和所述第二模式下的操作生成的所述数据，以生成所述视场的单个帧。
22.根据权利要求19所述的系统，其中所述至少一个控制器响应于所述系统的定位、环境条件、或所述视场内的对象的识别，而选择所述第一模式和所述第二模式中的一个。
23.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.一种扫描lidar系统，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一光学开关不具有移动部件，所述移动部件与将光从所述输入切换到所述多个输出中的一个输出相关联。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一光学开关包括磁光开关。
4.根据权利要求2所述的系统，其中所述第一光学开关包括：
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个控制器被配置为以所述第一切换速度和所述第一切换速度的整数倍之间的切换速度操作每个层的所述切换元件，所述第一切换速度的整数倍对应于所述层中的切换元件的整数数量。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一切换元件包括电光开关。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述多个切换元件中的每个切换元件包括磁光开关。
8.根据权利要求1所述的系统，还包括在所述输入层和所述输出层之间的中间层，其中所述输入层包括1x2电光开关，所述中间层包括两个1x4磁光开关，并且所述输出层包括八个1x4磁光开关。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述反射镜包括检流计反射镜、旋转棱镜、mems反射镜、或压电换能器(pzt)反射镜。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一多个光纤以线性阵列被布置为扫描所述视场内的像素列，并且所述反射镜由所述至少一个控制器控制以跨所述视场水平地移动所述像素列，或所述第一多个光纤以线性阵列被布置为扫描所述视场内的像素行，并且所述反射镜由所述至少一个控制器控制以跨所述视场竖直地移动所述像素行。
11.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个检测器包括多个检测器，每个检测器耦合到所述第二多个光纤的所述输出中的一个输出。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个检测器在数量上对应于所述第一多个光纤和所述第二多个光纤。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述第一至少一个光学元件从所述激光脉冲形成输出光束，所述输出光束具有比沿着垂直于所述第一轴线的第二轴线的角发散度大整数倍的沿着第一轴线的角发散度，并且其中所述第二多个光纤包括所述第一多个光纤中的光纤数量的整数倍和所述第一光学开关的输出数量的整数倍。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述至少一个第一光学元件包括：被配置为形成具有椭圆形横截面的输出光束的非球面透镜、变形棱镜或柱面透镜。
15.根据权利要求1所述的系统，其中所述激光器包括光纤激光器，所述光纤激光器被配置为生成具有在900纳米(nm)与1700纳米(nm)之间的标称波长的脉冲。
16.根据权利要求1所述的系统，其中所述第一至少一个光学元件包括分束器，所述分束器被配置为将所述激光脉冲重定向到所述反射镜并且将来自所述视场的反射光重定向到所述第二多个光纤的输入。
17.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个检测器包括：被配置为检测近红外(nir)光的第一线性检测器、以及被配置为检测可见光的第二线性检测器，所述系统还包括：
18.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个控制器还被配置为以混合扫描模式控制所述第一光学开关和所述反射镜，所述混合扫描模式包括更低分辨率模式和更高分辨率模式，所述更低分辨率模式在表示所述视场的帧的第一部分内生成所述视场的每区域的第一数量的数据点，所述更高分辨率模式在表示所述视场的所述帧的第二部分内生成所述视场的每区域的第二数量的数据点，其中数据点的所述第二数量高于数据点的所述第一数量。
19.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个控制器还被配置为至少以更低分辨率的第一模式和更高分辨率的第二模式控制所述第一光学开关和所述反射镜，所述更低分辨率的第一模式以第一帧速率在表示所述视场的帧内生成第一数量的数据点，所述更高分辨率的第二模式以第二帧速率在表示所述视场的所述帧内生成第二数量的数据点，其中数据点的所述第二数量大于数据点的所述第一数量，并且所述第二帧速率小于所述第一帧速率。
20.根据权利要求19所述的系统，其中数据点的所述第一数量乘以所述第一帧速率等于数据点的所述第二数量乘以所述第二帧速率。
21.根据权利要求19所述的系统，其中所述至少一个控制器还被配置为在所述第一模式和所述第二模式之间切换，并且组合通过在所述第一模式和所述第二模式下的操作生成的所述数据，以生成所述视场的单个帧。
22.根据权利要求19所述的系统，其中所述至少一个控制器响应于所述系统的定位、环境条件、或所述视场内的对象的识别，而选择所述第一模式和所述第二模式中的一个。
23.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个控制器还被配置为控制所述第一光学开关和所述反射镜仅扫描所述视场的一部分。
24.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个控制器还被配置为处理所述数据以识别对象，并且其中所述视场的所述部分对应于所述对象。
25.根据权利要求1所述的系统，其中所述至少一个控制器被配置为：
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述至少一个控制器基于所述矢量云内的具有相差小于预定容限值的相似值的矢量群集，来识别对象。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述至少一个控制器基于具有相似值的多个矢量群集来识别多个相关对象，并且将所述多个对象分类为多个预定对象类型中的一个...
【专利技术属性】
技术研发人员：萨吉·察德卡，沙伊·阿加西，
申请(专利权)人：马卡鲁光学有限公司，
类型：发明
国别省市：
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