ЛИДАРНАЯ (LiDAR) СИСТЕМА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ В ИНТЕРЕСУЮЩЕЙ ОБЛАСТИ И СПОСОБ НА ЕЕ ОСНОВЕ
LIDAR (LiDAR) SYSTEM FOR DETECTING OBJECTS IN REGION OF INTEREST AND METHOD BASED ON IT

Область техники
[0001] Настоящая технология относится к системам оптического обнаружения и дальнометрии (лидар, LiDAR) и, более конкретно, к лидарным системам для обнаружения объектов в интересующей области.
Предшествующий уровень техники
[0002] В предшествующем уровне техники были предложены и реализованы различные навигационные системы, основанные на компьютере, которые выполнены с возможностью помощи в навигации и/или управлении транспортными средствами. Эти системы варьируются от более базовых решений, основанных на локализации с помощью карты решениях - т.е. использовании компьютерной системы для поддержки водителя при навигации по маршруту от начального пункта до пункта назначения; до более сложных решений, таких как системы вождения с компьютерной поддержкой и/или без вмешательства водителя.
[0003] Некоторые из этих систем реализованы как то, что является общеизвестным как системы “круиз-контроля”. В этих системах, компьютерная система на борту транспортного средства поддерживает установленную пользователем скорость транспортного средства. Некоторые из систем круиз-контроля реализуют систему “интеллектуального управления дистанцией”, причем пользователь может установить дистанцию до потенциально находящегося впереди автомобиля (например, выбрать значение, выраженное в числе транспортных средств), и компьютерная система регулирует скорость транспортного средства, основываясь, по меньшей мере частично, на транспортном средстве, приближающемся к потенциально находящемуся впереди транспортному средству в пределах предопределенной дистанции. Некоторые из систем круиз-контроля дополнительно оснащены системами контроля столкновений, такие системы после обнаружения транспортного средства (или иного препятствия) впереди движущегося транспортного средства замедляют или останавливают данное транспортное средство.
[0004] Некоторые из более продвинутых систем обеспечивают полностью автономное вождение транспортного средства без прямого управления от оператора (т.е. водителя). Эти автономно управляемые транспортные средства включают в себя системы, которые могут вызвать ускорение, торможение, остановку, смену полосы и самостоятельную парковку транспортного средства.
[0005] Одна из главных технических сложностей при реализации вышеупомянутых систем состоит в способности обнаруживать объект, расположенный поблизости от транспортного средства. В одном примере системам может требоваться способность обнаруживать транспортное средство впереди данного транспортного средства (данного транспортного средства, имеющего данную систему на борту), причем транспортное средство впереди может вызывать риск/опасность для данного транспортного средства и может требовать от системы предпринимать корректирующие меры, будь то торможение или иное изменение скорости, остановка или смена полосы.
[0006] Другие технические сложности при реализации систем, упомянутых выше, включают в себя декалибровку датчиков и других компонентов, которые собирают данные об окружении транспортного средства. Большое количество факторов, включая погоду, дорожные условия, водительские привычки, например, влияют на датчики и другие компоненты во времени, требуя калибровки для обеспечения того, что данные точно захватываются и верно используются для управления транспортными средствами.
[0007] В системах на основе лидара объекты поблизости от транспортного средства могут обнаруживаться посредством передачи пучков света в направлении интересующей области и измерения отраженных пучков света детектором. Лазеры, испускающие импульсы света в пределах узкой длины волны, часто используются в качестве источника света. Положение и дистанция объекта могут вычисляться с использованием вычислений времени пролета излученного и обнаруженного пучка света. Путем вычисления таких положений как “точек данных”, может быть сгенерировано цифровое многомерное представление окружения.
[0008] Во вращающихся системах на основе лидара пучки света приводятся во вращение вокруг горизонтальной или вертикальной оси, что может обеспечивать сканирование интересующей области в горизонтальной или вертикальной плоскости, соответственно. Обычно, такое вращение пучков осуществляется при помощи лазера, который является вращаемым. Однако подвижные компоненты лидарной системы имеют тенденцию изнашиваться, что ведет к преждевременному отказу системы.
[0009] В определенных применениях может быть желательно получать максимально возможную большую интересующую область. В этом отношении может предусматриваться ряд лазеров, которые скомпонованы, чтобы излучать пучки света в разных направлениях, таким образом увеличивая интересующую область, полученную одним лазером. Однако увеличение количества лазеров в одной системе на основе лидара может быть чрезмерно дорогостоящим.
Краткое описание сущности изобретения
[00010] Поэтому существует потребность в системах и способах, которые избегают, сокращают или преодолевают ограничения предшествующего уровня техники.
[00011] Зона, которая может сканироваться (также упоминаемая как “интересующая область” (ROI)) традиционными вращающимися лидарными системами, определяется, по горизонтальной оси, степенью доступного вращения пучка света вокруг оси вращения. В определенных системах, которые включают в себя микроэлектромеханический (MEM) компонент, сканирование по вертикальной оси также возможно и ограничено амплитудой осцилляции MEM компонента.
[00012] Известные способы дополнительного повышения сканируемой зоны содержат увеличение количества источников света или MEM компонентов, с недостатками, связанными с повышенной стоимостью и сниженным сроком службы лидарных систем.
[00013] В широком смысле, изобретатели разработали лидарную систему, которая может сканировать увеличенную зону по сравнению с традиционными системами без использования дополнительных источников света и с учетом минимизации подвижных компонентов, в определенных вариантах осуществления. В определенных вариантах осуществления, лидарной системы согласно настоящей технологии имеют увеличенный угол распространения пучка света, передаваемого в интересующую область по одной или обеим из горизонтальной или вертикальной оси.
[00014] В определенных вариантах осуществления, преимущества настоящей технологии включают в себя повышенную производительность системы без негативного влияния на стоимость и сложность системы.
[00015] В соответствии с первым широким аспектом настоящей технологии обеспечена лидарная система для обнаружения объектов в интересующей области, причем система содержит источник излучения для излучения выходного пучка; первое оптическое волокно с входным концом, соединенным с возможностью связи с источником излучения для приема выходного пучка, и выполненное с возможностью передачи выходного пучка, имеющего оптическую ось, вдоль первого оптического волокна к выходному концу для излучения выходного пучка, причем выходной пучок имеет первое распространение; привод, связанный с первым оптическим волокном, для сообщения движения первого оптического волокна выходному концу первого оптического волокна, причем движение первого оптического волокна содержит множество положений выходного конца первого оптического волокна, определяющих полное первое распространение выходного пучка, когда выходной конец движется; оптическую линзу, расположенную на фокусном расстоянии от выходного конца первого оптического волокна, причем оптическая линза выполнена с возможностью передачи выходного пучка через оптическую линзу в направлении интересующей области и вызова распространения выходного пучка на второе распространение выходного пучка, причем второе распространение больше, чем первое распространение, и полное второе распространение выходного пучка, когда выходной конец движется, больше, чем полное первое распространение; и процессор для управления приводом и движением первого оптического волокна для модулирования угла распространения излучения выходного пучка в интересующей области.
[00016] В определенных вариантах осуществления привод содержит пьезоэлектрический компонент.
[00017] В определенных вариантах осуществления лидарная система дополнительно содержит систему обнаружения для обнаружения входного пучка из интересующей области, причем система обнаружения содержит: детектор; и второе оптическое волокно, выполненное с возможностью передачи входного пучка на детектор, причем второе оптическое волокно имеет: входной конец для приема входного пучка и выходной конец, соединенный с возможностью связи с детектором, причем привод связан со вторым оптическим волокном для сообщения движения второго оптического волокна движения входному концу второго оптического волокна, причем процессор выполнен с возможностью управления приводом и движением второго оптического волокна второго оптического волокна.
[00018] В определенных вариантах осуществления привод выполнен с возможностью обеспечения движения второго оптического волокна, физически скоординированного с движением первого оптического волокна.
[00019] В определенных вариантах осуществления привод выполнен с возможностью вызывать движение первого оптического волокна одновременно с движением второго оптического волокна.
[00020] В определенных вариантах осуществления первое оптическое волокно избирательно соединено со вторым оптическим волокном, так что входной пучок, принятый на выходном конце первого оптического волокна, может перенаправляться на второе оптическое волокно.
[00021] В определенных вариантах осуществления система дополнительно содержит систему обнаружения для обнаружения входного пучка из интересующей области, причем система обнаружения содержит: детектор; и второе оптическое волокно, выполненное с возможностью передачи входного пучка на детектор, и избирательно  соединенное с возможностью связи с первым оптическим волокном, причем второе оптическое волокно имеет: входной конец для приема входного пучка от первого оптического волокна и выходной конец, соединенный с возможностью связи с детектором.
[00022] В определенных вариантах осуществления система дополнительно содержит оптический циркулятор для избирательной передачи входного пучка из интересующей области во второе оптическое волокно.
[00023] В определенных вариантах осуществления по меньшей мере выходной конец первого оптического волокна имеет конструкцию с двойной оболочкой, содержащую первый канал для передачи входного пучка и второй канал для передачи выходного пучка.
[00024] В определенных вариантах осуществления полное первое распространение первого оптического волокна осуществляется вдоль первой плоскости, причем первая плоскость является той же самой, что и плоскость движения первого оптического волокна. В определенных вариантах осуществления, полное второе распространение осуществляется вдоль первой плоскости.
[00025] В определенных вариантах осуществления привод содержит фиксирующий компонент, чтобы фиксировать первое оптическое волокно в первой точке фиксации вдоль длины первого оптического волокна, причем первая точка фиксации определяет точку поворота выходного конца первого оптического волокна.
[00026] В определенных вариантах осуществления привод содержит фиксирующий компонент, чтобы фиксировать второе оптическое волокно во второй точке фиксации вдоль длины второго оптического волокна, причем вторая точка фиксации определяет точку поворота входного конца второго оптического волокна.
[00027] В определенных вариантах осуществления полное первое распространение выходного пучка составляет между около 5 и около 40°.
[00028] В определенных вариантах осуществления полное второе распространение выходного пучка составляет между около 5 и около 40°.
[00029] В определенных вариантах осуществления полное первое распространение первого оптического волокна осуществляется вдоль двух плоскостей, причем две плоскости являются теми же самыми, что и две плоскости движения первого оптического волокна.
[00030] В определенных вариантах осуществления система дополнительно содержит по меньшей мере одну сменную оптическую линзу, имеющую оптические свойства, отличные от свойств упомянутой оптической линзы.
[00031] В другом аспекте обеспечен способ на основе лидара для обнаружения объектов в интересующей области, причем способ реализуют посредством процессора, соединенным с возможностью связи с лидарной системой, при этом способ содержит: вызов излучения источником излучения выходного пучка, падающего на первое оптическое волокно, причем первое оптическое волокно имеет входной конец, соединенный с возможностью связи с источником излучения и выполненный с возможностью передачи выходного пучка вдоль оптической оси первого оптического волокна к выходному концу, причем выходной пучок на выходном конце имеет первое распространение; вызов сообщения приводом, связанным с первым оптическим волокном, движения первого оптического волокна выходному концу первого оптического волокна, причем движение первого оптического волокна содержит множество положений выходного конца первого оптического волокна, определяющих полное первое распространение выходного пучка, когда выходной конец движется; причем оптическая линза, расположенная на фокусном расстоянии от выходного конца первого оптического волокна, выполнена с возможностью передачи выходного пучка через оптическую линзу в направлении интересующей области  и вызова распространения выходного пучка на второе распространение выходного пучка, причем второе распространение больше, чем первое распространение, и полное второе распространение выходного пучка, когда выходной конец движется, больше, чем полное первое распространение.
[00032] В определенных вариантах осуществления способ дополнительно содержит избирательное управление с помощью процессора приводом, чтобы модулировать движение первого оптического волокна для управления углом распространения излучения выходного пучка в интересующей области. В определенных вариантах осуществления модулирование движения первого оптического волокна осуществляют в ответ на обнаруженный объект в интересующей области.
[00033] При помощи определенных вариантов осуществления настоящей технологии зона интересующей области, которая сканируется настоящими системами и способами, может быть увеличена без увеличения количества лидарных систем (или количества источников света и детекторов света) и количества подвижных деталей в системе. Это может, в свою очередь, выливаться в снижение затрат и повышение срока службы лидарной системы.
[00034] В контексте настоящего описания “источник излучения” в широком смысле относится к любому устройству, выполненному с возможностью испускать излучение, такое как сигнал излучения в форме пучка. Источник излучения включает в себя, но без ограничения, источник света, выполненный с возможностью излучать пучки света. Источник света может представлять собой лазер, такой как твердотельный лазер, лазерный диод, лазер высокой мощности или альтернативный источник света, такой как источник света на основе светоизлучающего диода (LED). Некоторыми (неограничивающими) примерами источника света являются лазерный диод Фабри-Перо, лазер на квантовой яме, лазер с распределенным брэгговским отражателем (DBR), лазер с распределенной обратной связью (DFB), волоконный лазер или лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором (VCSEL). К тому же, источник света может излучать пучки света в разных форматах, таких как световые импульсы, непрерывная волна (CW), квази-CW и так далее. В некоторых неограничивающих примерах источник света может включать в себя лазерный диод, выполненный с возможностью излучения света на длине волны между около 650 нм и 1150 нм. Альтернативно, источник света может включать в себя лазерный диод, выполненный с возможностью излучения пучков света на длине волны между около 800 нм и около 1000 нм, между около 850 нм и около 950 нм, между около 1300 нм и около 1600 нм или в любом другом подходящем диапазоне. Если не указано иное, термин "около" в отношении числового значения определяется как отклонение до 10% относительно установленного значения.
[00035] В контексте настоящего описания, “выходной пучок” может также упоминаться как пучок излучения, такой как пучок света, который генерируется источником излучения и направляется от места излучения в направлении интересующей области. Выходной пучок может иметь один или более параметров, таких как: длительность пучка, угловая дисперсия пучка, длина волны, мгновенная мощность, плотность фотонов на разных расстояниях от источника света, средняя мощность, интенсивность мощности пучка, ширина пучка, частота повторений пучка, последовательность пучков, скважность импульсов, длина волны или фаза и т.д. Выходной пучок может быть не поляризован или может быть случайно поляризован, может не иметь конкретной или фиксированной поляризации (например, поляризация может меняться во времени) или может иметь конкретную поляризацию (например, линейную поляризацию, эллиптическую поляризацию или круговую поляризацию).
[00036] В контексте настоящего описания, “входной пучок” может также упоминаться как пучок излучения, такой как пучок света, отраженный от одного или более объектов в ROI. Под отраженным понимается, что по меньшей мере часть выходного пучка, падающего на один или более объектов в ROI, отражается от одного или более объектов. Выходной пучок может иметь один или более параметров, таких как: время пролета (т.е., время от излучения до обнаружения), мгновенная мощность (например, сигнатура мощности), средняя мощность по всему обратному импульсу и распределение фотонов/сигнал по периоду обратного импульса и т.д.
[00037] В контексте настоящего описания, “интересующая область” может в широком смысле включать в себя часть наблюдаемой окружающей среды лидарной системы, в которой могут обнаруживаться один или более объектов. Отметим, что интересующая область лидарной системы может испытывать влияние различных условий, таких как, но без ограничения: ориентация лидарной системы (например, направление оптической оси лидарной системы); положение лидарной системы относительно окружающей среды (например, расстояние над землей и смежная топография и препятствия); рабочие параметры лидарной системы (например, мощность излучения, вычислительные настройки, определенные рабочие углы) и т.д. ROI лидарной системы может определяться, например, плоским углом или пространственным углом. В одном примере ROI может также определяться в некотором диапазоне (например, до 200 м или тому подобное).
[00038] В контексте настоящего описания, "сервер" представляет собой компьютерную программу, которая работает на подходящих аппаратных средствах и способна принимать запросы (например, от электронных устройств) по сети и выполнять эти запросы или вызывать выполнение этих запросов. Аппаратные средства могут быть реализованы как один физический компьютер или одна физическая компьютерная система, но ничто из этого не является обязательным требованием для настоящей технологии. В настоящем контексте, использование выражения "сервер" не должно означать, что каждая задача (например, принятые инструкции или запросы) или любая конкретная задача будет принята, выполнена или вызвана к выполнению одним и тем же сервером (т.е. одним и тем же программным обеспечением и/или аппаратными средствами); оно должно означать, что любое количество элементов программного обеспечения или аппаратных устройств может быть вовлечено в прием/отправку, выполнение или вызов выполнения любой задачи или запроса или следствий любой задачи или запроса; и все из этого программного обеспечения и аппаратных средств могут представлять собой один сервер или множество серверов, оба из которых включены в выражение "по меньшей мере один сервер".
[00039] В контексте настоящего описания, "электронное устройство" представляет собой любые компьютерные аппаратные средства, которые способны выполнять программное обеспечение, подходящее для релевантной рассматриваемой задачи. В контексте настоящего описания, термин "электронное устройство" подразумевает, что устройство может функционировать как сервер для других электронных устройств и клиентских устройств, однако это не является обязательным требованием для настоящей технологии. Таким образом, некоторые (неограничивающие) примеры электронных устройств включают в себя персональные компьютеры (настольные компьютеры, ноутбуки, нетбуки и т.д.), смартфоны и планшеты, а также сетевое оборудование, такое как маршрутизаторы, переключатели и шлюзы. Следует понимать, что в настоящем контексте тот факт, что устройство функционирует как электронное устройство, не означает, что оно не может функционировать как сервер для других электронных устройств.
[00040] В контексте настоящего описания, выражение "информация" включает в себя информацию любого характера или вида, которая может храниться в базе данных. Таким образом, информация включает в себя, но без ограничения, визуальные произведения (например, карты), аудиовизуальные произведения (например, изображения, фильмы, звуковые записи, презентации и т.д.), данные (например, данные местоположения, данные погоды, данные трафика, числовые данные и т.д.), текст (например, мнения, комментарии, вопросы, сообщения и т.д.), документы, электронные таблицы и т.д.
[00041] В контексте настоящего описания, "база данных" представляет собой любую структурированную совокупность данных, независимо от ее конкретной структуры, программного обеспечения управления базой данных или компьютерных аппаратных средств, на которых данные хранятся, реализуются или иным образом предоставляются для использования. База данных может находиться на тех же самых аппаратных средствах, что и процесс, который хранит или использует информацию, сохраненную в базе данных, или она может находиться на отдельных аппаратных средствах, таких как выделенный сервер или множество серверов.
[00042] В контексте настоящего описания, слова "первый", "второй", "третий" и т.д. были использованы как прилагательные только в целях обеспечения возможности различения между существительными, которые они модифицируют, друг от друга, а не в целях описания какого-либо конкретного отношения между этими существительными. Дополнительно, как обсуждается здесь в других контекстах, ссылка на "первый" элемент и "второй" элемент не препятствует тому, что два элемента представляют собой тот же самый действительный реальный элемент.
[00043] Реализации настоящей технологии имеют, каждая, по меньшей мере одну из вышеупомянутых целей и/или аспектов, но не обязательно имеет все из них. Следует понимать, что некоторые аспекты настоящей технологии, которые явились результатом попытки достичь вышеупомянутой цели, могут не удовлетворять этой цели и/или могут удовлетворять другим целями, специально не перечисленным здесь.
[00044] Дополнительные и/или альтернативные признаки, аспекты и преимущества реализаций настоящей технологии станут очевидны из нижеследующего описания, сопровождающих чертежей и прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
[00045] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящей технологии станут более понятными с учетом следующего описания, прилагаемой формулы изобретения и сопровождающих чертежей, где:
[00046] Фиг. 1 изображает схематичную диаграмму околой компьютерной системы для реализации определенных вариантов осуществления систем и/или способов настоящей технологии.
[00047] Фиг. 2 изображает сетевую компьютерную среду, подходящую для использования с некоторыми реализациями настоящей технологии.
[00048] Фиг. 3 изображает схематичную диаграмму околой лидарной системы для реализации определенных вариантов осуществления систем и/или способов настоящей технологии;
[00049] Фиг. 4 изображает реализацию лидарной системы согласно фиг. 3, реализованной в соответствии с конкретным неограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии;
[00050] Фиг. 5 изображает схематичное представление лидарной системы согласно фиг. 4, реализованной в соответствии с конкретным неограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии;
[00051] Фиг. 6 изображает профиль поперечного сечения оптического волокна лидарной системы согласно фиг. 5;
[00052] Фиг. 7 изображает схематичное представление лидарной системы согласно фиг. 4, реализованной в соответствии с альтернативным неограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии;
[00053] Фиг. 8 изображает профиль поперечного сечения оптического волокна лидарной системы согласно фиг. 7;
[00054] Фиг. 9 изображает схематичное представление лидарной системы согласно фиг. 4, реализованной в соответствии с дополнительным альтернативным неограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии;
[00055] Фиг. 10 изображает профиль поперечного сечения оптического волокна и обратного оптического волокна лидарной системы согласно фиг. 9;
[00056] Фиг. 11 изображает схематичное представление лидарной системы согласно фиг. 4, реализованной в соответствии с другим дополнительным альтернативным неограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии;
[00057] Фиг. 12 изображает профиль поперечного сечения оптического волокна и обратных оптических волокон лидарной системы согласно фиг. 11 в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящей технологии;
[00058] Фиг. 13 изображает профиль поперечного сечения оптического волокна и обратных оптических волокон лидарной системы согласно фиг. 11 в соответствии с определенными вариантами осуществления настоящей технологии;
[00059] Фиг. 14 изображает схематичную иллюстрацию системы детекторов лидарной системы согласно фиг. 4, реализованной в соответствии с определенными неограничивающими вариантами осуществления настоящей технологии; и
[00060] Фиг. 15 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа для обнаружения объектов в интересующей области в соответствии с различными неограничивающими вариантами осуществления настоящей технологии.
Подробное описание
[00061] Примеры и условный язык, как изложено здесь, принципиально предназначены для того, чтобы помогать читателю в понимании принципов настоящей технологии и не ограничивать ее объем такими конкретно изложенными примерами и условиями. Понятно, что специалисты в данной области техники смогут создать различные компоновки, которые, хотя не описаны или не показаны здесь явно, тем не менее воплощают принципы настоящей технологии и включены в ее сущность и объем.
[00062] Более того, в качестве помощи в понимании, следующее описание может описывать относительно упрощенные реализации настоящей технологии. Как будет понятно специалистам в данной области техники, различные реализации настоящей технологии могут быть более сложными.
[00063] В некоторых случаях, может также быть изложено то, что считается полезными примерами модификаций настоящей технологии. Это делается только в качестве помощи в понимании, но, вновь, не для определения объема или установления границ настоящей технологии. Эти модификации не являются исчерпывающим списком, и специалист в данной области техники сможет создать другие модификации, тем не менее остающиеся в пределах объема настоящей технологии. Дополнительно, если примеры модификаций не были изложены, это не должно интерпретироваться так, что модификации невозможны и/или что описанное представляет собой единственный способ реализации этого элемента настоящей технологии.
[00064] Более того, все положения в настоящем документе, излагающие принципы, аспекты и реализации технологии, а также их конкретные примеры должны включать в себя как структурные, так и функциональные их эквиваленты, независимо от того, известны ли они в настоящем или будут разработаны в будущем. Таким образом, например, специалистам в данной области техники будет понятно, что любые блок-схемы здесь представляют концептуальные представления иллюстративных схем, воплощающих принципы настоящей технологии. Аналогично будет понятно, что любые блок-схемы последовательностей операций, блок-схемы процесса, диаграммы переходов состояний, псевдокод и тому подобное представляют различные процессы, которые могут по существу быть представлены в считываемых компьютером носителях и поэтому исполняться компьютером или процессором, независимо от того, показан ли такой компьютер или процессор явно или нет.
[00065] Функции различных элементов, показанных на чертежах, включая любой функциональный блок, обозначенный как "процессор", могут обеспечиваться через использование выделенных аппаратных средств, а также аппаратных средств, способных исполнять программное обеспечение в связи с подходящим программным обеспечением. При обеспечении процессором, функции могут обеспечиваться одним выделенным процессором, одним совместно используемым процессором или множеством отдельных процессоров, некоторые из которых могут быть совместно используемыми. Более того, явное использование термина "процессор" или "контроллер" не должно пониматься как ссылающееся исключительно на аппаратные средства, способные исполнять программное обеспечение, и может в неявном виде включать в себя, без ограничения, аппаратные средства цифрового сигнального процессора (DSP), сетевой процессор, специализированную интегральную схему (ASIC), программируемую вентильную матрицу (FPGA), постоянную память (ROM) для хранения программного обеспечения, память с произвольным доступа (RAM) и энергонезависимое хранилище. Другие аппаратные средства, обычные и/или персонализированные, могут также быть включены.
[00066] Модули программного обеспечения или просто модули, которые подразумеваются представляющими собой программное обеспечение, могут быть представлены здесь как любая комбинация элементов блок-схемы последовательности операций или других элементов, указывающих выполнение этапов процесса, и/или текстовое описание. Такие модули могут исполняться аппаратными средствами, которые показаны в явном или в неявном виде.
[00067] С этими введенными фундаментальными положениями, теперь рассмотрим некоторые неограничивающие примеры, чтобы проиллюстрировать различные реализации аспектов настоящей технологии.
Компьютерная система
[00068] Со ссылкой сначала на фиг. 1 изображена компьютерная система 100, подходящая для использования с некоторыми реализациями настоящей технологии, причем компьютерная система 100 содержит различные компоненты аппаратных средств, включая один или более одноядерных или многоядерных процессоров, совместно представленных процессором 110, твердотельный накопитель 120, память 130, которая может представлять собой память с произвольным доступом или любой другой тип памяти.
[00069] Связь между различными компонентами компьютерной системы 100 может обеспечиваться одной или несколькими внутренними и/или внешними шинами (не показаны) (например, шиной PCI, универсальной последовательной шиной, шиной IEEE 1394 “Firewire”, шиной SCSI, шиной Serial-ATA и т.д.), с которыми электронным способом связаны различные компоненты аппаратных средств. В соответствии с вариантами осуществления настоящей технологии твердотельный накопитель 120 хранит программные инструкции, подходящие для загрузки в память 130 и исполнения процессором 110 для определения наличия объекта. Например, программные инструкции могут представлять собой часть приложения управления транспортным средством, исполняемого процессором 110. Следует отметить, что компьютерная система 100 может иметь дополнительные и/или опциональные компоненты (не изображены), такие как модули сетевой связи, модули локализации и тому подобное.
Сетевая компьютерная среда
[00070] Фиг. 2 иллюстрирует сетевую компьютерную среду 200, подходящую для использования с некоторыми вариантами осуществления систем и/или способов настоящей технологии. Сетевая компьютерная среда 200 содержит электронное устройство 210, связанное с транспортным средством 220 или связанное с пользователем (не изображен), который связан с транспортным средством 220, таким как оператор транспортного средства 220, сервер 235, осуществляющий связь с электронным устройством 210 через сеть 240 связи (например, Интернет или тому подобного, как будет описано более подробно здесь ниже).
[00071] Опционально сетевая компьютерная среда 200 может также включать в себя спутник GPS (не изображен), передающий и/или принимающий сигнал GPS на/от электронного устройства 210. Будет понятно, что настоящая технология не ограничена GPS и может использовать технологию позиционирования, отличную от GPS. Следует отметить, что спутник GPS может быть вообще опущен.
[00072] Транспортное средство 220, с которым связано электронное устройство 210, может содержать любое транспортное средство для транспортировки, для досуга или иного, такое как личный или коммерческий автомобиль, грузовик, мотоцикл или тому подобное. Хотя транспортное средство 220 изображено как наземное транспортное средство, это может быть необязательно в каждом варианте осуществления настоящей технологии. Например, транспортное средство 220 может представлять собой плавучее средство, такое как лодка, или летательный аппарат, такой как летающий дрон.
[00073] Транспортное средство 220 может представлять собой приводимое в действие пользователем или беспилотное транспортное средство. По меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления настоящей технологии предполагается, что транспортное средство 220 может быть реализовано как беспилотный автомобиль (SDC). Следует отметить, что конкретные параметры транспортного средства 220 являются неограничивающими, эти конкретные параметры включают в себя: производителя транспортного средства, модель транспортного средства, год выпуска транспортного средства, вес транспортного средства, габариты транспортного средства, распределение веса транспортного средства, площадь поверхности транспортного средства, высоту транспортного средства, тип трансмиссии (например, 2x или 4x), тип шин, тормозную систему, топливную систему, пробег в милях, идентификационный номер транспортного средства и размер двигателя.
[00074] Реализация электронного устройства 210 не ограничена конкретно, но в качестве примера, электронное устройство 210 может быть реализовано как блок управления двигателем транспортного средства, CPU транспортного средства, навигационное устройство транспортного средства (например, TomTom™, Garmin™), планшет, персональный компьютер, встроенный в транспортное средство 220, и тому подобное. Таким образом, следует отметить, что электронное устройство 210 может  быть непостоянно связано с транспортным средством 220. Дополнительно или альтернативно электронное устройство 210 может быть реализовано в устройстве беспроводной связи, таком как мобильный телефон (например, смартфон или радиофон). В некоторых вариантах осуществления электронное устройство 210 имеет дисплей 270.
[00075] Электронное устройство 210 может содержать некоторые или все из компонентов компьютерной системы 100, изображенной на фиг. 1. В некоторых вариантах осуществления электронное устройство 210 представляет собой бортовое компьютерное устройство и содержит процессор 110, твердотельный накопитель 120 и память 130. Другими словами, электронное устройство 210 содержит аппаратные средства и/или программное обеспечение и/или прошивку или их комбинацию для обработки данных, как будет описано более подробно ниже.
[00076] В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии сеть 240 связи представляет собой Интернет. В альтернативных не ограничивающих вариантах осуществления сеть 240 связи может быть реализована как любая подходящая локальная сеть (LAN), глобальная сеть (WAN), частная сеть связи или тому подобное. Следует понимать, что реализации для сети 240 связи представлены только в целях иллюстрации. Линия связи (не пронумерована отдельно) обеспечена между электронным устройством 210 и сетью 240 связи, реализация которой будет зависеть, помимо прочего, от того, как реализовано электронное устройство 210. Только в качестве примера и не для ограничения, в тех вариантах осуществления настоящей технологии, где электронное устройство 210 реализовано как устройство беспроводной связи, такое как смартфон или устройство навигации, линия связи может быть реализована как беспроводная линия связи. Примеры беспроводных линий связи включают в себя, но без ограничения, линию сети связи 3G, линию сети связи 4G и тому подобное. Сеть 240 связи может также использовать беспроводное соединение с сервером 235.
[00077] В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии сервер 235 реализован как компьютерный сервер и может содержать некоторые или все из компонентов компьютерной системы 100 согласно фиг. 1. В одном не ограничивающем примере сервер 235 реализован как сервер Dell™ PowerEdge™, применяющий операционную систему Microsoft™ Windows Server™, но может также быть реализован в любых других подходящих аппаратных средствах, программном обеспечении и/или прошивке или их комбинации. В изображенных не ограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии сервер представляет собой один сервер. В альтернативных не ограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии (не показаны), функциональность сервера 235 может быть распределена и может быть реализована посредством множества серверов.
[00078] В некоторых не ограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии процессор 110 электронного устройства 210 может осуществлять связь с сервером 235, чтобы принимать одно или несколько обновлений. Обновления могут представлять собой, но без ограничения, обновления программного обеспечения, обновления карты, обновления маршрутов, обновления погоды и тому подобное. В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии процессор 110 может также быть выполнен с возможностью передачи на сервер 235 определенных операционных данных, таких как пройденные маршруты, данные трафика, данные производительности и тому подобное. Некоторые или все данные, передаваемые между транспортным средством 220 и сервером 235, могут быть зашифрованными и/или сохраняющими анонимность.
[00079] Следует отметить, что разнообразие сенсоров и систем может использоваться электронным устройством 210 для сбора информации об окружении 250 транспортного средства 220. Как видно на фиг. 2, транспортное средство 220 может быть оборудовано множеством систем 280 сенсоров. Следует отметить, что разные системы сенсоров из множества систем 280 сенсоров могут использоваться для сбора разных типов данных касательно окружения 250 транспортного средства 220.
[00080] В одном примере множество систем 280 сенсоров может содержать одну или более систем сенсоров типа камеры, которые смонтированы на транспортном средстве 220 и соединены с возможностью связи с процессором 110. В широком смысле слова, одна или более систем сенсоров типа камеры могут быть выполнены с возможностью сбора данных изображения о различных участках окружения 250 транспортного средства 220. В некоторых случаях данные изображения, обеспеченные одной или более системами сенсоров типа камеры, могут использоваться электронным устройством 210 для выполнения процедур обнаружения объекта. Например, электронное устройство 210 может быть выполнено с возможностью подачи данные изображения, обеспеченные одной или более системами сенсоров типа камеры, на нейронную сеть обнаружения объектов (ODNN), которая была обучена локализовывать и классифицировать потенциальные объекты в окружении 250 транспортного средства 220.
[00081] В другом примере множество систем 280 сенсоров может содержать одну или более систем сенсоров типа радара, которые смонтированы на транспортном средстве 220 и соединены с возможностью связи с процессором 110. В широком смысле слова, одна или более систем сенсоров типа радара могут быть выполнены с возможностью использования радиоволн для сбора данных о различных участках окружения 250 транспортного средства 220. Например, одна или более систем сенсоров типа радара могут быть выполнены с возможностью сбора данных радара о потенциальных объектах в окружении 250 транспортного средства 220, и эти данные могут представлять расстояние до объектов от системы сенсора типа радара, ориентацию объектов, быстроту и/или скорость объектов и тому подобное.
[00082] Следует отметить, что множество систем 280 сенсоров может содержать дополнительные типы систем сенсоров помимо тех, которые не исчерпывающе описаны выше, и без отклонения от объема настоящей технологии.
[00083] Кроме того, транспортное средство 220 оборудовано одной или более системами обнаружения и определения дальности с помощью света (LiDAR) для сбора информации об окружении 250 транспортного средства 220. Системы лидаров могут иметься в дополнение к множеству систем 280 сенсоров или в некоторых случаях вместо них. Данная лидарная система 230 из одной или более лидарных систем может устанавливаться на транспортном средстве 220 или переоснащать его в различных местоположениях и/или различных конфигурациях.
[00084] Например, данная лидарная система 230 может быть установлена на внутреннем верхнем участке лобового стекла транспортного средства 220. Тем не менее, как проиллюстрировано на фиг. 2, другие местоположения для установки данной лидарной системы 230 входят в объем настоящего раскрытия, в том числе, на заднем стекле, боковых стеклах, капоте, крыше, решетке радиатора, переднем бампере или на стороне транспортного средства 220. В некоторых случаях, данная лидарная система 230 может быть даже установлена в специальном корпусе, смонтированном наверху транспортного средства 220.
[00085] Как упомянуто выше, лидарная система 230 может также быть смонтирована в различных конфигурациях.
[00086] В одном варианте осуществления, таком как вариант осуществления согласно фиг. 2, данная лидарная система 230 из одной или более лидарных систем установлена на крыше транспортного средства 220 в поворотной конфигурации. Например, данная лидарная система 230, установленная в транспортном средстве 220 в поворотной конфигурации, может содержать по меньшей мере некоторые компоненты, которые вращаются на 360 градусов вокруг оси вращения данной лидарной системы 230. Следует отметить, что данная лидарная система 230, установленная в поворотных конфигурациях, может собирать данные о большинстве участков окружения 250 транспортного средства 220.
[00087] В другом варианте осуществления, таком как вариант осуществления согласно фиг. 2, данная лидарная система 230 из одной или более лидарных систем установлена сбоку или на решетке радиатора, например, в неповоротной конфигурации. Например, данная лидарная система 230, установленная на транспортном средстве 220 в неповоротной конфигурации, может содержать по меньшей мере некоторые компоненты, которые не вращаются на 360 градусов и выполнены с возможностью сбора данных о предопределенных участках окружения 250 транспортного средства 220.
[00088] Независимо от конкретного местоположения и/или конкретной конфигурации данной лидарной системы 230, лидарная система 230 выполнена с возможностью захвата данных об окружении 250 транспортного средства 220 для построения многомерной карты объектов в окружении 250 транспортного средства 220. Теперь будет описано то, как выполнена данная лидарная система 230 для захвата данных об окружении 250 транспортного средства 220.
Лидарная система
[00089] Со ссылкой на фиг. 3 изображен неограничивающий пример лидарной системы 310. Следует отметить, что лидарная система 230 (см. фиг. 2) может быть реализована аналогично реализации лидарной системы 310.
[00090] В широком смысле слова лидарная система 310 может содержать множество внутренних компонентов, таких как, но без ограничения: (i) компонент 312 источника света (также упоминаемый как “компонент источника излучения”), (ii) компонент 316 сканера, (iii) компонент 318 приемника (также упоминаемый как “система обнаружения”) и (iv) компонент 320 контроллера. Предполагается, что в дополнение к внутренним компонентам, не исчерпывающе перечисленным выше, лидарная система 310 может дополнительно содержать множество датчиков (таких как, например, датчик температуры, датчик влажности и т.д.), которые опущены на фиг. 3 для ясности.
[00091] В определенных вариантах осуществления один или более внутренних компонентов лидарной системы 310 могут быть реализованы в общем корпусе 340, как изображено на фиг. 3. В других реализациях, по меньшей мере компонент 320 контроллера может быть расположен за пределами общего корпуса 340 и, опционально, удаленно от него.
Компонент источника света
[00092] Компонент 312 источника света соединен с возможностью связи с компонентом 320 контроллера и выполнен с возможностью испускания излучения, такого как сигнал излучения в форме пучка. В определенных вариантах осуществления компонент 312 источника света выполнен с возможностью излучения света. Компонент 312 источника света содержит один или более лазеров, которые излучают свет, имеющий конкретную рабочую длину волны. Рабочая длина волны компонента 312 источника света может быть в инфракрасном, видимом и/или ультрафиолетовом участках электромагнитного спектра. Например, компонент 312 источника света может включать в себя один или более лазеров с рабочей длиной волны между около 650 нм и 1150 нм. Альтернативно, источник света может включать в себя лазерный диод, выполненный с возможностью излучения света на длине волны между около 800 нм и около 1000 нм, между около 850 нм и около 950 нм или между около 1300 нм и около 1600 нм. Однако следует отметить, что компонент 312 источника света может включать в себя лазеры с разными рабочими длинами волн, без отклонения от объема настоящей технологии. В определенных других вариантах осуществления компонент 312 источника света содержит светоизлучающий диод (LED) или волоконный лазер.
[00093] При работе компонент 312 источника света генерирует выходной пучок 322 света. Предполагается, что выходной пучок 322 может иметь любую подходящую форму, такую как непрерывная волна или импульс. Как проиллюстрировано на фиг. 3, выходной пучок 322 выходит из лидарной системы 310 и направляется от места излучения в направлении окружения 250.
[00094] Положим, что объект 330 расположен на расстоянии 390 от лидарной системы 310. Однако следует отметить, что, как будет пояснено ниже более подробно, присутствие объекта 330 и расстояние 390 не известны априори, и целью лидарной системы 310 является определение местоположения объекта 330 и/или захват данных для построения многомерной карты по меньшей мере участка окружения 250 с объектом 330 (и другими потенциальными объектами), представленным на ней в форме одной или более точек данных.
[00095] Когда выходной пучок 322 достигает объекта 330, объект 330 может отражать по меньшей мере часть света из выходного пучка 322, и некоторые из отраженных пучков света могут возвращаться в направлении лидарной системы 310. Под отраженным понимается, что по меньшей мере часть пучка света из выходного пучка 322 отражается от объекта 330. Часть пучка света из выходного пучка 322 может поглощаться объектом 330.
[00096] В примере, проиллюстрированном на фиг. 3, отраженный пучок света представлен входным пучком 324. Входной пучок 324 захватывается лидарной системой 310 посредством компонента 318 приемника. Следует отметить, что в некоторых случаях входной пучок 324 может содержать только относительно малую долю света из выходного пучка 322. Следует также отметить, что угол входного пучка 324 относительно поверхности объекта 330 (“угол падения”) может быть таким же или отличным от угла выходного пучка 322 относительно поверхности объекта 330 (“угла отражения”).
[00097] Рабочая длина волны лидарной системы 310 может лежать в пределах участков электромагнитного спектра, которые соответствуют свету, создаваемому солнцем. Поэтому, в некоторых случаях, солнечный свет может действовать как фоновый шум, который может затенять световой сигнал, обнаруживаемый лидарной системой 310. Этот солнечный фоновый шум может приводить к ложноположительным обнаружениям и/или может иным образом искажать измерения лидарной системы 310. Хотя может быть приемлемым повышать отношение сигнала к шуму (SNR) лидарной системы 310 путем повышения уровня мощности выходного пучка 322, это может оказаться нежелательным по меньшей мере в некоторых ситуациях. Например, повышение уровней мощности выходного пучка 322 может привести к тому, что лидарная система 310 будет небезопасной для зрения.
[00098] Предполагается, что лидарная система 310 может содержать безопасный для зрения лазер, или, иными словами, лидарная система 310 может быть классифицирована как безопасная для зрения лазерная система или лазерный продукт. В широком смысле слова, безопасный для зрения лазер, лазерная система или лазерный продукт может представлять собой систему с некоторым или всем из: длины волны излучения, средней мощности, пиковой мощности, пиковой интенсивности, энергии импульса, размера пучка, расходимости пучка, длительности экспозиции или сканируемого выходного пучка, такими, что свет, излучаемый из этой системы, имеет низкую возможность или не имеет никакой возможности причинения вреда глазам человека.
[00099] Как было упомянуто ранее, компонент 312 источника света может включать в себя один или более импульсных лазеров, выполненный с возможностью генерирования, испускания или излучения импульсов света с определенной длительностью импульса. Например, компонент 312 источника света может быть выполнен с возможностью излучения импульсов с длительностью импульса (например, шириной импульса) в диапазоне от 10 пс до 100 нс. В другом примере компонент 312 источника света может излучать импульсы с частотой повторения импульсов приблизительно от 100 кГц до 5 МГц или периодом импульсов (например, временем между последовательными импульсами) приблизительно от 200 нс до 10 мкс. В целом, однако, компонент 312 источника света может генерировать выходной пучок 322 с любой подходящей средней оптической мощностью, и выходной пучок 322 может включать в себя оптические импульсы с любой подходящей энергией импульса или пиковой оптической мощностью для данного приложения.
[000100] В некоторых вариантах осуществления компонент 312 источника света может содержать один или более лазерных диодов, таких как, но без ограничения: лазерный диод Фабри-Перо, лазер на квантовой яме, лазер с распределенным брэгговским отражателем (DBR), лазер с распределенной обратной связью (DFB) или лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором (VCSEL). Только в качестве примеров, данный лазерный диод, работающий в компоненте 312 источника света, может представлять собой лазерный диод на арсениде алюминия-галлия (AlGaAs), лазерный диод на арсениде индия-галлия (InGaAs) или лазерный диод на арсениде-фосфиде индия-галлия (InGaAsP) или любой другой подходящий лазерный диод. Также предполагается, что компонент 312 источника света может включать в себя один или более лазерных диодов, которые модулируются током, чтобы генерировать оптическое импульсы.
[000101] В некоторых вариантах осуществления выходной пучок 322, излучаемый компонентом 312 источника света, представляет собой коллимированный оптический пучок с любой расходимостью пучка, подходящей для данного приложения. В широком смысле слова, расходимость выходного пучка 322 представляет собой угловую меру увеличения размера пучка (например, радиуса пучка или диаметра пучка) по мере того, как выходной пучок 322 распространяется от компонента 312 источника света или лидарной системы 310. В некоторых вариантах осуществления выходной пучок 322 может иметь по существу круговое поперечное сечение.
[000102] Также предполагается, что выходной пучок 322, излучаемый компонентом 312 источника света, может быть не поляризован или произвольно поляризован, может не иметь конкретной или фиксированной поляризации (например, поляризация может изменяться по времени) или может иметь конкретную поляризацию (например, выходной пучок 322 может быть линейно поляризованным, эллиптически поляризованным или иметь круговую поляризацию).
[000103] По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления выходной пучок 322 и входной пучок 324 могут быть по существу коаксиальными. Другими словами, выходной пучок 322 и входной пучок 324 могут по меньшей мере частично перекрываться или совместно использовать общую ось распространения, так что входной пучок 324 и выходной пучок 322 распространяются вдоль по существу одного и того же оптического пути (хотя и в противоположных направлениях). Тем не менее, в других вариантах осуществления предполагается, что выходной пучок 322 и входной пучок 324 могут не быть коаксиальными, или, другими словами, могут не перекрываться или не использовать совместно общую ось распространения внутри лидарной системы 310, без отклонения от объема настоящей технологии.
[000104] Следует отметить, что, по меньшей мере, в некоторых вариантах осуществления настоящей технологии компонент 312 источника света может вращаться, например, на 360 градусов или меньше, вокруг оси вращения (не изображена) лидарной системы 310, когда лидарная система 310 реализована во вращаемой конфигурации. Однако в других вариантах осуществления компонент 312 источника света может быть стационарным, даже когда лидарная система 310 реализована во вращаемой конфигурации, без отклонения от объема настоящей технологии.
Внутренние пути пучков
[000105] Как схематично проиллюстрировано на фиг. 3, лидарная система может использовать данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков для излучения выходного пучка 322 (сгенерированного компонентом 312 источника света) в направлении окружения 250. В одном примере данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков может позволять предоставлять свет от компонента 312 источника света на компонент 316 сканера, и, в свою очередь, компонент 316 сканера может позволять направлять выходной пучок 322 от места излучения в направлении окружения 250.
[000106] Также лидарная система 310 может использовать другой данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков для предоставления входного пучка 324 на компонент 318 приемника. В одном примере другой данный внутренний путь пучка среди множества внутренних путей 314 пучков может позволить предоставить входной пучок 324 от компонента 316 сканера на компонент 318 приемника. В другом примере другой данный внутренний путь пучка среди множества внутренних путей 314 пучков может позволить предоставить входной пучок 324 непосредственно из окружения 250 на компонент 318 приемника (без прохождения входного пучка 324 через компонент 316 сканера).
[000107] Следует отметить, что множество внутренних путей 314 пучков могут содержать множество оптических компонентов. Например, лидарная система 310 может включать в себя один или более оптических компонентов, выполненных с возможностью преобразования, формирования, фильтрования, модифицирования, управления или направления выходного пучка 322 и/или входного пучка 324. Например, лидарная система 310 может включать в себя одну или более линз, зеркал, фильтров (например, полосовых или интерференционных фильтров), оптических волокон, циркуляторов, разделителей пучка, поляризаторов, поляризующих разделителей пучка, волновых пластинок (например, полуволновых или четвертьволновых пластинок), дифракционных элементов, микроэлектромеханических (MEM) элементов, коллиматорных элементов или голографических элементов.
[000108] Предполагается, что по меньшей мере в некоторых вариантах осуществления данный внутренний путь пучка и другой внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков могут совместно использовать по меньшей мере некоторые общие оптические компоненты, однако это может не требоваться в каждом варианте осуществления настоящей технологии.
Компонент сканера
[000109] Говоря в общем, компонент 316 сканера направляет выходной пучок 322 в одном или более направлениях от места излучения в направлении окружения 250. Компонент 316 сканера может содержать множество оптических компонентов и/или компонентов механического типа для выполнения сканирования выходного пучка 322. Например, компонент 316 сканера может включать в себя одно или более зеркал, призм, линз, MEM компонентов, пьезоэлектрических компонентов, оптических волокон, разделителей, дифракционных элементов, коллиматорных элементов и тому подобного. Следует отметить, что компонент 316 сканера может также включать в себя один или более приводов (не проиллюстрированы), приводящих в действие по меньшей мере некоторые оптические компоненты, например, чтобы вращаться, наклоняться, поворачиваться или перемещаться по углу вокруг одной или более осей.
[000110] Компонент 316 сканера может быть выполнен с возможностью сканирования выходного пучка 322 во множестве горизонтальных угловых диапазонов и/или вертикальных угловых диапазонов. Другими словами, компонент 316 сканера может приводиться в действие, чтобы предоставлять лидарной системе 310 желательную интересующую область(ROI) 380. ROI 380 лидарной системы 310 может относиться к площади, объему, области, угловому диапазону и/или участку(ам) окружения 250, для сканирования которых лидарная система 310 может быть выполнена и/или может захватывать данные.
[000111] Следует отметить, что компонент 316 сканера может быть выполнен с возможностью сканирования выходного пучка 322 горизонтально и/или вертикально, и, как таковая, ROI 380 лидарной системы 310 может иметь горизонтальное направление и вертикальное направление. Например, лидарная система 310 может иметь горизонтальную ROI 380 в 360 градусов и вертикальную ROI 380 в 45 градусов.
[000112] Компонент 316 сканера может быть соединен с возможностью связи с компонентом 320 контроллера. Например, компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью управления компонентом 316 сканера, чтобы направлять выходной пучок 322 в желательном направлении от места излучения и/или по желательному растру. В широком смысле слова растр может относиться к диаграмме или пути, по которому выходной пучок 322 направляется компонентом 316 сканера во время работы.
[000113] Лидарная система 310 может таким образом использовать растр, чтобы генерировать облако точек, по существу охватывающее ROI 380 лидарной системы 310. Как будет описано более подробно здесь дополнительно ниже, это облако точек лидарной системы 310 может использоваться, чтобы визуализировать многомерную карту объектов в окружении 250 транспортного средства 220.
[000114] При работе в определенных вариантах осуществления компонент 312 источника света излучает импульсы света (представленные выходным пучком 322), которые компонент 316 сканера сканирует по ROI 380 лидарной системы 310 в соответствии с растром. Как упомянуто выше, объект 330 может отражать один или несколько излучаемых импульсов. Компонент 318 приемника принимает или обнаруживает фотоны из входного пучка 324 и генерирует одно или несколько представлений сигналов данных. Например, компонент 318 приемника может генерировать выходной электрический сигнал (не изображен), который представляет входной пучок 324. Компонент 318 приемника может также обеспечивать сгенерированный таким образом электрический сигнал на компонент 320 контроллера для дополнительной обработки.
Компонент приемника
[000115] Компонент 318 приемника соединен с возможностью связи с компонентом 320 контроллера и может быть реализован разнообразными способами. Например, компонент 318 приемника может содержать фотоприемник, оптический приемник, оптический датчик, детектор, фотодетектор, оптический детектор, оптические волокна и тому подобное. Как упомянуто выше, в некоторых вариантах осуществления компонент 318 приемника получает или обнаруживает по меньшей мере часть входного пучка 324 и вырабатывает электрический сигнал, который соответствует входному пучку 324. Например, если входной пучок 324 включает в себя оптический импульс, компонент 318 приемника может выработать электрический ток или импульс напряжения, который соответствует оптическому импульсу, обнаруженному компонентом 318 приемника.
[000116] Предполагается, что компонент 318 приемника может быть реализован с помощью одного или более лавинных фотодиодов (APD), одного или более однофотонных лавинных диодов (SPAD), одного или более PN-фотодиодов (например, со структурой фотодиода, сформированной полупроводником р-типа и полупроводником n-типа), одного или более PIN-фотодиодов (например, со структурой фотодиода, сформированной нелегированной собственной полупроводниковой областью, расположенной между областями р-типа и n-типа) и тому подобного.
[000117] В некоторых не ограничивающих вариантах осуществления компонент 318 приемника может также содержать схему, которая выполняет усиление сигнала, дискретизацию, фильтрацию, формирование сигнала, аналого-цифровое преобразование, время-цифровое преобразование, детектирование импульса, пороговое детектирование, детектирование нарастающего фронта, детектирование спадающего фронта и тому подобное. Например, компонент 318 приемника может включать в себя электронные компоненты, выполнение с возможностью преобразования принятого фототока (например, тока, выработанного посредством APD в ответ на принятый оптический сигнал) в сигнал напряжения. Компонент 318 приемника может также включать в себя дополнительную схему для формирования аналогового или цифрового выходного сигнала, который соответствует одной или более характеристикам (например, нарастающему фронту, спадающему фронту, амплитуде, длительности и тому подобному) принятого оптического импульса.
Компонент контроллера
[000118] В зависимости от реализации, компонент 320 контроллера может включать в себя один или более процессоров, специализированную интегральную схему (ASIC), программируемую вентильную матрицу (FPGA) и/или другую подходящую схему. Компонент 320 контроллера может также включать в себя не-временную считываемую компьютером память для хранения инструкций, исполняемых компонентом 320 контроллера, а также данных, которые компонент 320 контроллера может формировать на основе сигналов, полученных от других внутренних компонентов лидарной системы 310, и/или может обеспечивать сигналы на другие внутренние компоненты лидарной системы 310. Память может включать в себя энергозависимые (например, RAM) и/или энергонезависимые (например, флэш-память, жесткий диск) компоненты. Компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью генерирования данных во время работы и сохранения их в памяти. Например, эти данные, сгенерированные компонентом 320 контроллера, могут указывать точки данных в облаке точек лидарной системы 310.
[000119] Предполагается, что по меньшей мере в некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии компонент 320 контроллера может быть реализован аналогично электронному устройству 210 и/или компьютерной системе 100, без отклонения от объема настоящей технологии.
[000120] В дополнение к сбору данных от компонента 318 приемника, компонент 320 контроллера может также быть выполнен с возможностью предоставлять управляющие сигналы на и потенциально принимать диагностические данные от компонента 312 источника света и компонента 316 сканера.
[000121] Как изложено ранее, компонент 320 контроллера соединен с возможностью связи с одним или более из компонента 312 источника света, компонента 316 сканера и компонента 318 приемника. Компонент 320 контроллера может принимать электрические запускающие импульсы от компонента 312 источника света, где каждый электрический запускающий импульс соответствует излучению оптического импульса компонентом 312 источника света. Компонент 320 контроллера может дополнительно предоставлять инструкции, управляющий сигнал и/или запускающий сигнал на компонент 312 источника света, указывая, когда компонент 312 источника света должен формировать оптические импульсы.
[000122] Только в качестве примера, компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью отправления электрический запускающий сигнал, который включает в себя электрические импульсы, так что компонент 312 источника света излучает оптический импульс в ответ на каждый электрический импульс электрического запускающего сигнала. Также предполагается, что компонент 320 контроллера может вызвать регулировку компонентом 312 источника света одной или более характеристик света, формируемого компонентом 312 источника света, таких как, но без ограничения: частота, период, длительность, энергия импульса, пиковая мощность, средняя мощность и длина волны оптических импульсов.
[000123] Следует отметить, что компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью определения значения “времени пролета” для оптического импульса на основе информации тайминга, связанной с тем, (i) когда данный импульс был излучен компонентом 312 источника света, и (ii) когда часть импульса (например, из входного пучка 324) была обнаружена или принята компонентом 318 приемника.
[000124] Предполагается, что компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью анализа одной или более характеристик электрических сигналов от компонента 312 источника света и/или компонента 318 приемника, чтобы определять одну или более характеристик объекта 330, таких как расстояние 390 от места излучения из лидарной системы 310.
[000125] Например, компонент 320 контроллера может определять значение времени пролета и/или значение модуляции фазы для излученного импульса выходного пучка 322. Положим, что лидарная система 310 определяет значение “T” времени пролета, представляющее по смыслу время “двустороннего распространения” для излученного импульса, чтобы пройти от лидарной системы 310 на объект 330 и обратно на лидарную систему 310. В результате, компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью определять расстояние 390 в соответствии со следующим уравнением:
(Уравнение 1)
8
где D обозначает расстояние 390, T обозначает значение времени пролета, и c обозначает скорость света (приблизительно 3,0×10 м/с).
[000126] Как было упомянуто ранее, лидарная система 310 может использоваться, чтобы определять расстояние до одного или более других потенциальных объектов, расположенных в окружении 250. Путем сканирования выходного пучка 322 по ROI 380 лидарной системы 310 в соответствии с растром, лидарная система 310 выполнена с возможностью отображать расстояния (аналогичные расстоянию 390) на соответственные точки данных в ROI 380 лидарной системы 310. В результате, лидарная система 310 может быть выполнена с возможностью визуализировать эти точки данных, захваченные последовательно (например, облако точек), в форме многомерной карты.
[000127] В качестве примера, эта многомерная карта может использоваться электронным устройством 210 для обнаружения или идентификации иным образом объектов или определения формы, или расстояния потенциальных объектов в пределах ROI 380 лидарной системы 310. Предполагается, что лидарная система 310 может быть выполнена с возможностью повторного/итерационного захвата и/или генерирования облака точек с любой подходящей скоростью для данного приложения.
[000128] Следует отметить, что местоположение данного объекта в окружении 250 транспортного средства 220 может перекрываться, охватываться или заключаться по меньшей мере частично в пределах ROI лидарной системы 310. Например, объект 330 может включать в себя, полностью или частично, человека, транспортное средство, мотоцикл, грузовик, поезд, велосипед, кресло-каталку, детскую коляску, пешехода, животное, дорожный знак, светофор, разметку полосы, дорожную разметку, пространство парковки, дорожный конус, отбойник, дорожное заграждение, выбоину, железнодорожный переезд, препятствие на дороге или рядом с ней, бордюр, остановившееся транспортное средство на дороге или рядом с ней, опору воздушной линии, дом, здание, мусорный бак, почтовый ящик, дерево, любой другой подходящий объект или любую подходящую комбинацию, полностью или частично, двух или более объектов.
Конкретные компоненты системы
[000129] Со ссылкой на фиг. 4 изображена реализация лидарной системы 310, выполненная в соответствии с конкретным неограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии.
[000130] Более конкретно, в лидарной системе 310 компонент 312 источника света содержит лазер 402 и коллиматор 404; компонент 316 сканера содержит оптическое волокно 406 (также упоминаемое здесь как “первое оптическое волокно”), соединенное с возможностью связи с компонентом 312 источника света и расположенное с возможностью передачи выходного пучка 322 от входного конца 407 к выходному концу 409 оптического волокна 406 вдоль оптической оси оптического волокна 406, привод 410 для сообщения движения выходному концу 409 оптического волокна 406 и компонент 411 линзы (также упоминаемый здесь как “оптическая линза”), выполненный с возможностью передачи выходного пучка 322 через компонент 411 линзы как модулированный выходной пучок в направлении ROI 380; и компонент 318 приемника содержит оптический детектор 416. Следует отметить, что могут присутствовать другие элементы, не проиллюстрированные в целях ясности. При использовании, приведение в действие выходного конца 409 оптического волокна 406 вызывает модуляцию распространения выходного пучка 322, излучаемого к ROI 380, что будет описано более подробно ниже.
[000131] Лазер 402 выполнен с возможностью генерирования выходного пучка 322. В определенных вариантах осуществления сгенерированный выходной пучок 322 содержит множество последовательных выходных пучков. Дополнительно каждый выходной пучок 322 может коллимироваться и/или модулироваться коллиматором 404. Как обсуждалось ранее, лидарная система 310 может использовать данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков для излучения выходного пучка 322 в направлении ROI 380. В одном примере данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков может позволять предоставлять коллимированный и/или модулированный выходной пучок 322 от коллиматора 404 в направлении оптического волокна 406.
1
2
1
2
[000132] Оптическое волокно 406 выполнено с возможностью передачи выходного пучка 322 от своего входного конца 407 к своему выходному концу 409 вдоль оптической оси оптического волокна 406. Выходной конец 409 оптического волокна 406 разнесен от компонента 411 линзы на фокусное расстояние 418. Компонент 411 линзы выполнен, чтобы дифрагировать выходной пучок 322, так что угловое распространения выходного пучка 322 увеличивается. Более конкретно, выходной пучок 322 может рассматриваться как излучаемый от выходного конца 409 оптического волокна 406 во время t1 с первым угловым распространением Ɵ. После дифракции компонентом 411 линзы, выходной пучок 322 имеет второе угловое распространение Ɵ, которое больше, чем первое угловое распространение Ɵ. Лидарная система 310 может быть обеспечена одним или несколькими компонентами 411 линз, имеющими оптические свойства, отличающиеся друг от друга и, таким образом, обеспечивающими отличающееся второе угловое распространение Ɵ. Может быть обеспечен механизм для переключения между разными компонентами линзы и регулирования фокусного расстояния 418.
[000133] Привод 410 содержит некоторый компонент, который может сообщать движение (также упоминаемое здесь как “движение первого оптического волокна” и “движение оптического волокна”) по меньшей мере выходному концу 409 оптического волокна 406, чтобы модулировать относительные положения выходного конца 409 и компонента 411 линзы. В этом отношении, привод 410 дополнительно содержит фиксирующий компонент (не показан), чтобы фиксировать оптическое волокно 406 в первой точке 420 фиксации вдоль длины оптического волокна 406. Первая точка 420 фиксации определяет точку поворота вдоль длины оптического волокна 406, фиксируя оптическое волокно 406 в точке поворота и разрешая движение оптического волокна 406 на выходном конце 409. В определенных вариантах осуществления привод 410 содержит пьезоэлектрический компонент, который может вызывать движение через изменение формы, вызванное электрическим током. Компонент 320 контроллера соединен с возможностью связи с приводом 410 и выполнен с возможностью отправления инструкции на привод 410, чтобы управлять его движением и, таким образом, движением выходного конца 409 оптического волокна 406.
[000134] Компонент 411 линзы содержит некоторое пропускающее оптическое устройство, такое как линза или призма, которое может увеличивать угол распространения выходного пучка 322 (например, посредством рефракции, чтобы рассеивать свет). Компонент 411 линзы может представлять собой простую или составную линзу. В определенных вариантах осуществления линза представляет собой дивергентную линзу. В определенных вариантах осуществления компонент 411 линзы обеспечивает возможность пропускания света во множестве направлений. Например, компонент 411 линзы обеспечивает возможность передачи через него как выходного пучка 322, так и входного пучка 324.
1
2
1
3
4
4
3
5
6
6
5
[000135] Движение оптического волокна содержит множество положений выходного конца 409 оптического волокна 406. Три таких положения, во времена t1, t2 и t3, например, проиллюстрированы на фиг. 4, но будет понятно, что настоящая технология не ограничена проиллюстрированными тремя положениями и может включать в себя больше или меньше, чем три положения. Во время t1, выходной пучок 322 излучается от выходного конца 409 оптического волокна 406 с первым угловым распространением, Ɵ, и после дифракции компонентом 411 линзы, выходной пучок 322 имеет второе угловое распространение Ɵ, которое больше, чем первое угловое распространение Ɵ. Во время t2, оптическое волокно 406 определяет первое угловое распространение Ɵ, на излучении от выходного конца 409 оптического волокна 406, и второе угловое р распространение Ɵ, после дифракции компонентом 411 линзы, причем второе угловое распространение Ɵ больше, чем первое угловое распространение Ɵ. Во время t3, оптическое волокно 406 определяет первое угловое распространение Ɵ, на излучении от выходного конца 409 оптического волокна 406, и второе угловое распространение Ɵ, после дифракции компонентом 411 линзы, причем второе угловое распространение Ɵ больше, чем первое угловое расширение Ɵ.
Total1
Total2
Total2
Total1
[000136] Во время движения оптического волокна 406, полное расширение выходного пучка 322, излучаемого выходным концом 409 оптического волокна 406, определяется как полное первое распространение Ɵ. После дифракции компонентом 411 линзы, полное распространение модулированного выходного пучка определяется как полное второе распространение Ɵ. В определенных вариантах осуществления настоящей технологии полное второе распространение Ɵ больше, чем полное первое распространение Ɵ. Таким образом, усиливается выходной пучок 322, сканирующий интересующую область.
[000137] Привод 410 выполнен с возможностью перемещения, чтобы вызывать движение выходного конца 409 оптического волокна 406. В определенных вариантах осуществления привод 410 выполнен так, чтобы вызывать колебательное движение, по меньшей мере в одной плоскости, в выходном конце 409 оптического волокна 406. В этом отношении, и как проиллюстрировано на фиг. 4, в определенных вариантах осуществления привод 410 выполнен с возможностью движения назад и вперед в противоположных направлениях, как указано стрелками, в одной плоскости. Одна плоскость может представлять собой вертикальную плоскость или горизонтальную плоскость. В других вариантах осуществления (не проиллюстрированы) привод 410 выполнен с возможностью движения в двух плоскостях, что может вызывать колебательное движение в вертикальной и горизонтальной плоскости выходного конца 409 оптического волокна 406. В таких альтернативных вариантах осуществления привод 410 может быть реализован как устройство с множеством компонентов, таких как множество пьезоэлектрических компонентов.
Total1
Total2
Total1
Total2
[000138] В определенных вариантах осуществления плоскость полного первого распространения Ɵ является той же самой, что и плоскость движения оптического волокна. В определенных вариантах осуществления плоскость полного второго распространения Ɵ является той же самой, что и плоскость движения оптического волокна. Полное первое распространение Ɵ составляет между около 5 и около 40°, и полное второе распространение Ɵ составляет между около 5 и около 40° или больше, чем около 5 и около 40°, в определенных вариантах осуществления.
Total1
Total1
[000139] В вариантах осуществления, в которых движение оптического волокна происходит в двух плоскостях, полное первое распространение Ɵ может также находиться в двух плоскостях. Две плоскости движения оптического волокна могут быть теми же самыми, что и две плоскости первого распространения Ɵ.
[000140] Таким образом, благодаря движению выходного конца 409 оптического волокна 406, можно получить увеличенный угол полного распространения выходного пучка 322, переданного к ROI 380, который может затем использоваться для получения множества угловых разрешений объекта 330 в ROI 380. В результате, в определенных вариантах осуществления одна лидарная система 310 может сканировать и захватывать множество угловых разрешений объекта 330. Количество лидарных систем (или количество источников света и детекторов света), требуемых для сканирования объекта, можно минимизировать, тем самым минимизируя затраты на эксплуатацию SDC и повышая срок службы лидарной системы ввиду меньшего числа подвижных деталей.
[000141] Также подразумевается, что в определенных вариантах осуществления лидарная система 310 может быть выполнена с возможностью вращения горизонтально для сканирования ROI 380. В других вариантах осуществления компонент 312 источника света может быть выполнен с возможностью вращения горизонтально для сканирования ROI 380. В этом отношении одно или оба из лидарной системы 310 и компонента 312 источника света могут быть размещены на платформе (не показана), выполненной с возможностью движения горизонтально. В качестве примера, такая платформа может быть расположена внутри лидарной системы 310 или может представлять собой часть общего корпуса 340. В других вариантах осуществления именно компонент 316 сканера выполнен так, чтобы вращаться горизонтально. В определенных вариантах осуществления горизонтальное вращение происходит одновременно с вертикальным и/или горизонтальным распространением выходного пучка 322, созданного движением привода 410.
t1
t2
t3
t1
t2
t3
t1
t2
t3
[000142] Как обсуждалось ранее, лидарная система 310 может использовать данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков для излучения выходного пучка 322 (сгенерированного компонентом 312 источника света) в направлении окружения 250 и для приема отраженных пучков компонентом 318 приемника. На фиг. 4, выходной пучок 322, падающий на ROI 380 в t1, t2 и t2, представлен как 322, 322 и 322. Предполагается, что по меньшей мере участок выходного пучка 322, 322 и 322 может отражаться объектом 330 в ROI 380. Такой отраженный участок выходного пучка является входным пучком 324 и представлен во времена t1, t2 и t3 соответственно входным пучком 324, 324 и 324, который может возвращаться в направлении лидарной системы 310 и захватываться лидарной системой 310 посредством компонента 318 приемника.
t1
t2
t3
t1
t2
t3
t1
t2
t3
t1
t2
t3
[000143] В определенных вариантах осуществления лидарная система 310 может использовать другой данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков для предоставления входного пучка 324, 324 и 324 на компонент 318 приемника. В одном примере другой данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков может позволять предоставлять входные пучки 324, 324 и 324 от компонента 316 сканера на компонент 318 приемника. В другом примере другой данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков может позволять предоставлять входные пучки 324, 324 и 324 непосредственно из ROI 380 на компонент 318 приемника (без прохождения входного пучка 324, 324 и 324 через компонент 316 сканера).
t1
t2
t3
t1
t2
t3
t1
t2
t3
t1
t2
t3
t1
t2
t3
[000144] По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления обратная трасса, связанная с входными пучками 324, 324 и 324, отраженными от ROI 380 в направлении компонента 318 приемника, может включать в себя под-участок, который представляет собой тот же самый путь, что и путь, использованный выходными пучками 322, 322 и 322. Например, обратная трасса может включать в себя входные пучки 324, 324 и 324, падающие на компонент 411 линзы и отражаемые им. Другими словами, по меньшей мере некоторые из выходных пучков 322, 322 и 322 и по меньшей мере некоторые из входных пучков 324, 324 и 324 могут по меньшей мере частично перекрывать или совместно использовать общую ось распространения, так что они движутся по существу по одному и тому же оптическому пути (хотя и в различных направлениях).
t1
t2
t3
t1
t2
t3
t1
t2
t3
t1
t2
t3
[000145] В других вариантах осуществления, предполагается, что выходные пучки 322, 322 и 322 и входные пучки 324, 324 и 324 могут включать в себя под-участок, который является отличающимся путем друг для друга. Другими словами, в определенных вариантах осуществления, входные пучки 324, 324 и 324 и выходные пучки 322, 322 и 322 не перекрываются или не используют совместно общую ось распространения внутри лидарной системы 310.
[000146] Обратимся теперь к фиг. 5-13, на которых проиллюстрированы разные варианты осуществления внутренних путей 314 пучков между компонентом 312 источника света, компонентом 318 приемника и компонентом 316 сканера и, более конкретно, разные варианты осуществления обратного пути входного пучка 324. Компонент 316 сканера содержит привод 410 и компонент 411 линзы, как описано выше. В проиллюстрированных примерах входной пучок 324, который содержит отраженную часть выходного пучка 322, проходит через компонент 411 линзы и направлен на компонент 318 приемника через участок оптического волокна 406 и (ii) обратное оптическое волокно 422.
[000147] Фиг. 5 и 6 иллюстрируют дополнительно передачу выходного пучка 322 и входного пучка 324 варианта осуществления лидарной системы 310 согласно фиг. 4. В этих вариантах осуществления оптическое волокно 406 используется как для передачи входного пучка 324, так и для передачи выходного пучка 322. Оптический циркулятор 424 соединяет оптическое волокно 406 с обратным оптическим волокном 422, которое в свою очередь соединен с возможностью связи с компонентом 318 приемника (фиг. 5). Оптическое волокно 406 в этих вариантах осуществления содержит один канал, через который может распространяться свет. В определенных вариантах осуществления оптическое волокно 406 имеет структуру из оболочки 432 и сердцевины 434, через которые свет может проходить в двух противоположных направлениях в любое время (фиг. 6). Оптический циркулятор 424 соединен с возможностью связи с компонентом 320 контроллера. Компонент 320 контроллера может вызывать управление оптическим циркулятором 424 направлением распространения света через оптическое волокно 406. Другими словами, компонент 320 контроллера может вызвать перенаправление оптическим циркулятором 424  входного пучка 324 на обратное оптическое волокно 422. В фазе вывода оптический циркулятор 424 выполнен с возможностью передачи света в направлении от компонента 312 источника света на компонент 316 сканера. В фазе ввода оптический циркулятор 424 выполнен с возможностью передачи света в направлении от компонента 316 сканера на компонент 318 приемника (от компонента 316 сканера на оптический циркулятор 424 и от оптического циркулятора 424 на компонент 318 приемника через обратное оптическое волокно 422). Компонент 320 контроллера может вызывать модулирование компонента 316 сканера между фазой ввода и фазой вывода на основе одного или более триггеров. Такие триггеры включают в себя тайминг излучения выходного пучка 322 источником света, положение выходного конца 409 оптического волокна 406, положение привода 410, предопределенное время и предопределенный временной интервал, только в качестве некоторых примеров.
[000148] Вариант осуществления лидарной системы 310 согласно фиг. 7 отличается от варианта осуществления согласно фиг. 5 тем, что вместо оптического волокна 406, имеющего один канал распространения, используется двухканальное оптическое волокно 436 для передачи входного пучка 324 и выходного пучка 322. Двухканальное оптическое волокно 436 содержит два канала, один канал для распространения выходного пучка 322 и другой канал для распространения входного пучка 324. Как для оптического волокна 406, двухканальное оптическое волокно 436 зафиксировано в первой точке 420 фиксации и имеет выходной конец (не показан), который выполнен так, чтобы перемещаться приводом 410. Оптический циркулятор 424 соединяет с возможностью связи обратное оптическое волокно 422 с двухканальным оптическим волокном 436 (фиг. 7). Структура поперечного сечения двухканального оптического волокна 436 в определенных вариантах осуществления проиллюстрирована на фиг. 8 и содержит сердцевину 438, внутреннюю оболочку 440 и внешнюю оболочку 441. В определенных вариантах осуществления сердцевина 438 выполнена, чтобы передавать выходной пучок 322, а внутренняя оболочка 440 выполнена, чтобы передавать входной пучок 324. Оптический циркулятор 424 выполнен, чтобы перенаправлять входной пучок 324, поступающий от компонента 316 сканера, в обратное оптическое волокно 422. В фазе вывода, оптический циркулятор 424 выполнен с возможностью передачи света в направлении от компонента 312 источника света на компонент 316 сканера. В фазе ввода оптический циркулятор 424 выполнен с возможностью передачи света от компонента 316 сканера на оптический циркулятор 424 и от компонента 316 сканера на компонент 318 приемника через обратное оптическое волокно 422. Как и ранее, компонент 320 контроллера выполнен с возможностью вызова модулирования компонента 316 сканера между фазой ввода и фазой вывода на основе одного или более триггеров. Такие триггеры могут включать в себя тайминг излучения выходного пучка 322 источником света, положение выходного конца 409 оптического волокна 406, положение привода 410, предопределенное время и предопределенный временной интервал, только в качестве нескольких примеров.
[000149] В другом варианте осуществления вместо двухканального оптического волокна 436, обеспечено оптическое волокно с тремя внутренними трассами (не показано) для передачи входного пучка 324 и выходного пучка 322. В таких вариантах осуществления может использоваться соединитель.
[000150] Вариант осуществления лидарной системы 310 согласно фиг. 9 отличается от варианта осуществления согласно фиг. 5 тем, что оптическое волокно 406 используется для передачи выходного пучка 322, и обратное оптическое волокно 422 (также упоминаемое здесь как “второе оптическое волокно”) используется только для передачи входного пучка 324 (фиг. 9). Не существует совместно используемой трассы между входным пучком 324 и выходным пучком 322. В этом отношении обратное оптическое волокно 422 соединено с возможностью связи на входном конце с компонентом 318 приемника и на выходном конце с компонентом 316 сканера. В определенных вариантах осуществления привод 410 связан с обратным оптическим волокном 422 для сообщения движения входному концу (“движения второго оптического волокна”). В определенных других вариантах осуществления обратное оптическое волокно 422 связано с другим приводом (не показан) для сообщения движения. Компонент 320 контроллера выполнен с возможностью управления соответственными движениями оптического волокна 406 и обратного оптического волокна 422, и в этом отношении в определенных вариантах осуществления движение оптического волокна 406 и обратного оптического волокна 422 скоординировано. Движение оптического волокна 406 и обратного оптического волокна 422 происходит одновременно в определенных вариантах осуществления.
[000151] Оптическое волокно 406 и обратное оптическое волокно 422 могут иметь любую подходящую конфигурацию. В определенных вариантах осуществления оптическое волокно 406 и обратное оптическое волокно 422 имеют, каждое, конфигурацию сердцевины 434 и оболочки 432 (фиг. 10) согласно фиг. 6.
[000152] Вариант осуществления лидарной системы 310 согласно фиг. 11 отличается от варианта осуществления согласно фиг. 9 тем, что вместо одного обратного оптического волокна 422, соединенного с возможностью связи на одном конце с компонентом 318 приемника, может быть обеспечено множество обратных оптических волокон 422 и множество компонентов 318 приемника. Каждое обратное оптическое волокно из множества обратных оптических волокон 422 может быть соединено на одном конце с компонентом 316 сканера, а на своем другом соответственном конце с данным компонентом 318 приемника. Множество обратных оптических волокон 422 может быть выполнено как связка волокон или как матрица волокон (фиг. 12 и 13). В других дополнительных вариантах осуществления оптическое волокно 406 может содержать множество оптических волокон (не показаны). Количество оптических волокон и обратных оптических волокон не ограничено и может содержать любое количество, подходящее для данного применения.
[000153] Любое из оптического волокна 406, обратного оптического волокна 422 и двухканального оптического волокна 436 может также включать в себя внешний оболочечный слой, который не проиллюстрирован на чертежах.
[000154] Обратимся теперь к оптическому детектору 416 компонента 318 приемника. Фиг. 14 изображает реализацию оптического детектора 416, выполненную в соответствии с конкретным неограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии. Как изображено, в определенных вариантах осуществления оптический детектор 416 применяет волоконно-оптическую матрицу 450 и множество детекторов 452-1, 452-2, …52-N. Волоконно-оптическая матрица 450 содержит множество оптических волокон 454. Множество оптических волокон 454, связанных с волоконно-оптической матрицей 450, может быть соединено с множеством детекторов 452-1, 452-2, …452-N для формирования N оптических путей 456-1, 456-2, …456-N от волоконно-оптической матрицы 450 на множество детекторов 452-1, 452-2, …452-N.
[000155] В определенных вариантах осуществления множество детекторов 452-1, 452-2, …452-N взаимно-однозначно соответствуют множеству оптических волокон 454, связанных с волоконно-оптической матрицей 450, и каждый детектор во множестве детекторов 452-1, 452-2, …452-N может быть выполнен для приема входного пучка 324 посредством волоконно-оптической матрицы 450. Другими словами, данное оптическое волокно 454 волоконно-оптической матрицы 450 связано с данным детектором из множества детекторов 452-1, 452-2, …452-N, во взаимно-однозначном отношении. В этих вариантах осуществления данное оптическое волокно и данный детектор соединены посредством данного оптического пути.
[000156] В вышеописанной взаимно-однозначной компоновке множества детекторов 452-1, 452-2, …452-N и множества оптических волокон 454, можно достичь повышенной плотности точек данных в данной ROI 380 и, таким образом, увеличенного разрешения объекта 330 в ROI 380, как будет описано ниже. Под повышенной плотностью точек данных в данной ROI 380 понимается увеличенное количество выходных пучков 322, падающих в ROI 380 в данное время, и, следовательно, увеличенное количество точек данных, определенных в ROI 380 в данное время.
[000157] В вариантах осуществления с вышеуказанной взаимно-однозначной компоновкой, компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью контроля, какое из оптических волокон 454 волоконно-оптической матрицы 450 и связанный с ним детектор принимает конкретный входной пучок 324. При таком процессе контроля, компонент 312 источника света может быть выполнен с возможностью излучения выходного пучка 322 без ожидания обнаружения предшествующего входного пучка 324, что приводит в определенных вариантах осуществления к повышенной плотности точек данных.
[000158] Предполагается, что в определенных других вариантах осуществления вместо взаимно-однозначного отношения между оптическими волокнами 454 волоконно-оптической матрицы 450 и множеством детекторов 452-1, 452-2, …452-N, поднабор множества оптических волокон 454, связанных с волоконно-оптической матрицей 450, может иметь общий детектор из множества детекторов 452-1, 452-2, …452-N. В этих вариантах осуществления будет существовать множество оптических путей, связанных с одним детектором. В таких вариантах осуществления уменьшение количества детекторов может также приводить к экономии затрат. Также, в определенных вариантах осуществления общий детектор из множества детекторов 452-1, 452-2, …452-N может требовать меньшей мощности и пространства, тем самым снижая требование по физическому пространству и мощности при реализации лидарной системы 310.
[000159] В определенных вариантах осуществления оптический детектор 406 может также включать в себя оптоволоконный коннектор 458 и множество микролинз 460-1, 460-2, …460-N. Оптоволоконный коннектор 458 может быть выполнен с возможностью соединения множества оптических волокон 454, связанных с волоконно-оптической матрицей 450, с множеством детекторов 452-1, 452-2, …452-N, чтобы формировать N оптических путей 456-1, 456-2, …456-N от волоконно-оптической матрицы 450 до множества детекторов 452-1, 452-2, …452-N. Множество микролинз 460-1, 460-2, …460-N могут взаимно-однозначно соответствовать множеству детекторов 442-1, 442-2, …442-N и могут быть выполнены для сведения входных пучков 324, переданных посредством множества оптических волокон 454, связанных с волоконно-оптической матрицей 450, на соответствующем множестве детекторов 452-1, 452-2, …452-N.
[000160] Возвращаясь теперь к оптическим волокнам 454, предполагается, что в определенных вариантах осуществления множество оптических волокон 454 могут быть сконструированы как волоконно-оптическая матрица 450 любым способом, таким как лазерная сварка, сварка встык, пайка или тому подобное. Дополнительно, по меньшей мере некоторые из оптических волокон в волоконно-оптической матрице 450 могут иметь ось поддержания поляризации, которая ориентирована или выровнена на основе позиционирования множества оптических волокон. В качестве примера, оси поддержания поляризации оптических волокон 454 все выровнены, чтобы быть по существу параллельными единой плоскости. Как таковая, ось поддержания поляризации может способствовать управлению и поддержке оптическими волокнами 454 определенных поляризаций, например, линейной поляризации.
[000161] Оптические волокна 454 могут иметь любую подходящую конфигурацию. В определенных вариантах осуществления по меньшей мере некоторые из оптических волокон 454 могут иметь круговое поперечное сечение. В определенных других вариантах осуществления по меньшей мере некоторые из оптических волокон 454 могут иметь поперечное сечение, которое не является круговым, таким как многоугольная (например, восьмиугольная, шестнадцатиугольная или другая подходящая многоугольная) форма, или иметь изогнутую периферию с по меньшей мере одной плоской стороной (например, уплощенной стороной на круговом поперечном сечении) или любую другую форму. Оптические волокна 454 могут иметь любой подходящий коэффициент преломления.
[000162] В определенных вариантах осуществления по меньшей мере некоторые из оптических волокон 454 могут дополнительно включать в себя фильтр, такой как фильтры на волоконной брэгговской решетке (FBG) (не показано), чтобы фильтровать определенные длины волн света. В определенных вариантах осуществления фильтры FBG отражают определенные длины волн света и передают другие длины волн.
[000163] Предполагается, что отдельные оптические волокна 454 в волоконно-оптической матрице 450 могут быть скомпонованы любым образом, например, выровненными рядами, ступенчатыми рядами, в круговой или спиральной конфигурации, или тому подобном. Будет понятно, что физические характеристики волоконно-оптической матрицы 450, а также отдельных оптических волокон 454 не ограничены. Аналогично приемные концы множества оптических волокон 454, связанных с волоконно-оптической матрицей 450, посредством которой принимается входной пучок 324, могут быть скомпонованы любым образом как двумерная матрица, например, с одинаковым или неодинаковым разнесением. Волоконно-оптическая матрица 450 может иметь одинаковое или неодинаковое количество приемных концов по оси x или оси y.
[000164] В определенных вариантах осуществления обеспечена приемная линза (не показана), выполненная с возможностью фокусирования входных пучков 324 на один из приемных концов оптических волокон 454 волоконно-оптической матрицы 450. В определенных вариантах осуществления расстояние между приемной линзой и одним из приемных концов оптических волокон 454 волоконно-оптической матрицы 450 содержит фокусное расстояние входного пучка 324. Торцевая поверхность волоконно-оптической матрицы 450 может находиться в фокальной плоскости приемной линзы. Дополнительно для данного временного интервала обнаружения приемная линза может быть выполнена с возможностью фокусирования разных входных пучков 324 на разных приемных концах оптических волокон 454 волоконно-оптической матрицы 450. В этом отношении в определенных вариантах осуществления приемная линза может быть выполнена с возможностью перемещения или наклона подходящим образом, так что по меньшей мере один из входных пучков 324 может быть сфокусирован на по меньшей мере одном из множества оптических волокон 454. Перемещение приемной линзы может управляться компонентом 320 контроллера.
[000165] Как обсуждалось ранее, в определенных вариантах осуществления множество детекторов 452-1, 452-2, …452-N может быть выполнено с возможностью обнаружения по меньшей мере оптического сигнала входных пучков 324 и формирования соответствующего электрического сигнала. Например, если входной пучок 324 содержит оптический импульс, множество детекторов 452-1, 452-2, …452-N могут обнаруживать оптические импульсы и формировать электрические сигналы, такие как электрический ток или импульсы напряжения, которые соответствуют обнаруженным оптическим сигналам.
[000166] Предполагается, что множество детекторов 452-1, 452-2, …452-N могут быть реализованы как фотодетекторы с одним или несколькими лавинными фотодиодами (APD), одним или несколькими однофотонными лавинными диодами (SPAD), одним или несколькими PN-фотодиодами (например, со структурой фотодиода, сформированной полупроводником р-типа и полупроводником n-типа), одним или несколькими PIN-фотодиодами (например, со структурой фотодиода, сформированной нелегированной собственной полупроводниковой областью, расположенной между областями р-типа и n-типа) и тому подобное.
[000167] Возвращаясь теперь к компоненту 320 контроллера, в определенных вариантах осуществления множество детекторов 452-1, 452-2, …452-N  соединены с возможностью связи с компонентом 320 контроллера. Компонент 320 контроллера выполнен с возможностью приема электрических сигналов от множества детекторов 452-1, 452-2, …452-N и может дополнительно быть выполнено с возможностью анализа электрических сигналов для обнаружения объекта 330 в ROI 380. Предполагается, что компонент 320 контроллера может использовать любые подходящие методы (такие как методы на основе определения “времени пролета”, как обсуждалось ранее) для обнаружения объектов без отклонения от принципов, представленных здесь.
[000168] Компонент 320 контроллера может дополнительно быть соединен с возможностью связи с компонентом 312 источника света таким образом, что компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью управления излучением от компонента 312 источника света. В одном варианте осуществления излучение следующего выходного пучка (пучков) после излучения выходного пучка 322 может быть скоординировано с обнаружением входных пучков 324 оптическим детектором 416. Как таковой, компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью вызова излучения компонентом 312 источника света выходного пучка (пучков) после того, как был обнаружен входной пучок 324. В других вариантах осуществления компонент 312 источника света может быть выполнен с возможностью независимой работы  от оптического детектора 416. То есть компонент 312 источника света может излучать следующий выходной пучок (пучки) без координации с обнаружением входных пучков 324 оптическим детектором 406.
Реализуемые компьютером способы
[000169] Обратимся теперь к фиг. 15, где проиллюстрирована блок-схема последовательности операций способа 600 для обнаружения объектов в интересующей области в соответствии с различными неограничивающими вариантами осуществления настоящей технологии.
[000170] В некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии способ 600 может быть реализован компонентом 320 контроллера, соединенным с возможностью связи с лидарной системой 310. Как обсуждалось ранее, по меньшей мере в некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии компонент 320 контроллера может включать в себя один или несколько процессоров и может быть реализован аналогично электронному устройству 210 и/или компьютерной системе 100, без отклонения от объема настоящей технологии. Способ 600 начинается на этапе 602.
[000171] Этап 602: вызов излучения источником излучения выходного пучка, падающего на первое оптическое волокно, причем первое оптическое волокно имеет входной конец, соединенный с возможностью связи с источником излучения и выполненный с возможностью передачи выходного пучка вдоль оптической оси первого оптического волокна к выходному концу, причем выходной пучок на выходном конце имеет первое распространение.
[000172] На этапе 602 компонент 320 контроллера предоставляет инструкции, управляющий сигнал и/или сигнал запуска на компонент 312 источника света, указывая, когда компонент 312 источника излучения (такой как компонент источника света) должен излучать выходной пучок 322 в направлении оптического волокна 406. На одном или более этапах способа 600 компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью вызова излучения компонентом 312 источника света выходного пучка 322 при определенных условиях. Такие условия могут включать в себя одно или более из следующего: при работе транспортного средства 220 в беспилотном режиме; когда транспортное средство 220 находится в движении независимо от режима вождения; когда транспортное средство 220 неподвижно; когда транспортное средство 220 первоначально включено; в предопределенное время или местоположении; и на основе ручной операции, выполняемой пользователем, приводящим в действие транспортное средство 220, и т.д.
[000173] Этап 604: вызов сообщения приводом, соединенным с первым оптическим волокном, движения первого оптического волокна выходному концу первого оптического волокна, причем движение первого оптического волокна содержит множество положений выходного конца первого оптического волокна, определяющих полное первое распространение выходного пучка, когда выходной конец движется; причем оптическая линза, расположенная на фокусном расстоянии от выходного конца первого оптического волокна, выполнена с возможностью передачи выходного пучка через оптическую линзу в направлении интересующей области и вызова распространения выходного пучка на второе распространение выходного пучка, причем второе распространение больше, чем первое распространение, и полное второе распространение выходного пучка, когда выходной конец движется, больше, чем полное первое распространение.
Total1
1’
2’
1
Total2
Total1
[000174] На этапе 604 способа 600 процессор вызывает сообщение движения приводом 410, соединенным с оптическим волокном 406, выходному концу 409 оптического волокна 406. Движение содержит множество положений выходного конца 409 оптического волокна 406, которые определяют полное первое распространение Ɵ выходного пучка 322, когда выходной конец 409 движется и во множестве положений. Выходной пучок 322 передается через компонент 411 линзы, который расположен на расстоянии, соответствующем фокусному расстоянию 418, от выходного конца 409 оптического волокна 406. Компонент 411 линзы выполнен с возможности передачи выходного пучка 322 в направлении ROI 380 и вызова распространения выходного пучка 322 на второе распространение Ɵ, второе распространение Ɵ больше, чем первое распространение Ɵ. Полное второе распространение Ɵ выходного пучка 322, когда выходной конец 409 движется, таким образом, больше, чем полное первое распространение Ɵ.
[000175] На одном или более не ограничивающих этапах  способа 600, компонент 320 контроллера принимает обнаруженный оптический сигнал из входного пучка 324, например, от компонента 318 приемника или оптического детектора 416. В вариантах осуществления, где оптический детектор 416 представляет собой волоконно-оптическую матрицу 450, способ 600 содержит определение связи между данным детектором из множества детекторов 452, обнаруженным оптическим сигналом и данным выходным пучком 322. В определенных вариантах осуществления, в которых лидарная система включает в себя оптический циркулятор 424, способ содержит вызов перенаправления входного пучка 324 в направлении компонента 318 приемника.
[000176] На одном или более неограничивающих этапах  способа 600, чтобы определить объект 330 в ROI 380, компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью определения значения “времени пролета” для пучка света на основе информации тайминга, связанной с тем, (i) когда данный пучок света (например, выходной пучок 322) излучен компонентом 312 источника света, и (ii) когда участок пучка света обнаружен или принят компонентом 318 приемника.
[000177] На одном или более неограничивающих этапах  способ 600 дополнительно содержит избирательное управление посредством процессора приводом 410, чтобы модулировать движение оптического волокна для управления углом распространения выходного пучка 322 в ROI 380.
[000178] На одном или более неограничивающих этапах способа 600 процессор может управлять излучением следующего выходного пучка 322 после излучения более раннего выходного пучка 322, и такое излучение может быть скоординированным с обнаружением входного пучка оптическим детектором 416. Например, компонент 320 контроллера может быть выполнен с возможностью вызова излучения компонентом 312 источника света выходного пучка 322 после того, как был обнаружен входной пучок 324.
[000179] На одном или более неограничивающих этапах способа 600 компонент 312 источника света может быть выполнен с возможностью независимой от оптического детектора 416 работы . То есть компонент 312 источника света может излучать выходной пучок 322 без координации с обнаружением входного пучка 324, обнаруживаемого оптическим детектором 416.
[000180] Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что по меньшей мере некоторые варианты осуществления настоящей технологии имеют целью расширить диапазон технических решений для решения конкретной технической проблемы, а именно, повышения эффективности лидарной системы при уменьшении бремени аппаратных средств, возлагаемого на различные лидарной системы, за счет введения MEM компонентов и модуляции амплитуды осцилляций, связанных с MEM компонентами, для избирательного управления интервалами выходного пучка (пучков).
[000181] Модификации и усовершенствования вышеописанных реализаций настоящей технологии могут стать очевидными специалистам в данной области техники. Подразумевается, что предшествующее описание является иллюстративным, а не ограничивающим. Поэтому подразумевается, что объем настоящей технологии ограничивается только объемом прилагаемой формулы изобретения.
[000182] В то время как вышеописанные реализации были описаны и показаны со ссылкой на конкретные этапы, выполняемые в конкретном порядке, будет понятно, что эти этапы могут комбинироваться, подразделяться или переупорядочиваться без отклонения от идей настоящей технологии. Соответственно, порядок и группировка этапов не ограничивают настоящую технологию.