СПОСОБЫ И СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ЛИДАРА (LIDAR) С РАСШИРЕННЫМ ПОЛЕМ ЗРЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПАССИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
METHODS AND SYSTEMS BASED ON LIDAR WITH EXTENDED FIELD OF VIEW BASED ON PASSIVE ELEMENTS

Область техники
[0001] Настоящая технология относится к системам обнаружения и определения дальности с помощью света (лидар, LiDAR) и, более конкретно, к системам лидара для обнаружения объектов в области, представляющей интерес.
Предшествующий уровень техники
[0002] В предшествующем уровне техники были предложены и реализованы различные навигационные системы, основанные на компьютере, которые сконфигурированы для помощи при 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 автоматическое вождение транспортного средства без прямого управления от оператора (т.е. водителя). Эти самоуправляемые транспортные средства включают в себя системы, которые могут побуждать транспортное средство ускоряться, тормозить, останавливаться, менять полосу и самостоятельно парковаться.
[0005] Одна из главных технических сложностей при реализации вышеупомянутых систем состоит в способности обнаруживать объект, находящийся поблизости от транспортного средства. В одном примере, системам может требоваться способность обнаруживать транспортное средство впереди данного транспортного средства (данного транспортного средства, имеющего на борту упомянутую систему), 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 вышеупомянутых систем включают в себя декалибровку сенсоров и других компонентов, которые собирают данные об окружении транспортного средства. Большое количество факторов, включая, например, погоду, дорожные условия, водительские привычки, влияют на сенсоры 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 области, представляющей интерес, 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 области, представляющей интерес, в горизонтальной или вертикальной плоскости, соответственно. Обычно, такое вращение пучков осуществляется при помощи лазера, который является вращаемым. Однако подвижные компоненты системы лидара имеют тенденцию к изнашиванию, что ведет к преждевременному отказу системы.
[0009] Более того, в определенных традиционных системах, расширение области, представляющей интерес, ограничено вращением пучков света вокруг горизонтальной и/или вертикальной оси. Чтобы сканировать большую область, представляющую интерес, требуется более сложный механизм вращения.
Краткое описание сущности изобретения
[00010] Поэтому, существует потребность в системах, которые избегают, уменьшают или преодолевают ограничения предшествующего уровня техники.
[00011] Осциллирующие компоненты вместе со статическими оптическими компонентами были предложены для систем лидара. В таких системах, сканирование по вертикальной оси и/или горизонтальной оси доступно и определяется амплитудой осцилляции осциллирующего компонента и увеличенным интервалом сканирования, ассоциированным с областью, представляющей интерес, при помощи менее дорогостоящих статических оптических компонентов.
[00012] Разработчики настоящей технологии выявили недостатки решений предшествующего уровня техники.
[00013] Например, заявка US 20180231640 A1, опубликованная 16 августа 2018 и в настоящее время принадлежащая Baidu USA LLC, описывает устройство обнаружения света и дальности с помощью света (LIDAR, лидар), которое включает в себя источник света для излучения пучка света, чтобы сканировать диапазон ориентаций, ассоциированных с целевой зоной сканирования. Устройство лидара дополнительно включает в себя первое зеркало микроэлектромеханической системы (MEMS), сконфигурированное, чтобы принимать и перенаправлять пучок света в направлении целевой зоны сканирования. Первое зеркало MEMS сконфигурировано, чтобы отклоняться вертикально и горизонтально, чтобы перенаправлять пучок света во множестве углов. Устройство лидара дополнительно включает в себя детектор света для приема пучка света, отраженного от одного или более объектов, расположенных в пределах целевой зоны сканирования. Первое зеркало MEMS отклоняется во множестве направлений относительно источника света, чтобы позволять источнику света излучать пучок света и детектору света принимать отраженный пучок света, чтобы получать множество угловых разрешений одного или более объектов.
[00014] Патент US 10324170 B1, опубликованный 18 мая 2019 и в настоящее время принадлежащий Luminar Technologies Inc, описывает систему лидара, которая включает в себя источник света, сконфигурированный, чтобы формировать первый и второй пучки света, приемники, сконфигурированные, чтобы обнаруживать свет из первого и второго пучков света, рассеянного одной или более удаленными целями, и сканер, включающий в себя первое сканирующее зеркало, сконфигурированное, чтобы поворачиваться относительно поворотной оси первого зеркала для сканирования первого пучка света вдоль первого направления, второе сканирующее зеркало, сконфигурированное, чтобы поворачиваться относительно поворотной оси второго зеркала для сканирования второго пучка света вдоль первого направления, и полигон с множеством отражающих поверхностей, сконфигурированный, чтобы вращаться вокруг оси вращения полигонального зеркала для сканирования первого и второго пучков света вдоль второго направления.
[00015] Разработчики выявили, что при обеспечении систем, которые могут сканировать по более широкой области, представляющей интерес, следует также учитывать улучшение одного или более из скорости сканирования области, представляющей интерес, которая не может быть недопустимо медленной, особенно если система лидара ассоциирована с движущимся транспортным средством; способности обнаруживать отраженный свет в более широкой зоне; соображений стоимости; и ожидаемого срока службы таких систем лидара.
[00016] В широком смысле, изобретатели разработали систему лидара, которая, в определенных вариантах осуществления, может сканировать увеличенную зону по сравнению с традиционными системами без использования дополнительных источников света или подвижных компонентов. В определенных вариантах осуществления, системы лидара согласно настоящей технологии имеют увеличенный угол расширения пучка света, передаваемого в область, представляющую интерес, по одной или обеим из горизонтальной или вертикальной осей.
[00017] В определенных вариантах осуществления, преимущества настоящей технологии включают в себя увеличенную плотность точек данных в данной области, представляющей интерес (ROI), и, таким образом, увеличенное разрешение объекта в ROI. Также, настоящая технология обеспечивает увеличенную производительность системы без негативного влияния на стоимость и сложность системы.
[00018] В соответствии с первым широким аспектом настоящей технологии, обеспечена система лидара для обнаружения объектов в области, представляющей интерес, причем система содержит источник излучения для излучения выходного пучка, осциллирующий компонент, имеющий отражающую поверхность осциллирующего компонента для приема выходного пучка, причем осциллирующий компонент выполнен с возможностью осциллировать для модуляции выходного пучка до первого расширенного пучка, имеющего интервал первого расширенного пучка вдоль первой оси расширения; по меньшей мере два статических оптических компонента, имеющих соответственные отражающие поверхности оптического компонента для приема первого расширенного пучка, причем соответственные отражающие поверхности оптического компонента по меньшей мере двух статических оптических компонентов смещены по углу друг от друга так, что каждая из соответственных отражающих поверхностей оптического компонента принимает и отражает соответственную часть первого расширенного пучка, отраженные соответственные части первого расширенного пучка вместе содержат второй расширенный пучок, имеющий интервал второго расширенного пучка вдоль второй оси расширения, причем интервал второго расширенного пучка больше, чем интервал первого расширенного пучка.
[00019] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, соответственные отражающие поверхности оптического компонента по меньшей мере двух статических оптических компонентов смещены по углу друг от друга на угол сдвига в одной или двух плоскостях.
[00020] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, угол сдвига находится в одной плоскости и меньше, чем 180°.
[00021] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, осциллирующий компонент и по меньшей мере два оптических компонента расположены относительно друг друга так, что по существу весь первый расширенный пучок падает на соответственные отражающие поверхности оптического компонента из числа по меньшей мере двух оптических компонентов.
[00022] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, по меньшей мере два статических оптических компонента содержат два статических оптических компонента, имеющих первый статический оптический компонент, имеющий первую отражающую поверхность оптического компонента для приема первой части первого расширенного пучка и отражения первой части первого расширенного пучка как первой части второго расширенного пучка, и второй статический оптический компонент, имеющий вторую отражающую поверхность оптического компонента для приема второй части первого расширенного пучка и отражения второй части первого расширенного пучка как второй части второго расширенного пучка, причем первая и вторая части второго расширенного пучка содержат расширенный пучок, имеющий интервал второго расширенного пучка вдоль второй оси расширения.
[00023] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, первая часть второго расширенного пучка имеет оптическую ось, которая отличается от оптической оси второй части второго расширенного пучка.
[00024] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, первая часть первого расширенного пучка составляет примерно 50% первого расширенного пучка.
[00025] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, выходной пучок содержит одиночный пучок, излученный источником излучения и который не разделяется при приеме на отражающей поверхности осциллирующего компонента упомянутого осциллирующего компонента.
[00026] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, система выполнена так, что второй расширенный пучок является конечным пучком, переданным непосредственно в область, представляющую интерес.
[00027] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, интервал второго расширенного пучка вплоть до величины на 100% больше, чем интервал первого расширенного пучка.
[00028] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, по меньшей мере два оптических компонента являются пассивными зеркалами.
[00029] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, по меньшей мере два оптических компонента являются призмами.
[00030] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, ориентации первой оси расширения и второй оси расширения включают в себя одно или более из того, что первая ось расширения является горизонтальной и вторая ось расширения является горизонтальной, первая ось расширения является горизонтальной и вторая ось расширения является вертикальной, первая ось расширения является вертикальной и вторая ось расширения является горизонтальной, первая ось расширения является вертикальной и вторая ось расширения является вертикальной.
[00031] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, интервал первого расширенного пучка ассоциирован с амплитудой осцилляции осциллирующего компонента.
[00032] В некоторых вариантах осуществления, система лидара дополнительно содержит детектор для обнаружения входного пучка из области, представляющей интерес, и обратный маршрут для входного пучка из области, представляющей интерес, на детектор.
[00033] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, обратный маршрут содержит путь из области, представляющей интерес, на по меньшей мере два статических оптических компонента и осциллирующий компонент к детектору.
[00034] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, обратный маршрут включает в себя под-участок, который представляет собой тот же самый путь, что и путь, использованный для первого расширенного пучка.
[00035] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, обратный маршрут включает в себя под-участок, который представляет собой путь, отличающийся от пути, используемого для первого расширенного пучка.
[00036] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, по меньшей мере два статических оптических компонента пространственно смещены.
[00037] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, осциллирующий компонент представляет собой микроэлектромеханический (MEMS) компонент.
[00038] В некоторых вариантах осуществления системы лидара, осциллирующий компонент представляет собой гальванический сканирующий компонент.
[00039] В соответствии со вторым широким аспектом настоящей технологии, обеспечен способ для обнаружения объектов в области, представляющей интерес, причем способ реализуется процессором, коммуникативно соединенным с системой лидара, при этом способ содержит побуждение источника излучения излучать выходной пучок в направлении осциллирующего компонента, побуждение осциллирующего компонента отражать выходной пучок как первый расширенный пучок, имеющий интервал первого расширенного пучка вдоль первой оси расширения, в направлении по меньшей мере двух статических оптических компонентов, имеющих соответственные отражающие поверхности оптического компонента, причем соответственные отражающие поверхности оптического компонента смещены по углу друг от друга, по меньшей мере два статических оптических компонента сконфигурированы, чтобы отражать соответственную часть первого расширенного пучка, так что отраженные соответственные части первого расширенного пучка соответствуют второму расширенному пучку, имеющему интервал второго расширенного пучка вдоль второй оси расширения, причем интервал второго расширенного пучка больше, чем интервал первого расширенного пучка.
[00040] В контексте настоящего описания, “источник излучения” в широком смысле относится к любому устройству, сконфигурированному, чтобы испускать излучение, такое как сигнал излучения в форме пучка. Источник излучения включает в себя, но без ограничения, источник света, сконфигурированный, чтобы 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), лазер поверхностного излучения с вертикальным резонатором (VCSEL). Кроме тогго, источник света может излучать пучки света в различных 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, сконфигурированный, чтобы излучать свет на длине волны между примерно 650 нм и 1150 нм. Альтернативно, источник света может включать в себя лазерный диод, сконфигурированный, чтобы излучать пучки света на длине волны между примерно 800 нм и примерно 1000 нм, между примерно 850 нм и примерно 950 нм, между примерно 1300 нм и примерно 1600 нм или в любом другом подходящем диапазоне. Если не указано иное, термин "примерно" в отношении числового значения определяется как отклонение до 10% относительно установленного значения.
[00041] 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 области, представляющей интерес (ROI). 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).
[00042] 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 то, что по меньшей мере часть пучка света из выходного пучка отражается от одного или нескольких объектов в ROI. 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.
[00043] В контексте настоящего описания, “область, представляющая интерес” может в широком смысле включать в себя часть наблюдаемой окружающей среды системы лидара, в которой могут обнаруживаться один или более объектов. Отметим, что представляющая интерес область (ROI) системы лидара может испытывать влияние различных условий, таких как, но без ограничения: ориентация системы лидара (например, направление оптической оси системы лидара); положение системы лидара относительно окружающей среды (например, расстояние над землей и смежная топография и препятствия); рабочие параметры системы лидара (например, мощность излучения, вычислительные настройки, определенные рабочие углы) и т.д. ROI системы лидара 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).
[00044] 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 побуждаться 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 побуждение 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".
[00045] 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 блок самоуправления, 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.
[00046] 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.
[00047] 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.
[00048] 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.
[00049] 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.
[00050] Дополнительные и/или альтернативные признаки, аспекты и преимущества реализаций настоящей технологии станут очевидны из следующего описания, сопровождающих чертежей и прилагаемой формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
[00051] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящей технологии станут более понятными с учетом нижеследующего описания, прилагаемой формулы изобретения и сопровождающих чертежей, где:
[00052] Фиг. 1 изображает схематичную диаграмму примерной компьютерной системы для реализации определенных вариантов осуществления систем и/или способов настоящей технологии.
[00053] Фиг. 2 изображает сетевую компьютерную среду, подходящую для использования с определенными вариантами осуществления настоящей технологии;
[00054] Фиг. 3 изображает схематичную диаграмму примерной системы лидара для реализации определенных вариантов осуществления систем и/или способов настоящей технологии;
[00055] Фиг. 4 изображает реализацию системы лидара, реализованной в соответствии с конкретным не ограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии;
[00056] Фиг. 5 изображает характерную схематичную диаграмму компонента сканера, выполненного в соответствии с конкретным не ограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии;
[00057] Фиг. 6 изображает характерную реализацию оптического детектора, реализованного в соответствии с конкретным не ограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии; и
[00058] Фиг. 7 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа для обнаружения объектов в области, представляющей интерес, в соответствии с различными не ограничивающими вариантами осуществления настоящей технологии.
Подробное описание
[00059] 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.
[00060] 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.
[00061] 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.
[00062] 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.
[00063] 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 ассоциации 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 доступом (RAM) и энергонезависимое хранилище. Другие аппаратные средства, обычные и/или персонализированные, могут также быть включены.
[00064] 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.
[00065] С этими введенными фундаментальными положениями, теперь рассмотрим некоторые неограничивающие примеры, чтобы проиллюстрировать различные реализации аспектов настоящей технологии.
Компьютерная система
[00066] 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.
[00067] 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
[00068] 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, ассоциированное с транспортным средством 220 или ассоциированное с пользователем (не изображен), который ассоциирован 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).
[00069] 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.
[00070] Транспортное средство 220, с которым ассоциировано 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 не быть обязательным 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.
[00071] 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.
[00072] 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 или не может быть постоянно ассоциировано 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.
[00073] 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.
[00074] 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, и ее реализация 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.
[00075] 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 одиночный сервер. В альтернативных не ограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии (не показаны), функциональность сервера 235 может быть распределена и может быть реализована посредством множества серверов.
[00076] В некоторых не ограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии, процессор 110 электронного устройства 210 может осуществлять связь с сервером 235, чтобы принимать одно или более 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 сконфигурирован, чтобы передавать на сервер 235 определенные операционные данные, такие 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.
[00077] 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.
[00078] В одном примере, множество систем 280 сенсоров может содержать одну или более систем сенсоров типа камеры, которые смонтированы на транспортном средстве 220 и коммуникативно связаны с процессором 110. В широком смысле слова, одна или более систем сенсоров типа камеры могут быть сконфигурированы, чтобы собирать данные 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 сконфигурировано, чтобы подавать 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.
[00079] В другом примере, множество систем 280 сенсоров может содержать одну или более систем сенсоров типа радара, которые смонтированы на транспортном средстве 220 и коммуникативно связаны с процессором 110. В широком смысле слова, одна или более систем сенсоров типа радара могут быть сконфигурированы, чтобы использовать радиоволны для сбора данных о различных участках окружения 250 транспортного средства 220. Например, одна или более систем сенсоров типа радара могут быть сконфигурированы для 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.
[00080] 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.
[00081] 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 система 230 лидара из одной или более систем лидаров может монтироваться на транспортном средстве 220 или переоснащать его в различных местоположениях и/или различных конфигурациях.
[00082] Например, данная система 230 лидара может быть смонтирована на внутреннем верхнем участке лобового стекла транспортного средства 220. Тем не менее, как проиллюстрировано на фиг. 2, другие местоположения для монтажа данной системы 230 лидара 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 система 230 лидара может быть даже установлена в специальном корпусе, смонтированном наверху транспортного средства 220.
[00083] Как упомянуто выше, система 230 лидара может также быть смонтирована в различных конфигурациях.
[00084] В одном варианте осуществления, данная система 230 лидара из одной или более систем 230 лидаров, которая проиллюстрирована на фиг. 2 как смонтированная на крыше транспортного средства 220, может быть смонтирована таким образом в поворотной конфигурации. Например, данная система 230 лидара, смонтированная в транспортном средстве 220 в поворотной конфигурации, может содержать по меньшей мере некоторые компоненты, которые вращаются на 360 градусов вокруг оси вращения данной системы 230 лидара. Следует отметить, что данная система 230 лидара, смонтированная в поворотных конфигурациях, может собирать данные о большинстве участков окружения 250 транспортного средства 220.
[00085] В другом варианте осуществления, данная система 230 лидара из одной или более систем 230 лидара, которая смонтирована сбоку (или на решетке радиатора, например) транспортного средства 220, может быть смонтирована таким образом в неповоротной конфигурации. Например, данная система 230 лидара, смонтированная на транспортном средстве 220 в неповоротной конфигурации, может содержать по меньшей мере некоторые компоненты, которые не вращаются на 360 градусов и сконфигурированы, чтобы собирать данные о предопределенных участках окружения 250 транспортного средства 220.
[00086] Независимо от конкретного местоположения и/или конкретной конфигурации данной системы 230 лидара, система 230 лидара сконфигурирована, чтобы захватывать данные об окружении 250 транспортного средства 220 для построения многомерной карты объектов в окружении 250 транспортного средства 220. Теперь будет описано то, как сконфигурирована данная система 230 лидара, чтобы захватывать данные об окружении 250 транспортного средства 220.
Система лидара
[00087] Со ссылкой на фиг. 3, изображен неограничивающий пример системы 310 лидара. Следует отметить, что система 230 лидара (см. фиг. 2) может быть реализована аналогично реализации системы 310 лидара.
[00088] В широком смысле слова, система 310 лидара 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, система 310 лидара может дополнительно содержать множество датчиков (таких как, например, датчик температуры, датчик влажности и т.д.), которые опущены на фиг. 3 для ясности.
[00089] Предполагается, что, в некоторых случаях, один или более внутренних компонентов системы 310 лидара могут быть реализованы в общем корпусе 340, как изображено на фиг. 3. В других реализациях, по меньшей мере компонент 320 контроллера может быть расположен удаленно от общего корпуса 340.
Компонент источника излучения
[00090] Компонент 312 источника излучения коммуникативно связан с компонентом 320 контроллера и сконфигурирован, чтобы испускать излучение, такое как сигнал излучения в форме пучка. В определенных вариантах осуществления, компонент 312 источника излучения сконфигурирован, чтобы излучать свет, и упоминается здесь как компонент 312 источника 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 примерно 650 нм и 1150 нм. Альтернативно, источник света может включать в себя лазерный диод, сконфигурированный, чтобы излучать свет на длине волны между примерно 800 нм и примерно 1000 нм, между примерно 850 нм и примерно 950 нм или между примерно 1300 нм и примерно 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).
[00091] 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 системы 310 лидара и направляется от места излучения в направлении окружения 250.
[00091] Положим, что объект 330 расположен на расстоянии 390 от системы 310 лидара. Однако следует отметить, что, как будет пояснено ниже более подробно, присутствие объекта 330 и расстояние 390 не известны априори, и целью системы 310 лидара является определить местоположение объекта 330 и/или захватить данные 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.
[00093] 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 системы 310 лидара. 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.
[00094] В примере, проиллюстрированном на фиг. 3, отраженный пучок света представлен входным пучком 324. Входной пучок 324 захватывается системой 310 лидара 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”).
[00095] Следует также отметить, что рабочая длина волны системы 310 лидара 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 системой 310 лидара. Этот солнечный фоновый шум может приводить к ложноположительным обнаружениям и/или может иным образом искажать измерения системы 310 лидара. Хотя может быть приемлемым повышать отношение сигнала к шуму (SNR) системы 310 лидара 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 система 310 лидара будет небезопасной для зрения.
[00096] Предполагается, что система 310 лидара может содержать безопасный для зрения лазер, или, иными словами, система 310 лидара 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.
[00097] Как было упомянуто ранее, компонент 312 источника света может включать в себя один или более импульсных лазеров, сконфигурированных, чтобы генерировать, испускать или излучать импульсы света с определенной длительностью импульса. Например, компонент 312 источника света может быть сконфигурирован, чтобы излучать импульсы 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.
[00098] 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. В некоторых вариантах осуществления, компонент 312 источника света может представлять собой источник на волоконном лазере.
[00099] В некоторых вариантах осуществления, выходной пучок 322, излучаемый компонентом 312 источника света, представляет собой коллимированный оптический пучок с любой расходимостью пучка, подходящей для данного применения. 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 системы 310 лидара. В некоторых вариантах осуществления, выходной пучок 322 может иметь по существу круговое поперечное сечение.
[000100] 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).
[000101] 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 системы 310 лидара, без отклонения от объема настоящей технологии.
[000102] 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) системы 310 лидара, когда система 310 лидара реализована во вращаемой конфигурации. Однако, в других вариантах осуществления, компонент 312 источника света может быть стационарным, даже когда система 310 лидара реализована во вращаемой конфигурации, без отклонения от объема настоящей технологии.
Внутренние пути пучков
[000103] Как схематично проиллюстрировано на фиг. 3, система 310 лидара 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.
[000104] Также, система 310 лидара 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).
[000105] Следует отметить, что множество внутренних путей 314 пучков могут содержать множество оптических компонентов. Например, система 310 лидара может включать в себя один или более оптических компонентов, сконфигурированных, чтобы преобразовывать, формировать, фильтровать, модифицировать, управлять или направлять выходной пучок 322 и/или входной пучок 324. Например, система 310 лидара 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.
[000106] 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
[000107] 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.
[000108] Компонент 316 сканера может быть сконфигурирован, чтобы сканировать выходной пучок 322 во множестве горизонтальных угловых диапазонов и/или вертикальных угловых диапазонов. Другими словами, компонент 316 сканера может приводиться в действие, чтобы предоставлять системе 310 лидара желательную область, представляющую интерес (ROI) 380. ROI 380 системы 310 лидара может относиться к площади, объему, области, угловому диапазону и/или участку(ам) окружения 250, для сканирования которых система 310 лидара может быть сконфигурирована и/или может захватывать данные.
[000109] Следует отметить, что компонент 316 сканера может быть сконфигурирован, чтобы сканировать выходной пучок 322 горизонтально и/или вертикально, и, как таковая, ROI 380 системы 310 лидара может иметь горизонтальное направление и вертикальное направление. Например, система 310 лидара может иметь горизонтальную ROI в 360 градусов и вертикальную ROI в 45 градусов.
[000110] Компонент 316 сканера может быть коммуникативно связан с компонентом 320 контроллера. Например, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы управлять 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.
[000111] Система 310 лидара может таким образом использовать растр, чтобы генерировать облако точек, по существу охватывающее ROI 380 системы 310 лидара. Как будет дополнительно описано ниже более подробно, это облако точек системы 310 лидара может использоваться, чтобы визуализировать многомерную карту объектов в окружении 250 транспортного средства 220.
[000112] 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 системы 310 лидара 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 один или несколько характерных 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
[000113] Компонент 318 приемника коммуникативно связан 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.
[000114] 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.
[000115] 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, сконфигурированные, чтобы преобразовывать принятый фототок (например, ток, выработанный 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
[000116] 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 системы 310 лидара, и/или может обеспечивать сигналы на другие внутренние компоненты системы 310 лидара. Память может включать в себя энергозависимые (например, RAM) и/или энергонезависимые (например, флэш-память, жесткий диск) компоненты. Компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы генерировать данные во время работы и сохранять их в памяти. Например, эти данные, сгенерированные компонентом 320 контроллера, могут указывать точки данных в облаке точек системы 310 лидара.
[000117] 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.
[000118] В дополнение к сбору данных от компонента 318 приемника, компонент 320 контроллера может также быть сконфигурирован, чтобы предоставлять управляющие сигналы на и потенциально принимать диагностические данные от компонента 312 источника света и компонента 316 сканера.
[000119] Как изложено ранее, компонент 320 контроллера коммуникативно связан 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.
[000120] Только в качестве примера, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы отправлять 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 побуждать компонент 312 источника света регулировать одну 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.
[000121] Следует отметить, что компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы определять значение “времени пролета” для оптического импульса на основе информации тайминга, ассоциированной 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.
[000122] Предполагается, что компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы анализировать одну 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 системы 310 лидара.
[000123] Например, компонент 320 контроллера может определять значение времени пролета и/или значение модуляции фазы для излученного импульса выходного пучка 322. Положим, что система 310 лидара определяет значение “T” времени пролета, представляющее по смыслу время “двустороннего распространения” для излученного импульса, чтобы пройти от системы 310 лидара на объект 330 и обратно на систему 310 лидара. В результате, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы 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).
[000124] Как было упомянуто ранее, система 310 лидара может использоваться, чтобы определять расстояние до одного или более других потенциальных объектов, расположенных в окружении 250. Путем сканирования выходного пучка 322 по ROI 380 системы 310 лидара в соответствии с растром, система 310 лидара сконфигурирована, чтобы отображать расстояния (аналогичные расстоянию 390) на соответственные точки данных в ROI 380 системы 310 лидара. В результате, система 310 лидара может быть сконфигурирована, чтобы визуализировать эти точки данных, захваченные последовательно (например, облако точек), в форме многомерной карты.
[000125] 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 системы 310 лидара. Предполагается, что система 310 лидара может быть сконфигурирована, чтобы повторно/итерационно захватывать и/или генерировать облака точек с любой подходящей скоростью для данного приложения.
[000126] Следует отметить, что местоположение данного объекта в окружении 250 транспортного средства 220 может перекрываться, охватываться или заключаться по меньшей мере частично в пределах ROI системы 310 лидара. 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
[000127] Со ссылкой на фиг. 4, изображена реализация системы 310 лидара, выполненная в соответствии с конкретным неограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии.
[000128] Более конкретно, компонент 312 источника света содержит лазер 402 и коллиматор 404, компонент 316 сканера содержит осциллирующий компонент 406 и модуль 468 расширения пучка, и компонент 318 приемника содержит оптический фильтр 412 (также упоминаемый здесь как компонент фильтра), приемную линзу 414 и оптический детектор 416. Следует отметить, что другие элементы могут присутствовать, но не быть проиллюстрированы в целях ясности.
[000129] Лазер 402 сконфигурирован, чтобы генерировать выходной пучок 322. В одном варианте осуществления, сгенерированный выходной пучок 322 содержит множество последовательных выходных пучков 408. В других вариантах осуществления, сгенерированный выходной пучок содержит одиночный выходной пучок 408. Дополнительно, каждый выходной пучок 408 может коллимироваться и/или модулироваться коллиматором 404. Как обсуждалось ранее, система 310 лидара может использовать данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков для излучения выходного пучка 408 в направлении ROI 380.
[000130] В одном примере, данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков может позволять обеспечивать коллимированный и/или модулированный выходной пучок 408 от коллиматора 404 в направлении осциллирующего компонента 406, ассоциированного с компонентом 316 сканера. Как таковой, выходной пучок 408 может быть направлен непосредственно в направлении осциллирующего компонента 406 без разделения. Дополнительно, осциллирующий компонент 406 имеет по меньшей мере одну отражающую поверхность 480 осциллирующего компонента, которая сконфигурирована, чтобы принимать и отражать коллимированный и/или модулированный выходной пучок 408 в направлении ROI 380. Средний диаметр отражающей поверхности 480 осциллирующего компонента может находиться между примерно 0,1 мм и примерно 10 мм.
[000131] Подразумевается, что в определенных вариантах осуществления, система 310 лидара может быть сконфигурирована, чтобы вращаться горизонтально, чтобы сканировать ROI 380, в то время как осциллирующий компонент 406 сконфигурирован, чтобы отклоняться, качаться и/или осциллировать во множестве направлений или углов, чтобы позволять лазеру 402 излучать выходные пучки 408 во множестве углов для получения множества угловых разрешений одного или более объектов 430. В других вариантах осуществления, осциллирующий компонент 406 может быть помещен на платформе (не показана) так, что платформа может быть сконфигурирована, чтобы вращаться в горизонтальной плоскости. Например, такая платформа может располагаться внутри системы 310 лидара или может быть частью общего корпуса 340. В других вариантах осуществления, один или более из компонента 316 сканера или осциллирующего компонента выполнен с возможностью вращаться горизонтально.
[000132] В одном варианте осуществления, осциллирующий компонент 406 может быть реализован с использованием микроэлектромеханического (MEMS) компонента. MEMS компонент может быть сконфигурирован, чтобы осциллировать в соответствии с вводом от компонента 320 контроллера. В другом варианте осуществления, осциллирующий компонент 406 может быть реализован с использованием гальванического сканирующего компонента. Гальванический сканирующий компонент может быть реализован с использованием любых подходящих методов, известных специалисту в данной области техники, и может осциллировать в соответствии с вводом от компонента 320 контроллера. Без ограничения объема настоящей технологии на основе того, как реализован осциллирующий компонент 406, осциллирующий компонент 406 может быть сконфигурирован, чтобы модулировать и перенаправлять выходные пучки 408 в направлении модуля 468 расширения пучка.
[000133] В определенных вариантах осуществления, осциллирующий компонент 406 сконфигурирован, чтобы перемещаться, например, посредством одного или более из отклонения, качания и/или осцилляции в одном или более направлениях или углах (например, по вертикали, по горизонтали, по диагонали или их комбинации), как указано направлениями 420 и 422. При этом осциллирующий компонент 406 может модулировать выходные пучки 408 и перенаправляет их во множестве углов (например, вертикальном и/или горизонтальном углах) как первый расширенный пучок 460 вдоль первой оси расширения (например, горизонтальной оси, вертикальной оси или их комбинации). Следует отметить, что хотя первый расширенный пучок 460 был проиллюстрирован в одномерной вертикальной плоскости, движение осциллирующего компонента 406 может также расширять выходные пучки 408 в одномерной горизонтальной плоскости или как в вертикальной, так и горизонтальной плоскостях, что приводит к двумерной ROI 380.
[000134] Также, угол расширения, ассоциированный с первым расширенным пучком 460, может быть представлен как интервал 462 первого расширенного пучка вдоль первой оси расширения (например, горизонтальной оси, вертикальной оси или их комбинации). Будет понятно, что интервал 462 первого расширенного пучка может представлять собой плоский угол или пространственный угол в зависимости от расширения в одном измерении или в двух измерениях. В качестве примера, диапазон угла, независимо от того, является ли угол плоским или пространственным, может находиться между примерно 15 градусами и примерно 60 градусами.
[000135] В определенных вариантах осуществления, интервал 462 первого расширенного пучка содержит первую часть 484 (обсуждается ниже), имеющую ассоциированный интервал 464 первого расширенного пучка первой части, и вторую часть 486 (обсуждается ниже), имеющую ассоциированный интервал 466 первого расширенного пучка второй части. В определенных вариантах осуществления, первая часть 484 (обсуждается ниже), ассоциированная с первым расширенным пучком 460, составляет примерно 50% первого расширенного пучка 460. Другими словами, интервал 464 первого расширенного пучка первой части составляет примерно 50% интервала 462 первого расширенного пучка. Аналогично, вторая часть 486 (обсуждается ниже), ассоциированная с первым расширенным пучком 460, составляет примерно 50% первого расширенного пучка 460. Другими словами, интервал 466 первого расширенного пучка второй части составляет примерно 50% интервала 462 первого расширенного пучка.
[000136] Модуль 468 расширения пучка может быть сконфигурирован, чтобы увеличивать интервал сканирования, ассоциированный с ROI 380. С этой целью, первый расширенный пучок 460 может проходить через модуль 468 расширения пучка для увеличения интервала 462 первого расширенного пучка. В определенных вариантах осуществления, модуль 468 расширения пучка может содержать по меньшей мере два статических оптических компонента, имеющих соответственные отражающие поверхности оптических компонентов, такие как первый статический оптический компонент 702, имеющий первую отражающую поверхность 704 оптического компонента, и второй статический оптический компонент 706, имеющий вторую отражающую поверхность 708 оптического компонента. В определенных вариантах осуществления, первый статический оптический компонент 702 и второй статический оптический компонент 706 могут иметь пространственное смещение. Осциллирующий компонент 406 и по меньшей мере два оптических компонента могут быть расположены относительно друг друга так, что по существу весь первый расширенный пучок 460 может падать на соответственные отражающие поверхности оптического компонента из числа по меньшей мере двух оптических компонентов. Модуль 468 расширения пучка может быть сконфигурирован, чтобы увеличивать интервал 462 первого расширенного пучка. Подробности конструктивных компоновок, ассоциированных с модулем 468 расширения пучка и его компонентами, будут рассмотрены позже.
[000137] В определенных вариантах осуществления, осциллирующий компонент 406 может предоставлять первый расширенный пучок 460 на по меньшей мере два статических оптических компонента. Например, каждая из соответственных отражающих поверхностей оптического компонента, ассоциированных с по меньшей мере двумя статическими оптическими компонентами, может принимать и отражать соответственную часть первого расширенного пучка 460. В определенных вариантах осуществления, отраженные соответственные части первого расширенного пучка 460 вместе содержат второй расширенный пучок 470, имеющий интервал 474 второго расширенного пучка вдоль второй оси расширения (например, горизонтальной оси, вертикальной оси или их комбинации). Интервал 474 второго расширенного пучка может быть больше, чем интервал 462 первого расширенного пучка. В определенных вариантах осуществления, интервал 474 второго расширенного пучка может составлять вплоть до величины на 100% больше, чем интервал первого расширенного пучка.
[000138] В определенных вариантах осуществления, ориентация первой оси расширения и второй оси расширения могут иметь разные комбинации в зависимости от компоновки по меньшей мере двух статических оптических компонентов. Такие комбинации включают в себя то, что первая ось расширения может быть горизонтальной и соответствующая вторая ось может быть горизонтальной, первая ось расширения может быть горизонтальной и соответствующая вторая ось может быть вертикальной, первая ось расширения может быть вертикальной и соответствующая вторая ось может быть горизонтальной, и первая ось расширения может быть вертикальной и соответствующая вторая ось может быть вертикальной.
[000139] В качестве примера, первая отражающая поверхность 704 оптического компонента, ассоциированная с первым статическим оптическим компонентом 702, может принимать первую часть 484 (обсуждается ниже) первого расширенного пучка 460. Первая часть 484 (обсуждается ниже) первого расширенного пучка 460 может иметь интервал 464 первого расширенного пучка первой части. Первый статический оптический компонент 702 может отражать первую часть 484 (обсуждается ниже) первого расширенного пучка 460 как первую часть 488 (обсуждается ниже) второго расширенного пучка 470. Первая часть 488 (обсуждается ниже) второго расширенного пучка 470 может иметь второй интервал 476 расширения первой части.
[000140] Аналогичным образом, вторая отражающая поверхность 708 оптического компонента, ассоциированная со вторым статическим оптическим компонентом 706, может принимать вторую часть 486 (обсуждается ниже) первого расширенного пучка 460. Вторая часть 486 (обсуждается ниже) первого расширенного пучка 460 может иметь интервал 466 первого расширенного пучка второй части. Второй статический оптический компонент 706 может отражать вторую часть 486 (обсуждается ниже) первого расширенного пучка 460 как вторую часть 490 (обсуждается ниже) второго расширенного пучка 470. Вторая часть 490 (обсуждается ниже) второго расширенного пучка 470 может иметь второй интервал 478 расширения второй части. Следует отметить, что первая и вторая части второго расширенного пучка 470 содержат расширенный пучок, имеющий интервал 474 второго расширенного пучка. Однако, в определенных вариантах осуществления, первая часть 488 (обсуждается ниже) второго расширенного пучка 470 может иметь оптическую ось (не показана), которая отличается от оптической оси (не показана) второй части 490 (обсуждается ниже) второго расширенного пучка 470.
[000141] В определенных вариантах осуществления, соответственные отражающие поверхности оптических компонентов, ассоциированные с по меньшей мере двумя статическими оптическими компонентами, могут быть смещены по углу друг от друга на угол α сдвига в одной или двух плоскостях. В одном варианте осуществления, угол α сдвига находится в одной плоскости и может составлять менее 180°. Предполагается, что в одном варианте осуществления, по меньшей мере два оптических компонента могут быть основаны на пассивных зеркалах, в то время как в другом варианте осуществления, по меньшей мере два оптических компонента могут быть основаны на призмах.
[000142] Фиг. 5 изображает характерную схематичную диаграмму компонента 316 сканера, выполненного в соответствии с конкретным неограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии. Как показано, модуль 468 расширения пучка может быть реализован как призма 700 вместе с другими компонентами (не показаны). Призма 700 содержит первый статический оптический компонент 702, имеющий первую отражающую поверхность 704 оптического компонента, и второй статический оптический компонент 706, имеющий вторую отражающую поверхность 708 оптического компонента. Следует отметить, что первый статический оптический компонент 702 и второй статический оптический компонент 706 могут быть смещены по углу друг от друга на угол α сдвига.
[000143] Дополнительно, осциллирующий компонент 406 осциллирует в направлениях, показанных посредством 420 и 422, чтобы модулировать выходной пучок 408 в первый расширенный пучок 460, имеющий первую часть 484 и вторую часть 486. В одном варианте осуществления, первый расширенный пучок 460 может представлять собой двумерный шаблон с первоначальным расширением 60°×60°. В определенных вариантах осуществления, осциллирующий компонент 406 может предоставлять первый расширенный пучок 460 на призму 700. В частности, первая отражающая поверхность 704 оптического компонента и вторая отражающая поверхность 708 оптического компонента, ассоциированные с призмой 700, могут быть сконфигурированы, чтобы принимать первую часть 784 и вторую часть 486, ассоциированные с первым расширенным пучком 460 соответственно.
[000144] Призма 700 может быть сконфигурирована, чтобы разделять первоначальное расширение 60°×60°, ассоциированное с первым расширенным пучком 460, на первую часть 488 и вторую часть 490, ассоциированные со вторым расширенным пучком 470. Как таковые, каждая из первой части 488 и второй части 490 может быть прерывистой и иметь двумерное расширение 60°×30°. С использованием данного внутреннего пути пучка из множества внутренних путей 314 пучков, первая часть 488 и вторая часть 490 могут излучаться в направлении ROI 380 второго расширенного пучка 470, имеющего непрерывное двумерное расширение 120°×30°. В одном варианте осуществления, чтобы создать первую часть 488 и вторую часть 490, данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков может включать в себя дополнительно статические оптические компоненты, такие как пара отражающих зеркал или тому подобное. Таким образом, компонент 316 сканера может увеличивать интервал 462 первого расширенного пучка относительно первой оси расширения до интервала 474 второго расширенного пучка относительно второй оси расширения.
[000145] В определенных вариантах осуществления, система 310 лидара может испускать второй расширенный пучок 470 непосредственно в направлении ROI 380. Таким образом, вследствие движения осциллирующего компонента 406, излученный второй расширенный пучок 470 может использоваться для получения множества угловых разрешений объекта. В результате, в определенных вариантах осуществления, одна система 310 лидара может сканировать и захватывать множество угловых разрешений объекта. Количество систем лидаров (или количество источников света и детекторов света), требуемых для сканирования объекта, может быть уменьшено, и затраты на эксплуатацию транспортного средства 220 могут также быть снижены. Более того, с использованием модуля 468 расширения пучка, система 310 лидара может сканировать увеличенную ROI 380 в рамках аппаратных потребностей системы 310 лидара.
[000146] Предполагается, что по меньшей мере часть второго расширенного пучка 470 может отражаться одним или несколькими объектами 430 в ROI 380. Такая отраженная часть второго расширенного пучка 470 представлена входными пучками 472, которые могут возвращаться в направлении системы 310 лидара и захватываться системой 310 лидара с помощью компонента 318 приемника.
[000147] В определенных вариантах осуществления, система 310 лидара может использовать другой данный внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков в качестве обратного маршрута для предоставления входных пучков 472 на компонент 318 приемника. В одном примере, обратный маршрут из множества внутренних путей 314 пучков может позволить предоставлять входные пучки 472 от компонента 316 сканера на компонент 318 приемника. В частности, обратный маршрут может содержать путь от ROI 380 на по меньшей мере два статических оптических компонента, ассоциированных с модулем 468 расширения пучка, и осциллирующий компонент 406 к компоненту 318 приемника.
[000148] По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления, обратный маршрут, ассоциированный с входными пучками 472, отраженными от ROI 380 на компонент 318 приемника, может включать в себя под-участок, который представляет собой тот же самый путь, что и путь, используемый первым расширенным пучком 460. Например, обратный маршрут может включать в себя входные пучки 472, падающие на первый статический оптический компонент 702 и второй статический оптический компонент 706 и отражаемый ими в направлении осциллирующего компонента 406 и от осциллирующего компонента 406 в направлении компонента 318 приемника. Другими словами, первый расширенный пучок 460 и входные пучки 472 могут по меньшей мере частично перекрывать или совместно использовать общую ось распространения, так что входные пучки 472 и второй расширенный пучок 470 распространяются по существу по одному и тому же оптическому пути (хотя и в противоположных направлениях).
[000149] В другом примере, обратный маршрут из множества внутренних путей 314 пучков может позволять предоставлять входные пучки 472 непосредственно от ROI 380 на компонент 318 приемника (без прохождения входных пучков 472 через компонент 316 сканера). Тем не менее, предполагается, что первый расширенный пучок 460 и входные пучки 472 могут включать в себя под-часть, которая отличается от пути, используемого первым расширенным пучком 460, или другими словами, входные пучки 472 и первый расширенный пучок 460 могут не перекрывать или использовать совместно общую ось распространения внутри системы 310 лидара, без отклонения от объема настоящей технологии.
[000150] Компонент 412 фильтра, применяемый в компоненте 318 приемника, может быть сконфигурирован, чтобы принимать входные пучки 472 и отфильтровывать фоновый шум (если таковой имеется) во входных пучках 472 от обнаружения оптическим детектором 416. В одном неограничивающем варианте осуществления, компонент 412 фильтра может содержать одно зеркало с полосовым фильтром. Однако, в другом неограничивающем варианте осуществления, компонент 412 фильтра может содержать множество зеркал с полосовым фильтром, имеющих ассоциированные полосы пропускания фильтров, центрированные вокруг рабочей частоты второго расширенного пучка 470. Второй расширенный пучок 470 может показывать высокую внеполосную режекцию, а также низкое внутриполосное затухание. Дополнительно, ширина полосы, ассоциированная с компонентом 412 фильтра, может быть достаточно узкой, чтобы по существу фильтровать или удалять компоненты солнечного излучения или рассеянного света во входных пучках 472, однако достаточно широкой, чтобы по существу быть больше, чем ширина полосы термически расширенного спектра в комбинации с наибольшим ожидаемым ассоциированным допплеровским сдвигом. Например, в определенных вариантах осуществления, компонент 412 фильтра может быть сконфигурирован, чтобы обеспечивать возможность максимальной фильтрации частот света, которые находятся за пределами полосы частот, представляющей интерес, например, больше, чем примерно на 2 нанометра (нм) выше или ниже номинальной центральной частоты второго расширенного пучка 470.
[000151] Отфильтрованные входные пучки 472 могут затем направляться на приемную линзу 414. Приемная линза 414 может быть сконфигурирована, чтобы фокусировать отфильтрованные входные пучки 472 на оптический детектор 416. Следует отметить, что в определенных вариантах осуществления, система 310 лидара, использующая подходящий внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков, может непосредственно предоставлять входные пучки 472 на приемную линзу 414 без их прохождения через компонент 412 фильтра. В некоторых других вариантах осуществления, система 310 лидара, использующая подходящий внутренний путь пучка из множества внутренних путей 314 пучков, может непосредственно предоставлять входные пучки 472 на оптический детектор 416 без их прохождения через компонент 412 фильтра.
[000152] Фиг. 6 изображает характерную реализацию оптического детектора 416, выполненного в соответствии с конкретным неограничивающим вариантом осуществления настоящей технологии. Как изображено, в определенных вариантах осуществления, оптический детектор 416 использует волоконно-оптическую матрицу 440 и множество детекторов 446-1, 446-2, … 446-N. Волоконно-оптическая матрица 440 содержит множество оптических волокон 450. Множество оптических волокон 450, ассоциированных с волоконно-оптической матрицей 440, могут быть соединены с множеством детекторов 446-1, 446-2, … 446-N для формирования N оптических путей 448-1, 448-2, … 448-N от волоконно-оптической матрицы 440 к множеству детекторов 446-1, 446-2, … 446-N.
[000153] В определенных вариантах осуществления, множество детекторов 446-1, 446-2, … 446-N взаимно-однозначно соответствуют множеству оптических волокон 450, ассоциированных с волоконно-оптической матрицей 440, и каждый детектор во множестве детекторов 446-1, 446-2, … 446-N может быть сконфигурирован, чтобы принимать входные пучки 472 через волоконно-оптическую матрицу 440. Другими словами, данное оптическое волокно 450 волоконно-оптической матрицы 440 ассоциировано с данным детектором из множества детекторов 446-1, 446-2, … 446-N, во взаимно-однозначном отношении. В этих вариантах осуществления, данное оптическое волокно и данный детектор соединены посредством данного оптического пути.
[000154] В вышеописанной взаимно-однозначной компоновке множества детекторов 446-1, 446-2, … 446-N и множества оптических волокон 450 может быть достигнута увеличенная плотность точек данных в данной ROI 380, и, следовательно, увеличенное разрешение объекта в ROI 380, как будет описано ниже. Под увеличенной плотностью точек данных в данной ROI 380 понимается увеличенное количество выходных пучков, падающих в ROI 380 в данное время, и, следовательно, увеличенное количество точек данных, определяемых в ROI 380 в данное время.
[000155] В вариантах осуществления с взаимно-однозначной компоновкой, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы контролировать, какое из оптических волокон из множества оптических волокон 450 и его ассоциированный детектор принимает конкретный входной пучок, такой как входные пучки 472. При таком процессе контроля, компонент 312 источника света может быть сконфигурирован, чтобы излучать выходной пучок 408 без ожидания обнаружения входных пучков 472, что приводит к увеличенной плотности точек данных.
[000156] Предполагается, что в определенных других вариантах осуществления, вместо взаимно-однозначного отношения между оптическими волокнами волоконно-оптической матрицы 440 и множеством детекторов 446-1, 446-2, … 446-N, поднабор множества оптических волокон 450, ассоциированных с волоконно-оптической матрицей 440, может иметь общий детектор из множества детекторов 446-1, 446-2, … 446-N. В этих вариантах осуществления, множество оптических путей будет ассоциировано с одиночным детектором. В таких вариантах осуществления, уменьшение количества детекторов может также приводить к сокращению затрат. Также, в определенных вариантах осуществления, общий детектор из множества детекторов 446-1, 446-2, … 446-N может требовать меньшей мощности и пространства, тем самым снижая требование по физическому пространству и мощности при реализации системы 310 лидара.
[000157] В определенных вариантах осуществления, оптический детектор 416 может также включать в себя оптоволоконный коннектор 442 и множество микролинз 444-1, 444-2, … 444-N. Оптоволоконный коннектор 442 может быть сконфигурирован, чтобы соединять множество оптических волокон 450, ассоциированных с волоконно-оптической матрицей 440, с множеством детекторов 446-1, 446-2, … 446-N для формирования N оптических путей 448-1, 448-2, … 448-N от волоконно-оптической матрицы 440 к множеству детекторов 446-1, 446-2, … 446-N. Множество микролинз 444-1, 444-2, … 444-N могут взаимно-однозначно соответствовать множеству детекторов 446-1, 446-2, … 446-N и могут быть сконфигурированы, чтобы сводить входные пучки 472, переданные посредством множества оптических волокон 450, ассоциированных с волоконно-оптической матрицей 440, на соответствующее множество детекторов 446-1, 446-2, … 446-N.
[000158] Возвращаясь теперь к оптическим волокнам, предполагается, что в определенных вариантах осуществления, множество оптических волокон 450 может быть сконструировано как волоконно-оптическая матрица 440 любым способом, таким как лазерная сварка, сварка в стык, пайка или тому подобное. Дополнительно, по меньшей мере некоторые из оптических волокон во множестве оптических волокон 450 могут иметь ось поддержания поляризации, которая ориентирована или выровнена на основе позиционирования множества оптических волокон. В качестве примера, оси поддержания поляризации множества оптических волокон 450 все выровнены, чтобы быть по существу параллельными единой плоскости. Например, ось поддержания поляризации может способствовать управлению и поддержке оптическими волокнами 450 определенных поляризаций, например, линейной поляризации.
[000159] В определенных вариантах осуществления, по меньшей мере некоторые из оптических волокон множества оптических волокон 450 могут иметь круговое поперечное сечение. В определенных других вариантах осуществления, по меньшей мере некоторые из оптических волокон множества оптических волокон 450 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 450 могут иметь любой подходящий коэффициент преломления.
[000160] В определенных вариантах осуществления, по меньшей мере некоторые из оптических волокон из множества оптических волокон 450 могут дополнительно включать в себя фильтр, такой как фильтры на волоконной брэгговской решетке (FBG) (не изображены), чтобы фильтровать определенные длины волн света. В определенных вариантах осуществления, FBG-фильтры отражают определенные длины волн света и передают другие длины волн.
[000161] Предполагается, что отдельные оптические волокна в волоконно-оптической матрице 440 могут быть скомпонованы любым образом, например, выровненными рядами, ступенчатыми рядами, в круговой или спиральной конфигурации или тому подобном. Будет понятно, что физические характеристики множества оптических волокон 450 или то, как скомпоновано множество оптических волокон в волоконно-оптической матрице 440, не должно ограничивать объем настоящей технологии каким-либо образом.
[000162] Множество оптических волокон 450, ассоциированных с волоконно-оптической матрицей 440, имеют приемные концы 452-1, 452-2, … 452-N, которые скомпонованы, чтобы принимать по меньшей мере один из входных пучков 472. Приемные концы 452-1, 452-2, … 452-N множества оптических волокон 450 скомпонованы как двумерная волоконно-оптическая матрица 440. Приемные концы множества оптических волокон 450 могут быть одинаково или неодинаково разнесены друг от друга. Волоконно-оптическая матрица 440 может иметь одинаковое или неодинаковое количество приемных концов по оси x или оси y.
[000163] В определенных вариантах осуществления, приемная линза 414 может быть сконфигурирована, чтобы фокусировать по меньшей мере один из входных пучков 472 на один из приемных концов 452-1, 452-2, … 452-N. В определенных вариантах осуществления, расстояние 492 между приемной линзой 414 и одним из приемных концов 452-1, 452-2, … 452-N содержит фокусное расстояние по меньшей мере одного из входных пучков 472. Торцевая сторона волоконно-оптической матрицы 440 может находиться в фокальной плоскости приемной линзы 414. Дополнительно, для данного временного интервала обнаружения, приемная линза 414 может быть сконфигурирована, чтобы фокусировать разные входные пучки на разные приемные концы из приемных концов 452-1, 452-2, … 452-N множества оптических волокон 450. В этом отношении, в определенных вариантах осуществления, приемная линза 414 может быть сконфигурирована, чтобы перемещаться или наклоняться подходящим образом, так что по меньшей мере один из входных пучков 472 может фокусироваться на по меньшей мере одном из множества оптических волокон 450. Следует отметить, что перемещение приемной линзы 414 может управляться компонентом 320 контроллера.
[000164] Как обсуждалось ранее, в определенных вариантах осуществления, множество детекторов 446-1, 446-2, … 446-N может быть сконфигурировано, чтобы обнаруживать по меньшей мере часть входных пучков 472 и формировать электрические сигналы 482, которые соответствуют входным пучкам 472. Например, если входные пучки 472 включают в себя оптический импульс, множество детекторов 446-1, 446-2, … 446-N могут формировать электрические сигналы 482, такие как электрический ток или импульсы напряжения, которые соответствуют оптическим импульсам, обнаруженным множеством детекторов 446-1, 446-2, … 446-N.
[000165] Предполагается, что множество детекторов 446-1, 446-2, … 446-N могут быть реализованы как фотодетекторы с одним или более лавинными фотодиодами (APD), одним или более однофотонными лавинными диодами (SPAD), одним или более PN-фотодиодами (например, со структурой фотодиода, сформированной полупроводником р-типа и полупроводником n-типа), одним или более PIN-фотодиодами (например, со структурой фотодиода, сформированной нелегированной собственной полупроводниковой областью, расположенной между областями р-типа и n-типа) и тому подобное.
[000166] В определенных вариантах осуществления, множество детекторов 446-1, 446-2, … 446-N могут быть коммуникативно связаны с компонентом 320 контроллера. Компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы принимать электрические сигналы 482 от множества детекторов 446-1, 446-2, … 446-N. Компонент 320 контроллера может дополнительно быть сконфигурирован, чтобы анализировать электрические сигналы 482 для обнаружения одного или более объектов 430 в ROI 380. Предполагается, что компонент 320 контроллера может использовать любые подходящие методы (например, методы на основе определения “времени пролета”, как обсуждалось ранее) для обнаружения объектов без отклонения от принципов, представленных здесь.
[000167] Компонент 320 контроллера может дополнительно быть коммуникативно связан с компонентом 316 сканера, более конкретно, с осциллирующим компонентом 406, чтобы управлять движением осциллирующего компонента 406, и более конкретно, одним или более из отклонения, качания и/или амплитуд осцилляции осциллирующего компонента 406. В частности, первоначально осциллирующий компонент 406 может осциллировать на первой амплитуде осцилляции, чтобы расширять первый расширенный пучок 460 на интервал 462 первого расширенного пучка по первой оси расширения. После обнаружения одного или более объектов 430 в ROI 380 на основе входных пучков 472, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы модулировать первую амплитуду осцилляции осциллирующего компонента 406 для модуляции до первой модулированной амплитуды осцилляции. При этом компонент 320 контроллера может уменьшать интервал 462 первого расширенного пучка упомянутого первого расширенного пучка 460. В определенных вариантах осуществления, первая амплитуда осцилляции больше, чем первая модулированная амплитуда осцилляции.
[000168] Компонент 320 контроллера может дополнительно быть коммуникативно связан с компонентом 312 источника света таким образом, что компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы управлять излучениями от компонента 312 источника света. В одном варианте осуществления, излучение следующих выходных пучков после излучения выходного пучка 408 может координироваться с обнаружением входных пучков 472 оптическим детектором 416. Как таковой, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы побуждать компонент 312 источника света излучать выходные пучки после излучения выходного пучка 408 после того, как входные пучки 472 были обнаружены. В то же время в других вариантах осуществления, компонент 312 источника света может быть сконфигурирован, чтобы работать независимо от оптического детектора 416. То есть, компонент 312 источника света может излучать следующий выходной пучок (пучки) после излучения выходного пучка 408 без координации с обнаружением входных пучков 472 оптическим детектором 416.
Реализуемые компьютером способы
[000169] Обратимся теперь к фиг. 7, где проиллюстрирована блок-схема последовательности операций способа 600 для обнаружения объектов в области, представляющей интерес, 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, коммуникативно соединенным с системой 310 лидара. Как обсуждалось ранее по меньшей мере в некоторых неограничивающих вариантах осуществления настоящей технологии, компонент 320 контроллера может включать в себя один или более 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: побуждение источника излучения излучать выходной пучок в направлении осциллирующего компонента.
[000172] На этапе 602, компонент 320 контроллера обеспечивает 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 408 в направлении осциллирующего компонента 406. На одном или более этапах, ассоциированных со способом 600, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы побуждать компонент 312 источника света излучать выходной пучок 408 в направлении осциллирующего компонента 406 при определенных условиях. Такие условия могут включать в себя, но без ограничения: при работе транспортного средства 220 в самодвижущемся режиме, когда транспортное средство 220 находится в движении независимо от режима вождения, когда транспортное средство 220 неподвижно; когда транспортное средство 220 первоначально включено; или на основе ручной операции, выполняемой пользователем (не показан), приводящим в действие транспортное средство 220, и т.д.
[000173] Этап 604: побуждение осциллирующего компонента отражать выходной пучок, как первый расширенный пучок, имеющий интервал первого расширенного пучка вдоль первой оси расширения, в направлении по меньшей мере двух статических оптических компонентов, имеющих соответственные отражающие поверхности оптического компонента, причем соответственные отражающие поверхности оптического компонента смещены на угол друг от друга.
[000174] На этапе 604, осциллирующий компонент 406 может модулировать выходные пучки 408 и перенаправляет их во множестве углов (например, вертикальных и/или горизонтальных углах) как первый расширенный пучок 460 вдоль первой оси расширения (например, горизонтальной оси, вертикальной оси или их комбинации). Как таковой, угол расширения, ассоциированный с первым расширенным пучком 460, представлен как интервал 462 первого расширенного пучка. Осциллирующий компонент 406 предоставляет первый расширенный пучок 460 на по меньшей мере два статических оптических компонента, имеющих соответственные отражающие поверхности оптических компонентов, такие как первый статический оптический компонент 702, имеющий первую отражающую поверхность 704 оптического компонента, и второй статический оптический компонент 706, имеющий вторую отражающую поверхность 708 оптического компонента. Первая отражающая поверхность 704 оптического компонента и вторая отражающая поверхность 708 оптического компонента смещены по углу друг от друга на угол α сдвига на одной или двух плоскостях.
[000175] На одном неограничивающем этапе, по меньшей мере два оптических компонента могут быть основаны на пассивных зеркалах, в то время как на другом неограничивающем этапе, по меньшей мере два оптических компонента могут быть основаны на призмах.
[000176] Этап 606: по меньшей мере два статических оптических компонента сконфигурированы, чтобы отражать соответственную часть первого расширенного пучка, так что отраженные соответственные части первого расширенного пучка соответствуют второму расширенному пучку, имеющему интервал второго расширенного пучка вдоль второй оси расширения, причем интервал второго расширенного пучка больше, чем интервал первого расширенного пучка.
[000177] Наконец, на этапе 606, по меньшей мере часть выходных пучков 424 и 426, отраженных одним или несколькими объектами 430 в ROI 380, представленная входными пучками 472, возвращается в направлении системы 310 лидара. Входные пучки 472 захватываются системой 310 лидара посредством компонента 318 приемника.
[000178] Наконец, на этапе 606, первая отражающая поверхность 704 оптического компонента принимает первую часть 484 первого расширенного пучка 460. Первый статический оптический компонент 702 отражает первую часть 484 первого расширенного пучка 460 как первую часть 488 второго расширенного пучка 470. Аналогичным образом, вторая отражающая поверхность 708 оптического компонента принимает вторую часть 486 первого расширенного пучка 460. Второй статический оптический компонент 706 отражает вторую часть 486 первого расширенного пучка 460 как вторую часть 490 второго расширенного пучка 470. Следует отметить, что первая и вторая части второго расширенного пучка 470 содержат расширенный пучок, имеющий интервал 474 второго расширенного пучка, который больше, чем интервал 462 первого расширенного пучка.
[000179] На одном или более неограничивающих этапах, ассоциированных со способом 600, чтобы определить один или более объектов 430 в ROI 380, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы определять значение “времени пролета” для пучка света на основе информации тайминга, ассоциированной с тем, (i) когда данный пучок света (например, выходной пучок 408) был излучен компонентом 312 источника света, и (ii) когда часть пучка света (например, из входных пучков 472) была обнаружена или принята компонентом 318 приемника.
[000180] На одном или более неограничивающих этапах, ассоциированных со способом 600, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы предоставлять управляющие сигналы на осциллирующий компонент 406, чтобы осциллировать с амплитудой осцилляции, так что компонент 320 контроллера принимает достаточно точек данных в облаке точек системы 310 лидара, ассоциированных с одним или более объектами 430. В результате, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы визуализировать эти точки данных, захваченные последовательно (например, облако точек), в форме многомерной карты одного или более объектов 430 в ROI 380.
[000181] На других неограничивающих этапах, ассоциированных со способом 600, когда многомерная карта одного или более объектов 430 была визуализирована, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы предоставлять управляющие сигналы на осциллирующий компонент 406, чтобы осциллировать с первоначальными осцилляциями, т.е. первой и/или второй амплитудой осцилляции. При этом система 310 лидара может снова сканировать вертикальный интервал 504, горизонтальный интервал 514 или горизонтальный и вертикальный интервал 524.
[000182] На одном или более неограничивающих этапах, ассоциированных со способом 600, компонент 320 контроллера может управлять излучением следующего выходного пучка (пучков) после излучения выходного пучка 408, и такое излучение может координироваться с обнаружением входных пучков 472 оптическим детектором 416. Как таковой, компонент 320 контроллера может быть сконфигурирован, чтобы побуждать компонент 312 источника света излучать выходной пучок (пучки) после излучения выходного пучка 408 после того, как входные пучки 472 были обнаружены.
[000183] На одном или более неограничивающих этапах, ассоциированных со способом 600, компонент 312 источника света может быть сконфигурирован, чтобы работать независимо от оптического детектора 416. То есть, компонент 312 источника света может излучать следующие выходные пучки после излучения выходного пучка 408 без координации с обнаружением входных пучков 472 оптическим детектором 416.
[000184] 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 системы лидара при уменьшении бремени аппаратных средств, возлагаемого на различные системы лидара, за счет введения осциллирующих компонентов и модулирования амплитуды осцилляций, ассоциированных с осциллирующими компонентами, для избирательного управления интервалами выходных пучков.
[000185] 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.
[000186] Хотя представленные выше 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.