CN108603937B - 具有远场照射重叠的lidar式3-d成像 - Google Patents

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Abstract

本文描述了用于对远场中的由两个或多个光束同时照射的物体进行3‑D LIDAR测量的方法和***。3‑D LIDAR式测量装置同时将至少两个光束从不同位置发射到三维环境中。三维环境的一部分由两个或多个光束在距LIDAR装置至少五米的距离处同时照射。然而，两个或多个光束在距LIDAR装置小于五米的距离处不重叠。光束略微发散，在装置处具有最高强度并且在更远的地方具有稳定的较低强度。通过在远场中但不在LIDAR装置附近将照射光束重叠，在LIDAR装置的整个视场中整体强度保持在中等水平。

Description

具有远场照射重叠的LIDAR式3-D成像
相关申请的交叉引用
本专利申请要求享有于2016年1月31日提交的题为“LIDAR Based 3-D ImagingWith Far-Field Illumination Overlap”、序号为62/289,278的美国临时专利的优先权，该申请的主题以其整体结合在此引作参考。
技术领域
所描述的实施例涉及LIDAR式3-D点云测量***。
背景技术
LIDAR***基于每个光脉冲的飞行时间(TOF)采用光脉冲来测量到对象的距离。从LIDAR***的光源发射的光脉冲与远端对象相互作用。光的一部分从对象反射并返回到LIDAR***的检测器。基于光脉冲的发射和返回的光脉冲的检测之间所经过的时间，估算距离。在一些示例中，光脉冲由激光发射器产生。光脉冲通过透镜或透镜组件聚焦。测量激光脉冲返回到安装在发射器附近的检测器所花费的时间。高精度地从时间测量值得出距离。
一些LIDAR***采用与旋转镜组合的单个激光发射器/检测器组合来有效地扫描整个平面。由这样的***执行的距离测量实际上是二维的(即平面的)，并且捕获的距离点被呈现为2-D(即单个平面)点云。在一些示例中，旋转镜以非常快的速度(例如每分钟数千转)旋转。
在许多操作场景中，需要3-D点云。已经采用了许多方案来三维地询问周围环境。在一些示例中，2-D仪器通常在万向节上上下和/或前后致动。这在本领域中通常称为“闪烁”或“点头”传感器。因此，可以使用单射束LIDAR单元来捕捉整个3-D距离点阵列，尽管每次只有一个点。在相关的示例中，采用棱镜将激光脉冲“划分”成多个层，每个层具有略微不同的竖直角。这模拟了上述的点头效应，但没有致动传感器本身。
在所有上述示例中，单个激光发射器/检测器组合的光路以某种方式被改变以实现比单个传感器更宽的视场。由于对单个激光器的脉冲重复率的限制，该装置每单位时间可产生的像素数固有地受到限制。射束路径的任何改变，无论其是通过反射镜、棱镜还是实现更大覆盖区域的装置的致动，都以降低点云密度为代价。
如上所述，3-D点云***存在几种配置。然而，在许多应用中，必须在宽视场上生成图像信息。例如，在自动车辆应用中，竖直视场应尽可能向下延伸，以便看到车辆前方的地面。此外，如果汽车进入道路中的凹处，竖直视场应该在地平线上方延伸。此外，在现实世界中发生的行为与这些行为的成像之间必须有最小的延迟。在一些示例中，期望每秒至少五次提供完整的图像更新。为了满足这些要求，开发了一种3-D LIDAR***，其包括多个激光发射器和检测器阵列。该***在2011年6月28日授权的美国专利No.7,969,558中描述，该专利的主题以其整体结合在此引作参考。
在许多应用中，发射一系列脉冲。每个脉冲的方向依次快速连续变化。在这些示例中，与每个单独脉冲相关联的距离测量值可以被认为是像素，并且快速连续发射和捕获的像素集合(即“点云”)可以被呈现为图像或者由于其他原因而被分析(例如检测障碍物)。在一些示例中，采用查看软件来将得到的点云呈现为对用户三维呈现的图像。可以使用不同的方案将距离测量值描绘为3-D图像，这些3-D图像看起来好像是由实景相机拍摄的。
在一些示例中，设置连续光发射脉冲的定时，使得在触发后续脉冲发射之前检测与特定脉冲发射相关联的返回信号。这确保了检测到的返回信号与产生检测到的返回信号的特定脉冲发射正确相关联。
在一些其他示例中，在检测到来自任何多个脉冲的返回信号之前，将多个脉冲发射到周围环境中。常规上，这种方法增加了检测到的信号之间串扰的可能性。换句话说，当在检测到来自任何多个脉冲的返回信号之前将多个脉冲发射到周围环境中时，检测到的返回信号可能与不同的脉冲发射错误地相关联，而不是与导致检测到的返回信号的特定脉冲发射相关联。这可能会导致距离测量值误差。
常规上，为了避免多个脉冲之间的串扰，多个脉冲中的每个脉冲沿不同的方向投射。通过沿不同方向投射多个脉冲中的每一个，由多个脉冲中的每一个询问的每个空间体积与由任何其他多个脉冲询问的任何空间体积完全分离。随着同时询问的空间之间的分离增加，减少了由于串扰引起测量值误差的可能性。
现有的LIDAR***在任何给定时间使用单个光束来询问周围环境的特定体积。返回信号的检测包括重要的测量噪声源。随着LIDAR***的测量范围扩展而不增加激光脉冲强度，这些问题会恶化。
这些***在可以投射到受到每个光束测量的环境体积上的光强度方面被限制。在一些示例中，人眼安全协议限制从LIDAR装置发射的光的强度。
期望改善信号强度和噪声抑制以扩展LIDAR***的测量范围。
发明内容
本文描述了用于对远场中的由两个或多个光束同时照射的物体进行3-D LIDAR测量的方法和***。3-D LIDAR式测量装置同时将至少两个光束发射到三维环境中。每个光束从3-D LIDAR装置在不同位置处发射。至少两个发射射束从3-D LIDAR装置投射，使得三维环境的一部分被距LIDAR装置至少五米距离处的两个或多个光束照射。另外，两个或多个光束在距LIDAR装置不到五米的距离处不重叠。
从3-D LIDAR装置发射的光束略微发散。因此，射束强度在装置的窗口处最高，并且远离装置进一步稳定地减小。因此，在装置的短距离范围内对人眼造成损伤的风险最大，并且随着距装置的距离增加，风险降低。
通过从3-D LIDAR装置在不同位置处发射多个光束，由于射束不重叠因此眼睛损伤的风险最小化。因此，在短距离处，仅一个射束可能偶然地与人眼相互作用。随着距离增加，射束开始重叠，直到达到临界距离，理想情况下，在临界距离中两个或多个射束彼此完全重叠。在一些示例中，临界距离在远离3-D LIDAR装置100-200米的范围内。在这些距离处，多于一个射束可能偶然地与人眼相互作用，而没有由于射束发散而造成伤害的风险。
在另一方面，LIDAR***确定从LIDAR装置投射到三维环境中一位置并返回到LIDAR装置的多个照射光束的飞行时间。LIDAR装置与由照射光束照射的三维环境的特定位置之间的距离基于飞行时间确定。
以上是概述，因此必要时包含细节的简化、概括和省略；因此，本领域技术人员将认识到，该概述仅是说明性的而不是以任何方式进行限制。在本文描述的非限制性详细描述中，本文描述的装置和/或过程的其它方面、创造性的特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1是说明至少一个新颖方面中的3-D LIDAR***100的一个实施例的简化图。
图2描绘了一个示例性实施例中的3-D LIDAR***100的分解图。
图3是说明至少一个新颖方面中的3-D LIDAR***10的另一个实施例的简化图。
图4描绘了3-D LIDAR***100的光发射和收集引擎112的视图。
图5更详细地描绘了3-D LIDAR***100的收集光学器件116的视图。
图6描绘了3-D LIDAR***100的收集光学器件116的剖视图，其示出了每个收集光束118的成形。
图7描绘了包括脉冲照射***130、光检测***150和控制器140的LIDAR***的元件。
图8描绘了示出来自该十六个不同的多射束照射***中的每一个的光发射的定时的示例性示图180。
图9描绘了脉冲测量射束的发射和返回测量脉冲的捕获的定时的图示。
图10描绘了说明在至少一个新颖方面中的执行LIDAR测量的方法200的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的背景示例和一些实施例，其示例在附图中示出。
图1是说明在一个示例性操作场景中的3-D LIDAR***100的实施例的图。3-DLIDAR***100包括下壳体101和上壳体102，上壳体包括由对红外光(例如，具有在700至1700纳米的光谱范围内的波长的光)透明的材料构成的圆顶壳元件103。在一个示例中，圆顶壳元件103对于具有以905纳米为中心的波长的光是透明的。
如图1所示，多个光束105从3-D LIDAR***100通过圆顶壳元件103在从中心轴104测量的角度范围α内发射。在图1中所示的实施例中，每个光束在彼此间隔开的多个不同位置处投射到由x轴和y轴限定的平面上。例如，射束106在位置107处被投射到xy平面上。
在图1所示的实施例中，3-D LIDAR***100配置为围绕中心轴104扫描多个光束105中的每个光束。投射到xy平面上的每个光束描绘以中心轴104和xy平面的交点为中心的圆形图案。例如，随着时间的推移，投射到xy平面上的射束106描绘出以中心轴104为中心的圆形轨迹108。
图2示出了一个示例性实施例中的3-D LIDAR***100的分解图。3-D LIDAR***100还包括绕中心轴104旋转的光发射/收集引擎112。在所示的实施例中，光发射/收集引擎112的中心光轴117相对于中心轴104以角度θ倾斜。如图2中所示，3-D LIDAR***100包括相对于下壳体101安装在固定位置的固定电子板110。旋转电子板111设置在固定电子板110上方并且配置成相对于固定电子板110以预定旋转速度(例如每分钟200转以上)旋转。电力信号和电子信号通过一个或多个变压器、电容或光学元件在固定电子板110和旋转电子板111之间传送，导致这些信号的无接触传输。光发射/收集引擎112相对于旋转电子板111固定地定位，因此以预定角速度ω围绕中心旋转轴104旋转。
如图2中所示，光发射/收集引擎112包括发光元件阵列114和光检测元件阵列113。从发光元件114中的每一个发射的光被引向反射镜(未示出)。从反射镜反射的光穿过一系列照射光学器件115，照射光学器件将所发射的光准直成从如图1中所示的3-D LIDAR***100发射的光束的阵列105。大体上，可以布置任何数量的发光元件以同时从3-D LIDAR***100发射任何数量的光束。收集光学器件116收集从环境中的对象反射的光。收集的光穿过收集光学器件116，在收集光学器件中它被聚焦到检测元件阵列113的每个检测元件上。在穿过收集光学器件116之后，所收集的光从反射镜(未示出)反射到每个检测器元件上。
在一个方面，3-D LIDAR装置将至少两个光束发射到三维环境中。每个光束从3-DLIDAR装置在不同位置处发射。至少两个发射射束从3-D LIDAR装置投射，使得由多个光束中的第一个照射的三维环境的部分大致与由多个光束的第二个照射的三维环境的部分在距LIDAR装置至少五米距离处重叠。另外，由多个光束中的第一个照射的三维环境的部分与由多个光束中的第二个照射的三维环境的部分在距LIDAR装置小于五米的距离处大致不重叠。
从3-D LIDAR装置发射的光束略微发散。在一个示例中，射束直径在装置的窗口处约为15毫米，并且在距装置100米的距离处约为20厘米。因此，射束强度在装置的窗口处最高，并且远离装置进一步稳定地减小。因此，在装置的短距离范围内对人眼造成损伤的风险最大，并且随着距装置的距离增加，风险降低。
通过在不同位置以短距离从3-D LIDAR装置发射多个光束，由于射束不重叠，因此眼睛损伤的风险最小化。因此，在短距离处，仅一个射束可能偶然地与人眼相互作用。随着距离增加，射束开始重叠，直到达到临界距离，理想情况下，在临界距离中，两个或多个射束彼此完全重叠。在一些示例中，临界距离在远离3-D LIDAR装置100-200米的范围内。在这些距离范围中，多于一个射束可能偶然地与人眼相互作用。然而，在这些距离处，由于射束发散，组合射束强度低于眼睛损伤极限。
图3是说明一个示例性操作场景中的3-D LIDAR***10的另一实施例的图。3-DLIDAR***10包括下壳体11和上壳体12，上壳体包括由对红外光(例如，具有在700至1700纳米的光谱范围内的波长的光)透明的材料构成的圆筒壳元件103。在一个示例中，圆筒壳元件13对于具有以905纳米为中心的波长的光是透明的。
如图3所示，3-D LIDAR***10包括相对于中心轴14以九十度角倾斜的光发射/收集引擎112。在一个方面，两个光束从3-D LIDAR***10自3-D LIDAR装置的不同的、空间上不同的位置发射。如图3所示，由主光线16表征的光束在照射光学器件19A的表面处从光发射/收集引擎112发射，并且由主光线17表征的光束在照射光学器件19B表面处从光发射/收集引擎112同时发射。照射光学器件19A和19B的表面在空间上是不同的。另外，由主光线16表征的光束从从3-D LIDAR***10在外透镜13上的位置18A处发射，并且由主光线17表征的光束从3-D LIDAR***10在外透镜13上的位置18B处同时发射。位置18A和位置18B在空间上是不同的。
此外，射束被指向使得它们开始在距装置的距离RS处重叠并且在临界距离RC(例如，与3-D透镜装置10相距100-200米)处最大地重叠。在图3所示的实施例中，示出了一个照射光束的主光线16和另一个照射光束的主光线17。每个光束沿不同的轨迹向外投射到周围环境中。轨迹在远场中的位置15处相交。位置15位于距3-D LIDAR***10的临界距离RC处。
如图3所示从***10发射的每个光束略微发散。在一个示例中，从***10发射的光束在与***10相距100米的距离处照射直径为20厘米的光斑尺寸。以这种方式，每个照射光束是从***10发射的照射光锥。针对从3-D LIDAR***10到位置15的每个射束轨迹的一部分，射束不相交。在距离RS处，射束开始重叠。在一些示例中，射束开始重叠的距离RS是五米或更多。因此，在小于五米的距离处，射束根本不重叠。随着距离增加超过RS，重叠百分比继续增加，直到在临界距离RC处达到最大重叠。理想情况下，临界距离处的重叠百分比为100％。然而，在实践中，任何显著量的重叠都是有益的，这是因为重叠照射向3-D LIDAR装置10提供更强的返回信号。
如图3所示，两个光束从3-D LIDAR***10自3-D LIDAR装置的不同位置并且自两个不同的透镜元件发射。此外，射束被指向使得它们在距装置的临界距离(例如，与3-DLIDAR装置20相距100-200米)处重叠。如图3所示，发射透镜19A和19B是两个不同的透镜元件，每个透镜元件具有它们自己的光轴。在一些其他实施例中，透镜元件19A和19B可以被构造为单个光学部件，其包括两个不同的透镜元件，每个透镜元件具有它们自己的光轴。
在图3中所示的实施例中，3-D LIDAR***10被配置为围绕中心轴14扫描多个光束16和17中的每一个。当光束围绕中心轴14旋转时，投射到周围环境中的每个光束(例如，与每个射束相关联的每个照射光锥)照射对应于锥形照射射束的环境的体积，这是因为每个光束围绕中心轴14扫过。大体上，任何数量的射束可以从3-D LIDAR***10发射，以在远场中或在远场中的不同位置中提供重叠照射。
在一些实施例中，被配置为与远场中的另一个射束重叠的每个射束由单独的照射源(例如，激光二极管、LED等)产生。在一些其他实施例中，由特定照射源产生的照射光被细分和准直以产生两个或多个不同的射束，每个射束被引导使得它们在远场中重叠。
图4示出了光发射/收集引擎112的另一视图。在所示的实施例中，光发射/收集引擎112包括中间电子板121、122和123，中间电子板提供旋转电子板111和光发射/收集引擎112的各种元件之间的机械支撑和电连接。例如，光检测元件阵列113中的每一个安装到中间电子板121。中间电子板121又机械地和电气地耦接到旋转电子板111。类似地，每个发光元件114的阵列安装到中间电子板123。中间电子板123又机械地和电气地耦接到旋转电子板111。在另一个示例中，照射光学器件115和收集光学器件116机械地安装到中间电子板122。在该示例中，中间电子板122将照射光学器件115和收集光学器件116在空间上和光学上分离，以避免用照射光混杂所收集的光。中间电子板122又机械地和电气地耦接到旋转电子板111。以这种方式，中间电子板提供机械和电气连接以及用于安装3-D LIDAR***100的操作所需的电气部件的附加板区域。
图5更详细地示出了收集光学器件116的视图。如图5所示，收集光学器件116包括四个透镜元件116A-116D，其布置成将收集的光118聚焦到每个检测元件阵列113上。穿过收集光学器件116的光从反射镜124反射并被引导到每个检测元件阵列113上。在另一方面，收集光学器件116的一个或多个光学元件由吸收预定波长范围之外的光的一种或多种材料构成，预定波长范围包括由发光元件阵列114中的每一个发射的光的波长。在一个示例中，一个或多个透镜元件由塑料构成，塑料包括着色剂添加剂以吸收波长比由发光元件阵列114中的每一个生成的红外光小的光。在一个示例中，着色剂是可从Aako BV(荷兰)获得的Epolight 7276A。大体上，可以将任何数量的不同着色剂添加到收集光学器件116的塑料透镜元件中的任何一个，以滤除不期望的光谱。
图6示出了收集光学器件116的剖视图以说明每个收集光束118的成形。
如上所述，收集光学器件116的一个或多个光学元件由吸收预定波长范围之外的光的一种或多种材料构成，预定波长范围包括由发光元件阵列114中的每一个发射的光的波长。然而，大体上，照射光学器件115的一个或多个光学元件也可以由吸收预定波长范围之外的光的一种或多种材料构成，预定波长范围包括由发光元件阵列114中的每一个发射的光的波长。
诸如图3中示出的3-D LIDAR***10和图1中示出的***100的LIDAR***包括多个脉冲照射源，其将来自LIDAR装置的脉冲照射光束发射到周围环境中。在一些实施例中，脉冲照射源是激光式的。在一些实施例中，脉冲照射源基于一个或多个发光二极管。大体上，可以考虑任何合适的脉冲照射源。
在一个实施例中，两个或多个脉冲照射光束同时使用照射光脉冲照射三维环境的特定位置(例如像素)。在测量窗口期间由LIDAR***的光敏检测器检测从该位置反射的光，该测量窗口的持续时间小于或等于从LIDAR***外出到LIDAR***的编程范围并返回的光的飞行时间。光敏检测器检测从两个或多个照射射束同时照射的三维环境的特定位置反射的一个或多个光返回脉冲。以这种方式，LIDAR***捕获来自多个照射射束中的每一个的特定测量位置的反射。
在另一方面，LIDAR***确定从LIDAR装置到由照射光束照射的三维环境的特定点并返回到LIDAR装置的照射光束的飞行时间。该确定基于在测量窗口期间检测到的反射光。LIDAR装置与由照射光束照射的三维环境的特定位置之间的距离基于飞行时间确定。
图7描绘了LIDAR***的元件，其包括脉冲照射***130、光检测***150和控制器140。
脉冲照射***130包括脉冲发光装置136和脉冲发光装置137。脉冲发光装置136和脉冲发光装置137分别响应于脉冲电流信号134和脉冲电流信号133产生同时的脉冲光发射。由脉冲发光装置136和脉冲发光装置137产生的光被LIDAR***的一个或多个光学元件聚焦并投射到周围环境中的特定位置138上。由脉冲发光装置136和脉冲发光装置137产生的光束被引导使得它们在位置138处重叠。在一个示例中，由脉冲发光装置136和脉冲发光装置137发射的光被照射光学器件115聚焦并投射到特定位置上，照射光学器件115将发射的光准直为从如图3中所示的从3-D LIDAR***100发射的脉冲光束16和脉冲光束17。
脉冲照射***130包括驱动器131和驱动器132，驱动器分别向发光装置137和136提供电流脉冲。由驱动器131和驱动器132产生的电流脉冲由控制信号MPC控制。以这种方式，由发光装置136和发光装置137产生的脉冲的定时和形状由控制器140控制。
在另一实施例中，诸如图1中所示的LIDAR***100的LIDAR***包括与共同的控制器(例如控制器140)协调工作的十六个多射束脉冲照射***。图8描绘了示出来自十六个多射束照射***中的每一个的光发射的定时的示例性示图180。
如图8中所示，从第一多射束照射***发射测量脉冲。在延迟时间TDELAY之后，从LIDAR装置的第二多射束照射***发射测量脉冲。以这种方式，在测量时段TMEASUREMENT期间，从LIDAR装置沿不同方向发射十六个测量脉冲的序列。在测量时段之后在充电时段TCHARGE对十六个多射束照射***中的每一个的驱动器进行充电。在充电时段之后，在随后的测量时段从每个多射束照射***发射另一个测量脉冲。
在一些实施例中，延迟时间被设置为大于去往和来自位于LIDAR装置的最大范围处的对象的测量脉冲的飞行时间。以这种方式，在十六个多射束照射***中的任何一个之间不存在串扰。
在一些其他实施例中，在从另一个多射束照射***发射的测量脉冲有时间返回到LIDAR装置之前，可以从一个多射束照射***发射测量脉冲。在这些实施例的一些中，注意确保在由每组射束询问的周围环境的区域之间存在足够的空间间隔以避免串扰。
如图7所示，光检测器155检测从由多射束同时照射的位置138反射的光。光检测器155产生由模拟跨阻抗放大器152放大的输出信号151。大体上，输出信号151的放大可包括多个放大器级。在这个意义上，通过非限制性示例提供模拟跨阻抗放大器152，这是因为在本专利文档的范围内可以设想许多其他模拟信号放大方案。
放大的信号153被传送到控制器140。使用控制器140的模数转换器(ADC)144来将模拟信号153转换成用于进一步处理的数字信号。控制器140生成启用/停用信号145，其用于控制ADC 144的数据采集的定时以与控制信号MPC一致。
图9示出了与测量脉冲的发射和返回的测量脉冲序列的捕获相关联的定时的图示。如图9中所示，测量从由控制器140生成的脉冲触发信号161(例如，MPC[1]和MPC[2])开始。由于内部***延迟，确定从多脉冲触发信号161移位了时间延迟TD的脉冲索引信号162。时间延迟包括与从LIDAR***发射光相关联的已知延迟(例如，与开关元件、能量存储元件和脉冲发光装置相关联的信号传送延迟和等待时间)以及与收集光和生成表示收集光的信号相关联的已知延迟(例如，放大器等待时间、模数转换延迟等)。
如图9所示，LIDAR***响应于由发光装置136以及发光装置137对特定位置的照射来检测返回信号163。测量窗口(即，收集的返回信号数据与特定测量脉冲相关联的时间段)通过启用来自光检测元件150的数据采集而启动。控制器140控制测量窗口的定时以与响应对应的测量脉冲的发射而预期返回信号的时间窗口相对应。在一些示例中，测量窗口在发射测量脉冲的时间点处被启用，并且在与LIDAR***的范围的两倍的距离内对应于光的飞行时间的时间处被停用。以这种方式，测量窗口打开以收集从与LIDAR***相邻的对象(即，可忽略的飞行时间)到位于LIDAR***的最大范围处的对象的返回光。以这种方式，拒绝所有其他不可能有助于有用返回信号的光。
如图9所示，返回信号163包括两个返回测量脉冲，其对应于多射束的路径中的不同对象。大体上，对所有检测到的测量脉冲执行信号检测。可以执行进一步的信号分析以识别最接近的信号(即，返回测量脉的第一实例)、最强信号和最远信号(即，测量窗口中的返回测量脉冲的最后一个实例)。这些实例中的任何一个都可能被LIDAR***报告为潜在有效的距离测量值。例如，可以从最接近(即最早)的返回测量脉冲来计算飞行时间TOF1，该返回测量脉冲对应于如图9中所示的发射的测量脉冲序列。
在参考图7描述的实施例中，采用两个不同的发光装置(即，发光装置136和发光装置137)来同时产生两个不同的射束，两个射束被指向在远场中重叠。然而，大体上，单个发光装置可以与分束光学器件一起使用，以将从单个发光装置发射的光束细分成两个或多个射束，这些射束通过附加光学元件被指向在远场中重叠。在这些实施例中，单个发光源同时产生在远场中与单个触发信号重叠的多个射束，而不是必须协调多个触发信号的定时(例如，MPC[1]和MPC[2])以在远场实现同时重叠照射。
图10示出了在至少一个新颖方面中利用在远场中重叠的多照射射束执行LIDAR测量的方法200。方法200适合于通过本文描述的任何实施方式来实现。在一个方面，认识到方法200的数据处理块可以经由由控制器140的一个或多个处理器或任何其他通用计算***执行的预编程算法来执行。在此认识到，所描述的实施例的特定结构方面不代表限制，而应仅被解释为说明性的。
在方框201中，两个或多个光束从LIDAR装置沿多个不同方向发射到三维环境中。由两个或多个光束中的每一个照射的三维环境的部分大致在距LIDAR装置至少五米的距离处重叠。两个或多个光束中的任何一个都不与距LIDAR装置小于五米的距离处的任何其他两个或多个光束重叠。
在方框202中，检测从由两个或多个光束同时照射的三维环境中的位置反射的光量。
在方框203中，确定从LIDAR装置发射的并由LIDAR装置的一个或多个光敏检测器检测的两个或多个光束的飞行时间。
在一个或多个示例性实施例中，所描述的功能可以用硬件、软件、固件或其任何组合来实现。如果以软件实现，则功能可作为一个或多个指令或代码存储在计算机可读介质上或经由计算机可读介质传输。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，通信介质包括便于将计算机程序从一个地方传输到另一个地方的任何介质。存储介质可能是能够由通用或专用计算机访问的任何可用的介质。作为示例而非限制，这样的计算机可读介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储器、磁盘存储器或其他磁存储装置，或可用于以指令或数据结构的形式承载或存储期望的程序代码装置并且可以由通用或专用计算机或者通用或专用处理器访问的任何其他介质。而且，任何连接都被适当地称为计算机可读介质。例如，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或诸如红外线、无线电和微波的无线技术从网站、服务器或其他远程源传输软件，则在介质的定义中包括同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或诸如红外线、无线电和微波的无线技术。这里使用的磁盘和光盘包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字多功能盘(DVD)、软盘和蓝光盘，其中磁盘通常磁性地复制数据，而光盘用激光器光学复制数据。上述的组合也应该被包括在计算机可读介质的范围内。
虽然为了指导目的在上文中描述了某些特定实施例，但是本专利文档的教导具有普遍适用性并且不限于上述特定实施例。因此，可以在不脱离如权利要求书中阐述的发明的范围的情况下实践所描述的实施例的各种特征的各种修改、改编和组合。

Claims (18)

1.一种光检测和测距(LIDAR)装置，其包括：
各自被安装到旋转板的多个电子板；
一个或多个照射源，一个或多个照射源被耦接到所述电子板中的第一个并被配置为将两个或多个光束从LIDAR装置沿多个不同方向发射到三维环境中，使得三维环境的一部分被两个或多个光束中的每一个照射，其中，两个或多个光束中的第一个从LIDAR装置的第一位置处发射，并且两个或多个光束中的第二个从LIDAR装置的与第一位置在空间上不同的第二位置处发射；
一个或多个光敏检测器，一个或多个光敏检测器被耦接到所述电子板中的第二个并被配置为检测从由两个或多个光束同时照射的三维环境中的特定位置反射的光量；
第三电子板，其被机械地和电气地耦接到所述旋转板并将一个或多个照射光学器件与一个或多个收集光学器件在空间上和光学上分离，其中所述一个或多个照射光学器件和所述一个或多个收集光学器件分别用于准直所发射的光和所检测的光；以及
计算***，计算***配置为确定从一个或多个照射源发射并由一个或多个光敏检测器检测的两个或多个光束的飞行时间。
2.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，由两个或多个光束中的每一个照射的三维环境的部分定位在距LIDAR装置至少五米处，并且两个或多个光束中的任一个在距LIDAR装置小于五米的距离处都不与任何其他两个或多个光束重叠。
3.根据权利要求2所述的LIDAR装置，其中，第一位置和第二位置定位在光学元件的表面上。
4.根据权利要求2所述的LIDAR装置，其中，第一位置定位在第一光学元件的表面上，并且第二位置定位在第二光学元件的表面上。
5.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，一个或多个照射源包括：
配置为发射第一光量的发光装置，其中：
所述第一光量由所述一个或多个光学器件准直成第一光束；以及
分束元件，分束元件配置为将第一光束分成第二光束和第三光束，其中，第二光束从LIDAR装置的所述第一位置处发射，并且其中，第三光束从LIDAR装置的所述第二位置处发射，并且其中，由第二光束和第三光束照射的三维环境的部分在距LIDAR装置至少五米的距离处大致重叠，并且第二光束和第三光束的任何部分在距LIDAR装置小于五米的任何距离处不重叠。
6.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，一个或多个照射源中的第一个从LIDAR装置的所述第一位置处发射两个或多个光束中的第一个，并且一个或多个照射源中的第二个从LIDAR装置的所述第二位置处发射两个或多个光束中的第二个。
7.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，一个或多个照射源中的每一个是激光式的。
8.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，一个或多个照射源中的每一个包括发光二极管。
9.根据权利要求1所述的LIDAR装置，其中，一个或多个照射源中的每一个发射照射光脉冲。
10.一种光检测和测距(LIDAR)装置，其包括：
各自被安装到旋转板的多个电子板；
耦接到所述电子板中的第一个并被配置为发射第一光量的一个或多个发光装置，其中：
所述第一光量被准直成第一光束；
分束元件，分束元件配置为将第一光束分成第二光束和第三光束，其中，第二光束从LIDAR装置的第一位置处发射，并且其中，第三光束从LIDAR装置的与第一位置在空间上不同的第二位置处发射，并且其中，由第二光束和第三光束照射的三维环境的部分在距LIDAR装置至少五米的距离处大致重叠，并且第二光束和第三光束的任何部分在距LIDAR装置小于五米的任何距离处不重叠；
一个或多个光敏检测器，一个或多个光敏检测器被耦接到所述电子板中的第二个并被配置为检测从由第二光束和第三光束同时照射的三维环境中的特定位置反射的光量；以及
第三电子板，其被机械地和电气地耦接到所述旋转板并将一个或多个照射光学器件与一个或多个收集光学器件在空间上和光学上分离，其中所述一个或多个照射光学器件和所述一个或多个收集光学器件分别用于准直所发射的光和所检测的光。
11.根据权利要求10所述的LIDAR装置，其中，第一位置定位在第一光学元件的表面上，并且第二位置定位在第二光学元件的表面上。
12.根据权利要求10所述的LIDAR装置，其中，第一位置定位在第一光学元件的表面上，并且第二位置定位在第二光学元件的表面上。
13.根据权利要求10所述的LIDAR装置，其中，一个或多个发光装置中的每一个是激光式的。
14.根据权利要求10所述的LIDAR装置，其中，一个或多个发光装置中的每一个是发光二极管。
15.用于执行3-D光检测和测距(LIDAR)测量的方法，所述方法包括：
将两个或多个光束从LIDAR装置沿多个不同方向发射到三维环境中，使得由两个或多个光束中的每一个照射的三维环境的部分在距LIDAR装置至少五米的距离处大致重叠，并且两个或多个光束中的任一个在距LIDAR装置小于五米的距离处都不与任何其他两个或多个光束重叠，其中所述LIDAR装置包括各自被安装到旋转板的多个电子板，一个或多个照射源被耦接到所述电子板中的第一个；
检测从由两个或多个光束同时照射的三维环境中的特定位置反射的光量；并且
确定从LIDAR装置发射并由LIDAR装置的耦接到所述电子板中的第二个的一个或多个光敏检测器检测的两个或多个光束的飞行时间，
其中所述LIDAR装置进一步包括第三电子板，所述第三电子板被机械地和电气地耦接到所述旋转板并将一个或多个照射光学器件与一个或多个收集光学器件在空间上和光学上分离，所述一个或多个照射光学器件和所述一个或多个收集光学器件分别用于准直所发射的光和所检测的光。
16.根据权利要求15所述的方法，其中两个或多个光束中的第一个从LIDAR装置的第一位置处发射，并且两个或多个光束中的第二个从LIDAR装置的与第一位置在空间上不同的第二位置处发射。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，第一位置定位在第一光学元件的表面上，并且第二位置定位在第二光学元件的表面上。
18.如权利要求16所述的方法，其还包括：
从一个或多个发光装置发射第一光量；
将第一光量准直成第一个光束；并且
将第一光束分成第二光束和第三光束，其中，第二光束从LIDAR装置的第一位置处发射，并且其中，第三光束从LIDAR装置的与第一位置在空间上不同的第二位置处发射，并且其中，由第二光束和第三光束照射的三维环境的部分在距LIDAR装置至少五米的距离处大致重叠，并且第二光束和第三光束的任何部分在距LIDAR装置小于五米的任何距离处不重叠。
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