CN112969937A - Lidar***和方法 - Google Patents

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S·雷维
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M·沙尼
Y·依法特
A·斯坦伯格
O·N·沙米尔
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Abstract

***和方法可以检测LIDAR***的最小预定距离内的物体。所述LIDAR***可以包括处理器，所述处理器被配置来：控制光源和光偏转器以照亮位于由所述光源照亮的空间中的物体；确定到位于LIDAR传感器的视场内的第一物体的距离；从互补传感器接收指示从所述视场外的第二物体反射的光的反射信号；基于所述第二反射信号确定所述第二物***于预定距离内；并且基于所述确定来调整所述光源和所述光偏转器中的至少一者以防止由所述光源发射的光的累加能量密度超出最大允许暴露水平。

Description

LIDAR***和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2018年10月19日提交的美国临时专利申请No.62/747,761和2018年11月1日提交的美国临时专利申请No.62/754,055的优先权。前述申请以引用的方式整体并入本文。
背景技术
I.技术领域
本公开总体上涉及用于扫描周围环境的技术，并且例如，涉及使用LIDAR技术来检测周围环境中的物体的***和方法。
II.背景信息
随着驾驶员辅助***和自主车辆的出现，汽车需要配备有能够可靠地感测和解释其周围环境的***，包括识别可能会影响车辆导航的障碍物、危险、物体和其他物理参数。为此，已经提出了多种不同的技术，包括单独或以冗余方式操作的雷达、LIDAR、基于相机的***。
驾驶员辅助***和自主车辆的一个考虑因素是***在不同条件下(包括雨、雾、黑暗、强光和雪)确定周围环境的能力。光检测和测距***(激光雷达(LIDAR)，也称为光雷达(LADAR))是可以在不同条件下很好地工作的技术的示例，该技术通过用光照亮物体并用传感器测量反射脉冲，来测量到物体的距离。激光是可以用在LIDAR***中的光源的一个示例。与任何感测***一样，为了使基于LIDAR的感测***完全被汽车行业采用，***应当提供可靠的数据，以使得能够检测远处的物体。但是，目前LIDAR***的最大照明功率受到使LIDAR***对眼睛安全的需要的限制(即，使得它们将不会损伤人眼，这种损伤会在投射的光发射在眼睛的角膜和晶状体中吸收时发生，而对视网膜造成热损伤。)
本公开的***和方法针对在遵守眼睛安全规定的同时改进LIDAR***的性能。
发明内容
与本公开一致的实施例提供用于从环境自动捕获和处理图像的装置和方法，以及用于处理与从所述用户的所述环境捕获的图像相关的信息的***和方法。
在一个实施例中，LIDAR***可以包括至少一个处理器。所述至少一个处理器可以被配置来：控制光源和光偏转器中的至少一者以照亮位于由所述光源照亮的空间中的第一物体和第二物体，其中所述第一物***于所述LIDAR***的LIDAR传感器的视场内，并且所述第二物***于所述LIDAR传感器的所述视场外；基于从所述LIDAR传感器接收的第一反射信号来确定到所述第一物体的距离，其中所述第一反射信号指示从所述第一物体反射的光；从互补传感器接收指示从所述第二物体反射的光的第二反射信号；基于所述第二反射信号来确定所述第二物***于距所述LIDAR***的预定距离内；并且基于所述确定来调整所述光源和所述光偏转器中的至少一者以防止由所述光源发射的光在所述预定距离内的累加能量密度超出最大允许暴露水平。
在一个实施例中，一种方法可以检测LIDAR***的最小阈值安全距离内的物体。所述方法可以包括：控制光源和光偏转器中的至少一者以照亮位于由所述光源照亮的空间中的第一物体和第二物体，其中所述第一物***于所述LIDAR***的LIDAR传感器的视场内，并且所述第二物***于所述LIDAR传感器的所述视场外；基于从所述LIDAR传感器接收的第一反射信号来确定到所述第一物体的距离，其中所述第一反射信号指示从所述第一物体反射的光；从互补传感器接收指示从所述第二物体反射的光的第二反射信号；基于所述第二反射信号来确定所述第二物***于距所述LIDAR***的预定距离内；以及基于所述确定来调整所述光源和所述光偏转器中的至少一者以防止从所述光源发射的光在所述预定距离内的累加能量密度超出最大允许暴露水平。
在一个实施例中，一种LIDAR***可以包括：光源，所述光源被配置来朝着空间投射光；LIDAR传感器，所述LIDAR传感器被配置来检测从所述LIDAR传感器的主视场中的多个物体反射的光；以及光学部件，所述光学部件用于将光从第二物体引导至所述LIDAR传感器，使得所述LIDAR能够检测来自盲点区域内的物体，其中所述盲点区域包括在所述空间中但在所述主视场外。
在一个实施例中，一种具有多个性能特点的光电检测传感器可以包括：半导体光电二极管芯片，所述半导体光电二极管芯片具有检测区域和位于所述检测区域内的光电检测器阵列。所述光电检测器阵列可以包括：第一光电检测器，所述第一光电检测器具有第一性能特点，其中所述第一光电检测器被配置来基于朝着多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的至少第一物体反射到所述第一光电检测器的光生成第一检测信号，并且其中所述第一检测信号指示朝着所述多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的所述第一物体反射到所述第一光电检测器的所述光的飞行时间；以及第二光电检测器，所述第二光电检测器具有不同于所述第一性能特点的第二性能特点，其中所述第二光电检测器被配置来基于朝着所述多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的至少第二物体反射到所述第二光电检测器的所述光生成第二检测信号；并且其中所述第二检测信号指示所述多个目标物体中的无法根据所述第一检测信号检测到的至少一个目标物体的存在。
在一个实施例中，一种方法可以使用具有多个性能特点的光电检测传感器来检测物体。所述方法可以包括：由具有第一性能特点的第一光电检测器基于朝着多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的至少第一物体反射到所述第一光电检测器的光生成第一检测信号，并且其中所述第一检测信号指示朝着所述多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的所述至少第一物体反射到所述第一光电检测器的所述光的飞行时间；以及由具有不同于所述第一性能特点的第二性能特点的第二光电检测器基于朝着所述多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的至少第二物体反射到所述第二光电检测器的所述光生成第二检测信号；其中所述第二检测信号指示所述多个目标物体中的无法根据所述第一检测信号检测到的至少一个目标物体的存在。
在一个实施例中，一种用于配备有LIDAR的道路车辆的检查***可以包括至少一个处理器。所述至少一个处理器可以被配置来执行操作，所述操作包括：访问特定车辆的LIDAR***的至少一个近期操作参数；访问至少一个历史操作参数；分析所述至少一个历史操作参数和所述至少一个近期操作参数以确定所述LIDAR***的操作退化的指示符；分析所述LIDAR***的操作退化的所述指示符和非特定于所述特定车辆的所存储数据以确定所述LIDAR***的条件；以及基于所述LIDAR***的所确定条件来触发补救动作。
在一个实施例中，一种方法可以检查配备有LIDAR的道路车辆。所述方法可以包括：访问特定车辆的LIDAR***的至少一个近期操作参数；访问至少一个历史操作参数；分析所述至少一个历史操作参数和所述至少一个近期操作参数以确定所述LIDAR***的操作退化的指示符；分析所述退化的指示符和非特定于所述特定车辆的所存储数据以确定所述LIDAR***的条件；以及基于所述LIDAR***的所确定条件来触发补救动作。
与其他公开的实施例一致，非暂时性计算机可读存储介质可以存储程序指令，所述程序指令由至少一个处理器执行并执行本文描述的任何方法。
前面的一般性描述和以下的详细描述仅仅是示例性和解释性的，并不是对权利要求的限制。
附图说明
合并到本公开中并构成本公开的一部分的附图图示了各种公开的实施例。在图中：
图1A是图示与所公开的实施例一致的示例性LIDAR***的图。
图1B是示出与所公开的实施例一致的、安装在车辆上的LIDAR***的单个扫描周期的示例性输出的图像。
图1C是示出从与所公开的实施例一致的LIDAR***的输出而确定的点云模型的表示的另一个图像。
图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F和图2G是图示根据本公开的一些实施例的投射单元的不同配置的图。
图3A、图3B、图3C和图3D是图示根据本公开的一些实施例的扫描单元的不同配置的图。
图4A、图4B、图4C、图4D和图4E是图示根据本公开的一些实施例的感测单元的不同配置的图。
图5A包括图示对于视场的单个部分的单个帧时间中的发射模式的四个示例图。
图5B包括图示对于整个视场的单个帧时间中的发射方案的三个示例图。
图5C是图示对于整个视场的单个帧时间期间朝着投射的实际光发射和接收的反射的图。
图6A、图6B和图6C是图示与本公开的一些实施例一致的第一示例性实现方式的图。
图6D是图示与本公开的一些实施例一致的第二示例实现方式的图。
图7A是图示与本公开的一些实施例一致的LIDAR***的示例性视场的图。
图7B是图示与本公开的一些实施例一致的包括互补传感器的LIDAR***的示例性视场的图。
图8A-8C是图示与本公开的一些实施例一致的包括互补传感器的LIDAR***的示例性配置的图。
图8D是图示与本公开的一些实施例一致的示例性互补传感器阵列的图。
图8E是图示与本公开的一些实施例一致的包括互补传感器的LIDAR***的另一个示例性配置的图。
图9是示出与所公开的实施例一致的用于检测LIDAR***的最小预定距离内的物体的示例性过程的流程图。
图10是图示与本公开的一些实施例一致的包括具有多个类型的光电检测器的光电检测器阵列的传感器的示例性LIDAR***的图。
图11A-11G图示与本公开的一些实施例一致的光电检测器阵列的示例性配置。
图12A是示出与所公开的实施例一致的用于使用具有多个性能特点的光电检测传感器来检测物体的示例性过程的流程图。
图12B是示出与所公开的实施例一致的用于使用具有多个性能特点的光电检测传感器来操作LIDAR***的示例性过程的流程图。
图13A是图示与本公开的一些实施例一致的用于检查LIDAR***的示例性***的图。
图13B是图示与本公开的一些实施例一致的示例性检查***的图。
图14是图示与本公开的一些实施例一致的用于检查LIDAR***的示例性过程的框图。
图15是示出与所公开的实施例一致的用于检查LIDAR***的示例性过程的流程图。
具体实施方式
以下详细描述参考附图。只要有可能，在附图和以下描述中使用相同的标号表示相同或相似的部分。尽管本文描述了若干说明性实施例，但修改、改编和其他实现方式是可能的。例如，可以对附图中所图示的部件进行替换、添加或修改，并且可以通过对所公开的方法的步骤进行替换、重新排序、移除或添加来修改本文描述的说明性方法。因而，以下详细描述不限于所公开的实施例和示例。相反，适当的范围由所附权利要求限定。
术语定义
所公开的实施例可以涉及光学***。如本文所使用的，术语“光学***”广泛地包括用于生成、检测和/或操纵光的任何***。仅作为示例，光学***可以包括一个或多个用于生成、检测和/或操纵光的光学部件。例如，光源、透镜、反射镜、棱镜、分束器、准直器、偏振光学器件、光学调制器、光学开关、光学放大器、光学检测器、光学传感器、光纤部件、半导体光学部件，尽管不是每个都是必需的，但每个都可以成为光学***的一部分。除了一个或多个光学部件之外，光学***还可以包括其他非光学部件，诸如电子部件、机械部件、化学反应部件和半导体部件。非光学部件可以与光学***的光学部件合作。例如，光学***可以包括至少一个用于分析检测到的光的处理器。
与本公开一致，光学***可以是LIDAR***。如本文所使用的，术语“LIDAR***”广泛地包括可以基于反射光来确定指示一对有形物体之间的距离的参数值的任何***。在一个实施例中，LIDAR***可以基于由LIDAR***发射的光的反射来确定一对有形物体之间的距离。如本文所使用的，术语“确定距离”广泛地包括生成指示有形物体对之间的距离的输出。所确定的距离可以表示一对有形物体之间的物理维度。仅作为示例，所确定的距离可以包括LIDAR***与LIDAR***的视场中的另一个有形物体之间的飞行距离线。在另一个实施例中，LIDAR***可以基于由LIDAR***发射的光的反射来确定一对有形物体之间的相对速度。指示一对有形物体之间的距离的输出的示例包括：有形物体之间的标准长度单位的数量(例如，米数、英寸数、公里数、毫米数)、任何长度单位的数量(例如，LIDAR***长度的数量)、距离与另一个长度之比(例如，与在LIDAR***的视场中检测到的物体的长度之比)、时间量(例如，以标准单位、任何单位或比率给出的，例如，光在有形物体之间行进所花费的时间)、一个或多个位置(例如，使用协定的坐标系指定的、相对于已知位置指定的)，等等。
LIDAR***可以基于反射光来确定一对有形物体之间的距离。在一个实施例中，LIDAR***可以处理传感器的检测结果，该结果产生指示光信号的发射和由传感器检测到该光信号的时间之间的时间段的时间信息。该时间段有时被称为光信号的“飞行时间”。在一个示例中，光信号可以是短脉冲，其上升和/或下降时间可以在接收时被检测到。使用关于在相关介质(通常是空气)中光速的已知信息，可以处理关于光信号的飞行时间的信息，以提供光信号在发射和检测之间行进的距离。在另一个实施例中，LIDAR***可以基于频率相移(或多频率相移)来确定距离。具体而言，LIDAR***可以处理指示光信号的一个或多个调制相移的信息(例如，通过求解一些联立方程以给出最终测量)。例如，可以用一个或多个恒定频率对所发射的光学信号进行调制。所发射的信号和检测到的反射之间的调制的至少一个相移可以指示光在发射和检测之间行进的距离。调制可以应用于连续波光信号、准连续波光信号或另一种类型的发射光信号。要注意的是，LIDAR***可以使用附加信息以确定距离，例如，信号的投射位置、检测位置(尤其是如果彼此远离的话)之间的位置信息(例如，相对位置)，等等。
在一些实施例中，LIDAR***可以被用于检测LIDAR***的环境中的多个物体。术语“检测LIDAR***的环境中的物体”广泛地包括生成指示朝着与LIDAR***相关联的检测器反射光的物体的信息。如果LIDAR***检测到多于一个物体，那么所生成的与不同物体有关的信息可以互连，例如小汽车在道路上行驶、鸟儿坐在树上、男人接触自行车、货车朝着建筑物移动。LIDAR***在其中检测物体的环境的维度可以因实现方式而异。例如，LIDAR***可以被用于检测其上安装有LIDAR***的车辆的环境中的多个物体，直至100m(或200m、300m等等)的水平距离，并且直至10m(或25m、50m等等)的垂直距离。在另一个示例中，LIDAR***可以被用于检测车辆的环境中或预定义水平范围(例如，25°、50°、100°、180°等等)内的多个物体，并且直至预定义的垂直高程(例如，±10°、±20°、+40°–20°、±90°或0°–90°)。
如本文所使用的，术语“检测物体”可以广泛地指确定物体的存在(例如，物体可以相对于LIDAR***和/或另一个参考位置存在于某个方向上，或者物体可以存在于某个空间体积中)。附加地或可替代地，术语“检测物体”可以指确定物体和另一个位置(例如，LIDAR***的位置、地表上的位置或另一个物体的位置)之间的距离。附加地或可替代地，术语“检测物体”可以指识别物体(例如，对物体的类型进行分类，诸如小汽车、植物、树、道路；分辨具体的物体(例如，华盛顿纪念碑)；确定车牌号；确定物体的成分(例如，固体、液体、透明、半透明)；确定物体的运动学参数(例如，它是否在移动、它的速度、它的移动方向、物体的膨胀)。附加地或可替代地，术语“检测物体”可以指生成点云图，其中点云图的一个或多个点中的每个点与物体中的位置或其面(face)上的位置对应。在一个实施例中，与视场的点云图表示相关联的数据分辨率可以与视场的0.1°x0.1°或0.3°x0.3°相关联。
与本公开一致，术语“物体”广泛地包括可以从其至少一部分反射光的物质的有限成分。例如，物体可以至少部分是固体的(例如，小汽车、树)；至少部分是液体的(例如，道路上的水坑、雨水)；至少部分是气态的(例如，烟雾、云)；由多种独特颗粒组成(例如，沙尘暴、雾、喷雾)；并且可以是一个或多个量值规模，诸如约1毫米(mm)、约5mm、约10mm、约50mm、约100mm、约500mm、约1米(m)、约5m、约10m、约50m、约100m，等等。还可以检测更小或更大的物体，以及那些示例之间的任何尺寸。要注意的是，出于各种原因，LIDAR***可以检测物体的仅一部分。例如，在一些情况下，光可以仅从物体的一些侧面反射(例如，将仅检测与LIDAR***相对的一侧)；在其他情况下，光可以仅投射在物体的一部分上(例如，投射到道路或建筑物上的激光束)；在其他情况下，物体可以被LIDAR***和被检测物体之间的另一个物体部分地阻挡；在其他情况下，LIDAR的传感器可以仅检测从物体的一部分反射的光，例如，因为环境光或其他干扰与物体的一些部分的检测发生干扰。
与本公开一致，LIDAR***可以被配置为通过扫描LIDAR***的环境来检测物体。术语“扫描LIDAR***的环境”广泛地包括照亮LIDAR***的视场或视场的一部分。在一个示例中，扫描LIDAR***的环境可以通过移动或枢转光偏转器以使光在不同方向上朝着视场的不同部分偏转来实现。在另一个示例中，扫描LIDAR***的环境可以通过改变传感器相对于视场的定位(即，位置和/或朝向)来实现。在另一个示例中，扫描LIDAR***的环境可以通过改变光源相对于视场的定位(即，位置和/或朝向)来实现。在又一个示例中，扫描LIDAR***的环境可以通过改变至少一个光源和至少一个传感器的位置以相对于视场刚性地移动(即，至少一个传感器与至少一个光源的相对距离和朝向保持)来实现。
如本文所使用的，术语“LIDAR***的视场”可以广泛地包括LIDAR***的、可以在其中检测物体的可观察环境的范围。要注意的是，LIDAR***的视场(FOV)可以受到各种条件的影响，诸如但不限于：LIDAR***的朝向(例如，是LIDAR***的光轴的方向)；LIDAR***相对于环境的位置(例如，地面之上的距离以及相邻的地形和障碍物)；LIDAR***的操作参数(例如，发射功率、计算设置、定义的操作角度)等等。LIDAR***的视场可以例如通过立体角来定义(例如，使用
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θ角定义，其中
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和θ是例如相对于LIDAR***和/或其FOV的对称轴而在垂直平面中定义的角度)。在一个示例中，视场也可以被定义在某个范围内(例如，直至200m)。
类似地，术语“瞬时视场”可以广泛地包括LIDAR***可以在任何给定时刻在其中检测物体的可观察环境的范围。例如，对于扫描LIDAR***，瞬时视场比LIDAR***的整个FOV窄，并且它可以在LIDAR***的FOV内被移动，以便使得能够在LIDAR***的FOV的其他部分中进行检测。瞬时视场在LIDAR***的FOV内的移动可以通过移动LIDAR***的(或在LIDAR***的外部的)光偏转器来实现，以便在不同方向将光束偏转到LIDAR***和/或从LIDAR***偏转。在一个实施例中，LIDAR***可以被配置为扫描LIDAR***正在其中操作的环境中的场景。如本文所使用的，术语“场景”可以广泛地包括在LIDAR***的视场内的、在其相对位置中且在其当前状态下、在LIDAR***的操作持续时间内的一些或所有物体。例如，场景可以包括地面元素(例如，地表、道路、草地、人行道、路面标记)、天空、人造物体(例如，车辆、建筑物、标志)、植被、人、动物、光投射元素(例如，手电筒、太阳、其他LIDAR***)，等等。
所公开的实施例可以涉及获得在生成重构三维模型时使用的信息。可以使用的重构三维模型的类型的示例包括点云模型和多边形网格(例如，三角形网格)。术语“点云”和“点云模型”在本领域中是众所周知的，并且应当被解释为包括在某种坐标系中空间定位的数据点(即，在由相应坐标系描述的空间中具有可识别的位置)的集合。术语“点云点”指空间中的点(可以是无量纲的，或微小的细胞空间，例如1cm3)，并且其位置可以通过点云模型使用一组坐标(例如，(X,Y,Z)、(r,φ,θ))来描述。仅作为示例，点云模型可以存储用于其一些或所有点的附加信息(例如，对于从相机图像生成的点的颜色信息)。同样，任何其他类型的重构三维模型可以存储其一些或所有物体的附加信息。相似。地，术语“多边形网格”和“三角形网格”在本领域中是众所周知的，并且应当被解释为包括限定一个或多个3D物体(诸如多面体物体)的形状的顶点、边和面的集合。这些面可以包括以下当中的一个或多个：三角形(三角形网格)、四边形或其他简单的凸多边形，因为这可以简化渲染。这些面还可以包括更一般的凹多边形或具有孔的多边形。多边形网格可以使用不同的技术来表示，诸如：顶点-顶点网格、面-顶点网格、翼形边网格和渲染动态网格。多边形网格的不同部分(例如，顶点、面、边)或者直接地和/或相对于彼此地，在空间上位于某种坐标系中(即，在由相应坐标系描述的空间中具有可识别的位置)。重构三维模型的生成可以使用任何标准的、专用的和/或新颖的摄影测量技术来实现，其中许多技术在本领域中已知的。要注意的是，LIDAR***可以生成其他类型的环境模型。
与所公开的实施例一致，LIDAR***可以包括至少一个投射单元，其具有被配置为投射光的光源。如本文所使用的，术语“光源”广泛地指被配置为发射光的任何设备。在一个实施例中，光源可以是激光器，诸如固态激光器、激光二极管、高功率激光器，或替代光源(诸如基于发光二极管(LED)的光源)。此外，如贯穿图所图示，光源112可以以不同格式发射光，诸如光脉冲、连续波(CW)、准CW等等。例如，可以使用的一种类型的光源是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。可以使用的另一种类型的光源是外腔二极管激光器(ECDL)。在一些示例中，光源可以包括被配置为发射波长在大约650nm和1150nm之间的光的激光二极管。可替代地，光源可以包括被配置为发射波长在大约800nm和大约1000nm之间、大约850nm和大约950nm之间或者大约1300nm和大约1600nm之间的光的激光二极管。除非另有说明，否则关于数值的术语“大约”被定义为相对于所称值有直至5％的变化。下面参考图2A-2C描述关于投射单元和至少一个光源的附加细节。
与所公开的实施例一致，LIDAR***可以包括至少一个扫描单元，该扫描单元具有至少一个光偏转器，该光偏转器被配置为偏转来自光源的光，以便扫描视场。术语“光偏转器”广泛地包括被配置为使光偏离其原始路径的任何机构或模块；例如，反射镜、棱镜、可控透镜、机械反射镜、机械扫描多边形、主动衍射(例如，可控LCD)、Risley棱镜、非机械电光束转向(诸如由Vscent制造)、偏振光栅(诸如由Boulder Non-Linear Systems提供)、光学相控阵(OPA)，等等。在一个实施例中，光偏转器可以包括多个光学部件，诸如至少一个反射元件(例如，反射镜)、至少一个折射元件(例如，棱镜、透镜)等等。在一个示例中，光偏转器可以是可移动的，以使光偏离到不同的度数(例如，离散的度数，或者在连续的度数跨度内)。光偏转器可以可选地以不同方式可控(例如，偏转到度数α、将偏转角度改变Δα、将光偏转器的部件移动M毫米、改变偏转角度改变的速度)。此外，光偏转器可以可选地可操作为在单个平面(例如，θ坐标)内改变偏转的角度。光偏转器可以可选地可操作为在两个非平行平面(例如，θ和
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坐标)内改变偏转的角度。可替代地或附加地，光偏转器可以可选地可操作为在预定设置之间(例如，沿着预定义的扫描路线)或以其他方式改变偏转的角度。关于光偏转器在LIDAR***中的使用，要注意的是，光偏转器可以在外传(outbound)方向(也称为传输方向或TX)上使用，以将来自光源的光偏转到视场的至少一部分。但是，光偏转器也可以在传入(inbound)方向(也称为接收方向或RX)上使用，以将来自视场的至少一部分的光偏转到一个或多个光传感器。下面参考图3A-3C描述关于扫描单元和至少一个光偏转器的附加细节。
所公开的实施例可以涉及使光偏转器枢转，以便扫描视场。如本文所使用的，术语“枢转”广泛地包括物体(尤其是固体物体)围绕一个或多个旋转轴的旋转，同时基本维持旋转中心固定。在一个实施例中，光偏转器的枢转可以包括光偏转器围绕固定轴(例如，心轴(shaft))的旋转，但不一定如此。例如，在一些MEMS反射镜实现方式中，MEMS反射镜可以通过致动连接到反射镜的多个弯曲器(bender)而移动，该反射镜除了旋转之外还可以经历一些空间平移。不过，这种反射镜可以被设计成围绕基本固定的轴旋转，因此与本公开内容一致，它被认为是枢转的。在其他实施例中，一些类型的光偏转器(例如，非机械电光束转向，OPA)不要求任何移动部件或内部移动以便改变偏转光的偏转角度。要注意的是，关于移动或枢转光偏转器的任何讨论在经过必要的改动后也适用于控制光偏转器，使得其改变光偏转器的偏转行为。例如，控制光偏转器可以引起从至少一个方向到达的光束的偏转角度的改变。
所公开的实施例可以涉及接收与视场的、与光偏转器的单个瞬时位置对应的一部分相关联的反射。如本文所使用的，术语“光偏转器的瞬时位置”(也称为“光偏转器的状态”)广泛地指光偏转器的至少一个受控部件在瞬时时间点或在短的时间跨度内所位于的空间中的地点或位置。在一个实施例中，光偏转器的瞬时位置可以相对于参考系进行测量。参考系可以与LIDAR***中的至少一个固定点有关。可替代地，例如，参考系可以与场景中的至少一个固定点有关。在一些实施例中，光偏转器的瞬时位置可以包括光偏转器的一个或多个部件(例如，反射镜、棱镜)的一些移动，通常是移动到相对于视场的扫描期间的最大变化度的有限度。例如，LIDAR***的整个视场的扫描可以包括在30°的跨度上改变光的偏转，并且至少一个光偏转器的瞬时位置可以包括光偏转器在0.05°以内的角移位。在其他实施例中，术语“光偏转器的瞬时位置”可以指光的获取期间光偏转器的位置，该光被处理以提供用于由LIDAR***生成的点云(或另一种类型的3D模型)的单个点的数据。在一些实施例中，光偏转器的瞬时位置可以与固定位置或朝向对应，其中，该偏转器在LIDAR视场的特定子区域的照明期间以该固定位置或朝向暂停一小段时间。在其他情况下，光偏转器的瞬时位置可以与沿着光偏转器的被扫描的位置/朝向范围的某个位置/朝向对应，该光偏转器通过该位置/朝向以作为LIDAR视场的连续或半连续扫描的一部分。在一些实施例中，光偏转器可以被移动，使得在LIDARFOV的扫描周期期间，光偏转器位于多个不同的瞬时位置。换句话说，在扫描周期发生的时间段期间，偏转器可以被移动通过一系列不同的瞬时位置/朝向，并且偏转器可以在扫描周期期间的不同时间到达每个不同的瞬时位置/朝向。
与所公开的实施例一致，LIDAR***可以包括至少一个具有至少一个传感器的感测单元，该传感器被配置为检测来自视场中的物体的反射。术语“传感器”广泛地包括能够测量电磁波的特性(例如，功率、频率、相位、脉冲定时、脉冲持续时间)并生成与测得的特性相关的输出的任何设备、元件或***。在一些实施例中，至少一个传感器可以包括由多个检测元件构成的多个检测器。至少一个传感器可以包括一种或多种类型的光传感器。要注意的是，至少一个传感器可以包括多个相同类型的传感器，这些传感器可以在其他特点(例如，灵敏度、尺寸)方面有所不同。也可以使用其他类型的传感器。可以出于不同的原因使用若干类型的传感器的组合，诸如为了改进范围跨度上(尤其是近的范围内)的检测；改进传感器的动态范围；改进传感器的时间响应；以及改进在变化的环境条件(例如，大气温度、雨水等等)下的检测。在一个实施例中，至少一个传感器包括SiPM(硅光电倍增器)，它是由雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)的阵列构建的固态单光子敏感设备，用作公共硅基板上的检测元件。在一个示例中，SPAD之间的典型距离可以在大约10μm和大约50μm之间，其中每个SPAD可以具有在大约20ns和大约100ns之间的恢复时间。也可以使用来自其他非硅材料的相似光电倍增管。虽然SiPM设备以数字/开关模式工作，但SiPM是模拟设备，因为所有的微单元(microcell)可以被并行读取，从而使得其能够生成由不同SPAD检测的、从单个光子到成千上万个光子的动态范围内的信号。要注意的是，来自不同类型的传感器(例如，SPAD、APD、SiPM、PIN二极管、光电检测器)的输出可以组合在一起，成为可以由LIDAR***的处理器处理的单个输出。下面参考图4A-4C描述关于感测单元和至少一个传感器的附加细节。
与所公开的实施例一致，LIDAR***可以包括被配置为执行不同功能的至少一个处理器或与之通信。至少一个处理器可以构成具有对一个或多个输入执行逻辑运算的电路的任何物理设备。例如，至少一个处理器可以包括一个或多个集成电路(IC)，包括专用集成电路(ASIC)、微芯片、微控制器、微处理器、中央处理单元(CPU)的全部或部分、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或者适于执行指令或执行逻辑运算的其他电路。由至少一个处理器执行的指令可以例如被预加载到与控制器集成的或嵌入在控制器中的存储器中，或者可以存储在分离的存储器中。存储器可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光盘、磁介质、闪存，其他永久、固定或易失性存储器，或者能够存储指令的任何其他机构。在一些实施例中，存储器被配置为存储代表关于LIDAR***的环境中的物体的数据的信息。在一些实施例中，至少一个处理器可以包括多于一个处理器。每个处理器可以具有相似的构造，或者处理器可以具有彼此电连接或断开的不同构造。例如，处理器可以是分离的电路或集成在单个电路中。当使用多于一个处理器时，处理器可以被配置为独立地或协作地操作。处理器可以以电、磁、光学、声学、机械或通过允许它们交互的其他手段来耦合。下面参考图5A-5C描述处理单元和至少一个处理器的附加细节。
***概述
图1A图示了LIDAR***100，其包括投射单元102、扫描单元104、感测单元106和处理单元108。LIDAR***100可以是可安装在车辆110上的。与本公开的实施例一致，投射单元102可以包括至少一个光源112，扫描单元104可以包括至少一个光偏转器114，感测单元106可以包括至少一个传感器116，并且处理单元108可以包括至少一个处理器118。在一个实施例中，至少一个处理器118可以被配置为协调至少一个光源112的操作与至少一个光偏转器114的移动，以便扫描视场120。在扫描周期期间，至少一个光偏转器114的每个瞬时位置可以与视场120的特定部分122相关联。此外，LIDAR***100可以包括至少一个可选的光学窗口124，用于引导朝着视场120投射的光和/或接收从视场120中的物体反射的光。可选的光学窗口124可以用于不同的目的，诸如投射光的准直和反射光的聚焦。在一个实施例中，可选的光学窗口124可以是开口、平坦窗口、透镜或任何其他类型的光学窗口。
与本公开一致，LIDAR***100可以用在自主或半自主道路车辆(例如，小汽车、公共汽车、货车、卡车和任何其他陆地车辆)中。具有LIDAR***100的自主道路车辆可以扫描他们的环境并且在没有人类输入的情况下驾驶到目的地车辆。类似地，LIDAR***100也可以用在自主/半自主飞行器(例如，UAV、无人驾驶飞机、四轴飞行器和任何其他空中飞行器或设备)中；或自主或半自主水上船舶(例如，船、轮船、潜水艇或任何其他船只)中。具有LIDAR***100的自主飞行器和水运船可以扫描他们的环境并且自主地或使用远程操作员导航到目的地。根据一个实施例，车辆110(道路车辆、飞行器或水运船只)可以使用LIDAR***100来帮助检测和扫描车辆110正在其中操作的环境。
应当注意，LIDAR***100或其任何部件可以与本文公开的任何示例实施例和方法一起使用。此外，尽管LIDAR***100的一些方面是相对于示例性的基于车辆的LIDAR平台来描述的，但LIDAR***100、其任何部件或本文描述的任何处理可以适用于其他平台类型的LIDAR***。
在一些实施例中，LIDAR***100可以包括用以扫描车辆110周围的环境的一个或多个扫描单元104。LIDAR***100可以附连或安装到车辆110的任何部分。感测单元106可以接收来自车辆110的周围环境的反射，并将指示从视场120中的物体反射的光的反射信号传送到处理单元108。与本公开一致，扫描单元104可以安装到或并入到保险杠、挡泥板、侧板、扰流板、车顶、前灯组件、尾灯组件、后视镜组件、发动机罩、后备箱或车辆110的能够容纳LIDAR***的至少一部分的任何其他合适的部分中。在一些情况下，LIDAR***100可以捕获车辆110的环境的完整环绕视图。因此，LIDAR***100可以具有360度水平视场。在一个示例中，如图1A中所示，LIDAR***100可以包括安装在车辆110的车顶上的单个扫描单元104。可替代地，LIDAR***100可以包括多个扫描单元(例如，两个、三个、四个或更多个扫描单元104)，每个扫描单元都具有视场，使得总体水平视场被围绕车辆110的360度扫描所覆盖。本领域技术人员将认识到的是，LIDAR***100可以包括以任何方式布置的任何数量的扫描单元104，取决于所采用的单元的数量，每个扫描单元具有80°至120°或更小的视场。而且，还可以通过在车辆110上安装多个LIDAR***100来获得360度水平视场，每个LIDAR***100具有单个扫描单元104。不过，要注意的是，一个或多个LIDAR***100不必提供完整的360°视场，并且较窄的视场在一些情况下可以是有用的。例如，车辆110可以要求看向车辆前方的具有75°视场的第一LIDAR***100，以及可能地要求向后看的具有相似FOV的第二LIDAR***100(可选地具有较低的检测范围)。还要注意的是，也可以实现不同的垂直视场角。
图1B是示出与所公开的实施例一致的、来自安装在车辆110上的LIDAR***100的单个扫描周期的示例性输出的图像。在这个示例中，扫描单元104并入到车辆110的右前灯组件中。图像中的每个灰点与从由感测单元106检测到的反射而确定的车辆110周围的环境中的位置对应。除了位置之外，每个灰点也可以与不同类型的信息相关联，例如，强度(例如，从那个位置返回多少光)、反射率、与其他点的接近度等等。在一个实施例中，LIDAR***100可以根据视场的多个扫描周期的检测到的反射，生成多个点云数据条目，以使得能够例如确定车辆110周围的环境的点云模型。
图1C是示出从LIDAR***100的输出而确定的点云模型的表示的图像。与所公开的实施例一致，通过处理所生成的车辆110周围的环境的点云数据条目，可以从点云模型产生环绕视图图像。在一个实施例中，可以将点云模型提供给特征提取模块，该特征提取模块处理点云信息，以识别多个特征。每个特征可以包括关于点云和/或车辆110周围的环境中的物体(例如，小汽车、树、人和道路)的不同方面的数据。特征可以具有与点云模型相同的分辨率(即，具有相同数量的数据点，可选地布置成类似尺寸的2D阵列)，或者可以具有不同的分辨率。特征可以存储在任何种类的数据结构中(例如，光栅、向量、2D阵列、1D阵列)。此外，虚拟特征(诸如车辆110的表示、边界线、或分离图像中的区域或物体的边界框(例如，如图1B中所描绘的)，以及表示一个或多个识别出的物体的图标)可以覆盖在点云模型的表示上，以形成最终的环绕视图图像。例如，车辆110的符号可以覆盖在环绕视图图像的中心上。
投射单元
图2A-2G描绘了投射单元102的各种配置及其在LIDAR***100中的作用。具体而言，图2A是图示具有单个光源的投射单元102的示意图；图2B是图示具有瞄准公共光偏转器114的多个光源的多个投射单元102的示意图；图2C是图示具有主光源和辅助光源112的投射单元102的示意图；图2D是图示用在投射单元102的一些配置中的不对称偏转器的示意图；图2E是图示非扫描LIDAR***的第一配置的示意图；图2F是图示非扫描LIDAR***的第二配置的示意图；以及图2G是在外传方向扫描但在传入方向不扫描的LIDAR***的示意图。本领域技术人员将认识到，投射单元102的所描绘的配置可以具有许多变化和修改。
图2A图示了LIDAR***100的收发分置(bi-static)配置的示例，其中投射单元102包括单个光源112。术语“收发分置配置”广泛地指这样的LIDAR***配置，其中离开LIDAR***的投射光和进入LIDAR***的反射光穿过基本不同的光学路径。在一些实施例中，LIDAR***100的收发分置配置可以包括通过使用完全不同的光学部件、通过使用平行但不完全分离的光学部件、或者通过对仅部分光学路径使用相同的光学部件(光学部件可以包括例如窗口、透镜、反射镜、分束器等等)来分离光学路径。在图2A所描绘的示例中，收发分置配置包括其中外传光和传入光穿过单个光学窗口124的配置，但是扫描单元104包括两个光偏转器，用于外传光的第一光偏转器114A和用于传入光的第二光偏转器114B(LIDAR***中的传入光包括从场景中的物体反射的发射光，并且还可以包括从其他源到达的环境光)。在图2E和图2G所描绘的示例中，收发分置配置包括其中外传光穿过第一光学窗口124A以及传入光穿过第二光学窗口124B的配置。在上述所有示例配置中，传入和外传光学路径互不相同。
在这个实施例中，LIDAR***100的所有部件可以包含在单个壳体200内，或者可以在多个壳体之间划分。如图所示，投射单元102与包括被配置为发射光(投射光204)的激光二极管202A(或耦合在一起的一个或多个激光二极管)的单个光源112相关联。在一个非限制性示例中，由光源112投射的光可以为大约800nm和950nm之间的波长，具有在大约50mW和大约500mW之间的平均功率，具有在大约50W和大约200W之间的峰值功率，以及大约2ns和大约100ns之间的脉冲宽度。此外，光源112可以可选地与用于操纵由激光二极管202A发射的光的光学组件202B相关联(例如，以用于准直、聚焦等等)。要注意的是，可以使用其他类型的光源112，并且本公开不限于激光二极管。此外，光源112可以以不同的格式发射光，诸如光脉冲、频率调制、连续波(CW)、准CW或者与所采用的特定光源对应的任何其他形式。投射格式和其他参数可以基于诸如来自处理单元108的指令之类的不同的因素不时地被光源改变。投射光朝着外传偏转器114A被投射，该外传偏转器114A用作用于在视场120中引导投射光的转向元件。在这个示例中，扫描单元104还包括可枢转的返回偏转器114B，该返回偏转器114B将从视场120内的物体208反射回来的光子(反射光206)朝着传感器116引导。反射光被传感器116检测，并且关于物体的信息(例如，到物体212的距离)由处理单元108确定。
在这个图中，LIDAR***100连接到主机210。与本公开一致，术语“主机”指可以与LIDAR***100接口连接的任何计算环境，它可以是车辆***(例如，车辆110的部分)、测试***、安全性***、监视***、交通控制***、城市建模***、或者监视其周围环境的任何***。这样的计算环境可以包括至少一个处理器和/或可以经由云连接到LIDAR***100。在一些实施例中，主机210还可以包括到外部设备的接口，外部设备诸如被配置为测量主机210的不同特点(例如，加速度、方向盘偏转、反向驾驶等等)的相机和传感器。与本公开一致，LIDAR***100可以固定到与主机210相关联的静止物体(例如，建筑物、三脚架)或固定到与主机210相关联的便携式***(例如，便携式计算机、电影摄像机)。与本公开一致，LIDAR***100可以连接到主机210，以向主机210提供LIDAR***100的输出(例如，3D模型、反射率图像)。具体而言，主机210可以使用LIDAR***100来帮助检测和扫描主机210的环境或任何其他环境。此外，主机210可以将LIDAR***100的输出与其他感测***(例如，相机、麦克风、雷达***)的输出集成、同步或以其他方式一起使用。在一个示例中，LIDAR***100可以由安全性***使用。
LIDAR***100还可以包括互连子***和部件的总线212(或其他通信机构)，用于在LIDAR***100内传送信息。可选地，总线212(或另一种通信机构)可以被用于互连LIDAR***100与主机210。在图2A的示例中，处理单元108包括两个处理器118，以至少部分地基于从LIDAR***100的内部反馈接收的信息，以协调的方式调整投射单元102、扫描单元104和感测单元106的操作。换句话说，处理单元108可以被配置为在闭环中动态地操作LIDAR***100。闭环***的特征在于具有来自至少一个元件的反馈和基于接收到的反馈更新一个或多个参数。而且，闭环***可以接收反馈，并至少部分地基于该反馈更新其自己的操作。动态***或元件是可以在操作期间被更新的***或元件。
根据一些实施例，扫描LIDAR***100周围的环境可以包括用光脉冲照亮视场120。光脉冲可以具有以下参数，诸如：脉冲持续时间、脉冲角色散、波长、瞬时功率、距光源112不同距离处的光子密度、平均功率、脉冲功率强度、脉冲宽度、脉冲重复率、脉冲序列、脉冲占空比、波长、相位、偏振，等等。扫描LIDAR***100周围的环境还可以包括检测和表征反射光的各种方面。反射光的特点可以包括例如：飞行时间(即，从发射直到检测的时间)、瞬时功率(例如，功率特征)、整个返回脉冲的平均功率、以及返回脉冲时段的光子分布/信号。通过比较光脉冲的特点与对应反射的特点，可以估计物体212的距离以及有可能的物理特点(诸如反射强度)。通过以预定义的模式(例如，光栅、Lissajous或其他模式)在多个相邻部分122上重复这个处理，可以实现视场120的整个扫描。如下面更详细地讨论的，在一些情况下，LIDAR***100可以在每个扫描周期将光引导到视场120中的仅一些部分122。这些部分可以彼此相邻，但不一定如此。
在另一个实施例中，LIDAR***100可以包括网络接口214，用于与主机210(例如，车辆控制器)通信。LIDAR***100和主机210之间的通信由虚线箭头表示。在一个实施例中，网络接口214可以包括集成服务数字网(ISDN)卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器、或提供与对应类型的电话线的数据通信连接的调制解调器。作为另一个示例，网络接口214可以包括局域网(LAN)卡，以提供与兼容LAN的数据通信连接。在另一个实施例中，网络接口214可以包括连接到射频接收器和传输器和/或光学(例如，红外)接收器和传输器的以太网端口。网络接口214的具体设计和实现方式取决于LIDAR***100和主机210要在其上操作的(一个或多个)通信网络。例如，网络接口214可以被用于例如将LIDAR***100的输出提供给外部***，该输出诸如3D模型、LIDAR***100的操作参数等等。在其他实施例中，通信单元可以被用于例如从外部***接收指令、接收关于被检查的环境的信息、从另一个传感器接收信息，等等。
图2B图示了包括多个投射单元102的LIDAR***100的收发合置配置的示例。术语“收发合置(monostatic)配置”广泛地指这样的LIDAR***配置，其中从LIDAR***离开的投射光和进入LIDAR***的反射光穿过基本相似的光学路径。在一个示例中，外传光束和传入光束可以共享至少一个光学组件，外传光束和传入光束都穿过该光学组件。在另一个示例中，外传光辐射可以穿过光学窗口(未示出)，并且传入光辐射可以穿过相同的光学窗口。收发合置配置可以包括这样一种配置，其中扫描单元104包括单个光偏转器114，该光偏转器114将投射光朝着视场120引导并将反射光朝着传感器116引导。如图所示，投射光204和反射光206都击中不对称偏转器216。术语“不对称偏转器”指具有两个侧面的、能够以与其偏转从一侧击中它的光束的方向不同的方向来偏转从第二侧击中它的光束的任何光学设备。在一个示例中，不对称偏转器不偏转投射光204，而是将反射光206朝着传感器116偏转。不对称偏转器的一个示例可以包括偏振分束器。在另一个示例中，不对称216可以包括仅允许光在一个方向上通过的光学隔离器。不对称偏转器216的图示在图2D中图示。与本公开一致，LIDAR***100的收发合置配置可以包括不对称偏转器，以防止反射光击中光源112，并将所有反射光朝着传感器116引导，由此增大检测灵敏度。
在图2B的实施例中，LIDAR***100包括三个投射单元102，每个投射单元102具有瞄准公共光偏转器114的单个光源112。在一个实施例中，多个光源112(包括两个或更多个光源)可以投射具有基本相同波长的光，并且每个光源112一般与视场的不同区域(在图中表示为120A、120B和120C)相关联。这使得能够扫描比利用光源112可以实现的更宽的视场。在另一个实施例中，多个光源102可以投射具有不同波长的光，并且所有光源112可以被引导到视场120的相同部分(或重叠部分)。
图2C图示了LIDAR***100的示例，其中投射单元102包括主光源112A和辅助光源112B。主光源112A可以投射具有比对人眼敏感的更长波长的光，以便优化SNR和检测范围。例如，主光源112A可以投射波长在大约750nm和1100nm之间的光。相反，辅助光源112B可以投射具有人眼可见波长的光。例如，辅助光源112B可以投射波长在大约400nm和700nm之间的光。在一个实施例中，辅助光源112B可以沿着与由主光源112A投射的光基本相同的光学路径来投射光。两个光源可以是时间同步的并且可以一起或以交织模式投射光发射。交织模式意味着光源并非同时是激活的，这可以减轻相互干扰。本领域技术人员将容易地看到波长范围和激活时间表(schedule)的其他组合也可以实现。
与一些实施例一致，辅助光源112B可以在它太靠近LIDAR光学输出端口时造成人眼眨眼。这可以确保眼睛安全机制，而该机制是用利用了近红外光谱的典型激光源不可行的。在另一个实施例中，辅助光源112B可以被用于服务点处的校准和可靠性，其方式与相对于车辆110在离地面一定高度处用特殊的反射器/模式进行的前灯校准有些相似。服务点处的操作员可以通过对有特征的目标(诸如距LIDAR***100指定距离处的测试图案板)上的扫描图案的简单目视检查，来检查LIDAR的校准。此外，辅助光源112B可以提供用于LIDAR正为终端用户工作的操作置信度的手段。例如，***可以被配置为允许人将手放在光偏转器114的前面，以测试其操作。
辅助光源112B还可以具有不可见元件，该不可见元件在主光源112A发生故障的情况下可以兼作备用***。这个特征对于具有更高功能安全等级的故障安全设备是有用的。假定辅助光源112B可以是可见的，并且还由于成本和复杂性的原因，与主光源112A相比，辅助光源112B可以与更小的功率相关联。因此，在主光源112A发生故障的情况下，***功能将回退到辅助光源112B的功能和能力集。尽管辅助光源112B的能力可能逊于主光源112A的能力，但可以以使车辆110能够安全地到达其目的地这样的方式来设计LIDAR***100***。
图2D图示了可以是LIDAR***100的一部分的不对称偏转器216。在图示的示例中，不对称偏转器216包括反射表面218(诸如反射镜)和单向偏转器220。尽管不一定如此，但不对称偏转器216可以可选地是收发配置的偏转器。不对称偏转器216可以用在LIDAR***100的收发合置配置中，以便允许公共光学路径用于经由至少一个偏转器114传输和接收光，如图2B和图2C中所图示。但是，典型的不对称偏转器(诸如分束器)特征在于能量损失，尤其是在接收路径中，而该接收路径可能比传输路径对功率损耗更加敏感。
如图2D中所描绘的，LIDAR***100可以包括位于传输路径中的不对称偏转器216，其包括用于在传输光信号和接收光信号之间进行分离的单向偏转器220。可选地，单向偏转器220可以对传输光基本是透明的，并且对接收光基本是反射性的。传输光由投射单元102生成并且可以通过单向偏转器220行进到扫描单元104，该扫描单元104使其朝着光学出口偏转。接收光通过光学入口到达至少一个偏转元件114，该偏转元件114将反射信号偏转到远离光源并朝着感测单元106的分离路径中。可选地，不对称偏转器216可以与偏振光源112组合，该偏振光源112利用与单向偏转器220相同的偏振轴被线性地偏振。值得注意的是，外传光束的横截面远小于反射信号的横截面。因而，LIDAR***100可以包括一个或多个光学部件(例如，透镜、准直器)，用于将发射的偏振光束聚焦或以其他方式操纵到不对称偏转器216的维度。在一个实施例中，单向偏转器220可以是对偏振光束几乎透明的偏振分束器。
与一些实施例一致，LIDAR***100还可以包括光学器件222(例如，四分之一波片延迟器)，用于修改发射光的偏振。例如，光学器件222可以将发射光束的线性偏振修改为圆形偏振。从视场反射回到***100的光将通过偏转器114回到光学器件222，其承受具有相对于传输光的倒置偏手性的圆形偏振。然后，光学器件222将接收到的倒置偏手性偏振光转换成与偏振分束器216的线性偏振不在同一个轴上的线性偏振。如上面所指出的，由于穿过到目标的距离的光束的光学色散，接收光斑块(light-patch)大于传输光斑块。
接收光中的一些将照射在单向偏转器220上，该单向偏转器220将带有一些功率损耗地使光朝着传感器106反射。但是，接收光斑块的另一个部分将落在围绕单向偏转器220(例如，偏振分束器狭缝)的反射表面218上。反射表面218将基本零功率损耗地使光朝着感测单元106反射。单向偏转器220将反射由各种偏振轴和方向组成的、将最终到达检测器的光。可选地，感测单元106可以包括传感器116，该传感器116对激光偏振不可知，并且主要对某个波长范围内的照射光子的量是敏感的。
要注意的是，当与其中具有通孔的简单反射镜相比，所提出的不对称偏转器216提供更优秀的性能。在具有孔的反射镜中，到达该孔的所有反射光都对于检测器是损失掉的。但是，在偏转器216中，单向偏转器220使这种光的大部分(例如，大约50％)朝着相应的传感器116偏转。在LIDAR***中，从远程距离到达LIDAR的光子数量非常有限，并且因此光子捕获率的改进是重要的。
根据一些实施例，描述了用于分束和转向的设备。可以从具有第一偏振的光源发射偏振光束。可以引导发射光束穿过偏振分束器组件。该偏振分束器组件在第一侧包括单向狭缝并且在相对侧包括反射镜。该单向狭缝使偏振的发射光束能够朝着四分之一波片/波延迟器行进，这将发射信号从偏振信号变为线性信号(或反之亦然)，以使得随后反射的光束不能行进通过该单向狭缝。
图2E图示了没有扫描单元104的LIDAR***100的收发分置配置的示例。为了在没有偏转器114的情况下照亮整个视场(或基本整个视场)，投射单元102可以可选地包括光源的阵列(例如，112A-112F)。在一个实施例中，光源的阵列可以包括由处理器118控制的光源的线性阵列。例如，处理器118可以使光源的线性阵列向第一可选光学窗口124A顺序投射准直激光束。第一可选光学窗口124A可以包括扩散器透镜，用于扩散投射光并顺序形成宽的水平且窄的垂直光束。可选地，***100的至少一个光源112中的一些或全部可以同时投射光。例如，处理器118可以使光源的阵列同时从多个不相邻的光源112投射光束。在所描绘的示例中，光源112A、光源112D和光源112F同时朝着第一可选光学窗口124A投射激光束，由此用三个窄的垂直光束照亮视场。来自第四光源112D的光束可以到达视场中的物体。从物体反射的光可以被第二光学窗口124B捕获，并且可以被重定向到传感器116。图2E所描绘的配置被认为是收发分置配置，因为投射光和反射光的光学路径基本不同。要注意的是，投射单元102还可以包括多个光源112，光源112以非线性配置布置，诸如二维阵列、六边形平铺或任何其他方式。
图2F图示了没有扫描单元104的LIDAR***100的收发合置配置的示例。类似于图2E所示的示例实施例，为了在没有偏转器114的情况下照亮整个视场，投射单元102可以包括光源阵列(例如，112A-112F)。但是，与图2E相反，LIDAR***100的这种配置可以包括单个光学窗口124，用于投射光和用于反射光两者。使用不对称偏转器216，反射光可以被重定向到传感器116。图2E所描绘的配置被认为是收发合置配置，因为投射光和反射光的光学路径彼此基本相似。在投射光和反射光的光学路径的上下文中，术语“基本相似”意味着两条光学路径之间的重叠可以大于80％、大于85％、大于90％或大于95％。
图2G图示了LIDAR***100的收发分置配置的示例。这个图中的LIDAR***100的配置类似于图2A所示的配置。例如，两种配置都包括扫描单元104，用于在外传方向上将投射光导向视场。但是，与图2A的实施例相反，在这种配置中，扫描单元104不在传入方向上重定向反射光。相反，反射光穿过第二光学窗口124B并进入传感器116。图2G所描绘的配置被认为是收发分置配置，因为投射光和反射光的光学路径彼此基本不同。在投射光和反射光的光学路径的上下文中，术语“基本不同”意味着两条光学路径之间的重叠可以小于10％、小于5％、小于1％或小于0.25％。
扫描单元
图3A-3D描绘了扫描单元104的各种配置及其在LIDAR***100中的作用。具体而言，图3A是图示具有MEMS反射镜(例如，形状为方形)的扫描单元104的图，图3B是图示具有MEMS反射镜(例如，形状为圆形)的另一个扫描单元104的图，图3C是图示具有用于收发合置扫描LIDAR***的反射器阵列的扫描单元104的图，并且图3D是图示机械地扫描LIDAR***100周围的环境的示例LIDAR***100的图。本领域技术人员将认识到的是，所描绘的扫描单元104的配置仅仅是示例性的，并且在本公开的范围内可以具有许多变化和修改。
图3A图示了具有单轴方形MEMS反射镜300的示例扫描单元104。在这个示例中，MEMS反射镜300用作至少一个偏转器114。如图所示，扫描单元104可以包括一个或多个致动器302(具体而言，302A和302B)。在一个实施例中，致动器302可以由半导体(例如，硅)制成，并且包括响应于由致动控制器施加的电信号而改变其维度的压电层(例如，PZT、锆钛酸铅、氮化铝)、半导体层和基(base)层。在一个实施例中，致动器302的物理特性可以确定致动器302在电流通过它时所经历的机械应力。当压电材料被激活时，它在致动器302上施加力并使其弯曲。在一个实施例中，当反射镜300在某个角位置偏转时，可以在激活状态下测量一个或多个致动器302的电阻率(Ractive)，并且与休眠状态下的电阻率(Rrest)进行比较。包括Ractive的反馈可以提供信息以确定与预期角度相比的实际反射镜偏转角度，并且如果需要，可以校正反射镜300偏转。Rrest和Ractive之间的差可以通过反射镜驱动而关联到角偏转值中，该角偏转值可以用来闭合环路。这个实施例可以被用于动态跟踪实际反射镜位置，并且可以优化线性模式和谐振模式MEMS反射镜方案的响应、振幅、偏转效率和频率。这个实施例在下面参考图32-34更详细地描述。
在扫描期间，电流(在图中表示为虚线)可以从触点304A流到触点304B(通过致动器302A、弹簧306A、反射镜300、弹簧306B和致动器302B)。半导体框架308中的隔离间隙(诸如隔离间隙310)可以使致动器302A和302B成为通过弹簧306和框架308电连接的两个分离的岛。电流流动或任何相关联的电参数(电压、电流频率、电容、相对介电常数等等)可以通过相关联的位置反馈来监视。在机械故障(其中一个部件受损)的情况下，流过该结构的电流将更改并改变其功能校准值。在极端情况下(例如，当弹簧断裂时)，电流将由于电气链中的电路断开而借助于故障元件而完全停止。
图3B图示了具有双轴圆形MEMS反射镜300的另一个示例扫描单元104。在这个示例中，MEMS反射镜300用作至少一个偏转器114。在一个实施例中，MEMS反射镜300可具有大约1mm和大约5mm之间的直径。如图所示，扫描单元104可以包括四个致动器302(302A、302B、302C和302D)，每个致动器可以处于不同的长度。在图示的示例中，电流(在图中表示为虚线)从触点304A流到触点304D，但在其他情况下，电流可以从触点304A流到触点304B、从触点304A流到触点304C、从触点304B流到触点304C、从触点304B流到触点304D、或从触点304C流到触点304D。与一些实施例一致，双轴MEMS反射镜可以被配置为在水平方向和垂直方向上偏转光。例如，双轴MEMS反射镜的偏转角度在垂直方向上可以在大约0°和30°之间并且在水平方向上在大约0°和50°之间。本领域技术人员将认识到的是，所描绘的反射镜300的配置可以具有许多变化和修改。在一个示例中，至少偏转器114可以具有双轴方形反射镜或单轴圆形反射镜。圆形和方形反射镜的示例仅作为示例在图3A和图3B中示出。取决于***规格，可以采用任何形状。在一个实施例中，致动器302可以作为至少偏转器114的组成部分被并入，使得移动MEMS反射镜300的动力直接朝着它施加。此外，MEMS反射镜300可以通过一个或多个刚性支撑元件连接到框架308。在另一个实施例中，至少偏转器114可以包括静电或电磁MEMS反射镜。
如上所述，收发合置扫描LIDAR***利用相同光学路径的至少一部分来用于发射投射光204并用于接收反射光206。外传路径中的光束可以被准直并聚焦成窄光束，而返回路径中的反射由于色散而扩散到更大的光斑块中。在一个实施例中，扫描单元104可以在返回路径中具有大的反射区域以及具有将反射(即，反射光206)重定向到传感器116的不对称偏转器216。在一个实施例中，扫描单元104可以包括具有大的反射区域以及对视场和帧速率性能具有可以忽略不计的影响的MEMS反射镜。下面参考图2D提供关于不对称偏转器216的附加细节。
在一些实施例中(例如，如图3C中所例示的)，扫描单元104可以包括具有小的光偏转器(例如，反射镜)的偏转器阵列(例如，反射器阵列)。在一个实施例中，将光偏转器114实现为一组同步工作的较小的个体光偏转器可以允许光偏转器114以高扫描速率以较大的偏转角度来执行。就有效区域而言，偏转器阵列可以基本充当大的光偏转器(例如，大的反射镜)。可以使用共享转向组件配置来操作该偏转器阵列，其允许传感器116从由光源112并发照亮的视场120的基本相同部分收集反射光子。术语“并发”意味着两个被选功能在重合或重叠的时间段期间发生，无论是一个在另一个的持续时间内开始和结束，还是后一个在另一个完成之前开始。
图3C图示了扫描单元104的示例，其中反射器阵列312具有小的反射镜。在这个实施例中，反射器阵列312用作至少一个偏转器114。反射器阵列312可以包括多个被配置为枢转(单独地或一起)并朝着视场120导引光脉冲的反射器单元314。例如，反射器阵列312可以是从光源112投射的光的外传路径的一部分。具体而言，反射器阵列312可以将投射光204朝着视场120的一部分引导。反射器阵列312也可以是用于从位于视场120的被照亮部分内的物体的表面反射的光的返回路径的一部分。具体而言，反射器阵列312可以将反射光206朝着传感器116或朝着不对称偏转器216引导。在一个示例中，反射器阵列312的面积可以在大约75至大约150mm2之间，其中每个反射器单元314可以具有大约10μm的宽度并且支撑结构可以小于100μm。
根据一些实施例，反射器阵列312可以包括可转向偏转器的一个或多个子组。电可转向偏转器的每个子组可以包括一个或多个偏转器单元(诸如反射器单元314)。例如，每个可转向偏转器单元314可以包括MEMS反射镜、反射表面组件和机电致动器中的至少一个。在一个实施例中，每个反射器单元314可以由个体处理器(未示出)单独地控制，使得它可以沿着一个或两个分离的轴中的每一个轴朝着具体角度倾斜。可替代地，反射器阵列312可以与公共控制器(例如，处理器118)相关联，该公共控制器被配置为同步地管理反射器单元314的移动，使得它们中的至少一部分将并发地枢转并指向大致相同的方向。
此外，至少一个处理器118可以选择用于外传路径的至少一个反射器单元314(在下文中称为“TX反射镜”)和用于返回路径的一组反射器单元314(在下文中称为“RX反射镜”)。与本公开一致，增加TX反射镜的数量可以增加反射光子束扩散。附加地，减少RX反射镜的数量可以缩窄接收场并补偿环境光条件(诸如云、雨、雾、极热和其他环境条件)并改进信噪比。而且，如上面所指示的，发射的光束通常比反射光斑块窄，并且因此可以被偏转阵列的一小部分完全偏转。而且，能够阻挡从偏转阵列的用于传输的部分(例如，TX反射镜)反射的光到达传感器116，由此减少LIDAR***100的内部反射对***操作的效应。此外，至少一个处理器118可以使一个或多个反射器单元314枢转，以克服由于例如热和增益效应引起的机械损伤和漂移。在示例中，一个或多个反射器单元314可以与预期不同地移动(频率、速率、速度等等)，并且它们的移动可以通过适当地电控制偏转器来补偿。
图3D图示了机械扫描LIDAR***100的环境的示例性LIDAR***100。在这个示例中，LIDAR***100可以包括马达或其他机构，用于围绕LIDAR***100的轴来旋转壳体200。可替代地，马达(或其他机构)可以机械地旋转LIDAR***100的、其上安装有一个或多个光源112和一个或多个传感器116的刚性结构，由此扫描环境。如上所述，投射单元102可以包括被配置为投射光发射的至少一个光源112。投射的光发射可以沿着外传路径朝着视场120行进。具体而言，当投射光204朝着可选的光学窗口124行进时，投射的光发射可以被偏转器114A反射通过出口孔314。反射的光发射可以沿着返回路径从物体208朝着感测单元106行进。例如，当反射光206朝着感测单元106行进时，反射光206可以被偏转器114B反射。本领域技术人员将认识到的是，具有用于同步地旋转一个或多个光源或一个或多个传感器的旋转机构的LIDAR***可以使用这种同步旋转来代替使内部光偏转器转向(或作为补充)。
在对视场120的扫描是机械式的实施例中，投射的光发射可以被引导到出口孔314，该出口孔314是将投射单元102与LIDAR***100的其他部分分离的壁316的一部分。在一些示例中，壁316可以由涂覆有反射材料的透明材料(例如，玻璃)形成，以形成偏转器114B。在这个示例中，出口孔314可以与壁316的未涂覆反射材料的部分对应。附加地或可替代地，出口孔314可以包括在壁316中的孔或切口。反射光206可以被偏转器114B反射并且朝着感测单元106的入口孔318被引导。在一些示例中，入口孔318可以包括过滤窗口，该过滤窗口被配置为允许某个波长范围内的波长进入感测单元106并衰减其他波长。来自视场120的物体208的反射可以被偏转器114B反射并击中传感器116。通过比较反射光206与投射光204的若干特性，可以确定物体208的至少一个方面。例如，通过比较由光源112发射投射光204的时间与传感器116接收反射光206的时间，可以确定物体208和LIDAR***100之间的距离。在一些示例中，还可以确定物体208的其他方面(诸如形状、颜色、材料等等)。
在一些示例中，LIDAR***100(或其一部分，包括至少一个光源112和至少一个传感器116)可以围绕至少一个轴旋转，以确定LIDAR***100的周围环境的三维地图。例如，LIDAR***100可以围绕基本垂直的轴旋转(如由箭头320所图示)，以便扫描视场120。虽然图3D图示了LIDAR***100围绕轴顺时针旋转(如由箭头320所图示)，但是附加地或可替代地，LIDAR***100可以以逆时针方向旋转。在一些示例中，LIDAR***100可以围绕垂直轴旋转360度。在其他示例中，LIDAR***100可以沿着比LIDAR***100的360度更小的区域来回旋转。例如，LIDAR***100可以安装在围绕轴来回摆动而不做完整旋转的平台上。
感测单元
图4A-4E描绘了感测单元106的各种配置及其在LIDAR***100中的作用。具体而言，图4A是图示具有检测器阵列的示例感测单元106的图，图4B是图示使用二维传感器的收发合置扫描的图，图4C是图示二维传感器116的示例的图，图4D是图示与传感器116相关联的透镜阵列的图，并且图4E包括图示透镜结构的三个图。本领域技术人员将认识到的是，所描绘的感测单元106的配置仅仅是示例性的，并且可以具有与本公开的原理一致的许多替代变体和修改。
图4A图示了具有检测器阵列400的感测单元106的示例。在这个示例中，至少一个传感器116包括检测器阵列400。LIDAR***100被配置为检测视场120中位于距LIDAR***100不同距离处(可以是几米或更多)的物体(例如，自行车208A和云208B)。物体208可以是固体物体(例如，道路、树、小汽车、人)、液体物体(例如，雾、水、大气颗粒)、或另一种类型的物体(例如，灰尘或粉末状被照亮物体)。当从光源112发射的光子击中物体208时，它们或者反射、折射或者被吸收。通常，如图所示，从物体208反射的光子的仅一部分进入可选的光学窗口124。由于每个约15cm的距离变化导致1ns的行进时间差(因为光子以光速向物体208和从物体208行进)，因此通过具有足够快响应的飞行时间传感器，击中不同物体的不同光子的行进时间之间的时间差可以是可检测的。
传感器116包括多个检测元件402，用于检测从视场120反射回的光子脉冲的光子。检测元件可以全部被包括在检测器阵列400中，检测器阵列400可以具有矩形布置(例如，如图所示)或任何其他布置。检测元件402可以彼此并发或部分并发地操作。具体而言，每个检测元件402可以对于每个采样持续时间(例如，每1纳秒)发出检测信息。在一个示例中，检测器阵列400可以是SiPM(硅光电倍增器)，其是公共硅基板上的由单光子雪崩二极管(SPAD，用作检测元件402)的阵列构建的固态单光子敏感设备。也可以使用来自其他非硅材料的相似光电倍增管。虽然SiPM设备以数字/开关模式工作，但SiPM是模拟设备，因为所有的微单元是被并行读取，从而使得能够生成由不同SPAD检测的从单个光子到成千上万个光子的动态范围内的信号。如上面所提到的，可以实现多于一种类型的传感器(例如，SiPM和APD)。有可能地，感测单元106可以包括集成到SiPM阵列中的至少一个APD和/或位于分离或公共硅基板上的SiPM旁边的至少一个APD检测器。
在一个实施例中，检测元件402可以被分组为多个区域404。这些区域是传感器116内的几何位置或环境(例如，在检测器阵列400内)，并且可以被成形为不同的形状(例如，如图所示的矩形、正方形、环等等，或任何其他形状)。尽管并非包括在区域404的几何范围内的所有个体检测器都必然属于那个区域，但在大多数情况下，它们将不属于覆盖传感器310的其他范围的其他区域404，除非在区域之间的接缝中期望一些重叠。如图4A中所图示，区域可以是非重叠区域404，但是可替代地，它们可以重叠。每个区域可以与和那个区域相关联的区域输出电路406相关联。区域输出电路406可以提供对应组的检测元件402的区域输出信号。例如，区域输出电路406可以是求和电路，但是可以采用将个体检测器的输出组合成单位输出(无论是标量、向量还是任何其他格式)的其他形式。可选地，每个区域404是单个SiPM，但不一定如此，并且区域可以是单个SiPM的子部分、若干SiPM的组、或甚至不同类型的检测器的组合。
在图示的示例中，处理单元108位于(例如，车辆110内的)主机210(内部或外部)的分离的壳体200B处，并且感测单元106可以包括用于分析反射光的专用处理器408。可替代地，处理单元108可以被用于分析反射光206。要注意的是，LIDAR***100可以以除图示的示例之外的其他方式实现多个壳体。例如，光偏转器114可以位于与投射单元102和/或感测模块106不同的壳体中。在一个实施例中，LIDAR***100可以包括以不同方式彼此连接的多个壳体，诸如：电线连接、无线连接(例如，RF连接)、光纤电缆、以及上述的任何组合。
在一个实施例中，分析反射光206可以包括基于不同区域的个体检测器的输出来确定反射光206的飞行时间。可选地，处理器408可以被配置为基于输出信号的多个区域来确定反射光206的飞行时间。除了飞行时间之外，处理单元108还可以分析反射光206，以确定整个返回脉冲上的平均功率，并且可以在返回脉冲时段上确定光子分布/信号(“脉冲形状”)。在图示的示例中，任何检测元件402的输出可以不被直接传输到处理器408，而是在被传递到处理器408之前与区域404的其他检测器的信号组合(例如，求和)。但是，这仅仅是示例并且传感器116的电路可以经由其他路线(不经由区域输出电路406)将信息从检测元件402传输到处理器408。
图4B是图示被配置为使用二维传感器116扫描LIDAR***100的环境的LIDAR***100的图。在图4B的示例中，传感器116是4X6检测器410(也称为“像素”)的矩阵。在一个实施例中，像素尺寸可以是大约1×1mm。传感器116在这样一种意义上是二维的，即，它在两个非平行轴(例如，正交轴，如图示的示例中例示的)中具有多于一组(例如，行、列)检测器410。传感器116中的检测器410的数量可以在不同的实现方式之间有所变化，例如，取决于期望的分辨率、信噪比(SNR)、期望的检测距离等等。例如，传感器116可以具有5和5000个像素之间的任何值。在另一个示例中(图中未示出)，传感器116也可以是一维矩阵(例如，1X8像素)。
要注意的是，每个检测器410可以包括多个检测元件402(诸如雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)、雪崩光电二极管(APD)和单光子雪崩二极管(SPAD)的组合)或者包括测量从激光脉冲传输事件到接收事件的飞行时间以及接收光子的强度两者的检测元件。例如，每个检测器410可以包括20和5000个SPAD之间的任何值。每个检测器410中的检测元件402的输出可以被求和、求平均或以其他方式组合，以提供统一的像素输出。
在图示的示例中，感测单元106可以包括二维传感器116(或多个二维传感器116)，其视场小于LIDAR***100的视场120。在这个讨论中，视场120(可以由LIDAR***100不在任何方向上移动、旋转或滚动的情况下所扫描的整个视场)表示为“第一FOV 412”，而传感器116的较小FOV表示为“第二FOV 412”(可互换地称为“瞬时视场”)。取决于LIDAR***100的具体用途，第二FOV 414相对于第一FOV 412的覆盖区域可以不同，并且可以例如在0.5％和50％之间。在一个示例中，第二FOV 412可以在垂直维度上伸长大约0.05°和1°之间。即使LIDAR***100包括多于一个二维传感器116，传感器阵列的组合视场仍然可以小于第一FOV412，例如，小至少5倍、至少10倍、至少20倍、或至少50倍。
为了覆盖第一FOV 412，扫描单元106可以在不同时间将从环境的不同部分到达的光子引导到传感器116。在所图示的收发合置配置中，连同将投射光204朝着视场120引导并且当至少一个光偏转器114位于瞬时位置时，扫描单元106也可以将反射光206引导到传感器116。通常，在第一FOV 412的扫描期间的每个时刻，由LIDAR***100发射的光束覆盖了该环境的、大于第二FOV 414的部分(在角开口中)并且包括了该环境的、由扫描单元104和传感器116从其收集光的部分。
图4C是图示二维传感器116的示例的图。在这个实施例中，传感器116是8X5检测器410的矩阵，并且每个检测器410包括多个检测元件402。在一个示例中，检测器410A位于传感器116的第二行(表示为“R2”)和第三列(表示为“C3”)中，其包括4X3检测元件402的矩阵。在另一个示例中，位于传感器116的第四行(表示为“R4”)和第六列(表示为“C6”)中的检测器410B包括3X3检测元件402的矩阵。因而，每个检测器410中的检测元件402的数量可以是恒定的，或者可以是变化的，并且公共阵列中的不同检测器410可以具有不同数量的检测元件402。每个检测器410中的所有检测元件402的输出可以被求和、求平均或以其他方式组合，以提供单个像素输出值。要注意的是，尽管图4C的示例中的检测器410以矩形矩阵(直行和直列)布置，但也可以使用其他布置，例如，圆形布置或蜂窝布置。
根据一些实施例，来自每个检测器410的测量可以使得能够确定从光脉冲发射事件到接收事件的飞行时间和接收光子的强度。接收事件可以是光脉冲从物体208反射的结果。飞行时间可以是表示反射物体到可选的光学窗口124的距离的时间戳值。飞行时间值可以通过光子检测和计数方法(诸如时间相关单光子计数器(TCSPC))、用于光子检测的模拟方法(诸如信号积分和鉴定(经由模数转换器或普通(plain)比较器))或其他方法来实现。
在一些实施例中并且参考图4B，在扫描周期期间，至少一个光偏转器114的每个瞬时位置可以与视场120的特定部分122相关联。传感器116的设计使得能够在来自视场120的单个部分的反射光与多个检测器410之间进行关联。因此，LIDAR***的扫描分辨率可以由(每个扫描周期的)瞬时位置的数量乘以传感器116中检测器410的数量来表示。来自每个检测器410(即，每个像素)的信息表示从中构建三维空间中的捕获的视场的基本数据元素。这可以包括例如点云表示的基本元素，具有空间位置和相关联的反射强度值。在一个实施例中，由多个检测器410检测到的来自视场120的单个部分的反射可以从位于视场120的单个部分中的不同物体返回。例如，视场120的单个部分在远场处可以大于50x50cm，这可以容易地包括彼此部分覆盖的两个、三个或更多个物体。
图4D是根据当前公开主题的示例的传感器116的一部分的横切图。传感器116的所图示部分包括检测器阵列400的一部分，包括四个检测元件402(例如，四个SPAD、四个APD)。检测器阵列400可以是在互补金属氧化物半导体(CMOS)中实现的光电检测器传感器。每个检测元件402具有敏感区域，该敏感区域位于基板环境内。尽管不一定如此，但传感器116可以用在具有窄视场的收发合置LIDAR***中(例如，因为扫描单元104在不同时间扫描视场的不同部分)。用于入射光束的窄视场(如果被实现的话)消除了离焦成像的问题。如图4D中所例示的，传感器116可以包括多个透镜422(例如，微透镜)，每个透镜422可以将入射光朝着不同的检测元件402(例如，朝着检测元件402的活动区域)引导，这在离焦成像不是问题时会是有用的。透镜422可以被用于增加检测器阵列400的光学填充因子和灵敏度，因为到达传感器116的大部分光可以朝着检测元件402的活动区域偏转。
如图4D中所例示的，检测器阵列400可以包括通过各种方法(例如，植入)内置于硅基板中的若干层，从而产生敏感区域、与金属层的接触元件以及隔离元件(例如，浅沟槽植入STI、护环、光学沟槽等等)。敏感区域可以是CMOS检测器中的体积元件，其使得能够在向设备施加足够的电压偏置的情况下将入射光子光学转换成电流。在APD/SPAD的情况下，敏感区域将是将由光子吸收产生的电子拉向倍增区域的电场的组合，在该倍增区域中光子诱发的电子被放大，从而产生倍增电子的击穿雪崩。
前侧被照亮的检测器(例如，如图4D中所示)具有与驻留在半导体(硅)顶部的金属层相同侧的输入光学端口。需要金属层来实现每个个体光电检测器元件(例如，阳极和阴极)与各种元件(诸如：偏置电压、淬火/镇流器元件和公共阵列中的其他光电检测器)的电连接。光子通过其照射检测器敏感区域的光学端口由通过金属层的通道构成。要注意的是，从一些方向通过这个通道的光可以被一个或多个金属层(例如，金属层ML6，如图4D中最左边的检测器元件402所图示)阻挡。这种阻挡降低了检测器的总光学光吸收效率。
图4E图示了根据当前公开主题的示例的三个检测元件402，每个检测元件具有相关联的透镜422。图4E中的表示为402(1)、402(2)和402(3)三个检测元件中的每一个图示了可以与传感器116的检测元件402中的一个或多个相关联地实现的透镜配置。要注意的是，也可以实现这些透镜配置的组合。
在关于检测元件402(1)图示的透镜配置中，相关联的透镜422的焦点可以位于半导体表面上方。可选地，检测元件的不同金属层中的开口可以具有与由相关联透镜422生成的聚焦光锥对准的不同尺寸。这样的结构可以改进作为整个设备的阵列400的信噪比和分辨率。大的金属层对于递送功率和接地屏蔽可以是重要的。这种方法例如可以对具有窄视场的收发合置LIDAR设计是有用的，其中入射光束由平行射线组成并且成像焦点对检测到的信号没有任何后果。
在关于检测元件402(2)图示的透镜配置中，可以通过识别最佳点(sweet spot)来提高检测元件402的光子检测效率。具体而言，在CMOS中实现的光电检测器可以在敏感体积区域中具有最佳点，光子在该区域中产生雪崩效应的概率最高。因此，透镜422的焦点可以位于敏感体积区域内在最佳点位置处，如由检测元件402(2)所演示的。透镜形状和距焦点的距离可以考虑激光束沿着从透镜到埋在半导体材料中的敏感最佳点位置的路径所经过的所有元件的折射率。
在关于图4E右侧的检测元件图示的透镜配置中，可以使用漫射器和反射元件来提高半导体材料中的光子吸收效率。具体而言，近IR波长要求显著长的硅材料路径，以便实现高概率的对行进穿过了的光子的吸收。在典型的透镜配置中，光子可以穿过敏感区域并且可以不被吸收到可检测的电子中。对于用典型的铸造工艺制造的CMOS设备，提高了光子产生电子的概率的长的吸收路径使敏感区域的尺寸朝着不太实用的维度(例如，数十μm)变化。图4E中最右侧的检测器元件演示了一种处理入射光子的技术。相关联的透镜422将入射光聚焦到漫射器元件424上。在一个实施例中，光传感器116还可以包括位于远离至少一些检测器的外表面的间隙中的漫射器。例如，漫射器424可以使光束侧向地(例如，尽可能垂直)朝着敏感区域和反射光学沟槽426转向。漫射器位于焦点处、焦点上方或焦点下方。在这个实施例中，入射光可以聚焦在漫射器元件所在的具***置上。可选地，检测器元件422被设计成在光学上避免光子诱发的电子可能在其中丢失并降低有效检测效率的非活动区域。反射光学沟槽426(或其他形式的光学反射结构)使光子在敏感区域上来回反弹，从而增加检测的可能性。理想情况下，光子将被无限期地俘获在由敏感区域和反射沟槽组成的腔中，直到光子被吸收并产生电子/空穴对。
与本公开一致，产生长的路径以使照射光子被吸收并有助于更高的检测概率。光学沟槽也可以在检测元件422中实现，用于减少在雪崩期间产生的寄生光子的串扰效应，所述寄生光子可能泄漏到其他检测器并导致误检测事件。根据一些实施例，可以优化光电检测器阵列，以便利用更高的接收信号产量(yield)，这意味着同样多的接收信号被接收到，并且更少的信号对于信号的内部退化而损失掉。可以通过以下方式改进光电检测器阵列：(a)将焦点移动到半导体表面上方的位置处，可选地通过适当地在基板上方设计金属层；(b)通过使焦点转向至基板的最响应/敏感区域(或“最佳点”)以及(c)在基板上方添加漫射器以将信号朝着“最佳点”转向、和/或向沟槽添加反射材料使得偏转的信号被反射回“最佳点”。
尽管在一些透镜配置中，透镜422可以被放置成使得其焦点在对应检测元件402的中心上方，但要注意的是，不一定如此。在其他透镜配置中，基于相应检测元件402距检测阵列400的中心的距离，透镜422的焦点相对于对应检测元件402的中心的位置而移位。这在相对较大的检测阵列400中可以是有用的，其中更远离中心的检测器元件以越来越离轴的角度接收光。移动焦点的位置(例如，朝着检测阵列400的中心)允许对入射角进行校正。具体而言，移动焦点的位置(例如，朝着检测阵列400的中心)允许对入射角进行校正同时对于所有检测元件使用基本相同的透镜422，所述透镜422是相对于检测器的表面以相同的角度放置的。
当使用仅覆盖视场的一小部分的相对小的传感器116时，将透镜422的阵列添加到检测元件402的阵列会是有用的，因为在这种情况下，来自场景的反射信号从基本相同的角度到达检测器阵列400，因此，容易将所有光聚焦到个体检测器上。还要注意的是，在一个实施例中，透镜422可以用在LIDAR***100中，以有利于增加整个阵列400的整体检测概率(防止光子在检测器/子检测器之间的死区中被“浪费”)，以牺牲空间独特性为代价。这个实施例与诸如CMOS RGB相机之类的现有技术实现方式形成对比，现有技术实施例优先考虑空间独特性(即，不允许在检测元件A的方向上传播的光被透镜朝着检测元件B引导，即，“逸出”到阵列的另一个检测元件)。可选地，传感器116包括透镜422的阵列，每个透镜与对应的检测元件402相关，而透镜422中的至少一个将传播到第一检测元件402的光朝着第二检测元件402偏转(由此它可以增加整个阵列的整体检测概率)。
具体而言，与本公开的一些实施例一致，光传感器116可以包括光检测器的阵列(例如，检测器阵列400)，每个光检测器(例如，检测器410)被配置为当光穿过相应检测器的外表面时使电流流动。此外，光传感器116可以包括至少一个被配置为将光朝着光检测器阵列引导的微透镜，该至少一个微透镜具有焦点。光传感器116还可以包括***在至少一个微透镜和光检测器阵列之间并且在其中具有间隙的至少一个导电材料层，以允许光从至少一个微透镜传递到阵列，该至少一层的尺寸被设计为在至少一个微透镜和该阵列之间维持空间，以使焦点(例如，该焦点可以是平面)位于该间隙中在与光检测器阵列的检测表面隔开的位置处。
在相关实施例中，每个检测器可以包括多个单光子雪崩二极管(SPAD)或多个雪崩光电二极管(APD)。导电材料可以是多层金属收缩部，并且至少一个导电材料层可以电连接到阵列中的检测器。在一个示例中，至少一个导电材料层包括多个层。此外，间隙可以被成形为从至少一个微透镜朝着焦点会聚，并且从焦点的区域朝着阵列发散。在其他实施例中，光传感器116还可以包括与每个光电检测器相邻的至少一个反射器。在一个实施例中，多个微透镜可以布置在透镜阵列中，并且多个检测器可以布置在检测器阵列中。在另一个实施例中，多个微透镜可以包括单个透镜，该单个透镜被配置为将光投射到阵列中的多个检测器。
通过非限制性示例参考图2E、图2F和图2G，要注意的是，***100的一个或多个传感器116可以接收来自扫描偏转器114的光、或者在无扫描的情况下的直接来自FOV的光。即使来自整个FOV的光同时到达至少一个传感器116，在一些实现方式中，一个或多个传感器116可以在任何给定时间仅采样FOV的部分以用于检测输出。例如，如果投射单元102的照明在不同的时间照亮FOV的不同部分(无论是使用偏转器114和/或通过在不同的时间激活不同的光源112)，光可以到达感测单元106的所有像素或传感器116，并且只有预期检测LIDAR照明的像素/传感器可以正主动收集用于检测输出的数据。这样，其余的像素/传感器不会不必要地收集环境噪声。关于扫描—在外传方向上或在传入方向—要注意的是，可以实现基本不同的扫描尺度。例如，在一些实现方式中，扫描区域可以覆盖FOV的1‰或0.1‰，而在其他实现方式中，扫描区域可以覆盖FOV的10％或25％。当然，也可以实现FOV值的所有其他相对部分。
处理单元
图5A-5C描绘了根据本公开的一些实施例的处理单元108的不同功能。具体而言，图5A是图示针对视场的单个部分的单个帧时间中的发射模式的图，图5B是图示针对整个视场的单个帧时间中的发射方案的图，并且图5C是图示在单个扫描周期期间朝着视场投射的实际光发射的图。
图5A图示了对于与至少一个光偏转器114的瞬时位置相关联的视场120的单个部分122在单个帧时间中的发射模式的四个示例。与本公开的实施例一致，处理单元108可以以使得光通量能够在对视场120进行扫描时变化的方式，控制至少一个光源112和光偏转器114(或协调至少一个光源112和至少一个光偏转器114的操作)。与其他实施例一致，处理单元108可以仅控制至少一个光源112，并且光偏转器114可以以固定的预定义模式移动或枢转。
图5A中的图A-D描绘了随着时间推移朝着视场120的单个部分122发射的光的功率。在图A中，处理器118可以以使得在扫描视场120期间初始光发射是朝着视场120的部分122被投射的方式，控制光源112的操作。当投射单元102包括脉动光光源时，初始光发射可以包括一个或多个初始脉冲(也称为“导频(pilot)脉冲”)。处理单元108可以从传感器116接收关于与初始光发射相关联的反射的导频信息。在一个实施例中，导频信息可以基于一个或多个检测器(例如，一个或多个SPAD、一个或多个APD、一个或多个SiPM等等)的输出表示为单个信号，或者基于多个检测器的输出表示为多个信号。在一个示例中，导频信息可以包括模拟和/或数字信息。在另一个示例中，导频信息可以包括单个值和/或多个值(例如，对于片段的不同时间和/或部分)。
基于关于与初始光发射相关联的反射的信息，处理单元108可以被配置为确定要朝着视场120的部分122投射的后续光发射的类型。对于视场120的特定部分确定的后续光发射可以在相同的扫描周期期间(即，在相同的帧中)或在后续的扫描周期中(即，在后续帧中)进行。
在图B中，处理器118可以以使得在视场120的扫描期间，不同强度的光脉冲朝着视场120的单个部分122被投射的方式，控制光源112的操作。在一个实施例中，LIDAR***100可以可操作为生成一种或多种不同类型的深度图，诸如以下类型中的任何一种或多种：点云模型、多边形网格、深度图像(保持图像或2D阵列的每个像素的深度信息)或场景的任何其他类型的3D模型。深度图的序列可以是时间序列，其中在不同的时间生成不同的深度图。可以在对应的后续帧时间的持续时间内，生成与扫描周期(可互换地称为“帧”)相关联的序列的每个深度图。在一个示例中，典型的帧时间可以持续少于一秒。在一些实施例中，LIDAR***100可以具有固定的帧速率(例如，每秒10帧、每秒25帧、每秒50帧)，或者帧速率可以是动态的。在其他实施例中，不同帧的帧时间跨序列可以不相同。例如，LIDAR***100可以实现10帧/秒的速率，其包括在100毫秒(平均值)中生成第一深度图，在92毫秒中生成第二帧，以及在142毫秒处生成第三帧，等等。
在图C中，处理器118可以以使得在视场120的扫描期间，与不同持续时间相关联的光脉冲朝着视场120的单个部分122投射的方式，控制光源112的操作。在一个实施例中，LIDAR***100可以可操作为在每个帧中生成不同数量的脉冲。脉冲的数量可以在0至32个脉冲(例如，1、5、12、28或更多个脉冲)之间变化，并且可以基于从先前发射导出的信息。光脉冲之间的时间可以取决于期望的检测范围，并且可以在500ns和5000ns之间。在一个示例中，处理单元108可以从传感器116接收关于与每个光脉冲相关联的反射的信息。基于该信息(或该信息的不存在)，处理单元108可以确定是否需要附加光脉冲。要注意的是，图A-D中的处理时间和发射时间的持续时间不是按比例的。具体而言，处理时间可以基本长于发射时间。在图D中，投射单元102可以包括连续波光源。在一个实施例中，初始光发射可以包括发射光的时间段，并且后续发射可以是初始发射的延续，或者可以存在不连续性。在一个实施例中，连续发射的强度可以随时间改变。
与本公开的一些实施例一致，可以按照视场120的每个部分，确定发射模式。换句话说，处理器118可以控制光的发射，以允许区分视场120的不同部分的照明。在一个示例中，处理器118可以基于对来自相同扫描周期(例如，初始发射)的反射光的检测来确定视场120的单个部分122的发射模式，这使得LIDAR***100极其动态。在另一个示例中，处理器118可以基于对来自先前扫描周期的反射光的检测来确定视场120的单个部分122的发射模式。后续发射的模式的差异可以由于确定用于后续发射的光源参数的不同值而产生，所述参数诸如以下任何一个：
a.后续发射的总能量。
b.后续发射的能量廓线(profile)。
c.每帧的光脉冲重复的数量。
d.光调制特点，诸如持续时间、速率、峰值、平均功率和脉冲形状。
e.后续发射的波特性，诸如偏振、波长等等。
与本公开一致，后续发射的区分可以用于不同的用途。在一个示例中，能够在视场120的、安全性是一项考虑因素的部分中限制发射功率电平，而对于视场120的其他部分发射更高功率电平(从而改进信噪比和检测范围)。这与眼睛安全有关，但也可能与皮肤安全、光学***的安全、敏感材料的安全等等有关。在另一个示例中，基于来自相同帧或前一帧的检测结果，能够将更多的能量朝着视场120的、能量将更加有用的部分(例如，感兴趣的区域、更远距离的目标、低反射目标等等)引导，而限制到视场120的其他部分的照明能量。要注意的是，处理单元108可以在单个扫描帧时间内多次处理来自单个瞬时视场的检测信号；例如，可以在每个脉冲发射之后或者在多个脉冲发射之后，确定后续的发射。
图5B图示了用于视场120的单个帧时间中的发射方案的三个示例。与本公开的实施例一致，至少在处理单元108上可以使用所获得的信息，来动态地调节LIDAR***100的操作模式和/或确定LIDAR***100的具体部件的参数值。所获得的信息可以从对在视场120中捕获的数据进行处理而确定，或者从主机210接收(直接地或间接地)。处理单元108可以使用获得的信息来确定用于扫描视场120的不同部分的扫描方案。所获得的信息可以包括当前光条件、当前天气条件、主车辆的当前驾驶环境、主车辆的当前位置、主车辆的当前轨迹、围绕主车辆的道路的当前地形、或通过光反射可检测的任何其他条件或物体。在一些实施例中，所确定的扫描方案可以包括以下当中的至少一个：(a)作为扫描周期的一部分，将视场120内的部分指定为要被主动扫描，(b)投射单元102的投射计划，该计划定义视场120的不同部分处的光发射廓线；(c)扫描单元104的偏转计划，该计划定义例如偏转方向、频率，以及指定反射器阵列内的空闲元件；以及(d)感测单元106的检测计划，该计划定义检测器灵敏度或响应度模式。
此外，处理单元108可以至少部分地通过获得视场120内的至少一个感兴趣区域和视场120内的至少一个不感兴趣区域的标识，来确定扫描方案。在一些实施例中，处理单元108可以至少部分地通过获得视场120内的至少一个高兴趣区域和视场120内的至少一个较低兴趣区域的标识，来确定扫描方案。例如，视场120内的至少一个感兴趣区域的标识可以如下确定：例如，从对在视场120中捕获的数据进行处理而确定，基于另一个传感器(例如，相机、GPS)的数据而确定，(直接地或间接地)从主机210接收，或上述的任何组合。在一些实施例中，至少一个感兴趣区域的标识可以包括：对视场120内对于监视重要的部分、区域、扇区、像素或物体的标识。可以被识别为感兴趣区域的区域的示例可以包括人行横道、移动的物体、人、附近车辆或者可以有助于车辆导航的任何其他环境条件或物体。可以被识别为不感兴趣(或较低兴趣)区域的区域的示例可以是静态(非移动)远处建筑物、天际线、地平线以及视场中的物体上方的区域。一旦获得视场120内的至少一个感兴趣区域的标识，处理单元108可以确定扫描方案或改变现有的扫描方案。为了进一步确定或改变光源参数(如上所述)，处理单元108可以基于至少一个感兴趣区域的标识来分配检测器资源。在一个示例中，为了降低噪声，处理单元108可以激活预期是感兴趣区域处的检测器410，并且禁用预期是不感兴趣的区域处的检测器410。在另一个示例中，处理单元108可以改变检测器灵敏度，例如，增大用于反射功率低的长程检测的传感器灵敏度。
图5B中的图A-C描绘了用于扫描视场120的不同扫描方案的示例。视场120中的每个方形表示与至少一个光偏转器114的瞬时位置相关联的不同部分122。图例500详细说明了由方形的填充图案表示的光通量的水平。图A描绘了第一扫描方案，其中所有部分具有相同的重要性/优先级并且为它们分配缺省光通量。第一扫描方案可以在启动阶段中使用或者与另一个扫描方案周期性地交织，以监视整个视场中非预期的/新的物体。在一个示例中，第一扫描方案中的光源参数可以被配置为以恒定的振幅生成光脉冲。图B描绘了第二扫描方案，其中视场120的一部分被分配有高光通量，而视场120的其余部分被分配有缺省光通量和低光通量。视场120的最不感兴趣的部分可以被分配有低光通量。图C描绘了第三扫描方案，其中在视场120中识别出紧凑的车辆和公共汽车(参见轮廓图)。在这种扫描方案中，可以以高功率跟踪车辆和公共汽车的边缘，并且车辆和公共汽车的中心质量可以被分配有较少的光通量(或没有光通量)。这种光通量分配使得能够在识别出的物体的边缘上集中更多的光学预算，而在其不太重要的中心上集中更少的光学预算。
图5C图示了在单个扫描周期期间朝着视场120的光发射。在所描绘的示例中，视场120由8X9矩阵表示，其中72个单元格中的每一个对应于与至少一个光偏转器114的不同瞬时位置相关联的分离部分122。在这个示例性扫描周期中，每个部分包括一个或多个白点，白点表示朝着该部分投射的光脉冲的数量，并且一些部分包括黑点，黑点表示由传感器116检测到的来自该部分的反射光。如图所示，视场120被划分为三个区域：在视场120的右侧的区域I、在视场120的中间的区域II、以及在视场120的左侧的区域III。在这个示例性扫描周期中，区域I对于每个部分最初都被分配有单个光脉冲；先前被识别为感兴趣区域的区域II对于每个部分最初被分配有三个光脉冲；并且区域III对于每个部分最初被分配有两个光脉冲。而且如图所示，扫描视场120揭示出四个物体208：近场中(例如，在5和50米之间)的两个自由形状物体，中场中(例如，在50和150米之间)的圆角方形物体、以及远场中(例如，在150和500米之间)的三角形物体。尽管图5C的讨论使用脉冲数量作为光通量分配的示例，但要注意的是，对视场的不同部分的光通量分配也可以以其他方式实现，诸如：脉冲持续时间、脉冲角色散、波长、瞬时功率、距光源112不同距离处的光子密度、平均功率、脉冲功率强度、脉冲宽度、脉冲重复率、脉冲序列、脉冲占空比、波长、相位、偏振等等。在图5C中作为单个扫描周期的光发射的图示演示了LIDAR***100的不同能力。在第一实施例中，处理器118被配置为使用两个光脉冲来检测第一距离处的第一物体(例如，圆角方形物体)，并使用三个光脉冲来检测大于第一距离的第二距离处的第二物体(例如，三角形物体)。在第二实施例中，处理器118被配置为将更多光分配到视场的识别出感兴趣区域的部分。具体而言，在本示例中，区域II被识别为感兴趣区域，因而它被分配有三个光脉冲，而视场120的其余部分被分配有两个或更少的光脉冲。在第三实施例中，处理器118被配置为以这样一种方式控制光源112，使得仅向图5C中的部分B1、B2和C1投射单个光脉冲，虽然它们是每个部分最初被分配有两个光脉冲的区域III的一部分。这是因为处理单元108基于第一光脉冲检测到近场中的物体而发生。小于最大脉冲量的分配也可以是其他考虑因素的结果。例如，在至少一些区域中，在第一距离处的物体(例如，近场物体)的检测可以导致减少发射到视场120的这个部分的总光量。
关于LIDAR***100的不同部件及其相关联功能的附加细节和示例包括在申请人于2016年12月28日提交的美国专利申请No.15/391,916；申请人于2016年12月29日提交的美国专利申请No.15/393,749；申请人于2016年12月29日提交的美国专利申请No.15/393,285；以及申请人于2016年12月29日提交的美国专利申请No.15/393,593，这些申请全文以引用方式并入本文。
示例性实现方式：车辆
图6A-6C图示了LIDAR***100在车辆(例如，车辆110)中的实现方式。上面或下面描述的LIDAR***100的任何方面可以合并到车辆110中，以提供范围感测车辆。具体而言，在这个示例中，LIDAR***100在单个车辆中集成了多个扫描单元104以及潜在地多个投射单元102。在一个实施例中，车辆可以利用这样的LIDAR***，来改进重叠区中及其之外的功率、范围和准确度、以及FOV的敏感部分(例如，车辆的向前移动方向)的冗余。如图6A中所示，车辆110可以包括用于控制视场120A的扫描的第一处理器118A、用于控制视场120B的扫描的第二处理器118B、以及用于控制扫描两个视场的同步的第三处理器118C。在一个示例中，处理器118C可以是车辆控制器并且可以在第一处理器118A和第二处理器118B之间具有共享接口。共享接口可以使得能够以中间处理级别交换数据以及使得组合视场的扫描能够同步，以便在时间和/或空间空间中形成重叠。在一个实施例中，使用共享接***换的数据可以是：(a)与重叠视场中和/或其附近的像素相关联的接收信号的飞行时间；(b)激光转向位置状态；(c)视场中物体的检测状态。
图6B图示了视场120A和视场120B之间的重叠区域600。在所描绘的示例中，重叠区域与来自视场120A的24个部分122和来自视场120B的24个部分122相关联。假定重叠区域是由处理器118A和118B定义并知道的，那么每个处理器可以被设计为限制在重叠区域600中发射的光量，以便符合跨越多个光源的眼睛安全限制，或者出于其他原因(诸如维持光学预算)。此外，处理器118A和118B可以通过扫描单元104A和扫描单元104B之间的松散同步和/或通过控制激光器传输定时和/或检测电路使能定时，来避免由两个光源发射的光之间的干扰。
图6C图示了视场120A和视场120B之间的重叠区域600如何可以被用于增加车辆110的检测距离。与本公开一致，将它们的标称光发射投射到重叠区中的两个或更多个光源112可以被充分利用，以增加有效检测范围。术语“检测范围”可以包括距离车辆110的近似距离，LIDAR***100在该距离处可以清楚地检测物体。在一个实施例中，LIDAR***100的最大检测范围是大约300米、大约400米或大约500米。例如，对于200米的检测范围，LIDAR***100可以以超过95％、超过99％、超过99.5％的次数，检测距车辆110为200米(或更小)的物体。即使物体的反射率可能小于50％(例如，小于20％、小于10％、或小于5％)。此外，LIDAR***100可以具有小于1％的误报率。在一个实施例中，可以利用来自从在时间和空间空间中并置的两个光源投射的光来改进SNR，并因此增加位于重叠区域中的物体的服务范围和/或质量。处理器118C可以从视场120A和120B中的反射光中提取高层级信息。术语“提取信息”可以包括通过本领域普通技术人员已知的任何手段，在捕获的图像数据中识别与物体、个体、位置、事件等等相关联的信息的任何处理。此外，处理器118A和118B可以共享高层级信息，诸如物体(道路分隔带、背景、行人、车辆等等)和运动向量，以使每个处理器能够提醒周边区域即将成为感兴趣区域。例如，可以确定视场120A中的移动物体将很快进入视场120B。
示例性实现方式：监视***
图6D图示了LIDAR***100在监视***中的实现方式。如上面所提到的，LIDAR***100可以固定到静止物体650，该静止物体650可以包括用于旋转LIDAR***100的壳体以获得更宽视场的马达或其他机构。可替代地，监视***可以包括多个LIDAR单元。在图6D所描绘的示例中，监视***可以使用单个可旋转LIDAR***100，来获得表示视场120的3D数据并且处理3D数据以检测人652、车辆654、环境中的变化或任何其他形式的安全性重要数据。
与本公开的一些实施例一致，可以分析3D数据，以监视零售业务过程。在一个实施例中，3D数据可以用在涉及物理安全性的零售业务过程(例如，检测：零售设施内的侵入、零售设施内或周围的故意破坏行为、对安全区域的未授权接近、以及在停车场的小汽车周围的可疑行为)。在另一个实施例中，3D数据可以用于公共安全(例如，检测：人们在商店财产上滑倒和摔倒、商店地板上的危险液体溢出或阻塞、商店停车场中的攻击或绑架、消防通道的阻塞、以及在商店区域或商店外的拥挤)。在另一个实施例中，3D数据可以被用于业务智能数据搜集(例如，跟踪通过商店区域的人，以确定例如有多少人通过、他们在哪里停留、他们停留多久、他们的购物习惯与他们的购买习惯相比是什么样子)。
与本公开的其他实施例一致，3D数据可以被分析并用于交通执法。具体而言，3D数据可以被用于识别行驶超过合法速度限制或某种其他道路合法要求的车辆。在一个示例中，LIDAR***100可以被用于检测在红色交通信号灯显示时越过停车线或指定停靠位置的车辆。在另一个示例中，LIDAR***100可以被用于识别在为公共交通预留的车道中行驶的车辆。在又一个示例中，LIDAR***100可以被用于识别在红灯时禁止具体转弯的交叉路口处转弯的车辆。
用于收发分置LIDAR的虚拟保护性壳体(VPH)
在一些实例中，可能期望检测位于非常近距离处的物体，这对于眼睛安全可能尤其重要。在正常情况下，LIDAR***可以被配置来检测被照亮空间内的物体(诸如个体)并且限制由LIDAR***发射的光以确保针对该物体维持眼睛安全级别。然而，在一些实例中，LIDAR***可能无法检测到被照亮空间内的物体。例如，可能存在盲点区域，其中物体被LIDAR***照亮但超出了LIDAR***的传感器的检测区域。这可能例如在其中不同光学窗口和/或不同光学路径用于光的发射以及用于光反射的检测的LIDAR***中发生。因此，可提供用于检测位于近距离处的物体的附加手段以限制不安全的暴露水平。
图7A是图示与本公开的一些实施例一致的LIDAR***100的示例性视场的图。在图7A所示的实施例中，LIDAR***100可以是收发分置***，如以上参考图2A所述。因此，由LIDAR***100发射的光和进入LIDAR***100的反射光可以穿过基本不同的光学路径。LIDAR***100的收发分置配置可以包括光源112和传感器116(例如，“主传感器”)，如图所示。
在收发分置配置中，LIDAR***100的完整视场可能不会被光源112和/或传感器116完整覆盖。例如，LIDAR***100可以被配置来检测环境700(其可以对应于视场120，如以上参考图1A所论述)中的物体。如图7A所图示，在一些实施例中，光源112可以将光仅投射在环境700的对应于被照亮空间701的一部分上，并且传感器116可以仅检测到来自传感器的视场702的光。理想地，被照亮空间701和视场702将完全重叠(或尽可能多地重叠)，因此使LIDAR***100的瞬时视场最大化。然而，由于收发分置配置的性质，部分701和702可能不会完全重叠，如图7A所示。因此，环境700可以包括盲点区域703，该盲点区域703表示位于被照亮空间701内但在视场702外的区域。因此，由盲点区域703内的物体反射的任何光可能都不会被传感器116检测到并且因此可能不会被LIDAR***100感知。应理解，图7A所示的LIDAR***100的视场仅通过举例提供并且部分701和702的相对范围可以相对于出于说明目的可能存在于现实世界的场景扩大。此外，图7A是LIDAR***100的图解表示，并且因此LIDAR***100可以包括光偏转器、窗口和/或除了传感器116和光源112之外的其他部件，如以上更详细所述。此外，本公开还可以涉及除了图7A所示的配置以外的LIDAR***。
由于上述效应，可以提供用于检测从盲点区域703内反射的光的附加手段。例如，LIDAR***100可以被配置来出于限制或调整由光源112发射的光的量或强度的目的检测盲点区域703内的物体的存在。这对于例如使LIDAR***100对眼睛安全的并且符合各种安全规定可能是重要的。光源112可以以扫描模式在被照亮空间701内发射光，如上所述。在一些实施例中，LIDAR***100可以被配置来检测环境700内的物体(诸如物体711)并且可以基于检测到的物体调节光源112的强度或照明功率。例如，LIDAR***100可以使用传感器116来检测可能会被由光源112发射的光伤害并且可能会限制在物体的方向上传输的光的量或强度的个体或其他物体。如果物体711是个体(例如，人)，则这可能导致眼睛安全的照明水平朝着个体引导。
然而，在这个场景下，盲点区域703可能呈现风险升高的眼睛损伤。在其中被照亮空间701和视场702不相交的近的范围处(例如，在距离阈值705内)这可能尤其是正确的。如图7A所示，光源112可以发射朝着盲点区域703内的物体710(例如，个体)引导的光720。由于由物体710反射的光可能不会被图7A所示的LIDAR***中的传感器116检测到，因此LIDAR***100可能无法调节光源112的强度或照明功率并且因此物体710可能会经受与物体711将经受的相比更高强度的光。因此，物体710可能处于更高风险的眼睛损伤或更高强度光的其他效应。因此，LIDAR***100可以包括互补传感器或用于检测盲点区域703内的物体的其他手段。虽然贯穿本公开论述了收发分置LIDAR***，但应理解，本文所公开的实施例可以类似地在其中并非所有照亮区域可以由LIDAR传感器检测到的其他类型的LIDAR***中应用。
图7B是图示与本公开的一些实施例一致的包括互补传感器716的LIDAR***100的示例性视场的图。互补传感器716可以被配置来检测从盲点区域703内的物体反射的光。互补传感器716可以被配置来检测来自互补传感器视场704内的光。互补传感器716可以被配置成使得互补传感器视场704覆盖盲点区域703(或多个盲点区域703)的全部或部分。因此，当从光源112发射的光720朝着物体710引导时，由物体710反射的光可以由互补传感器716检测到。LIDAR***100可以因此能够检测到物体710并且可以相应地调节朝着物体710引导的光的强度或量。这可以允许LIDAR***100维持被照亮空间701内的安全暴露水平并且可以允许LIDAR***100符合一个或多个安全规定。因此，通过包括互补传感器716，LIDAR***100可以包括虚拟“保护性壳体”以降低与LIDAR***相关联的安全风险。
互补传感器716可以是与传感器116相同类型或类似类型的传感器，并且因此上述传感器116的任何特征、特点和/或实施例也可以应用于互补传感器716。例如，互补传感器716可以包括多个检测元件，用于检测从互补传感器视场704反射回的光子脉冲的光子。检测元件可以全部包括在检测器阵列(类似于上述检测器阵列400中。检测元件可以彼此同时或部分同时操作。在一些实施例中，传感器716可以包括SiPM(硅光电倍增器)的阵列并且可以包括充当公共硅基板上的检测元件上的单光子雪崩二极管(SPAD)的阵列。如上所述，每个SPAD可以具有约20ns和约100ns之间的恢复时间。也可以使用来自其他非硅材料的相似光电倍增管。此外，如以上所论述，可以实现多于一种类型的传感器(例如，SiPM和APD)。互补传感器716可以包括集成到SiPM阵列中的至少一个APD和/或位于分离或公共硅基板上的SiPM旁边的至少一个APD检测器。在一些实施例中，互补传感器716可以不同于传感器116。互补传感器716可以有利地是更便宜形式的传感器(例如，更低质量、更低复杂性等等)，原因是其可能不涉及飞行时间分析以降低成本。互补传感器716可以有利地是不太昂贵形式的传感器(例如，更低质量、更低复杂性等等)，原因是其可能不会检测到非常低强度的反射水平(因为来自附近物体的反射预期包括相对大的光子密度)。互补传感器716可以是相机或其他形式的传感器。在一些实施例中，传感器116可以包括第一类型的光电二极管传感器，并且互补传感器716可以包括第二类型的光电二极管传感器。第二类型的光电二极管传感器可以具有的恢复时间短于第一类型的光电二极管传感器的恢复时间。
传感器116、光源112和/或互补传感器716可以包含在单个壳体内，或者可以在多个壳体之间划分。例如，在一些实施例中，传感器116、光源112和互补传感器716可以全部包含在上述壳体200内。在一些实施例中，互补传感器716可以设置在壳体200外部。例如，在LIDAR***100用于导航的实施例中，壳体200可以安装在车辆110上。互补传感器716可以安装到或并入车辆110的另一部分，诸如保险杆、挡泥板、侧片、扰流板、车顶、前灯组件、尾灯组件、后视镜组件、引擎盖、或车辆110的任何其他合适的部分，并且可以包括分离的壳体。因此，互补传感器716可放置在距壳体200数厘米内(例如，5cm以下、10cm以下、20cm以下等等)。在一些实施例中，互补传感器716可设置成与传感器116不同的角度。例如，互补传感器716的光轴相对于LIDAR传感器的光轴可以是倾斜的(例如，倾斜至少10°、20°、30°、40°、50°、60°)。
LIDAR***100可以包括与互补传感器716相关联的一个或多个附加部件，用于减轻与LIDAR***相关联的眼睛损伤风险。图8A是图示与本公开的一些实施例一致的包括互补传感器716的LIDAR***100的示例性配置的图。如上所述，在图8A所示的实施例中，LIDAR***100可以包括收发分置配置。因此，LIDAR***100可以包括与主扫描和感测功能相关联的光偏转器114A和114B。第一光偏转器114A可以被配置来偏转来自光源112的出程光，并且第二光偏转器114B可以被配置来朝着传感器112偏转传入光。然而，应理解，本公开还可以应用于不含光偏转器的LIDAR***(例如，其中光源不可控)。LIDAR***100还可以包括一个或多个处理器。类似于上述实施例，LIDAR***100可以包括用于调整光源112和/或光偏转器114A的操作的处理器718A以及用于调整传感器116和/或光偏转器114B的操作的处理器718B。LIDAR***100可以包括附加处理器，诸如处理器718C，该处理器718C可以协调与光源112和/或传感器116相关联的各种功能。
LIDAR***100还可以包括与互补传感器716相关联的附加部件，诸如光偏转器714和处理器718D。光偏转器714可以被配置来朝着互补光传感器716偏转传入光(例如，来自互补传感器视场704的光)。光偏转器714(正如光偏转器114A和114B)可以是扫描光偏转器(如上所述)或可以是非扫描光偏转器。处理器718D可以被配置来控制或调整传感器716和/或光偏转器714的操作并且可以被配置来执行本文所述的操作中的一个或多个(例如，过程900)。处理器718D可以被配置来与处理器718A、718B和/或718C通信，并且互补传感器716和/或光偏转器714的操作可以与光源112、传感器116、光偏转器114A和114B和/或LIDAR***100的其他部件协调。
如上参考图7B所述，互补传感器716可以被配置来检测由盲点区域703内的物体反射的光。在一些实施例中，反射光可以由光源112发射。在其他实施例中，互补传感器716可以与互补光源相关联。互补光源可以是与光源112(例如，LED等等)相比更简化的光源，或者可以类似于光源112(例如，包括互补光偏转器等等)。互补传感器716和互补光源可以是收发合置或收发分置配置，如上所述。在一些实施例中，互补传感器716可以被配置来使用飞行时间信息基于从光源112或互补光源发射的光确定与盲点区域703内的物体的距离。以下参考图8C描述互补传感器716的附加物体检测功能。
在一些实施例中，图8A所示的部件中的一个或多个可以分组在一起或彼此相关联。例如，光偏转器114A和114B可以是上述扫描单元104的部分。光偏转器714还可以是扫描单元104的部分，或可以是分离的。类似地，互补传感器716可以是感测单元106的部分，并且处理器718D可以是处理单元108的部分。处理器718C可以进一步被配置来协调互补传感器716和光偏转器714以及LIDAR***100的其他部件的操作。
在一些实施例中，LIDAR***100可以具有与图8A所示的那些部件更多或更少的部件。例如，由处理器718A、718B、718C和718D中的一个或多个执行的操作可以由单个处理器执行或者可以在附加处理器之间分割。LIDAR***100可以包括单个处理器，该单个处理器被配置来控制投射单元102、扫描单元104和/或感测单元106中的每一者，该LIDAR***100还可以包括互补传感器716和/或光偏转器714。LIDAR***100还可以包括一个或多个光学窗口，诸如上述光学窗口124。光偏转器114A、114B和714可以全部与单个光学窗口相关联，或者可以与多个光学窗口相关联。例如，偏转器114A和114B可以与第一光学窗口相关联，并且光偏转器714可以与第二光学窗口相关联，等等。本领域的技术人员将了解，LIDAR***100的所描述配置可以具有众多变型和修改。
在一些实施例中，互补传感器716可以被配置来与光源112共享光学路径。图8B是图示与本公开的一些实施例一致的包括互补传感器716的LIDAR***100的另一个示例性配置的图。在这个实施例中，互补传感器716和光源112均可以使用单个光偏转器(例如，114A)。因此，光偏转器114A可以包括非对称偏转器，如上所述。LIDAR***100还可以包括非对称偏转器715，该非对称偏转器715被配置来允许来自光源112的光穿过到达光偏转器114A但使在光偏转器114A处接收的光偏转到传感器716，如图所示。在这个配置中，被照亮空间701和互补传感器视场704可以是相同的，由此确保贯穿光源112的扫描范围维持眼睛安全水平。在另一个实施例中，并非包括非对称偏转器715，光偏转器114A可以包括阵列中的多个反射镜。在这个实施例中，多个反射镜的第一反射镜可以被配置来将来自光源的光朝着被照亮空间701引导，并且多个反射镜的至少第二反射镜可以被配置来将来自被照亮空间的反射信号朝着互补传感器716引导。
在一些实施例中，互补传感器716可局限于近的范围或短的范围检测。在一些实施例中，LIDAR***100还可以包括滤波器，该滤波器用于降低由互补传感器716接收的光的强度。因此，从更远的目标反射出去的光将被滤波器减少。LIDAR***100可以使用具有低强度的不同参数(例如，波长、编码等等)的光源。在其他实施例中，LIDAR***100可以限制在光由光源112发射之后的互补传感器716测量反射光的时间。因此，基于光行进的速度，LIDAR***100可以将互补传感器716限制为近的范围检测。
在其他示例性实施例中，互补传感器716可以被配置来确定到物体710的距离。图8C是图示与本公开的一些实施例一致的包括互补传感器716的LIDAR***100的另一个示例性配置的图。在这个实施例中，互补传感器716可以包括检测元件阵列，该检测元件阵列被配置来接收从互补传感器视场704(未示出)反射的光。每个检测元件可以与特定角度相关联，如虚线822所图示。检测元件可以被布置成使得检测元件的角度覆盖盲点区域703。使用这个配置，LIDAR***100可以能够检测盲点区域内的物体并且可以进一步确定物体的适当距离、位置、尺寸、形状等等。例如，光源112可以发射光720，该光720可以从物体710反射出去。光720可以基于在光720被发射时光偏转器114A的位置以已知角度θ发射。基于哪一检测元件接收由物体710反射的光，LIDAR***100可以被配置来确定相对于LIDAR***100到物体710的距离。例如，如果反射光在检测元件821处被接收，则基于检测元件821和光偏转器114A之间的距离、传输光720的角度θ以及检测元件821的瞬时视场的方向，到物体821的距离可以基于三角法(例如，使用查找表—LUT或计算)来确定。物体710的适当尺寸和形状还可以基于互补传感器716的检测由物体710反射的光的检测元件的数量来确定。这样的信息可以用于调整光源112和/或光偏转器114A以降低朝着物体710引导的光的强度。例如，LIDAR***100基于物体710的位置来选择性地调整光强度。换句话讲，LIDAR***100可以被配置来降低朝着被照亮空间701的物体710定位在其中的区域引导的光的强度，但针对所有其他区域可以维持正常操作强度。
图8C所示的互补传感器716出于说明目的被简化并且可以包含处于变化角度的附加检测元件。在一些实施例中，互补传感器也可以是角度水平(如图8C所示)和/或竖直变动的2-D阵列。也可以使用其他配置，诸如倾斜或交错2-D阵列、六边形阵列或任何其他合适的布置。图8D是图示与本公开的一些实施例一致的示例性互补传感器716的图。如图所示，互补传感器716可以包括检测元件821的2-D阵列。检测元件可以各自具有相关联角度并且可以被布置来覆盖3-D空间中的盲点区域703。使用以上参考图8C所述的技术，LIDAR***100可以更准确地检测盲点区域703内(尤其在近距离处)的物体。在一些实施例中，传感器116和互补传感器716可以包括在单个芯片上，该单个芯片包括多个检测元件，如图8D所示。检测元件的一部分(由与互补传感器716相关联的边界区域图示)可以被配置用于检测盲点区域703内的物体。剩余检测元件可以与如上更详细所述的正常飞行时间物体检测相关联。应理解，本公开不限于图8D所示的检测元件的配置。与互补传感器716相关联的检测元件可以被布置成任何行数或列数、不包括整行和/或整列的检测元件的分组、一系列分散的检测元件或任何其他合适的配置。
在其他示例性实施例中，LIDAR***100可以包括附加光学部件，所述附加光学部件被配置来衍射来自环境700的光，使得可以检测到盲点区域703内的物体。图8E是图示与本公开的一些实施例一致的包括互补传感器716的LIDAR***100的另一个示例性配置的图。LIDAR***100可以包括被配置来衍射光的附加光学部件814。在一些实施例中，光学部件814可以被配置来衍射来自视场804的光并且将该光引导至互补传感器716。光学部件814可以被配置成使得视场804覆盖或包括盲点区域703。因此，互补传感器716可以通过光学部件814检测到视场804内的物体。在一些实施例中，传感器116和互补传感器716可以设置在相同芯片上。例如，传感器116可以包括检测元件阵列，并且互补传感器716可以包括检测元件的子集，如以上参考图8D所述。
光学部件814可以是被配置来接收来自视场804的光并且朝着互补传感器716引导该光的任何光学部件。例如，光学部件814可以是被配置来衍射来自环境700的光的透镜。在一些实施例中，光学部件814可以是多刻面透镜，其中一个或多个刻面朝着互补传感器716衍射来自视场804的光，并且其他刻面衍射来自视场702的光并且朝着传感器116衍射该光。光学部件814可以是窗口、反射镜、棱镜或者这些或类似部件的任何组合。在一些实施例中，光学部件814可以是扫描光偏转器，诸如光偏转器114A。光偏转器可以被配置来在视场804的方向上扫描。在一些实施例中，可以选择性地应用光学部件814。例如，可以仅周期性地扫描视场804以检测盲点区域703中的物体。因此，光学部件814可以具有马达或其他致动器以选择性地衍射来自视场804的光。在选择性地应用光学部件的实施例中，传感器116和互补传感器716可以是被配置来在不同模式下操作(例如，与正常操作相关联的飞行时间检测以及出于眼睛安全目的在盲点区域703内的物体检测)的单个传感器。在一些实施例中，光学部件814可以与光源112相关联并且可以周期性地重定向光以进行物体的近的范围检测。在这样的实施例中，可以在主光源之前传输重定向光，使得可以首先检测到物体并且LIDAR***100可以对检测到的物体作出反应。
LIDAR***100可以被配置来调整光源112和/或光偏转器114A以防止累加能量密度超出最大允许暴露。例如，处理器718C可以基于从互补传感器716(和/或处理器718D)接收的反射信号来确定物体710在距光偏转器114A的预定距离内。因此，处理器718C和/或处理器718D可以使用上述方法或任何合适的已知方法来确定到物体710的距离。
预定距离可以是与LIDAR***100的操作相关联的预定义安全距离。例如，预定距离可以与距光偏转器114A的最大距离相关联，其中眼睛安全可能是一个问题(例如，基于光源112的强度)。例如，当光源112的强度增加时预定距离可以更大。预定距离还可以基于适用行业或政府规定或其他预定义值来定义。
处理器718C(和/或处理器718A)可以被配置来调整光源112和/或光偏转器114A以防止预定距离内的累加能量密度超出最大允许暴露。例如，处理器718C可以通过限制由光源112发射的光的量或强度来调整光源112。可替代地或附加地，处理器718C可以调整光偏转器114A以远离物体710引导光或以其他方式降低预定距离内的能量密度。最大允许暴露可以对应于对于人眼被视为安全的最大暴露水平。在一些实施例中，最大允许暴露可以是LIDAR***100内的预定义值(例如，对应于符合眼睛安全规定等等的安全限制)。最大允许暴露还可以与距光偏转器114A的距离和/或在给定距离处对眼睛安全的暴露时间相关联。例如，处理器718C可以确定到至少一个物体的距离并且计算物体710处的光的强度。例如，物体710处的强度可以基于由光源112发射的光强度以及在各种距离处的光强度的已知或估计退化或降低量。处理器718C可以通过基于在确定的距离处确定的光强度确定在该距离处对眼睛安全的暴露时间来调整光源112和/或光偏转器114A。在一些实施例中，预定距离可以包括各自具有对应最大允许暴露的多个预定距离。
图9是示出与所公开的实施例一致的用于检测LIDAR***100的最小预定距离内的物体的示例性过程900的流程图。过程900可以由与LIDAR***100相关联的一个或多个处理器(诸如处理器718D)执行。应理解，过程900的一个或多个步骤可以由与LIDAR***100相关联的其他处理器(包括处理器718A、718B、718C、118和/或处理单元108)执行。
在步骤910中，过程900可以包括：控制光源和光偏转器中的至少一者以照亮位于由光源照亮的空间中的第一物体和第二物体，其中第一物***于LIDAR***的LIDAR传感器的视场内，并且第二物***于LIDAR传感器的视场外。例如，步骤910可以包括：控制光源112和光偏转器114A以照亮被照亮空间701内的物体710和711。在一些实施例中，第二物体(例如，物体710)可以位于盲点区域(例如，盲点区域703)中。盲点区域可以包括被照亮空间的位于LIDAR***的视场外的部分。步骤910可以包括：朝着被照亮空间701发射光脉冲以确定到被照亮空间701内的物体的距离和/或所述物体的特点。在一些实施例中，第一物体和第二物体可以被相同光源照亮。然而，在其他实施例中，不同光源可以用于每个物体，如以上所论述。
在步骤920中，过程900可以包括：基于从LIDAR传感器接收的第一反射信号确定到第一物体的距离，其中第一反射信号指示从第一物体反射的光。例如，步骤920可以包括：从传感器116接收指示从视场702内的物体711反射的光的反射信号。接收到的反射信号可以用于检测物体711和/或视场702中的位于距LIDAR***100不同距离处的附加物体。
在步骤930中，过程900可以包括：从互补传感器接收指示从第二物体反射的光的第二反射信号。例如，处理器718D可以从互补传感器716接收反射信号，所述反射信号可以表示从位于被照亮空间701中但排除在视场702之外(例如，在盲点区域703中)的物体710反射的光。在一些实施例中，互补传感器可以被配置来接收来自盲点区域内的光。在一些实施例中，互补传感器可以具有瞬时像素视场，该瞬时像素视场大于LIDAR传感器的瞬时像素视场(例如，大2倍–5倍、大5倍–10倍、大10倍–20倍、大20倍–50倍、大>50)。
在一些实施例中，互补传感器可以与传感器112共享光学路径。因此，光偏转器(例如，光偏转器114A)可以包括多个反射镜，其中阵列的至少第一反射镜被配置来将来自光源的光朝着被照亮空间引导，并且阵列的至少第二反射镜被配置来将来自被照亮空间的反射信号朝着互补传感器引导。在一些实施例中，LIDAR***100还可以包括至少一个非对称偏转器(例如，非对称偏转器715)，该至少一个非对称偏转器被配置来将来自光源的光引导至被照亮空间中并且将从第二物体反射的光引导至互补传感器。例如，光可以由光源传输到被照亮空间并且由光学装置从被照亮空间朝着互补传感器反射。
互补传感器可以与如上所述的主传感器相同或可以不同。在一些实施例中，LIDAR传感器可以包括至少第一类型的光电二极管传感器，并且互补传感器可以包括至少第二类型的光电二极管传感器。例如，第二类型的光电二极管传感器可以具有的恢复时间短于第一类型的光电二极管传感器的恢复时间。在一些实施例中，互补传感器的范围可以短于(例如，短2倍、3倍、4倍、5倍、10倍、20倍、30倍、40倍、50倍、100倍)LIDAR传感器的范围。第二类型的光电二极管传感器还可以具有与第一类型的光电二极管传感器不同的其他特点或参数，诸如不同动态范围(例如，表示可由光电二极管传感器检测的照度值的范围)、不同最大或最小强度值、不同增益等等。在一些实施例中，互补传感器可能不与飞行时间物体检测相关联。例如，第二类型的光电二极管传感器可以被配置来提供与从第二物体反射的光相关联的强度信息但不提供时间信息。在一些实施例中，LIDAR传感器和互补可以包括在包括多个检测元件的单个芯片上，该LIDAR传感器与多个检测元件中的第一组相关联并且互补传感器与多个检测元件中的第二组相关联。
在步骤940中，过程900可以包括：基于第二反射信号确定第二物***于距LIDAR***的预定距离内。例如，处理器718D可以基于由物体710反射的光的一个或多个特点来确定光偏转器114A和物体710之间的距离。例如，过程900可以由安装在车辆上的LIDAR***执行，并且过程900还可以包括：提供预定距离内的第二物体的存在的指示。在一些实施例中，互补传感器可以包括多个检测元件并且至少一个处理器可以进一步被配置来基于多个检测元件中的哪一个接收到从如上所述的第二物体反射的光来确定到第二物体的距离。处理器718D可以进一步确定光偏转器114A和物体710之间的距离是否在预定距离内。预定距离可以对应于存储在LIDAR***100内的预定安全距离。例如，预定距离可以对应于LIDAR***100的其中眼睛安全可能成问题的最大范围(例如，基于由光源112发射的光的强度、LIDAR***100的环境等等)。在其他实施例中，预定距离可以由政府或行业规定(例如，针对LIDAR***的安全规定等等)设定。在一些实施例中，LIDAR***100可以安装在车辆(例如，车辆110)上，并且至少一个处理器可以进一步被配置来提供预定距离内的至少一个物体的存在的指示。在一些实施例中，步骤940还可以包括：使用从LIDAR传感器或附加传感器接收的数据来确认至少一个物***于预定距离内的确定。例如，如果物体710位于视场702内或移动到视场702中(或如果LIDAR***100被调节或移动到使得物体710位于视场702内)，则传感器116可以用于确认物体710的存在。
在步骤950中，过程900可以包括：基于该确定调整光源和光偏转器中的至少一者以防止从光源发射的光在预定距离内的累加能量密度超出最大允许暴露水平。例如，步骤950可以包括：控制光源112和/或光偏转器114A(例如，经由处理器718A)以限制由光源112发射的光的强度、量和/或方向。在一些实施例中，调整可以包括：选择性地限制第二物体的区域中的光的强度但维持其他区域中的光源和/或光偏转器的正常操作。例如，调整还可以包括：调整至少一个光源以防止被照亮空间的与第二物体相关联的区域(和/或盲点区域)中的累加能量密度超出预定水平。在一些实施例中，步骤950可以包括：相对于被照亮空间的不与第二物体相关联的区域不调整(或至少基于第二物***于预定距离内的确定不调整)至少一个光源。例如，LIDAR***可以仅在第二物体的方向上调整光源。
步骤950可以包括一个或多个附加步骤，诸如：确定到至少一个物体的距离、计算至少一个物体处的光的强度、以及确定在到至少一个物体的该距离处对眼睛安全的暴露时间，如以上所论述。至少一个物体处的光的强度可以基于由光源112发射的光脉冲的强度以及由光源112发射的光脉冲的已知特性。例如，处理器718D可以基于光脉冲的强度在给定距离或时间内减小的已知或估计速率来计算物体710处的光强度。暴露时间可以取决于物体710处的光的强度的强度而变化。例如，眼睛安全的暴露时间在更低光强度处比在更高光强度处可以更大。眼睛安全的暴露时间和光强度之间的关联可以由人眼在受损伤之前能够承受的光能量暴露的量定义。在一些实施例中，该关联可以基于一个或多个行业或政府规定，诸如眼睛安全标准或规定。在一些实施例中，步骤950还可以包括：基于到至少一个物体的确定的距离来确定与最大允许暴露相关联的值。例如，最大允许暴露可以基于在确定的暴露时间在至少一个物体处的光的强度。还可以确定与最大允许暴露相关联的各种其他值。
在一些实施例中，步骤950可包括其他补救动作。例如，在一些实施例中，被照亮空间701可以有意地宽于视场702以便增大分辨率或帧率或出于任何其他原因。在这样的实施例中，对检测物体710的响应可以是增大视场702的范围，减小被照亮空间701的范围等。可以实现各种其他补救动作。
具有不同类型的传感器以帮助近的范围检测的LIDAR***
在一些实例中，对于LIDAR***的传感器可能有利的是具有多个不同类型的检测元件。使用同类的光电检测器可能导致检测不准确或甚至错过物体的检测。光电检测器的操作特点可以允许其在某些动态范围和/或在某些距离而不再其他距离处有效地执行。作为一个示例，当检测到近的范围处的物体处，光子发射和检测之间的时间间隔可以在检测器的恢复时间内。因此，在近的范围处，LIDAR***由于检测器的恢复时间而可能无法准确地检测到物体。各种其他检测器特性也可能导致不准确。因此，使用多种类型的检测器(例如，具有不同恢复时间)可以提高尤其在不同范围处的检测。
图10是图示与本公开的一些实施例一致的包括具有多个类型的光电检测器的光电检测器阵列1020的传感器的示例性LIDAR***100的图。LIDAR***100可以包括光源1002、光偏转器1004和光电检测传感器1006。光源1002可以被配置来朝着LIDAR***100的视场120发射光。光源1002可以是激光器，诸如固体激光器、激光二极管、高功率激光器，或另选的光源，诸如基于发光二极管(LED)的光源。光源1002可以对应于上述光源112，并且因此光源112的任何描述、特征或实施例也可以应用于光源1002。光偏转器1004可以被配置来偏转来自光源1002的光，以便扫描视场120。光偏转器1004可以对应于上述各种光偏转器(例如，光偏转器114A)，并且因此这些光偏转器的任何描述、特征或实施例也可以应用于光偏转器1004。光偏转器1004可以进一步被配置来朝着光电检测传感器1006引导从视场120接收的光。
光电检测传感器1006可以被配置来检测来自视场120内的一个或多个物体。例如，光源1002可以经由光偏转器1004将光1031和光1032传输到视场1020中。光1041可以由物体1051反射，并且光1042可以由物体1052反射，如图10所示。物体1051可以比物体1052更靠近LIDAR***100，如图所示。光偏转器1004可以朝着光电检测传感器1006偏转光1041和1042，该光电检测传感器1006可以被配置来基于反射光来检测物体1051和1052。光电检测传感器1006可以被配置来与光源1002协调地基于飞行时间信息确定距物体1051和1052的距离。以上进一步详细描述了这个飞行时间检测。在一些实施例中，LIDAR***100还可以包括至少一个光学部件1008(例如，透镜、滤波器等等)，该至少一个光学部件1008可以以某种方式在光到达光电检测传感器1006之前对该光进行修改。虽然光学部件1008被示出为在光1041和1042由LIDAR***100接收时与所述光1041和1042的初始界面，但是光学部件1008可以紧接在光到达光电检测传感器1006之前或在其他配置中对光进行修改。
光电检测传感器1006可以包括多个检测元件，用于检测从视场120反射回的光子脉冲的光子。光电检测传感器1006可以对应于以上详细描述的传感器116。即使未明确陈述，但以上参考传感器116或其部分所论述的一个或多个变型、模式、实施例和功能的任何组合可以适用于光电检测传感器1006或其对应部分。
光电检测传感器1006可以包括半导体光电二极管芯片1010，该半导体光电二极管芯片1010可以包括不同区域，诸如检测区域(其包括感光二极管和相关联电子器件)、逻辑区域、输出电路区域等。光电二极管芯片1010还可以包括光电检测器阵列1020，该光电检测器阵列1020可以包括在检测区域中。光电二极管芯片1010可以包括输出电路1011，该输出电路1011被配置来基于在光电检测器处接收的光来输出由包括在光电检测器阵列1020中的光电检测器生成的一个或多个信号。在一些实施例中，光电二极管芯片1010可以包括多个输出电路1011元件，所述多个输出电路1011元件中的每一个可以对应于一组不同的光电检测器元件(例如，不同区域、不同类型的光电检测器等等)。例如，输出电路1011可以对应于如以上参考图4A所论述的输出电路406。输出电路1011可以将与光电检测器元件相关联的输出信号(也称为“检测信号”)提供给处理器1018，该处理器1018可以分析这些输出信号以进行物体检测。例如，处理器1018可以确定反射光1041和1042的飞行时间、平均功率、光子分布或各种其他信息，如以上详细论述。在一些实施例中，来自个体光电检测器的输出可以与其他检测器的信号组合(例如，相加)，或可以在所述输出被提供给处理器1018之前已其他方式进行处理。
处理器1018可以是具有对一个或多个输入执行逻辑运算的电子电路的任何物理装置。处理器1018可以包括一个或多个集成电路(IC)，包括专用集成电路(ASIC)、微芯片、微控制器、微处理器、中央处理单元(CPU)的全部或部分、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)或者适于执行指令或执行逻辑运算的其他电路。处理器1018可以对应于上述处理器118，并且因此以上所论述的处理器118的描述、功能或其他特征中的任一者也可以应用于处理器1018。
图11A-11G图示与本公开的一些实施例一致的光电检测器1020的示例性配置。光电检测器阵列1020可以包括多个不同类型的光电检测器元件。例如，光电检测器阵列1020可以包括第一光电检测器1021和第二光电检测器1022。光电检测器1021和1022中的每一者可以具有不同类型并且可以具有不特特点。例如，第一光电检测器1021可以具有第一性能特点并且第二光电检测器1022可以具有第二性能特点。第一性能特点可以不同于第一性能特点。光电检测器1021和1022可以被配置来基于从视场120接收的光生成检测信号。第一光电检测器1021可以被配置来基于朝着多个目标物体传输并且从多个目标物体中的至少第一物体(例如，物体1051)反射到第一光电检测器1021的光生成第一检测信号。类似地，第二光电检测器1022可以被配置来基于朝着多个目标物体传输并且从多个目标物体中的至少第二物体(例如，物体1052)反射到第二光电检测器1022的光生成第二检测信号。在一些实施例中，多个目标物体中的第一物体和多个目标物体中的第二物体可以是不同的。在其他实施例中，多个目标物体中的第一物体和多个目标物体中的第二物体可以是相同的。在一些实施例中，第一检测信号和/或第二检测信号可能不基于从物体反射的光。例如，光电检测器可以基于周围光或来自视场120中的其他源的光生成检测信号。在一些实施例中，每个光电检测器可以包括多个像素，所述多个像素可以能够操作来输出指示照射在相应像素的活动区域上的光的检测信号。
如例如图11A所示，一种类型的每个光电检测器可以包含在其他光电检测器之间。例如，第二光电检测器1022可以由第一光电检测器1021或多个第一光电检测器1021围绕。在其他实施例中，第一光电检测器1021可以由一个或多个第二光电检测器1022围绕。另一个示例在图11B中示出，其中第一光电检测器的至少一部分与第二光电检测器相邻。图11C图示光电检测器1021和1022的另一个示例性配置。如图11C所示，光电检测传感器1006还可以包括多个连接器1012，所述多个连接器1012用于将光电检测器1021和1022连接到输出电路1011。连接器1012可以是光电检测器和输出电路1011(例如，印刷电路等等)之间的任何形式的导电连接，并且可以将检测信号从光电检测器携载到输出电路1011。在图11C中，每个光电检测器连接到相同输出电路1011。换句话讲，第一光电检测器1021和第二光电检测器1022各自连接到公共输出电路1011。如以上所论述，可能存在各自连接到一个或多个光电检测器的多个输出电路1011部件。例如，第一光电检测器1021可以连接到第一输出电路并且第二光电检测器1022可以连接到第二输出电路。例如，所有第一光电检测器1021可以连接到一个或多个第一输出电路元件，而所有第二光电检测器1022可以连接到一个或多个第二输出电路元件。在其他实施例中，光电检测器可以进行分组，使得某一区域内的所有光电检测器1021和1022连接到一个输出电路1011。应理解，连接器1012可以包括在图11A-11G所示的其他配置中，但已经为了简洁起见从图示省略。
在一些实施例中，多个第一光电检测器1021可以与一个第二光电检测器1022相关联。例如，图11D示出其中多个第一光电检测器1021被布置成与细长的第二光电检测器1022相邻的配置。图11D进一步示出可以投在光电检测器阵列1020上的光1110的示例性光锥。如图11D所示，并且所有光电检测器1021和1022可以被入射到光电检测器阵列1020的光照亮。例如，光电检测器中的一些可以仅被部分地点亮并且其他光电检测器可能根本不会被点亮。在一些实施例中，光1110的光锥可以被引导至阵列1020的目标特有的区域(例如，具体光电检测器等等)。例如，光学部件1008可以被配置来将入射光引导至具体区域。
图11E示出其中多个第一光电检测器1021围绕细长的第二光电检测器1022的配置。在一些实施例中，每个第二光电检测器1022可以由第一光电检测器1021围绕(或反之亦然)，如图11F所示。例如，光电检测器1021和1022中的每一者可以包括多个像素。像素中的每一者可以能够操作来输出指示照射在相应像素的活动区域上的光的检测信号。在一些实施例中，像素可以被布置成使得第一光电检测器1021围绕第二光电检测器1022的至少一个像素，如图所示。在一些实施例中，光电检测器阵列1020可以包括多于两种类型的光电检测器。例如，如图11G所示，光电检测器阵列1020可以包括第三光电检测器1023。光电检测器1023可以具有与第一光电检测器1021和/或第二光电检测器1022不同的性能特点，并且可以被类似地利用来检测不同范围处或来自不同区域等等的物体。在一些实施例中，第一光电检测器1021可以包括在一个阵列上，并且光电检测器1022可以包括在第二阵列上。LIDAR***100还可以包括光学装置(例如，光学装置1008)，诸如可以分割多个阵列之间的反射光的分束器。图11A-11G所示的光电检测器阵列1020的配置以举例的方式提供。应理解，为简洁起见可以简化所示布置。例如，跨相同阵列可以多次重复所示布置。在一些实施例中，光电检测器阵列1020可以包括多个阵列。本公开不限于光电检测器的任何特定配置或布置，并且应理解，可以使用任何合适的布置。
如以上所论述，第一光电检测器1021和第二光电检测器1022可以具有不同性能特点。第一光电检测器1021和第二光电检测器1022的不同性能特点可以允许各自执行不同功能。第一光电检测器1021可以是提供定时信息的飞行时间光电检测器，其中不同光强度的光由传感器检测到，如上所论述。例如，第一光电检测器1021可以被配置来传输指示由第一光电检测器1021在测量阶段的给定时间帧内(例如，1纳秒、10纳秒等等)吸收的光子的适当数量的信息。第一光电检测器1021还可以提供其他信息，例如，指示检测到的光强度与阈值相交的第一时间、峰值强度的定时等等的信息。因此，第一检测信号可以指示朝着多个目标物体传输并且从多个目标物体中的至少第一物体反射到第一光电检测器1021的光的飞行时间。在一些实施例中，第二光电检测器1022也可以是飞行时间传感器，使得第二检测信号指示朝着多个目标物体传输并且从多个目标物体中的至少第二物体反射到第二光电检测器1022的光的飞行时间。在其他实施例中，第二光电检测器1022可以是不同类型的传感器(例如，光强度传感器)，其可能不执行飞行时间功能。
在一些实施例中，光电检测器1021和1022的不同特点可以提供对不同剧团里或距离范围处的物体的检测。例如，由于光电检测器元件的各种特性，第一光电检测器1021可能无法准确地或有效地检测近的范围内的物体(或根本无法检测物体)。因此，第一光电检测器1021的第一性能特点可以使得第一光电检测器1021检测超过阈值距离1050(其可以是预定距离或基于改变的操作条件确定的距离)的多个目标物体中的一个或多个。第二光电检测器1022的第二性能特点可以使得第二光电检测器1022能够检测阈值距离内的多个目标物体中的一个或多个。要注意的是，阈值距离1050可以应用于目标物体和/或限定具体条件(例如，高于最小反射水平、具有第一预定噪声级的周围光等等)的检测条件。
在一个示例中，光电检测器的性能特点可以基于恢复时间(例如，光电检测器恢复到其操作电压的时间，诸如在光的检测和所得电子崩之后)。例如，第一光电检测器1021的第一性能特点可以包括第一光电检测器1021的第一恢复时间，并且第二光电检测器1022的第二性能特点可以包括第二光电检测器1022的第二恢复时间，该第二恢复时间不同于该第一恢复时间。第一光电检测器1021可以具有恢复时间，使得其可能会错过从LIDAR***100的近的范围内反射的光。第一光电检测器1021的相对更长的恢复时间可以用于防止第一光电检测器1021的过饱和(例如，防止内部反射、近场物体、高度反射物体等等)，但可能会破坏近的范围处的灵敏度。因此，第二光电检测器1022可以设置有更短恢复时间，这可以允许近的范围内的更好检测。
光电检测器1021和1022的不同特点可能未必束缚于“近的范围”和“远的范围”，如以上示例中提供。在一些实施例中，第一光电检测器1021可以具有检测范围的中间内的有问题范围(例如，由于可能会使第一光电检测器饱和的高度反射目标)，并且第二光电检测器1022可以被配置来检测有问题范围内的光。在一些实施例中，第二光电检测器1022可以被配置来检测比第一光电检测器1021的距离范围更远的距离范围处的光。在其他实施例中，第二光电检测器可以被配置来检测多个范围(例如，0–10m、10–20m等等)处的光。此外，在一些实施例中，第二光电检测器1022可以被配置来未必基于距离范围检测视场120的特定区域内的光。例如，第二光电检测器1022可以被配置来检测来自虚拟保护性壳体应用中的盲点区域(例如，盲点区域703)内的光。因此，第二光电检测器1022可以与互补传感器716相关联，该互补传感器716可以对应于主LIDAR传感器(例如，传感器116)的光电检测器元件的子集。以上例如参考图8D和图8E进一步详细论述了这样的实施例。
此外，可以实现光电检测器1021和1022的除了恢复时间之外的各种其他性能特点。在一些实施例中，光电检测器1021和1022可以各自具有不同动态范围。换句话讲，每个光电检测器可以具有可以由光电二极管检测到的接收的光学信号的不同照度水平范围(例如，以勒克斯、英尺烛光、光子等等为单位测量)。例如，第二光电检测器1022可以具有大于第一光电检测器1021的动态范围的动态范围(例如，5倍大、10倍大、100倍大、1,000倍大、10,000倍大或更大)。就最小照度和/或最大照度水平、照度水平范围的大小等而言该范围可能更大。因此，不同性能特点可以使得第一光电检测器1021能够检测具有第一动态范围的光强度，并且可以使得第二光电检测器1022能够检测不同于第一动态范围的第二动态范围的光强度。在一些实施例中，第一动态范围和第二动态范围可以部分地重叠。然而，在其他实施例中，第一动态范围和第二动态范围不重叠。在一个示例中，从近的范围检测到的物体可以是相关联更高照度值，并且因此可以能够由第二光电检测器1022检测到并且可能不会被第一光电检测器1021检测到。
存在可以实现光电检测器1021和1022的不同动态范围(或其他性能特点)的众多方式。例如，不同性能特点可以基于光电检测器的类型。第一性能特点(与第一光电检测器1021相关联)可以至少部分地基于第一光电检测器1021的第一类型。例如，第一光电检测器1021可以是单光子雪崩二极管(SPAD)、雪崩光电二极管(APD)或p-i-n光电二极管(PIN光电二极管)或任何其他类型的光电检测器。第二性能特点(与第二光电检测器1022相关联)可以至少部分地基于第二光电检测器1022的第二类型，该第二类型不同于该第一类型。第二光电检测器1022可以具有以上列出的类型，或可以具有与那些列出的不同的类型。不同材料、质量或其他参数也可以产生不同类型的光电检测器。每种类型的光电检测器可以与不同动态范围相关联。
在一些实施例中，性能特点可以基于光电检测器的不同电气操作参数。例如，第一光电检测器1021可以具有至少部分地基于第一操作电压的第一性能特点，并且第二光电检测器1022可以具有至少部分地基于第二操作电压的第二性能特点，该第二操作电压可以不同于该第一操作电压。不同操作电压可以允许光电检测器检测不同照度水平等等。在其他实施例中，性能特点可以基于电容。例如，第一光电检测器1021可以具有至少部分地基于第一电容的第一性能特点，并且第二光电检测器1022可以具有至少部分地基于第二电容的第二性能特点，该第二电容可以不同于该第一电容。光电二极管的更大电容可以与更低光子检测水平相关联。通过使电容变化，可以调节光电检测器的动态范围或其他特点。在一些实施例中，可以人为地调节电容(例如，通过调节光电检测器的其他电气特性)以使性能特点变化。其他操作参数(诸如信号放大参数、偏置或光电检测器的任何其他电气特性)也可能会影响性能特点。
在一些实施例中，性能特点可以基于光电检测器的不同尺寸。例如，第一光电检测器1021可以具有至少部分地基于第一光电检测器尺寸的第一性能特点，并且第二光电检测器1022可以具有至少部分地基于第二光电检测器尺寸的第二性能特点，该第二光电检测器尺寸可以不同于该第一光电检测器尺寸。不同尺寸可以允许光电检测器检测不同照度水平等等。例如，随着光电检测器的敏感区域的尺寸增大，光电检测器将检测到更大数量的光子。在第二光电检测器1022是比第一光电检测器1021更靠近的范围中的相关联检测物体的实施例中，第二光电检测器1022可以小于第一光电检测器1021(例如，小2倍–5倍、小5倍–10倍、小10倍–20倍小、小20倍–50倍、小50倍–100倍、小100倍–100倍，以及以上的任何组合等等)。从FOV中的物体到达的高强度光信号具有每横截面面积更高光子密度。更小尺寸的第二光电检测器1022可以通过降低照射在光电二极管上的光子的速率来防止光电检测器的过饱和。相反，更大尺寸的第一光电检测器1021可以允许增加的光子吸收，这可以允许其检测到从更大距离处(例如，100m)的目标以及从低反射率目标到达传感器的相对低水平的光子。
类似于光电检测器尺寸，可以通过在光到达光电检测器中的至少一个之前对该光进行滤波来实现对到达第一光电检测器和第二光电检测器的光子量的区分。例如，光电检测传感器1006还可以包括至少一个滤波器(例如，光学部件1008)，用于对在检测区域(或其部分)处接收的光进行滤波。在一些实施例中，光可以在被引导至不同光电检测器元件时被选择性地滤波。例如，一个或多个滤波器可以被提供用于对引导至某些光电检测器元件的光进行滤波，或每个光电检测器元件可以具有专用滤波器(例如，与光电检测器成一整体)。因此，第一光电检测器1021的第一性能特点可以至少部分地基于对在第一光电检测器处接收的光的滤波和对在第二光电检测器处接收的光的滤波而不同于第二光电检测器1022的第二性能特点。在一些实施例中，到达第二光电检测器1022的光可以比到达第一光电检测器1021的光被更加高度地滤波。例如，滤波可以使到达第二光电检测器1022的光减少50％、75％、80％、90％、99％或任何其他量以有效地减少到达检测器元件的光子量。类似于使光电检测器元件的尺寸变化的效应，与第二光电检测器1022相关联的由于滤波所致的减小的光子量可以允许对近的范围处的物体的更好检测，而到达第一光电检测器1021的相对更高光子量可以提供对更远范围处的物体的更好检测。
在一些实施例中，光电检测器的性能特点可以基于增益值。增益可以对应于由光电检测器基于给定照度水平生成的电气信号的强度。因此，第一光电检测器1021的第一性能特点可以包括第一检测信号的第一增益，并且第二光电检测器1022的第二性能特点可以包括第二检测信号的第二增益，该第二增益不同于该第一增益。与具有更低增益的光电检测器相比，具有更高增益的光电检测器可以允许光电检测器检测到更靠近该光电检测器的物体。增益可以与光电检测器的动态范围紧密相关。因此，增益可以以动态范围可以变化的相同或类似方式在光电检测器之间变化，如以上所论述。例如，增益可以基于光电二极管的类型(例如，SiPM、APD、PIN等等)、不同类型的电气参数(例如，操作电压、电容等等)、不同尺寸的敏感区域、不同滤波或各种其他手段。
在一些实施例中，性能特点可以与由光电检测器进行的检测的定时相关联。例如，第一光电检测器1021的第一性能特点可以使得第一光电检测器1021能够在第一时间段期间检测到多个目标物体中的一个或多个，并且第二光电检测器1022的第二性能特点可以使得第二光电检测器1022能够在第二时间段内检测到多个目标物体中的一个或多个。光电检测器元件的定时可以通过“门控”光电检测器以仅检测光脉冲由光源1002发射之后的给定时间范围内的光来“设定”。光电检测器可以被门控，而不管它们是否被配置用于飞行时间检测。基于光电检测器测量光的时间段，光电检测器可以与某一距离范围内的检测物体相关联。例如，由物体1052反射的光1042(如图10所示)可以在比由物体1051接收的光1041更早的时间(由于光必须行进更大距离以到达物体1051)在光电二极管阵列1020处被接收。因此，在第二光电检测器1022被配置用于近的范围检测的实施例中，第二光电检测器1022可以与比第一光电检测器1021更早的时间段相关联。
在一些实施例中，第二光电检测器1022可以被配置来检测指定范围处(例如，第一光电检测器1021的范围内等等)的元件。在一些实施例中，指定范围可以基于由第一光电检测器1021检测的物体或各种其他信息来动态地调节。在一个示例中，LIDAR***100可以被配置来临时降低第一光电检测器1021在与尤其亮的物体相关联的距离处的灵敏度(例如，以防止饱和)。因此，第二光电检测器1022(其可以具有与第一光电检测器1021不同的类型或尺寸，可以被滤波等等)可以被配置来至少临时检测该范围内的物体。因此，第二光电检测器1022的性能特点可以被动态地并且独立于第一光电检测器1021的性能特点进行调节。各种其他场景也可能要求在某一范围内的选择性检测。
在一些实施例中，(例如，第一光电检测器1021的)第一时间段和(例如，第二光电检测器1022的)第二时间段可以部分地重叠。然而，在其他实施例中，第一时间段和第二时间段可能不重叠。在第一时间段和第二时间段重叠的实施例中，第一时间段和第二时间段可以具有相同开始时间(例如，可以同时或基本同时开始测量光)。在其他实施例中，它们可能不同时开始。例如，第一光电检测器1021可以具有延迟的起点以避免由于更高强度光被更近物体接收到所致的过饱和。在一些实施例中，第一时间段和第二时间段的长度可能不同。例如，第二光电检测器1022可以在更早时间开始测量(例如，以检测更近物体)，但可以在更短时间段内检测以防止过饱和等等。单个光电检测器可以被门控与单个光脉冲相关联的若干时间间隔。例如，光电检测器可以被门控以对测量阶段内的多个时间段(例如，大约5-20纳秒)进行测量。如果在门控阶段内收集的电荷超出某一阈值，则这可以指示与门控阶段相关联的距离范围内的物体的存在。
虽然提供了各种示例性性能特点，但是本公开不限于这些性能特点中的任一者。本领域的技术人员可以了解，光电检测器的其他性能特点或特性可以发生变化，所述其他性能特点或属性可以包括光谱响应、响应率、噪声等效功率、检测率、量子效率等等。此外，本公开不限于任一个性能特点并且可以包括调节以上所论述的特点或特性的任何组合。在一些实施例中，不同光电检测器的性能特点可以动态地或在不同时间改变。例如，LIDAR***100可以改变第二光电检测器1022的增益以补偿近的范围处的明亮物体而无需改变第一光电检测器1021的增益。此外，在一些实施例中，性能特点可以选择性地改变。例如，第一光电检测器1021和第二光电检测器1022在LIDAR***100的正常操作下可以具有相同特性和/或性能特点。LIDAR***100可以被配置来根据需要(例如，在虚拟保护性壳体应用中、基于近的范围内的物体的检测等等)选择性地改变与第二光电检测器1022中的一些或全部相关联的一个或多个特性。选择性改变可以动态地或以预定时间或间隔发生。可以实现用于动态地改变一个或多个光电检测器的性能特点的各种其他方案。
可以以各种方式实现LIDAR***100中的不同光电检测器的使用。在一些实施例中，第一光电检测器1021可以是用于LIDAR***100的飞行时间操作的主传感器。第二光电检测器1022可以仅用于预定范围(例如，近的范围)或区域(例如，盲点区域等等)。在一些实施例中，第二光电检测器1022可以根据需要例如由构建在光电二极管芯片1010上的控制器或由处理器1018周期性地接合。例如，第一光电检测器1021可以用于确定一个或多个物***于与第二光电检测器1022相关联的区域中，并且LIDAR***100可以选择性地接合第二光电检测器1022。例如，第一光电检测器1021可以能够检测近的范围内的物体的存在但可能无法与第二光电检测器1022那样准确地确定物体1022的距离或其他特点。LIDAR***100可以在第二光电检测器1022接合(例如，通过门控第二光电检测器1022)时针对与第二光电检测器1022相关联的范围进一步脱离第一光电检测器1021，这可以防止或降低第一光电检测器1021的过饱和等等。
在一些实施例中，第一光电检测器1021和第二光电检测器1022两者可以连续使用。例如，第一光电检测器1021和第二1022中的每一者可以专用于视场120的特定范围或区域。在一些实施例中，LIDAR***100可以被配置来确定点云，如以上更详细所述。点云可以包括由第一光电检测器1021检测到的一个或多个点和由第二光电检测器1022检测到的一个或多个点。因此，处理器1018可以处理来自第一光电检测器1021的第一信号和来自第二光电检测器1022的第二信号两者以生成点云。任选地，点云的一个或多个点(或所有点)可以由第一信号和第二信号两者确定。例如，第一信号可以用于测量阶段的第一部分，并且第二信号可以用于测量阶段的后续部分，并且整个测量阶段中的一个或多个最高强度(在校准/缩放之后)可以用于确定FOV中的物体的存在和距离。
在一些实例中，第一光电检测器1021或第二光电检测器1022中的任一者可以检测到其他光电检测器无法检测到的物体。例如，第二检测信号(由第二光电检测器1022生成)可以指示多个目标物体中根据第一检测信号(由第一光电检测器1021生成)无法检测到的至少一个目标物体的存在。相反，第一检测信号可以指示多个目标物体中根据第一检测信号无法检测到的至少一个目标物体的存在。因此，LIDAR***100可以接合其他光电检测器，或采取另一种形式的补救动作。例如，第二光电检测器1022可以与上述虚拟保护性壳体相关联。基于由第二光电检测器1022检测到的物体，LIDAR***100可以被配置来执行补救动作以防止某一区域内的累加光强度超出阈值。例如，LIDAR***100可以基于检测到的物体改变一个或多个操作参数(例如，减少某一区域内的光源发射等等)。
图10以举例的方式示出光电检测器阵列1020。光电检测器1021和1022可以具有众多其他配置。此外，光电检测器1021和1022的数量之间可能未必是1:1比率。例如，第一光电检测器1021可能比第二光电检测器1022多若干倍(例如，2倍、4倍、5倍、10倍、100倍、1000倍等等)，或反之亦然。此外，在一些实施例中，第一光电检测器1021或第二光电检测器1022中的至少一者可以包括多个检测器元件(也称为“像素”)，所述多个检测器元件中的每一个可以被配置来检测从视场120接收的光。因此，光电检测器1021和1022可以布置成各种形状和/或图案。
图12A是示出与所公开的实施例一致的用于使用具有多个性能特点的光电检测传感器来检测物体的示例性过程1210的流程图。过程1210可以例如由LIDAR***(诸如上述LIDAR***100)执行。
在步骤1212中，过程1210可以包括：由具有第一性能特点的第一光电检测器和具有第二性能特点的第二光电检测器来扫描LIDAR***的视场。例如，第一光电检测器可以对应于第一光电检测器1021并且第二光电检测器可以对应于第二光电检测器1022。第一性能特点和第二性能特点可以是上述各种性能特点(包括动态范围、增益、定时、响应时间等等)中的任一者。第一性能特点可以不同于第二性能特点。在一些实施例中，第一光电检测器和第二光电检测器可以包括在相同光电检测芯片(例如，光电检测芯片1006)上。
在步骤1214中，过程1210可以包括：通过第一光电检测器基于从第一物体反射的光生成第一检测信号。第一检测信号可以基于朝着多个目标物体传输并且从多个目标物体中的至少第一物体反射到第一光电检测器的光。例如，光源1002可以朝着物体1051和1052传输光1031，并且由物体1051反射的光1041可以由第一光电检测器1021接收。第一检测信号可以指示朝着多个目标物体传输并且从多个目标物体中的第一物体反射到第一光电检测器的光的飞行时间。
在步骤1216中，过程1210可以包括：通过第二光电检测器基于朝着多个目标物体传输并且从多个目标物体中的至少第二物体反射到第二光电检测器的光生成第二检测信号。例如，第二光电检测器1022可以基于从物体1052反射的光1042来生成第二检测信号。第二检测信号可以指示根据第一检测信号无法检测到的目标物体(例如，物体1052)。在一些实施例中，过程1210可以包括附加步骤。例如，过程1210可以包括：基于第一检测信号确定到第一物体的距离；以及基于第二检测信号确定到第二物体的距离。
图12B是示出与所公开的实施例一致的用于使用具有多个性能特点的光电检测传感器来操作LIDAR***的示例性过程1220的流程图。过程1220可以例如由LIDAR***(诸如上述LIDAR***100)执行。
在步骤1222中，过程1220可以包括：使用包括第一光电检测器和第二光电检测器的光电检测传感器来扫描LIDAR***的视场。例如，光电检测传感器可以对应于光电检测传感器1006。因此，第一光电检测传感器可以对应于第一光电检测器1021并且第二光电检测器可以对应于第二光电检测器1022。第一光电检测器和第二光电检测器可以具有不同性能特点，所述不同性能特点可以是上述各种性能特点(包括动态范围、增益、定时、响应时间等等)中的任一者。
在步骤1224中，过程1220可以包括：通过第一光电检测器基于在第一光电检测器处接收的光生成第一检测信号。第一检测信号可以基于朝着多个目标物体传输并且从多个目标物体中的至少第一物体反射到第一光电检测器的光。例如，光源1002可以朝着物体1051和1052传输光1031，并且由物体1051反射的光1041可以由第一光电检测器1021接收。在一些实施例中，第一物体可以超过阈值距离(例如，阈值距离1050)。第一检测信号可以指示朝着多个目标物体传输并且从多个目标物体中的第一物体反射到第一光电检测器的光的飞行时间。
在步骤1226中，过程1220可以包括：通过第二光电检测器基于在第二光电检测器处接收的光生成第二检测信号。类似于先前步骤，在第二光电检测器处接收的光可以朝着多个目标物体传输并且从多个目标物体中的至少第二物体反射到第二光电检测器。例如，第二光电检测器1022可以基于从物体1052反射的光1042来生成第二检测信号。在一些实施例中，第二物体可以在阈值距离1050内。第二检测信号可以指示根据第一检测信号无法检测到的目标物体(例如，物体1052)。在一些实施例中，LIDAR***可以被配置来仅根据需要(例如，基于第一检测信号中的近的范围中的物体的指示等等)生成第二检测信号。
在步骤1226中，过程1220可以包括：基于第一检测信号和第二检测信号生成视场的三维映射。在一些实施例中，步骤1226可以包括：确定到多个目标物体的距离。例如，步骤1226可以包括：基于第一检测信号和/或第二检测信号确定到第一物体的第一距离和/或基于第二检测信号确定到第二物体的第二距离。在一些实施例中，步骤1226可以包括：生成点云，如以上所论述。点云可以包括由第一光电检测器检测到的一个或多个点和由第二光电检测器检测到的一个或多个点。因此，LIDAR***可以处理第一检测信号和第二检测信号两者以生成点云。过程1220还可以包括附加步骤，诸如基于第一检测信号和/或第二检测信号执行至少一个控制动作。例如，LIDAR***可以将信息或指令提供给车辆，使得车辆能够执行导航动作。在其他实施例中，LIDAR***可以在虚拟保护性壳体应用中使用第二光电检测器，如以上所论述。因此，控制动作可以包括降低光源的光强度水平或各种其他安全控制动作。
LIDAR健康接口
为了符合安全规定，并且一般对于LIDAR***的操作，确定LIDAR***的传感器或其他部件的实际性能是否会偏离预期性能可能是有帮助的。例如，确定LIDAR***的光检测器是否测量适当光强度或针对一组给定条件的其他参数可能是重要的。在另一个示例中，确定LIDAR***的光源是否发射适当强度的光或针对一组给定条件的其他参数可能是重要的。为了监视这样的性能，LIDAR***的健康可以基于其操作参数随时间的稳定性进行评估。因此，当(例如，在车库中或者通过车辆中的***或其中安装该***的另一个平台)检查LIDAR***时，可能有益的是通过将当前操作参数与历史操作参数或其他数据进行比较来检查***的状态或健康。
图13A是图示与本公开的一些实施例一致的示例性***1300的图。如图13A所示，***1300可以包括LIDAR***100、检查***1310和服务器1330。如上所述，LIDAR***100可以被配置来检测LIDAR***的环境中的多个物体。LIDAR***100可以包括以上进一步详细描述的特征中的一些或全部，包括一个或多个光源(例如，光源112)、传感器(例如，传感器116)、光偏转器(例如，光偏转器114)、非对称偏转器(例如，非对称偏转器216)、光学部件(例如，光学窗口124A)、马达或与检测物体相关联的各种其他部件。在一些实施例中，LIDAR***100可以在自动或半自动道路车辆(例如，汽车、公共汽车、货车、卡车和任何其他陆地车辆)中使用，然而，LIDAR***100不限于如以上所论述的这样的实施例。此外，LIDAR***100始终用作示例性LIDAR***。应理解，所公开的实施例不限于任何特定配置或类型的LIDAR***。
LIDAR***100、检查***1310和/或服务器1330可以通过网络1320彼此通信或与其他部件通信。网络1320可以包括各种类型的网络，诸如因特网、有线广域网(WAN)、有线局域网(LAN)、无线WAN(例如，WiMAX)、无线LAN(例如，IEEE 802.11等等)、网状网络、移动/蜂窝网络、企业或专用数据网络、存储区网络、使用公共网络的虚拟专用网络、近场通信技术(例如，蓝牙、红外线等等)或各种其他类型的网络通信。在一些实施例中，通信可以跨这些形式的网络和协议中的两者或更多者发生。
检查***1310可以被配置来监视和/或估计LIDAR***100的健康或性能。例如，检查***1310可以被配置来分析LIDAR***100随时间的输出以确定在LIDAR***100仍操作的同时一个或多个部件和/或部件的子***的性能降低(例如，光源或光检测器的劣化、反射镜同步问题等等)。这可以用于在故障发生之前对其进行检测和/或预测以及允许采取补救动作。这还可以用于调节和/或校准LIDAR***100的其他部件以解决性能降低(例如，通过LIDAR***基于光传感器性能的退化等等来调节与眼睛安全光发射水平相关联的参数)。
检查***1310可以接收与LIDAR***100的各种部件相关联的一个或多个参数并且可以将操作参数与预期值(例如，历史操作参数)进行比较以评价LIDAR***100的性能。基于确定的性能，检查***1310可以执行或发起与LIDAR***100相关联的一个或多个补救动作。以下例如参考图14和图15进一步详细地描述了这个过程。因此，检查***1310可以直接地或间接地(例如，通过网络连接诸如网络1320)与LIDAR***100通信。在一些实施例中，检查***1310可以与LIDAR***100或车辆110的控制器通信(未示出)。例如，检查***1310可以提供可以由LIDAR***100和/或车辆110使用来进行操作的指令或其他信息。要注意的是，LIDAR***100或车辆110的安装为方便起见用作以下参考检查***1310的主要示例，相同***、方法、计算机程序产品和原理也可以被实现用于独立式LIDAR***或与连接到LIDAR***的其他类型的平台或管理***一起实施(例如，安全、监视、科学测量、映射等)。
虽然LIDAR***100和检查***1310在图13A分离地示出，但是应理解，在一些实施例中，检查***1310可以与LIDAR***100整合。例如，由检查***1310执行的操作可以由LIDAR***100的处理装置(诸如上述处理器118)执行。因此，LIDAR***100的健康可以由LIDAR***的处理器在运行时监视和/或分析。可替代地或附加地，LIDAR***的健康可以由处理器周期性地确定(例如，基于设定的时间表、在正执行维护或检查操作时、基于用户或管理员请求、响应于命令或查询等等)。
在一些实施例中，检查***1310可以是被配置来评价LIDAR***100的性能的辅助***或装置的部分。例如，辅助处理可以提供与LIDAR***100中可以获得的相比更强的处理能力或可以允许访问比LIDAR***100可获得的那些更宽泛的数据源。在这样的实施例中，检查***1310可以是与LIDAR***100分离的计算装置的部分。例如，检查***可以包括在膝上型电脑、台式计算机、远程服务器、平板电脑、智能电话、物联网(IoT)装置、智能手表、手持式诊断装置、车辆安装式计算机等等上。计算装置可以通过有线或无线连接与LIDAR***100通信。确定LIDAR***100的健康(或由检查***1310执行的各种其他步骤)可以被实时地(例如，在LIDAR***100的操作期间)或周期性地执行。
在LIDAR***100在车辆(例如，车辆110)上实现的实施例中，LIDAR***的健康的检查可以作为车辆的维护操作的部分被执行。例如，检查***1310可以包括在服务站处的计算装置上并且可以评价LIDAR***100的性能作为诊断检查或一般维护事件的部分。在这样的实施例中，检查***1310可以通过通信端口或其他形式的连接与LIDAR***100通信。例如，服务站可以配备有用于连接到车辆的车载计算机的诊断工具并且可以连接到车辆上的相关联端口(例如，OBD-II端口)。检查***1310还可以与LIDAR***100直接通信，该LIDAR***100可以具有用于与检查***1310通信的专用端口。检查***1310也可以通过其他形式的有线连接或通过无线连接(例如，NFC、RFID、BluetoothTM、红外线等等)与LIDAR***100(或车辆110)通信。在一些实施例中，当车辆110不在服务站处时，LIDAR***100的检查可以通过辅助装置来执行。例如，LIDAR***110可以被配置来与移动计算装置(诸如膝上型电脑、平板电脑、移动电话、车辆安装式计算机或者位于车辆110内或附近的其他装置)通信。在一些实施例中，检查***1310可以与车辆的处理装置(诸如车辆的车载计算机等等)成一整体或与车辆的处理装置相关联。
LIDAR***100和/或检查***1310还可以通过网络1320与服务器1330通信。服务器1330可以是能够传达与确定LIDAR***100的健康相关联的数据或信息的任何计算资源。例如，服务器1330可以包括一个或多个数据库，所述一个或多个数据库包括历史操作参数和/或可以与确定LIDAR***100的健康相关的其他存储数据。检查***1310可以将从服务器1330接收的数据与从LIDAR***100接收的操作数据进行比较以检测一个或多个部件的性能劣化。服务器1330可以与执行所得补救动作或由检查***1310执行的各种其他操作相关联。
图13B是图示与本公开的一些实施例1310一致的示例性检查***1310的图。检查***1311可以包括一个或多个存储器1311和一个或多个处理器1318。一个处理器(或多个处理器)1318可以构成具有对一个或多个输入执行逻辑运算的电子电路的任何物理装置。例如，处理器1318可以采取以下形式，不限于：一个或多个集成电路(IC)，包括专用集成电路(ASIC)、微芯片、微控制器、微处理器、中央处理单元(CPU)的全部或部分、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、片上***(SoC)或者适于执行指令或执行逻辑运算的其他电路。根据一些实施例，处理器1318可以来自由
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Figure BDA0003055711850000343
等制造的处理器系列。所公开的实施例不限于检查***1310的任一种类型的处理单元。在一些实施例中，处理器1318可以整合到LIDAR***100中并且因此可以对应于处理器118。在其他实施例中，处理器1310可以是LIDAR***100的分离的处理器。处理器1318可以是与车辆110相关联的处理器或可以包括在分离的计算装置中。
处理器1318可以被配置来执行存储在一个存储器(或多个存储器)1311中的指令。指令可以与控制器整合或嵌入控制器中或者可以存储在分离的存储器中。存储器1311可以包括随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，硬盘，光盘，磁介质，闪存存储器，其他永久性、固定的或易失性存储器，或能够存储指令的任何其他机构。在一些实施例中，存储器1311可以整合到LIDAR***100中并且因此可以对应于与处理器118相关联的存储器。在一些实施例中，存储器1311可以存储与LIDAR***100相关联的数据，包括LIDAR***100的各种部件的操作数据。存储器1311可以存储其他数据，包括统计信息、历史操作数据、预定数据、模拟数据、传感器数据或其他存储数据。
在一些实施例中，存储器1311可以包括一个或多个模块，以提供与检查***1310相关联的功能性。如例如图13B所示，存储器1311可以包括分析模块1321、补救动作模块1322和通信模块1323。分析模块1321可以被配置来评估和分析与LIDAR***100相关联的一个或多个值。例如，分析模块1321可以接收与LIDAR***100相关联的操作参数(例如，光强值、物体的测量反射率等等)并且可以将近期操作参数与历史或统计数据进行比较。这样的数据可以本地存储在存储器1311中或可以从外部源(诸如服务器1330)访问。分析模块1321可以确定LIDAR***100的健康(例如，LIDAR***100的条件、一个或多个部件的性能退化等等)。补救动作模块1322可以被配置来基于由分析模块1321执行的比较来执行一个或多个动作。例如，分析模块1321可以指示某一部件(例如，传感器116)已经退化超过某一阈值或其他值。通信模块1323可以被配置来与***1300的其他部件通信。例如，通信模块可以与LIDAR***100、车辆110和服务器1330通信，以便接收和/或传输与确定LIDAR***100的健康相关联的数据。这样的通信可以直接地(例如，通过有线或短程无线通信)或通过网络(诸如网络1320)发生。以下参考图14和图15更详细地描述由分析模块1321、补救动作模块1322和通信模块1323执行的步骤。应理解，由检查模块1310执行的操作中的一些或全部可能不与专用模块相关联。在一些实施例中，存储器1311可能不具有任何具体计算模块，或可以具有与图13B所示的那些相比附加、更少或另选模块。
图14是图示与本公开的一些实施例一致的用于检查LIDAR***的示例性过程的框图。虽然参考车辆安装式LIDAR***描述了图14所示的过程，但是应理解，相同或类似过程可以应用于其他形式的LIDAR***。检查***1310可以被配置来接收LIDAR***100的一个或多个近期操作参数1401。一个或多个近期操作参数可以从LIDAR***100或从至少一个其他***(例如，控制车辆110中的各种类型的传感器的传感器管理器)直接地接收。如以上所论述，检查***1310可以与LIDAR***100整合并且由检查***1310执行的操作可以由LIDAR***100的处理器(例如，处理器118)执行。因此，检查***1310可以在LIDAR***100(和/或车辆110)正***作时实时地接收近期操作参数1401。在一些实施例中，近期操作参数1401可以至少临时地存储在例如存储器1311中，并且可以由检查***1310访问。在一些实施例中，检查***1310可以包括处理器，该处理器包括在车辆110中但独立于LIDAR***100。例如，检查***1310可以包括在车辆110的车载计算机上并且可以通过用有线或无线连接与LIDAR***100通信来访问近期操作参数1401。在一些实施例中，检查***1310可以包括在越野车辆计算装置中。例如当车辆110在服务站中、停放在车库中、连接到充电端口、停在加油站等等时，计算装置可以通过短程有线或无线通信与LIDAR***100通信。计算装置还可以通过网络(例如，网络1320)与LIDAR***100通信并且可以被配置来实时地或以维护操作之间的间隔(例如，每秒、每分钟、每小时、每天、每月等等)监视LIDAR***100。
近期操作参数1401可以表示与由LIDAR***100执行的各种功能相关联的任何值。在一些实施例中，近期操作参数1401可以与LIDAR***100的物体检测操作相关联。例如，近期操作参数1401可以包括由传感器116测量的光强度。光强度可以基于从LIDAR***100的环境测量的周围光或可以基于来自光源112的光的反射。近期操作参数1401可以表示LIDAR***100的视场内的物体的检测到的反射率。在一些实施例中，近期操作参数1401可以表示到物体的距离、物体的尺寸、物体的位置或朝向、时间值(例如，光的发射和检测之间的时间等等)或由LIDAR***100测量或确定的其他任何其他值。近期操作参数1401可以对应于与指定时间帧相关联的值。例如，近期操作参数1401可以对应于由LIDAR***100在数秒、数分钟、数小时、数天、数周等等内记录的值。
在一些实施例中，近期操作参数1401可以是不与物体的检测直接相关联但以其他方式与LIDAR***100的运作相关联的值。例如，近期操作参数1401可以包括操作LIDAR***100的各种部件所需的电压。例如，近期操作参数1401可以表示操作光源(例如，光源112)所需的电压、操作扫描仪(例如，光偏转器114)所需的电压、操作传感器(例如，传感器116、相机等等)所需的电压、***的总体电压汲取或各种其他值。近期操作参数1401可以包括其他参数，包括操作部件所需的时间、温度、声音或噪声音量、振动级、电阻、电流、阻抗或任何其他参数。
在一些实施例中，近期操作参数1401可以是基于一个或多个确定值和/或测量值的编译值或计算值。例如，近期操作参数可以表示在给定时间阶段内的值(例如，平均值、运行平均值、百分比变化等等)。近期操作参数1401可以是两个或更多个值(例如，每个检测元件的光反射率等等)或者各种其他编译值之间的关系。这些编译值或计算值可以由处理器118确定或可以由处理器1318基于从LIDAR***100接收的信息确定。在一些实施例中，近期操作参数1401可以包括多个近期操作参数，所述多个近期操作参数可以是上述近期操作参数(例如，与检测物体相关联的参数、与LIDAR***间接相关联的参数、计算值等等)的任何组合。
检查***1310可以接收至少一个历史操作参数1402。在一些实施例中，历史操作参数1402可以从数据库1410接收。数据库1410可以是能够存储与LIDAR***100相关联的数据或参数的任何存储装置。在一些实施例中，数据库1410可以包括在服务器1330上并且检查***1310可以通过网络1320接收历史操作参数1402。在其他实施例中，数据库1410可以包括在LIDAR***100、检查***1310(例如，存储器1311)或车辆110的存储器中。在一些实施例中，历史操作参数1402可以从数据库1410提供给LIDAR***100并且检查***1310可以从LIDAR***100接收历史操作参数1402。此外，数据库1410可能不限于任何一个位置并且可以包括多个位置。例如，一些数据或参数可以存储在至少一个服务器1330中，而其他数据或参数可以存储在存储器1311中。本公开不限于数据库1410的任何特定配置。
历史操作参数可以是可以充当参考点以当与近期操作参数1401一起采用时确定LIDAR***100的健康的任何值。在一些实施例中，历史操作参数可以与除了LIDAR***100之外的LIDAR***相关联。例如，历史操作参数可以表示从配备有LIDAR***的多个车辆编译的统计信息。统计信息可以是与操作参数相关联的一般统计信息，诸如致动光偏转器所需的平均电压等等。统计信息对于特定物体、位置、时间等等可以是特有的。例如，历史操作参数可以表示检测到某一建筑物(或其他值得注意的物体或锚)的平均距离，建筑物的反射率、尺寸或朝向，给定位置和/或当日时间的测量的周围光强度或其他情形特有的参数。在一些实施例中，统计信息可以基于车辆的类型、LIDAR***100的类型、包括在LIDAR***100中的部件的类型或可以使该统计信息更加相关的任何其他变量进行过滤或选择。
在一些实施例中，历史操作参数1402可以基于相同车辆或LIDAR***(例如，LIDAR***100)的历史或统计信息。历史操作参数1402可以表示由LIDAR***100在给定时间跨度内(例如，数小时、数天、数月、数年、车辆的使用期、LIDAR***的使用期等等)收集的数据。类似于来自其他LIDAR***的统计数据，LIDAR***100的统计数据对于特定情形也可以是特有的。例如，统计数据可以表示当车辆110过去已经穿过相同位置时、在相同当日时间、在同一年、在类似天气条件下记录的操作参数或其他情形数据。历史操作数据1402可以表示相对近期的参数，例如，在相同驾驶或驾驶段期间近期操作参数1401的其他测量。例如，检查***1310可以在车辆110接近物体时跟踪近期操作参数1401并且确定近期操作参数1401是否如预期改变。因此，检查***1310可以被配置来将近期操作参数1401至少临时存储在存储器1311或其他存储位置内。
历史操作参数1402可以表示未从具体LIDAR***或一组LIDAR***收集的其他数据。例如，历史操作参数1402可以表示近期操作参数1401的预定或预期值。历史操作参数1402可以是LIDAR***100内设定的值或从服务器1330接收的值等等。历史操作参数1402还可以表示模拟操作参数或数据。例如，历史操作参数可以基于近期操作参数1401基于类似条件(例如，当日时间、天气条件、车辆110的位置、部件的生命周期等等)的模拟值。模拟数据可以实时地(例如，由服务器1330、处理器118、处理器1318等等)生成或可以是存储在数据库1410中的先前模拟的数据。然而，在一些实施例中，所使用的一个或多个历史操作参数1402可以是从实际***导出的非模拟历史数据。在一些实施例中，历史操作参数1402可以包括由LIDAR***100的另一个传感器(例如，辅助光传感器、相机等等)实时地获取的数据。历史操作参数可以是基于以上任一者的计算值或编译值。在一些实施例中，历史操作参数1402可以包括多个历史操作参数，所述多个历史操作参数可以是上述参数(例如，与LIDAR***100相关联的参数、其他LIDAR***的参数、模拟数据、预定数据等等)的任何组合。
检查***1310可以分析近期操作参数1401和历史操作参数1402以确定退化指示符1403。例如，可以使用分析模块1321来比较(或以其他方式分析)近期操作参数1401和历史操作参数1402。退化指示符1403可以包括基于理想或预期值的LIDAR***100(或者其部件或部件的子集)的性能的任何指示符。例如，退化指示符1403可以表示光源、传感器、光偏转器、光学部件(例如，反射镜、透镜、窗口、分束器等等)、马达、机械部件、电池、相机、作为整体的LIDAR***100等的性能退化。退化指示符1403可以表示为相对于理想性能值的值，诸如当LIDAR***100的部件是新的或正以期望效率执行时的性能值。因此，退化指示符1403可以表示为比率、百分比、分数或其他类似值。退化指示符1403还可以表示为经验值或绝对值、预定状态(例如，“极好”、“好”、“差”、“开始退化”等等)、换算值(例如，1–100、1–10、1–5)或各种其他格式。
检查***1310可以被配置来基于退化指示符1403确定LIDAR***100的条件1405。条件1405可以是车辆110或LIDAR***100的不可接受的或不期望的条件的任何表示。例如，基于退化指示符1403，检查***1310可以确定LIDAR***100的部件将发生故障的可能性。例如，特定传感器的性能退化可以指示其接近发生故障。类似地，驱动光偏转器或其他部件所需的电压增加可以指示部件(或相关联部件，诸如齿轮、轴承、凸轮、活塞、马达等等)是磨损的、肮脏的和/或将要发生故障。驱动部件所需的电压降低可以类似地指示部件例如在部件开始弯曲、断裂或以其他方式变形时将要发生故障。条件1405可以指示故障可能性无法满足某一质量标准。故障可能性可以表示为概率的任何其他度量的发生百分比。阈值可以基于可接受的故障可能性(例如，10％、20％、30％、40％、50％等等)来定义。在一些实施例中，故障可能性可以基于给定时间帧。例如，检查***1310可以确定车辆110或LIDAR***100的下一个调度服务无法满足某一阈值或其他标准之前的故障可能性。因此，检查***1310可以被配置来例如从LIDAR***100、车辆110、数据库1410、服务器1330或任何其他源获得指示到下一个维护事件的时间的值。
在一些实施例中，“故障”可能未必定义为部件的完全故障。例如，故障可以定义为LIDAR***100的部件的不可接受的退化水平。如果光源能够产生的光的强度下降到给定质量标准以下(例如，原始或理想值的50％)，则这可以由条件1405指示。因此，条件1405可能不基于故障的可能性但可以基于超过给定质量或决策标准的退化指示符1403。故障可以定义为LIDAR***100或其部件的任何不可接受的性能水平。此外，在一些实施例中，退化指示符1403和或条件1405可能未必识别与故障或性能降低相关联的任何特定部件或部件的子***，但尽管如此可以识别该故障或性能降低已经发生。
在一些实施例中，检查***1310可以访问存储的数据1404并且将存储的数据1404与退化指示符1403进行比较以确定条件1405。存储的数据1404可以从数据库1410访问，如图14所示。类似于历史操作参数1403，存储的数据1404还可以存储在检查***1310的存储器(例如，存储器1311)、LIDAR***100的存储器和/或车辆110的存储器中。存储的数据1404可以是可以通知是否已经满足条件1405的任何数据，诸如非特定于车辆110和/或LIDAR***100的数据。非特定于特定装置的所存储数据可以包括适用于多个其他车辆和/或LIDAR***的数据。这个数据可以用于确定其他车辆上的其他LIDAR***的条件(例如，健康条件、劣化)。在一些实施例中，非特定的数据可以包括基于从具体LIDAR***和/或具体车辆(例如，如果它们是收集统计资料的大量***的部分)收集的数据的数据。在这样的情况下，具体***的数据可以是用于编译存储的数据的数据的较小部分。非特定的所存储数据可以以相同方式用于一个或多个检查***1310对许多不同LIDAR***的诊断。
在一些实施例中，存储的数据1404可以是用于校准或调节退化指示符1403的因子或其他值。例如，如果退化指示符1403是基于传感器的测量的光强度，则天气数据可以指示感知到的性能退化至少部分地归因于天气(例如，雨水、雾、雪、温度等等)并且检查***1310可以基于天气数据向退化指示符1403应用调节或校正。
在确定了故障可能性的实施例中，存储的数据1404可以是可以用于预测故障可能性或时间的统计或其他历史数据。例如，存储的数据1404可以用于使确定的退化指示符与历史故障数据关联并且基于历史数据确定故障的可能性。在一些实施例中，存储的数据1404可以被实现为机器学习算法。例如，存储的数据1404可以对应于使用来自其他LIDAR***的数据训练的故障预测模型以使确定的退化指示符与特定故障可能性关联。确定故障的可能性可以包括将退化指示符1403输入训练的故障预测模型中。这些形式的所存储数据1410仅以举例的方式提供，并且可以实现各种其他形式的所存储数据1404和/或机器学习。
在一个示例中，检查***1310可以通过随LIDAR***100的运行时间跟踪数据来确定退化指示符1403。例如，检查***1310可以随时间分析与检测特定物体相关联的一个或多个操作参数(例如，反射率、形状、图案、尺寸等等)。检查***1310可以将与由LIDAR***100在一定距离处记录的物体相关联的操作参数与在LIDAR***100变得更靠近物体时记录的相同操作参数进行比较。在LIDAR***100变得更靠近物体时，检查***1310可以具有充分的数据来评估在更大距离处应该是什么操作参数。例如，近期操作参数1401可以对应于近的范围处的物体的检测尺寸，并且历史操作参数1402可以对应于更大距离处的相同物体的检测尺寸(或反之亦然)。退化指示符1403可以基于近期操作参数1401和历史操作参数1402之间的差来确定。存储的数据1404可以包括指示其他LIDAR***能够如何准确地检测相同距离处的物体尺寸的数据。基于退化指示符1310和存储的数据1404，检查***1310可以确定LIDAR***1310(或具体传感器等等)是否正充分地执行。
类似地，检查***1310可以跟踪目标物体随时间的反射率，该反射率可能预期在各种距离处保持恒定(例如，在目标中心处)。例如，从100米远具有20％反射率的目标可能预期与在10米远具有相同反射率。反射率随时间的变化可以指示光源112、传感器116或光学路径中的其他部件(例如，透镜、窗口等等)的退化。通过将近距离处的反射率(近期操作参数1401)与更大距离处的反射率(历史操作参数1402)进行比较，检查***1301可以评估LIDAR***100或其部件的性能以确定退化指示符1403。此外，可以将退化指示符1403与其他LIDAR***的历史或统计数据(存储的数据1404)进行比较(或以其他方式相对于其他LIDAR***的历史或统计数据进行分析)以确定LIDAR***100的故障的可能性。
与目标相关联的其他操作参数可能预期随到目标的距离变化而改变。例如，即使在目标物体的反射率未知的情况下，与从目标物体反射的光相关联的由传感器116确定的信号强度可能预期基于根据某一关系或公式(例如，多项式、指数式等等)的距离而变化。如果强度以根据这个关系或公式显著变化的方式改变，则这样的改变可以指示LIDAR***100的性能退化。在这个示例中，近期操作参数1401和历史操作参数1402可以对应于变化距离处的测量的强度并且检查***1310可以根据公式对测量的强度进行比较以确定退化因子1310。可替代地，近期操作参数1401可以表示除了距离和测量的强度之间的关系的指示符之外的因子，并且历史操作参数1402可以表示预期因子(例如，基于数学公式、LIDAR***100的历史数据、来自其他LIDAR***的历史数据等等)。在这些场景中的任一者中，其他因子(诸如天气)也可以被认为(例如，通过存储的数据1404等等)是确定降低的性能是否可能是由于其他原因所致。
在一些实施例中，检查***1310可以依赖于来自LIDAR***100的其他传感器和/或来自车辆110的其他传感器的数据以确定退化指示符1403。例如，检查***1310可以从车辆110的相机访问传感器数据(其可以对应于历史操作参数1402)并且可以将该传感器数据与从传感器116接收的数据进行比较。在一个特定示例中，LIDAR***100可以临时在“被动模式”下操作，其中光源112不会发射光并且传感器116基于周围照明来检测光。由传感器116检测的环境的特点(例如，光强度、物体尺寸、物体形状等等)可以对应于近期操作参数1401。可以将由相机确定的环境的特点与传感器数据进行比较以确定传感器116是否具有任何性能退化。以类似方式，雷达和其他类型的传感器也可以用于评价LIDAR***100是否会准确地确定距物体的距离、LIDAR***100是否会准确地确定物体的位置和/或维度等等。
在又一个示例中，近期操作参数可以表示由LIDAR***100随时间收集的数据的统计分析。例如，可以在给定时间段内分析传感器116中的每个检测器元件的反射率。可以生成由检测器元件测量的反射率的统计分布(例如，直方图)。可以针对各种反射率范围(例如，0％–5％、5％–10％、10％–15％等等或各种其他分布)合计具有在一小时内测量的平均反射率的元件的数量。还可以确定其他统计信息(诸如平均反射率、标准偏差等等)，其可以对应于近期操作参数1401。历史操作参数1402可以表示预期统计值(例如，基于LIDAR***100的出厂设置、LIDAR***100的历史数据、来自其他LIDAR***的数据等等)。如果由检测器元件测量的反射率预期具有含具体属性(例如，均值、标准偏差)的正态分布(或其他预期分布)，则分布变化可以指示传感器116的性能退化。直方图和统计数据还可以针对其他传感器数据或参数确定，包括距目标测量的距离、贯穿视场测量的平均距离(例如，由所有检测器元件测量的距离的直方图)、测量的噪声级(例如，在视场的无目标区中，诸如天空)或任何其他参数。应理解，这些示例并非本公开的限制。可以实现所公开的过程的各种其他用途或实施例。
基于条件1405被满足，检查***1310可以触发一个或多个补救动作1406。补救动作1406可以由补救动作模块1322触发，如以上所论述。补救动作1406可以是响应于确定退化指示符1403和/或条件1405采取的任何动作。在一些实施例中，补救动作1406可以包括生成和/或传输警告。警告可以指示LIDAR***100的部件或设备需要进行修理或更换。警告还可以包括部件的故障可能性、部件或设备可能发生故障时的指示故障或退化诊断(例如，肮脏的透镜、磨损的传感器或光源或可能被认为是与LIDAR***100的健康相关的任何其他信息)。在一些实施例中，警告可以被传输到包括在车辆110内的装置。例如，车辆110可以包括被配置来向车辆110的驾驶员或用户呈现警告或通知的显示器。在其他实施例中，警告可以被传输到外部源(例如，通过网络1320)，诸如移动计算装置(例如，用户的电话、平板电脑、手表等等)、远程服务器、车队管理器、车辆跟踪***等等。在一些实施例中，补救动作1406可以包括调度车辆110或LIDAR***100的维护事件。补救动作可以包括执行维护动作或提供指令以执行维护动作。例如，补救动作1406可以包括使LIDAR***100校准、重置、重新启动或以其他方式重新配置LIDAR***100中的一个或多个部件。补救动作1406可以包括基于确定的条件1405来实现安全措施。例如，LIDAR***100可以确定传感器116无法感知全部的光强度量并且可以相应地降低光源112的强度以确保满足眼睛安全的光照水平。补救动作1406可以包括关闭一个或多个部件，减少或增大一个或多个部件的功率，向车辆110传输导航命令等等。
在一些实施例中，补救动作可以包括向LIDAR***100和/或其他附近LIDAR***提供数据以改进导航和检测。即使当由退化指示符1403识别的性能降低并非由LIDAR***100的劣化引起而是基于天气、位置(例如，穿过隧道、在桥下等等)或其他因子时这也可能是正确的。例如，检查***1310可以基于由每个检测器元件测量的反射率来分析直方图或相关联统计信息，如上所述。补救动作可以包括基于统计信息的分析向车辆110通知检测到的性能降低，使得车辆110能够调节各种导航或操作参数。类似地，补救动作可以包括向区域内的其他LIDAR***(例如，某一范围(1米、10米等等)内的车辆、导航相同路径的车辆等等)告知与车辆110的位置相关联的潜在性能退化。在一些实施例中，补救动作可以由除了LIDAR***100以外的***或装置实行。例如，补救动作可以由车辆110执行。基于由检查***1310和/或LIDAR***100提供的信息，车辆110可以停止，限制车辆的最大速度，执行导航动作等等。在一些实施例中，补救动作可以由其他LIDAR***或车辆执行。例如，如果确定LIDAR***100在特定地理区域中或在某些条件下失灵，则补救动作可以包括改变那些地理区域中或那些条件下的LIDAR***和/或车辆的操作参数。应理解，可以执行各种其他补救动作，并且本公开不限于任何特定动作。
图15是示出与所公开的实施例一致的用于检查配备有LIDAR的道路车辆的示例性过程1500的流程图。过程1500可以由与检查***1310相关联的一个或多个处理器(例如，处理器1318)执行。如以上所论述，与过程1500相关联的操作中的一些或全部可以由其他处理装置执行，所述其他处理装置诸如LIDAR***100的处理器(例如，处理器118)、安装或以其他方式包括在车辆110中的处理器、辅助装置的处理器等等。过程1500可以对应于图14中描绘的过程，并且因此相对于图14所论述的描述或特征中的任一者也可以应用于过程1500，并且反之亦然。在一些实施例中，过程1500可以在LIDAR***的操作期间实时地执行。因此，过程1500可以由安装在特定车辆上的检查***执行。在其他实施例中，过程1500可以在特定装置的维护操作期间(例如，在服务站处、在车库中、在工厂处、以预定时间间隔(每小时、每天、每月)等等)执行。在一些实施例中，执行过程1500的处理器可以被配置来与特定车辆的控制器或正被检查的LIDAR***的控制器通信。例如，处理器可以传输指令或与如上所述的LIDAR***100的健康相关联的其他信息。虽然基于车辆的LIDAR***贯穿过程1500的描述用作示例，但应理解，相同过程可以应用于非车辆实现方式。
在步骤1510中，过程1500可以包括：访问LIDAR***的至少一个近期操作参数。在一些示例中，LIDAR***可以是LIDAR***100并且可以包括在特定车辆(诸如车辆110)中。近期操作参数可以对应于以上详细描述的近期操作参数1401。在一些实施例中，访问至少一个近期操作参数可以包括：从特定车辆访问至少一个近期操作参数。例如，近期操作参数可以从LIDAR***100和/或车辆110访问。近期操作参数可以直接从LIDAR***100(例如，通过有线连接、通过穿过车辆110或LIDAR***100的端口的连接、短程无线连接等等)访问。在其他实施例中，近期操作参数可以通过远程或网络连接(例如，通过连接1320)访问。近期操作参数可以指示LIDAR***的光源的功率、操作光源所需的电压、驱动LIDAR***的扫描仪所需的电压、操作LIDAR***的传感器所需的电压或至少一个已知物体的检测距离。在一些实施例中，近期操作参数可以指示统计信息(例如，平均值、标准偏差等等)。
在步骤1520中，过程1500可以包括：访问至少一个历史操作参数。例如，历史操作参数可以是以上详细描述的历史操作参数1402。在一些实施例中，历史操作参数可以与车辆相关联。例如，历史操作参数可以表示类似于近期操作参数但由LIDAR***在另一个时间记录的操作参数。历史操作参数可以基于来自车辆110的除了与近期操作参数相关联的那些以外的其他传感器(例如，相机、雷达传感器、其他LIDAR传感器等等)的数据。在其他实施例中，历史操作参数可以与其他LIDAR***相关联。类似于近期操作参数，历史操作参数可以从各种源访问或获得。例如，访问至少一个历史操作参数可以包括：从远程服务器或从特定车辆访问至少一个历史操作参数。源还可以包括检查***1310的存储器、LIDAR***100的存储器、车辆110的存储器、服务器1330或可由检查***1310访问的任何其他资源。
在步骤1530中，过程1500可以包括：分析至少一个历史操作参数和至少一个近期操作参数以确定LIDAR***的操作退化的指示符。例如，检查***1310可以将历史操作参数1402与近期操作参数1401进行比较以确定如上详细描述的退化指示符1403。退化指示符可以是参考标准性能水平的与LIDAR***100或LIDAR***100的部件相关联的性能的任何值或度量。在一些实施例中，过程1500可以包括：获得多个参考车辆的LIDAR***的至少一个参考操作参数，以及将至少一个参考操作参数与至少一个近期操作参数进行比较以确定特定车辆的LIDAR***的操作退化的指示符。
在步骤1540中，过程1500可以包括：分析LIDAR***的操作退化的指示符和非特定于特定车辆的所存储数据以确定LIDAR***的条件。例如，非特定于特定车辆的所存储数据可以对应于如上详细描述的所存储数据1404。因此，存储的数据可以包括其他LIDAR***的历史或统计数据或者可能与LIDAR***100的性能降低相关的数据(例如，天气信息、位置特有的信息等等)。在一些实施例中，将退化指示符与非特定于特定车辆的所存储数据进行比较可以包括：将退化指示符输入到机器学习模型中或相对于存储的数据和退化指示符执行其他形式的分析。
条件可以对应于以上详细描述的条件1405。在一些实施例中，确定条件可以包括：查明故障可能性以及确定故障可能性不满足质量标准。在其他实施例中，确定条件可以包括：基于指示符确定LIDAR***的操作退化不满足质量标准。例如，条件可以对应于部件的机械或电气故障，或者可以对应于部件或LIDAR***的不可接受的退化。在一些实施例中，过程1500还可以包括：获得指示到下一个维护事件的时间的值以及确定LIDAR***将在下一个维护事件之前发生故障的可能性。
在步骤1550中，过程1500可以包括：基于LIDAR***的确定的条件来触发补救动作。例如，补救动作可以对应于以上详细描述的补救动作1406。在一些实施例中，补救动作可以包括：传输警告以修理与LIDAR***相关联的设备。在其他实施例中，补救动作可以包括：传输警告以修理与LIDAR***相关联的设备。例如，这些警告可以显示在特定车辆的至少一个显示器上。这些警告还可以被传输到其他装置或位置，包括服务器1330、辅助装置(例如，移动电话、平板电脑、膝上型电脑、周围车辆或LIDAR***等等)。在一些实施例中，补救动作可以包括：向其他LIDAR***或向特定车辆的计算装置发送与条件相关联的警告。在其他实施例中，补救动作可以包括：执行维护操作、校准操作、导航操作、安全操作中的至少一者或者传输指令以对车辆110、LIDAR***100、服务器1330和/或其他装置执行这些或其他操作。
要注意的是，类似方法和***可以用于决定预防动作。例如，即使LIDAR***是全功能的，但近期操作参数与历史操作参数的比较可以揭示出当其他LIDAR***在类似条件(例如，热量、湿度、周围照明)下以相同操作参数(例如，光照水平、感测参数、FOV尺寸)操作时，它们会比其他***更快劣化。在这样的情况下，与方法1500类似的方法可以总结为：采取先发制人的动作诸如改变LIDAR***100和/或车辆110的操作参数以便预先制止LIDAR***100的过度劣化。而且，类似方法和***还可以用于检测不同场景中的优选操作参数，在这个情况下至少一个近期操作参数与至少一个历史操作参数的比较可以用于确定对LIDAR***100(或者其他LIDAR***或车辆110)的操作参数的具体改变在一些场景中可以得到改进的性能，并且用于实现这样的改变。
出于说明的目的给出了前述描述。它并非详尽的，并且不限于所公开的精确形式或实施例。考虑到所公开的实施例的说明书和实践，修改和适应对于本领域技术人员来说是显而易见的。附加地，虽然所公开的实施例的各方面被描述为存储在存储器中，但是本领域技术人员将认识到的是，这些方面也可以存储在其他类型的计算机可读介质上，诸如辅助存储设备，例如硬盘或CD ROM，或其他形式的RAM或ROM、USB介质、DVD、蓝光或其他光驱介质。
基于书面描述和所公开的方法的计算机程序在有经验的开发者的技能范围内。各种程序或程序模块可以使用本领域技术人员已知的任何技术来创建，或者可以结合现有软件来设计。例如，程序部分或程序模块可以在.Net框架、.Net紧凑框架(以及相关语言，诸如Visual Basic、C等等)、Java、C++、Objective-C、HTML、HTML/AJAX组合、XML或包含Java小程序的HTML中设计或借助于它们来设计。
而且，尽管本文已经描述了说明性实施例，但是具有等同元件、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的各方面)、适应和/或更改的任何和所有实施例的范围将被本领域技术人员基于本公开而理解。权利要求书中的限制应当基于权利要求书中采用的语言广泛地解释，并且不限于本说明书中或在申请的审查期间描述的示例。这些示例应当被解释为非排他性的。此外，可以以任何方式修改所公开的方法的步骤，包括通过对步骤重新排序和/或***或删除步骤。因此，意图是说明书和实施例仅被认为是说明性的，真正的范围和精神由以下权利要求书及其等同物的全部范围指示。

Claims (95)

1.一种LIDAR***，其包括：
至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置来：
控制光源和光偏转器中的至少一者以照亮位于由所述光源照亮的空间中的第一物体和第二物体，其中所述第一物***于所述LIDAR***的LIDAR传感器的视场内，并且所述第二物***于所述LIDAR传感器的所述视场外；
基于从所述LIDAR传感器接收的第一反射信号确定到所述第一物体的距离，其中所述第一反射信号指示从所述第一物体反射的光；
从互补传感器接收指示从所述第二物体反射的光的第二反射信号；
基于所述第二反射信号确定所述第二物***于距所述LIDAR***的预定距离内；并且
基于所述确定调整所述光源和所述光偏转器中的至少一者以防止由所述光源发射的光在所述预定距离内的累加能量密度超出最大允许暴露水平。
2.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述第二物***于盲点区域中，所述盲点区域包括所述被照亮空间的位于所述LIDAR***的所述视场外的部分。
3.如权利要求2所述的LIDAR***，其中所述互补传感器被配置来接收来自所述盲点区域的光。
4.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述光偏转器包括多个反射镜，并且其中所述多个反射镜中的至少第一反射镜被配置来将来自所述光源的光朝着所述被照亮空间引导，并且所述多个反射镜中的至少第二反射镜被配置来将来自所述被照亮空间的反射信号朝着所述互补传感器引导。
5.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述LIDAR传感器包括至少第一类型的光电二极管传感器，并且所述互补传感器包括除了所述第一类型的至少第二类型的光电二极管传感器。
6.如权利要求5所述的LIDAR***，其中所述第二类型的光电二极管传感器具有的恢复时间短于所述第一类型的光电二极管传感器的恢复时间。
7.如权利要求5所述的LIDAR***，其中所述第二类型的光电二极管传感器被配置来提供与从所述第二物体反射的光相关联的强度信息但不提供时间信息。
8.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述互补传感器的瞬时像素视场是所述LIDAR传感器的瞬时像素视场的至少5倍大。
9.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述调整还包括：
确定到所述至少一个物体的距离，
计算在所述至少一个物体处的光的强度，以及
确定在到所述至少一个物体的所述距离处对眼睛安全的暴露时间。
10.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述调整还包括：调整所述至少一个光源以防止所述被照亮空间的与所述第二物体相关联的区域中的累加能量密度超出预定水平。
11.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述LIDAR***包括在车辆中，并且所述至少一个处理器进一步被配置来识别所述预定距离内的所述第二物体的存在。
12.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述LIDAR***包括至少一个光学装置，所述至少一个光学装置被配置来将来自所述光源的光传输到所述被照亮空间以及将从所述被照亮空间接收的光朝着所述互补传感器反射。
13.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述LIDAR传感器和所述互补传感器包括在包括多个检测元件的单个芯片上，所述LIDAR传感器与所述多个检测元件中的第一组相关联并且所述互补传感器与所述多个检测元件中的第二组相关联。
14.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述互补传感器包括多个检测元件，并且所述至少一个处理器进一步被配置来基于所述多个检测元件中的哪一个接收到从所述第二物体反射的所述光来确定到所述第二物体的距离。
15.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述互补传感器的范围比所述LIDAR传感器的范围短至少5倍。
16.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述互补传感器的光轴相对于所述LIDAR传感器的光轴倾斜至少20°。
17.如权利要求1所述的LIDAR***，其中所述第一物体和所述第二物体由相同光源照亮。
18.一种用于检测LIDAR***的最小阈值安全距离内的物体的方法，所述方法包括：
控制光源和光偏转器中的至少一者以照亮位于由所述光源照亮的空间中的第一物体和第二物体，其中所述第一物***于所述LIDAR***的LIDAR传感器的视场内，并且所述第二物***于所述LIDAR传感器的所述视场外；
基于从所述LIDAR传感器接收的第一反射信号确定到所述第一物体的距离，其中所述第一反射信号指示从所述第一物体反射的光；
从互补传感器接收指示从所述第二物体反射的光的第二反射信号；
基于所述第二反射信号确定所述第二物***于距所述LIDAR***的预定距离内；以及
基于所述确定调整所述光源和所述光偏转器中的至少一者以防止从所述光源发射的光在所述预定距离内的累加能量密度超出最大允许暴露水平。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述第二物体包括在盲点区域中，所述盲点区域包括所述被照亮空间的排除在所述LIDAR***的所述视场之外的部分。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述互补传感器被配置来接收来自所述盲点区域内的光。
21.如权利要求18所述的方法，其中所述光偏转器包括多个反射镜，并且其中所述阵列中的至少第一反射镜被配置来将来自所述光源的光朝着所述被照亮空间引导，并且所述阵列中的至少第二反射镜被配置来将来自所述被照亮空间的反射信号朝着所述互补传感器引导。
22.如权利要求18所述的方法，其中所述LIDAR传感器包括至少第一类型的光电二极管传感器，并且所述互补传感器包括至少第二类型的光电二极管传感器。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述第二类型的光电二极管传感器具有的恢复时间短于所述第一类型的光电二极管传感器的恢复时间。
24.如权利要求22所述的方法，其中所述第二类型的光电二极管传感器被配置来提供与从所述第二物体反射的光相关联的强度信息但不提供时间信息。
25.如权利要求18所述的方法，其中所述调整还包括：
确定到所述至少一个物体的距离，
计算在所述至少一个物体处的光的强度，以及
确定在到所述至少一个物体的所述距离处对眼睛安全的暴露时间。
26.如权利要求18所述的方法，其中所述调整包括：调整所述至少一个光源以防止所述被照亮空间的与所述第二物体相关联的区域中的累加能量密度超出预定水平，以及在所述被照亮空间的不与所述第二物体相关联的区域中不调整所述至少一个光源。
27.如权利要求18所述的方法，其中所述方法由安装在车辆上的LIDAR***执行，并且所述方法还包括：提供所述预定距离内的所述第二物体的存在的指示。
28.如权利要求18所述的方法，其中光由所述光源传输到所述被照亮空间并且由光学装置从所述被照亮空间朝着所述互补传感器反射。
29.如权利要求18所述的方法，其中所述LIDAR传感器和所述互补传感器包括在包括多个检测元件的单个芯片上，所述LIDAR传感器与所述多个检测元件中的第一组相关联并且所述互补传感器与所述多个检测元件中的第二组相关联。
30.如权利要求18所述的方法，其中所述互补传感器包括多个检测元件，并且所述至少一个处理器进一步被配置来基于所述多个检测元件中的哪一个接收到从所述第二物体反射的所述光来确定到所述第二物体的距离。
31.如权利要求18所述的方法，其中所述互补传感器的范围比所述LIDAR传感器的范围短至少5倍。
32.一种LIDAR***，其包括：
光源，所述光源被配置来朝着空间投射光；
LIDAR传感器，所述LIDAR传感器被配置来检测从所述LIDAR传感器的主视场中的多个物体反射的光；以及
光学部件，所述光学部件用于将来自第二物体的光引导至所述LIDAR传感器，使得所述LIDAR传感器能够检测到来自盲点区域内的物体，其中所述盲点区域包括在所述空间中但在所述主视场外。
33.如权利要求32所述的***，其中所述LIDAR传感器包括多个检测元件，并且来自所述盲点区域的光由所述光学部件引导至所述多个检测元件的子集。
34.如权利要求32所述的***，其中所述光学部件包括光偏转器，所述光偏转器被配置来将来自所述LIDAR传感器的所述主视场或所述盲点区域的光选择性地引导至所述LIDAR传感器。
35.一种具有多个性能特点的光电检测传感器，所述光电检测传感器包括：
半导体光电二极管芯片，所述半导体光电二极管芯片具有检测区域；以及
光电检测器阵列，所述光电检测器阵列位于所述检测区域内，所述光电检测器阵列包括：
第一光电检测器，所述第一光电检测器具有第一性能特点，其中所述第一光电检测器被配置来基于朝着多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的至少第一物体反射到所述第一光电检测器的光生成第一检测信号，并且其中所述第一检测信号指示朝着所述多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的所述第一物体反射到所述第一光电检测器的所述光的飞行时间；以及
第二光电检测器，所述第二光电检测器具有不同于所述第一性能特点的第二性能特点，其中所述第二光电检测器被配置来基于朝着所述多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的至少第二物体反射到所述第二光电检测器的光生成第二检测信号；并且
其中所述第二检测信号指示所述多个目标物体中根据所述第一检测信号无法检测到的至少一个目标物体的存在。
36.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第二检测信号指示朝着所述多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的所述第二物体反射到所述第二光电检测器的所述光的飞行时间。
37.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一性能特点使得所述第一光电检测器能够检测具有第一动态范围的光强度，并且所述第二性能特点使得所述第二光电检测器能够检测具有不同于所述第一动态范围的第二动态范围的光强度。
38.如权利要求37所述的光电检测传感器，其中所述第一动态范围和所述第二动态范围部分地重叠。
39.如权利要求37所述的光电检测传感器，其中所述第一动态范围和所述第二动态范围不重叠。
40.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一性能特点至少部分地基于所述第一光电检测器的第一类型，并且所述第二性能特点至少部分地基于所述第二光电检测器的第二类型，所述第二类型不同于所述第一类型。
41.如权利要求40所述的光电检测传感器，其中所述第一类型的第一光电检测器是单光子雪崩二极管(SPAD)、雪崩光电二极管(APD)或p-i-n光电二极管(PIN光电二极管)。
42.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一性能特点至少部分地基于所述第一光电检测器的第一操作电压，并且所述第二性能特点至少部分地基于所述第二光电检测器的第二操作电压，所述第二操作电压不同于所述第一操作电压。
43.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一性能特点至少部分地基于所述第一光电检测器的第一电容，并且所述第二性能特点至少部分地基于所述第二光电检测器的第二电容，所述第二电容不同于所述第一电容。
44.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一性能特点至少部分地基于所述第一光电检测器的第一尺寸，并且所述第二性能特点至少部分地基于所述第二光电检测器的第二尺寸，所述第二尺寸不同于所述第一尺寸。
45.如权利要求44所述的光电检测传感器，其中所述第二光电检测器在尺寸上比所述第一光电检测器小至少10倍。
46.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述光电检测传感器还包括用于对在所述检测区域处接收的光进行滤波的至少一个滤波器，并且其中所述第一动态范围至少部分地基于对在所述第一光电检测器处接收的光的滤波和对在所述第二光电检测器处接收的光的滤波上的差异而不同于所述第二动态范围。
47.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一性能特点包括所述第一检测信号的第一增益，并且其中所述第二性能特点包括所述第二检测信号的第二增益，所述第二增益不同于所述第一增益。
48.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一性能特点包括所述第一光电检测器的第一恢复时间，并且其中所述第二性能特点包括所述第二光电检测器的第二恢复时间，所述第二恢复时间不同于所述第一恢复时间。
49.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一性能特点使得所述第一光电检测器能够在第一时间段期间检测所述多个目标物体中的一个或多个，并且其中所述第二性能特点使得所述第二光电检测器能够在第二时间段内检测所述多个目标物体中的一个或多个。
50.如权利要求49所述的光电检测传感器，其中所述第一时间段和所述第二时间段部分地重叠。
51.如权利要求49所述的光电检测传感器，其中所述第一时间段和所述第二时间段不重叠。
52.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一性能特点使得所述第一光电检测器能够检测所述多个目标物体中超过预定距离的一个或多个，并且所述第二性能特点使得所述第二光电检测器能够检测所述多个目标物体中在所述预定距离内的一个或多个。
53.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一光电检测器和所述第二光电检测器连接到公共输出电路。
54.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一光电检测器连接到第一输出电路，并且所述第二光电检测器连接到第二输出电路。
55.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一光电检测器的至少一部分邻近于所述第二光电检测器。
56.如权利要求55所述的光电检测传感器，其中所述第一光电检测器由所述第二光电检测器围绕。
57.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一检测信号指示所述多个目标物体中根据所述第一检测信号无法检测到的至少一个目标物体的存在。
58.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述多个目标物体中的所述第一物体和所述多个目标物体中的所述第二物体是不同的。
59.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述多个目标物体中的所述第一物体和所述多个目标物体中的所述第二物体是相同的。
60.如权利要求35所述的光电检测传感器，其中所述第一光电检测器和所述第二光电检测器中的至少一者包括多个像素，其中所述像素中的每一个能操作来输出指示照射在相应像素的活动区域上的光的检测数据。
61.如权利要求60所述的光电检测传感器，其中所述第一光电检测器包括多个像素，所述多个像素被配置来围绕所述第二光电检测器的至少一个像素。
62.一种用于使用具有多个性能特点的光电检测传感器来检测物体的方法，所述方法包括：
由具有第一性能特点的第一光电检测器基于朝着多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的至少第一物体反射到所述第一光电检测器的光生成第一检测信号，并且其中所述第一检测信号指示朝着所述多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的所述至少第一物体反射到所述第一光电检测器的所述光的飞行时间；以及
由具有不同于所述第一性能特点的第二性能特点的第二光电检测器基于朝着所述多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的至少第二物体反射到所述第二光电检测器的光生成第二检测信号；
其中所述第二检测信号指示所述多个目标物体中根据所述第一检测信号无法检测到的至少一个目标物体的存在。
63.如权利要求62所述的方法，其中所述第一光电检测器和所述第二光电检测器包括在相同光电检测芯片上。
64.如权利要求62所述的方法，其中所述第二检测信号指示朝着所述多个目标物体传输并且从所述多个目标物体中的所述第二物体反射到所述第二光电检测器的所述光的飞行时间。
65.如权利要求62所述的方法，其中所述第一性能特点使得所述第一光电检测器能够检测所述多个目标物体中超过预定距离的一个或多个，并且所述第二性能特点使得所述第二光电检测器能够检测所述多个目标物体中在所述预定距离内的一个或多个。
66.如权利要求62所述的方法，其中所述方法还包括：
基于所述第一检测信号确定到所述第一物体的距离；以及
基于所述第二检测信号确定到所述第二物体的距离。
67.一种用于配备有LIDAR的道路车辆的检查***，所述检查***包括：
至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置来执行操作，所述操作包括：
访问特定车辆的LIDAR***的至少一个近期操作参数；
访问至少一个历史操作参数；
分析所述至少一个历史操作参数和所述至少一个近期操作参数以确定所述LIDAR***的操作退化的指示符；
分析所述LIDAR***的操作退化的所述指示符和非特定于所述特定车辆的所存储数据以确定所述LIDAR***的条件；以及
基于所述LIDAR***的所确定条件来触发补救动作。
68.如权利要求67所述的检查***，其中确定所述LIDAR***的所述条件包括：查明故障可能性以及确定所述故障可能性不满足质量标准。
69.如权利要求67所述的检查***，其中确定所述LIDAR***的所述条件包括：基于所述指示符确定所述LIDAR***的操作退化不满足质量标准。
70.如权利要求67所述的检查***，其中所述补救动作包括：向与所述LIDAR***相关联的修理设备传输警告。
71.如权利要求67所述的检查***，其中所述补救动作包括：向与所述LIDAR***相关联的更换设备传输警告。
72.如权利要求71所述的检查***，其中所述警告显示在所述特定车辆的至少一个显示器上。
73.如权利要求67所述的检查***，其中所述至少一个近期操作参数指示：所述LIDAR***的光源的功率、操作所述光源所需的电压、驱动所述LIDAR***的扫描仪所需的电压、操作所述LIDAR***的传感器所需的电压或至少一个已知物体的检测距离。
74.如权利要求67所述的检查***，其中所述至少一个处理器进一步被配置来在所述LIDAR***的操作期间实时地执行所述操作。
75.如权利要求67所述的检查***，其中所述至少一个处理器进一步被配置来在所述特定车辆的维护操作期间执行所述操作。
76.如权利要求67所述的检查***，其中所述至少一个处理器进一步被配置来从所述特定车辆获得所述至少一个近期操作参数以及从远程服务器获得所述至少一个历史操作参数。
77.如权利要求67所述的检查***，其中所述至少一个处理器进一步被配置来从所述特定车辆获得所述至少一个近期操作参数和所述至少一个历史操作参数。
78.如权利要求67所述的检查***，其中所述至少一个处理器进一步被配置来获得指示到下一个维护事件的时间的值以及确定所述LIDAR***将在所述下一个维护事件之前发生故障的可能性。
79.如权利要求67所述的检查***，其中所述检查***安装在所述特定车辆上。
80.如权利要求67所述的检查***，其中所述至少一个处理器进一步被配置来执行操作，所述操作包括：
获得多个参考车辆的LIDAR***的至少一个参考操作参数；以及
分析所述至少一个参考操作参数和所述至少一个近期操作参数以确定所述特定车辆的所述LIDAR***的操作退化的所述指示符。
81.一种用于检查配备有LIDAR的道路车辆的计算机实现的方法，所述方法包括：
访问特定车辆的LIDAR***的至少一个近期操作参数；
访问至少一个历史操作参数；
分析所述至少一个历史操作参数和所述至少一个近期操作参数以确定所述LIDAR***的操作退化的指示符；
分析所述退化的指示符和非特定于所述特定车辆的所存储数据以确定所述LIDAR***的条件；
基于所述LIDAR***的所确定条件来触发补救动作。
82.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中确定所述LIDAR***的所述条件包括：查明故障可能性以及确定所述故障可能性不满足质量标准。
83.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中确定所述LIDAR***的所述条件包括：基于所述指示符确定所述LIDAR***的操作退化不满足质量标准。
84.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中所述补救动作包括：向与所述LIDAR***相关联的修理设备传输警告。
85.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中所述补救动作包括：向与所述LIDAR***相关联的更换设备传输警告。
86.如权利要求85所述的计算机实现的方法，其中所述警告显示在所述特定车辆的至少一个显示器上。
87.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中所述至少一个近期操作参数指示：所述LIDAR***的光源的功率、操作所述光源所需的电压、驱动所述LIDAR***的扫描仪所需的电压、操作所述LIDAR***的传感器所需的电压或至少一个已知物体的检测距离。
88.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中所述方法在所述LIDAR***的操作期间实时地执行。
89.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中所述方法在所述特定车辆的维护操作期间执行。
90.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中：
访问所述至少一个近期操作参数包括：从所述特定车辆访问所述至少一个近期操作参数；并且
访问所述至少一个历史操作参数包括：从远程服务器访问所述至少一个历史操作参数。
91.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中：
访问所述至少一个近期操作参数包括：从所述特定车辆获得所述至少一个近期操作参数；并且
访问所述至少一个历史操作参数包括：从所述特定车辆获得所述至少一个历史操作参数。
92.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中所述方法还包括：
获得指示到下一个维护事件的时间的值；以及
确定所述LIDAR***将在所述下一个维护事件之前发生故障的可能性。
93.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中所述方法由安装在所述特定车辆上的检查***执行。
94.如权利要求81所述的计算机实现的方法，其中所述方法还包括：
获得多个参考车辆的LIDAR***的至少一个参考操作参数；以及
分析所述至少一个参考操作参数和所述至少一个近期操作参数以确定所述特定车辆的所述LIDAR***的操作退化的所述指示符。
95.一种计算机可读介质，其包括能由处理器执行以执行根据权利要求18-31、62-66和81-94中任一项所述的方法的指令集。
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