[發(fā)明專利]LIDAR信號(hào)獲取

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880074150.3
• 申請(qǐng)日: 2018-09-18
• 公開（公告）號(hào): CN111492264A
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D.S.霍爾;R.舍蒂加拉;N.斯拉滕格倫;A.陳;A.戈帕蘭
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 威力登激光雷達(dá)有限公司
• 主分類號(hào): G01S17/48
• 分類號(hào): G01S17/48;G01S7/481;G01S7/486
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李雪娜;申屠偉進(jìn)

本文中描述了用于組合來(lái)自LIDAR測(cè)量系統(tǒng)的多個(gè)通道的返回信號(hào)的方法和系統(tǒng)。在一方面，多個(gè)接收通道的輸出在到模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器的單個(gè)通道的輸入之前被電耦合。在另一方面，在每個(gè)接收通道的每個(gè)跨阻放大器的輸出處提供DC偏移電壓，以提高測(cè)量信號(hào)質(zhì)量。在另一方面，基于測(cè)量溫度來(lái)調(diào)整供應(yīng)給每個(gè)接收通道的每個(gè)光電檢測(cè)器的偏置電壓，以節(jié)省功率并且提高測(cè)量一致性。在另一方面，基于測(cè)量溫度來(lái)調(diào)整供應(yīng)給每個(gè)發(fā)射通道的每個(gè)照明源的偏置電壓。在另一方面，多路復(fù)用器被采用以在模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換之前多路復(fù)用對(duì)應(yīng)接收通道集的多個(gè)輸出信號(hào)集。

相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本專利申請(qǐng)要求來(lái)自2018年9月18日提交的題為“LIDAR Signal Acquisition（LIDAR信號(hào)獲取）”的美國(guó)專利申請(qǐng)序列號(hào)16/134,000的優(yōu)先權(quán)，該美國(guó)專利申請(qǐng)繼而在下要求來(lái)自2017年9月18日提交的題為“LIDAR Signal Acquisition（LIDAR信號(hào)獲取）”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)62/559,783的優(yōu)先權(quán)，所述主題通過引用以其整體合并在本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

所描述的實(shí)施例涉及基于LIDAR的3-D點(diǎn)云測(cè)量系統(tǒng)。

背景技術(shù)

LIDAR系統(tǒng)采用光脈沖來(lái)基于每個(gè)光脈沖的飛行時(shí)間（TOF）而測(cè)量到物體的距離。從LIDAR系統(tǒng)的光源發(fā)射的光脈沖與遠(yuǎn)端物體交互。光的部分從物體反射并返回到LIDAR系統(tǒng)的檢測(cè)器。基于光脈沖的發(fā)射和所返回的光脈沖的檢測(cè)之間所經(jīng)過的時(shí)間來(lái)估計(jì)距離。在一些示例中，光脈沖由激光發(fā)射器生成。光脈沖通過透鏡或透鏡組件來(lái)聚焦。測(cè)量激光脈沖返回到安裝在發(fā)射器附近的檢測(cè)器所花費(fèi)的時(shí)間。距離是從具有高準(zhǔn)確率的時(shí)間測(cè)量中導(dǎo)出的。

一些LIDAR系統(tǒng)采用結(jié)合旋轉(zhuǎn)鏡的單個(gè)激光發(fā)射器/檢測(cè)器組合來(lái)有效地掃描整個(gè)平面。通過這樣的系統(tǒng)執(zhí)行的距離測(cè)量實(shí)際上是二維的（即，平面的），并且所捕獲的距離點(diǎn)被渲染為2-D（即，單個(gè)平面）點(diǎn)云。在一些示例中，旋轉(zhuǎn)鏡以非常快的速度（例如，每分鐘數(shù)千轉(zhuǎn)數(shù)）旋轉(zhuǎn)。

在許多操作場(chǎng)景中，需要3-D點(diǎn)云。已經(jīng)采用了多個(gè)方案來(lái)三維地詢問周圍環(huán)境。在一些示例中，2-D儀器通常在萬(wàn)向架上被上下和/或前后致動(dòng)。這在本領(lǐng)域中通常被稱為使傳感器“眨眼”或“點(diǎn)頭”。因此，可以采用單個(gè)光束LIDAR單元來(lái)捕獲距離點(diǎn)的整個(gè)3-D陣列，盡管每次一個(gè)點(diǎn)。在相關(guān)的示例中，采用棱鏡將激光脈沖“劃分”成多個(gè)層，每個(gè)具有略微不同的垂直角度。這模擬了上面所描述的點(diǎn)頭效果，但是沒有致動(dòng)傳感器本身。

在所有上述示例中，單個(gè)激光發(fā)射器/檢測(cè)器組合的光路以某種方式被更改以獲得比單個(gè)傳感器更寬的視野。由于對(duì)單個(gè)激光器的脈沖重復(fù)率的限制，這樣的設(shè)備每單位時(shí)間可以生成的像素?cái)?shù)量固有地受到限制。光束路徑的任何更改，無(wú)論是通過鏡、棱鏡還是致動(dòng)設(shè)備來(lái)獲得更大的覆蓋區(qū)域，都以降低的點(diǎn)云密度為代價(jià)。

如上所述，3-D點(diǎn)云系統(tǒng)以若干配置存在。然而，在許多應(yīng)用中，有必要在寬視野中以水平和垂直方向二者觀察。例如，在自主車輛應(yīng)用中，垂直視野應(yīng)該向下延伸到盡可能接近以看到車輛前方的地面。此外，在汽車進(jìn)入道路中傾角的情況下，垂直視野應(yīng)該延伸到地平線以上。此外，有必要使現(xiàn)實(shí)世界中發(fā)生的動(dòng)作與這些動(dòng)作的成像之間的延遲最小。在一些示例中，期望每秒至少五次地提供完整圖像更新。為了解決這些需求，已經(jīng)開發(fā)了包括多個(gè)激光發(fā)射器和檢測(cè)器陣列的3-D LIDAR系統(tǒng)。在2011年6月28日公布的美國(guó)專利號(hào)中描述了該系統(tǒng)，所述主題通過引用以其整體合并在本文中。

在許多應(yīng)用中，發(fā)射脈沖序列。每個(gè)脈沖的方向以快速連續(xù)的方式按順序地變化。在這些示例中，可以將與每個(gè)單獨(dú)脈沖相關(guān)聯(lián)的距離和強(qiáng)度測(cè)量認(rèn)為是像素，并且可以將以快速連續(xù)的方式發(fā)射和捕獲的像素集合（即，“點(diǎn)云”）渲染為圖像或出于其它原因（例如，檢測(cè)障礙物）而進(jìn)行分析。在一些示例中，采用查看軟件將所得到的點(diǎn)云渲染為對(duì)用戶呈現(xiàn)三維的圖像。可以使用不同的方案將LIDAR測(cè)量描繪為3-D圖像，所述圖像看起來(lái)好像是由實(shí)拍攝像機(jī)捕獲的一樣。