Лидарные системы и способы Российский патент 2023 года по МПК G01S17/00 

Область техники

[01] Настоящая технология относится к лидарным системам обнаружения и измерения дальности (LiDAR, Light Detection and Ranging) и к способам обнаружения объектов в окружающем пространстве автономного транспортного средства, в частности, к лидарным системам и способам обнаружения объектов в интересующей области окружающего пространства.

Уровень техники

[02] В известных решениях предложены и реализованы компьютерные навигационные системы, обеспечивающие навигацию и/или управление транспортными средствами. Известны различные системы такого рода - от простых решений, основанных на определении местоположения на карте и использующих компьютерную систему для помощи водителю в навигации на маршруте от пункта отправления до пункта назначения, до более сложных решений, таких как компьютеризированные и/или автономные системы вождения.

[03] Некоторые из этих систем реализованы в виде широко известной системы круиз-контроля. В этом случае компьютерная система, установленная на транспортном средстве, поддерживает заданную пользователем скорость движения транспортного средства. Некоторые системы круиз-контроля реализуют систему интеллектуального управления дистанцией, позволяя пользователю задавать расстояние до идущего впереди автомобиля (например, выбирать значение, выраженное в количестве транспортных средств). В дальнейшем компьютерная система регулирует скорость транспортного средства, по меньшей мере частично, в зависимости от его приближения к впереди идущему транспортному средству на заранее заданное расстояние. Некоторые из систем круиз-контроля дополнительно оснащены системой предупреждения столкновений, которая при обнаружении транспортного средства (или другого препятствия) перед движущимся транспортным средством замедляет или останавливает его.

[04] Некоторые из наиболее передовых систем обеспечивают полностью автономное движение транспортного средства без непосредственного участия оператора (т.е. водителя) в управлении. Такие автономные транспортные средства содержат системы, способные ускорять, замедлять, останавливать, перестраивать в другой ряд и самостоятельно парковать транспортное средство.

[05] Одна из основных технических проблем, возникающих при реализации вышеуказанных систем, заключается в способности обнаруживать объекты вокруг транспортного средства. Например, таким системам может быть необходимо обнаруживать перед транспортным средством с установленной системой другое транспортное средство, которое может представлять опасность для данного транспортного средства и требовать принятия системой упреждающих мер, таких как торможение или иное изменение скорости, остановка или перестроение в другой ряд. В другом примере таким системам может требоваться обнаружение пешеходов или животных, пересекающих дорогу перед транспортным средством или двигающихся иным образом в окружающем пространстве транспортного средства.

[06] Обнаружение объектов с использованием лидара обычно предполагает передачу лучей света в интересующую область и обнаружение отраженных световых лучей, в частности, от объектов в этой области, для формирования представления интересующей области, содержащей какие-либо объекты. В качестве источника излучения (света) часто используются лазеры, излучающие импульсы света в узком диапазоне длин волн. Положение объекта и расстояние до него могут быть определены, помимо прочего, путем вычисления времени пролета излученного и обнаруженного светового луча. Вычисляя такие положения как «точки данных», можно сформировать многомерное цифровое представление окружающего пространства.

[07] В целом, с точки зрения физики обнаружения объектов лидарными системами, один из известных в настоящее время способов основан на использовании импульсного излучения и реализуется «времяпролетными» (ToF, Time of Flight) лидарными системами. Во времяпролетных лидарных системах каждый лидарный датчик излучает короткий импульс с заданной длиной волны, а затем определяет время, требующееся для отражения этого импульса находящимся в окружающем пространстве объектом и возврата к соответствующему лидарному датчику. Вращение на 360 градусов времяпролетной лидарной системы, расположенной в верхней части транспортного средства и содержащей множество лидарных датчиков, позволяет формировать трехмерный образ окружающего пространства транспортного средства.

[08] Этот трехмерный образ частично формируется отраженными лучами, принимаемыми лидаром, который формирует точки данных, представляющие объекты окружающего пространства. Эти точки образуют облака, характеризующие окружающее пространство и образующие трехмерную карту. Каждая точка в этом облаке точек связана с координатами в пространстве координат. Кроме того, каждая точка может быть связана с некоторой дополнительной информацией, например, с расстоянием от самоуправляемого транспортного средства до объекта. С точками в облаке точек может быть связана и другая информация.

[09] Чем больше получено точек приемлемого качества, тем лучше. В этом случае компьютер самоуправляемого транспортного средства может с использованием такого облака точек выполнять задачи различной когнитивной сложности, например, фильтрацию, кластеризацию или выборку точек, объединение облаков точек, распознавание объекта и т.д. Качество выполнения этих отдельных задач влияет на общее качество определения местоположения и навигации беспилотного транспортного средства. Точная информация об окружающих объектах повышает безопасность вождения.

[010] При определенных обстоятельствах может возникать необходимость в обнаружении объектов в интересующих областях, различно расположенных относительно транспортного средства. Полезно иметь возможность быстро и эффективно переключаться с одной интересующей области на другую.

Раскрытие изобретения

[011] Следовательно, требуются системы и способы, позволяющие исключать, уменьшать или преодолевать ограничения известных технических решений.

[012] В известных технических решениях был предложен ряд способов для решения вышеуказанной проблемы.

[013] В патентной заявке US2019162947A описано микроэлектромеханическое (MEMS) устройство, содержащее основание и множество зеркальных поверхностей, расположенных на этом основании. Каждая из множества зеркальных поверхностей неподвижна относительно основания. Каждая из множества зеркальных поверхностей расположена под соответствующим углом к основанию. Соответствующие углы по меньшей мере некоторых зеркальных поверхностей отличаются от соответствующих углов по меньшей мере некоторых других зеркальных поверхностей.

[014] В патентной заявке US2019195992A описана система, содержащая лазерный источник света и вращающийся зеркальный узел со множеством зеркальных сегментов, расположение которых позволяет отражать свет, излучаемый лазерным источником света, при этом множество зеркальных сегментов содержит первый сегмент, отражающий первый световой луч от лазерного источника света в первом направлении, и второй зеркальный сегмент, отражающий первый световой луч от лазерного источника света во втором направлении, отличном от первого направления. В некоторых примерах система содержит датчик света, расположение которого позволяет принимать свет, отраженный от вращающегося зеркального узла. В некоторых примерах система содержит электродвигатель для вращения зеркального узла вокруг оси вращения. В некоторых примерах система содержит контроллер для управления фазой выборки сигналов светового датчика.

[015] В патентной заявке US2020049819A описан оптический сканер, содержащий по меньшей мере один источник света, способный излучать свет, направляющее устройство, способное выполнять сканирование в первом направлении с использованием света, излучаемого по меньшей мере одним источником света, и многоугольное зеркало, способное выполнять сканирование с использованием светового потока, исходящего от направляющего устройства во втором направлении, отличном от первого направления, при вращении многоугольного зеркала. Направляющее устройство включает в себя множество первых призм, каждая из которых содержит входную грань, способную пропускать свет, излучаемый по меньшей мере одним источником света, и выходную грань, способную преломлять и выводить свет. Многоугольное зеркало содержит множество отражающих граней, каждая из которых способна отражать свет, выводимый из направляющего устройства.

[016] В соответствии с первым широким аспектом настоящей технологии реализована лидарная система для обнаружения объектов в окружающем пространстве автономного транспортного средства, содержащая источник излучения, способный излучать выходные лучи по внутреннему пути излучения, и сканер, расположенный на внутреннем пути излучения, способный направлять выходные лучи в интересующую область в пределах поля обзора и содержащий первую отражающую поверхность, способную принимать по меньшей мере часть выходных лучей и передавать ее как первый распространяющийся луч вдоль первой оси распространения, и вторую отражающую поверхность, способную принимать по меньшей мере часть выходных лучей и передавать ее как второй распространяющийся луч вдоль второй оси распространения, отличной от первой оси распространения, при этом интересующая область содержит первую часть, определяемую первым распространяющимся лучом, вторую часть, определяемую вторым распространяющимся лучом, и третью часть между первой и второй частями, представляющую собой слепую зону.

[017] В некоторых вариантах осуществления изобретения первая и вторая части являются периферийными частями интересующей области, а третья часть является центральной частью интересующей области.

[018] В некоторых вариантах осуществления изобретения первая отражающая поверхность расположена под первым углом к базовой плоскости, а вторая отражающая поверхность - под вторым, отличным от первого, углом к базовой плоскости.

[019] В некоторых вариантах осуществления изобретения первая отражающая поверхность расположена под первым углом к базовой плоскости, а вторая отражающая поверхность - под вторым углом к базовой плоскости, при этом сканер способен изменять первый и/или второй угол.

[020] В некоторых вариантах осуществления изобретения первая и вторая отражающие поверхности являются частью единой сканирующей поверхности сканера.

[021] В некоторых вариантах осуществления изобретения единая сканирующая поверхность является неплоской, а первая и вторая отражающие поверхности размещены под углом друг к другу.

[022] В некоторых вариантах осуществления изобретения первая и вторая отражающие поверхности являются частью разных сканирующих поверхностей сканера.

[023] В некоторых вариантах осуществления изобретения разные сканирующие поверхности выполнены в виде одного или нескольких колеблющихся зеркал или призм.

[024] В некоторых вариантах осуществления изобретения лидарная система дополнительно содержит контроллер, подключенный к источнику излучения и к сканеру и способный обеспечивать относительное перемещение выходных лучей и сканера для выборочного контакта выходных лучей с первой и второй отражающими поверхностями.

[025] В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер способен перемещать сканер для выборочного контакта выходных лучей с первой и второй отражающими поверхностями.

[026] В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер способен перемещать выходные лучи для выборочного контакта выходных лучей с первой и второй отражающими поверхностями.

[027] В некоторых вариантах осуществления изобретения сканер представляет собой колеблющееся зеркало, а первая и вторая отражающие поверхности находятся на лицевой стороне этого зеркала.

[028] В некоторых вариантах осуществления изобретения первая и вторая отражающие поверхности изготовлены из разных материалов.

[029] В некоторых вариантах осуществления изобретения сканер представляет собой вращающуюся призму, а первая и вторая отражающие поверхности находятся на поверхности этой вращающейся призмы.

[030] В некоторых вариантах осуществления изобретения первая и/или вторая отражающая поверхность неподвижна относительно другой.

[031] В некоторых вариантах осуществления изобретения лидарная система дополнительно содержит приемник для приема отраженных выходных лучей из интересующей области.

[032] Согласно другому аспекту реализован способ обнаружения объектов в окружающем пространстве автономного транспортного средства, выполняемый контроллером лидарной системы и включающий в себя воздействие на источник излучения лидарной системы для излучения выходных лучей по внутреннему пути излучения лидарной системы и воздействие на сканер лидарной системы, расположенный на внутреннем пути излучения, для направления выходных лучей в окружающее пространство автономного транспортного средства с интересующей областью в поле обзора, при этом сканер содержит первую и вторую отражающие поверхности для формирования первой и второй частей интересующей области со слепой зоной между ними.

[033] В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер способен обеспечивать относительное перемещение выходных лучей и сканера для выборочного контакта выходных лучей с заданной отражающей поверхностью в соответствии с одним или несколькими из следующих правил: (а) по заранее заданному графику, (б) в ответ на определение из сигнала датчика необходимости сканирования интересующей области в пределах поля обзора, (в) в ответ на возникновение определенных географических условий и (г) в ответ на возникновение определенной окружающей обстановки.

[034] В некоторых вариантах осуществления изобретения обеспечение относительного перемещения включает в себя обеспечение контроллером перемещения сканера в направлении, параллельном удлиненной плоской поверхности сканера.

[035] В некоторых вариантах осуществления изобретения обеспечение относительного перемещения включает в себя выборочное обеспечение колебаний сканера относительно разных осей колебаний.

[036] В некоторых вариантах осуществления изобретения обеспечение относительного перемещения включает в себя выборочное обеспечение колебаний сканера относительно различных осей колебаний.

[037] В контексте настоящего описания термин «источник света» в целом относится к любому устройству, способному осуществлять излучение, например, сигнала в виде луча, в том числе луча света с одной или несколькими длинами волн в электромагнитном спектре, но не ограничиваясь этим. В одном примере осуществления изобретения источником света может быть лазерный источник. Таким образом, источник света может содержать лазер, например, твердотельный лазер, лазерный диод, лазер высокой мощности, или альтернативный источник света, например, источник света на основе светоизлучающих диодов. Некоторыми (не имеющими ограничительного характера) примерами лазерного источника являются лазерный диод Фабри-Перо, лазер на квантовых ямах, лазер с распределенным брэгговским отражателем (DBR, Distributed Bragg Reflector), лазер с распределенной обратной связью (DFB, Distributed FeedBack), волоконный лазер или поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL, Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser). Кроме того, лазерный источник может испускать световые лучи в различных форматах, например, световые импульсы, непрерывные колебания, квазинепрерывные колебания и т.д. В некоторых не имеющих ограничительного характера примерах лазерный источник может содержать лазерный диод, способный излучать свет с длиной волны в диапазоне приблизительно 650-1150 нм. В альтернативном варианте источник света может содержать лазерный диод, способный излучать свет с длиной волны в диапазоне приблизительно 800-1000 нм, приблизительно 850-950 нм, приблизительно 1300-1600 нм или в любом другом подходящем диапазоне. Если не указано иное, термин «приблизительно» применительно к числовому значению определяется как отклонение, не превышающее 10% от указанного значения.

[038] В контексте настоящего описания термин «выходной луч» может также относиться к пучку излучения, например, к лучу света, формируемому излучающим элементом и направленному в сторону интересующей области. Выходной луч может характеризоваться одним или несколькими параметрами, такими как продолжительность излучения, угловая расходимость луча, длина волны, мгновенная мощность, плотность фотонов на разных расстояниях от источника света, средняя мощность, удельная мощность пучка, ширина луча, частота повторения импульсов излучения, последовательность излучаемых импульсов, скважность импульсов, длина волны, фаза и т.д. Выходной луч может быть неполяризованным или случайно поляризованным, может не иметь определенной или постоянной поляризации (например, поляризация может меняться со временем) или может иметь конкретную поляризацию (например, линейную, эллиптическую или круговую поляризацию).

[039] В контексте настоящего описания «входной луч» - это излучение или свет, попадающий в систему, обычно после отражения от одного или нескольких объектов в интересующей области. «Входной луч» также может называться лучом излучения или световым лучом. Термин «отраженный» означает, что по меньшей мере часть выходного луча падает на один или несколько объектов в интересующей области и отражается от этого одного или нескольких объектов. Входной луч может характеризоваться одним или несколькими параметрами, такими как время пролета (т.е. время от момента излучения до момента обнаружения), мгновенная мощность (например, сигнатура мощности), средняя мощность обратного импульса, распределение фотонов в сигнале по периоду обратного импульса и т.д. В зависимости от конкретного использования, некоторая часть излучения или света во входном луче может исходить не от отраженного выходного луча, а от других источников. Например, по меньшей мере некоторая часть входного луча может представлять сбой световой шум из окружающего пространства (в том числе рассеянный солнечный свет) или от других источников света, внешних по отношению к данной системе.

[040] В контексте настоящего описания термин «окружающее пространство» или «окружающая среда» транспортного средства относится к области или объему вокруг этого транспортного средства, которые включают в себя часть его текущей окружающей среды, доступной для сканирования с использованием одного или нескольких датчиков, установленных на этом транспортном средстве, например, для создания трехмерной карты такого окружающего пространства или обнаружения в нем объектов.

[041] В контексте настоящего описания термин «интересующая область» может в целом включать в себя часть наблюдаемого окружающего пространства лидарной системы, в которой могут быть обнаружены один или несколько объектов. Следует отметить, что на интересующую область лидарной системы могут влиять различные условия, такие как ориентация лидарной системы (например, направление оптической оси лидарной системы), положение лидарной системы в окружающем пространстве (например, расстояние над поверхностью земли, а также рельеф местности и препятствия в непосредственной близи от системы), рабочие параметры лидарной системы (например, мощность излучения, вычислительные настройки, заданные углы работы) и т.д., но не ограничиваясь ими. Интересующая область лидарной системы может быть определена, например, плоским или телесным углом. В одном примере интересующая область также может быть определена дальностью (например, приблизительно до 200 м).

[042] В контексте настоящего описания «сервер» - компьютерная программа, выполняемая на соответствующем оборудовании и способная принимать по сети запросы (например, от электронных устройств), а также выполнять эти запросы или инициировать их выполнение. Соответствующие аппаратные средства могут быть реализованы в виде одного компьютера или одной компьютерной системы, что не существенно для настоящей технологии. В данном контексте выражение «сервер» не означает, что каждая задача (например, принятая команда или запрос) или некоторая конкретная задача принимается, выполняется или запускается одним и тем же сервером (т.е. одними и теми же программными и/или аппаратными средствами). Это выражение означает, что любое количество программных средств или аппаратных средств может принимать, отправлять, выполнять или запускать выполнение любой задачи или запроса либо результатов любых задач или запросов. Все эти программные и аппаратные средства могут представлять собой один сервер или несколько серверов, причем оба эти случая подразумеваются в выражении «по меньшей мере один сервер».

[043] В контексте настоящего описания «электронное устройство» - любое компьютерное оборудование, способное выполнять программное обеспечение, подходящее для поставленной задачи. В контексте настоящего описания термин «электронное устройство» подразумевает, что устройство может функционировать в качестве сервера для других электронных устройств, тем не менее, это не обязательно для настоящей технологии. Таким образом, некоторые (не имеющие ограничительного характера) примеры электронных устройств включают в себя самоуправляемое устройство, персональные компьютеры (настольные компьютеры, ноутбуки, нетбуки и т.д.), смартфоны и планшеты, а также сетевое оборудование, такое как маршрутизаторы, коммутаторы и шлюзы. Должно быть понятно, что в настоящем контексте тот факт, что устройство функционирует в качестве электронного устройства, не означает, что оно не может функционировать в качестве сервера для других электронных устройств.

[044] В контексте настоящего описания выражение «информация» включает в себя информацию любого рода или вида, допускающую хранение в базе данных. Таким образом, информация включает в себя визуальные произведения (например, карты), аудиовизуальные произведения (например, изображения, фильмы, звукозаписи, презентации и т.д.), данные (например, данные о местоположении, данные о погоде, данные о трафике, числовые данные и т.д.), текст (например, мнения, комментарии, вопросы, сообщения и т.д.), документы, электронные таблицы и т.д., но не ограничивается ими.

[045] В контексте настоящего описания термин «база данных» означает любой структурированный набор данных, независимо от его конкретной структуры, программного обеспечения для управления базой данных или компьютерных аппаратных средств для хранения этих данных, их применения или обеспечения их использования иным способом. База данных может располагаться в тех же аппаратных средствах, где реализован процесс, обеспечивающий хранение или использование информации, хранящейся в базе данных, либо база данных может располагаться в отдельных аппаратных средствах, таких как специализированный сервер или множество серверов.

[046] В контексте настоящего описания числительные «первый» «второй», «третий» и т.д. используются лишь для указания различия между существительными, к которым они относятся, но не для описания каких-либо определенных взаимосвязей между этими существительными. Кроме того, как встречается в настоящем описании в другом контексте, ссылка на «первый» элемент и «второй» элемент не исключает того, что эти два элемента в действительности могут быть одним и тем же элементом.

[047] Каждый вариант осуществления настоящей технологии относится к по меньшей мере одной из вышеупомянутых целей и/или аспектов, но не обязательно ко всем ним. Должно быть понятно, что некоторые аспекты настоящей технологии, связанные с попыткой достижения вышеупомянутой цели, могут не соответствовать этой цели и/или могут соответствовать другим целям, явным образом здесь не упомянутым.

[048] Дополнительные и/или альтернативные признаки, аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящей технологии содержатся в дальнейшем описании, на приложенных чертежах и в формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

[049] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящей технологии содержатся в дальнейшем описании, в приложенной формуле изобретения и на следующих чертежах.

[050] На фиг. 1 схематически представлен пример компьютерной системы, пригодной для реализации некоторых не имеющих ограничительного характера вариантов осуществления настоящей технологии.

[051] На фиг. 2 схематически представлена сетевая компьютерная среда, пригодная для использования с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[052] На фиг. 3 схематически представлен пример лидарной системы, реализованной в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[053] На фиг. 4 представлен вид сверху сканирующей поверхности сканирующего элемента лидарной системы, показанной на фиг. 3, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[054] На фиг. 5 представлен вид сверху сканирующей поверхности сканирующего элемента лидарной системы, показанной на фиг. 3, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[055] На фиг. 6 представлен вид сбоку сканирующего элемента, показанного на фиг. 4 или фиг. 5, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[056] На фиг. 7 представлен сканирующий элемент, показанный на фиг. 6, и указаны части интересующей области в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[057] На фиг. 8 представлен вид сверху поля обзора, формируемого сканирующим элементом, показанным на фиг. 6, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[058] На фиг. 9 представлен сканирующий элемент, показанный на фиг. 6, и указаны базовые углы отражающих поверхностей сканирующей поверхности в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[059] На фиг. 10 представлен сканирующий элемент, показанный на фиг. 3, выполненный в виде призмы, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[060] На фиг. 11 представлен сканирующий элемент, показанный на фиг. 3, выполненный в виде колеблющегося зеркала, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[061] На фиг. 12 схематически представлен способ обнаружения объекта в окружающем пространстве транспортного средства в сетевой компьютерной среде, показанной на фиг. 2, на основе данных, полученных лидарной системой, показанной на фиг. 3, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

Осуществление изобретения

[062] Представленные в данном описании примеры и условный язык предназначены для обеспечения лучшего понимания принципов настоящей технологии, а не для ограничения ее объема до таких специально приведенных примеров и условий. Должно быть понятно, что специалисты в данной области техники способны разработать различные способы и устройства, которые явно не описаны и не показаны, но реализуют принципы настоящей технологии в пределах ее существа и объема.

[063] Кроме того, чтобы способствовать лучшему пониманию, последующее описание может содержать упрощенные варианты реализации настоящей технологии. Специалистам в данной области должно быть понятно, что другие варианты осуществления настоящей технологии могут быть значительно сложнее.

[064] В некоторых случаях приводятся полезные примеры модификаций настоящей технологии. Они способствуют пониманию, но также не определяют объема или границ настоящей технологии. Представленный перечень модификаций не является исчерпывающим и специалист в данной области может разработать другие модификации в пределах объема настоящей технологии. Кроме того, если в некоторых случаях модификации не описаны, это не означает, что они невозможны и/или что описание содержит единственно возможный вариант реализации того или иного элемента настоящей технологии.

[065] Описание принципов, аспектов и вариантов реализации настоящей технологии, а также их конкретные примеры предназначены для охвата их структурных и функциональных эквивалентов, независимо от того, известны они в настоящее время или будут разработаны в будущем. Например, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что любые описанные структурные схемы соответствуют концептуальным представлениям иллюстративных принципиальных схем, реализующих принципы настоящей технологии. Также должно быть понятно, что любые блок-схемы, схемы процессов, диаграммы изменения состояния, псевдокоды и т.п. соответствуют различным процессам, которые могут быть представлены на машиночитаемом физическом носителе информации и могут выполняться компьютером или процессором, независимо от того, показан такой компьютер или процессор явно или нет.

[066] Функции различных элементов, показанных на чертежах, включая любой функциональный блок, обозначенный как «процессор», могут быть реализованы с использованием специализированных аппаратных средств, а также аппаратных средств, способных выполнять соответствующее программное обеспечение. Если используется процессор, эти функции могут выполняться одним выделенным процессором, одним совместно используемым процессором или множеством отдельных процессоров, некоторые из которых могут использоваться совместно. Кроме того, явное использование термина «процессор» или «контроллер» не должно трактоваться как указание исключительно на аппаратные средства, способные выполнять программное обеспечение, и может подразумевать, помимо прочего, аппаратные средства цифрового сигнального процессора (DSP), сетевой процессор, специализированную интегральную схему (ASIC), программируемую вентильную матрицу (FPGA), ПЗУ для хранения программного обеспечения, ОЗУ и энергонезависимое ЗУ. Также могут подразумеваться другие аппаратные средства, общего назначения и/или заказные.

[067] Программные модули или просто модули, реализация которых предполагается в виде программных средств, могут быть представлены здесь в виде любого сочетания элементов блок-схемы или других элементов, указывающих на выполнение шагов процесса и/или содержащих текстовое описание. Такие модули могут выполняться аппаратными средствами, показанными явно или подразумеваемыми.

[068] Далее с учетом вышеизложенных принципов рассмотрены некоторые не имеющие ограничительного характера примеры, иллюстрирующие различные варианты реализации аспектов настоящей технологии.

Компьютерная система

[069] На фиг. 1 схематически представлена компьютерная система 100, пригодная для использования с некоторыми вариантами осуществления настоящей технологии и содержащая различные элементы аппаратных средств, включая один или несколько одно- или многоядерных процессоров, совместно представленных процессором 110, твердотельный накопитель 120 и память 130, которая может представлять собой ОЗУ или память любого другого вида.

[070] Связь между элементами компьютерной системы 100 может осуществляться через одну или несколько внутренних и/или внешних шин (не показаны) (таких как шина PCI, шина USB, шина FireWire стандарта IEEE 1394, шина SCSI, шина Serial-ATA и т.д.), с которыми различные аппаратные элементы соединены электронным образом. Согласно вариантам осуществления настоящей технологии, твердотельный накопитель 120 хранит программные команды, пригодные для загрузки в память 130 и выполнения процессором 110 с целью определения наличия объекта. Например, программные команды могут входить в состав управляющего приложения транспортного средства, выполняемого процессором 110. Следует отметить, что компьютерная система 100 может содержать дополнительные и/или необязательные элементы (не показаны), такие как модули передачи данных по сети, модули определения местоположения и т.д.

Сетевая компьютерная среда

[071] На фиг. 2 представлена сетевая компьютерная среда 200, пригодная для использования с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии. Сетевая компьютерная среда 200 содержит электронное устройство 210, связанное с транспортным средством 220 и/или с пользователем (не показан), который связан с транспортным средством 220 (в частности, с оператором транспортного средства 220). Сетевая компьютерная среда 200 также содержит сервер 235, соединенный с электронным устройством 210 через сеть 240 связи (например, через сеть Интернет и т.п., как более подробно описано ниже).

[072] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сетевая компьютерная среда 200 может содержать спутник системы GPS (не показан), передающий сигнал GPS электронному устройству 210 и/или принимающий сигнал GPS от него. Должно быть понятно, что настоящая технология не ограничивается системой GPS и может использовать технологию определения местоположения, отличную от системы GPS. Следует отметить, что спутник GPS может вовсе отсутствовать.

[073] Транспортное средство 220, с которым связано электронное устройство 210, может представлять собой любое транспортное средство для отдыха или иных целей, например, автомобиль для индивидуального или коммерческого использования, грузовой автомобиль, мотоцикл и т.д. Несмотря на то, что транспортное средство 220 изображено как наземное транспортное средство, оно может быть иным в каждом не имеющем ограничительного характера варианте осуществления настоящей технологии. Например, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии транспортное средство 220 может быть водным транспортным средством, таким как лодка, или летательным аппаратом, таким как летающий дрон.

[074] Транспортное средство 220 может управляться пользователем или представлять собой самоуправляемое транспортное средство. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии предполагается, что транспортное средство 220 может быть реализовано как самоуправляемый автомобиль (SDC, Self-Driving Car). Следует отметить, что не накладывается каких-либо ограничений на конкретные параметры транспортного средства 200, такие как производитель транспортного средства, модель транспортного средства, год выпуска транспортного средства, масса транспортного средства, размеры транспортного средства, распределение массы транспортного средства, площадь поверхности транспортного средства, высота транспортного средства, вид трансмиссии (например, привод на два или четыре колеса), вид шин, тормозная система, топливная система, пробег, идентификационный номер транспортного средства и рабочий объем двигателя.

[075] Согласно настоящей технологии, на реализацию электронного устройства 210 не накладывается каких-либо особых ограничений. Например, электронное устройство 210 может быть реализовано в виде блока управления двигателем транспортного средства, центрального процессора транспортного средства, навигационного устройства транспортного средства (например, TomTom™, Garmin™), планшета, персонального компьютера, встроенного в транспортное средство 220, и т.д. Следует отметить, что электронное устройство 210 может быть связано или не связано с транспортным средством 220 постоянным образом. Дополнительно или в качестве альтернативы, электронное устройство 210 может быть реализовано в виде устройства беспроводной связи, такого как мобильный телефон (например, смартфон или радиотелефон). В некоторых вариантах осуществления изобретения электронное устройство 210 содержит дисплей 270.

[076] Электронное устройство 210 может содержать некоторые или все элементы компьютерной системы 100, представленной на фиг. 1, в зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения. В некоторых вариантах осуществления изобретения электронное устройство 210 представляет собой бортовое компьютерное устройство и содержит процессор 110, твердотельный накопитель 120 и память 130. Иными словами, электронное устройство 210 содержит аппаратные средства и/или программное обеспечение и/или микропрограммное обеспечение или их комбинацию для осуществления обработки данных, как более подробно описано ниже.

[077] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сеть 240 связи представляет собой сеть Интернет. В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сеть 240 связи может быть реализована как любая подходящая локальная сеть (LAN, Local Area Network), глобальная сеть (WAN, Wide Area Network), частная сеть связи и т.п. Должно быть понятно, что варианты осуществления сети 240 связи приведены лишь в иллюстративных целях. Между электронным устройством 210 и сетью 240 связи предусмотрена линия связи (отдельно не обозначена), реализация которой зависит, среди прочего, от реализации электронного устройства 210. Лишь в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, в тех вариантах осуществления настоящей технологии, где электронное устройство 210 реализовано в виде устройства беспроводной связи, такого как смартфон или навигационное устройство, линия связи может быть реализована в виде беспроводной линии связи. Примеры беспроводных линий связи включают в себя канал сети связи 3G, канал сети связи 4G и т.п. В сети 240 связи также может использоваться беспроводное соединение с сервером 235.

[078] В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии сервер 235 реализован как компьютерный сервер и может содержать некоторые или все элементы компьютерной системы 100, показанной на фиг. 1. В одном не имеющем ограничительного характера примере сервер 235 реализован в виде сервера Dell™ PowerEdge™, работающего под управлением операционной системы Microsoft™ Windows Server™, но он также может быть реализован с использованием любых других подходящих аппаратных средств, программного обеспечения и/или микропрограммного обеспечения либо их сочетания. В представленных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сервер 235 представляет собой одиночный сервер. В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии (не показаны) функции сервера 235 могут быть распределены между несколькими серверами.

[079] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии процессор 110 электронного устройства 210 может быть связан с сервером 235 для получения одного или нескольких обновлений. Такие обновления могут включать в себя обновления программного обеспечения, обновления карт, обновления маршрутов, обновления погодных данных и т.п., но не ограничиваясь ими. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии процессор 110 также может отправлять серверу 235 некоторые рабочие данные, такие как пройденные маршруты, данные о дорожном движении, рабочие характеристики и т.п. Некоторые или все данные, передаваемые между транспортным средством 220 и сервером 235, могут быть зашифрованы и/или обезличены.

[080] Следует отметить, что электронное устройство 210 может использовать множество датчиков и систем для сбора информации об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220. Как показано на фиг. 2, транспортное средство 220 может быть оборудовано множеством систем 280 датчиков. Следует отметить, что для сбора данных различного вида об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220 могут использоваться различные системы датчиков из множества систем 280 датчиков.

[081] В одном примере множество систем 280 датчиков может содержать различные оптические системы, в том числе одну или несколько систем датчиков типа «камера», установленных на транспортном средстве 220 и подключенных к процессору 110 электронного устройства 210. В целом, одна или несколько систем датчиков типа «камера» может собирать данные изображения о различных частях окружающего пространства 250 транспортного средства 220. В некоторых случаях данные изображения, предоставленные одной или несколькими системами датчиков типа «камера», могут использоваться электронным устройством 210 для выполнения процедур обнаружения объекта. Например, электронное устройство 210 может передавать данные изображения, предоставленные одной или несколькими системами датчиков типа «камера», в нейронную сеть обнаружения объектов (ODNN, Object Detection Neural Network), обученную локализации и классификации потенциальных объектов в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

[082] В другом примере множество систем 280 датчиков может содержать одну или несколько систем датчиков типа «радиолокатор», установленных на транспортном средстве 220 и подключенных к процессору 110. В целом, одна или несколько систем датчиков типа «радиолокатор» может использовать радиоволны для сбора данных о различных частях окружающего пространства 250 транспортного средства 220. Например, одна или несколько систем датчиков типа «радиолокатор» может собирать радиолокационные данные о потенциальных объектах в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220 и такие данные могут относиться к расстоянию от системы датчиков типа «радиолокатор» до объектов, ориентации объектов, скорости объектов и т.п.

[083] Следует отметить, что множество систем 280 датчиков может содержать системы датчиков других типов в дополнение к описанным выше примерам в пределах объема настоящей технологии.

Лидарная система

[084] В соответствии с настоящей технологией, как показано на фиг. 2, транспортное средство 220 оборудовано по меньшей мере одной лазерной системой обнаружения и измерения дальности (лидаром), такой как лидарная система 300, для сбора информации об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220. Несмотря на то, что лидарная система 300 описана здесь только как установленная на транспортном средстве 220, также предполагается, что она может работать автономно или с подключением к другой системе.

[085] В зависимости от варианта осуществления изобретения, транспортное средство 220 может содержать больше или меньше лидарных систем 300, чем показано на чертежах. В зависимости от конкретного варианта осуществления изобретения, решение о количестве конкретных систем 280 датчиков из множества таких систем может зависеть от конкретного варианта осуществления лидарной системы 300. Лидарная система 300 может быть установлена на транспортном средстве 220 изначально или при его модернизации в разных местах и/или в различных вариантах исполнения.

[086] Например, в зависимости от реализации транспортного средства 220 и лидарной системы 300, лидарная система 300 может быть установлена на внутренней верхней части лобового стекла транспортного средства 220. При этом, как показано на фиг. 2, установка лидарной системы 300 в других местах, включая заднее окно, боковые окна, передний капот, крышу, переднюю решетку, передний бампер или боковую сторону транспортного средства 220, не выходит за пределы объема настоящей технологии. В некоторых случаях лидарная система 300 может быть смонтирована в специальном корпусе, установленном сверху на транспортном средстве 220.

[087] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения, таких как показанный на фиг. 2, одна лидарная система 300 из множества таких систем установлена на крыше транспортного средства 220 и способна вращаться. Например, лидарная система 300, установленная на транспортном средстве 220 и способная вращаться, может содержать по меньшей мере некоторые элементы, способные поворачиваться на 360 градусов вокруг оси вращения данной лидарной системы 300. Лидарная система 300, установленная с возможностью вращения, может собирать данные о большей части окружающего пространства 250 транспортного средства 220.

[088] В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии, таких как показанный на фиг. 2, лидарная система 300 установлена на боковой стороне или на передней решетке и выполнена, например, без возможности вращения. В том числе, лидарная система 300, установленная на транспортном средстве 220 и выполненная без возможности вращения, может содержать по меньшей мере некоторые элементы, не способные поворачиваться на 360 градусов, но способные собирать данные о заданных частях окружающего пространства 250 транспортного средства 220.

[089] Независимо от конкретного местоположения и/или конкретного варианта исполнения, лидарная система 300 способна собирать данные об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220, например, для построения многомерной карты объектов в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220. Ниже описано, как лидарная система 300 осуществляет сбор данных об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

[090] Следует отметить, что в приведенном здесь описании лидарная система 300 реализована как «времяпролетная лидарная система» и, как таковая, содержит соответствующие элементы, свойственные такой реализации, но также возможны и другие варианты реализации лидарной системы 300 без отклонения от существа и объема настоящей технологии. Например, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии лидарная система 300 может быть реализована как лидарная система с непрерывным частотно-модулированным сигналом (FMCW, Frequency-Modulated Continuous Wave) согласно одному или нескольким вариантам реализации и на основе их соответствующих элементов, как изложено в патентной заявке «LiDAR detection methods and systems» («Лидарные системы и способы обнаружения») этого же заявителя с номером дела патентного поверенного 102691-023 (заявка на патент США еще не опубликована), содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

[091] На фиг. 3 представлена схема одного конкретного варианта осуществления лидарной системы 300, реализованного в соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[092] В целом, лидарная система 300 включает в себя множество внутренних элементов, в том числе: (а) источник 302 света (также называемый «лазерным источником» или «источником излучения»), (б) светорасщепляющий элемент 304, (в) сканирующий элемент 308 (также называемый «сканирующим узлом»), (г) приемный элемент 306 (также называемый «системой обнаружения», «приемным узлом» или «детектором») и (д) контроллер 310, но не ограничиваясь ими. Предполагается, что в дополнение к внутренним элементам, перечисленным выше, лидарная система 300 может дополнительно содержать множество датчиков (таких как, например, датчик температуры, датчик влажности и т.д.), не показанных на фиг. 3 для упрощения.

[093] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии один или несколько внутренних элементов лидарной системы 300 могут быть реализованы в общем корпусе 330, как показано на фиг. 3. В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может располагаться вне общего корпуса 330 и соединяться с находящимися в нем элементами.

[094] В общем случае лидарная система 300 работает следующим образом: источник 302 света лидарной системы 300 излучает импульсы света, формируя выходной луч 314, сканирующий элемент 308 сканирует выходным лучом 314 окружающее пространство 250 транспортного средства 220 для обнаружения или получения данных о находящихся в нем априори неизвестных объектов (таких как объект 320), например, для создания многомерной карты окружающего пространства 250, где объекты (включая объект 320) представлены в виде одной или нескольких точек данных. Источник 302 света и сканирующий элемент 308 более подробно описаны ниже.

[095] В некоторых не имеющих ограничительного характера примерах объект 320 может включать в себя, полностью или частично, человека, транспортное средство, мотоцикл, грузовик, поезд, велосипед, инвалидную коляску, прогулочную коляску, пешехода, животное, дорожный знак, светофор, разметку полосы движения, разметку дорожного покрытия, парковочное пространство, пилон, ограждение, дорожный барьер, выбоину, железнодорожный переезд, препятствие на дороге или рядом с ней, бордюр, остановившееся транспортное средство на дороге или рядом с ней, столб, дом, здание, мусорный бак, почтовый ящик, дерево, любой другой подходящий объект или любое подходящее сочетание, полностью или частично, двух и более объектов.

[096] Пусть объект 320 расположен на некотором расстоянии 318 от лидарной системы 300. Когда выходной луч 314 достигает объекта 320, то в общем случае свет выходного луча 314, по меньшей мере частично, может отражаться от объекта 320, при этом некоторые из отраженных световых лучей могут возвращаться обратно к лидарной системе 300 в виде входного луча 316. Термин «отражается» означает, что свет выходного луча 314 по меньшей мере частично отражается от объекта 320. Частично свет выходного луча 314 может поглощаться или рассеиваться объектом 320.

[097] Таким образом, входной луч 316 улавливается и обнаруживается лидарной системой 300 с помощью приемного элемента 306. В ответ на это приемный элемент 306 может формировать один или нескольких сигналов репрезентативных данных. Например, приемный элемент 306 может формировать выходной электрический сигнал (не показан), представляющий входной луч 316. Кроме того, приемный элемент 306 может передавать сформированный таким образом электрический сигнал контроллеру 310 для дальнейшей обработки. Наконец, измеряя время между моментом излучения выходного луча 314 и моментом приема входного луча 316, контроллер 310 вычисляет расстояние 318 до объекта 320.

[098] Как более подробно описано ниже, светорасщепляющий элемент 304 направляет выходной луч 314 от источника 302 света к сканирующему элементу 308 и входной луч 316 от сканирующего элемента к приемному элементу 306.

[099] Использование и варианты реализации этих элементов лидарной системы 300 в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии описаны ниже.

Источник света

[0100] Источник 302 света связан с контроллером 310 и способен излучать свет с заданной рабочей длиной волны. Для этого в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии источник 302 света может содержать по меньшей мере один лазер, предварительно настроенный для работы на данной рабочей длине волны. Рабочая длина волны источника 302 света может находиться в инфракрасной, видимой и/или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра. Например, источник 302 света может содержать по меньшей мере один лазер с рабочей длиной волны в диапазоне приблизительно 650-1150 нм. В другом варианте источник 302 света может содержать лазерный диод, способный излучать свет с длиной волны в диапазоне приблизительно 800-1000 нм, приблизительно 850-950 нм или приблизительно 1300-1600 нм. В некоторых других вариантах осуществления изобретения источник 302 света может содержать светоизлучающий диод.

[0101] Обычно источник 302 света лидарной системы 300 представляет собой безопасный для зрения лазер, иными словами, лидарная система 300 может быть классифицирована как безопасная для зрения лазерная система или лазерное изделие. В целом, безопасный для зрения лазер, лазерная система или лазерное изделие может быть системой с определенной комбинацией следующих характеристик: длины волны излучения, средней мощности, пиковой мощности, пиковой интенсивности, энергии импульса, размера луча, расходимости луча, времени экспозиции, характеристик сканирования выходным лучом, при которых вероятность нарушения зрения человека при воздействии излучаемого этой системой света мала или равна нулю.

[0102] Согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, рабочая длина волны источника 302 света может лежать в области электромагнитного спектра, соответствующей излучаемому Солнцем свету. Поэтому в некоторых случаях солнечный свет может действовать как фоновый шум, способный маскировать световой сигнал, обнаруживаемый лидарной системой 300. Этот солнечный фоновый шум может приводить к ложноположительным обнаружениям и/или иным образом искажать результаты измерений, выполняемых лидарной системой 300. Несмотря на то, что в некоторых случаях может быть целесообразно увеличивать отношение сигнал-шум (SNR) лидарной системы 300 за счет увеличения уровня мощности выходного луча 314, в по меньшей мере некоторых ситуациях это может быть нежелательно. Например, в некоторых вариантах реализации изобретения может быть нежелательно увеличивать уровень мощности выходного луча 314 до величины, превышающей безопасное для зрения пороговое значение.

[0103] Источник 302 света содержать импульсный лазер, способный создавать или излучать импульсы света определенной длительности. Например, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии источник 302 света может излучать импульсы с длительностью (т.е. с шириной импульса) в диапазоне от 10 пс до 100 нс. В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии источник 302 света может излучать импульсы с частотой повторения в диапазоне приблизительно 100 кГц-5 МГц или с периодом повторения импульсов (т.е. с временным интервалом между соседними импульсами) в диапазоне приблизительно от 200 нс до 10 мкс. В целом, источник 302 света может формировать выходной луч 314 с любой подходящей средней оптической мощностью, а выходной луч 314 может представлять собой оптические импульсы с любой энергией импульса или пиковой оптической мощностью, подходящей для данного применения.

[0104] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии источник 302 света может содержать один или несколько лазерных диодов, таких как лазерный диод Фабри-Перо, лазер на квантовых ямах, лазер с распределенным брэгговским отражателем (DBR), лазер с распределенной обратной связью (DFB) или поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL), но не ограничиваясь ими. Лишь в качестве примера, лазерный диод в источнике 302 света может представлять собой лазерный диод на арсениде алюминия-галлия (AlGaAs), лазерный диод на арсениде индия-галлия (InGaAs) или лазерный диод на арсенид-фосфиде индия-галлия (InGaAsP) или любой другой подходящий лазерный диод. Также предполагается, что источник 302 света может содержать один или несколько лазерных диодов, модулируемых током для формирования оптических импульсов.

[0105] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения источник 302 света обычно способен излучать выходной луч 314, который является коллимированным оптическим лучом, но предполагается, что этт луч может иметь любую расходимость, подходящую для данного применения. В целом, расходимость выходного луча 314 является угловой мерой увеличения размера луча (например, радиуса или диаметра луча) по мере удаления выходного луча 314 от источника 302 света или лидарной системы 300. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии выходной луч 314 может иметь практически круглое поперечное сечение.

[0106] Также предполагается, что выходной луч 314, излучаемый источником 302 света, может быть неполяризованным или случайно поляризованным, может не иметь определенной или постоянной поляризации (например, поляризация может изменяться со временем) или может иметь определенную поляризацию (например, выходной луч 314 может иметь линейную, эллиптическую или круговую поляризацию).

[0107] В по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии выходной луч 314 и входной луч 316 могут быть практически коаксиальными. Иными словами, выходной луч 314 и входной луч 316 могут по меньшей мере частично перекрываться или иметь общую ось распространения, при этом входной луч 316 и выходной луч 314 проходят практически по одному и тому же оптическому пути (но в противоположных направлениях). При этом в других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии выходной луч 314 и входной луч 316 могут не быть коаксиальными или, иными словами, могут не перекрываться или не иметь общей оси распространения внутри лидарной системы 300, без отступления от существа и объема настоящей технологии.

[0108] Следует отметить, что в по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии источник 302 света может поворачиваться, например, на угол на 360 градусов или меньше вокруг оси вращения (не показана) лидарной системы 300, если лидарная система 300 реализована с возможностью вращения. Тем не менее, в других вариантах осуществления изобретения источник 302 света может быть неподвижным, даже если лидарная система 300 реализована с возможностью вращения, без отступления от существа и объема настоящей технологии.

Светорасщепляющий элемент

[0109] Как показано на фиг. 3, дополнительно предусмотрен светорасщепляющий элемент 304, расположенный в корпусе 330. Например, как упоминалось ранее, светорасщепляющий элемент 304 способен направлять выходной луч 314 от источника 302 света к сканирующему элементу 308. Светорасщепляющий элемент 304 также способен направлять входной луч 316, отраженный от объекта 320, к приемному элементу 306 для дальнейшей обработки контроллером 310.

[0110] Тем не менее, в соответствии с другими не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии, светорасщепляющий элемент 304 может обеспечивать расщепление выходного луча 314 на по меньшей мере две составляющих меньшей интенсивности - сканирующий луч (отдельно не показан) для сканирования окружающего пространства 250 лидарной системы 300 и опорный луч (отдельно не показан), который далее направляется к приемному элементу 306.

[0111] Иными словами, можно сказать, что в этих вариантах осуществления изобретения светорасщепляющий элемент 304 может разделять интенсивность (оптическую мощность) выходного луча 314 между сканирующим лучом и опорным лучом. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии светорасщепляющий элемент 304 может разделять интенсивность выходного луча 314 между поровну сканирующим лучом и опорным лучом. В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии светорасщепляющий элемент 304 может разделять интенсивность выходного луча 314 между сканирующим лучом и опорным лучом с любым заданным коэффициентом расщепления. Например, светорасщепляющий элемент 304 может быть способен использовать до 80% интенсивности выходного луча 314 для формирования сканирующего луча, а оставшуюся часть, составляющую до 20% интенсивности выходного луча 314 - для формирования опорного луча. Кроме того, в других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии светорасщепляющий элемент 304 может изменять коэффициент расщепления для формирования сканирующего луча (например, от 1% до 95% интенсивности выходного луча 314).

[0112] Кроме того, следует отметить, что некоторая часть (например, до 10%) интенсивности выходного луча 314 может поглощаться материалом светорасщепляющего элемента 304, что зависит от его конструкции.

[0113] В зависимости от реализации лидарной системы 300, светорасщепляющий элемент 304 может быть реализован в различной форме, в том числе - как светорасщепляющий элемент на основе стеклянной призмы, светорасщепляющий элемент на основе полупосеребренного зеркала, светорасщепляющий элемент на основе дихроичной зеркальной призмы, волоконнооптический светорасщепляющий элемент и т.п., но не ограничиваясь этим.

[0114] Таким образом, в соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии, открытый список регулируемых параметров, связанных со светорасщепляющим элементом 304, в зависимости от его конкретного применения, может содержать, например, рабочий диапазон длин волн, который может варьироваться от конечного числа длин волн до расширенного светового спектра (например, от 1200 до 1600 нм), входной угол падения, наличие/отсутствие поляризации и т.п.

[0115] В конкретном не имеющем ограничительного характера примере светорасщепляющий элемент 304 может быть реализован как волоконно-оптический светорасщепляющий элемент, выпускаемый компанией OZ Optics Ltd., 219 Westbrook Rd Ottawa, Ontario K0A 1L0 Canada (Канада). Должно быть понятно, что светорасщепляющий элемент 304 может быть реализован в виде любого другого подходящего оборудования.

Внутренние пути прохождения луча

[0116] Как схематически показано на фиг. 3, лидарная система 300 образует множество внутренних путей 312 прохождения луча, по которым проходит выходной луч 314 (формируемый источником 302 света) и входной луч 316 (принимаемый из окружающего пространства 250). В частности, свет распространяется по внутренним путям 312 прохождения луча следующим образом: свет от источника 302 света проходит через светорасщепляющий элемент 304 к сканирующему элементу 308, а сканирующий элемент 308, в свою очередь, направляет выходной луч 314 наружу в окружающее пространство 250.

[0117] Аналогично, входной луч 316 следует по множеству внутренних путей 312 прохождения луча к приемному элементу 306. В частности, входной луч 316 направляется сканирующим элементом 308 в лидарную систему 300 через светорасщепляющий элемент 304 к приемному элементу 306. В некоторых вариантах реализации в лидарной системе 300 могут быть предусмотрены пути прохождения луча, направляющие входной луч 316 прямо из окружающего пространства 250 в приемный элемент 306 (без прохождения входного луча 316 через сканирующий элемент 308).

[0118] Следует отметить, что в различных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии множество внутренних путей 312 прохождения луча может содержать различные оптические элементы. Например, лидарная система 300 может содержать один или несколько оптических элементов, способных нормировать, корректировать форму, фильтровать, модифицировать, изменять направление выходного луча 314 и/или входного луча 316. Например, лидарная система 300 может содержать одну или несколько линз, зеркал, фильтров (например, полосовых или интерференционных фильтров), оптических волокон, циркуляторов, светорасщепителей, поляризаторов, поляризационных светорасщепителей, волновых пластин (например, полуволновых или четвертьволновых пластин), дифракционных элементов, микроэлектромеханических (MEM) элементов, коллиматорных элементов или голографических элементов.

[0119] Предполагается, что в по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии данный и какой-либо другой внутренние пути прохождения луча из множества внутренних путей 312 прохождения луча могут совместно использовать по меньшей мере некоторые общие оптические элементы, но не во всех вариантах осуществления настоящей технологии.

Сканирующий элемент

[0120] В общем случае сканирующий элемент 308 направляет выходной луч 314 по одному или нескольким направлениям в окружающее пространство 250. Сканирующий элемент 308 соединен с контроллером 310. Таким образом, контроллер 310 может управлять сканирующим элементом 308, чтобы направлять выходной луч 314 в требуемом направлении от источника и/или в соответствии с заданной характеристикой сканирования. В целом, в контексте настоящего описания «характеристикой сканирования» может быть схема или путь, по которому сканирующий элемент 308 направляет выходной луч 314 во время работы.

[0121] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может оказывать воздействие на сканирующий элемент 308 для сканирования выходным лучом 314 в нескольких горизонтальных и/или вертикальных угловых диапазонах. Совокупность углов, под которыми сканирующий элемент 308 направляет выходной луч 314, здесь называется полем обзора (FoV, Field of View). Предполагается, что конкретная конструкция, ориентация и/или угловые диапазоны могут зависеть от конкретной реализации лидарной системы 300. Обычно поле обзора содержит множество интересующих областей (ROI, Region Of Interest), определяемых как часть поля обзора, включая, например, представляющие интерес объекты. В некоторых вариантах реализации сканирующий элемент 308 может дополнительно обследовать выбранную интересующую область 325. Интересующей областью 325 лидарной системы 300 может быть площадь, объем, область, угловой диапазон и/или часть (части) окружающего пространства 250, на сканирование которой и/или сбор данных в которой может быть настроена лидарная система 300.

[0122] Следует отметить, что местоположение объекта 320 в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220 может перекрываться с интересующей областью, охватываться интересующей областью или охватывать, по меньшей мере частично, интересующую область 325 лидарной системы 300.

[0123] В соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии, сканирующий элемент 308 может сканировать выходным лучом 314 по горизонтали и/или вертикали. Соответственно, интересующая область 325 лидарной системы 300 может быть ориентирована в горизонтальном и вертикальном направлении. Например, интересующая область 325 может быть определена угловым сектором величиной 45° в горизонтальном направлении и 45° в вертикальном направлении. В некоторых вариантах реализации разные оси сканирования могут иметь разную ориентацию.

[0124] В некоторых вариантах реализации сканирующий элемент 308 содержит зеркало 309, связанное с гальванометром (отдельно не показан) и управляет им. Соответственно, контроллер 310 с помощью гальванометра обеспечивает вращение зеркала вокруг связанной с ним перпендикулярной оси, реализуя сканирование интересующей области 325 в соответствии с заранее заданной характеристикой сканирования.

[0125] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сканирующий элемент 308 может дополнительно содержать множество других оптических и/или механических элементов для сканирования выходным лучом 314. Например, сканирующий элемент 308 может содержать одно или несколько зеркал, призм, линз, микроэлектромеханических элементов, пьезоэлектрических элементов, оптических волокон, расщепителей, дифракционных элементов, коллиматорных элементов и т.п. Следует отметить, что сканирующий элемент 308 может также содержать один или несколько дополнительных приводных элементов (отдельно не показаны), приводящих в движение по меньшей мере некоторые другие оптические элементы, например, для их вращения, наклона, поворота или углового перемещения вокруг одной или нескольких осей.

[0126] Таким образом, лидарная система 300 может использовать заранее заданную характеристику сканирования для формирования облака точек, практически перекрывающего интересующую область 325 лидарной системы 300. Как будет более подробно описано ниже, это облако точек лидарной системы 300 может использоваться для визуализации многомерной карты объектов в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

[0127] Из приведенного ниже описания должно быть понятно, что в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сканирующая поверхность зеркала может быть связана с соответствующей частотой сканирования.

Приемный элемент

[0128] Согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, приемный элемент 306 соединен с контроллером 310 и может быть реализован множеством способов. В соответствии с настоящей технологией, приемный элемент 306 содержит фотодетектор, но может содержать фотоприемник, оптический приемник, оптический датчик, детектор, оптический детектор, оптические волокна и т.п., но не ограничиваясь ими. Как указано выше, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии приемный элемент 306 может принимать или обнаруживать по меньшей мере часть входного луча 316 и формировать электрический сигнал, соответствующий входному лучу 316. Например, если входной луч 316 представляет собой оптический импульс, приемный элемент 306 может формировать импульс электрического тока или напряжения, соответствующий оптическому импульсу, обнаруженному приемным элементом 306.

[0129] Предполагается, что в различных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии приемный элемент 306 может быть реализован с использованием одного или нескольких лавинных фотодиодов (APD, Avalanche Photo Diode), одного или нескольких однофотонных лавинных диодов (SPAD, Single-Photon Avalanche Diode), одного или нескольких PN-фотодиодов (например, фотодиодной структуры, образованной полупроводником p-типа и полупроводником n-типа), одного или несколько PIN-фотодиодов (например, фотодиодной структуры, образованной нелегированной областью полупроводника с собственной проводимостью, расположенной между областями p-типа и n-типа) и т.п.

[0130] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения приемный элемент 306 также может содержать схемные элементы, выполняющие усиление сигнала, дискретизацию, фильтрацию, преобразование формы сигнала, аналого-цифровое преобразование, преобразование времени в цифровой сигнал, обнаружение импульсов, пороговое обнаружение, обнаружение нарастающего фронта, обнаружение спадающего фронта и т.п. Например, приемный элемент 306 может содержать электронные элементы, способные преобразовывать принятый фототок (например, ток, создаваемый диодом APD при приеме оптического сигнала) в сигнал напряжения. Приемный элемент 306 также может содержать дополнительные схемы для формирования аналогового или цифрового выходного сигнала, соответствующего одной или нескольким характеристикам (например, переднему фронту, заднему фронту, амплитуде, длительности и т.п.) принятого оптического импульса.

Контроллер

[0131] В зависимости от реализации, контроллер 310 может содержать один или несколько процессоров, специализированную интегральную схему (ASIC, Application-Specific Integrated Circuit), программируемую пользователем логическую матрицу (FPGA, Field-Programmable Gate Array) и/или другие подходящие схемные элементы. Контроллер 310 также может содержать долговременную машиночитаемую память для хранения команд, выполняемых контроллером 310, а также данных, которые контроллер 310 может формировать на основе сигналов, полученных от других внутренних элементов лидарной системы 300, и/или для сигналов, выдаваемых другим внутренним элементам лидарной системы 300. Память может содержать энергозависимые элементы (например, ОЗУ) и/или энергонезависимые элементы (например, флэш-память, жесткий диск). Контроллер 310 может формировать данные во время работы и сохранять их в памяти. Например, данные, формируемые контроллером 310, могут быть связаны с точками данных в облаке точек лидарной системы 300.

[0132] Предполагается, что в по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может быть реализован аналогично электронному устройству 210 и/или компьютерной системе 100 без отступления от существа и объема настоящей технологии. В дополнение к сбору данных от приемного элемента 306, контроллер 310 также может выдавать управляющие сигналы источнику 302 света и сканирующему элементу 308 и принимать диагностические данные от них.

[0133] Как указывалось ранее, контроллер 310 подключен к источнику 302 света, сканирующему элементу 308 и приемному элементу 306. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может принимать электрические запускающие импульсы от источника 302 света, где каждый электрический запускающий импульс соответствует излучению оптического импульса источником 302 света. Контроллер 310 может дополнительно выдавать источнику 302 света команды, управляющий сигнал и/или сигнал запуска, указывающие на то, когда источник 302 света должен формировать оптические импульсы, например, выходной луч 314.

[0134] Лишь в качестве примера, контроллер 310 может выдавать электрический сигнал запуска, содержащий электрические импульсы, при этом источник 302 света излучает оптический импульс, представленный оптическим лучом 314, в ответ на каждый электрический импульс электрического сигнала запуска. Также предполагается, что контроллер 310 может воздействовать на источник 302 света для регулирования одной или нескольких характеристик выходного луча 314, создаваемого источником 302 света, таких как частота, период, длительность, энергия импульса, пиковая мощность, средняя мощность и длина волны оптических импульсов, но не ограничиваясь ими.

[0135] Согласно настоящей технологии, контроллер 310 способен определять значение «времени пролета» оптического импульса для вычисления расстояния между лидарной системой 300 и одним или несколькими объектами в интересующей области, как описано ниже. Время пролета основано на информации о времени, связанной (а) с первым моментом времени, когда оптический импульс (например, выходной луч 314) был излучен источником 302 света, и (б) со вторым моментом времени, когда часть этого оптического импульса (например, входной луч 316) была обнаружена или принята приемным элементом 306. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии первый момент времени может соответствовать моменту формирования контроллером 310 электрического импульса, связанного с оптическим импульсом, а второй момент времени может соответствовать моменту приема контроллером 310 от приемного элемента 306 электрического сигнала, формируемого в ответ на прием части оптического импульса из входного луча 316.

[0136] В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии, где светорасщепляющий элемент 304 способен расщеплять выходной луч 314 на сканирующий луч (не показан) и опорный луч (не показан), первый момент времени может быть моментом приема от приемного элемента 306 первого электрического сигнала, формируемого в ответ на прием части опорного луча. Соответственно, в этих вариантах осуществления изобретения второй момент времени может быть определен как момент получения контроллером 310 от приемного элемента 306 второго электрического сигнала, формируемого в ответ на прием другой части оптического импульса из входного луча 316.

[0137] Согласно настоящей технологии, контроллер 310 способен определять на основе первого и второго моментов времени значение времени пролета и/или фазового сдвига для излучаемого импульса выходного луча 314. Значение времени T пролета, в определенном смысле, является временем прохождения «туда и обратно» излучаемого импульса от лидарной системы 300 до объекта 320 и обратно до лидарной системы 300. Таким образом, контроллер 310 способен ориентировочно определять расстояние 318 по следующей формуле:

где D - расстояние 318, T - время пролета, c - скорость света (приблизительно 3,0×10⁸ м/с).

[0138] Как было указано ранее, лидарная система 300 может использоваться для определения расстояния 318 до одного или нескольких других потенциальных объектов, расположенных в окружающем пространстве 250. Выполняя сканирование выходным лучом 314 интересующей области 325 лидарной системы 300 в соответствии с заданной характеристикой сканирования, контроллер 310 способен отображать расстояние (подобно расстоянию 318) до соответствующих точек данных в интересующей области 325 лидарной системы 300. Исходя из этого, контроллер 310 обычно способен визуализировать эти поочередно получаемые точки данных (например, облака точек), в виде многомерной карты. В некоторых вариантах реализации данные, связанные с определенным временем пролета и/или расстоянием до объекта, могут отображаться в разном информационном формате.

[0139] Например, такая многомерная карта может использоваться электронным устройством 210 для обнаружения или идентификации объектов либо для определения формы потенциальных объектов в интересующей области 325 лидарной системы 300 или расстояния до них. Предполагается, что лидарная система 300 может многократно/итеративно получать и/или формировать облака точек с любой скоростью, пригодной для данного применения.

Сканирующий элемент

[0140] Ниже более подробно описаны некоторые варианты осуществления сканирующего элемента 308 в соответствии с фиг. 4-11. Согласно некоторым вариантам осуществления настоящей технологии, сканирующий элемент 308 способен выборочно направлять выходной луч 314, определяя различные области 325 наблюдения в пределах поля обзора. Поэтому с использованием некоторых вариантов осуществления изобретения переключение с одной интересующей области 325 на другую может осуществляться более быстрым и/или более эффективным способом. Кроме того, сканирующий элемент 308 позволяет быстро и/или эффективно адаптировать заданные характеристики сканирования при выполнении одного или нескольких условий, что более подробно описано ниже.

[0141] Для этого в сканирующем элементе 308 предусмотрена сканирующая поверхность 340 с множеством отражающих зон 342 (фиг. 4 и фиг. 5). Каждая отражающая зона 342 содержит отражающую поверхность 344 для приема выходного луча 314 и его передачи в виде распространяющегося луча 346 вдоль оси 348 распространения с целью определения по меньшей мере части интересующей области 325 в пределах поля обзора. По меньшей мере некоторые из отражающих зон 342 способны передавать другие распространяющиеся лучи 346 с другой осью 348 распространения.

[0142] В примере, приведенном на фиг. 6, на сканирующей поверхности 340 сканирующего элемента 308 предусмотрена первая отражающая зона 343 из числа отражающих зон 342, имеющая первую отражающую поверхность 347 для приема выходного луча 314 и передачи его как первого распространяющегося луча 355 вдоль первой оси 363 распространения с целью определения первой части 359 интересующей области в пределах поля обзора, и вторая отражающая зона 345, имеющая вторую отражающую поверхность 349 для приема по меньшей мере части выходного луча 314 и передачи его как второго распространяющегося луча 357 вдоль второй оси 365 распространения с целью определения второй части 361 интересующей области в пределах поля обзора. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая ось 363 распространения отличается от второй оси 365 распространения.

[0143] На фиг. 7 первый и второй распространяющиеся лучи 355 и 357 первой и второй отражающих поверхностей 347 и 349 показаны более подробно. Как видно на чертеже, первый и второй распространяющиеся лучи 355 и 357 не перекрываются и между ними возникает слепая зона 350. Поэтому можно считать, что интересующая область 325 содержит первую часть 352, определяемую первым распространяющимся лучом 355, вторую часть 354, определяемую вторым распространяющимся лучом 357, и третью часть 356, представляющую собой слепую зону. В некоторых вариантах осуществления изобретения первая и вторая части 352 и 354 являются периферийными частями интересующей области 325, а третья часть 356 является центральной частью. Один такой вариант осуществления изобретения представлен на фиг. 8, где показан вид сверху интересующей области 325, которая в этом варианте осуществления изобретения имеет практически круглый периметр. Как видно на чертеже, первая и вторая части 352 и 354 являются периферийными частями интересующей области, а третья часть 356 является центральной частью. Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что интересующая область 325, определяемая сканирующим элементом 308, может иметь форму и/или конфигурацию, отличную от показанной на фиг. 8.

[0144] Преимущество некоторых вариантов осуществления изобретения состоит в том, что полученная таким образом ширина интересующей области 325 может быть максимально увеличен за счет слепой зоны 350, разделяющей первую и вторую части 352 и 354. Например, если ширина первого распространяющегося луча 355 и второго распространяющегося луча 357 составляет 5°, то общая ширина интересующей области 325 составляет более 10°.

[0145] На форму каждой отражающей зоны 342 не накладывается ограничений, поэтому каждая отражающая зона 342 может иметь любую подходящую форму и размеры в соответствии с требуемой интересующей областью 325. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере часть периметра одной из отражающих зон 342 может иметь прямые участки. В некоторых вариантах осуществления изобретения весь периметр отражающей зоны 342 имеет прямые участки, а отражающая зона 342 имеет трапециевидную форму. В другом примере по меньшей мере у одной из отражающих зон 342 по меньшей мере часть периметра имеет дугообразную форму.

[0146] Количество отражающих зон 342 на сканирующей поверхности 340 может быть любым. В некоторых вариантах осуществления изобретения на сканирующей поверхности 340 выполнено не менее двух отражающих зон 342.

[0147] В некоторых вариантах осуществления изобретения сканирующая поверхность 340 является неплоской. Иными словами, сканирующая поверхность 340 может быть многогранной. Можно сказать, что по меньшей мере одна из множества отражающих поверхностей 344 отличается от других отражающих поверхностей 344 этого множества.

[0148] В некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере одна из отражающих поверхностей 344 является плоской. В некоторых вариантах осуществления изобретения по меньшей мере одна из отражающих поверхностей 344 является неплоской и может быть криволинейной, например, вогнутой или выпуклой.

[0149] В вариантах осуществления изобретения с плоскими отражающими поверхностями 344 по меньшей мере некоторые из отражающих поверхностей 344 могут быть расположены под углом друг к другу. Термин «под углом» означает, что отражающие поверхности 344 не находятся в одной плоскости. Угол 358 по меньшей мере между двумя отражающими поверхностями 344 может находиться в диапазоне приблизительно 0,1°-180°, более предпочтительно - в диапазоне приблизительно 0°-90°. Иными словами, можно считать, что каждая плоская отражающая поверхность 344 находится под базовым углом 360 к базовой плоскости 362. Таким образом, можно сказать, что отражающие зоны 342 содержат множество отражающих поверхностей 344, из которых по меньшей мере две расположены под разными базовыми углами 360 к базовой плоскости 362 (фиг. 9). В некоторых вариантах осуществления изобретения базовые углы 360 разных отражающих поверхностей 344 могут быть одинаковыми, например, когда сканирующая поверхность 340 содержит криволинейные зоны, симметричные относительно базовой плоскости 362.

[0150] При этом выходной луч 314 пересекается с по меньшей мере двумя отражающими поверхностями 344, расположенными под углом друг к другу, при разных углах падения, формируя распространяющиеся лучи 346 с разными осями 348 распространения.

[0151] В некоторых вариантах осуществления изобретения интересующая область 325 определяется двумя отражающими поверхностями 344, как показано на фиг. 6-9. В других вариантах осуществления изобретения интересующая область 325 определяется более чем двумя отражающими поверхностями 344 (не показаны).

[0152] В некоторых вариантах осуществления изобретения сканирующий элемент 308 по меньшей мере частично выполнен в виде призмы 364 со множеством поверхностей 366 призмы (фиг. 10). Призма 364 может вращаться вокруг оси 368 вращения. По меньшей мере одна из поверхностей 366 призмы представляет собой сканирующую поверхность 340 со множеством отражающих зон 342.

[0153] В некоторых вариантах осуществления изобретения сканирующий элемент 308 по меньшей мере частично выполнен в виде колеблющегося зеркала 370, например, колеблющегося гальванометрического зеркала, имеющего зеркальную поверхность 372 и способного вращаться вокруг оси 374 колебаний (фиг. 11). Зеркальная поверхность 372 - это сканирующая поверхность 340 со множеством отражающих зон 342.

[0154] В некоторых вариантах осуществления изобретения сканирующий элемент 308 по меньшей мере частично реализован в виде колеблющегося зеркала 370 и призмы 364. Множество отражающих зон 342 может быть реализовано в виде колеблющегося зеркала 370 и призмы 364.

[0155] В некоторых вариантах осуществления любого из приведенных выше примеров сканирующего элемента 308 по меньшей мере две отражающие поверхности 344 могут быть выполнены из разных материалов с разными оптическими свойствами или могут содержать один или несколько слоев из разных материалов. Эти материалы могут, например, изменять оптические свойства выходного луча 314, такие как его поляризация, длина волны, частота и т.д. В результате этого распространяющиеся лучи могут иметь разные оптические свойства, например, разную длину волны.

[0156] В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер 310, подключенный к источнику 302 света и сканирующему элементу 308, способен обеспечивать относительное перемещение выходного луча 314 и сканирующего элемента 308 для выборочного контакта выходного луча 314 с определенной отражающей зоной 342 из множества отражающих зон 342.

[0157] При этом контроллер 310 может перемещать сканирующий элемент 308 или выходной луч 314, либо активировать другие источники света, направленные на отражающие поверхности 344.

[0158] В первом примере контроллер 310 может перемещать сканирующий элемент 308 в направлении, параллельном удлиненной плоской поверхности 376 сканирующего элемента 308 (фиг. 6). Должно быть понятно, что при этом выходной луч 314 не перемещается, а сканирующий элемент 308 перемещается, чтобы обеспечить контакт отражающей поверхности 344 с выходным лучом 314.

[0159] Во втором примере выходной луч 314 может быть направлен на заданную отражающую поверхность 344 путем перемещения источника света или использования оптических элементов, таких как зеркала или микроэлектромеханические элементы, для изменения направления излучения источника света.

[0160] В третьем примере лидарная система 300 может содержать множество источников света, по меньшей мере некоторые из которых направлены на по меньшей мере некоторые из отражающих поверхностей 344. Должно быть понятно, что источник света, связанный с отражающей поверхностью 344, может быть активирован при необходимости.

[0161] В дополнение к первому примеру, в некоторых вариантах осуществления изобретения со сканирующим элементом 308, реализованным в виде колеблющегося зеркала 370, сканирующий элемент 308 может выборочно выполнять колебания вокруг разных осей колебаний. Это показано на фиг. 11, где первая отражающая поверхность 347 граничит со второй отражающей поверхностью 349, а осями вращения являются первая ось 376 вращения для первой отражающей поверхности 347 и вторая ось вращения 378 для второй отражающей поверхности 349.

[0162] В некоторых вариантах осуществления изобретения первая ось 376 вращения имеет центральное расположение относительно первой отражающей поверхности 347, а вторая ось 378 вращения имеет центральное расположение относительно второй отражающей поверхности 349. Соответственно, для определения нужной части интересующей области 325 контроллер 310 способен сдвигать ось вращения таким образом, чтобы она имела практически центральное расположение относительно отражающей зоны 342. После этого выходной луч 314 попадает на отражающую поверхность 344 отражающей зоны 342.

[0163] В других вариантах осуществления изобретения, чтобы обеспечить попадание выходного луча 314 на отражающую поверхность 344, контроллер 310 способен сдвигать ось вращения в заданное положение на сканирующей поверхности 340. Это положение не обязательно находится рядом с отражающей поверхностью. На практике оно может находиться в любом месте в пределах корпуса сканирующего элемента 308.

[0164] В некоторых вариантах осуществления изобретения сдвиг положения оси вращения выполняется с использованием линейного исполнительного механизма. В других вариантах осуществления изобретения сдвиг положения оси вращения может выполняться любой другой механической системой. Сдвиг положения оси вращения может изменяться контроллером 310.

[0165] Контроллер 310 также может модулировать амплитуду колебаний колеблющегося зеркала 370. Под модуляцией понимается изменение амплитуды или поддержание амплитуды на заданном уровне. В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер 310 способен поддерживать амплитуду колебаний при изменении положения оси вращения контроллером 310.

[0166] В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер 310 может определять последовательность отражающих поверхностей 344, контактирующих с выходным лучом 314, для формирования интересующей области 325 с заданными частями. Это, например, может быть реализовано контроллером 310 с использованием определенных соотношений между одним или несколькими параметрами, такими как угол между отражающей поверхностью 344 и базовой плоскостью 362, угол падения на отражающую поверхность 344 и угол отражения оси 348 распространения относительно отражающей поверхности 344.

[0167] С точки зрения возможных условий выборочного контакта выходных лучей 314 с отражающей поверхностью 344 для формирования нужной интересующей области 325, в некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер 310 может обеспечивать выборочный контакт выходных лучей 314 с отражающими поверхностями 344 по заданному графику. Заданный график может содержать одну или несколько заранее заданных последовательностей осуществления контакта с отражающими поверхностями 344 заранее заданной продолжительности для каждой отражающей поверхности 344.

[0168] В некоторых других вариантах осуществления изобретения условие выборочного контакта выходного луча 314 с отражающей зоной 342 возникает при определении любым способом необходимости сканирования интересующей области 325 в пределах поля обзора.

[0169] При этом каждая отражающая поверхность 344 может соответствовать части интересующей области 325. Эта информация может храниться в базе данных, доступной контроллеру 310, поэтому при определении необходимости сканирования в интересующей области контроллер 310 может обеспечивать контакт выходного луча 314 с соответствующей отражающей поверхностью 344.

[0170] Одним из примеров этого сценария является обнаружение лидарной системой 300 неопознанного объекта в одной области поля обзора транспортного средства 220, требующее дальнейшего обследования. Другой пример - обнаружение неопознанного объекта после беглого предварительного сканирования (например, инородных предметов на дороге). В этом случае контроллер 310 может определять необходимость сканирования интересующей области (или нескольких интересующих областей), в которых расположены эти инородные предметы, и обеспечивать контакт выходного луча 314 с отражающей поверхностью 344.

[0171] В некоторых других вариантах осуществления изобретения условие для избирательного контакта выходного луча представляет собой заранее заданное географическое условие. Контроллер 310 может определять выполнение такого географического условия, например, местоположения по данным системы GPS и т.д. В частности, такое заранее заданное географическое условие может содержать местоположение известного опасного места, такого как крутой поворот на дороге, сильный уклон, крутой спуск, закрытый поворот, продуваемый переход, школьный переход, переход для животных, оживленный перекресток, район с высотными зданиями, район без высотных зданий, но не ограничиваясь ими. Контроллер 310 может обеспечивать выполнение заранее заданного сканирования с учетом заранее заданного географического условия. Например, на школьном переходе выходной луч 314 может контактировать с отражающими поверхностями 344 для сканирования тех интересующих областей в поле обзора, которые соответствуют росту детей и скорости их движения. В другом примере, когда транспортное средство 220 находится в районе без высотных зданий, выходной луч 314 может контактировать с теми отражающими поверхностями 344, которые обеспечивают сканирование интересующих областей на меньшей высоте в поле обзора.

[0172] В некоторых других вариантах осуществления изобретения условием осуществления избирательного контакта выходного луча является возникновение определенной окружающей обстановки. Например, при выявлении датчиком определенных условий окружающей обстановки, в частности, сильного дождя, контроллер 310 может инициировать относительное перемещение сканирующего элемента 308 и выходного луча 314, обеспечивающее попадание выходного луча 314 на отражающую поверхность 344 из множества отражающих поверхностей для сканирования интересующей области.

[0173] В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер 310 может осуществлять способ 1000 функционирования лидарной системы, например, лидарной системы 300, обеспечивая переключение на разные интересующие области в пределах поля обзора для обнаружения объектов в разных частях окружающего пространства транспортного средства 220.

Компьютерные способы

[0174] На фиг. 12 представлена блок-схема способа 1000 в соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии. Способ 1000 может выполняться контроллером 310.

[0175] Шаг 1010: воздействие на источник излучения для излучения выходных лучей по внутреннему пути излучения лидарной системы.

[0176] Способ 1000 предусматривает воздействие на источник излучения для излучения выходных лучей по внутреннему пути излучения лидарной системы. Лидарная система может представлять собой вариант осуществления лидарной системы 300, содержащей источник 302 света и выходной луч 314.

[0177] Шаг 1020: воздействие на сканер лидарной системы, расположенный на внутреннем пути излучения, для направления выходных лучей в интересующую область окружающего пространства транспортного средства, при этом сканер содержит первую и вторую отражающие поверхности для формирования первой и второй частей интересующей области со слепой зоной между ними.

[0178] На шаге 1020 способ 1000 предусматривает воздействие на сканер, например, на сканирующий элемент 308, для направления выходных лучей 314 на заданную отражающую поверхность 344 с целью определения интересующей области 325. Интересующая область 325 состоит из разных частей, например, из первой части 352, второй части 354 и третьей части 356.

[0179] В некоторых вариантах осуществления изобретения сканирующий элемент 308 содержит сканирующую поверхность 340, имеющую множество отражающих зон 342 с соответствующими отражающими поверхностями 344, в том числе первую отражающую зону 343 с первой отражающей поверхностью 347 для приема по меньшей мере части выходных лучей 314 и передачи ее как первого луча 355, распространяющегося вдоль первой оси 363 распространения, с целью определения первой части 353 интересующей области 325 и вторую отражающую зону 345 со второй отражающей поверхностью 349 для приема по меньшей мере части выходных лучей 314 и передачи ее как второго луча 357, распространяющегося вдоль второй оси 365 распространения, с целью определения второй части 354 интересующей области 325. Первая ось 363 распространения отличается от второй оси 365 распространения.

[0180] В некоторых вариантах осуществления изобретения обеспечение направления выходных лучей 314 включает в себя обеспечение контроллером 310 относительного перемещения выходных лучей 314 и сканирующего элемента 308 для избирательного контакта выходных лучей 314 с отражающей поверхностью 344.

[0181] В некоторых вариантах осуществления изобретения контроллер 310 может обеспечивать относительное перемещение выходных лучей 314 и сканирующего элемента 308 для выборочного контакта выходных лучей 314 с отражающей поверхностью 344 в соответствии с одним или несколькими из следующих правил: (а) по заранее заданному графику, (б) в ответ на определение из сигнала датчика необходимости сканирования интересующей области в пределах поля обзора, (в) в ответ на возникновение определенных географических условий и (г) в ответ на возникновение определенной окружающей обстановки.

[0182] В некоторых вариантах осуществления изобретения обеспечение относительного перемещения включает в себя обеспечение контроллером 310 перемещения сканера в направлении, параллельном удлиненной плоской поверхности 376 сканирующего элемента 308.

[0183] В некоторых других вариантах осуществления изобретения обеспечение относительного перемещения включает в себя обеспечение контроллером 310 изменения направления движения выходного луча 314.

[0184] В некоторых других вариантах осуществления изобретения обеспечение относительного перемещения включает в себя обеспечение выборочного колебания сканирующего элемента 308 относительно разных осей колебаний, опционально, с модуляцией амплитуды колебаний.

[0185] Для специалиста в данной области могут быть очевидными возможные изменения и усовершенствования описанных выше вариантов осуществления настоящей технологии. Предшествующее описание приведено лишь в иллюстративных целях, а не для ограничения объема изобретения. Объем охраны настоящей технологии определяется исключительно объемом приложенной формулы изобретения.

[0186] Несмотря на то, что выше описаны варианты реализации изобретения с указанием конкретных шагов, выполняемых в конкретном порядке, должно быть понятно, что эти шаги могут быть объединены, разделены на части или переупорядочены без отступления от существа и объема настоящей технологии. Соответственно, порядок выполнения и группирование этих шагов не являются ограничением настоящей технологии.

Аспекты и варианты осуществления

[0187] 1. Лидарная система для обнаружения объектов в окружающем пространстве автономного транспортного средства, содержащая источник излучения, выполненный с возможностью излучения выходных лучей по внутреннему пути излучения, и сканер, расположенный на внутреннем пути излучения, способный направлять выходные лучи в интересующую область в пределах поля обзора и содержащий первую отражающую поверхность, способную принимать по меньшей мере часть выходных лучей и передавать ее как первый распространяющийся луч вдоль первой оси распространения, и вторую отражающую поверхность, способную принимать по меньшей мере часть выходных лучей и передавать ее как второй распространяющийся луч вдоль второй оси распространения, отличной от первой оси распространения, при этом интересующая область содержит первую часть, определяемую первым распространяющимся лучом, вторую часть, определяемую вторым распространяющимся лучом, и третью часть между первой и второй частями, представляющую собой слепую зону.

[0188] 2. Лидарная система по п. 1, в которой первая и вторая части являются периферийными частями интересующей области, а третья часть является центральной частью интересующей области.

[0189] 3. Лидарная система по п. 1 или 2, в которой первая отражающая поверхность расположена под первым углом к базовой плоскости, а вторая отражающая поверхность - под вторым углом к базовой плоскости, отличным от первого угла.

[0190] 4. Лидарная система по п. 1 или 2, в которой первая отражающая поверхность расположена под первым углом к базовой плоскости, а вторая отражающая поверхность - под вторым углом к базовой плоскости, при этом сканер способен изменять первый и/или второй угол.

[0191] 5. Лидарная система по любому из пп. 1-4, в которой первая и вторая отражающие поверхности являются частью единой сканирующей поверхности сканера.

[0192] 6. Лидарная система по п. 5, в которой единая сканирующая поверхность является неплоской, а первая и вторая отражающие поверхности размещены под углом друг к другу.

[0193] 7. Лидарная система по любому из пп. 1-4, в которой первая и вторая отражающие поверхности являются частью разных сканирующих поверхностей сканера.

[0194] 8. Лидарная система по п. 6, в которой разные сканирующие поверхности выполнены в виде по меньшей мере одного колеблющегося зеркала или призмы.

[0195] 9. Лидарная система по любому из пп. 1-8, дополнительно содержащая контроллер, подключенный к источнику излучения и к сканеру, способный обеспечивать относительное перемещение выходных лучей и сканера для выборочного контакта выходных лучей с первой и второй отражающими поверхностями.

[0196] 10. Лидарная система по п. 9, в которой контроллер способен перемещать сканер для выборочного контакта выходных лучей с первой и второй отражающими поверхностями.

[0197] 11. Лидарная система по п. 9, в которой контроллер способен перемещать выходные лучи для выборочного контакта выходных лучей с первой и второй отражающими поверхностями.

[0198] 12. Лидарная система по любому из пп. 1-10, в которой сканер представляет собой колеблющееся зеркало, а первая и вторая отражающие поверхности находятся на лицевой стороне этого зеркала.

[0199] 13. Лидарная система по любому из пп. 1-12, в которой первая и вторая отражающие поверхности изготовлены из разных материалов.

[0200] 14. Лидарная система по любому из пп. 1-10, в которой сканер представляет собой вращающуюся призму, а первая и вторая отражающие поверхности находятся на поверхности этой вращающейся призмы.

[0201] 15. Лидарная система по любому из пп. 1-14, в которой первая и/или вторая отражающая поверхность неподвижна относительно другой.

[0202] 16. Лидарная система по любому из пп. 1-15, дополнительно содержащая приемник для приема отраженных выходных лучей из интересующей области.

[0203] 17. Способ обнаружения объектов в окружающем пространстве автономного транспортного средства, выполняемый контроллером лидарной системы, включающий в себя воздействие на источник излучения лидарной системы для излучения выходных лучей по внутреннему пути излучения лидарной системы и воздействие на сканер лидарной системы, расположенный на внутреннем пути излучения, для направления выходных лучей в окружающее пространство автономного транспортного средства с интересующей областью в поле обзора, при этом сканер содержит первую и вторую отражающие поверхности для формирования первой и второй частей интересующей области со слепой зоной между ними.

[0204] 18. Способ по п. 17, в котором контроллер способен обеспечивать относительное перемещение выходных лучей и сканера для выборочного контакта выходных лучей с отражающей поверхностью в соответствии с одним или несколькими из следующих правил: (а) по заранее заданному графику, (б) в ответ на определение из сигнала датчика необходимости сканирования интересующей области в пределах поля обзора, (в) в ответ на возникновение определенных географических условий и (г) в ответ на возникновение определенной окружающей обстановки.

[0205] 19. Способ по п. 17 или 18, в котором обеспечение относительного перемещения включает в себя обеспечение контроллером перемещения сканера в направлении, параллельном удлиненной плоской поверхности сканера.

[0206] 20. Способ по п. 17 или 18, в котором обеспечение относительного перемещения включает в себя обеспечение контроллером изменения направления прохождения выходного луча.

[0207] 21. Способ по п. 17 или 18, в котором обеспечение относительного перемещения включает в себя выборочное обеспечение колебаний сканера относительно разных осей колебаний.

Использование: настоящая технология относится к лидарным системам обнаружения и измерения дальности (LiDAR, Light Detection and Ranging) и к способам обнаружения объектов в окружающем пространстве автономного транспортного средства, в частности, к лидарным системам и способам обнаружения объектов в интересующей области окружающего пространства. Сущность: лидарная система для обнаружения объектов в окружающем пространстве автономного транспортного средства содержит источник излучения, выполненный с возможностью излучения выходных лучей по внутреннему пути излучения, и сканер, расположенный на внутреннем пути излучения и способный направлять выходные лучи в интересующую область в пределах поля обзора. Сканер содержит первую отражающую поверхность, способную принимать по меньшей мере часть выходных лучей и передавать ее как первый распространяющийся луч вдоль первой оси распространения, и вторую отражающую поверхность, способную принимать по меньшей мере часть выходных лучей и передавать ее как второй распространяющийся луч вдоль второй оси распространения, отличной от первой оси распространения, при этом интересующая область содержит первую часть, определяемую первым распространяющимся лучом, вторую часть, определяемую вторым распространяющимся лучом, и третью часть между первой и второй частями, представляющую собой слепую зону. Технический результат: максимальное увеличение ширины интересующей области, расположенной относительно транспортного средства, за счет допущения слепой зоны в ее середине, а также обеспечение возможности быстро и эффективно переключаться с одной интересующей области на другую за счет выборочного сканирования интересующих областей. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Лидарная система для обнаружения объектов в окружающем пространстве автономного транспортного средства, содержащая:

- источник излучения, выполненный с возможностью излучения выходных лучей по внутреннему пути излучения;

- сканер, расположенный на внутреннем пути излучения, выполненный с возможностью направления выходных лучей в интересующую область в пределах зоны наблюдения и содержащий первую отражающую поверхность, способную принимать по меньшей мере часть выходных лучей и передавать ее как первый распространяющийся луч вдоль первой оси распространения, и вторую отражающую поверхность, способную принимать по меньшей мере часть выходных лучей и передавать ее как второй распространяющийся луч вдоль второй оси распространения, отличной от первой оси распространения,

и контроллер, подключенный к источнику излучения и к сканеру и выполненный с возможностью обеспечения относительного перемещения выходных лучей и сканера для выборочного контакта выходных лучей с первой и второй отражающими поверхностями,

причем сканер представляет собой неплоское колеблющееся зеркало, первая и вторая отражающие поверхности находятся на лицевой стороне этого зеркала, являются частью его единой неплоской сканирующей поверхности, и размещены под углом друг к другу,

при этом интересующая область содержит первую часть, определяемую первым распространяющимся лучом, вторую часть, определяемую вторым распространяющимся лучом, и третью часть между первой и второй частями, представляющую собой слепую зону.

2. Система по п. 1, в которой первая и вторая части являются периферийными частями интересующей области, а третья часть является центральной частью интересующей области.

3. Система по п. 1, в которой первая отражающая поверхность расположена под первым углом к базовой плоскости, а вторая отражающая поверхность расположена под вторым углом к базовой плоскости, отличным от первого.

4. Система по п. 1, в которой первая отражающая поверхность расположена под первым углом к базовой плоскости, а вторая отражающая поверхность расположена под вторым углом к базовой плоскости, при этом сканер обеспечивает возможность изменения первого и/или второго угла.

5. Система по п. 1, в которой контроллер выполнен с возможностью перемещения сканера для выборочного контакта выходных лучей с первой и второй отражающими поверхностями.

6. Система по п. 1, в которой контроллер выполнен с возможностью перемещения выходных лучей для выборочного контакта выходных лучей с первой и второй отражающими поверхностями.

7. Система по п. 1, в которой первая и вторая отражающие поверхности изготовлены из разных материалов.

8. Система по п. 1, в которой сканер дополнительно содержит вращающуюся призму, которая дополнительно содержит первую и вторую отражающие поверхности на поверхности этой вращающейся призмы.

9. Система по п. 1, в которой первая и/или вторая отражающая поверхность неподвижна относительно другой.

10. Система по п. 1, дополнительно содержащая приемник для приема отраженных выходных лучей из интересующей области.

11. Система по п. 1, в которой по меньшей мере одна из отражающих поверхностей из первой отражающей поверхности и второй отражающей поверхности является криволинейной.

12. Система по п. 11, в которой криволинейная отражающая поверхность является вогнутой или выпуклой.

13. Способ обнаружения объектов в окружающем пространстве автономного транспортного средства, выполняемый контроллером лидарной системы и включающий в себя:

- воздействие на источник излучения лидарной системы для излучения выходных лучей по внутреннему пути излучения лидарной системы; и

- воздействие на сканер лидарной системы, расположенный на внутреннем пути излучения, для направления выходных лучей в окружающее пространство автономного транспортного средства с интересующей областью в поле обзора,

при этом сканер представляет собой колеблющееся зеркало с единой неплоской сканирующей поверхностью и содержит первую и вторую отражающие поверхности на его лицевой поверхности, размещенные под углом друг к другу, для формирования первой и второй частей интересующей области со слепой зоной между ними,

и обеспечение относительного перемещения выходных лучей и сканера для выборочного контакта выходных лучей с первой и второй отражающими поверхностями.

14. Способ по п. 13, в котором контроллер обеспечивает относительное перемещение выходных лучей и сканера для выборочного контакта выходных лучей с отражающей поверхностью в соответствии с одним или несколькими из следующих правил: (а) по заранее заданному графику, (б) в ответ на определение из сигнала датчика необходимости сканирования интересующей области в пределах поля обзора, (в) в ответ на возникновение определенных географических условий и (г) в ответ на возникновение определенной окружающей обстановки.

15. Способ по п. 13, в котором обеспечение относительного перемещения включает в себя обеспечение контроллером перемещения сканера в направлении, параллельном удлиненной плоской поверхности сканера.

16. Способ по п. 13, в котором обеспечение относительного перемещения включает в себя обеспечение контроллером изменения направления прохождения выходного луча.

17. Способ по п. 13, в котором обеспечение относительного перемещения включает в себя выборочное обеспечение колебаний сканера относительно разных осей колебаний.