ЛИДАРНАЯ СИСТЕМА И СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ЛИДАРНОЙ СИСТЕМЫ Российский патент 2024 года по МПК G01C21/00 G02B26/10 

Область техники, к которой относится изобретение

[001] Настоящая технология относится к лидарным системам в целом и к способам калибровки лидарных систем - в частности.

Уровень техники

[002] В известных решениях предложены и реализованы компьютерные навигационные системы, способные оказывать помощь в навигации транспортных средств и/или в управлении ими. К ним относится целый ряд систем - от простых решений, основанных на определении местоположения по 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.

[003] Некоторые из таких систем реализованы в виде широко известной системы круиз-контроля. В системах этого типа компьютерная система, установленная на транспортное средство, поддерживает заданную пользователем скорость транспортного средства. Некоторые системы круиз-контроля реализуют систему интеллектуального контроля дистанции, в которой пользователь может задавать расстояние до движущегося впереди автомобиля (например, выбирать значение, выраженное в количестве транспортных средств), а компьютерная система регулирует скорость транспортного средства, по меньшей мере частично, при его приближении к движущемуся впереди транспортному средству на заданное расстояние. Некоторые из систем круиз-контроля дополнительно оснащены системой предотвращения столкновений, которая при обнаружении транспортного средства (или других препятствий) перед движущимся транспортным средством замедляет или останавливает его.

[004] 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.

[005] Одной из основных технических проблем при реализации вышеуказанных систем является способность обнаруживать объекты вокруг транспортного средства. Например, в таких системах может возникать необходимость в обнаружении перед транспортным средством с установленной системой другого транспортного средства, которое представляет опасность для данного транспортного средства и может потребовать принятия системой упреждающих мер, таких как торможение или иное изменение скорости, остановка или перестроение в другой ряд. Кроме того, в таких системах может возникать необходимость в обнаружении пешеходов или животных, переходящих дорогу перед транспортным средством или двигающихся иным образом в окружающем пространстве транспортного средства.

[006] Обнаружение объектов с использованием лидара, как правило, предполагает отправку световых лучей в интересующую область и обнаружение отраженных световых лучей, в частности, отраженных 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, среди прочего, путем расчета времени пролета излученного и обнаруженного световых лучей. Вычисление таких положений как «точек данных» позволяет сформировать многомерное цифровое представление окружающего пространства.

[007] Такое трехмерное представление частично создается за счет отраженных лучей, принимаемых лидаром, который формирует точки данных, представляющие объекты окружающего пространства. Эти точки образуют облака, характеризующие окружающее пространство и формирующие трехмерную карту. Каждая точка в таком 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. Чтобы увеличить объем и/или точность определения точек, формируемых лидарной системой, целесообразно калибровать лидарную систему.

[008] В патентной заявке US20190235081 раскрыта сканирующая лидарная система, измеряющая расстояние до цели, отражающей свет от передатчика к приемнику.

Раскрытие изобретения

[009] Таким образом, существует потребность в системах и способах, позволяющих исключить, уменьшить или преодолеть недостатки известных технических решений.

[010] Лазерные системы обнаружения и измерения дальности - лидарные (LIDAR, Light Detection and Ranging) системы - широко применяются в беспилотных транспортных средствах для обнаружения объектов и для навигации в окружающем пространстве. Они фиксируют точки, соответствующие световым лучам, отраженным от объектов в окружающем пространстве, и формируют из них облако точек, которое служит трехмерной картой окружающего пространства.

[011] Лидарная система содержит, среди прочего, источник света, блок сканирования, блок обнаружения и корпус. В общем случае источник света формирует световые лучи, которые блок сканирования использует для сканирования, а блок обнаружения улавливает лучи, возвращающиеся из окружающего пространства. Корпус содержит окно, через которое световые лучи выходят из лидарной системы и входят в нее, и в общем случае служит укрытием, защищающим внутренние элементы лидарной системы от других источников света в окружающем пространстве.

[012] Когда световой луч возвращается из окружающего пространства к блоку обнаружения, блок обнаружения улавливает этот обратный луч света и формирует электрический ток. Электрический ток может использоваться как аналоговый сигнал, например, несущий информацию о расположении объектов в окружающем пространстве. Таким образом, можно утверждать, что в некоторых вариантах осуществления блок обнаружения содержит фотодетектор, выполненный с возможностью формирования аналогового сигнала на основе принятого светового сигнала. Фотодетектор может содержать один или несколько фотодиодов для улавливания обратных световых лучей.

[013] В общем случае фотодиод представляет собой полупроводниковый прибор с p-n-переходом, который преобразует свет в электрический ток. Ток вырабатывается при поглощении фотонов в фотодиоде. Фотодиоды могут содержать оптические фильтры и различаться, например, по площади поверхности. В одних случаях фотодиоды имеют открытое исполнение, а в других - заключаются в корпус с волоконно-оптическим соединением, обеспечивающим попадание света на чувствительную часть прибора. Иногда для повышения быстродействия в качестве фотодиодов используются диоды не с p-n-переходом, а с p-i-n-переходом. Фотодиод рассчитан на работу с обратным смещением.

[014] В контексте настоящей технологии был разработан блок сканирования, допускающий калибровку в ходе обычной работы лидарной системы. Иными словами, в процессе калибровки лидарная система продолжает работать. Целесообразно, чтобы работа лидарной системы не прерывалась в процессе калибровки. В по меньшей мере одном примере использования лидарной системы для управления беспилотным транспортным средством такая непрерывность работы означает, что беспилотное транспортное средство не нуждается в остановке для калибровки и поэтому может продолжать безопасную работу в соответствующей среде.

[015] Блок сканирования включает в себя первый отражающий элемент и второй отражающий элемент. В по меньшей мере одном варианте осуществления первый отражающий элемент может представлять собой поворотный отражающий элемент, например, поворотное гальванометрическое зеркало, а второй отражающий элемент - поворотный многогранный отражающий элемент, например, многогранную отражающую призму. Блок сканирования может формировать тот или иной обратный световой луч путем приведения в движение по меньшей мере одного из первого и второго отражающих элементов.

[016] Первый отражающий элемент может поворачиваться и/или совершать колебания относительно вертикальной оси и таким образом развертывать световой луч в вертикальной плоскости. Второй отражающий элемент может поворачиваться и/или вращаться и таким образом развертывать световой луч в горизонтальной плоскости. В сочетании первый и второй отражающие элементы дают блоку сканирования возможность реализовать схему сканирования в двумерной плоскости, включающей в себя вертикальное и горизонтальное направления.

[017] Разработчики настоящей технологии учли, что при некоторых условиях световой луч может возвращаться к блоку обнаружения и улавливаться фотодетектором, не попадая в окружающее пространство, вызывая в лидарной системе так называемый «эффект самоотражения» (самозасветки). Подобный эффект самоотражения может возникать, например, при падении излучаемого светового луча на отражающую поверхность под прямым углом (т.е. под углом 90°). В контексте настоящего описания такой световой луч может быть назван «самоотраженным лучом». Можно утверждать, что самоотраженный луч, принятый фотодетектором, обладает относительно высокой энергией в сравнении со световыми лучами, возвращающимися из окружающего пространства. Действительно, энергия световых лучей, возвращающихся из окружающей среды, рассеивается из-за оптических преобразований, например, многократного отражения, дисперсии или поляризации. Высокая энергия световых лучей, вызывающих эффект самоотражения в лидарной системе, может вызвать повреждение фотодетектора (например, в результате нагрева покрытия фотодетектора).

[018] Кроме того, поскольку такие световые лучи не выходят в окружающее пространство, эффект самоотражения приводит к появлению пятна или «пробела» на трехмерной карте, представляющей окружающее пространство. Разработчиками настоящей технологии были разработаны способы калибровки лидарной системы. В контексте настоящей технологии источник света в процессе калибровки излучает световой луч в направлении первого отражающего элемента блока сканирования лидарной системы и позволяет регистрировать проявление эффекта самоотражения. В частности, в процессе калибровки блок сканирования выполнен с возможностью перевода первого отражающего элемента в положение из первого множества положений, а второго отражающего элемента - в положение из второго множества положений. Например, блок сканирования может принимать самоотраженный луч, когда второй отражающий элемент перенаправляет световой луч обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства. При обнаружении самоотраженного луча механизм регулировки блока сканирования регулирует положение первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из скорректированного множества положений. Положение первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента может регулироваться механизмом регулировки до тех пор, пока самоотраженный луч не перестанет обнаруживаться во всех положениях из скорректированного множества положений первого отражающего элемента. В результате падение световых лучей, излучаемых источником света, под прямым углом на второй отражающий элемент после перенаправления первым отражающим элементом, занимающим положение из скорректированного множества положений, исключается, что предотвращает возникновение эффекта самоотражения в лидарной системе.

[019] Разработчики настоящей технологии также учли, что рабочие параметры блока сканирования (такие как относительное положение первого и второго отражающих элементов) при активном использовании лидарной системы могут ухудшаться и/или изменяться, в частности, в зависимости от влажности, температуры, перемещения и т.д. Следовательно, для обеспечения требуемого качества данных, формируемых лидарной системой, желательно постоянно калибровать и/или регулировать положение первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы.

[020] В соответствии с первым широким аспектом настоящей технологии реализован способ калибровки лазерной системы обнаружения и измерения дальности - лидарной системы, устанавливаемой на действующем в окружающем пространстве беспилотном автомобиле (SDC, Self-Driving Car) и содержащей источник света, блок обнаружения и блок сканирования, который включает в себя первый отражающий элемент для перенаправления светового луча от источника света, переводимый в положение из первого множества положений, второй отражающий элемент для перенаправления светового луча от первого отражающего элемента в окружающее пространство, переводимый в положение из второго множества положений, и механизм регулировки для регулировки положения первого отражающего элемента по двум степеням свободы. Способ во время калибровки лидарной системы предусматривает излучение источником света светового луча в направлении первого отражающего элемента, перевод первого отражающего элемента в положение из первого множества положений и второго отражающего элемента в положение из второго множества положений, обнаружение блоком обнаружения самоотраженного луча, представляющего собой световой луч, перенаправленный вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства, а также, в ответ на обнаружение самоотраженного луча, регулировку положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из первого скорректированного множества положений.

[021] В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно предусматривает излучение источником света другого светового луча в направлении первого отражающего элемента при переводе первого отражающего элемента в положение из первого скорректированного множества положений и второго отражающего элемента в положение из второго множества положений.

[022] В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно предусматривает обнаружение блоком обнаружения другого самоотраженного луча, представляющего собой другой световой луч, перенаправленный вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства, а также, в ответ на обнаружение другого самоотраженного луча, регулировку положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из другого первого скорректированного множества положений.

[023] В некоторых вариантах осуществления способа он дополнительно предусматривает подтверждение отсутствия светового луча, перенаправляемого вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства, и использование скорректированного множества положений для первого отражающего элемента при работе лидарной системы.

[024] В некоторых вариантах осуществления способа первым отражающим элементом является гальванометрическое зеркало, способное поворачиваться вокруг оси поворота.

[025] В некоторых вариантах осуществления способа регулировка предусматривает регулировку оси поворота гальванометрического зеркала по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы гальванометрическое зеркало могло поворачиваться в положение из первого скорректированного множества положений вокруг отрегулированной оси поворота.

[026] В некоторых вариантах осуществления способа вторым отражающим элементом является многогранная призма.

[027] В некоторых вариантах осуществления способа обнаружение самоотраженного луча предусматривает получение блоком обнаружения обратного светового луча с энергией, превышающей заранее заданный пороговый уровень.

[028] В некоторых вариантах осуществления способа регулировка положения первого отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы предусматривает регулировку положения первого отражающего элемента по обеим степеням свободы с помощью механизма регулировки.

[029] В некоторых вариантах осуществления способа регулировка предусматривает регулировку положения второго отражающего элемента относительно лидарной системы по третьей степени свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы второй отражающий элемент мог переводиться в положение из второго скорректированного множества положений.

[030] В некоторых вариантах осуществления способа регулировка по одной из двух степеней свободы означает регулировку положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента.

[031] В некоторых вариантах осуществления способа регулировка по одной из двух степеней свободы означает регулировку положения первого отражающего элемента относительно оси светового луча, излучаемого источником света в направлении первого отражающего элемента.

[032] В соответствии с еще одним широким аспектом настоящей технологии реализована лидарная система, установленная на действующем в окружающем пространстве беспилотном автомобиле и содержащая источник света, блок сканирования, блок обнаружения и контроллер. Блок сканирования включает в себя первый отражающий элемент для перенаправления светового луча от источника света, переводимый в положение из первого множества положений, второй отражающий элемент для перенаправления светового луча от первого отражающего элемента в окружающее пространство, переводимый в положение из второго множества положений, и механизм регулировки для регулировки положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по двум степеням свободы. Контроллер выполнен с возможностью обеспечения во время калибровки лидарной системы излучения источником света светового луча в направлении первого отражающего элемента, перевода первого отражающего элемента в положение из первого множества положений и второго отражающего элемента в положение из второго множества положений, обнаружения совместно с блоком обнаружения самоотраженного луча, представляющего собой световой луч, перенаправленный вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства, а также, в ответ на обнаружение самоотраженного луча, регулировки положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из первого скорректированного множества положений.

[033] В некоторых вариантах осуществления системы контроллер дополнительно выполнен с возможностью обеспечения излучения источником света другого светового луча в направлении первого отражающего элемента, а также перевода первого отражающего элемента в положение из первого скорректированного множества положений и второго отражающего элемента в положение из второго множества положений.

[034] В некоторых вариантах осуществления системы контроллер дополнительно выполнен с возможностью обнаружения совместно с блоком обнаружения другого самоотраженного луча, представляющего собой другой световой луч, перенаправленный вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства, а также, в ответ на обнаружение другого самоотраженного луча, обеспечения регулировки положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из другого первого скорректированного множества положений.

[035] В некоторых вариантах осуществления системы контроллер дополнительно выполнен с возможностью определения отсутствия светового луча, перенаправляемого вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства, и использования скорректированного множества положений для первого отражающего элемента при работе лидарной системы.

[036] В некоторых вариантах осуществления системы первым отражающим элементом является гальванометрическое зеркало, выполненное с возможностью поворачиваться вокруг оси поворота.

[037] В некоторых вариантах осуществления системы регулировка предусматривает регулировку оси поворота гальванометрического зеркала по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы гальванометрическое зеркало могло поворачиваться в положение из первого скорректированного множества положений вокруг отрегулированной оси поворота.

[038] В некоторых вариантах осуществления системы вторым отражающим элементом является многогранная призма.

[039] В некоторых вариантах осуществления системы контроллер выполнен с возможностью обнаружения самоотраженного луча при получении блоком обнаружения обратного светового луча с энергией, превышающей заранее заданный пороговый уровень.

[040] В некоторых вариантах осуществления системы при регулировке положения первого отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы механизм регулировки выполнен с возможностью регулировки положения первого отражающего элемента по обеим степеням свободы.

[041] В некоторых вариантах осуществления системы при обнаружении самоотраженного луча контроллер дополнительно выполнен с возможностью регулировки положения второго отражающего элемента по меньшей мере по третьей степени свободы таким образом, чтобы второй отражающий элемент мог переводиться в положение из второго скорректированного множества положений.

[042] В контексте данного описания термин «источник света» в широком смысле относится к любому устройству, способному испускать излучение, в частности, излучать сигнал в виде луча, например, среди прочего, светового луча с одной или несколькими длинами волн в спектре электромагнитного излучения. В одном примере осуществления 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 излучать световые лучи в различных форматах, например, в виде световых импульсов, непрерывных колебаний, квазинепрерывных колебаний 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 900-1000 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.

[043] В контексте настоящего описания термин «выходной луч» может также относиться к пучку излучения, например, к лучу света, формируемому источником излучения 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 определенную поляризацию (например, линейную, эллиптическую или круговую поляризацию).

[044] В контексте настоящего описания «входной луч» представляет собой пучок излучения или луч света, попадающий в систему, как правило, после отражения от одного или нескольких объектов в интересующей области. «Входной луч» также может называться лучом излучения или световым лучом. Под термином «отраженный» подразумевается, что по меньшей мере часть выходного луча падает на один или несколько объектов в интересующей области и отражается от них. 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 некоторых случаях применения часть излучения или света во входном луче может являться не отраженным выходным лучом, а излучением 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.

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

[046] В контексте настоящего описания термин «интересующая область» в широком смысле может 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, среди прочего, 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. Интересующая область лидарной системы может задаваться, например, плоским или телесным углом. В одном примере интересующая область также может быть задана диапазоном дальности (например, приблизительно до 200 м).

[047] В контексте настоящего описания «сервер» представляет собой компьютерную программу, выполняемую соответствующими аппаратными средствами и способную принимать по сети запросы (например, от электронных устройств), а также выполнять эти запросы или инициировать их выполнение. Такие аппаратные средства могут быть реализованы в виде одного физического компьютера или одной физической компьютерной системы, что не имеет существенного значения для настоящей технологии. В данном контексте при употреблении выражения «сервер» не подразумевается, что какая-либо конкретная задача или все задачи (например, принятые команды или запросы) принимаются, выполняются или запускаются на одном и том же сервере (т.е. одними и теми же программными и/или аппаратными средствами), а имеется в виду, что участвовать в приеме/передаче, выполнении или инициировании выполнения каких-либо задач или запросов либо результатов каких-либо задач или запросов может любое количество программных или аппаратных средств, и что все эти программные и аппаратные средства могут представлять собой один сервер или несколько серверов, причем выражение «по меньшей мере один сервер» охватывает оба этих случая.

[048] В контексте настоящего описания «электронное устройство» представляет собой любые компьютерные аппаратные средства, способные обеспечивать работу программного обеспечения, подходящего для выполнения поставленной задачи. В контексте настоящего описания термин «электронное устройство» подразумевает, что устройство может функционировать в качестве сервера для других электронных устройств, что не носит обязательного характера для настоящей технологии. Таким образом, примерами (не имеющими ограничительного характера) электронных устройств являются модуль автономного вождения, персональные компьютеры (настольные компьютеры, ноутбуки, нетбуки и т.п.), смартфоны и планшеты, а также сетевое оборудование, например, маршрутизаторы, коммутаторы и шлюзы. Следует понимать, что в данном контексте факт функционирования оборудования в качестве электронного устройства не означает, что оно не может функционировать в качестве сервера для других электронных устройств.

[049] В контексте данного описания выражение «информация» включает в себя информацию любого рода или вида, допускающую хранение в базе данных. Таким образом, информация включает в себя, среди прочего, 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, отзывы, комментарии, вопросы, сообщения и т.д.), документы, электронные таблицы и т.д.

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

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

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

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

Краткое описание чертежей

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

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

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

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

[058] На фиг. 4 схематически представлен пример блока сканирования в первом варианте исполнения, реализованного в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[059] На фиг. 5 схематически представлен пример блока сканирования, изображенного на фиг. 4, во втором варианте исполнения.

[060] На фиг. 6 схематически представлен пример блока сканирования, изображенного на фиг. 4, в третьем варианте исполнения.

[061] На фиг. 7 схематически представлен пример блока сканирования, изображенного на фиг. 4, в четвертом варианте исполнения.

[062] На фиг. 8 схематически представлен пример блока сканирования, изображенного на фиг. 4, в пятом варианте исполнения.

[063] На фиг. 9 схематически представлен еще один пример лидарной системы, реализованной в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[064] На фиг. 10 представлена блок-схема способа, реализованного в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

Осуществление изобретения

[065] Представленные здесь 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. Следует понимать, 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.

[066] Кроме того, чтобы способствовать лучшему пониманию, последующее описание может содержать упрощенные варианты реализации настоящей технологии. Специалисты в данной области должны понимать, что различные варианты осуществления настоящей технологии могут быть значительно сложнее.

[067] В некоторых случаях приводятся предположительно полезные примеры модификаций настоящей технологии. Они призваны лишь способствовать пониманию и 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.

[068] 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, специалисты в данной области техники должны понимать, что все приведенные здесь блок-схемы соответствуют концептуальным представлениям иллюстративных принципиальных схем, реализующих принципы настоящей технологии. Также следует понимать, что все 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 в явном виде или нет.

[069] Функции различных элементов, показанных на чертежах, включая все функциональные блоки, обозначенные как «процессор», могут быть реализованы с использованием специализированных аппаратных средств, а также аппаратных средств, способных обеспечивать работу соответствующего программного обеспечения. Если используется процессор, эти функции могут выполняться одним выделенным процессором, одним совместно используемым процессором или несколькими отдельными процессорами, некоторые из которых могут использоваться совместно. Кроме того, явное использование термина «процессор» или «контроллер» не должно трактоваться как указание исключительно на аппаратные средства, способные обеспечивать работу программного обеспечения, и может подразумевать, среди 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.

[070] Программные модули или просто модули, реализация которых предполагается на базе 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 реализовываться с помощью аппаратных средств, показанных явно или подразумеваемых.

[071] С учетом вышеизложенных принципов ниже рассмотрены некоторые не имеющие ограничительного характера примеры, иллюстрирующие различные варианты реализации аспектов настоящей технологии.

Компьютерная система

[072] На фиг. 1 представлена схема компьютерной системы 100, подходящей для использования в некоторых вариантах осуществления настоящей технологии. Компьютерная система 100 содержит различные аппаратные элементы, включая один или несколько одноядерных или многоядерных процессоров, совместно представленных процессором 110, твердотельный накопитель 120 и память 130, которая может быть памятью с произвольным доступом или памятью любого другого вида.

[073] 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 электронными средствами. Согласно вариантам осуществления настоящей технологии, твердотельный накопитель 120 хранит программные команды, пригодные для загрузки в память 130 и исполнения 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), например, модули передачи данных по сети, модули определения местоположения и т.д.

Сетевая компьютерная среда

[074] 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), связанным 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).

[075] 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. Следует понимать, что настоящая технология не ограничивается применением системы GPS и может быть реализована на базе любой другой технологии определения местоположения. Следует отметить, что спутник GPS может вообще отсутствовать.

[076] Транспортное средство 220, с которым связано электронное устройство 210, может представлять собой любое транспортное средство для отдыха или иных целей, например, автомобиль для личного или коммерческого использования, грузовой автомобиль, мотоцикл и т.д. Несмотря на то, что транспортное средство 220 изображено как наземное транспортное средство, это не обязательно для каждого не имеющего ограничительного характера варианта осуществления настоящей технологии. Например, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии транспортным средством 220 может быть водное транспортное средство, например, лодка, или воздушное транспортное средство, например, летающий дрон.

[077] Транспортное средство 220 может управляться пользователем или представлять собой беспилотное транспортное средство. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии предполагается, что транспортное средство 220 может быть реализовано в виде беспилотного автомобиля. Следует отметить, что при этом не накладывается ограничений на конкретные параметры транспортного средства 220, к числу которых, например, относятся 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, с приводом на два или четыре колеса), вид шин, тормозная система, топливная система, пробег, идентификационный номер транспортного средства и рабочий объем двигателя.

[078] Согласно настоящей технологии, на реализацию электронного устройства 210 не накладывается 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.

[079] Электронное устройство 210 может содержать некоторые или все элементы компьютерной системы 100, представленной на фиг. 1, в зависимости от конкретного варианта осуществления. В некоторых вариантах осуществления 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 либо их комбинацию для осуществления обработки данных, как более подробно описано ниже.

[080] 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. Следует понимать, 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. Для примера можно отметить, что в тех не имеющих ограничительного характера 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, но не ограничивается этим. Примерами беспроводных линий связи могут служить, помимо прочего, канал сети связи 3G, канал сети связи 4G и т.п. В сети 240 связи также может использоваться беспроводное соединение с сервером 235.

[081] В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии сервер 235 реализован в виде компьютерного сервера и может содержать некоторые или все элементы компьютерной системы 100, представленной 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™, однако он также может быть реализован на базе любых других подходящих видов 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 функции сервера 235 могут быть распределены между несколькими серверами (не показаны).

[082] 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, среди прочего, обновления программного обеспечения, обновления карт, обновления маршрутов, обновления погодных данных и т.п. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии процессор 110 также может отправлять на сервер 235 некоторые рабочие данные, например, информацию о пройденных маршрутах, данные о дорожной обстановке, эксплуатационные данные и т.п. Некоторые или все такие данные, передаваемые между транспортным средством 220 и сервером 235, могут быть зашифрованы и/или обезличены.

[083] Следует отметить, что электронное устройство 210 может использовать ряд 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 различных видов данных об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220 могут применяться различные системы датчиков из множества систем 280 датчиков.

[084] 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 связанных с процессором 110 электронного устройства 210. В целом, одна или несколько систем датчиков типа «камера» могут собирать данные изображения о разных 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 объектов. 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 определению местоположения и классификации потенциальных объектов в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

[085] В другом примере множество систем 280 датчиков может содержать одну или несколько систем датчиков типа «радиолокатор», установленных на транспортном средстве 220 и связанных с процессором 110. В целом, одна или несколько систем датчиков типа «радиолокатор» могут использовать радиоволны для сбора данных о разных частях окружающего пространства 250 транспортного средства 220. Например, одна или несколько систем датчиков типа «радиолокатор» могут 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, абсолютной и/или относительной скорости объектов и т.п.

[086] Следует отметить, что множество систем 280 датчиков может включать в себя системы датчиков других типов в дополнение к тем, что описаны выше неисчерпывающим образом, в рамках объема настоящей технологии.

Лидарная система

[087] В соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии, как показано на фиг. 2, транспортное средство 220 оборудовано по меньшей мере одной лидарной системой, например, лидарной системой 300, для сбора информации об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220. Несмотря на то что описание здесь приводится в контексте установки на транспортное средство 220, также предполагается, что лидарная система 300 может работать автономно или с подключением к другой системе.

[088] В зависимости от варианта осуществления, транспортное средство 220 может содержать больше или меньше лидарных систем 300, чем показано на чертежах. В зависимости от конкретного варианта осуществления, выбор конкретных систем из множества систем 280 датчиков может зависеть от конкретного варианта осуществления лидарной системы 300. Лидарная система 300 может быть установлена на транспортное средство 220 изначально или при его модернизации в разных местах и/или в разных конфигурациях.

[089] Например, в зависимости от исполнения транспортного средства 220 и лидарной системы 300, лидарная система 300 может быть установлена в верхней части лобового стекла транспортного средства 220 с внутренней стороны. 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 и боковину транспортного средства 220, входит в объем настоящей технологии. В некоторых случаях лидарная система 300 может монтироваться в специальном корпусе, установленном сверху транспортного средства 220.

[090] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения, например, в показанном на фиг. 2, одна из множества лидарных систем 300 установлена на крыше транспортного средства 220 и выполнена с возможностью вращения. Например, лидарная система 300, установленная на транспортном средстве 220 и выполненная с возможностью вращения, может содержать по меньшей мере некоторые элементы, выполненные с возможностью поворота на 360 градусов вокруг оси вращения лидарной системы 300. Лидарная система 300, установленная с возможностью вращения, может собирать данные о большей части окружающего пространства 250 транспортного средства 220.

[091] 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 не способна вращаться. В частности, лидарная система 300, установленная на транспортном средстве 220 без возможности вращения, может содержать по меньшей мере некоторые элементы, не способные поворачиваться на 360 градусов, но способные собирать данные о заранее заданных частях окружающего пространства 250 транспортного средства 220.

[092] Независимо от конкретного места установки 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 приводится описание устройства лидарных систем 300 с точки зрения сбора данных об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

[093] Следует отметить, что в приведенном здесь описании лидарная система 300 реализована как «времяпролетная лидарная система» и в связи этим содержит соответствующие элементы, свойственные такой реализации, но также допускаются и другие варианты осуществления 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 базе соответствующих элементов, как изложено в патентной заявке RU2020117983 «Способы и системы обнаружения лидаров», поданной 1 июня 2020 года, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

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

[095] В общем случае лидарная система 300 содержит множество внутренних элементов, в том числе, среди прочего, (1) источник 302 света (также называемый «лазерным источником» или «источником излучения»), (2) светоделительный элемент 304, (3) блок 308 сканирования (также называемый «сканером» или «сканирующим узлом»), (4) блок 306 обнаружения (также называемый «системой обнаружения», «приемным узлом» или «детектором») и (5) контроллер 310. Предполагается, что в дополнение к элементам, перечисленным выше неисчерпывающим образом, лидарная система 300 может содержать множество датчиков (например, датчик температуры, датчик влажности и т.д.), которые для простоты не показаны на фиг. 3.

[096] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии один или несколько внутренних элементов лидарной системы 300 размещены в общем корпусе 330, как показано на фиг. 3. В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может быть расположен вне общего корпуса 330 и связан с находящимися в нем элементами. Согласно приведенному ниже описанию, корпус 330 имеет окно 380 со стороны окружающего пространства транспортного средства 220, через которое световые лучи выходят из корпуса 330 и входят в него.

[097] В общем случае лидарная система 300 работает следующим образом: источник 302 света лидарной системы 300 излучает импульсы света, формируя выходной луч 314, блок 308 сканирования сканирует выходным лучом 314 окружающее пространство 250 транспортного средства 220 через окно 380 для сбора данных о находящихся в нем заранее неизвестных объектах (таких как объект 320) и определения их местоположения, например, с целью создания многомерной карты окружающего пространства 250, объекты на которой (включая объект 320) представляются в виде одной или нескольких точек данных. Источник 302 света и блок 308 сканирования более подробно описаны ниже.

[098] В некоторых не имеющих ограничительного характера примерах объект 320 может представлять собой, полностью или частично, человека, транспортное средство, мотоцикл, грузовик, поезд, велосипед, инвалидную коляску, детскую 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, электрический столб, дом, здание, мусорный бак, почтовый ящик, дерево, а также любой другой подходящий объект или любое подходящее сочетание двух и более объектов, полностью или частично.

[099] Предположим, что объект 320 расположен на некотором расстоянии 318 от лидарной системы 300. Когда выходной луч 314 достигает объекта 320, по меньшей мере часть света выходного луча 314, как правило, отражается от объекта 320, и некоторые из отраженных световых лучей могут вернуться в лидарную систему 300 в виде входного луча 316. Под термином «отражается» подразумевается, что по меньшей мере часть света из выходного луча 314 отражается от объекта 320. Свет выходного луча 314 может частично поглощаться или рассеиваться объектом 320.

[0100] Соответственно, входной луч 316 улавливается и регистрируется лидарной системой 300 с помощью блока 306 обнаружения. В ответ на это блок 306 обнаружения выполнен с возможностью формирования одного или нескольких сигналов репрезентативных данных. Например, блок 306 обнаружения может формировать выходной электрический сигнал (не показан), представляющий входной луч 316. Кроме того, блок 306 обнаружения может передавать сформированный таким образом электрический сигнал в контроллер 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.

[0101] Как более подробно описано ниже, светоделительный элемент 304 направляет выходной луч 314 от источника 302 света к блоку 308 сканирования, а входной луч 316 от блока сканирования - к блоку 306 обнаружения.

[0102] 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

[0103] Источник 302 света связан с контроллером 310 и выполнен с возможностью излучения света 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, настроенный для работы на данной рабочей длине волны. Рабочая длина волны источника 302 света может находиться в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой части 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, выполненный с возможностью излучения света с длиной волны в диапазоне приблизительно 900-1000 нм, приблизительно 850-950 нм или приблизительно 1300-1600 нм. В некоторых других вариантах осуществления изобретения источник 302 света может содержать светоизлучающий диод.

[0104] Как правило, 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 безопасное для зрения лазерное изделие. В общем случае безопасными для зрения лазером, лазерной системой или лазерным изделием может считаться система с таким сочетанием характеристик, а именно длины волны излучения, средней мощности, пиковой мощности, пиковой интенсивности, энергии импульса, размера луча, расходимости луча, длительности облучения, или с таким сканирующим выходным лучом, при котором вероятность нарушения зрения человека из-за воздействия излучаемого этой системой света мала или равна нулю.

[0105] Согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, рабочая длина волны источника 302 света может находиться в области электромагнитного спектра, соответствующей свету, который излучает Солнце. 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 ложным обнаружениям и/или иным образом искажать результаты измерений, выполняемых лидарной системой 300. Несмотря на то, что в отдельных случаях целесообразно увеличивать отношение сигнал-шум (SNR, Signal-to-Noise Ratio) лидарной системы 300 за счет повышения уровня мощности выходного луча 314, в по меньшей мере некоторых обстоятельствах это нежелательно. Например, в некоторых вариантах практической реализации может быть нежелательно повышать мощность выходного луча 314 до уровня, превышающего безопасное для зрения пороговое значение.

[0106] Источник 302 света содержит импульсный лазер, выполненный с возможностью формирования или излучения импульсов 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 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 от 100 кГц до 5 МГц или с периодом повторения импульсов (т.е. с временным интервалом между соседними импульсами) в диапазоне приблизительно от 200 нс до 10 мкс. При этом, в общем случае, 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 данной области применения.

[0107] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии источник 302 света может содержать один или несколько лазерных диодов, в том числе, среди прочего, лазерный диод Фабри-Перо, лазер на квантовых ямах, лазер с распределенным брэгговским отражателем (DBR), лазер с распределенной обратной связью (DFB) и поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL). Для примера, лазерный диод в источнике 302 света может представлять собой лазерный диод на основе арсенида алюминия-галлия (AlGaAs), арсенида индия-галлия (InGaAs) или арсенид-фосфида индия-галлия (InGaAsP) или любой другой подходящий лазерный диод. Также предполагается, что источник 302 света может содержать один или несколько лазерных диодов с модуляцией током для формирования оптических импульсов.

[0108] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения источник 302 света, в общем, выполнен с возможностью формирования выходного луча 314, являющегося коллимированным оптическим лучом, тем не менее, предполагается, что такой луч может иметь любую расходимость, подходящую для данной области применения. В общем случае расходимость выходного луча 314 является угловой мерой увеличения поперечного размера луча (например, радиуса или диаметра луча) по мере удаления выходного луча 314 от источника 302 света или от лидарной системы 300. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии выходной луч 314 может иметь практически круглое поперечное сечение.

[0109] Также предполагается, что выходной луч 314, излучаемый источником 302 света, может быть неполяризованным или случайно поляризованным, может не иметь определенной или постоянной поляризации (например, его поляризация может изменяться со временем) или может иметь определенную поляризацию (например, выходной луч 314 может иметь линейную, эллиптическую или круговую поляризацию).

[0110] 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, входной луч 316 и выходной луч 314 могут по меньшей мере частично перекрываться или иметь общее направление распространения с тем, чтобы они проходили 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 быть некоаксиальными или, иными словами, могут не перекрываться или не иметь общего направления распространения внутри лидарной системы 300 без отступления от существа и объема настоящей технологии.

[0111] 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 выполнена с возможностью вращения. В других вариантах осуществления источник 302 света может быть неподвижным, даже если лидарная система 300 реализована с возможностью вращения, без отступления от существа и объема настоящей технологии.

Светоделительный элемент

[0112] Как показано на фиг. 3, дополнительно предусмотрен светоделительный элемент 304, расположенный в корпусе 330. Например, как упоминалось ранее, светоделительный элемент 304 выполнен с возможностью направления выходного луча 314 от источника 302 света к блоку 308 сканирования. Светоделительный элемент 304 также расположен таким образом, чтобы иметь возможность направлять входной луч 316, отраженный от объекта 320, к блоку 306 обнаружения для его дальнейшей обработки контроллером 310.

[0113] При этом в соответствии с другими не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии светоделительный элемент 304 может быть выполненным с возможностью деления выходного луча 314 на по меньшей мере две составляющие меньшей интенсивности, в том числе на сканирующий луч (отдельно не показан) для сканирования окружающего пространства 250 лидарной системы 300 и опорный луч (отдельно не показан), который далее направляется к блоку 306 обнаружения.

[0114] Иными словами, можно утверждать, что в таких вариантах осуществления светоделительный элемент 304 выполнен с возможностью распределения интенсивности (оптической мощности) выходного луча 314 между сканирующим лучом и опорным лучом. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии светоделительный элемент 304 может распределять интенсивность выходного луча 314 между сканирующим лучом и опорным лучом в равной мере. В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии светоделительный элемент 304 может распределять интенсивность выходного луча 314 с любым заранее заданным коэффициентом расщепления. Например, светоделительный элемент 304 может 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. В некоторых других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии светоделительный элемент 304 может изменять коэффициент расщепления для формирования сканирующего луча (например, в диапазоне от 1 до 95% интенсивности выходного луча 314).

[0115] Также следует отметить, что некоторая доля (например, до 10%) интенсивности выходного луча 314 может поглощаться материалом светоделительного элемента 304 в зависимости от конструкции последнего.

[0116] В зависимости от реализации лидарной системы 300, светоделительный элемент 304 может быть представлен в различных формах, в том числе, среди прочего, как светоделительный элемент на основе стеклянной призмы, светоделительный элемент на основе полупосеребренного зеркала, светоделительный элемент на основе дихроичной зеркальной призмы, волоконно-оптический светоделительный элемент и т.п.

[0117] Таким образом, в соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии, открытый перечень регулируемых параметров, связанных со светоделительным элементом 304, в зависимости от конкретной области его применения, может включать в себя, например, рабочий диапазон длин волн, который может варьироваться от конечного числа длин волн до более широкого светового спектра (например, от 1200 до 1600 нм), входной угол падения, наличие/отсутствие поляризации и т.п.

[0118] В конкретном не имеющем ограничительного характера примере светоделительный элемент 304 может быть реализован как волоконно-оптический светоделительный элемент, выпускаемый компанией OZ Optics Ltd., 219 Westbrook Rd Ottawa, Ontario K0A 1L0 Canada (Канада). Очевидно, что светоделительный элемент 304 может быть реализован на базе любого другого подходящего оборудования.

Внутренние пути распространения лучей

[0119] Как схематически показано на фиг. 3, лидарная система 300 формирует множество внутренних путей 312 распространения лучей, по которым распространяются выходной луч 314 (формируемый источником 302 света) и входной луч 316 (принимаемый из окружающего пространства 250). В частности, свет распространяется по внутренним путям 312 распространения лучей следующим образом: свет от источника 302 света проходит через светоделительный элемент 304 к блоку 308 сканирования, а блок 308 сканирования, в свою очередь, направляет выходной луч 314 наружу в окружающее пространство 250.

[0120] Входной луч 316 подобным образом проходит по множеству внутренних путей 312 распространения лучей к блоку 306 обнаружения. В частности, входной луч 316 направляется блоком 308 сканирования в лидарную систему 300 и через светоделительный элемент 304 попадает к блоку 306 обнаружения. В некоторых вариантах практической реализации в лидарной системе 300 могут быть предусмотрены пути распространения лучей для прохождения входного луча 316 из окружающего пространства 250 непосредственно к блоку 306 обнаружения (минуя блок 308 сканирования).

[0121] Следует отметить, что в различных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии множество внутренних путей 312 распространения лучей может содержать самые разные оптические элементы. Например, лидарная система 300 может содержать один или несколько оптических элементов, выполненных с возможностью изменения параметров и формы, фильтрации и модификации, а также изменения или задания направления выходному лучу 314 и/или входному лучу 316. Например, лидарная система 300 может содержать линзы, зеркала, фильтры (например, полосовые или интерференционные), оптические волокна, циркуляторы, светоделители, поляризаторы, поляризационные светоделители, волновые (например, полуволновые или четвертьволновые) пластины, дифракционные элементы, микроэлектромеханические (MEM) элементы, коллиматорные элементы или голографические элементы в количестве одной или нескольких единиц.

[0122] Предполагается, что в по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии на тех или иных внутренних путях распространения лучей из множества внутренних путей 312 распространения лучей могут совместно использоваться по меньшей мере несколько общих оптических элементов, тем не менее, это не обязательно для всех вариантов осуществления настоящей технологии.

Блок сканирования

[0123] В общем случае блок 308 сканирования направляет выходной луч 314 в одном или нескольких направлениях в окружающее пространство 250. Блок 308 сканирования связан с контроллером 310. Соответственно, контроллер 310 выполнен с возможностью управления блоком 308 сканирования, направляя выходной луч 314 в нужном направлении и/или в соответствии с заданной схемой сканирования. В целом, в контексте настоящего описания под «схемой сканирования» подразумевается схема или траектория, по которой блок 308 сканирования направляет выходной луч 314 в ходе работы.

[0124] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 выполнен с возможностью сканирования пространства выходным лучом 314 с помощью блока 308 сканирования в нескольких диапазонах горизонтальных и/или вертикальных углов, при этом полный сектор, в котором блок 308 сканирования осуществляет сканирование пространства выходным лучом 314, в некоторых случаях называется здесь полем обзора. Предполагается, что расположение элементов, ориентация и/или угловые диапазоны могут зависеть от конкретной реализации лидарной системы 300. Поле обзора, как правило, включает в себя несколько интересующих областей, которые определяются как части поля обзора, которые могут содержать, например, представляющие интерес объекты. В некоторых вариантах реализации блок 308 сканирования 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, где лидарная система 300 способна осуществлять сканирование и/или сбор данных.

[0125] Следует отметить, что интересующая область 325 лидарной системы 300 может перекрывать, охватывать или вмещать, по меньшей мере частично, место расположения объекта 320 в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

[0126] Согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, блок 308 сканирования может осуществлять сканирование пространства выходным лучом 314 по горизонтали и/или по вертикали, а интересующая область 325 лидарной системы 300, соответственно, может быть ориентирована в горизонтальном и/или в вертикальном направлении. Например, интересующая область 325 может быть ограничена углом 45° в горизонтальном направлении и углом 45° в вертикальном направлении. В некоторых вариантах реализации оси сканирования могут иметь разную ориентацию.

[0127] Блок 308 сканирования содержит первый отражающий элемент 350, второй отражающий элемент 360 и механизм 370 регулировки, соединенный с первым отражающим элементом 350 и/или со вторым отражающим элементом 360. Первый отражающий элемент 350 выполнен с возможностью перенаправления выходного луча 314 от светоделительного элемента ко второму отражающему элементу 350 при развертке выходного луча по первой оси. Второй отражающий элемент 360 выполнен с возможностью перенаправления выходного луча 314 от первого отражающего элемента 350 в окружающее пространство 250 (через окно 380 корпуса 330) при развертке выходного луча по второй оси. Вторая ось может быть перпендикулярной (ортогональной) первой оси. Таким образом, перенаправление и развертка выходного луча 314 совместно первым отражающим элементом 350 и вторым отражающим элементом 360 позволяют сканировать окружающее пространство 250 транспортного средства 220 по меньшей мере по двум перпендикулярным (ортогональным) осям.

[0128] Например, первый отражающий элемент 350 может развертывать выходной луч 314 по первой оси, а второй отражающий элемент 360 - по второй оси. В одном из вариантов осуществления первая ось может быть вертикальной осью, а вторая ось - горизонтальной осью. В другом варианте осуществления первая ось может быть горизонтальной осью, а вторая ось - вертикальной осью.

[0129] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии блок сканирования может дополнительно содержать еще несколько оптических и/или механических элементов для обеспечения сканирования выходным лучом. Например, блок сканирования может содержать зеркала, призмы, линзы, микроэлектромеханические элементы, пьезоэлектрические элементы, оптические волокна, делители, дифракционные элементы, коллиматорные элементы и т.п. в количестве одной или нескольких единиц. Следует отметить, что блок сканирования также может содержать один или несколько дополнительных исполнительных механизмов (отдельно не показанных), приводящих в действие по меньшей мере некоторые другие оптические элементы, например, для их вращения, наклона, поворота или углового перемещения относительно одной или нескольких осей.

[0130] Таким образом, лидарная система 300 может использовать заданную схему сканирования для формирования облака точек, практически охватывающего интересующую область 325 лидарной системы 300. Это облако точек лидарной системы 300 также может использоваться для визуализации многомерной карты объектов в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

[0131] Механизм 370 регулировки способен регулировать положение первого отражающего элемента 350 относительно второго отражающего элемента 360. В контексте настоящего описания положение первого отражающего элемента 350 может включать в себя относительное положение (например, относительное расстояние) и ориентацию (т.е. угловое положение). Механизм 370 регулировки может содержать, например, среди прочего, серводвигатели, способные изменять положение (например, за счет поступательного перемещения в одном или нескольких прямолинейных или криволинейных направлениях или вращения вокруг одной или нескольких осей) первого отражающего элемента 350 относительно второго отражающего элемента 360. В этом варианте осуществления механизм 370 регулировки регулирует положение первого отражающего элемента 350 относительно второго отражающего элемента 360 по двум степеням свободы. Понятие «две степени свободы» более подробно рассматривается ниже в соответствии с вариантами осуществления настоящей технологии.

[0132] Предусмотрены варианты осуществления, в которых механизм 370 регулировки также соединен с источником 302, 304 и/или 306 света таким образом, чтобы относительное расположение этих элементов могло регулироваться.

[0133] На фиг. 4 представлена схема конкретного варианта осуществления лидарной системы 400 (показан вид системы сверху), реализованного в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии. Лидарная система 400 содержит корпус 430 с окном 480. Несмотря на то, что это не показано на фиг. 4, окно 480 может быть закрыто прозрачным экраном. Внутри корпуса 480 лидарной системы 400 содержатся источник света, светоделительный элемент и блок обнаружения.

[0134] Источник света формирует световой луч, направляемый на поворотное гальванометрическое зеркало 450 (как один из вариантов первого отражающего элемента), которое показано на фиг. 4 и может поворачиваться в несколько положений вокруг оси 475 поворота. В этом варианте осуществления лидарная система 400 содержит двигатель 455, называемый «гальванометрическим двигателем», способный приводить гальванометрическое зеркало 450 во вращение вокруг оси 475 поворота. Таким образом, можно утверждать, что поворотное гальванометрическое зеркало 450 может переводиться гальванометрическим двигателем 455 во множество угловых положений. К указанным положениям относятся «угловые положения» поворотного гальванометрического зеркала 450, которые могут изменяться, например, среди прочего, в пределах углового диапазона 40° (например, в данном иллюстративном варианте осуществления от -25° до +15°). При этом угловой диапазон ограничивается характеристиками блока 308 сканирования. Иными словами, при более широком диапазоне углов поворота поворотного гальванометрического зеркала 450 и достаточной высоте вращающейся отражающей призмы 460 угловой диапазон может быть увеличен. Вращающаяся отражающая призма 460 более подробно описана ниже. Таким образом, угловой диапазон может варьироваться, среди прочего, в зависимости от высоты вращающейся отражающей призмы 460 и диапазона углов поворота поворотного гальванометрического зеркала 450. В альтернативном варианте осуществления поворотное гальванометрическое зеркало 450 представляет собой микроэлектромеханическую систему (MEMS, Microelectromechanical System), которая, например, среди прочего, может быть электрически соединена с пьезоэлектрическим устройством, выполненным с возможностью приводить поворотное гальванометрическое зеркало 450 в движение за счет пьезоэлектрического эффекта.

[0135] В этом варианте осуществления источник света, светоделительный элемент и блок обнаружения располагаются под гальванометрическим зеркалом 450 (соответственно, источник света, светоделительный элемент и блок обнаружения не видны на фигурах с 4 по 8). В зависимости от ориентации поворотного гальванометрического зеркала 450, в соответствующем положении относительно падающего светового луча развертка светового луча осуществляется по первой оси в направлении вращающейся отражающей призмы 460 (как одного из вариантов второго отражающего элемента). Вращающаяся отражающая призма 460 выполнена с возможностью вращения вокруг оси 465 таким образом, что она может переводиться во множество положений (т.е. угловых положений в данном примере). В данном иллюстративном варианте осуществления вращающаяся отражающая призма 460 имеет четыре отражающие поверхности. Предполагается, что в альтернативных вариантах осуществления вращающаяся отражающая призма 460 может иметь другое количество отражающих поверхностей (например, шесть отражающих поверхностей).

[0136] В ходе работы световые лучи, перенаправляемые поворотным гальванометрическим зеркалом 450 к вращающейся отражающей призме 460, падают на одну из отражающих сторон вращающейся отражающей призмы 460 и перенаправляются вдоль второй оси к окну 480. В зависимости от угла между падающим световым лучом, поступающим от поворотного гальванометрического зеркала 450, и лучом, отраженным одной из отражающих сторон вращающейся отражающей призмы 460, в каждый конкретный момент времени (т.е. в зависимости от положения вращающейся отражающей призмы 460 относительно ее оси вращения) осуществляется развертка светового луча вдоль второй оси в направлении окна 480. Поворотное гальванометрическое зеркало 450 и вращающаяся отражающая призма 460 совместно обеспечивают сканирование пространства световыми лучами по двум разным осям, задавая двумерную схему сканирования.

[0137] Как видно из фиг. 5, в одном или нескольких положениях поворотного гальванометрического зеркала 450 при вращении вращающейся отражающей призмы 460 вокруг оси 465 вращения световой луч падает на отражающую поверхность вращающейся отражающей призмы 460 под прямым углом, вызывая эффект самоотражения. В этом варианте осуществления вращающаяся отражающая призма 460 имеет четыре отражающие поверхности. В альтернативном варианте осуществления вращающаяся отражающая призма 460 может иметь шесть отражающих поверхностей. В других альтернативных вариантах осуществления вращающаяся отражающая призма 460 может иметь какое-либо иное количество отражающих поверхностей. В примере, иллюстрирующем расположение элементов лидарной системы 400 на фиг. 4 и 5, вращающаяся отражающая призма 460 на фиг. 5 повернута вокруг оси 465 вращения в сравнении с фиг. 4.

[0138] Как отмечалось выше, отражение под прямым углом, показанное на фиг. 5, может привести к повреждению блока обнаружения и создать «слепую зону» в поле обзора, вследствие чего на трехмерной карте, представляющей окружающее пространство, образуется «пробел». В соответствии с одним из аспектов настоящей технологии предложена калибровка лидарной системы 400, при проведении которой вращение поворотного гальванометрического зеркала 450 гальванометрическим двигателем 455 в заданном угловом диапазоне не приводит к возникновению эффекта самоотражения, что обеспечивает требуемое качество и полноту данных, формируемых лидарной системой 400.

[0139] В этом варианте осуществления лидарная система 400 содержит механизм 470 регулировки, выполненный с возможностью регулировки положения поворотного гальванометрического зеркала 450 относительно вращающейся отражающей призмы 460 по двум степеням свободы (т.е. относительное положение и ориентацию). Также предусмотрены варианты осуществления, в которых механизм 470 регулировки обеспечивает регулировку положения поворотного гальванометрического зеркала 450 по большему числу степеней свободы.

[0140] В частности, как более подробно описано ниже, механизм 470 регулировки может регулировать положение поворотного гальванометрического зеркала 450 относительно других элементов лидарной системы 400. Также предусмотрены альтернативные варианты осуществления, в которых механизм 470 регулировки регулирует положение вращающейся отражающей призмы 460 (например, положение оси 465 вращения) относительно других элементов лидарной системы 400.

[0141] На фиг. 6 положение поворотного гальванометрического зеркала 450 отрегулировано механизмом 470 регулировки по первой степени свободы. В этом варианте осуществления первая степень свободы соответствует вращению вокруг оси 477 светового луча, формируемого источником света (или просто «оси луча источника света») в направлении поворотного гальванометрического зеркала 450. В иллюстративном примере на фиг. 6 ось 477 луча источника света ортогональна плоскости фиг. 6, а поворотное гальванометрическое зеркало 450 повернуто вокруг оси 477 луча источника света против часовой стрелки, хотя в других вариантах поворотное гальванометрическое зеркало 450 может поворачиваться вокруг оси 477 луча источника света по часовой стрелке. Можно утверждать, что такая регулировка положения поворотного гальванометрического зеркала 450 относительно оси 477 луча источника света по первой степени свободы вызывает сдвиг поля обзора лидарной системы 400 относительно слепой зоны.

[0142] В варианте осуществления, показанном на фиг. 7, положение поворотного гальванометрического зеркала 450 отрегулировано механизмом 470 регулировки по второй степени свободы. В этом варианте осуществления вторая степень свободы соответствует перемещению поворотного гальванометрического зеркала 450 механизмом 470 регулировки по круговой траектории 485, заданной вокруг оси 465 вращения вращающейся отражающей призмы 460. В иллюстративном примере на фиг. 7 поворотное гальванометрическое зеркало 450 перемещено по часовой стрелке по круговой траектории 485. Можно утверждать, что такая регулировка положения поворотного гальванометрического зеркала 450 по второй степени свободы вызывает сдвиг поля обзора лидарной системы 400 относительно окружающего пространства. В данном варианте осуществления регулировка положения поворотного гальванометрического зеркала 450 по второй степени свободы также может вызывать изменение размера слепой зоны.

[0143] В том же или в другом варианте осуществления положение и/или ориентация оси 465 вращения также могут регулироваться механизмом 470 регулировки по меньшей мере по одной степени свободы. В иллюстративном варианте осуществления на фиг. 8 механизм 470 регулировки соединен с вращающейся отражающей призмой 460 таким образом, что ось 465 вращения может перемещаться. Предусмотрены альтернативные варианты осуществления, в которых положение и/или ориентация оси 465 вращения регулируется еще одним механизмом регулировки (т.е. независимо от механизма 470 регулировки).

[0144] В этом варианте осуществления по меньшей мере одна степень свободы соответствует перемещению оси 465 вращения по прямолинейной траектории 467, в связи с чем эту по меньшей мере одну степень свободы можно называть третьей степенью свободы. В иллюстративном примере на фиг. 8 ось 465 вращения ортогональна плоскости фиг. 8 и смещена влево относительно фиг. 7. В альтернативном варианте осуществления ось 465 вращения может перемещаться по большему числу траекторий во множестве направлений, а ориентация оси 465 вращения может регулироваться механизмом 470 регулировки или другим механизмом регулировки, независимым от механизма 470 регулировки. В том же или в другом варианте осуществления вращающаяся отражающая призма 460 и поворотное гальванометрическое зеркало 450 расположены так, что положение вращающейся отражающей призмы 460 может регулироваться по третьей степени свободы независимо от первой и второй степеней свободы поворотного гальванометрического зеркала 450, а положение поворотного гальванометрического зеркала 450 может регулироваться по первой и/или второй степеням свободы независимо от третьей степени свободы вращающейся отражающей призмы 460. Иными словами, возможна любая регулировка по первой, второй и третьей степеням свободы по отдельности и/или в любой их комбинации.

[0145] Следует отметить, что перемещения и повороты в разных положениях поворотного гальванометрического зеркала 450 и вращающейся отражающей призмы 460 изображены на фиг. с 4 по 8 в преувеличенном виде и призваны лишь облегчить понимание настоящей технологии. Предполагается, что диапазоны таких перемещений и поворотов могут различаться в зависимости от варианта реализации настоящей технологии и определяются, среди прочего, конструкцией и назначением системы.

[0146] Также следует отметить, что как более подробно описано ниже, регулировка положения поворотного гальванометрического зеркала 450 относительно вращающейся отражающей призмы 460 с помощью механизма 470 регулировки может осуществляться итеративно. Например, если при повороте поворотного гальванометрического зеркала 450 в пределах углового диапазона обнаруживается эффект самоотражения, механизм 470 регулировки может отрегулировать положение поворотного гальванометрического зеркала 450 на круговой траектории 485 и относительно оси 477 луча источника света так, чтобы при повороте поворотного гальванометрического зеркала 450 в пределах заданного углового диапазона эффект самоотражения не возникал. Иными словами, калибровка лидарной системы может производиться, по меньшей мере частично, путем итеративной регулировки положения поворотного гальванометрического зеркала 450 по двум степеням свободы до тех пор, пока не будет устранен эффект самоотражения при повороте поворотного гальванометрического зеркала 450 в пределах заданного углового диапазона.

Блок обнаружения

[0147] Как показано на фиг. 3, согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, блок 306 обнаружения связан с контроллером 310 и может быть реализован множеством способов. В соответствии с настоящей технологией, блок 306 обнаружения содержит фотодетектор, но может содержать и фотоприемник, оптический приемник, оптический датчик, детектор, оптический детектор, оптические волокна и т.п., не ограничиваясь ими. Как указано выше, в некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии блок 306 обнаружения может принимать или обнаруживать по меньшей мере часть входного луча 316 и формировать электрический сигнал, соответствующий входному лучу 316. Например, если входной луч 316 включает в себя оптический импульс, блок 306 обнаружения может формировать импульс электрического тока или напряжения, соответствующий оптическому импульсу, обнаруженному блоком 306 обнаружения.

[0148] Предполагается, что в различных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии блок 306 обнаружения 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 (фотодиодной структуры, образованной полупроводником p-типа и полупроводником n-типа), одного или несколько PIN-фотодиодов (фотодиодной структуры, образованной нелегированной областью полупроводника с собственной проводимостью, расположенной между областями p-типа и n-типа) и т.п.

[0149] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления блок 306 обнаружения также может содержать электронные схемы, выполняющие усиление, дискретизацию, фильтрацию сигнала, преобразование формы сигнала, аналого-цифровое преобразование, время-цифровое преобразование, детектирование импульсов, пороговое детектирование, детектирование переднего фронта, детектирование заднего фронта и т.п. Например, блок 306 обнаружения может содержать электронные элементы, способные преобразовывать принятый фототок (например, ток, создаваемый лавинным фотодиодом под действием принимаемого оптического сигнала) в сигнал напряжения. Блок 306 обнаружения 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.

[0150] В различных вариантах осуществления блок 306 обнаружения способен обнаруживать эффект самоотражения путем определения энергии входного луча 316 (например, по силе света или освещенности) и регистрации превышения заранее заданного порогового уровня. При обнаружении эффекта самоотражения блоком 306 контроллер 310 может инициировать выполнение процедуры калибровки. Как отмечалось выше, процедура калибровки может итеративно выполняться до тех пор, пока блок 306 обнаружения не перестанет обнаруживать эффект самоотражения в каких-либо угловых положениях первого отражающего элемента 350.

[0151] Разработчики настоящей технологии учли, что положения первого отражающего элемента 350 и второго отражающего элемента 360 могут изменяться, в частности, в зависимости от влажности, температуры, перемещения и т.д. Следовательно, для обеспечения требуемого качества данных, формируемых лидарной системой, целесообразно постоянно калибровать и/или регулировать один или несколько рабочих параметров блока сканирования при работе лидарной системы.

[0152] В контексте настоящей технологии уровень энергии входного луча 316, определенный фотодетектором в процессе калибровки в ответ на прием конкретного обратного светового луча, сравнивается с заранее заданным порогом. В частности, в процессе калибровки механизм 370 регулировки блока 306 сканирования способен регулировать положение первого отражающего элемента 350 относительно второго отражающего элемента 360 по двум степеням свободы таким образом, чтобы при переводе первого отражающего элементе 350 в положение из первого множества положений (например, в угловое положение в пределах углового диапазона) эффект самоотражения не возникал.

[0153] В целом, в этом варианте осуществления при обнаружении эффекта самоотражения относительное положение и/или ориентация первого отражающего элемента 350 относительно второго отражающего элемента 360 могут регулироваться механизмом 370 регулировки по двум степеням свободы.

[0154] Способность блока сканирования, предусмотренного в некоторых вариантах осуществления настоящей технологии, формировать особый обратный световой луч, вызывающий эффект самоотражения, для калибровки блока обнаружения более подробно описана ниже со ссылкой на фиг. 9.

Контроллер

[0155] В зависимости от реализации, контроллер 310 может содержать один или несколько процессоров, специализированную интегральную схему (ASIC, Application-Specific Integrated Circuit), программируемую вентильную матрицу (FPGA, Field-Programmable Gate Array) и/или другие подходящие схемы. Контроллер 310 также может содержать долговременную машиночитаемую память для хранения команд, исполняемых контроллером 310, а также данных, которые контроллер 310 может создавать на основе сигналов, полученных от других внутренних элементов лидарной системы 300, и/или сигналов, выдаваемых другим внутренним элементам лидарной системы 300. Память может содержать энергозависимые (например, ОЗУ) и/или энергонезависимые (например, флэш-память, жесткий диск) элементы. Контроллер 310 может формировать данные в ходе работы и сохранять их в памяти. Например, такие данные, формируемые контроллером 310, могут быть связаны с точками данных в облаке точек лидарной системы 300.

[0156] Предполагается, что в по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может быть реализован подобно электронному устройству 210 и/или компьютерной системе 100 без отступления от существа и объема настоящей технологии. В дополнение к сбору данных от блока 306 обнаружения, контроллер 310 также может выдавать управляющие сигналы для источника 302 света и блока 308 сканирования и, возможно, принимать от них данные диагностики.

[0157] Как указано выше, контроллер 310 связан с источником 302 света, блоком 308 сканирования и блоком 306 обнаружения. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии контроллер 310 может принимать электрические пусковые импульсы от источника 302 света, при этом каждый электрический пусковой импульс соответствует излучению оптического импульса источником 302 света. Контроллер 310 может дополнительно выдавать источнику 302 света команды, управляющий сигнал и/или пусковой сигнал, указывающие на то, когда источник 302 света должен формировать оптические импульсы, например, для выходного луча 314.

[0158] Лишь для примера, контроллер 310 может выдавать электрический пусковой сигнал, содержащий электрические импульсы, с тем, чтобы источник 302 света излучал оптический импульс, представленный выходным лучом 314, в ответ на каждый импульс электрического пускового сигнала. Также предполагается, что контроллер 310 может обеспечивать изменение источником 302 света одной или нескольких характеристик выходного луча 314, создаваемого источником 302 света, таких как, среди прочего, частота, период, длительность, энергия импульса, пиковая мощность, средняя мощность и длина волны оптических импульсов.

[0159] В соответствии с настоящей технологией, контроллер 310 выполнен с возможностью определения значения «времени пролета» оптического импульса для вычисления расстояния между лидарной системой 300 и одним или несколькими объектами в поле обзора, как описано ниже. Время пролета определяется на основе информации о времени, связанной (1) с первым моментом времени, когда оптический импульс (например, выходной луч 314) был излучен источником 302 света, и (2) со вторым моментом времени, когда часть этого оптического импульса (например, входного луча 316) была зарегистрирована или принята блоком 306 обнаружения. В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии первый момент времени может соответствовать моменту передачи контроллером 310 электрического импульса, связанного с оптическим импульсом, а второй момент времени может соответствовать моменту приема контроллером 310 от блока 306 обнаружения электрического сигнала, сформированного в ответ на прием части оптического импульса входного луча 316.

[0160] В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии, в которых светоделительный элемент 304 способен делить выходной луч 314 на сканирующий луч (не показан) и опорный луч (не показан), первый момент времени может представлять собой момент приема от блока 306 обнаружения первого электрического сигнала, сформированного в ответ на прием части опорного луча. Соответственно, в этих вариантах осуществления второй момент времени может быть определен как момент приема контроллером 310 от блока 306 обнаружения второго электрического сигнала, сформированного в ответ на прием другой части оптического импульса входного луча 316.

[0161] В соответствии с настоящей технологией, контроллер 310 способен определять на основе первого и второго моментов времени значение времени пролета и/или величину фазовой модуляции для излученного импульса выходного луча 314. Значение времени T пролета в некотором смысле представляет собой время прохождения излученного импульса «туда и обратно», т.е. от лидарной системы 300 до объекта 320 и обратно до лидарной системы 300. Таким образом, контроллер 310 в общем случае способен определять расстояние 318 по следующей формуле:

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

[0162] Как упоминалось ранее, лидарная система 300 может использоваться для определения расстояния 318 до одного или нескольких других потенциальных объектов, расположенных в окружающем пространстве 250. Производя сканирование выходным лучом 314 интересующей области 325 лидарной системы 300 в соответствии с заданной схемой сканирования, контроллер 310 способен отображать расстояния (подобно расстоянию 318) до соответствующих точек данных в интересующей области 325 лидарной системы 300. Исходя из этого контроллер 310, как правило, способен представлять эти поочередно получаемые точки данных (например, облака точек) в виде многомерной карты. В некоторых вариантах практической реализации данные, связанные с определенным временем пролета и/или с расстояниями до объектов, могут отображаться в различных информационных форматах.

[0163] Например, такая многомерная карта может использоваться электронным устройством 210 для обнаружения или иного вида идентификации объектов либо для определения формы потенциальных объектов в интересующей области 325 лидарной системы 300 или расстояния до них. Предполагается, что лидарная система 300 способна многократно/итеративно получать и/или формировать облака точек с любой скоростью, пригодной для данного применения.

Варианты осуществления блока сканирования

[0164] На фиг. 9 представлена схема лидарной системы 900 в соответствии с по меньшей мере некоторыми вариантами осуществления настоящей технологии. Лидарная система 900 содержит корпус 930 с окном 980. На чертежах также представлены источник 902 света, блок 906 обнаружения и блок 908 сканирования. Блок 908 сканирования и блок 906 обнаружения расположены внутри корпуса 930. Корпус 930 служит укрытием, защищающим блок 908 сканирования и блок 906 обнаружения от источников света в окружающем пространстве. Элементы лидарной системы 900 могут быть реализованы подобно элементам лидарной системы 300 без отступления от существа и объема настоящей технологии.

[0165] Блок 908 сканирования содержит поворотный отражающий элемент 950, вращающийся отражающий элемент 960 и механизм 970 регулировки. В частности, поворотный отражающий элемент 950 показан в трех различных положениях, а именно в первом положении 951, втором положении 952 и третьем положении 953. Поворотный отражающий элемент 950 способен поворачиваться вокруг оси поворота 975 в положение из множества положений, включая первое положение 951, второе положение 952 и третье положение 953. Иными словами, поворотный отражающий элемент 950 может поворачиваться вокруг оси 975 в некотором угловом диапазоне, что задает множество угловых положений для поворотного отражающего элемента 950.

[0166] Целью поворота поворотного отражающего элемента 950 является развертка выходных лучей вдоль первой оси сканирования. Когда световые лучи 971, 972 и 973, создаваемые источником 902 света, попадают на поворотный отражающий элемент 950, они перенаправляются поворотным отражающим элементом 950 вдоль первой оси сканирования в зависимости от ориентации поворотного вращающего элемента 950.

[0167] Как показано на фиг. 9, поворотный отражающий элемент 950 способен перенаправлять световой луч 971 и световой луч 972 к вращающемуся отражающему элементу 960 при нахождении в первом положении 951 и втором положении 952 соответственно, при этом вращающийся отражающий элемент 960 вращается вокруг оси вращения (не показана) при работе лидарной системы 900. В одном из вариантов осуществления вращающийся отражающий элемент 960 представляет собой многогранную отражающую призму с четырьмя отражающими поверхностями. В еще одном варианте осуществления вращающийся отражающий элемент 960 представляет собой отражающую призму с шестью отражающими поверхностями. В других вариантах осуществления вращающийся отражающий элемент 960 представляет собой отражающую призму с каким-либо иным количеством отражающих поверхностей. Второй отражающий элемент 960, в свою очередь, способен перенаправлять световой луч 971 и световой луч 972 в окружающее пространство через окно 980. При некоторой ориентации вращающегося отражающего элемента 960 световой луч 973 падает на вращающийся отражающий элемент 960 под прямым углом (т.е. под углом 90°) и, соответственно, перенаправляется к поворотному отражающему элементу 950, находящемуся в третьем положении 953, в не в окружающее пространство через окно 980.

[0168] Как описано выше, световой луч 973 вызывает появление слепой зоны в поле обзора лидарной системы 900 в связи с тем, что световой луч 973 не выходит в окружающее пространство лидарной системы 900. Иными словами, в окружающем пространстве есть зона в поле обзора лидарной системы, которая не охватывается световыми лучами, излучаемыми источником 902 света. Соответственно, отражение светового луча 973 вращающимся отражающим элементом 960 к поворотному отражающему элементу 950 вместо окружающего пространства, приводит к появлению «пробела» на трехмерной карте, представляющей окружающее пространство лидарной системы. Таким образом, указанный «пробел» может создавать риски в лидарной системе 900 или любой другой системе, которая использует трехмерную карту, представляющую окружающее пространство лидарной системы 900, из-за частичного отсутствия (т.е. недостатка) информации об окружающем пространстве.

[0169] Кроме того, как отмечалось выше, световой луч 973, не проходящий через окружающее пространство, обладает относительно высокой энергией. По этой причине световой луч 973 после отражения от вращающегося отражающего элемента 960 может перегрузить и повредить блок 906 обнаружения и, в частности, его оптический датчик, например, фотодетектор.

[0170] В этом варианте осуществления лидарная система содержит механизм 970 регулировки, предназначенный для регулировки положения поворотного отражающего элемента 950 относительно вращающегося отражающего элемента 960. Лидарная система 900 может осуществлять процесс калибровки, используя, по меньшей мере частично, механизм 970 регулировки, чтобы исключить возникновение эффекта самоотражения в том или ином виде при повороте поворотного отражающего элемента 950 вокруг оси 975 поворота.

[0171] В этом варианте осуществления механизм 970 регулировки может регулировать положение поворотного отражающего элемента 950 относительно вращающегося отражающего элемента 960 по двум степеням свободы. Также предусмотрены альтернативные варианты осуществления, в которых указанное положение регулируется по большему числу степеней свободы.

[0172] В частности, механизм 970 регулировки может перемещать и/или поворачивать ось 975 поворота поворотного отражающего элемента 950. В этом варианте осуществления регулировка положения поворотного отражающего элемента 950 относительно вращающегося отражающего элемента 960 по первой степени свободы может приводить к сдвигу слепой зоны, обусловленной эффектом самоотражения, относительно поля обзора, а регулировка положения поворотного отражающего элемента 950 относительно вращающегося отражающего элемента 960 по второй степени свободы может изменять поле обзора таким образом, чтобы слепая зона оказывалась вне поля обзора.

[0173] В том же или в другом варианте осуществления механизм 970 регулировки может регулировать положение и/или ориентацию поворотного отражающего элемента 960 относительно лидарной системы 900 (например, относительно окна 980). Например, механизм 970 регулировки может перемещать и/или поворачивать ось вращения вращающегося отражающего элемента 960 таким образом, чтобы вращающий отражающий элемент 960 мог переводиться (т.е. поворачиваться в этом варианте осуществления) в положение из скорректированного множества положений. Механизм 970 регулировки позволяет регулировать положение и/или ориентацию поворотного отражающего элемента 960 по третьей степени свободы, которая может соответствовать, например, перемещению оси вращения по прямолинейной траектории. Также предусмотрены альтернативные варианты осуществления, в которых механизм 970 регулировки регулирует положение и/или ориентацию поворотного отражающего элемента 960 по большему числу степеней свободы.

[0174] В этом варианте осуществления в ходе итеративного выполнения процесса калибровки механизм 970 регулировки регулирует положение поворотного отражающего элемента 950 относительно вращающегося отражающего элемента 960 по одной или обеим из первой и второй степеней свободы до тех пор, пока эффект самоотражения не перестанет обнаруживаться при перемещении поворотного отражающего элемента 950 вокруг оси 975 поворота в пределах заданного углового диапазона (т.е. во всем множестве угловых положений). Более подробное описание способа калибровки лидарной системы 900 приведено ниже.

[0175] В по меньшей мере некоторых вариантах осуществления настоящей технологии реализована указанная лидарная система, которая, среди прочего, содержит корпус, блок сканирования и блок обнаружения. Блок сканирования включает в себя первый отражающий элемент и второй отражающий элемент для сканирования пространства световыми лучами, формируемыми лидарной системой. Первый отражающий элемент может переводиться во множество положений относительно оси привода. В одних случаях осью привода может быть ось вращения, а в других - ось поворота и/или ось колебаний. Множество положений может включать в себя по меньшей мере одно положение, в котором первый отражающий элемент отражает световой луч таким образом, что этот луч падает под прямым углом (т.е. под углом 90°) на второй отражающий элемент и отражается обратно к первому отражающему элементу, создавая эффект самоотражения в лидарной системе.

[0176] Например, при работе лидарной системы контроллер может переводить первый отражающий элемент в каждое положение из множества положений, вызывая эффект самоотражения в лидарной системе при падении светового луча на второй отражающий элемент под прямым углом.

[0177] В результате в некоторых из множества положений самоотраженный луч может улавливаться блоком обнаружения, вызывая повреждение блока обнаружения и образование слепой зоны, означающей отсутствие информации об окружающем пространстве лидарной системы. В том же примере при работе лидарной системы контроллер может осуществлять регулировку положения первого отражающего элемента с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из скорректированного множества положений, в которых эффект самоотражения не возникает.

[0178] В по меньшей мере некоторых вариантах осуществления предполагается, что в одном цикле сканирования лидарной системы (т.е. при прохождении первым отражающим элементом всего множества положений) контроллер совместно с блоком обнаружения могут обнаруживать возникновение эффекта самоотражения. При обнаружении эффекта самоотражения контроллер может осуществлять регулировку положения первого отражающего элемента по одной или обеим из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки с тем, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из скорректированного множества положений.

[0179] Также предполагается, что контроллер совместно с блоком обнаружения могут продолжать обнаруживать эффект самоотражения при прохождении первым отражающим элементом скорректированного множества положений. При обнаружении эффекта в этом случае контроллер может осуществлять дополнительную (повторную) регулировку положения первого отражающего элемента по одной или обеим из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки с тем, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из другого скорректированного множества положений. Предполагается, что данные, содержащие информацию о положении, скоростях вращения, относительных углах и прочих характеристиках элементов лидарной системы, могут формироваться и/или приниматься контроллером и сохраняться в памяти (например, в памяти 130) лидарной системы. В по меньшей мере некоторых вариантах осуществления указанная информация сохраняется с метками времени, позволяя отслеживать изменение характеристик элементов во времени. Процесс калибровки может продолжаться в таком итеративном режиме до тех пор, пока эффект самоотражения не перестанет обнаруживаться при переводе первого отражающего элемента в положение из текущего множества положений. В том же или другом варианте осуществления процесс калибровки может включать в себя вычисление положений первого и второго отражающих элементов, в которых не возникает эффекта самоотражения, до начала регулировки положений первого и второго отражающих элементов. Такое вычисление, например, среди прочего, может основываться на информации об относительных положениях и относительных скоростях (например, скоростях вращения) элементов лидарной системы и, в частности, ее блока сканирования. В альтернативных вариантах осуществления блок сканирования может иметь другую конструкцию, реализованную, например, среди прочего, за счет изменения количества отражающих поверхностей второго отражающего элемента, размещения первого и второго отражающих элементов под сложными углами, введения экранирующих диафрагм в оптический путь светового пучка и/или физического перекрытия слепой зоны.

[0180] Также следует отметить, что относительные положения первого и второго отражающих элементов могут изменяться под воздействием таких внешних факторов, как влажность, температура, перемещение и т.п. Поэтому контроллер может постоянно проверять наличие эффекта самоотражения при работе лидарной системы с тем, чтобы механизм регулировки мог регулировать положение первого отражающего элемента по одной или обеим из двух степеней свободы в случае возникновения эффекта самоотражения.

[0181] В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии лидарная система может реализовывать способ 1000, блок-схема которого представлена на фиг. 10. Ниже приводится описание шагов способа 1000.

Шаг 1002: излучение источником света светового луча в направлении первого отражающего элемента.

[0182] Реализация способа 1000 начинается с шага 1002 - излучения источником света лидарной системы светового луча в направлении первого отражающего элемента.

[0183] Предполагается, что в некоторых вариантах осуществления настоящей технологии источник света может содержать один или несколько лазерных диодов, в том числе, среди прочего, лазерный диод Фабри-Перо, лазер на квантовых ямах, лазер с распределенным брэгговским отражателем (DBR), лазер с распределенной обратной связью (DFB) и поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL). Например, источник света может быть реализован подобно источнику 302 света. Также предполагается, что источник света может содержать один или несколько лазерных диодов с модуляцией током для формирования оптических импульсов.

[0184] В этом варианте осуществления первым отражающим элементом может быть гальванометрическое зеркало, способное поворачиваться вокруг оси поворота.

Шаг 1004: перевод первого отражающего элемента в положение из первого множества положений и второго отражающего элемента в положение из второго множества положений.

[0185] Следующим шагом в способе 1000 является шаг 1004 - обеспечение лидарной системой перевода первого отражающего элемента в положение из первого множества положений и второго отражающего элемента в положение из второго множества положений.

[0186] Предполагается, что в некоторых вариантах осуществления настоящей технологии первый отражающий элемент в блоке сканирования лидарной системы способен осуществлять развертку световых лучей в направлении второго отражающего элемента. Например, первый отражающий элемент может быть реализован подобно отражающему элементу 950 или поворотному гальванометрическому зеркалу 450. В этом варианте осуществления первым множеством положений является первое множество угловых положений, заданных в угловом диапазоне первого отражающего элемента относительно оси поворота, но не ограничивается этим.

[0187] В данном варианте осуществления второй отражающий элемент может представлять собой многогранную призму или может быть реализован подобно отражающему элементу 960 или вращающейся отражающей призме 460. Например, второй отражающий элемент может вращаться с постоянной скоростью, заданной в диапазоне от 1 до 200 оборотов в минуту (об/мин), вокруг оси вращения, определяя второе множество положений. Указанная скорость может зависеть от характеристик лидарной системы и ее элементов, например, от максимальной частоты сбора данных об окружающем пространстве лидарной системы.

Шаг 1006: обнаружение блоком обнаружения самоотраженного луча, представляющего собой световой луч, перенаправленный вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства.

[0188] Следующим шагом в способе 1000 является шаг 1006 - обнаружение лидарной системой самоотраженного луча, представляющего собой световой луч, перенаправленный вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу, а не в окружающее пространство.

[0189] В данном примере световые лучи перенаправляются ко второму отражающему элементу при переводе первого отражающего элемента в положение из описанного выше множества положений. Множество положений может включать в себя одно или несколько положений, в которых световой луч, отраженный первым отражающим элементом, падает на второй отражающий элемент под прямым углом (т.е. под углом 90°). Соответственно, такой световой луч отражается обратно к первому отражающему элементу по тому же оптическому пути, создавая эффект самоотражения в лидарной системе. Такой световой луч может быть назван «самоотраженным лучом».

[0190] Блок обнаружения лидарной системы определяет, среди прочего, энергию световых лучей, возвращающихся к блоку обнаружения. В различных вариантах осуществления самоотраженный луч обнаруживается при получении блоком обнаружения обратного светового луча с энергией, превышающей заранее заданный пороговый уровень.

Шаг 1008: регулировка, в ответ на обнаружение самоотраженного луча, положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из скорректированного множества положений.

[0191] Следующим шагом в способе 1000 является шаг 1008 - в ответ на обнаружение самоотраженного луча лидарная система регулирует положение первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из скорректированного множества положений.

[0192] В этом варианте осуществления механизм регулировки регулирует положение (т.е. относительное положение и ориентацию) первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по двум степеням свободы. Механизм регулировки может быть реализован подобно механизму 470 регулировки или механизму 770 регулировки. В частности, механизм регулировки может регулировать положение и/или ориентацию оси поворота первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента. Соответственно, первое множество положений корректируется таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из иного множества положений или «первого скорректированного множества положений».

[0193] В различных вариантах осуществления механизм регулировки регулирует ось поворота первого отражающего элемента (например, гальванометрического зеркала) по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент поворачивался в положение из первого скорректированного множества положений вокруг отрегулированной оси поворота. В том же или других вариантах осуществления механизм регулировки регулирует положение первого отражающего элемента по обеим степеням свободы. Такая регулировка по обеим степеням свободы может производиться одновременно или последовательно.

[0194] В одном из вариантов осуществления способ 1000 дополнительно предусматривает на шаге 1008 регулировку положения второго отражающего элемента (например, его оси вращения) по меньшей мере по одной степени свободы таким образом, чтобы второй отражающий элемент мог переводиться в положение из второго скорректированного множества положений.

[0195] В одном из вариантов осуществления способ 1000 дополнительно предусматривает при переводе первого отражающего элемента в положение из первого скорректированного множества положений, излучение источником света другого светового луча в направлении первого отражающего элемента и перевод первого отражающего элемента в положение из первого скорректированного множества положений и второго отражающего элемента в положение из второго множества положений.

[0196] Блок обнаружения может дополнительно обнаруживать возникновение эффекта самоотражения при прохождении первым отражающим элементом первого скорректированного множества положений. Таким образом, способ 1000 может предусматривать в ответ на обнаружение блоком обнаружения лидарной системы другого самоотраженного луча регулировку положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из другого первого скорректированного множества положений. Регулировка положения первого отражающего элемента может дополнительно выполняться несколько раз до тех пор, пока самоотраженный луч не перестанет обнаруживаться при переводе первого отражающего элемента в положение из текущего первого скорректированного множества положений. Таким образом, положение первого отражающего элемента при обнаружении блоком обнаружения самоотраженного луча может регулироваться итеративно.

[0197] В этом варианте осуществления регулировка положения первого отражающего элемента с помощью механизма регулировки может прекращаться в случае подтверждения отсутствия светового луча, перенаправляемого вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства, во всех положениях из текущего скорректированного множества положений первого отражающего элемента при работе лидарной системы.

[0198] 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.

Изобретение относится к лидарным системам и способам калибровки лидарных систем. Лидарная система содержит источник света, блок сканирования и блок обнаружения. Блок сканирования содержит первый отражающий элемент для перенаправления светового луча от источника света, второй отражающий элемент для перенаправления светового луча от первого отражающего элемента в окружающее пространство и механизм регулировки для регулировки положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по двум степеням свободы. Способ включает в себя излучение светового луча в направлении первого отражающего элемента, перевод первого и второго отражающих элементов в положения из первого и второго множеств положений, соответственно, обнаружение самоотраженного луча и регулировку положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы в ответ на обнаружение самоотраженного луча. Технический результат – повышение точности определения точек, формируемых лидарной системой. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ калибровки лидарной системы, устанавливаемой на действующем в окружающем пространстве беспилотном автомобиле и содержащей источник света, блок обнаружения и блок сканирования, при этом блок сканирования содержит:

- первый отражающий элемент для перенаправления светового луча от источника света, переводимый в положение из первого множества положений;

- второй отражающий элемент для перенаправления светового луча от первого отражающего элемента в окружающее пространство, переводимый в положение из второго множества положений; и

- механизм регулировки для регулировки положения первого отражающего элемента по двум степеням свободы,

при этом способ во время калибровки лидарной системы включает в себя:

- излучение источником света светового луча в направлении первого отражающего элемента;

- перевод первого отражающего элемента в положение из первого множества положений и второго отражающего элемента в положение из второго множества положений;

- обнаружение блоком обнаружения самоотраженного луча, представляющего собой световой луч, перенаправленный вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства; и

- регулировку, в ответ на обнаружение самоотраженного луча, положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из по меньшей мере двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из первого скорректированного множества положений.

2. Способ по п. 1, дополнительно включающий в себя:

- излучение источником света другого светового луча в направлении первого отражающего элемента; и

- перевод первого отражающего элемента в положение из первого скорректированного множества положений и второго отражающего элемента в положение из второго множества положений.

3. Способ по п. 2, дополнительно включающий в себя:

- обнаружение блоком обнаружения другого самоотраженного луча, представляющего собой другой световой луч, перенаправленный вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства; и

- регулировку, в ответ на обнаружение другого самоотраженного луча, положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из другого первого скорректированного множества положений.

4. Способ по п. 2, дополнительно включающий в себя:

- определение отсутствия светового луча, перенаправляемого вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства; и

- использование скорректированного множества положений для первого отражающего элемента при работе лидарной системы.

5. Способ по п. 1, в котором первым отражающим элементом является гальванометрическое зеркало, выполненное с возможностью поворота вокруг оси поворота.

6. Способ по п. 5, в котором регулировка включает в себя регулировку оси поворота гальванометрического зеркала по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы гальванометрическое зеркало могло поворачиваться в положение из первого скорректированного множества положений вокруг отрегулированной оси поворота.

7. Способ по п. 1, в котором вторым отражающим элементом является многогранная призма.

8. Способ по п. 1, в котором обнаружение самоотраженного луча включает в себя получение блоком обнаружения обратного светового луча с энергией, превышающей заранее заданный пороговый уровень.

9. Способ по п. 1, в котором регулировка положения первого отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы включает в себя регулировку положения первого отражающего элемента по обеим степеням свободы с помощью механизма регулировки.

10. Способ по п. 1, в котором регулировка включает в себя регулировку положения второго отражающего элемента относительно лидарной системы по третьей степени свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы второй отражающий элемент мог переводиться в положение из второго скорректированного множества положений.

11. Способ по п. 1, в котором регулировка по одной из двух степеней свободы означает регулировку положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента.

12. Способ по п. 1, в котором регулировка по одной из двух степеней свободы означает регулировку положения первого отражающего элемента относительно оси светового луча, излучаемого источником света в направлении первого отражающего элемента.

13. Лидарная система (LIDAR), установленная на действующем в окружающем пространстве беспилотном автомобиле (SDC) и содержащая источник света, блок сканирования, блок обнаружения и контроллер, в которой блок сканирования содержит:

- первый отражающий элемент для перенаправления светового луча от источника света, переводимый в положение из первого множества положений;

- второй отражающий элемент для перенаправления светового луча от первого отражающего элемента в окружающее пространство, переводимый в положение из второго множества положений; и

- механизм регулировки для регулировки положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по двум степеням свободы,

при этом контроллер во время калибровки лидарной системы выполнен с возможностью:

- обеспечивать излучение источником света светового луча в направлении первого отражающего элемента;

- обеспечивать перевод первого отражающего элемента в положение из первого множества положений и второго отражающего элемента в положение из второго множества положений;

- обнаруживать совместно с блоком обнаружения самоотраженный луч, представляющий собой световой луч, перенаправленный вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства; и

- обеспечивать регулировку, в ответ на обнаружение самоотраженного луча, положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из первого скорректированного множества положений.

14. Лидарная система по п. 13, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью:

- обеспечивать излучение источником света другого светового луча в направлении первого отражающего элемента; и

- обеспечивать перевод первого отражающего элемента в положение из первого скорректированного множества положений и второго отражающего элемента в положение из второго множества положений.

15. Лидарная система по п. 14, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью:

- обнаруживать совместно с блоком обнаружения другой самоотраженный луч, представляющий собой другой световой луч, перенаправленный вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу вместо окружающего пространства; и

- обеспечивать регулировку, в ответ на обнаружение другого самоотраженного луча, положения первого отражающего элемента относительно второго отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы первый отражающий элемент мог переводиться в положение из другого первого скорректированного множества положений.

16. Лидарная система по п. 14, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью:

- определять отсутствие светового луча, перенаправляемого вторым отражающим элементом обратно к первому отражающему элементу, а не в окружающее пространство; и

- использовать скорректированное множество положений для первого отражающего элемента при работе лидарной системы.

17. Лидарная система по п. 13, в которой первым отражающим элементом является гальванометрическое зеркало, выполненное с возможностью поворота вокруг оси поворота.

18. Лидарная система по п. 17, в которой регулировка включает в себя регулировку оси поворота гальванометрического зеркала по меньшей мере по одной из двух степеней свободы с помощью механизма регулировки таким образом, чтобы гальванометрическое зеркало могло поворачиваться в положение из первого скорректированного множества положений вокруг отрегулированной оси поворота.

19. Лидарная система по п. 13, в которой вторым отражающим элементом является многогранная призма.

20. Лидарная система по п. 13, в которой контроллер способен обнаруживать самоотраженный луч при получении блоком обнаружения обратного светового луча с энергией, превышающей заранее заданный пороговый уровень.

21. Лидарная система по п. 13, в которой при регулировке положения первого отражающего элемента по меньшей мере по одной из двух степеней свободы механизм регулировки способен регулировать положение первого отражающего элемента по обеим степеням свободы.

22. Лидарная система по п. 13, в которой при обнаружении самоотраженного луча контроллер дополнительно выполнен с возможностью регулировки положения второго отражающего элемента по меньшей мере по третьей степени свободы таким образом, чтобы второй отражающий элемент мог переводиться в положение из второго скорректированного множества положений.