基于参考表面的激光雷达传感器组件校准的制作方法

本申请是2017年4月13日提交的美国申请no.15/487,363的pct国际申请，其要求2016年12月30日提交的题为“基于参考面的激光雷达传感器组件校准”的美国临时申请no.62/440,761的优先权，其全部内容出于所有目的通过引用整体并入本文。

背景技术：

术语“激光雷达(lidar)”是指通过发射光并测量光的反射的特性来测量到可见物体的距离的技术。lidar系统具有光发射器和光传感器。光发射器可以包括激光器，该激光器将高度聚焦的光朝物体引导，然后物体将光反射回光传感器。光传感器可以包括光电检测器，诸如光电倍增管或雪崩光电二极管(apd)，其将光强度转换成对应的电信号。根据lidar系统的特定性质，光学部件，诸如透镜可以用于光传输和接收路径中以聚焦光。

lidar系统具有信号处理部件，该信号处理部件分析反射光信号以确定距所发射激光被反射的表面的距离。例如，当光信号从激光器行进到表面并返回到光传感器时，系统可以测量光信号的“飞行时间”。然后基于已知的光速计算距离。然而，距离测量的准确度可取决于lidar系统的部件(例如，电源、光源、光传感器等)的性能特性。另外，环境条件的变化(例如温度和/或湿度)可能随时间影响距离测量。

附图说明

参考附图描述详细描述。在附图中，附图标记的最左边的一位或多位数字标识首次出现该附图标记的图。在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的组件或特征。

图1是示出示例性lidar传感器组件的局部剖视图，该lidar传感器组件可使用相对于lidar传感器组件固定的参考表面来校准。

图2是由示例性lidar传感器组件发射的脉冲和对应于从固定参考表面反射的光的接收脉冲的时序图。

图3a是示例性lidar传感器组件的透视图，该lidar传感器组件包括固定支撑结构，该固定支撑结构包括固定参考表面，并且为清楚起见省略了外壳。

图3b是图3a的示例性lidar传感器组件的简化俯视图，为清楚起见省略了顶部支撑肋。

图4a是图3a的示例性lidar传感器组件的透视图，示出了包括环形透镜的外壳。

图4b是图4a的示例性lidar传感器组件的沿图4a的b-b线截取的简化横截面图。

图5是具有无阻碍360度检测角度的另一示例性lidar传感器组件的简化横截面图。

图6是具有安装至载具的多个lidar传感器组件示例性载具的俯视图。

图7是示例性载具的侧视图，示出了针对lidar传感器组件的示例性安装定向。

图8是示出使用相对于lidar传感器组件固定的参考表面校准lidar传感器组件的示例方法的流程图。

具体实施方式

典型的lidar系统发射光脉冲并检测对应于从环境中的物体反射的光脉冲的反射光。然后分析反射光信号以确定从lidar系统到所发射激光被反射的表面的距离。例如，当光信号从激光器行进到物体并返回到光传感器时，系统可以测量光信号的“飞行时间”(tof)。然后基于所测量的飞行时间和已知的光速计算距离。但是，现有的lidar系统并未考虑lidar系统的部件的性能特征。

例如，这些已知技术假设光源在被指示激发时基本上瞬间发射光脉冲。然而，实际上，光脉冲不是瞬间发射的。相反，lidar系统的部件中存在一些固有的延迟。此外，光脉冲本质上可以是高斯脉冲，其在回落之前随时间斜升到峰值。因此，光脉冲的实际飞行时间是从发射光脉冲的峰值到返回脉冲的峰值的时间。然而，由于可能不知道对应于发射光脉冲的峰值的时间，所以现有的lidar系统使用指示发射光源进行激发的时间作为替代。因此，现有的lidar系统没有考虑由lidar系统的部件的性能特征和限制固有地引起的距离测量的不准确性。此外，现有的lidar系统没有考虑lidar系统的类似部件之间的性能特性的差异(例如，lidar系统内的多个不同光源之间的特征差异)。现有的lidar系统也不考虑性能特征随时间的变化，例如由lidar系统运行的环境条件引起的变化。

本申请描述了用于基于参考表面校准lidar系统的技术，该参考表面固定在距lidar传感器组件的已知距离处。通过使用距lidar传感器组件已知距离的固定参考表面，lidar传感器组件能够精确地测量发射光脉冲的峰值的时间。在一些示例中，这可以通过计算光脉冲到参考表面并返回到lidar传感器组件的预期飞行时间来直接完成。根据该预期飞行时间，lidar传感器组件可以准确地确定从激发光源的指令到发射光脉冲的峰值的延迟，该延迟可归因于lidar传感器组件的部件的性能特征。在其他示例中，由于到参考表面的距离相对较短(通常为几厘米或更小)，光脉冲到参考表面的飞行时间可以忽略不计，并且lidar传感器组件可以确定延迟为从激发光源的信号到接收峰值返回信号的时间。

无论用于确定延迟的技术是哪种，都可以校准lidar传感器组件以考虑延迟，从而提高后续距离测量的准确度。在多信道lidar系统的情况下，可以对lidar传感器组件的每个信道(例如，光源和光传感器组合)执行这些校准技术。此外，在一些示例中，可以在运行时应用这些技术以考虑性能特征随时间的变化，例如由lidar传感器组件运行的环境条件引起的变化。此外，在一些示例中，可以测量从参考表面返回的反射光的强度，并将其与先前的返回进行比较，以检测光源性能的变化(例如，确定光源、电容器的存储容量或其他电源等的退化、烧坏或故障)。

在一些示例中，可用于实现本文描述的技术的lidar传感器组件包括可可旋转组件，该可可旋转组件包括一个或多个光源、一个或多个光传感器，以及安装在机架中的相关电路，该机架围绕竖直旋转轴线旋转以水平扫描场景。在机架旋转期间，光脉冲以不同的水平方向发射。光发射的水平角度随着机架的旋转而变化。在其他示例中，根据本公开的lidar传感器组件可以以不同的方定安装(例如，可以围绕竖直轴线以外的轴线旋转，使得lidar传感器组件在除水平之外的路径中扫描)。在一些示例中，lidar传感器组件的视图可以被不透明物体(例如，被lidar传感器组件的固定部分，lidar传感器组件所安装的载具等)限制或部分阻挡。在那种情况下，可以说lidar传感器组件具有小于360度的“有限检测角度”。障碍物可包括相对于可可旋转组件的旋转轴线固定的参考表面。因此，参考表面定位在距lidar传感器组件的光源和光传感器的已知固定距离处，并且可用于校准lidar传感器组件。在其他示例中，lidar传感器组件可具有无阻碍360度检测角度。

在任一种情况下(有限检测角度或无阻碍检测角度)，lidar传感器组件可以附加地或替代地包括实质上透明的表面(例如，围绕可旋转组件的盖子或透镜)。实质上透明的表面可以联接到lidar传感器组件的固定部分，并且可以固定在距可旋转组件的旋转轴线的已知距离处。实质上透明的表面可以反射由光源发射的光的一部分，并且因此可以附加地或替代地用作固定参考表面，根据该固定参考表面校准lidar传感器组件。

在一些示例中，校准可以由lidar传感器组件的如下控制器执行。控制器可以使光源朝固定参考表面发射光脉冲。然后，控制器接收来自光传感器的信号，该信号指示检测到对应于光脉冲从固定参考表面反射的反射光。控制器可以至少部分地基于指示检测到对应于光脉冲从固定参考表面反射的反射光的信号来校准lidar传感器组件。

以这种方式，可以校准lidar传感器组件以考虑光源、光传感器和相关电路的性能特征中固有的延迟，从而提高后续距离测量的准确度。在多信道lidar系统的情况下，可以校准每个信道(例如，光源和光传感器组合)。可以在lidar系统开启时执行和/或在使用期间周期性地执行该校准以考虑性能特征随时间的变化，例如由lidar传感器组件运行的环境条件引起的变化。

以下参考附图进一步描述这些和其他方面。附图仅是示例实施方式，不应被解释为限制权利要求的范围。例如，虽然附图描绘了包括特定数量的信道的lidar传感器组件，但是本文描述的技术也适用于使用不同数量的信道的lidar传感器组件。而且，虽然在一些示例中lidar传感器组件被描述为安装到载具，但是在其他示例中，根据本公开的lidar传感器组件可以用在其他场景中，例如在生产线中、在安全环境中等。

示例lidar传感器组件

图1是包括lidar传感器组件100的示例系统的局部剖视图。lidar传感器组件100包括机架102，该机架102包括多个激光光源104(1)-104(n)(统称为“激光光源104”)以及一个或多个光传感器106(1)-106(n)(统称为“光传感器106”)，其中n是大于或等于1的任何整数。lidar传感器组件100还包括控制电路108，该控制电路108被配置为控制光源的光发射并接收和分析来自光传感器106的信号。

在一些示例中，机架102可包括隔板110(为了容易和安装的清晰度而示出为透明的)，其在机架102的两个侧向侧中的每一个上形成隔室。在图1中，传感器隔室112显示在机架102的一侧，并且发射器隔室114显示在机架102的另一侧。传感器隔室112容纳光传感器106并且发射器隔室114容纳激光光源104，而隔板110可以是不透明的，以防止或限制传感器隔室112和发射器隔室114之间的光泄漏。

在所示的示例中，机架102还支撑第一透镜116和第二透镜118，第一透镜116和第二透镜118可各自安装成使得其光轴大致垂直于机架102的外表面定向。第一透镜116通常位于发射器隔室114上方并且在激光光源104的前方。在一些示例中，一个或多个镜120在第一透镜116和第二透镜118后面定位在机架102内以在水平和竖直方向之间重新定向所发射和接收的光。机架102可以围绕旋转轴线x旋转，使得当机架102旋转时，第一透镜116和第二透镜118的光轴将水平扫描包括一个或多个物体的场景，该一个或多个物体包括物体122。

在一些示例中，lidar组件100可以包括多个信道，激光光源104可以通过这些信道沿着精确的方向发光，使得反射光照射到与激光光源104特定对应的光传感器。例如，激光光源104(1)和光传感器106(1)可以具体对应于第一信道，而激光光源104(n)和光传感器106(n)可以具体对应于第n信道。lidar传感器组件100的光学系统被设计成使得将来自位于lidar传感器组件100内的不同物理位置处的光源104的光束以不同方位角和仰角向外引导。具体地，第一透镜116被设计成对于信道中的至少一些以相对于水平的不同角度引导来自光源104的光。第一透镜116被设计成使得信道的对应光传感器106接收来自相同方向的反射光。

控制电路108包括实现控制和分析逻辑的控制器124。控制器124可以部分地由fpga(现场可编程门阵列)、微处理器、dsp(数字信号处理器)或这些中的一个或多个和其他控制和处理元件的组合来实现，并且可以具有用于存储相关程序和数据的相关联存储器。

控制器124针对多个信道中的每个信道实现控制和分析逻辑。为了使用单个信道启动单个距离测量，控制器124产生信号126。信号126由充电电路128接收，充电电路128确定适当的充电持续时间(例如，基于期望强度、脉冲宽度等)，并且提供信号130以对电容驱动器132充电指定充电持续时间。电容驱动器132包括一组一个或多个电容器以驱动光源104。充电持续时间确定由光源104发射的光脉冲的强度。

在充电指定持续时间之后，控制器124使电容驱动器132将发射器驱动信号134输出到相应的光源104。发射器驱动信号134引起光源104的相应的光源(例如，在该示例中为光源104(1))沿着向外路径136(由点划线示出)通过第一透镜116发射一个或多个激光脉冲。脉冲串被场景中的物体122反射，通过第二透镜118，并且沿着返回路径138(由双点划线示出)反射到对应信道的光传感器106(例如，在该示例中为光传感器106(1))。

在沿返回路径138接收到反射光后，光传感器106(1)将返回信号140输出到模数转换器(adc)142。返回信号140通常具有与发射器驱动信号134相同的形状，虽然可能由于不同发射器/传感器对之间的噪声、干扰、串扰，来自其他lidar装置的干扰信号、脉冲展宽等而在某种程度上有所不同。返回信号140也将相对于发射器驱动信号134延迟与发射激光脉冲串的往返传播时间相对应的时间量(即，发射脉冲串的飞行时间)。

adc142接收并数字化返回信号140以产生数字化返回信号144。数字化返回信号144是其指示数字化返回信号144随时间的幅值和定时的数字值流。在该示例中，数字化返回信号144被提供给互相关器146，互相关器146将特定数字化返回信号144与对应的发射器驱动信号134相关联并输出指示从由光源发射光脉冲到在光传感器处检测到光脉冲返回的反射的时间偏移的飞行时间信号148。在一些配置中，互相关器146的一些或所有功能可以由控制器124执行。一旦返回信号与发射信号相关或匹配，则控制器124就可以使用光脉冲的飞行时间结合已知的光速来计算到物体122的距离d。虽然距离d在该图中仅描绘为第一透镜116和物体122之间的距离，但实际上距离d可以考虑从光源104到光传感器106的光路的总往返距离(即，包括光源104和光传感器106与它们相应透镜116和118之间的距离)。前述示例仅是可用于恢复发射脉冲的飞行时间的许多技术之一。

然而，如果，如图1的情况那样，到物体122的距离d是已知的(即，如果物体122位于距光源104和光传感器106的已知固定距离处)，则物体122可以用作参考表面并且可以用于校准lidar传感器组件100，如下面参考图3进一步描述的那样。也就是说，在lidar组件瞄准参考表面(即，物体122)的同时飞行时间信号148可以用作校准lidar传感器组件100所依的“参考信号”。参考信号(即，lidar组件瞄准参考表面(即，物体122)时的飞行时间信号148)可以针对lidar传感器组件100中的每个信道唯一地捕获，可以被存储并用于多个后续测量，并且可以随时间更新以考虑热偏移和/或其他变量。在一些示例中，参考信号可以在机架的每次旋转更新至少一次。在其他示例中，可以更频繁或更不频繁地更新参考信号。此外，在一些示例中，可以执行多个读数并对其求平均以创建参考信号。

因此，通过在第一透镜116和第二透镜118的光轴的扫描路径中将物体122固定在距lidar传感器组件100的已知距离d处，物体122可以用作参考表面。在一些示例中，物体122可以是lidar传感器组件100的一部分(例如，支撑表面、壳体的一部分、透镜等)，而在其他示例中，物体122可以是周围环境的相对于lidar传感器组件100固定的一部分(例如，载具、机器或其他结构)。

lidar传感器组件的示例校准

图2是说明如图1所示的lidar传感器组件的校准的时序图。为便于讨论，在图1的lidar传感器组件100的情境下描述了图2。然而，图2中所示的概念不限于lidar传感器组件100的性能并且可以使用其他系统和装置进行采用。而且，图2描绘了lidar系统的单个信道上的单个脉冲的示例。然而，在其他示例中，可以针对lidar系统的每个信道执行该技术并且可以多次执行和/或使用多个脉冲执行该技术。

时序图200包括表示由示例lidar传感器组件发射的脉冲的波形202和表示对应于从固定参考表面反射的发射光的接收脉冲的波形204。在一些示例中，发射器驱动信号134可以用作表示发射脉冲的波形202，而返回信号140可以用作表示对应于从固定参考表面反射的光的接收脉冲的波形204。

如图2所示，t0对应于电容驱动器132发出发射器驱动信号134以使光源104(1)激发的时间(即，发出信号的时间)。然而，如上所述，光脉冲不是瞬间发射的。而是，当发射器驱动信号134被施加到光源104(1)时，光源104(1)发射高斯脉冲，该高斯脉冲在回落之前随时间斜升至峰值。t1对应于发射光脉冲的峰值，并且t2对应于返回信号的峰值。光脉冲的预期飞行时间等于发射脉冲的峰值t1和接收脉冲的峰值t2之间的时间。也就是说，预期飞行时间等于t2-t1。然而，如上所述，对应于发射光脉冲的峰值t1的时间可能是未知的或不可直接测量的。相反，lidar传感器组件100可以确定激发信号t0的发送与接收脉冲t2的峰值之间的测量飞行时间。也就是说，测量飞行时间等于t2-t0。然后，与传统系统不同，lidar传感器组件100可以基于来自参考表面的接收脉冲来计算t1。具体地，使用距参考表面的已知距离d和光速，lidar传感器组件100可以计算预期飞行时间(即，发射脉冲到参考表面并返回完成往返行程的时间量)。由此，lidar传感器组件100可以计算对应于发射光脉冲的峰值t1的时间。这还允许lidar传感器组件100确定激发延迟(即，从发出激发信号t0到发射光脉冲的峰值t1的时间量)，该延迟归因于lidar系统的部件(诸如电容驱动器132和光源104)的性能特征和限制。

在其他示例中，由于距参考表面的距离d相对较短(通常为几厘米或更小)，当与在lidar传感器组件的检测角度中发射的光脉冲(即，发射到lidar传感器组件的周围环境的脉冲以检测周围环境中的物体)的飞行时间相比时，光脉冲到参考表面的飞行时间可以忽略不计(即，t2-t1可以忽略不计)，这通常在距离lidar传感器组件大约1米至约100米的范围内。在该情况下，lidar传感器组件100可以将激发延迟视为从激发信号t0到接收峰值返回信号t2的整个时段。

在一些示例中，lidar传感器组件100可以基于返回信号确定机架102何时被定向为朝参考表面122发射光(例如，可以确定在每次旋转期间接收的最短返回信号对应于参考表面)。在其他示例中，机架102的旋转的一部分(在这期间脉冲朝向参考表面122发射)可以被定义为参考角度，并且联接到机架102的旋转编码器可以用于指示机架102何时定向为在参考角度内发射光。当机架102以参考角度定向时接收的返回信号可被确定为对应于参考表面。

在一些示例中，可以测量从参考表面返回的反射光的强度并将其与先前的返回进行比较以检测光源性能的变化(例如，确定光源、电容器的存储容量或其他电源等的退化、烧坏或故障)。例如，如果接收的参考脉冲的峰值具有比先前接收的参考脉冲低的幅值，或者如果接收的参考脉冲序列显示峰值的下降趋势，则lidar传感器组件100可以确定对应于发射脉冲的光源烧坏、损坏、脏污或以其他方式需要维修。

在一些示例中，可以附加地或替代地测量返回脉冲的其他特征，诸如返回脉冲的形状(例如，如何高斯、如何陡峭/尖锐、多宽等)。例如，返回脉冲的形状可以提供额外信息，该额外信息可用于校准lidar传感器和/或发射和接收信号脉冲的相关性。

具有一个或多个整体参考表面的lidar传感器组件示例

图3a，图3b，图4a和图4b示出了具有一个或多个整体参考表面的示例性lidar传感器组件300。特别地，图3a是示例性lidar传感器组件300的透视图，为清楚起见省略了外壳。图3b是示例性lidar传感器组件300的简化俯视图，其中省略了顶部支撑肋。图4a是示出外壳的示例性lidar传感器组件300的透视图。图4b是沿着图4a的线b-b截取的示例性lidar传感器组件300的简化截面图。

图3a示出了lidar传感器组件300，其包括固定部分302和可旋转组件304，该可旋转组件304联接到固定部分302并可相对于固定部分302旋转。可旋转组件304包括细长机架306，其容纳发射激光的多个激光光源、多个光传感器以及相关的电路和电子器件(例如，一个或多个控制器、充电电路、电容驱动器、adc、互相关器等)，诸如图1中所示的那些。细长机架306具有大致平截头体形状，其从顶端到底端逐渐锥形。细长机架306具有基本上位于平截头体的径向中心处的旋转轴线x，可旋转组件304围绕该旋转轴线旋转。透镜组件308包括定位于激光光源的光路中的第一透镜310，以及定位于光传感器的光路中的第二透镜312。在该示例中，第一透镜310和第二透镜312各自构成为小于整圆，使得透镜的圆周的最接近在一起的部分被截短，使得它们可以更靠近在一起。换句话说，第一透镜310和第二透镜312的中心彼此相距小于一个直径。然而，在其他示例中，一个或两个透镜可以是圆形的，诸如图1中所示的示例。

固定部分302包括细长脊部314，其基本上平行于可旋转组件304的旋转轴线x延伸。脊部314可包括安装特征(例如，通孔、连接器、支架等)以在操作期间将lidar传感器组件300安装到载具、机器或其他表面。脊部314可以另外容纳电子器件和/或提供规置路径以规置导体以在lidar传感器组件和计算装置之间传输功率和/或数据。一对支撑肋316从脊部314基本垂直地延伸并联接到细长机架306的第一端部和第二端部。具体地，第一支撑肋316a从脊部314基本垂直地延伸并且联接到机架306的第一(顶部)端部，且第二支撑肋316b从脊部314基本垂直地延伸并且联接到机架306的第二(底部)端部。支撑肋316通过轴承、衬套或其他可旋转连接而联接到机架306从而允许机架306相对于支撑肋316和脊部314旋转。在所示的示例中，马达318(例如，电动机)联接在机架306和支撑肋316a之间并且被配置为施加扭矩以使可旋转组件304围绕轴线x旋转。然而，在其他示例中，马达318可以位于其他位置。例如，马达可以位于支撑肋316a的与机架306相反一侧。在其他示例中，马达318可以远离机架306定位，并且来自马达318的扭矩可以由用于传递扭矩的装置提供，例如一个或多个齿轮、一个或多个轴、一个或多个皮带和/或一个或多个链传动装置。在一些示例中，马达318可以位于机架306的第二(底部)端部，例如，位于支撑肋316b和机架306之间或者位于支撑肋316b的与机架306相反的一侧。

因为脊部314是不透明的并且基本上平行于可旋转组件304的旋转轴线x延伸，所以脊部314阻挡激光光源的扫描路径的一部分并限制lidar传感器组件的检测角度。通常，lidar传感器的有限检测角度是不被期待的。然而，该示例中描述的lidar传感器组件300可以通过使用位于相对于可旋转组件304的已知距离处的脊部314作为固定参考表面来利用该有限检测角度，以便校准根据本文描述的技术的lidar传感器组件。

图3b示出了lidar传感器组件300的有限检测角度。如图所示，lidar传感器组件300的检测角度由角度θ表示。在角度θ上，lidar传感器组件300将激光发射到lidar传感器组件300周围的场景中以检测场景中的物体。然而，在角度α(360-θ)上，脊部314阻挡激光。被脊部314阻挡的角度θ取决于脊部的宽度、脊部314距旋转轴线x的距离、第一透镜310和第二透镜312的光轴的间隔。在图示的例子中，角度θ约为270度。在一些示例中，角度θ可以在大约240度和大约300度之间。然而，在其他示例中，角度θ可以大于或小于所列出的角度。例如，在鼻部安装的lidar传感器组件的情况下，θ可以是大约180度，而在顶部安装的lidar组件中，θ可以是360度(如将参考图5进一步讨论的)。

在角度α内，lidar传感器组件300可以发射一个或多个光脉冲。为了便于说明，图3b示出了由虚线320示出的单个发射的光脉冲。然而，实际上，当传感器旋转通过角度α时，lidar传感器组件可以从多个不同光源激发多个光脉冲。由于脊部314与可旋转组件304的相对接近，视差可导致发射光脉冲320以通常不会入射在透镜312上的角度被反射回来，因此不会被相应的在机架内的光传感器检测到。为了避免视差问题以及确保对于在角度α内发射的每个光脉冲接收到返回信号，光漫射器322可以设置最接近可旋转组件304的脊部314的表面的一部分。光漫射器322可以与脊部314一体形成，或者可以施加到脊部314的全部或一部分(例如，作为盖子、贴纸、涂料或涂层)。漫射器322提供基本的内部反射，使得当在其表面上的任何位置处用光照射时，漫射器基本上从其整个表面发射光，如图3b中的点划线324所示。漫射器322可包括能够提供所需内反射的任何材料，例如，反光镜、具有纹理表面的白色或反射材料(例如，喷砂玻璃或丙烯酸、酸蚀刻玻璃等)等。

因此，当lidar传感器组件的控制器使光源朝向参考表面(即，角度a内的任何位置)发射激光脉冲时，从光传感器接收指示检测到对应于激光脉冲从固定参考表面的反射的反射光的信号。基于指示检测到对应于激光脉冲从固定参考表面的反射的反射光的信号和到参考表面的已知距离，控制器能够校准lidar传感器组件300以考虑到光源、光源的驱动器和lidar传感器组件300的其他部件的性能特征。

为清楚起见，虽然在图3a和3b中进行了省略，lidar传感器组件300还可包括外壳，诸如下面参考图4a和图4b示出和描述的外壳。外壳可以包括实质上透明的环形透镜，从lidar传感器组件300发射光通过该环形透镜并且由lidar传感器组件300接收。包括外壳的组成，包括环形透镜，基本上不改变上面提供的lidar传感器组件的操作。在一些示例中，环形透镜可以由抗反射材料制成和/或环形透镜的内表面和外表面可以涂覆有抗反射涂层，以便最小化环形透镜对进入和离开lidar传感器组件300的光的光学影响。

图4a是示例性lidar传感器组件300的透视图，示出了外壳400以覆盖和保护可旋转组件304和lidar传感器组件300的电子器件。外壳400包括不透明帽402和主体404，并且实质上透明的环形透镜406插设在帽402和主体404之间。帽402设置在并覆盖第一支撑肋316a和lidar传感器组件300的可旋转组件304的第一端部(顶部)。主体404围绕并包围第二支撑肋316b和可旋转组件304的第二端部(底部)。环形透镜406环绕可旋转组件304的一部分，光通过该部分进入和离开透镜组件308。因此当可旋转组件304在外壳400内旋转时，环形透镜406便于光进出lidar传感器组件300。外壳400包围可旋转组件304并联接到lidar传感器组件300的固定部分302。帽402和主体404在最接近脊部314的边缘处弯曲以与脊部314的侧向边缘配合之前轮廓成型为大致符合可旋转组件304的围绕其大部分圆周的外部几何形状。可以包括轮廓装饰件408以填充环形透镜406和脊部314之间的间隙并匹配帽402和主体404的轮廓。轮廓装饰件408可以是不透明的或透明的。一个或多个o形环(未示出)可以设置在帽402和环形透镜406之间的界面处，和/或环形透镜406和主体404之间的界面处，以防止灰尘和湿气进入外壳400。可以在外壳400和脊部314之间设置垫圈和/或密封剂以防止灰尘和湿气进入外壳400。

图4b是沿着图4a的线b-b截取的示例性lidar传感器组件300的简化截面图。图4b类似于参考图3b描述的示例，除了在这种情况下，代替脊部314(或除脊部314之外)，环形透镜406用作用于校准lidar传感器组件的固定参考表面。与脊部314类似，环形透镜406与可旋转组件304固定已知距离并且还可以用作参考表面。正如图3b中一样，为了便于说明，由虚线320示出的单个脉冲光从可旋转组件304发射。然而，实际上，lidar传感器组件可以从多个不同光源激发多个光脉冲。在图4b的示例中，光脉冲的至少一部分被环形透镜406反射。在该示例中，环形透镜406的内表面可以不涂覆抗反射材料。光脉冲的反射部分用点划线表示。如图所示，可能存在光脉冲的多个内部反射。反射光中的至少一些进入透镜312并由lidar传感器组件300的光传感器接收。在接收到反射光时，光传感器产生指示检测到对应于激光脉冲从固定参考表面(在该示例中为环形透镜406)的反射的反射光的信号。基于来自参考表面的该返回信号以及距参考表面的已知距离，控制器能够校准lidar传感器组件300以考虑lidar传感器组件300的光源、光源的驱动器和其他部件的性能特征。

当环形透镜406用作参考表面时，校准操作不必限于旋转的一部分，在该旋转期间可旋转组件304的扫描方向朝脊部314引导。由于每个发射光脉冲的一部分由环形透镜406反射并由光传感器检测，lidar传感器组件300可以基于以可旋转组件304的任何旋转角度下发射的任何发射光脉冲进行校准，而不一定在朝脊部314定向时。然而，在一些示例中，由于系统不需要同时确定到周围环境中的物体的距离(因为到脊部的距离已知)，因此基于朝脊部314发射的脉冲来校准lidar传感器组件300可能是有益的。另外，在一些示例中，脊部314可包括光学黑色部分410(或基本上光吸收部分)。脊部314的表面可以通过例如用光学黑色材料构造脊部的全部或部分或通过应用光学黑色覆盖物、贴纸、涂料或其他涂层而制成光学黑色。通过包括光学黑色部分410，入射在光学黑色部分410上的光脉冲将被吸收并且不会被反射。因此，如果基于朝脊部314发射的脉冲校准lidar传感器组件300，则唯一的返回将是来自环形透镜406的反射。因此，基于从作为参考表面的环形透镜406的返回，降低了噪声并因此降低了校准lidar传感器组件300的计算复杂度。

另外，在一些示例中，从作为参考表面的环形透镜406的返回可以在校准期间进行测量并且可以从后续距离测量(即，在旋转的一部分期间未被脊部阻挡)中进行滤除。在操作期间，lidar传感器组件300针对每个光发射接收多个返回(例如，来自环形透镜406的一个或多个反射以及来自周围场景中的实际物体的期望返回)。在正常距离测量期间，从环形透镜406的反射是外来噪声，其可降低lidar传感器组件的精度。然而，在采用光学黑色部分410并使用环形透镜406作为参考表面的示例中，可以隔离和滤除与环形透镜406的反射相对应的返回信号，从而消除返回信号中的噪声并进一步提高lidar传感器组件300的精度。

图5是另一示例性lidar传感器组件500的简化截面图，其具有无阻碍360度检测角度。图5的示例类似于图4b的示例，除了脊部314和支撑肋316a和/或316b中的至少一个被省略之外。在该示例中，lidar传感器组件500完全由从lidar传感器组件500的顶部或底部延伸的轴502支撑。因此，lidar传感器组件500的检测角度是无阻碍的并且lidar传感器组件500具有完整360度检测角度。根据上述技术，lidar传感器组件500仍然可以使用环形透镜406作为用于校准的参考表面。

联接至载具的lidar传感器的示例系统

图6示出了包括安装到载具604的多个lidar传感器组件602a-602f(统称为“lidar传感器组件602”)的示例系统600。该示例中的载具604被示为自动乘用车辆。然而，在其他示例中，lidar组件可以安装到非乘用车辆、机器人、飞机和其他载具，并且可以是自动的、半自动的或人为驾驶的。

图6示出了四个角落安装lidar传感器组件602a-602d，顶部安装lidar传感器组件602e以及鼻部安装lidar传感器组件602f。角落安装lidar传感器组件602a-602d可以与图3a，3b，4a和/或4b中所示的相同或相似，例如，可以具有至少约240度且至多约270度的检测角度θ1。顶部安装lidar传感器组件602e可以与图5中所示的相同或相似，例如，可以具有约360度的检测角度θ2。鼻部安装lidar传感器组件602f可以类似于图3a，3b，4a和/或4b中所示的那些，并且例如可以具有至少约160度且至多约180度的检测角度θ3。在一些示例中，系统600可以包括所示lidar传感器组件602中的全部、lidar传感器组件的子集(例如，仅角落安装lidar传感器组件602a-602d)、或者系统600可以包括额外lidar传感器组件(例如，尾部安装lidar组件，侧面或门安装lidar传感器组件等)。lidar传感器组件602可以联接到载具604的一个或多个车身板或结构构件，或者可以与载具本体本身一体形成(例如，lidar传感器组件壳体可以形成至载具本体的挡泥板、引擎盖、保险杠、门、顶部或其他部分的轮廓中)。

在一些示例中，载具本体的一部分可以位于lidar传感器组件602的检测角度内。在那种情况下，lidar传感器组件可以相对于载具的该部分固定，因此，载具本体的该部分可以用作固定参考表面，并且可以用于根据本文描述的技术校准lidar传感器组件。

图7是包括以不同定向安装到载具704的多个lidar传感器组件702a和702b(统称为“lidar传感器组件702”)的示例系统700的侧视图。具体地，系统700包括安装在载具704的前角落处的第一lidar传感器组件702a。第一lidar传感器组件702a安装成使得第一lidar传感器组件702a的旋转轴线x基本上竖直定向(即，正交于水平)。第一lidar传感器组件702a被配置成使得发射光脉冲706a的模式跨越水平，其中一些脉冲在水平上方成角度并且一些脉冲在水平下方。在一些示例中，发射光脉冲的模式可以集中在水平周围，而几乎很好脉冲以远离水平的角度发射。然而，还预期其他扫描模式，其具有以相对于水平的其他角度发射的光脉冲。

第二lidar传感器组件702b安装为使得第二lidar传感器组件702b的旋转轴线x相对于竖直方向偏移角度η(即，以与正交于水平的倾斜角度倾斜)。然而，第二lidar传感器组件702b被配置成使得发射光脉冲706b的模式与lidar传感器组件702a的模式基本相同。例如，这可以通过使lidar传感器组件中的一个或多个镜成角度来实现。然而，同样地，还考虑其他扫描模式，其具有以相对于水平的其他角度发射的光脉冲。

在一些示例中，载具704的不同lidar传感器组件可以具有不同的扫描模式。例如，一些lidar传感器组件(例如，角落安装lidar传感器组件)可具有以水平为中心的扫描模式，而一个或多个其他lidar传感器组件(例如，鼻部或尾部安装lidar传感器组件)可具有定向在水平下方的扫描模式(例如，检测更接近载具前方的物体)。可以针对根据本发明的lidar传感器组件考虑安装配置的这些和其他变型。

图7还示出了载具704的示例计算架构708。计算架构708包括一个或多个传感器系统710。一个或多个传感器系统710包括lidar传感器组件702并且可以包括一个或多个其他传感器系统，例如，一个或多个摄像机、雷达传感器、麦克风、导航传感器(例如，gps、罗盘等)、运动传感器(例如，惯性传感器、里程表等)和/或环境传感器(例如，温度传感器、压力传感器、湿度传感器等)。一个或多个传感器系统710直接向一个或多个载具系统712提供输入。在一些示例中，一个或多个载具系统712可包括载具控制系统以控制载具704的转向、推进、制动、安全系统和/或通信系统。此外，在一些示例中，例如当载具704是自动车辆时，载具系统还可以包括定位器系统以估计载具704的位置随时间的变化、感知系统以执行物体检测和/或分类和/或计划器系统以确定用于待用于控制载具的路径和/或轨迹。可用的定位系统、感知系统和规划器系统的其他细节可以在2016年9月30日提交的题为“基于图像数据估计摩擦力”的美国专利申请no.15/281,416中找到，该申请通过引用结合于此。

计算架构708还包括一个或多个处理器714以及与一个或多个处理器714通信地联接的存储器716。一个或多个处理器714可以是能够执行指令以实现一个多个载具系统712的任何合适的处理器。作为示例而非限制，一个或多个处理器714可以包括一个或多个中央处理单元(cpu)、图形处理单元(gpu)，或者处理来自寄存器和/或存储器的数据以将该电子数据转换成可以存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何装置或装置的任何部分。

存储器716是非暂时性计算机可读介质的示例。存储器716可以存储操作系统和一个或多个软件应用程序、指令、程序和/或数据以实现本文描述的方法以及赋予各种系统的功能。在各种实现方式中，存储器可以使用任何合适的存储器技术来实现，诸如静态随机存取存储器(sram)、同步动态ram(sdram)、非易失性/闪存存储器或能够存储信息的任何其他类型的存储器。

计算架构708还包括一个或多个通信连接718，其使得载具能够与一个或多个其他本地或远程计算装置进行通信。一个或多个通信连接718包括用于将计算架构708连接到另一计算装置或网络的物理和/或逻辑接口。例如，一个或多个通信连接718可以启用基于wifi的通信，诸如经由ieee802.11标准定义的频率、诸如蓝牙的短距离无线频率，或者使得能够相应计算装置能够与其他计算装置进行交互的任何合适的有线或无线通信协议。

本文描述的架构、系统和各个元件可以包括许多其他逻辑、编程和物理部件，附图中示出的那些仅仅是与本文的讨论相关的示例。

校准lidar传感器组件的示例过程

图8是示出使用相对于lidar传感器组件固定的参考表面校准lidar传感器组件的示例方法800的流程图。为方便和易于理解参考图1的lidar传感器组件描述方法800。然而，方法800不限于使用图1的lidar传感器组件来执行。可以使用本申请中描述的任何其他lidar传感器组件和/或系统以及除了本文描述的那些之外的lidar传感器组件和系统来实现方法800。此外，lidar传感器组件和系统不限于执行方法800。

在操作802，使lidar传感器组件(例如lidar传感器组件100)的可旋转组件旋转。该旋转可以由控制器(例如，lidar传感器组件的控制器124，载具传感器系统710中的一个的控制器等)引起。当可旋转组件旋转时，lidar传感器组件通过从一个或多个光源(例如，光源104)发射激光脉冲并通过一个或多个对应的光传感器(例如，光传感器106)接收与发射光脉冲相对应的反射返回来扫描检测角度。在一些示例中，可以在启动使用lidar传感器组件的载具或其他机器时启动操作802。

在操作804，lidar传感器组件的控制器或载具的传感器系统的控制器确定是否校准lidar传感器组件。在一些示例中，控制器可以被配置为在可旋转组件的每次旋转中校准lidar传感器组件至少一次。在一些示例中，控制器可以被配置为每当光源朝参考表面发光时校准lidar传感器组件。在一些示例中，控制器可以被配置为周期性地校准lidar传感器组件(例如，每m个时间单位或旋转次数，其中m是大于或等于2的任何数字)。在一些示例中，控制器可以被配置为响应于触发事件的发生来校准lidar传感器组件，例如在lidar传感器组件上供电、温度变化、lidar传感器组件和另一lidar传感器组件的测量差异、检测到超过正常操作条件的冲击或其他力等。如果控制器确定不校准lidar传感器组件，则该方法返回到操作802以扫描lidar传感器组件的检测角度。如果在操作804，控制器确定校准lidar传感器组件，则该方法进行到操作806。

在操作806，控制器使lidar传感器组件的光源朝向相对于lidar传感器组件固定的参考表面发光。参考表面可以包括lidar传感器组件的如图3a和4a的示例中那样的一部分、安装lidar传感器组件的载具、机器或其他结构的一部分，或相对于lidar传感器组件固定在已知距离处的任何其他表面。在操作808，控制器从lidar传感器组件的光传感器接收信号。从光传感器接收的信号表示检测到对应于激光脉冲从参考表面的反射的反射光。在操作810，控制器至少部分地基于指示检测到对应于激光脉冲从参考表面的反射的反射光的信号来校准lidar传感器组件。

在一些示例中，校准操作810包括，在操作812，测量从激光光源的激发激光脉冲的激发信号到由光传感器检测到反射光的飞行时间。在操作814，控制器将飞行时间与用于激光脉冲从激光光源到参考表面并返回光传感器行进已知距离预期飞行时间进行比较。并且，在操作816，控制器可以至少部分地基于该比较来调整距离计算。在一些示例中，除了操作812-814之外或代替操作812-814，校准操作810可以包括其他调整。例如，校准操作810可以包括测量返回信号的强度，该返回信号指示检测到对应于激光脉冲从参考表面的反射的反射光。可以将测量的强度与先前的返回进行比较以检测光源性能的变化(例如，确定光源、电容器的存储容量或其他电源等的退化、烧坏或故障)。在一些示例中，可以调整施加为激发光源的驱动信号(例如，通过调整一个或多个电容驱动器的充电时间)以调整后续光脉冲的强度。

针对lidar传感器组件的单个信道描述了操作806-810。对于具有多个信道的lidar传感器组件，可以对lidar传感器组件的每个信道执行操作806-810。此外，方法800描述了用于校准单个lidar传感器组件的过程。在包括多个lidar传感器组件的lidar系统中，可以针对多个lidar传感器组件中的每一个执行方法800。

方法800被示为逻辑流程图中的框的集合，该逻辑流程图表示可以以硬件、软件或其组合实现的操作序列。在软件的情境中，框表示存储在一个或多个计算机可读存储介质上的计算机可执行指令，当由一个或多个处理器执行时，这些计算机可执行指令执行所述操作。通常，计算机可执行指令包括执行特定功能或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、部件、数据结构等。描述操作所依的顺序不旨在被解释为限制，并且可以以任何顺序和/或并行地组合任何数量的所描述的框以实现过程。在一些实施例中，可以完全省略该过程的一个或多个框。此外，方法800可以整体或部分组合。

本文描述的各种技术可以在计算机可执行指令或软件(诸如程序模块)的情境中实现，这些计算机可执行指令或软件存储于计算机可读存储器中并由一个或多个计算机或其他装置(诸如图中所示的那些装置)的一个或多个处理器执行。通常，程序模块包括例程、程序、对象、部件、数据结构等，并定义用于执行特定任务或实现特定抽象数据类型的操作逻辑。

可以使用其他架构来实现所描述的功能，并且旨在落入本公开的范围内。此外，虽然为了讨论的目的在上面定义了具体的责任分配，但是可以根据情况以不同的方式分配和划分各种职能和责任。

类似地，可以以各种方式并使用不同的手段来存储和分布软件，并且可以以许多不同的方式改变上述特定的软件存储和执行配置。因此，实现上述技术的软件可以分布在各种类型的计算机可读介质上，不限于具体描述的存储器形式。

示例条款

a、一种示例lidar传感器组件包括：

固定部分，其具有固定参考表面；

可旋转组件，其联接到固定部分并能够相对于固定部分旋转，该可旋转组件包括：

激光光源，以发射激光；以及

光传感器，其被配置为响应于感测到对应于由激光光源发射的激光从固定参考表面的反射的反射光而产生光信号；以及

控制器，其通信地联接到激光光源和光传感器，控制器能够操作为：

将激发信号发送到光源以使光源发射激光脉冲；

从光传感器接收指示检测到对应于激光脉冲从固定参考表面的反射的反射光的信号；以及

至少部分地基于指示检测到对应于激光脉冲从固定参考表面的反射的反射光的信号来校准lidar传感器组件。

b、根据示例a的示例性lidar传感器组件，其中，控制器能够操作为通过以下步骤校准lidar传感器组件：测量从激发信号的发送到由光传感器检测到反射光的飞行时间；将飞行时间与用于激光脉冲从激光光源到固定参考表面并返回光传感器行进已知距离的期望飞行时间进行比较；以及至少部分地基于该比较来调整距离计算。

c、根据示例a或示例b的示例性lidar传感器组件，其中，固定参考表面实质上是不透明的并且限制lidar传感器组件的检测角度。

d、根据示例a-c中任一个的示例性lidar传感器组件，其中，固定参考表面包括光漫射器。

e、根据示例a或示例b的示例性lidar传感器组件，其中，固定参考表面实质上是透明的。

f、根据示例a-c中任一个的示例性lidar传感器组件，其中，可旋转组件包括细长机架，该细长机架具有旋转轴线，可旋转组件能够围绕该旋转轴线旋转；其中固定部分包括：第一支撑肋，其可旋转地联接到细长机架的第一端部；第二支撑肋，其可旋转地联接到细长机架组件的第二端部；以及细长脊部，其在第一支撑肋和第二支撑肋之间延伸并联接到第一支撑肋和第二支撑肋；并且其中细长脊部用作固定参考表面。

g、根据示例f的示例性lidar传感器组件，其中，细长脊部包括光漫射器，该光漫射器设置在细长脊部的最靠近可旋转组件的表面的至少一部分上。

h、根据示例f或g中任一个的示例性lidar传感器组件，其中，细长脊部基本上平行于细长机架的旋转轴线。

i、根据示例f-h中任一个的示例性lidar传感器组件，其中，细长脊部包括用于将lidar传感器组件安装到载具的安装部。

j、根据示例a-c中任一个的示例性lidar传感器组件，其中，固定部分包括至少部分地包围可旋转组件的壳体，该壳体包括环形透镜，该环形透镜至少部分地环绕可旋转组件的一部分，激光从该部分发射并且反射光通过该部分接收；并且其中环形透镜用作固定参考表面。

k、校准lidar系统的示例方法包括：将激发信号发送到lidar传感器组件的激光光源以使激光光源朝相对于lidar传感器组件固定的参考表面发射激光脉冲；从lidar传感器组件的光传感器接收信号，该信号指示检测到对应于激光脉冲从参考表面的反射的反射光；并且至少部分地基于指示检测到对应于激光脉冲从参考表面的反射的反射光的信号来校准lidar传感器组件。

l、根据示例k所述的方法，其中，校准lidar传感器组件包括：测量从激发信号的发送到由光传感器检测到反射光的飞行时间；将飞行时间与用于激光脉冲从激光光源到固定参考表面并返回光传感器行进已知距离的预期飞行时间进行比较；以及至少部分地基于该比较来调整距离计算。

m、根据示例k或l之一的方法，还包括使包括激光光源和光传感器的可旋转组件围绕旋转轴旋转，以扫描lidar传感器组件的检测角度。

n、根据示例k-m中任一个的方法，还包括在可旋转组件的每次旋转中重复产生、接收和校准至少一次。

o、根据示例k-m中任一个的方法，其中，周期性地执行产生、接收和校准。

p、根据示例k-m中任一个的方法，其中，响应于触发事件执行产生、接收和校准。

q、根据示例k-p中任一个的方法，还包括：对于一个或多个额外lidar传感器组件的相应lidar传感器组件，通过以下步骤校准一个或多个额外lidar传感器组件：将激发信号发送到相应lidar传感器组件的激光光源以使激光光源朝相对于相应lidar传感器组件固定的参考表面发射激光脉冲；从相应lidar传感器组件的光传感器接收信号，该信号指示检测到对应于激光脉冲从相对于相应lidar传感器组件固定的参考表面的反射的反射光；并且至少部分地基于指示检测到对应于激光脉冲从相对于相应lidar传感器组件固定的参考表面的反射的反射光的信号来校准相应lidar传感器组件。

r、一种示例系统包括：

载具；以及

安装至载具的lidar传感器组件，lidar组件包括：

固定部分；

可旋转组件，其联接到固定部分并能够相对于固定部分旋转，该可旋转组件包括：

激光光源，以发射激光；以及

光传感器，其被配置为响应于感测到对应于由激光光源发射的激光从固定参考表面的反射的反射光而产生光信号，所述参考表面相对于激光光源和光传感器固定在已知距离处；以及

控制器，其通信地联接到激光光源和光传感器，该控制器能够操作为：

将激发信号发送到激光光源以使激光光源发射激光脉冲；

从光传感器接收信号，该信号指示检测到对应于激光脉冲从参考表面的反射的反射光；以及

至少部分地基于指示检测到对应于激光脉冲从参考表面的反射的反射光的信号来校准lidar传感器组件。

s、根据示例r的系统，其中，控制器能够操作为通过以下步骤校准lidar传感器组件：测量从激发信号的发送到由光传感器检测到反射光的飞行时间；将飞行时间与用于激光脉冲从激光光源到固定参考表面并返回光传感器行进已知距离的预期飞行时间进行比较；以及至少部分地基于该比较来调整距离计算。

t、根据示例r或示例s之一的系统，其中，参考表面实质上是不透明的并且限制lidar传感器组件的检测角度。

u、根据示例r-t中任一个的系统，其中，参考表面包括光漫射器。

v、根据示例r或示例s之一的系统，其中，参考表面实质上是透明的。

w、根据示例r-v中任一个的系统，其中，参考表面包括lidar传感器组件的一部分。

x、根据示例r-v中任一个的系统，其中，参考表面包括载具的一部分。

y、根据示例r-x中任一个的系统，其中，载具包括自动车辆。

z、根据示例r-y中任一个的系统，还包括安装到载具的一个或多个额外lidar传感器组件，使得该系统包括安装到载具的多个lidar传感器组件。

aa、根据示例z的系统，其中，载具阻挡多个lidar传感器组件中的至少一个lidar传感器组件的检测角度的一部分。

结论

尽管上面的讨论阐述了所描述的技术的示例实现，但是可以使用其他架构来实现所描述的功能，并且旨在落入本公开的范围内。此外，尽管用结构特征和/或方法动作专用的语言描述了本主题，但应理解，所附权利要求书中定义的主题不必限于所描述的具体特征或动作。而是，具体特征和动作被公开为实现权利要求的示例性形式。