本发明的实施方式总体涉及操作自动驾驶车辆。更具体地，本发明的实施方式涉及用于操作自动驾驶车辆的光探测和测距(lidar)装置。
背景技术：
以自动驾驶模式运行(例如，无人驾驶)的车辆可以将乘员(尤其是驾驶员)从一些驾驶相关的职责中解放出来。当以自动驾驶模式运行时，车辆可以使用车载传感器导航到各个位置，从而允许车辆在最少人机交互的情况下或在没有任何乘客的一些情况下行驶。
lidar技术已经广泛用于军事、地理、海洋，并且在最近十年用于自动驾驶车辆。其他方面暂且不说，lidar在自动驾驶车辆中的应用已经受到高成本的阻碍。lidar装置可在扫描场景的同时估测到对象的距离，从而汇总出表示对象的反射表面的点云。可通过发送激光脉冲并且检测从对象反射的返回脉冲(如果存在返回脉冲)以及根据发送脉冲与接收到反射脉冲之间的时间延迟确定到对象的距离来确定点云中的各个点。一束或者多束激光可快速且重复地扫遍场景，从而提供与到场景中的反射对象的距离相关的连续的实时信息
图1示出典型的lidar装置。参照图1，lidar装置180包括光束转向光学器件184，其中，激光束186被引导至光束转向光学器件184。光束转向光学器件184是指引激光束186(例如，水平地旋转)扫遍扫描区域的转角镜。转角镜184绕着与激光束186的初始下降路径大致平行且大体共线的轴线旋转。转角镜184沿着参考箭头指示的方向188旋转。一般地，镜184以固定角度附接至测距器182的框架。镜184根据旋转方向188与整个lidar装置180一起旋转。
最普遍的lidar设计包括：16至64个907纳米(nm)的半导体激光器；相应的探测器；以及堆叠成单个组件以在堆叠方向提供角分辨率。于是，整个组件绕轴线机械旋转以实现二维(2d)扫描。为了获得多个角分辨率，多个lidar装置180可竖直地堆叠在一起，每个lidar装置180对应于目标角分辨率中的一个。需求的激光器和探测器的数量极大地限制了用于降低成本的先前努力的实现。
技术实现要素：
本申请涉及光探测和测距装置和用于操作光探测和测距装置的方法。
在本申请的一方面，公开了一种光探测和测距装置，包括：光源，发射光束以扫描与目标扫描区域有关的定向的范围；第一微型机电系统镜，配置为接收光束并将光束朝向目标扫描区域重新引导，其中，第一微型机电系统镜配置为相对于光源在多个方向上倾斜，从而以多个角度重新引导光束；以及光探测器，接收从位于目标扫描区域内的一个或多个对象反射的所反向的光束，其中，第一微型机电系统镜倾斜以允许从光源发射的光束以多个角度反射并允许光探测器以多个角度接收所反射的光束，从而获得一个或多个对象的多个角分辨率。
在本申请的另一方面，公开了一种用于操作光探测和测距装置的方法，包括：通过光源发射光束以扫描与目标扫描区域有关的定向的范围；通过第一微型机电系统镜接收光束并将光束朝向目标扫描区域重新引导，其中，第一微型机电系统镜配置为相对于光源在多个方向上倾斜，从而以多个角度重新引导光束；以及通过光探测器接收从位于目标扫描区域内的一个或多个对象反射的所反射的光束，其中，第一微型机电系统镜在多个方向上倾斜以允许光源发射光束并允许光探测器接收所反射的光束，从而获得一个或多个对象的多个角分辨率。
附图说明
本发明的实施方式在附图的各图中以举例而非限制的方式示出，附图中的相同参考数字指示相似元件。
图1示出典型的lidar装置。
图2是示出根据本发明的一个实施方式的联网系统的框图。
图3是示出根据本发明的一个实施方式的自动驾驶车辆的示例的框图。
图4是示出根据本发明的一个实施方式的与自动驾驶车辆一起使用的感知和规划系统的示例的框图。
图5是示出根据本发明的一个实施方式的lidar装置的示例的图。
图6是示出根据本发明的一个实施方式的lidar装置的配置的示例的框图。
图7示出根据本发明的另一个实施方式的lidar装置的示例的图。
图8是示出根据本发明的另一个实施方式的lidar装置的配置的示例的框图。
图9是示出根据本发明的另一个实施方式的lidar装置的配置的示例的框图。
图10是示出根据本发明的一个实施方式的操作lidar装置的过程的流程图。
图11是示出根据一个实施方式的数据处理系统的框图。
具体实施方式
将参考以下所讨论的细节来描述本发明的各种实施方式和方面，附图将示出所述各种实施方式。下列描述和附图是对本发明的说明，而不应当解释为限制本发明。描述了许多特定细节以提供对本发明各种实施方式的全面理解。然而，在某些情况下，并未描述众所周知的或常规的细节以提供对本发明的实施方式的简洁讨论。
本说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的提及意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施方式中。短语“在一个实施方式中”在本说明书中各个地方的出现不必全部指同一个实施方式。
根据一些实施方式，lidar装置包括发射光束(例如，激光束)的光源(例如，激光器)以及将光束朝向目标区域反射的镜。光源和镜水平旋转以扫描目标区域。此外，镜配置为在多个方向上(诸如，向上或向下)倾斜或摆动成特定程度，从而以多个角度发射光束。lidar装置能以多个角度接收从目标区域内的对象反射的光束，其可用于推导或得出扫描对象的多个角分辨率。因此，单个lidar装置(具有单个光源和单个光探测器)可扫描和获取对象的多个角分辨率。可减少扫描对象所需要的lidar装置的数量(或光源和光探测器的数量)以及也可减少用于操作自动驾驶车辆(adv)的成本。
在一个实施方式中，lidar装置包括发射光束的光源、第一微型机电系统(mems)镜和光探测器。光源发射光束(例如，以光脉冲的形式)以扫描目标扫描区域的定向区域或范围。第一mems镜接收光束并朝向目标扫描区域重新引导(或反射)光束。第一mems镜配置为在多个方向或角度上倾斜或摆动，以将光束重新引导至多个角度(例如，竖直和/或水平角度)上。光探测器接收从位于目标扫描区域内的一个或多个对象反射的光束。光源、第一mems镜和光探测器配置为水平旋转以扫描视场，同时第一mems镜在多个方向或角度上倾斜或摆动以允许从光源发射的光束以多个角度反射并允许光探测器以多个角度接收反射的光束，从而获得一个或多个对象的多个角分辨率。
根据另一个实施方式，lidar装置还包括第二mems镜，第二mems镜定位成接收从一个或多个对象反射的光束并且以多个角度将所接收的光束重新引导至光探测器。第二mems镜配置为在多个方向或角度上倾斜或摆动以从多个角度接收反射的光束，其中所述光束表征一个或多个对象的多个角分辨率。在一个实施方式中，第一mems镜和第二mems镜配置为根据预定同步方案摆动，使得从光源发射的光束分别能以多个角度反射并且光探测器能以多个角度接收反射光束。
根据另一个实施方式，第一mems镜是具有第一反射表面和第二反射表面的双面镜。第一反射表面将来自光源的光束朝向目标扫描区域重新引导。第二反射表面接收从位于目标扫描区域内的一个或多个对象反射的光束。在一个实施方式中，静止镜定位成接收从对象反射的光束并且将反射光束重新引导至第一mems镜的第二反射表面。因此，第一mems镜的第二反射表面之后可将光束反射并重新引导至光探测器。静止镜可以是任何种类的镜；其不必是mems镜。根据具体设计和实现方式，静止镜可以相对于光源旋转或者可以不相对于光源旋转。
图2是示出根据本发明的一个实施方式的自动驾驶车辆网络配置的框图。参考图2，网络配置100包括可以通过网络102通信地联接到一个或多个服务器103至104的自动驾驶车辆101。尽管示出一个自动驾驶车辆，但多个自动驾驶车辆可以通过网络102联接到彼此和/或联接到服务器103至104。网络102可以是任何类型的网络，例如，有线或无线的局域网(lan)、诸如互联网的广域网(wan)、蜂窝网络、卫星网络或其组合。服务器103至104可以是任何类型的服务器或服务器群集，诸如，网络或云服务器、应用服务器、后端服务器或其组合。服务器103至104可以是数据分析服务器、内容服务器、交通信息服务器、地图和兴趣点(mpoi)服务器或者位置服务器等。
自动驾驶车辆是指可以被配置成处于自动驾驶模式下的车辆，在所述自动驾驶模式下车辆在极少或没有来自驾驶员的输入的情况下导航通过环境。这种自动驾驶车辆可以包括传感器系统，所述传感器系统具有被配置成检测与车辆运行环境有关的信息的一个或多个传感器。所述车辆和其相关联的控制器使用所检测的信息来导航通过所述环境。自动驾驶车辆101可以在手动模式下、在全自动驾驶模式下或者在部分自动驾驶模式下运行。
在一个实施方式中，自动驾驶车辆101包括，但不限于，感知和规划系统110、车辆控制系统111、无线通信系统112、用户接口系统113、信息娱乐系统(未示出)和传感器系统115。自动驾驶车辆101还可以包括普通车辆中包括的某些常用部件，诸如：发动机、车轮、方向盘、变速器等，所述部件可以由车辆控制系统111和/或感知和规划系统110使用多种通信信号和/或命令进行控制，该多种通信信号和/或命令例如，加速信号或命令、减速信号或命令、转向信号或命令、制动信号或命令等。
部件110至115可以经由互连件、总线、网络或其组合通信地联接到彼此。例如，部件110至115可以经由控制器局域网(can)总线通信地联接到彼此。can总线是被设计成允许微控制器和装置在没有主机的应用中与彼此通信的车辆总线标准。它是最初是为汽车内的复用电气布线设计的基于消息的协议，但也用于许多其他环境。
现在参考图3，在一个实施方式中，传感器系统115包括但不限于一个或多个相机211、全球定位系统(gps)单元212、惯性测量单元(imu)213、雷达单元214以及光探测和测距(lidar)单元215。gps系统212可以包括收发器，所述收发器可操作以提供关于自动驾驶车辆的位置的信息。imu单元213可以基于惯性加速度来感测自动驾驶车辆的位置和定向变化。雷达单元214可以表示利用无线电信号来感测自动驾驶车辆的本地环境内的对象的系统。在一些实施方式中，除感测对象之外，雷达单元214可以另外感测对象的速度和/或前进方向。lidar单元215可以使用激光来感测自动驾驶车辆所处环境中的对象。除其他系统部件之外，lidar单元215还可以包括一个或多个激光源、激光扫描器以及一个或多个检测器。相机211可以包括用来采集自动驾驶车辆周围环境的图像的一个或多个装置。相机211可以是静物相机和/或视频相机。相机可以是可机械地移动的，例如，通过将相机安装在旋转和/或倾斜平台上。
传感器系统115还可以包括其他传感器，诸如：声纳传感器、红外传感器、转向传感器、油门传感器、制动传感器以及音频传感器(例如，麦克风)。音频传感器可以被配置成从自动驾驶车辆周围的环境中采集声音。转向传感器可以被配置成感测方向盘、车辆的车轮或其组合的转向角度。油门传感器和制动传感器分别感测车辆的油门位置和制动位置。在一些情形下，油门传感器和制动传感器可以集成为集成式油门/制动传感器。
在一个实施方式中，车辆控制系统111包括但不限于转向单元201、油门单元202(也被称为加速单元)和制动单元203。转向单元201用来调整车辆的方向或前进方向。油门单元202用来控制电动机或发动机的速度，电动机或发动机的速度进而控制车辆的速度和加速度。制动单元203通过提供摩擦使车辆的车轮或轮胎减速而使车辆减速。应注意，如图3所示的部件可以以硬件、软件或其组合实施。
回到图2，无线通信系统112允许自动驾驶车辆101与诸如装置、传感器、其他车辆等外部系统之间的通信。例如，无线通信系统112可以与一个或多个装置直接无线通信，或者经由通信网络进行无线通信，诸如，通过网络102与服务器103至104通信。无线通信系统112可以使用任何蜂窝通信网络或无线局域网(wlan)，例如，使用wifi，以与另一部件或系统通信。无线通信系统112可以例如使用红外链路、蓝牙等与装置(例如，乘客的移动装置、显示装置、车辆101内的扬声器)直接通信。用户接口系统113可以是在车辆101内实施的外围装置的部分，包括例如键盘、触摸屏显示装置、麦克风和扬声器等。
自动驾驶车辆101的功能中的一些或全部可以由感知和规划系统110控制或管理，尤其当在自动驾驶模式下操作时。感知和规划系统110包括必要的硬件(例如，处理器、存储器、存储设备)和软件(例如，操作系统、规划和路线安排程序)，以从传感器系统115、控制系统111、无线通信系统112和/或用户接口系统113接收信息，处理所接收的信息，规划从起始点到目的地点的路线或路径，随后基于规划和控制信息来驾驶车辆101。替代地，感知和规划系统110可以与车辆控制系统111集成在一起。
例如，作为乘客的用户可以例如经由用户接口来指定行程的起始位置和目的地。感知和规划系统110获得行程相关数据。例如，感知和规划系统110可以从mpoi服务器中获得位置和路线信息，所述mpoi服务器可以是服务器103至104的一部分。位置服务器提供位置服务，并且mpoi服务器提供地图服务和某些位置的poi。替代地，此类位置和mpoi信息可以本地高速缓存在感知和规划系统110的永久性存储装置中。
当自动驾驶车辆101沿着路线移动时，感知和规划系统110也可以从交通信息系统或服务器(tis)获得实时交通信息。应注意，服务器103至104可以由第三方实体进行操作。替代地，服务器103至104的功能可以与感知和规划系统110集成在一起。基于实时交通信息、mpoi信息和位置信息以及由传感器系统115检测或感测的实时本地环境数据(例如，障碍物、对象、附近车辆)，感知和规划系统110可以规划最佳路线并且根据所规划的路线例如经由控制系统111来驾驶车辆101，以安全且高效到达指定目的地。
服务器103可以是数据分析系统以针对多种客户端执行数据分析服务。在一个实施方式中，数据分析系统103包括数据采集器121和机器学习引擎122。数据采集器121从多种车辆(任一地为自动驾驶车辆或由人类驾驶员驾驶的常规车辆)采集驾驶统计数据。驾驶统计数据123包括指示发布的驾驶命令(例如，油门、制动、转向命令)的信息以及指示在不同的时间点通过车辆的传感器采集的车辆的回应(例如，速度、加速度、减速度、方向)的信息。驾驶统计数据123还可包括在不同的时间点描述驾驶环境的信息，例如路线(包括出发位置和目的地位置)、mpoi、路况、天气条件等。
基于驾驶统计数据123，机器学习引擎122出于多种目的执行或训练一套规则、算法和/或预测模型124。算法/模型124可针对特定车辆或特定类型的车辆具体设计或配置。然后，算法/模型124可实时上传到相关的adv以用于驾驶adv。算法/模型124可用于在多种驾驶场景或条件下规划、设计路线以及控制adv。
图4是示出根据本发明的一个实施方式的与自动驾驶车辆一起使用的感知和规划系统的示例的框图。系统300可以被实施为图2的自动驾驶车辆101的一部分，包括但不限于感知和规划系统110、控制系统111和传感器系统115。参考图4，感知和规划系统110包括但不限于位置管理模块301、感知模块302、决策模块303、规划模块304以及控制模块305。
模块301至305中的一些或全部可以在软件、硬件或其组合中实施。例如，这些模块可以安装在永久性存储装置352中、加载到存储器351中，并且由一个或多个处理器(未示出)执行。应注意，这些模块中的一些或全部可以通信地联接到图3的车辆控制系统111的一些或全部模块或者与它们集成在一起。模块301至305中的一些可以一起集成为集成模块。
位置管理模块301确定自动驾驶车辆101的当前位置(例如，利用gps单元212)并且管理与用户的行程或路线相关的任何数据。位置管理模块301(也被称为地图与路线模块)管理与用户的行程或路线相关的任何数据。用户可以例如经由用户接口登录并且指定行程的起始位置和目的地。位置管理模块301与自动驾驶车辆101的其他部件通信，以获得行程相关数据，诸如地图和路线信息311。例如，位置管理模块301可以从位置服务器和地图与poi(mpoi)服务器获得位置和路线信息。位置服务器提供位置服务，并且mpoi服务器提供地图服务和某些位置的poi，该poi可以作为地图和路线信息311的一部分被高速缓存。当自动驾驶车辆101沿着路线移动时，位置管理模块301也可以从交通信息系统或服务器获得实时交通信息。
基于由传感器系统115提供的传感器数据和由位置管理模块301获得的位置管理信息，感知模块302确定对周围环境的感知。感知信息可以表示普通驾驶员在驾驶员正驾驶的车辆周围将感知到的东西。感知可以包括车道配置(例如，直线车道或弯曲车道)、交通灯信号、另一车辆的相对位置、行人、建筑物、人行横道或例如采用对象的形式的其他交通相关标志(例如，停止标志、让路标志)等。
感知模块302可以包括计算机视觉系统或计算机视觉系统的功能，以处理并分析由一个或多个相机捕获的图像，以便识别自动驾驶车辆环境中的对象和/或特征。所述对象可以包括交通信号、道路边界、其他车辆、行人和/或障碍物等。计算机视觉系统可以使用对象识别算法、视频跟踪以及其他计算机视觉技术。在一些实施方式中，计算机视觉系统可以绘制环境、跟踪对象以及估算对象的速度等。感知模块302也可以基于由诸如雷达和/或lidar的其他传感器提供的其他传感器数据来检测对象。
针对每个对象，决策模块303做出关于如何处置对象的决定。例如，针对特定对象(例如，交叉路线中的另一车辆)以及描述对象的元数据(例如，速度、方向、转弯角度)，决策模块303决定如何遇到所述对象(例如，超车、让路、停止、超过)。决策模块303可以根据诸如交通规则或驾驶规则312的一套规则来做出此类决定，所述规则可以存储在永久性存储装置352中。
基于针对所感知到的对象中的每一个的决定，规划模块304为自动驾驶车辆规划路径或路线以及驾驶参数(例如，距离、速度和/或转弯角度)。换言之，针对给定的对象，决策模块303决定对该对象做什么，而规划模块304确定如何去做。例如，针对给定的对象，决策模块303可以决定超过所述对象，而规划模块304可以确定在所述对象的左侧还是右侧超过。规划和控制数据由规划模块304生成，包括描述车辆101在下一移动循环(例如，下一路线/路径段)中将如何移动的信息。例如，规划和控制数据可以指示车辆101以30英里每小时(mph)的速度移动10米，随后以25mph的速度变到右侧车道。
基于规划和控制数据，控制模块305根据由规划和控制数据限定的路线或路径，通过将适当的命令或信号发送到车辆控制系统111来控制并驾驶自动驾驶车辆。所述规划和控制数据包括足够的信息，以沿着路径或路线在不同的时间点使用适当的车辆设置或驾驶参数(例如，油门、制动和转弯命令)将车辆从路线或路径的第一点驾驶到第二点。
应注意，决策模块303和规划模块304可以集成为集成模块。决策模块303/规划模块304可以包括导航系统或导航系统的功能，以确定自动驾驶车辆的驾驶路径。例如，导航系统可以确定用于实现自动驾驶车辆沿着以下路径移动的一系列速度和定向前进方向：所述路径在使自动驾驶车辆沿着通往最终目的地的基于车行道的路径常规地前进的同时，基本上避免感知到的障碍物。目的地可以根据经由用户接口系统113进行的用户输入来设定。导航系统可以在自动驾驶车辆正在运行的同时动态地更新驾驶路径。导航系统可以将来自gps系统和一个或多个地图的数据合并，以确定用于自动驾驶车辆的驾驶路径。
决策模块303/规划模块304还可以包括防撞系统或防撞系统的功能，以识别、评估以及避免或以其他方式越过自动驾驶车辆的环境中的潜在障碍物。例如，防撞系统可以通过以下方式实现自动驾驶车辆的导航中的变化：操作控制系统111中的一个或多个子系统来采取转向操纵、转弯操纵、制动操纵等。防撞系统可以基于周围的交通模式、道路状况等自动确定可行的障碍物回避操纵。防撞系统可以被配置成使得当其他传感器系统检测到位于自动驾驶车辆将转向进入的相邻区域中的车辆、建筑障碍物等时不采取转向操纵。防撞系统可以自动选择既可使用又使得自动驾驶车辆的乘员的安全性最大化的操纵。防撞系统可以选择预测的避开操纵，以致使自动驾驶车辆的乘客舱中出现最小量的加速度。
图5是示出根据本发明的一个实施方式的lidar装置的示例的示图。lidar装置500可实现为图2的lidar单元215的一部分。参照图5，类似于图1的传统的lidar装置180，lidar装置500包括光束转向光学器件501，其中，激光束186被引导至光束转向光学器件501。光束转向光学器件501是引导激光束186扫遍扫描区域的转角镜。转角镜501绕着与激光束186的初始下降路径大致平行且大体共线的轴线旋转。转角镜501沿着参考箭头指示的方向188旋转。一般地，镜501以固定角度附接至测距器182的框架。镜501可根据旋转方向188与整个lidar装置500一起旋转。
此外，根据一个实施方式，光学器件501是可配置为在如方向503a和方向503b指示的多个方向(例如，竖直、水平、对角或其组合)上倾斜或摆动的mems镜。因此，如光束186a和光束186b那样，来自光源的光束可被反射或重新引导至多个角度。在一个实施方式中，当lidar装置500水平旋转时，mems镜501与lidar装置500的主体182一起水平旋转(沿着方向188)，同时mems镜501可相对于主体182竖直倾斜(例如，沿着方向503b向上和向下倾斜)。
根据另一个实施方式，mems镜配置为在多个方向(例如，竖直、水平、对角或其组合)上旋转，而主体182保持在固定的位置。这种能够在多个方向上旋转的mems镜被称为二维(2d)镜。根据另外的实施方式，也可使用两个一维(1d)mems镜。在该实施方式中，一个mems镜在竖直方向上倾斜，而另一个mems镜在水平方向上倾斜。
因此，由于mems镜501在多个角度(诸如，向上和向下)摆动，所以能以角度范围(例如，角度范围502)发射光束，并且来自多个角度的反射光束可用于推导对象的多个角分辨率。因此，单个lidar装置(具有单个光源和单个光探测器)可扫描和采集对象的多个角分辨率。可减少扫描对象所需要的lidar装置的数量(或光源和光探测器的数量)以及也可减少用于操作自动驾驶车辆(adv)的成本。
在一个实施方式中，lidar装置500包括发射光束的光源(未示出)、第一微型机电系统(mems)镜501和光探测器(未示出)。光源发射光束186(例如，以光脉冲的形式)以根据方向188扫描与目标扫描区域有关的定向区域或范围。第一mems镜501接收光束并将朝向目标扫描区域重新引导(或反射)光束186。如光束186a至186b的一部分所指示的那样，mems镜501配置为在多个方向(例如，方向503a、方向503b或其组合)上倾斜或摆动，以在多个角度(例如，竖直和/或水平角度)重新引导光束。光探测器接收从位于目标扫描区域(未示出)内的一个或多个对象反射的光束186a至186b。在一个实施方式中，光源、mems镜501和光探测器配置为水平旋转以扫描视场，同时mems镜501在多个方向(例如，竖直、水平、对角或其组合)上倾斜或摆动以允许来自光源的光束以多个角度反射并允许光探测器以多个角度接收反射的光束，从而获得一个或多个对象的多个角分辨率。根据另一个实施方式，mems镜501在多个方向(例如，竖直、水平、对角或其组合)上倾斜或摆动，而lidar装置500的主体182保持固定。因为单个lidar装置可处理多个角分辨率，所以可减少扫描对象所需要的lidar装置的数量并且可减少相关的成本。
图6是示出根据本发明的一个实施方式的lidar装置的配置的示例的框图。lidar装置600可表示图5的lidar装置500。参照图6，lidar装置600包括发射器(tx)单元601(也称作扫描单元)和接收器(rx)单元602。tx单元601配置为朝向目标650发射光束，并且rx单元602配置为接收由目标650反射的光束。虽然tx单元601和rx单元602被示为分离的单元，但它们可以实现为单个集成单元。
在一个实施方式，tx单元601包括光源611和第一mems镜612。rx单元602包括第二mems镜622和光探测器621。光源611可包括激光二极管、发光二极管(led)、垂直腔面发射激光器(vcsel)、有机发光二极管(oled)、聚合物发光二极管(pled)、发光聚合物(lep)、液晶显示器(lcd)和/或配置为选择性地发射光束的任何其他装置。光源611可配置为发射可由光探测器621检测的波长范围中的光束。波长范围可例如处于电磁光谱的紫外光部分、可见光部分和/或红外光部分。在一个实施方式中，波长范围包括大约905nm的波长。光源611可配置为以脉冲的形式发射光束。光探测器621可包括光电二极管、雪崩光电二极管、光敏晶体管、相机、有源像素传感器(aps)、电荷耦合装置(ccd)、低温探测器和/或配置为接收具有光源611的波长范围中的波长的光的任何其他传感器。
光源611将光束发射至第一mems镜612，第一mems镜612将光束朝向目标650反射和重新引导。从目标650反射的光束被第二mems镜622接收，第二mems镜622将反射光束反射和重新引导至光探测器621。tx单元601和rx单元602的操作由控制器603控制，控制器603可实现为硬件、软件或其组合。在一个实施方式中，控制器603包括光源控制器631、镜控制器632和光探测器控制器633。光源控制器631控制光源611生成和发射光束。光探测器控制器633控制光探测器621接收和探测反射的光束。
在一个实施方式中，镜控制器632配置为控制第一mems镜612和第二mems镜622分别在如方向613和方向623所指示的多个方向上摆动。第一mems镜612和第二mems镜622中的每个可在多种方向上摆动或倾斜，所述多种方向诸如：竖直(例如，向上和向下)、水平(例如，左右或者横向)、对角或其组合。在该配置中，光源611和光探测器621安装在固定位置。当光源611朝向mems镜612发射光束时，由于mems镜612相对于光源611在多个方向上旋转，所以光束以多个角度反射和重新引导至目标650。类似地，通过相对于光探测器621旋转mems镜，从目标650反射的光束可被mems镜采集并被重新引导至光探测器621。因此，单个光源611和光探测器621可获得目标650的多个角分辨率，测距器604可利用目标650的所述多个角分辨率来确定目标650的距离和定向范围。测距器604可将包括在光束中的光脉冲由光源611发射的时间与对应的反射光束由光探测器621接收的时间进行比较，从而确定对象与lidar装置之间的距离。
在一个实施方式中，为了获取从光源611发射并且由mems镜612通过旋转重新引导的多个反射光束，mems镜622可根据特定同步方案旋转。具体地，镜控制器632可控制mems镜612和622同步旋转，使得光探测器621可接收由mems镜612传播的多个光束，该多个光束表征目标650的多个角分辨率。因此，可总体上减少lidar装置的数量以获取对象的足够的角分辨率。
根据另一个实施方式，tx单元601还包括第一透镜组件614，以将从光源611发射的光束从未聚焦的光束转换成聚焦的光束。透镜614的焦点可配置为达到mems镜612的反射表面。因为mems镜612的反射表面的大小倾向于相对小，所以透镜组件614可提供具有较高强度的聚焦的光束。通常，光源611可发射未准直且未聚焦的光束，该光束在一个方向上比在另一方向上更发散。透镜614可在部分准直的光束达到mems镜612之前对光束进行部分准直。
在一个实施方式中，tx单元601还可选地包括第二透镜组件615，以从mems镜612接收光束、对光束进行准直以生成准直的光束以及将准直的光束引导至目标650。准直的光束可从目标650反射并且由mems镜622接收。除了对光束进行准直之外，如图7中所示的那样，透镜组件615还可将光束传播成在比从mems镜612接收的角度更宽的角度进行扫描。更宽角度的光束可生成更宽的角度范围。类似地，rx单元602还能可选地包括分别在相反的方向上与透镜614和透镜615对应的透镜624和透镜625。例如，透镜625可将角度宽的光束转换成角度更窄的光束。透镜624可将更聚焦的光束转换成更发散的光束，使得探测器621可容易地接收该光束。
应注意，mems镜612和622可竖直、水平、对角或在任何其他方向上摆动、旋转或倾斜，只要mems镜612能以多个角度传播从光源611发射的光束并且mems镜622能以多个角度接收和获取对应的反射光束。在操作自动驾驶车辆的过程中，可采用多个lidar装置600以充分地获取adv的外部环境。然而，由于单个lidar装置可沿着多个角度定向进行测量，所以可减少lidar装置的总数。传统的lidar装置通常只可获取单个角分辨率。
图8是示出根据本发明的另一个实施方式的lidar装置的配置的示例的框图。参照图8，在该实施方式中，mems镜612是包括第一反射表面612a和第二反射表面612b的双面镜。类似于如图6中所示的配置，mems镜612可相对于光源611和/或光探测器621的固定位置旋转。然而，静止镜622配置在相对于光源611和光探测器621固定的位置中。即，在该配置中，仅mems镜612是可旋转的，而光源611、光探测器621和静止镜622附接至固定位置。
在一个实施方式中，当光源611发射光束时，光束到达mems镜612的第一反射表面612a，mems镜612的第一反射表面612a将光束朝向目标650反射和重新引导。目标650反射光束，并且反射光束由静止镜622接收。静止镜622朝向mems镜612的第二反射表面612b反射光束。然后，第二反射表面612b将光束反射至光探测器621。在该示例中，由于第一反射表面612a和第二反射表面612b定位成处于相对于彼此固定的位置，所以当mems镜612旋转时，两个反射表面以同步方式旋转。应注意，第一反射表面612a和第二反射表面612b不必是mems镜612的相对面。更确切地说，它们可相对于彼此处于特定的固定位置，只要它们能以多个角度重新引导光束并且使得光探测器621能够以多个角度接收对应的反射光即可。
如上所述的技术证实了单个光源和单个光探测器可在mems镜的帮助下在一定角度范围内扫描和测量对象。根据另一个实施方式，单个光源可与多个光探测器一起使用以实现相同的目的，其中，每个光探测器在表示角度范围的子集的角度子集内接收反射的光束。
图9是示出根据本发明的另一个实施方式的lidar装置的框图。参照图9，在该实施方式中，tx单元601可在较大的角度范围内生成和发射光束(在该示例中，在60度的范围内)。lidar装置还包括多个rx单元602a至602d。tx单元601包括光源和mems镜，以及rx单元602a至602d中的每个包括以上关于图6和图8描述的光探测器和mems镜。每个rx单元配置为在角度子集(在该示例中，角度子集为15度)中接收反射的光束。虽然示出四个rx单元，但是可实现更多或更少的rx单元。
图10是示出根据本发明的一个实施方式的操作lidar装置的过程的流程图。过程1000可由处理逻辑执行，处理逻辑可包括硬件、软件或其组合。参照图10，在操作1001中，光源生成和发射试图用于扫描指向目标区域的定向的范围的光束。在操作1002，mems镜接收光束并将光束朝向目标扫描区域重新引导。mems镜可在多个方向上倾斜或旋转从而以多个角度重新引导光束。在操作1003中，光探测器以多个角度接收从位于目标扫描区域内的一个或多个对象反射的光束，以获得与对象有关的多个角分辨率。
应注意，如上文示出和描述的部件中的一些或全部可以在软件、硬件或其组合中实施。例如，此类部件可以实施为安装并存储在永久性存储装置中的软件，所述软件可以通过处理器(未示出)加载在存储器中并在存储器中执行以实施贯穿本申请所述的过程或操作。替代地，此类部件可以实施为编程或嵌入到专用硬件(诸如，集成电路(例如，专用集成电路或asic)、数字信号处理器(dsp)或现场可编程门阵列(fpga))中的可执行代码，所述可执行代码可以经由来自应用的相应驱动程序和/或操作系统来访问。此外，此类部件可以实施为处理器或处理器内核中的特定硬件逻辑，作为可由软件部件通过一个或多个特定指令访问的指令集的一部分。
图11是示出可以与本发明的一个实施方式一起使用的数据处理系统的示例的框图。例如，系统1500可以表示以上所述的执行上述过程或方法中的任一者的任何数据处理系统，例如，图2的感知和规划系统110或者服务器103至104中的任一者。系统1500可以包括许多不同的部件。这些部件可以实施为集成电路(ic)、集成电路的部分、分立电子装置或适用于电路板(诸如，计算机系统的主板或插入卡)的其他模块或者实施为以其他方式并入计算机系统的机架内的部件。
还应注意，系统1500旨在示出计算机系统的许多部件的高阶视图。然而，应当理解的是，某些实施例中可以具有附加的部件，此外，其他实施例中可以具有所示部件的不同布置。系统1500可以表示台式计算机、膝上型计算机、平板计算机、服务器、移动电话、媒体播放器、个人数字助理(pda)、智能手表、个人通信器、游戏装置、网络路由器或集线器、无线接入点(ap)或中继器、机顶盒或其组合。此外，虽然仅示出单个机器或系统，但是术语“机器”或“系统”还应当被理解为包括单独地或共同地执行一个(或多个)指令集以执行本文所讨论的任何一种或多种方法的机器或系统的任何集合。
在一个实施方式中，系统1500包括通过总线或互连件1510连接的处理器1501、存储器1503以及装置1505至1508。处理器1501可以表示其中包括单个处理器内核或多个处理器内核的单个处理器或多个处理器。处理器1501可以表示一个或多个通用处理器，诸如，微处理器、中央处理单元(cpu)等。更具体地，处理器1501可以是复杂指令集计算(cisc)微处理器、精简指令集计算(risc)微处理器、超长指令字(vliw)微处理器、或实施其他指令集的处理器、或实施指令集组合的处理器。处理器1501还可以是一个或多个专用处理器，诸如，专用集成电路(asic)、蜂窝或基带处理器、现场可编程门阵列(fpga)、数字信号处理器(dsp)、网络处理器、图形处理器、通信处理器、加密处理器、协处理器、嵌入式处理器、或者能够处理指令的任何其他类型的逻辑。
处理器1501(其可以是低功率多核处理器套接口，诸如超低电压处理器)可以充当用于与所述系统的各种部件通信的主处理单元和中央集线器。这种处理器可以实施为片上系统(soc)。处理器1501被配置成执行用于执行本文所讨论的操作和步骤的指令。系统1500还可以包括与可选的图形子系统1504通信的图形接口，图形子系统1504可以包括显示控制器、图形处理器和/或显示装置。
处理器1501可以与存储器1503通信，存储器1503在一个实施方式中可以经由多个存储器装置实施以提供给定量的系统存储。存储器1503可以包括一个或多个易失性存储(或存储器)装置，诸如，随机存取存储器(ram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、静态ram(sram)或者其他类型的存储装置。存储器1503可以存储包括由处理器1501或任何其他装置执行的指令序列的信息。例如，各种操作系统、装置驱动程序、固件(例如，输入输出基本系统或bios)和/或应用的可执行代码和/或数据可以加载到存储器1503中并由处理器1501执行。操作系统可以是任何类型的操作系统，例如，机器人操作系统(ros)、来自
系统1500还可以包括i/o装置，诸如装置1505至1508，包括网络接口装置1505、可选的输入装置1506，以及其他可选的i/o装置1507。网络接口装置1505可以包括无线收发器和/或网络接口卡(nic)。所述无线收发器可以是wifi收发器、红外收发器、蓝牙收发器、wimax收发器、无线蜂窝电话收发器、卫星收发器(例如，全球定位系统(gps)收发器)或其他射频(rf)收发器或者它们的组合。nic可以是以太网卡。
输入装置1506可以包括鼠标、触摸板、触敏屏幕(其可以与显示装置1504集成在一起)、指针装置(诸如，手写笔)和/或键盘(例如，物理键盘或作为触敏屏幕的一部分显示的虚拟键盘)。例如，输入装置1506可以包括联接到触摸屏的触摸屏控制器。触摸屏和触摸屏控制器例如可以使用多种触敏技术(包括但不限于电容、电阻、红外和表面声波技术)中的任一种，以及其他接近传感器阵列或用于确定与触摸屏接触的一个或多个点的其他元件来检测其接触和移动或间断。
i/o装置1507可以包括音频装置。音频装置可以包括扬声器和/或麦克风，以促进支持语音的功能，诸如语音识别、语音复制、数字记录和/或电话功能。其他i/o装置1507还可以包括通用串行总线(usb)端口、并行端口、串行端口、打印机、网络接口、总线桥(例如，pci-pci桥)、传感器(例如，诸如加速度计运动传感器、陀螺仪、磁强计、光传感器、罗盘、接近传感器等)或者它们的组合。装置1507还可以包括成像处理子系统(例如，相机)，所述成像处理子系统可以包括用于促进相机功能(诸如，记录照片和视频片段)的光学传感器，诸如电荷耦合装置(ccd)或互补金属氧化物半导体(cmos)光学传感器。某些传感器可以经由传感器集线器(未示出)联接到互连件1510，而诸如键盘或热传感器的其他装置可以根据系统1500的具体配置或设计由嵌入式控制器(未示出)控制。
为了提供对诸如数据、应用、一个或多个操作系统等信息的永久性存储，大容量存储设备(未示出)也可以联接到处理器1501。在各种实施方式中，为了实现更薄且更轻的系统设计并且改进系统响应性，这种大容量存储设备可以经由固态装置(ssd)来实施。然而，在其他实施方式中，大容量存储设备可以主要使用硬盘驱动器(hdd)来实施，其中较小量的ssd存储设备充当ssd高速缓存以在断电事件期间实现上下文状态以及其他此类信息的非易失性存储，从而使得在系统活动重新启动时能够实现快速通电。另外，闪存装置可以例如经由串行外围接口(spi)联接到处理器1501。这种闪存装置可以提供系统软件的非易失性存储，所述系统软件包括所述系统的bios以及其他固件。
存储装置1508可以包括计算机可访问的存储介质1509(也被称为机器可读存储介质或计算机可读介质)，其上存储有体现本文所述的任何一种或多种方法或功能的一个或多个指令集或软件(例如，模块、单元和/或逻辑1528)。处理模块/单元/逻辑1528可以表示上述部件中的任一者，例如图4的模块301至305或图6的控制器603或测距器604。处理模块/单元/逻辑1528还可以在其由数据处理系统1500、存储器1503和处理器1501执行期间完全地或至少部分地驻留在存储器1503内和/或处理器1501内，数据处理系统1500、存储器1503和处理器1501也构成机器可访问的存储介质。处理模块/单元/逻辑1528还可以通过网络经由网络接口装置1505进行传输或接收。
计算机可读存储介质1509也可以用来永久性地存储以上描述的一些软件功能。虽然计算机可读存储介质1509在示例性实施方式中被示为单个介质，但是术语“计算机可读存储介质”应当被认为包括存储所述一个或多个指令集的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库和/或相关联的高速缓存和服务器)。术语“计算机可读存储介质”还应当被认为包括能够存储或编码指令集的任何介质，所述指令集用于由机器执行并且使得所述机器执行本发明的任何一种或多种方法。因此，术语“计算机可读存储介质”应当被认为包括但不限于固态存储器以及光学介质和磁性介质，或者任何其他非暂时性机器可读介质。
本文所述的处理模块/单元/逻辑1528、部件以及其他特征可以实施为分立硬件部件或集成在硬件部件(诸如，asics、fpga、dsp或类似装置)的功能中。此外，处理模块/单元/逻辑1528可以实施为硬件装置内的固件或功能电路。此外，处理模块/单元/逻辑1528可以以硬件装置和软件部件的任何组合来实施。
应注意，虽然系统1500被示出为具有数据处理系统的各种部件，但是并不旨在表示使部件互连的任何特定架构或方式；因为此类细节和本发明的实施方式没有密切关系。还应当认识到，具有更少部件或可能具有更多部件的网络计算机、手持计算机、移动电话、服务器和/或其他数据处理系统也可以与本发明的实施方式一起使用。
前述详细描述中的一些部分已经根据在计算机存储器内对数据位的运算的算法和符号表示而呈现。这些算法描述和表示是数据处理领域中的技术人员所使用的方式，以将他们的工作实质最有效地传达给本领域中的其他技术人员。本文中，算法通常被认为是导致所期望结果的自洽操作序列。这些操作是指需要对物理量进行物理操控的操作。
然而，应当牢记，所有这些和类似的术语均旨在与适当的物理量关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标记。除非在以上讨论中以其他方式明确地指出，否则应当了解，在整个说明书中，利用术语(诸如所附权利要求书中所阐述的术语)进行的讨论是指计算机系统或类似电子计算装置的动作和处理，所述计算机系统或电子计算装置操控计算机系统的寄存器和存储器内的表示为物理(电子)量的数据，并将所述数据变换成计算机系统存储器或寄存器或者其他此类信息存储设备、传输或显示装置内类似地表示为物理量的其他数据。
本发明的实施方式还涉及用于执行本文中的操作的设备。这种计算机程序被存储在非暂时性计算机可读介质中。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储信息的任何机构。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“rom”)、随机存取存储器(“ram”)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存存储器装置)。
前述附图中所描绘的过程或方法可以由处理逻辑来执行，所述处理逻辑包括硬件(例如，电路、专用逻辑等)、软件(例如，体现在非暂时性计算机可读介质上)或两者的组合。尽管所述过程或方法在上文是依据一些顺序操作来描述的，但是应当了解，所述操作中的一些可以按不同的顺序执行。此外，一些操作可以并行地执行而不是顺序地执行。
本发明的实施方式并未参考任何特定的编程语言进行描述。应认识到，可以使用多种编程语言来实施如本文描述的本发明的实施方式的教导。
在以上的说明书中，已经参考本发明的具体示例性实施方式对本发明的实施方式进行了描述。将显而易见的是，在不脱离所附权利要求书中阐述的本发明的更宽泛精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修改。因此，应当在说明性意义而不是限制性意义上来理解本说明书和附图。