激光雷达系统的扫描模式的制作方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年3月22日提交的，申请号为15/466,702并于2018年1月16日作为美国专利第9,869,754号公告的美国申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本公开总体上涉及激光雷达系统。
背景技术：
光探测和测距(激光雷达)是一种可用于测量到远程目标的距离的技术。通常，激光雷达系统包括光源和光学接收器。光源可以是，例如，发射具有特定工作波长的光的激光器。激光雷达系统的工作波长可能位于，例如，电磁波谱的红外线、可见光或紫外线部分。光源向目标发射光，然后目标散射光。一些被散射的光被接收器接收回来。系统基于与返回的光相关联的一个或多个特性，确定到目标的距离。例如，系统可以基于返回的光脉冲的飞行时间，确定到目标的距离。
附图说明
图1示出了示例光探测和测距(激光雷达)系统。
图2示出了由激光雷达系统产生的示例扫描模式。
图3示出了具有示例重叠镜的示例激光雷达系统。
图4示出了激光雷达系统的示例光源视场和接收器视场。
图5示出了示例正弦扫描模式。
图6示出了示例混合扫描模式。
图7示出了两个示例重叠扫描模式。
图8-9每个都示出了具有两个激光雷达系统的运载工具的俯视图，这两个激光雷达系统产生两个示例重叠扫描模式。
图10示出了示例目标扫描区域。
图11示出了包括示例目标扫描区域的示例扫描模式。
图12-13每个都示出了示例lissajous扫描模式。
图14-16示出了示例准非重复lissajous扫描模式的三个连续阶段。
图17-18每个都示出了包含两个激光雷达传感器的示例外壳。
图19示出了相对于彼此不同步的两个示例扫描模式。
图20示出了相对于彼此反向的两个示例扫描模式y分量。
图21示出了彼此偏移相移
图22示出了彼此偏移相移
图23示出了两个示例扫描模式。
图24示出了示例计算机系统。
具体实施方式
图1示出了示例光探测和测距(激光雷达(lidar))系统100。在特定实施例中，激光雷达系统100可称为激光测距系统、激光无线电探测系统(laserradarsystem)、lidar系统、激光雷达传感器或激光探测和测距(ladar或ladar)系统。在特定实施例中，激光雷达系统100可包括光源110、镜115、扫描器120、接收器140或控制器150。光源110可以是，例如，发射具有特定工作波长的光的激光器，该工作波长位于电磁波谱的红外线、可见光或紫外线部分。作为一个示例，光源110可包括工作波长在约1.2μm至1.7μm之间的激光器。光源110发射输出光束125，该输出光束可以是连续波，脉冲的或以任何适当方式调制的以用于指定应用。输出光束125顺发射方向指向远程目标130。作为一个示例，远程目标130可以是位于距离激光雷达系统100约1m至1km的距离d处。
一旦输出光束125到达顺发射方向的目标130，该目标可以散射或反射来自输出光束125的至少一部分光，并且一些散射或反射的光可以返回到激光雷达系统100。在图1的示例中，散射或反射的光由输入光束135表示，输入光束135穿过扫描器120，由镜115引导到接收器140。在特定实施例中，来自输出光束125的相对小一部分光可以作为输入光束135返回到激光雷达系统100。作为一个示例，输入光束135的平均功率、峰值功率或脉冲能量与输出光束125的平均功率、峰值功率或脉冲能量之比可约为10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8、10-9、10-10、10-11或10-12。作为另一个示例，如果输出光束125的脉冲具有1微焦耳(μj)的脉冲能量，则输入光束135的相应脉冲的脉冲能量可约为10纳焦耳(nj)、1nj、100皮焦耳(pj)、10pj、1pj、100飞焦耳(fj)、10fj、1fj、100阿托焦耳(aj)、10aj或1aj。在特定实施例中，输出光束125可以被称为激光光束、光线光束、光学光束、发射光束或光束。在特定实施例中，输入光束135可以被称为返回光束、接收光束、返回光、接收光、输入光、散射光或反射光。本文所用的散射光可以指被目标130散射或反射的光。作为一个示例，输入光束135可包括：来自输出光束125的被目标130散射的光；来自输出光束125的被目标130反射的光；或来自目标130的散射光和反射光的组合。
在特定实施例中，接收器140可接收或探测来自输入光束135的光子并产生一个或多个代表性信号。例如，接收器140可产生代表输入光束135的输出电信号145。该电信号145可被发送至控制器150。在特定实施例中，控制器150可包括处理器、计算系统(例如，专用集成电路(asic)或现场可编程门阵列(fpga))、或其他合适的电路，它们配置为分析来自接收器140的电信号145的一个或多个特性，以确定目标130的一个或多个特性，比如目标130顺发射方向距激光雷达系统100的距离。这可以例如通过分析由光源110发射的光束125的飞行时间或相位调制来实现。如果激光雷达系统100测量的飞行时间为t(例如，t代表发射的光脉冲从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返飞行时间)，那么从目标130到激光雷达系统100的距离d可以表示为d＝c·t/2，其中，c为光速(约3.0×108m/s)。作为一个示例，如果测量的飞行时间为t＝300ns，则可以确定从目标130到激光雷达系统100的距离约为d＝45.0m。作为另一个示例，如果测量的飞行时间为t＝1.33μs，则可以确定从目标130到激光雷达系统100的距离约为d＝199.5m。在特定实施例中，从激光雷达系统100到目标130的距离d可以称为目标130的距离、深度或范围。本文所用的光速c指的是在任何合适的介质(例如空气、水或真空)中的光速。作为一个示例，在真空中光速约为2.9979×108m/s，在空气(折射率约为1.0003)中光速约为2.9970×108m/s。
在特定实施例中，光源110可以包括脉冲激光器。作为一个示例，光源110可以是脉冲激光器，该脉冲激光器配置为产生或发射脉冲持续时间或脉冲宽度约为10皮秒(ps)至20纳秒(ns)的光脉冲。作为另一个示例，光源110可以是脉冲激光器，该脉冲激光器产生脉冲持续时间约为200-400ps的脉冲。作为另一个示例，光源110可以是脉冲激光器，该脉冲激光器以约100khz至5mhz的脉冲重复频率或约200ns至10μs的脉冲周期(例如，连续脉冲之间的时间)产生脉冲。在特定实施例中，光源110可以具有基本恒定的脉冲重复频率，或者光源110可以具有可变或可调的脉冲重复频率。作为一个示例，光源110可以是脉冲激光器，该脉冲激光器以约640khz(例如，每秒640,000个脉冲)的基本恒定的脉冲重复频率产生脉冲，该脉冲重复频率对应于约1.56μs的脉冲周期。作为另一个示例，光源110的脉冲重复频率可以在约500khz至3mhz之间变化。本文所用的光脉冲可称为光学脉冲、脉冲光(lightpulse)或脉冲。
在特定实施例中，光源110可以产生自由空间输出光束125，该输出光束125具有任何合适的平均光功率，并且输出光束125可以具有光学脉冲，该光学脉冲具有任何合适的脉冲能量或峰值光功率。作为一个示例，输出光束125的平均功率可以约为1mw、10mw、100mw、1w、10w或任何其他合适的平均功率。作为另一个示例，输出光束125可以包括具有脉冲能量约为0.1μj、1μj、10μj、100μj、1mj的脉冲或具有任何其他合适脉冲能量的脉冲。作为另一个示例，输出光束125可以包括峰值功率约为10w、100w、1kw、5kw、10kw的脉冲或具有任何其他合适峰值功率的脉冲。持续时间为400ps且脉冲能量为1μj的光学脉冲的峰值功率约为2.5kw。如果脉冲重复频率为500khz，则具有1μj脉冲的输出光束125的平均功率约为0.5w。
在特定实施例中，光源110可以包括激光二极管，例如fabry-perot激光二极管、量子阱激光器、分布式布拉格反射(dbr)激光器、分布式反馈(dfb)激光器或垂直腔面发射激光器(vcsel)。作为一个示例，光源110可以包括铝砷化镓(algaas)激光二极管、铟砷化镓(ingaas)激光二极管或铟镓砷磷(ingaasp)激光二极管。在特定实施例中，光源110可以包括具有峰值发射波长约为1400-1600nm的脉冲激光二极管。作为一个示例，光源110可以包括经电流调制以产生光学脉冲的激光二极管。在特定实施例中，光源110可以包括脉冲激光二极管，随后是一个或多个光学放大级。作为一个示例，光源110可以是光纤激光器模块，该光纤激光模块包括峰值波长约为1550nm的经电流调制的激光二极管，随后是单级或多级掺铒光纤放大器(edfa)。作为另一个示例，光源110可以包括连续波(cw)或准连续激光二极管，随后是外部光学调制器(例如，电光调制器)，并且该调制器的输出可以被馈送到光学放大器中。
在特定实施例中，由光源110发射的输出光束125可以是准直光学光束，该准直光学光束具有任何合适的光束发散度，例如，约0.1-3.0毫弧度(mrad)的发散度。输出光束125的发散度可以指当输出光束125远离光源110或激光雷达系统100传播时，光束尺寸(例如，光束半径或光束直径)增加的角度度量。在特定实施例中，输出光束125可以具有基本为圆形的截面，该截面的光束发散度用单个发散值来表征。作为一个示例，在距激光雷达系统100100m的距离处，具有圆形截面且发散度为1mrad的输出光束125的光束直径或光斑尺寸约为10cm。在特定实施例中，输出光束125可以是像散光束，或可以具有基本为椭圆的截面，并且可以用两个发散值来表征。作为一个示例，输出光束125可以具有快轴和慢轴，其中快轴发散度大于慢轴发散度。作为另一个示例，输出光束125可以是具有2mrad的快轴发散度和0.5mrad的慢轴发散度的像散光束。
在特定实施例中，光源110发射的输出光束125可以是非偏振的或随机偏振的，可以没有明确的或固定的偏振(例如，偏振可能随时间变化)，或者可以具有特定的偏振(例如，输出光束125可以是线偏振的、椭圆偏振的或圆偏振的)。作为一个示例，光源110可以产生线偏振光，并且激光雷达系统100可以包括四分之一波片，其将该线偏振光转换成圆偏振光。圆偏振光可以作为输出光束125传输，且激光雷达系统100可以接收输入光束135，输入光束135可以基本上或至少部分是圆偏振的，与输出光束125的偏振方式相同(例如，如果输出光束125是右旋圆偏振的，则输入光束135也可以是右旋圆偏振的)。输入光束135可穿过同一个四分之一波片(或不同的四分之一波片)，从而使输入光束135转换为线偏振光，相对于光源110产生的线偏振光，该线偏振光是正交偏振的(例如，以直角偏振的)。作为另一个示例，激光雷达系统100可以采用偏振分集探测，其中两个偏振分量分别被探测。输出光束125可以是线偏振的，并且激光雷达系统100可以将输入光束135分成两个偏振分量(例如，s-偏振和p-偏振)，分别由两个光电二极管(例如，包括两个光电二极管的平衡光接收器)探测。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括一个或多个光学组件，这些组件配置为对输出光束125或输入光束135进行调节、成形、过滤、修改、指引或引导。作为一个示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个透镜、镜、滤光片(例如，带通或干涉滤光片)、分束器、偏振器、偏振分束器、波片(例如，半波片或四分之一波片)、衍射元件或全息元件。在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括望远镜、一个或多个透镜或一个或多个镜，以将输出光束125扩展、聚焦或准直到期望的光束直径或发散度。作为一个示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个透镜，以将输入光束135聚焦到接收器140的有源区上。作为另一个示例，激光雷达系统100可以包括一个或多个平面镜或曲面镜(例如凹面镜、凸面镜或抛物面镜)，以指引或聚焦输出光束125或输入光束135。例如，激光雷达系统100可以包括离轴抛物面镜，以将输入光束135聚焦到接收器140的有源区上。如图1所示，激光雷达系统100可以包括镜115(其可以为金属镜或介质镜)，并且镜115可以被配置为使光束125穿过镜115。作为一个示例，镜115(可称为重叠镜、叠加镜或合束镜)可以包括输出光束125穿过的孔、缝或孔径。作为另一个示例，镜115可以被配置为使至少80％的输出光束125穿过镜115，并且至少80％的输入光束135被镜115反射。在特定实施例中，镜115可使输出光束125和输入光束135基本上同轴，因此这两个光束沿基本上相同的光路(尽管方向相反)行进。
在特定实施例中，激光雷达系统100可包括扫描器120，以沿一个或多个方向顺发射方向指引输出光束125。作为一个示例，扫描器120可包括一个或多个扫描镜，其被配置为围绕一个或多个轴以成角度的方式旋转、倾斜、枢转或移动。在特定实施例中，平面扫描镜可连接到扫描器致动器或机构上，该扫描器致动器或机构在特定角度范围内扫描该镜。作为一个示例，扫描器120可包括检流计扫描器、共振扫描器、压电致动器、多边形扫描器、旋转棱镜扫描器、音圈电机、直流(dc)电机、步进电机或微电子机械系统(mems)装置或任何其他合适的致动器或机构。在特定实施例中，扫描器120可以被配置为在5度角范围、20度角范围、30度角范围、60度角范围或任何其他合适的角范围内扫描输出光束125。作为一个示例，扫描镜可以被配置为在15度范围内周期性地旋转，其导致输出光束125在30度范围内扫描(例如，扫描镜旋转θ度导致输出光束125进行2θ度的角扫描)。在特定实施例中，激光雷达系统100的观测场(for)可以指激光雷达系统100可以被配置为扫描或捕获距离信息的地区、区域或角范围。作为一个示例，具有30度扫描范围的输出光束125的激光雷达系统100可以被称为具有30度角的观测场。作为另一个示例，具有在30度范围旋转的扫描镜的激光雷达系统100，可以产生在60度范围(例如60度for)扫描的输出光束125。在特定实施例中，激光雷达系统100可具有约10°、20°、40°、60°、120°的for或任何其他合适的for。在特定实施例中，for可被称为扫描区域。
在特定实施例中，扫描器120可以被配置为水平地和垂直地扫描输出光束125，以及激光雷达系统100可以具有沿水平方向的特定for和沿垂直方向的另一特定for。作为一个示例，激光雷达系统100可以具有10°至120°的水平for和2°至45°的垂直for。在特定实施例中，扫描器120可以包括第一镜和第二镜，其中第一镜将输出光束125向第二镜引导，而第二镜将输出光束125顺发射方向引导。作为一个示例，第一镜可以沿第一方向扫描输出光束125，第二镜可以沿与第一方向基本正交的第二方向扫描输出光束125。作为另一个示例，第一镜可以沿基本水平的方向扫描输出光束125，以及第二镜可以沿基本垂直的方向(反之亦然)扫描输出光束125。在特定实施例中，扫描器120可以被称为光束扫描器、光学扫描器或激光扫描器。
在特定实施例中，一个或多个扫描镜可以通信地耦合到控制器150，控制器150可以控制该扫描镜，以在期望的方向顺发射方向或沿着期望的扫描模式导引输出光束125。在特定实施例中，扫描模式(其可以被称为光学扫描模式、光学扫描路径或扫描路径)可以指模式或路径，输出光束125沿着该模式或路径被引导。作为一个示例，扫描器120可以包括两个扫描镜，它们配置为在60°水平for和20°垂直for上扫描输出光束125。可以控制这两个扫描镜，以跟随基本上覆盖60°×20°for的扫描路径。作为一个示例，该扫描路径可能导致具有基本上覆盖60°×20°for的像素的点云。像素可以基本均匀分布在60°×20°for内。或者，像素可以具有特定的非均匀分布(例如，像素可以分布在60°×20°for的全部或一部分内，并且像素可以在60°×20°for的一个或多个特定区域中具有较高的密度)。
在特定实施例中，光源110可以发射光脉冲，这些光脉冲在激光雷达系统100的for内由扫描器120扫描。一个或多个发射的光脉冲可以被目标130散射，目标130位于激光雷达系统100的顺发射方向，并且接收器140可以探测由目标130散射的光脉冲的至少一部分。在特定实施例中，接收器140可以被称为光接收器、光学接收器、光学传感器、探测器、光电探测器或光学探测器。在特定实施例中，激光雷达系统100可包括接收器140，接收器140接收或探测输入光束135的至少一部分并产生与输入光束135相对应的电信号。作为一个示例，如果输入光束135包括光学脉冲，那么接收器140可以产生与接收器140探测到的光学脉冲相对应的电流或电压脉冲。作为另一个示例，接收器140可以包括一个或多个雪崩光电二极管(apd)或一个或多个单光子雪崩二极管(spad)。作为另一个示例，接收器140可以包括一个或多个pn光电二极管(例如，由p型半导体和n型半导体形成的光电二极管结构)或一个或多个pin光电二极管(例如，由位于p型和n型区域之间的未掺杂的本征半导体区域形成的光电二极管结构)。接收器140可以具有包括硅、锗或ingaas的有源区或雪崩倍增区。接收器140的有源区可以具有任何合适的尺寸，例如直径或宽度约为50-500μm。在特定实施例中，接收器140可以包括电路，该电路执行信号放大、采样、滤波、信号调节、模拟-数字转换、时间-数字转换、脉冲探测、阈值探测、上升沿探测或下降沿探测。作为一个示例，接收器140可以包括互阻抗放大器，该互阻抗放大器将接收到的光电流(例如，由apd响应于接收到的光学信号产生的电流)转换为电压信号。该电压信号可以被发送至脉冲探测电路，该电路产生模拟或数字输出信号145，该模拟或数字输出信号145对应于接收到的光学脉冲的一个或多个特性(例如，上升沿、下降沿、振幅或持续时间)。作为一个示例，脉冲探测电路可以执行时间-数字转换，以产生数字输出信号145。电输出信号145可被发送至控制器150进行处理或分析(例如，以确定与接收到的光学脉冲相对应的飞行时间值)。
在特定实施例中，控制器150可以与光源110、扫描器120或接收器140电耦合或通信耦合。作为一个示例，控制器150可从光源110接收电触发脉冲或边沿，其中，每个脉冲或边沿对应于由光源110发射的光学脉冲。作为另一个示例，控制器150可向光源110提供指令、控制信号或触发信号，指示光源110何时应产生光学脉冲。控制器150可以发送包括电脉冲的电触发信号，其中，每个电脉冲都会导致光源110发射光学脉冲。在特定实施例中，由光源110产生的光学脉冲的频率、周期、持续时间、脉冲能量、峰值功率、平均功率或波长，可以基于由控制器150提供的指令、控制信号或触发脉冲进行调整。在特定实施例中，控制器150可以耦合到光源110和接收器140，并且控制器150可以基于时序信息确定光学脉冲的飞行时间值，该时序信息与光源110何时发射脉冲以及接收器140何时探测到或接收到脉冲的一部分(例如，输入光束135)相关联。在特定实施例中，控制器150可以包括电路，该电路执行信号放大、采样、滤波、信号调节、模拟-数字转换、时间-数字转换、脉冲探测、阈值探测、上升沿探测或下降沿探测。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以用于确定到一个或多个顺发射方向的目标130的距离。通过在观测场内扫描激光雷达系统100，该系统可用于将距离映射到观测场内的多个点。这些深度映射点中的每一个都可以被称为像素。连续捕获的像素集合(可以称为深度图、点云或帧)可以被呈现为图像、或者可以进行分析以识别或探测对象、或者确定for内的对象的形状或距离。作为一个示例，深度图可以覆盖水平延伸60°和垂直延伸15°的观测场，并且该深度图可以包括水平方向100-2000个像素乘以垂直方向4-400个像素的一帧。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为，以约0.1帧/秒(fps)到约1,000fps之间的任何合适的帧速率，重复捕获或生成观测场的点云。作为一个示例，激光雷达系统100可以以约0.1fps、0.5fps、1fps、2fps、5fps、10fps、20fps、100fps、500fps或1,000fps的帧速率生成点云。作为另一个示例，激光雷达系统100可以被配置为以5×105脉冲/秒的速率产生光学脉冲(例如，该系统可以每秒确定500,000像素距离)，并扫描1000×50像素的帧(例如，50,000像素/帧)，对应于每秒10帧的点云帧速率(例如，每秒10个点云)。在特定实施例中，点云帧速率可以基本固定，或者点云帧速率可以动态调整。作为一个示例，激光雷达系统100可以以特定的帧速率(例如，1hz)捕获一个或多个点云，以及然后切换到以不同的帧速率(例如，10hz)捕获一个或多个点云。可以使用较慢的帧速率(例如，1hz)捕获一个或多个高分辨率点云，并且可以使用较快的帧速率(例如，10hz)快速捕获多个低分辨率点云。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为在观测场内感测、识别或确定到一个或多个目标130的距离。作为一个示例，激光雷达系统100可以确定到目标130的距离，其中目标130的全部或部分被包含在激光雷达系统100的观测场内。目标130的全部或部分被包含在激光雷达系统100的for内可以指该for覆盖、包括或包围目标130的至少一部分。在特定实施例中，目标130可以包括相对于激光雷达系统100正在移动或静止的对象的全部或部分。作为一个示例，目标130可以包括人的全部或者一部分人、运载工具、摩托车、卡车、火车、自行车、轮椅、行人、动物、道路标志、交通灯、车道标志、路面标志、停车位、塔架、护栏、交通栅栏、坑洞、铁路交叉口、道路上或附近的障碍物、路缘、停在路上或路边的运载工具、电线杆、房屋、建筑物、垃圾桶、邮箱、树、以及任何其他合适的对象，或两个或更多个对象的全部或部分的任何合适组合。
在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可集成到运载工具中。作为一个示例，多个激光雷达系统100可以集成到汽车中，以在该汽车周围提供完整的360度水平for。作为另一个示例，可以将6-10个激光雷达系统100(每个系统具有45度到90度水平for)组合在一起，以形成感测系统，该感测系统提供覆盖360度水平for的点云。激光雷达系统100可以定向，以使相邻的for具有一定量的空间或角重叠，从而允许来自多个激光雷达系统100的数据组合或拼接在一起，以形成单个或连续的360度点云。作为一个示例，每个激光雷达系统100的for可能与相邻for有大约1-15度的重叠。在特定实施例中，运载工具可以指配置为运输人或货物的移动机器。例如，运载工具可包括、可采用以下形式或可称为汽车、轿车、机动车、卡车、公共汽车、货车、拖车、越野车、农用车、割草机、施工机具、高尔夫球车、房车、出租车、摩托车、滑板车、自行车、滑板、火车、雪地车，船只(如船或舟)、飞机(如固定翼飞机、直升机或飞艇)或航天器。在特定实施例中，运载工具可以包括为运载工具提供推进力的内燃机或电动机。
在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可以作为高级驾驶辅助系统(adas)的一部分包含在运载工具中，以在驾驶过程中协助运载工具驾驶员。例如，激光雷达系统100可以是adas的一部分，adas向驾驶员提供信息或反馈(例如，以警示驾驶员潜在的问题或危险)，或自动控制运载工具的一部分(例如，刹车系统或转向系统)，以避免碰撞或意外。激光雷达系统100可以是运载工具adas的一部分，adas提供自适应巡航控制、自动刹车、自动停车、防撞、警示驾驶员危险或其他运载工具、将运载工具保持在正确的车道上，或如果对象或其他运载工具处于盲点则提供警告。
在特定实施例中，一个或多个激光雷达系统100可作为自主运载工具驾驶系统的一部分集成到运载工具中。作为一个示例，激光雷达系统100可以向自主运载工具的驾驶系统提供有关周围环境的信息。自主运载工具驾驶系统可以包括一个或多个计算系统，该计算系统从激光雷达系统100接收有关周围环境的信息，分析接收到的信息，并且向运载工具的驾驶系统(例如方向盘、油门、刹车或转向灯)提供控制信号。作为一个示例，集成到自主运载工具中的激光雷达系统100可以每0.1秒为自主运载工具驾驶系统提供点云(例如，点云的更新速率为10hz，表示每秒10帧)。自主运载工具驾驶系统可以分析接收到的点云，以感测或识别目标130以及其各自的位置、距离或速度，并且自主运载工具驾驶系统可以基于这些信息更新控制信号。作为一个示例，如果激光雷达系统100探测到前方运载工具正在减速或停车，则自主运载工具驾驶系统可发送指令以松开油门并施加刹车。
在特定实施例中，自主运载工具可以被称为自主汽车、无人驾驶汽车、自动驾驶汽车、机器人汽车或无人驾驶运载工具。在特定实施例中，自主运载工具可以指配置为在很少的或无人工干预的情况下感测其环境并导航或驾驶的运载工具。作为一个示例，自主运载工具可以被配置为在整个行程中行驶到任何合适的位置并控制或执行所有安全关键功能(例如，驾驶、转向、刹车、停车)，而驾驶员预期不会在任何时候控制运载工具。作为另一个示例，自主运载工具可以让驾驶员安全地将其注意力从特定环境(如高速公路)中的驾驶任务转移开，或者自主运载工具可以在除少数环境外的所有环境中提供对运载工具的控制，只需要很少的或不需要驾驶员的干预或注意。
在特定实施例中，自主运载工具可以被配置为在运载工具中有驾驶员在场的情况下进行驾驶，或者自主运载工具可以被配置为在没有驾驶员在场的情况下操作运载工具。作为一个示例，自主运载工具可以包括驾驶座，其具有相关控制装置(例如，方向盘、油门踏板和刹车踏板)，并且该运载工具可以被配置为，在无人坐在驾驶座上或坐在驾驶座上的人很少或没有进行干预的情况下驾驶。作为另一个示例，自主运载工具可以不包括任何驾驶座或相关的驾驶员控制装置，并且该运载工具可以在没有人工干预下执行绝大部分驾驶功能(例如，驾驶、转向、刹车、停车和导航)。作为另一个示例，自主运载工具可以被配置为在没有驾驶员的情况下进行操作(例如，该运载工具可以被配置为在运载工具内没有驾驶员在场的情况下运输乘客或货物)。作为另一个示例，自主运载工具可以被配置为在没有任何乘客的情况下进行操作(例如，该运载工具可以被配置为在没有任何乘客在运载工具上的情况下运输货物)。
图2示出了由激光雷达系统100产生的示例扫描模式200。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为沿一个或多个特定扫描模式200扫描输出光学束125。在特定实施例中，扫描模式200可以在任何合适的观测场(for)内扫描，该for具有任何合适的水平for(forh)和任何合适的垂直for(forv)。例如，扫描模式200可具有由角度尺寸(例如，forh×forv)40°×30°、90°×40°或60°×15°表示的观测场。作为另一个示例，扫描模式200的forh可以大于或等于10°、25°、30°、40°、60°、90°或120°。作为另一个示例，扫描模式200的forv可以大于或等于2°、5°、10°、15°、20°、30°或45°。在图2的示例中，参考线220表示扫描模式200的观测场的中心。在特定实施例中，参考线220可以具有任何合适的定向，例如，0°的水平角(例如，参考线220可以被定向为正前方)和0°的垂直角(例如，参考线220可以具有0°的倾角)，或者参考线220可以具有非零水平角或非零倾角(例如，+10°或者-10°的垂直角)。在图2中，如果扫描模式200具有60°×15°的观测场，则扫描模式200相对于参考线220覆盖±30°的水平范围，以及相对于参考线220覆盖±7.5°的垂直范围。此外，图2中的光学光束125相对于参考线220具有约-15°水平和+3°垂直的定向。光学光束125可以被称为相对于参考线220具有-15°的方位角和+3°的高度。在特定实施例中，方位(其可以被称为方位角)可以代表相对于参考线220的水平角，以及高度(其可以被称为高度角、高低或高低角)可以代表相对于参考线220的垂直角。
在特定实施例中，扫描模式200可以包括多个像素210，并且每个像素210可与一个或多个激光脉冲和一个或多个相应的距离测量相关联。在特定实施例中，扫描模式200的循环可以包括总共px×py个像素210(例如，px乘py个像素的二维分布)。作为一个示例，扫描模式200可以包括尺寸为沿水平方向约100-2,000个像素210和沿垂直方向约4-400个像素210的分布。作为另一个示例，对于扫描模式200的每循环总共64,000个像素，扫描模式200的分布可以为沿水平方向1,000个像素210乘以沿垂直方向64个像素210(例如，帧尺寸为1000×64个像素)。在特定实施例中，沿水平方向的像素210的数量可以被称为扫描模式200的水平分辨率，以及沿垂直方向的像素210的数量可以被称为垂直分辨率。作为一个示例，扫描模式200可以具有大于或等于100个像素210的水平分辨率，以及大于或等于4个像素210的垂直分辨率。作为另一个示例，扫描模式200可以具有100-2,000个像素210的水平分辨率，以及4-400个像素210的垂直分辨率。
在特定实施例中，每个像素210可与距离(例如，到目标130的一部分的距离，相关联的激光脉冲从目标130被散射)或一个或多个角度值相关联。作为一个示例，像素210可以与距离值和两个角度值(例如方位角和高度)相关联，该角度值表示像素210相对于激光雷达系统100的角度位置。到目标130的一部分的距离可以至少部分地基于相应脉冲的飞行时间测量来确定。角度值(例如，方位角或高度)可对应于输出光束125的角度(例如，相对于参考线220)(例如，当从激光雷达系统100发射相应的脉冲时)或输入光束135的角度(例如，当激光雷达系统100接收到输入信号时)。在特定实施例中，角度值可以至少部分地基于扫描器120的组件的位置来确定。作为一个示例，与像素210相关联的方位角或高度值可以由扫描器120的一个或多个相应扫描镜的角度位置确定。
图3示出了具有示例重叠镜115的示例激光雷达系统100。在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括：光源110，配置为发射光脉冲；以及扫描器120，配置为在观测场内扫描所发射的光脉冲的至少一部分。作为一个示例，光源110可以包括脉冲固态激光器或脉冲光纤激光器，并且由光源110产生的光学脉冲可以被引导穿过重叠镜115的孔径310，然后耦合到扫描器120。在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括接收器140，接收器140配置为探测由目标130散射的经扫描的光脉冲的至少一部分，目标130位于与激光雷达系统100距离为d的位置。作为一个示例，由扫描器120从激光雷达系统100顺发射方向引导的一个或多个光脉冲(例如，作为输出光束125的一部分)可以散射离开目标130，并且一部分散射的光可以传播回激光雷达系统100(例如，作为输入光束135的一部分)，并由接收器140探测。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括一个或多个处理器(例如，控制器150)，该处理器配置为，至少部分基于发射的光脉冲从激光雷达系统100行进到目标130并返回到激光雷达系统100的往返飞行时间，以确定从激光雷达系统100到目标130的距离d。目标130可以至少部分地包含在激光雷达系统100的观测场内，并且位于离激光雷达系统100距离为d的位置，该距离d小于或等于激光雷达系统100的最大测程rmax。在特定实施例中，激光雷达系统100的最大测程(其可以被称为最大距离)可以指激光雷达系统100配置为感测或识别在激光雷达系统100的观测场中出现的目标130的最大距离。激光雷达系统100的最大测程可以是任何合适的距离，例如25m、50m、100m、200m、500m或1km。作为一个示例，最大测程为200m的激光雷达系统100可配置为感测或识别位于距离激光雷达系统100至多为200m的各种目标130。对于最大测程为200m(rmax＝200m)的激光雷达系统100，与最大测程相对应的飞行时间约为
在特定实施例中，光源110、扫描器120和接收器140可以一起封装在单个罩壳内，其中罩壳可以指容纳或包含激光雷达系统100的全部或部分的盒、箱或外壳。作为一个示例，激光雷达系统外壳可以包含激光雷达系统100的光源110、重叠镜115、扫描器120和接收器140。此外，激光雷达系统外壳可以包括控制器150，或控制器150可位于远离外壳的位置。激光雷达系统外壳还可以包括一个或多个电连接，用于将电功率或电信号传送到外壳或从外壳传送电功率或电信号。
在特定实施例中，光源110可以包括人眼安全激光器。人眼安全激光器可以指发射波长、平均功率、峰值功率、峰值强度、脉冲能量、光束尺寸、光束发散度或曝光时间使得从激光器发射的光对人的眼睛造成损害的可能性很小或无损害的激光器。作为一个示例，光源110可被分类为所有正常使用条件下均安全的第1类激光产品(根据国际电工技术委员会(iec)60825-1标准的规定)或第i类激光产品(根据美国联邦法规(cfr)第1040.10节第21条的规定)。在特定实施例中，光源110可以包括人眼安全激光器(例如，第1类或第i类激光器)，其配置为在约1400nm到约2100nm之间的任何合适波长下工作。作为一个示例，光源110可包括工作波长在约1400nm到约1600nm之间的人眼安全激光器。作为另一个示例，光源110可以包括工作波长在约1530nm到约1560nm之间的人眼安全激光器。作为另一个示例，光源110可包括工作波长在约1400nm到约1600nm之间的人眼安全光纤激光器或固态激光器。
在特定实施例中，扫描器120可以包括一个或多个镜，其中每个镜由检流计扫描器、共振扫描器、mems装置、音圈电机或其任何合适的组合机械地驱动。检流计扫描器(其可以被称为检流计致动器)可以包括基于检流计的带磁铁和线圈的扫描电机。当向线圈提供电流时，磁铁上受到旋转力，这使得附接在检流计扫描器上的镜旋转。可以控制施加于线圈的电流，以动态地改变检流计镜的位置。共振扫描器(其可以被称为共振致动器)可以包括由致动器驱动的弹簧状机构，以在基本上固定的频率(例如1khz)下产生周期振荡。基于mems的扫描装置可以包括直径约为1至10mm的镜，其中该镜利用电磁致动或静电致动旋转。音圈电机(其可以被称为音圈致动器)可以包括磁铁和线圈。当向线圈提供电流时，磁铁受到平移力，这使得附接至磁铁的镜移动或旋转。
在特定实施例中，扫描器120可以包括由任何合适数量的机械致动器驱动的任何合适数量的镜。作为一个示例，扫描器120可以包括配置为沿单个方向扫描输出光束125的单个镜(例如，扫描器120可以是沿水平或垂直方向扫描的一维扫描器)。该镜可由一个致动器(例如，检流计)或两个致动器驱动，该两个致动器配置为以推挽式结构驱动该镜。作为另一个示例，扫描器120可以包括沿两个方向(例如，水平和垂直)扫描输出光束125的单个镜。该镜可以由两个致动器驱动，其中每个致动器提供沿特定方向或围绕特定轴的旋转运动。作为另一个示例，扫描器120可以包括两个镜，其中一个镜沿基本水平的方向扫描输出光束125，另一个镜沿基本垂直的方向扫描输出光束125。在图3的示例中，扫描器120包括两个镜，镜300-1和镜300-2。镜300-1可沿基本水平的方向扫描输出光束125，镜300-2可沿基本垂直的方向扫描输出光束125(反之亦然)。
在特定实施例中，扫描器120可以包括两个镜，其中每个镜由相应的检流计扫描器驱动。作为一个示例，扫描器120可以包括沿第一方向(例如，垂直方向)扫描镜300-1的一个检流计致动器，扫描器120可以包括沿第二方向(例如，水平方向)扫描镜300-2的另一个检流计致动器。在特定实施例中，扫描器120可以包括两个镜，其中一个镜由检流计致动器驱动，以及另一个镜由共振致动器驱动。作为一个示例，检流计致动器可以沿第一方向扫描镜300-1，共振致动器可以沿第二方向扫描镜300-2。第一扫描方向和第二扫描方向可以彼此基本上正交。作为一个示例，第一方向可以基本上是垂直的，以及第二方向基本上是水平的，反之亦然。在特定实施例中，扫描器120可包括由两个致动器驱动的一个镜，这两个致动器被配置为沿两个基本上正交的方向扫描该镜。作为一个示例，一个镜可由共振致动器或检流计致动器沿基本水平的方向驱动，以及该镜也可由检流计致动器沿基本垂直的方向驱动。作为另一个示例，镜可以由两个共振致动器沿两个基本上正交的方向驱动。
在特定实施例中，扫描器120可以包括配置为由两个致动器沿一个方向扫描的镜，这两个致动器布置成推挽式结构。以推挽式结构驱动镜可以指由两个致动器沿一个方向驱动镜。这两个致动器可以位于镜的相对端或相对侧，并且这两个致动器可以以合作的方式驱动，使得当一个致动器推动镜时，另一个致动器拉动镜，反之亦然。作为一个示例，镜可以由两个音圈致动器沿水平或垂直方向驱动，这两个音圈致动器布置成推挽式结构。在特定实施例中，扫描器120可以包括沿两个轴被扫描的一个镜，其中沿每个轴的运动由布置成推挽式结构的两个致动器提供。作为一个示例，镜可以由布置成水平推挽式结构的两个共振致动器沿水平方向驱动，以及镜可以由布置成垂直推挽式结构的另两个共振致动器沿垂直方向驱动。
在特定实施例中，扫描器120可以包括两个被同步驱动的镜，使得输出光束125沿任何合适的扫描模式200被引导。作为一个示例，检流计致动器可以以基本上为线性的往复运动驱动镜300-2(例如，检流计可以以基本上为正弦或三角形的波形被驱动)，从而使输出光束125描绘基本上水平的往复模式。另外，另一个检流计致动器可以沿基本垂直的方向扫描镜300-1。例如，这两个检流计可以同步，这样，对于每64条水平轨迹，输出光束125沿垂直方向形成一条轨迹。作为另一个示例，共振致动器可沿基本水平的方向驱动镜300-2，以及检流计致动器或共振致动器可以沿基本垂直的方向扫描镜300-1。
在特定实施例中，扫描器120可以包括由两个或更多个致动器驱动的一个镜，其中致动器同步被驱动，使得输出光束125沿特定扫描模式200被引导。作为一个示例，可以沿两个基本正交的方向同步驱动一个镜，使得输出光束125跟随扫描模式200，该扫描模式200包括基本笔直的线。在特定实施例中，扫描器120可以包括两个被同步驱动的镜，使得该被同步驱动的镜描绘出扫描模式200的轨迹，该扫描模式200包括基本笔直的线。作为一个示例，扫描模式200可以包括一系列基本上水平、垂直或沿任何其他合适方向定向的基本笔直的线。当输出光束125沿基本水平的方向被扫描(例如，使用检流计致动器或共振致动器)，可以通过沿垂直方向施加动态调整的偏转(例如，使用检流计致动器)来实现直线。如果不施加垂直偏转，则输出光束125在从一侧扫描到另一侧时可以描绘出曲线路径的轨迹。通过在水平扫描镜时施加垂直偏转，可以实现包括基本笔直的线的扫描模式200。在特定实施例中，垂直致动器可以用于在水平扫描输出光束125时施加动态调整的垂直偏转，以及在每个水平扫描之间施加离散的垂直偏移(例如，以将输出光束125步进到扫描模式200的后续行)。
在图3的示例中，激光雷达系统100产生输出光束125并接收来自输入光束135的光。包括光源110发射的光脉冲的至少一部分的输出光束125可以在观测场中被扫描。输入光束135可以包括扫描的光脉冲的至少一部分，这些光脉冲被一个或多个目标130散射并由接收器140探测。在特定实施例中，输出光束125和输入光束135基本上是同轴的。输入光束和输出光束基本上同轴可以指输入光束和输出光束至少部分地重叠或共用公共传播轴，使得输入光束135和输出光束125沿基本上相同的光路(尽管方向相反)行进。当在观测场扫描输出光束125时，输入光束135可以跟随输出光束125，从而保持两个光束之间的同轴关系。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括重叠镜115，重叠镜115配置为将输入光束135和输出光束125重叠，以使它们基本上同轴。在图3中，重叠镜115包括输出光束125穿过的孔、缝或孔径310和反射面320，以及该反射面320向接收器140反射输入光束135的至少一部分。重叠镜115可以定向成使得输入光束135和输出光束125至少部分重叠。在特定实施例中，输入光束135可以穿过透镜330，透镜330将光束聚焦到接收器140的有源区上。有源区可以指接收器140可接收或检测输入光的区域。有源区可具有任何合适的尺寸或直径d，例如直径约为25μm、50μm、80μm、100μm、200μm、500μm、1mm、2mm或5mm。在特定实施例中，重叠镜115的反射面320可以基本是平的，或者反射面320可以是弯曲的(例如，镜115可以是离轴抛物面镜，配置为将输入光束135聚焦到接收器140的有源区上)。
在特定实施例中，孔径310可以具有任何合适的尺寸或直径φ1，输入光束135可以具有任何合适的尺寸或直径φ2，其中φ2大于φ1。作为一个示例，孔径310的直径φ1可以约为0.2mm、0.5mm、1mm、2mm、3mm、5mm或10mm，输入光束135的直径φ2可以约为2mm、5mm、10mm、15mm、20mm、30mm、40mm或50mm。在特定实施例中，重叠镜115的反射面320可以向接收器140反射大于或等于70％的输入光束135。作为一个示例，如果反射面320在光源110的工作波长下具有反射率r，则引导向接收器140的输入光束135的分数(fraction)可以表示为r×[1－(φ1/φ2)2]。例如，如果r为95％，φ1为2mm，φ2为10mm，则约91％的输入光束135可以通过反射面320引导向接收器140。
图4示出了激光雷达系统100的示例光源视场(fovl)和接收器视场(fovr)。当扫描器120在观测场(for)中扫描fovl和fovr时，激光雷达系统100的光源110可以发射光脉冲。在特定实施例中，光源视场可以指在特定时刻被光源110照射的角锥。同样地，接收器视场可以指角锥，在该角锥上，接收器140可在特定时刻接收或探测光，而接收器视场之外的任何光都不能被接收或探测到。作为一个示例，当在观测场扫描光源视场时，由光源110发射的光脉冲的一部分可以从激光雷达系统100顺发射方向发送，并且该光脉冲可以在发射脉冲时向fovl所指向的方向上发送。光脉冲可以散射离开目标130，接收器140可以接收和探测沿fovr引导或包含在fovr中的散射光的一部分。
在特定实施例中，扫描器120可以被配置为，在激光雷达系统100的观测场中扫描光源视场和接收器视场。当扫描器120在激光雷达系统100的观测场中扫描fovl和fovr时，多个光脉冲可以被发射和探测到，同时描绘出扫描模式200。在特定实施例中，光源视场和接收器视场可以相对于彼此同步地被扫描，使得当在扫描模式200中扫描fovl时，fovr以相同的扫描速度跟随基本相同的路径。另外，当fovl和fovr在观测场中被扫描时，它们可以保持相同的相对位置。作为一个示例，fovl可以与fovr基本重叠或居中于fovr内(如图4所示)，并且可以在整个扫描过程中保持fovl和fovr之间的相对位置。作为另一个示例，在整个扫描过程中，fovr可以滞后于fovl一个特定的固定量(例如，fovr可以在与扫描方向相反的方向上偏离fovl)。
在特定实施例中，fovl可以具有角度尺寸或角度范围θl，θl与输出光束125的发散度基本相同或对应，以及fovr可以具有角度尺寸或角度范围θr，θr对应于一个角度，接收器140在该角度内可以接收和探测到光。在特定实施例中，接收器视场相对于光源视场可以是任何合适的尺寸。作为一个示例，接收器视场可以小于、基本上等于、或大于光源视场的角度范围。在特定实施例中，光源视场的角度范围可以小于或等于50毫弧度，并且接收器视场的角度范围可以小于或等于50毫弧度。fovl可以具有任何合适的角度范围θl，例如，约0.1mrad、0.2mrad、0.5mrad、1mrad、1.5mrad、2mrad、3mrad、5mrad、10mrad、20mrad、40mrad或50mrad。同样，fovr可以具有任何合适的角度范围θr，例如，约0.1mrad、0.2mrad、0.5mrad、1mrad、1.5mrad、2mrad、3mrad、5mrad、10mrad、20mrad、40mrad或50mrad。在特定实施例中，光源视场和接收器视场可以具有近似相等的角范围。作为一个示例，θl和θr都可以近似等于1mrad、2mrad或3mrad。在特定实施例中，接收器视场可以大于光源视场，或者光源视场可以大于接收器视场。作为一个示例，θl可以近似等于1.5mrad，并且θr可以近似等于3mrad。
在特定实施例中，像素210可以代表或可以对应于光源视场。当输出光束125从光源110传播时，输出光束125的直径(以及相应像素210的尺寸)可以根据光束发散度θl增大。作为一个示例，如果输出光束125的θl为2mrad，则在与激光雷达系统100相距100m的距离处，输出光束125的尺寸或直径可约为20cm，相应像素210的相应尺寸或直径也可约为20cm。在与激光雷达系统100相距200m的距离处，输出光束125和相应像素210各自的直径可约为40cm。
图5示出了示例正弦扫描模式200。在特定实施例中，扫描模式200可以是闭合或连续的扫描模式200，该扫描模式连续扫描而不执行回描操作，或者扫描模式200可以是开放的扫描模式200，该扫描模式包括回描。当扫描器120从扫描模式200的终点重置回到扫描模式200的起点时，可以发生回描操作。在特定实施例中，激光雷达系统100在回描期间可以不发送脉冲或获取距离数据，或者激光雷达系统100在回描期间可以获取距离数据(例如，回描路径可以包括一个或多个像素210)。在图5的示例中，扫描模式200包括用虚线对角线表示的回描400，该虚线对角线将扫描模式200的终点连接到起点。
在特定实施例中，扫描模式200的像素210可以相对于时间或角度基本均匀地间隔开。作为一个示例，每个像素210(及其相关脉冲)可以以任何合适的时间间隔(例如，约0.5μs、1.0μs、1.4μs或2.0μs的时间间隔)与紧接着的之前或之后的像素210分隔。在图5中，像素210a、210b和210c可以与这样的脉冲相关联，该脉冲以脉冲之间1.6μs的固定时间间隔发射。作为另一个示例，每个像素210(及其相关脉冲)可以以任何合适的角度(例如，约0.01°、0.02°、0.05°、0.1°、0.2°、0.3°或0.5°的角度)与紧接着的之前或之后的像素210分隔。在图5中，像素210a和210b的角间距约为0.1°(例如，像素210a和210b可均与以0.1°角分隔的光学光束相关联)。在特定实施例中，在时间或角度方面，扫描模式200的像素210可以具有可调间距。作为一个示例，将两个连续像素210分隔的时间间隔或角度可以在扫描期间或从一次扫描到随后的扫描之间动态地变化。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以包括扫描器120，扫描器120配置为沿任何合适的扫描模式200引导输出125。作为一个示例，扫描模式200的全部或一部分可以遵循基本为正弦的路径、三角波路径、方波路径、锯齿路径、分段线性路径、周期函数路径或任何其他合适的路径或路径的组合。在图5的示例中，扫描模式200对应于近似正弦路径，其中像素210沿正弦曲线布置。在特定实施例中，扫描模式200可以包括特定周期函数的任何合适的整数次循环(例如，1、2、5、10、20、50或100次循环)或任何合适的非整数次循环(例如，9.7、13.33或53.5次循环)。在图5中，扫描模式200仅包括正弦函数的四个周期或循环。在特定实施例中，扫描模式200可以包括具有任何合适的对齐或定向的周期函数，例如，水平、垂直、以33度定向或沿45度轴定向。在图5的示例中，扫描模式200是水平定向的正弦曲线，其中该正弦曲线的峰和谷基本上水平对齐。
在特定实施例中，像素210可以基本均匀地分布在扫描模式200上，或像素210的分布或密度在扫描模式200的for上可以变化。在图5的示例中，朝向扫描模式200的左边缘410l和右边缘410r的像素210具有更大的密度，并且与边缘相比，扫描模式200的中间区域410m中的像素密度较低。作为一个示例，像素210可以分布为使≥40％的像素210位于扫描模式200的for的左侧25％(例如区域410l)，≥40％的像素210位于for的右侧25％(例如区域410r)，以及剩下的＜20％的像素210位于for的中间50％(例如，区域410m)。在特定实施例中，像素210之间的时间间隔或角度可以在扫描期间动态地调整，以使扫描模式200的像素210具有特定分布(例如，在一个或多个特定区域中的像素210的密度更高)。作为一个示例，扫描模式200可以被配置为在扫描模式200的中间或中心区域或朝向扫描模式200的一个或多个边缘(例如，中间区域或左侧、右侧、上或下边沿，包括扫描模式200的for的约5％、10％、20％、30％或任何其他合适百分比)具有更高密度的像素210。例如，像素210可以分布为使≥40％的像素210位于扫描模式200的中心、左侧或右侧区域，剩下的＜60％的像素210分布在扫描模式200的其余部分。作为另一个示例，扫描模式200沿扫描模式200的右侧边缘的像素密度可以高于沿扫描模式200的左侧边缘的像素密度。
在特定实施例中，扫描模式200中像素210的分布，可以至少部分地由光源110的脉冲周期、扫描器120提供的扫描速度或扫描模式200遵循的形状或路径来确定。作为一个示例，光源110的脉冲周期可以是基本上固定的值，或者可以在扫描期间动态地调整脉冲周期，以改变整个扫描区域中像素210的密度。作为另一个示例，扫描器120旋转的角速度可以是基本固定的，或者可以在扫描期间变化。作为另一个示例，扫描模式200可以基于模式的形状，提供像素210的不同分布。例如，三角波扫描模式200(结合基本上恒定的脉冲周期和角速度)可以沿水平方向提供基本均匀的像素210分布，而正弦扫描模式200可以导致沿左侧边缘410l和右侧边缘410r的像素210的密度较高，并且中间区域410m中像素210的密度较低。此外，可以选择或调整两个或更多个扫描参数，以优化或调整扫描模式200中像素210的密度。作为一个示例，可以将正弦扫描模式200与光源100的动态调整的脉冲周期相结合，以使沿右侧边缘410r的像素210的密度较高，而中间区域410m和左侧边缘410l的像素210的密度较低。
在特定实施例中，从一个扫描到下一个扫描可以重复特定扫描模式200，或从一个扫描到另一个扫描可以调整或改变扫描模式200的一个或多个参数。作为一个示例，像素210之间的时间间隔或角度可以在一个扫描到另一个扫描之间变化。在初始扫描中可以施加相对较长的时间间隔来产生中等密度的点云，以及在后续的扫描中可以施加相对较短的时间间隔来产生高密度的点云。作为另一个示例，像素210之间的时间间隔或角度可以在特定扫描模式200内变化。对于扫描模式200的特定区域，可以缩短时间间隔以在该特定区域内产生较高密度的像素210。
图6示出了示例混合扫描模式200。在特定实施例中，可以通过将两个或更多个扫描模式的一些部分组合成单个扫描模式来形成混合扫描模式200。作为一个示例，混合扫描模式200可以包括两个或更多个形状或模式的任何合适组合，例如正弦形状、三角波形状、方波形状、锯齿形状、圆形、分段线性形状、螺旋形状或任何合适的任意形状。在图6的示例中，混合扫描模式200是基本为三角波形状(区域420)和基本为正弦形状(区域430)的组合。区域420中的三角波形状由直线段构成，以及区域430的正弦波由与直线段相连的半正弦形状构成。在特定实施例中，混合扫描模式200的每个特定形状或模式可以覆盖扫描for的任何合适部分。作为一个示例，直线区域420可以覆盖for的40％、60％或80％，正弦区域430可以分别覆盖for的剩下的60％、40％或20％。在图6的示例中，直线区域420覆盖扫描模式200的for的左侧50％，以及正弦区域430覆盖for的右侧50％。
在特定实施例中，混合扫描模式200的像素210可以以任何合适的均匀或非均匀方式沿扫描模式200分布。在图6的示例中，三角波部分420和正弦部分430左侧的像素210的密度分布相对较低，并且正弦部分430右侧的像素210的密度分布相对较高。图6的混合扫描模式200可以用于扫描在扫描模式200右侧的像素210比在中间或左侧的像素210更重要或具有更高相关性的区域。作为一个示例，混合扫描模式200可以被配置为使得特定区域(例如，for右侧约10％、20％或30％的区域)包括≥50％的像素210，以及扫描区域的其余部分(例如，剩下的分别为90％、80％或70％的for)包括剩下的＜50％的像素210。
图7示出了两个示例重叠扫描模式200a和200b。在图7的示例中，扫描模式200a被配置为在扫描区域500a中扫描，以及扫描模式200b被配置为在扫描区域500b中扫描。作为一个示例，扫描模式200a和200b可以各自覆盖60°×15°的for。在特定实施例中，可以将两个或更多个扫描模式200(其中每个扫描模式与特定激光雷达系统100相关联)配置为扫描两个或更多个至少部分地重叠的相应区域。作为一个示例，三个重叠的扫描模式200可以彼此相邻(例如，第一扫描区域可能与第二扫描区域重叠，第二扫描区域也可能与第三扫描区域重叠)。在图7的示例中，扫描区域500a的右侧部分与扫描区域500b的左侧部分重叠，并且扫描模式200a和200b在中间区域510重叠。在特定实施例中，重叠的扫描模式200a和200b可以各自包括任何合适类型的扫描模式，该扫描模式具有任何合适的for。在图7中，扫描模式200a对应于图6中的混合扫描模式200，以及扫描模式200b对应于扫描模式200a的反向版本(例如，相对于扫描模式200a，扫描模式200b围绕垂直轴翻转)。扫描模式200a在其for的右侧具有相对较高密度的像素210，并且扫描模式200b在其for的左侧具有相对较高密度的像素210。在图7的示例中，为了清晰地显示扫描模式200a和200b的细节，未包括回描路径400。本文所描述的其他图中所示的扫描模式200可以不包括回描路径400，即使在实践中扫描模式200可以使用将扫描模式200的终点连接到其起点的回描路径400来操作。
在特定实施例中，可将两个扫描模式200配置为在重叠区域510中重叠，其中重叠区域510的像素210的密度高于位于重叠区域外的扫描模式200的部分。作为一个示例，重叠区域510可以包括扫描区域500a和扫描区域500b的约1％、5％、10％、20％、30％或任何其他合适的部分。作为另一个示例，重叠区域510可以包括扫描区域500a和500b的约1°、10°、20°或任何其他合适的角度部分。如果扫描区域500a和500b各自具有60°的forh和约3°的水平角度重叠，则扫描区域500a和500b可以被称为具有约5％的重叠。至少部分地基于两个扫描模式200a和200b的重叠，重叠区域510可以包括较高密度的像素210。作为一个示例，如果每个扫描模式200a和200b在其各自的扫描区域500a和500b中具有基本均匀的像素210密度，则重叠区域510中像素210的密度大约是重叠区域510外的像素密度的两倍。此外，基于每个扫描模式200a和200b的像素210的不均匀分布，重叠区域510还可以包括更高密度的像素210。如图7所示，每个扫描模式200a和200b可以被配置为在重叠区域510内具有更高密度的像素210。作为一个示例，如果每个扫描模式200a和200b在重叠区域510内具有更高密度的像素210，则重叠区域510内的像素密度可以大于重叠区域510外的平均像素密度的两倍。作为一个示例，重叠区域在重叠区域510内的像素密度可以比重叠区域510外的平均像素密度高3倍、4倍、5倍或任何其他合适的倍数。作为另一个示例，重叠区域510可以包括扫描区域500a和500b之间1％、5％、10％、20％或任何其他合适的百分比的重叠，并且重叠区域510可以包括扫描模式200a和200b的像素210总数的20％、30％、40％、50％或任何其他合适的百分比。
图8-9每个都示出了具有两个激光雷达系统100a和100b的运载工具610的俯视图，这两个激光雷达系统产生两个示例重叠扫描模式。扫描区域500a对应于激光雷达系统100a的for，以及扫描区域500b对应于激光雷达系统100b的for。扫描区域500a以线600a-l和线600a-r为边界，以及线600a-l和线600a-r之间的夹角对应于forh-a，即扫描区域500a的水平for。同样，扫描区域500b以线600b-l和线600b-r为边界，以及线600b-l和线600b-r之间的夹角对应于forh-b，即扫描区域500b的水平for。扫描区域500a和扫描区域500b在重叠区域510中重叠。在图8中，重叠区域510以线600a-r和线600b-l为边界。在图9中，重叠区域510以线600a-l和线600b-r为边界。
在特定实施例中，重叠区域510可提供更高密度的像素210，这可导致重叠区域510内更高密度的点云。此外，扫描模式200a和200b的密度相对较高的部分可以被配置为与重叠区域510近似重合，导致重叠区域510内的像素密度进一步增加。在特定实施例中，重叠区域510可以对准具有相对较高重要性或相关性的方向(例如，运载工具的前视部分)，或重叠区域510可为for的重要部分提供冗余备份。作为一个示例，激光雷达传感器100a和100b可以被配置为在区域510中重叠，以及如果其中一个激光雷达传感器(例如，激光雷达传感器100a)遇到问题或故障，则另一个激光雷达传感器(例如，激光雷达传感器100b)可以继续扫描并产生覆盖相关特定区域的点云。
在图8的示例中，扫描区域500a和500b重叠，以产生成角度重叠的扫描区域510，其重叠角为ω。重叠角ω对应于线600a-r和线600b-l之间的角，其中每一条线(可以称为边界线或边缘线)分别表示扫描区域500a和500b的边界或终点。在特定实施例中，两个扫描区域之间的重叠角ω可以是任何合适的角度，例如约0°、1°、5°、10°、20°或40°。作为一个示例，两个各具有60°的forh和5°的重叠角ω的扫描区域可以形成总forh为115°的组合扫描区域。在图8的示例中，扫描区域500a和500b之间的重叠角ω约为20°。
在图9的示例中，扫描区域500a和500b重叠，以产生平移重叠的扫描区域510，其重叠距离为w。在特定实施例中，平移重叠的扫描区域510可以指由扫描区域500a相对于扫描区域500b平移而产生的重叠扫描区域510。在特定实施例中，两个扫描区域之间的重叠距离w可以是任何合适的值，例如，约0cm、1cm、5cm、10cm、100cm、1m、2m或5m。在图9的示例中，扫描区域500a和500b各自具有60°的for和0°的重叠角ω，以及这两个扫描区域一起形成具有总for为120°的组合扫描区域。在特定实施例中，扫描区域500a和500b可以成角度重叠和平移重叠。作为一个示例，扫描区域500a和500b可以具有任何合适的重叠距离w(例如，约10cm)和非零重叠角ω(例如，约3°)。
在特定实施例中，扫描区域500a和500b可以以交叉或非交叉方式重叠，这取决于激光雷达系统100a和100b及其各自的扫描区域500a和500b的位置。在图8和9中，激光雷达系统100a位于运载工具610的左侧，以及激光雷达系统100b位于运载工具610的右侧。在图8中，扫描区域500a指向运载工具610的左侧，而扫描区域500b指向右侧。在图9中，扫描区域500a和500b与图8相反；扫描区域500a指向右侧，以及扫描区域500b指向左侧。在图8的示例中，扫描区域500a和500b以非交叉方式重叠，其中，激光雷达系统100a和扫描区域500a都位于运载工具610的同一侧(左侧)，以及激光雷达系统100b和扫描区域500b都位于运载工具610的另一侧(右侧)。在图9的示例中，扫描区域500a和500b以交叉方式重叠，其中，激光雷达系统100a和扫描区域500a位于运载工具610的相对侧(例如，激光雷达系统100a位于运载工具610的左侧，并且扫描区域500a指向运载工具610的右侧)，以及激光雷达系统100b和扫描区域500b也位于运载工具610的相对侧。如果两个激光雷达系统各有一条不与另一系统的任一边界线相交的边界线，则这两个激光雷达系统可以是非交叉的。图8中的两个激光雷达系统100a和100b处于非交叉配置，因为边界线600a-l与边界线600b-l或600b-r不相交，以及边界线600b-r与边界线600a-l或600a-r不相交。如果一个激光雷达系统的两条边界线各自与另一个激光雷达系统的至少的一条边界线相交，则这两个激光雷达系统可以以交叉方式重叠。图9中的两个激光雷达系统100a和100b处于交叉配置，因为边界线600a-l与边界线600b-l相交，边界线600a-r与边界线600b-l和600b-r相交。
图10示出了示例目标扫描区域810。在特定实施例中，激光雷达系统100可以被配置为，在特定观测场forh×forv内，在特定的目标扫描区域810内执行目标扫描800。在图10的示例中，目标扫描模式800具有包含在forh中的水平观测场830，和包含在forv中的垂直观测场840。作为一个示例，整个观测场(例如，forh×forv)可以覆盖50°×10°，而目标扫描区域810可以具有覆盖整个观测场的任何合适部分(例如，2°×1°、5°×2°或10°×4°)的观测场。在特定实施例中，激光雷达系统100可以执行覆盖整个观测场的扫描，以及然后在随后的扫描中，激光雷达系统100可以执行目标扫描800，以调查整个观测场的特定子区域(例如，目标扫描区域810)。作为一个示例，在覆盖整个观测场的扫描过程中，可以识别一个或多个特定的感兴趣的区域(例如，感兴趣的区域中可能有目标130)，以及然后激光雷达系统100可以执行目标扫描800，以获得有关目标130的其他信息。作为另一个示例，激光雷达系统100可以交替执行一个或多个覆盖整个观测场的扫描和一个或多个覆盖整个观测场的一个或多个特定子区域的目标扫描800。
在特定实施例中，目标扫描800可以比覆盖整个观测场的扫描具有更高的像素密度。在特定实施例中，目标扫描800可以覆盖目标扫描区域810，目标扫描区域810具有任何合适的形状，例如矩形(如图10所示)、方形、圆形、椭圆形、多边形或任意形状。在特定实施例中，激光雷达系统100可以执行一个区域810的单次目标扫描800(例如，如图10所示)，或者激光雷达系统100可以执行多次单独的目标扫描800。作为一个示例，激光雷达系统100可以执行两次或更多次目标扫描800，其中每次目标扫描800具有特定形状、for中的特定位置、特定扫描模式800或特定像素密度。
图11示出了包括示例目标扫描区域810的示例扫描模式200。在图10和11中，为了清楚地说明扫描模式，扫描模式中没有显示像素。在特定实施例中，激光雷达系统100可以将扫描模式200(包括整个观测场(例如，forh×forv)的全部或部分)与目标扫描800结合。在图11的示例中，扫描模式200的像素210密度相对较低，而目标扫描800的像素密度相对较高。作为一个示例，目标扫描800的平均像素密度可以比扫描模式200的平均像素密度大2倍、3倍、5倍、10倍或任何其他合适的倍数。在特定实施例中，特定扫描区域的平均像素密度可以表示为m/(forh×forv)，其中，m是扫描区域内像素210的数量，以及forh和forv的乘积对应于扫描区域的立体角，单位为平方度(deg2)。作为一个示例，具有m＝106个像素和50°×20°观测场的扫描区域具有平均像素密度为106/(50×20)，或1,000像素/平方度。
在特定实施例中，激光雷达系统100可以执行覆盖整个观测场的标准扫描，以及然后在随后的扫描中，激光雷达系统100可以执行组合的标准/目标扫描，该组合的标准/目标扫描包括具有较低密度像素210的扫描模式200和具有较高密度像素210的目标扫描800。组合的标准/目标扫描(例如，如图11所示)可以分两个单独步骤执行(例如，标准扫描模式200可以在目标扫描800之后或之前执行)，或可以在一次操作中执行组合的标准/目标扫描(例如，可以在标准扫描模式200期间执行全部或部分的目标扫描800或在标准扫描模式200内穿插全部或部分的目标扫描800)。在特定实施例中，组合的标准/目标扫描可以包括一个或多个不同的或单独目标扫描模式800。作为一个示例，组合的标准/目标扫描可以包括单个目标扫描模式800(例如，如图11所示)，或者组合的标准/目标扫描可以包括两个或更多个目标扫描模式800。
图12-13每个都示出了示例lissajous扫描模式200。在特定实施例中，lissajous扫描模式200可以指至少部分地遵循或至少部分基于lissajous曲线的扫描模式200。作为一个示例，扫描器120可以引导输出光束125遵循lissajous扫描模式200，其中该模式基于lissajous曲线(即，利萨茹曲线)。lissajous曲线(可以称为lissajous图像、lissajous模式或lissajous扫描模式)描述了二维谐波运动或模式，并且可以写成两个参数方程组。作为一个示例，lissajous扫描模式200可以表示为θx(n)＝asin(2πa·n/n)和θy(n)＝bsin(2πb·n/n+δ)，其中，θx(n)和θy(n)表示一对水平和垂直角(每个角取决于参数n，其中n是对应于扫描模式200中第n个像素210的整数)；a和b表示水平和垂直振幅；a和b对应于模式中的水平和垂直波瓣的数量；n是扫描模式200中的像素210的数量；以及δ是相位因子，表示θx和θy之间的相位差。
在扫描模式200中，角度θx(n)和θy(n)对应于扫描模式200中第n个像素210的角位置或坐标，且n是从0到n-1的整数。参数n表示lissajous扫描模式200的一个循环中像素210的数量，且n可以是任何合适的整数，例如102、103、104、105、106或107。在图12的示例中，扫描模式200中的像素210的数量约为n＝125。在特定实施例中，lissajous扫描模式200可以遍历包括n个像素210的完整扫描模式循环，以及然后，lissajous扫描模式200可以重复自身并重复回描基本相同的扫描模式200。图12-13中所示的每个lissajous扫描模式200是闭合的扫描模式，其重复自身，不包括回描操作。在特定实施例中，一对角坐标(θx，θy)可以表示特定像素210的位置，并且可以对应于输出光束125的指向方向。在图12的示例中，如果观测场forh×forv为60°×16°，则角坐标(θx，θy)的范围为(±30°，±8°)。例如，对于60°×16°的观测场，像素210d(与参数n＝0相关联)的角坐标约为(0°，0°)，像素210e(与n＝9相关联)的角坐标约为(29.3°，7.8°)，以及像素210f(与n＝23相关联)的角坐标约为(-9.6°，-8.0°)。
在特定实施例中，水平振幅a可以是对应于水平观测场forh的一半的角，以及垂直振幅b可以是对应于垂直观测场forv的一半的角。振幅a和b可以各自具有任何合适的角度值，例如，0.5°、1°、2°、5°、7.5°、10°、15°、20°、30°或60°。在图12的示例中，如果观测场forh×forv为60°×16°，则a为30°，且b为8°。相位因子δ表示θx(n)和θy(n)两个表达式之间的相对相移，并且δ可以具有任何合适的角度值，例如0°、5°、10°、45°、90°或180°。
在特定实施例中，值a和b(其可被称为空间频率参数)可分别对应于lissajous模式200中的水平波瓣数和垂直波瓣数。作为一个示例，如果a是33，则lissajous扫描模式200可以有33个水平波瓣(沿模式200的垂直边沿排列)，以及如果b是13，则lissajous扫描模式200可以有13个垂直波瓣(沿水平边沿排列)。波瓣对应于沿模式200的一个边沿(例如，左侧边沿、右侧边沿、上边沿或下边沿)突出的lissajous模式200的弧。在图12的示例中，波瓣1000h是水平波瓣，以及波瓣1000v是垂直波瓣。在图12中，a是3，且b是4，以及lissajous扫描模式200有3个水平波瓣和4个垂直波瓣。在图13中，a是11，且b是17，以及lissajous扫描模式200有11个水平波瓣和17个垂直波瓣。在特定实施例中，值a和b可以分别对应于lissajous模式200中的水平和垂直循环数。作为一个示例，如果a＝12且b＝5，则相应的lissajous模式200的每一次遍历可以包括沿水平方向的12个正弦循环和沿垂直方向的5个正弦循环(例如，对于lissajous模式200的每一次遍历，水平扫描镜可以经历12个周期循环，以及垂直扫描镜可以经历5个周期循环)。作为另一个示例，如果a＝64且b＝9，则相应的lissajous模式200的每一次遍历可以包括沿水平方向的64个循环和沿垂直方向的9个循环。图12中所示的扫描模式200包括a＝3个水平循环且b＝4个垂直循环，图13中所示的扫描模式200包括a＝11个水平循环且b＝17个垂直循环。在图13的示例中，为了清楚地说明扫描模式，lissajous扫描模式200中不包括像素210。类似地，为了清楚地说明扫描模式，本文所描述的其他图中所示的扫描模式200可以不包括像素。
在特定实施例中，lissajous扫描模式200的空间频率参数a和b可以各自具有任何合适的整数值(例如，2、10、53、113或200)或任何合适的非整数值(例如，5.3、37.1或113.7)。在特定实施例中，a和b可以各自具有整数值，其中a和b不具有任何公因子。作为一个示例，有效的(a，b)对可以包括(2，7)，(3，8)，(11，14)或(17，32)，而具有公因子的无效(a，b)对可以包括(2，6)，(3，9)或(11，33)。
在特定实施例中，lissajous扫描模式200可以是静态像素模式，其中扫描模式200的每个像素210从一个扫描循环到下一个扫描循环具有基本相同的角坐标(θx，θy)。作为一个示例，在图12中，与n＝23相关联的像素210f对于lissajous扫描模式200的每个循环可以具有基本相同的角坐标(-9.6°，-8.0°)。在特定实施例中，lissajous扫描模式200可以是动态像素模式，其中，扫描模式200的像素210的角坐标(θx，θy)从一个扫描循环到下一个扫描循环发生变化。像素210可全部位于对应于lissajous扫描模式200的曲线上，但是从一个循环到下一个循环，每个像素210可沿着扫描模式曲线200前进一定量，该量取决于相位推进因子。作为一个示例，具有动态像素210的lissajous扫描模式200可以被表示为：θx(n,c)＝asin(2πa·n/n+acφ)和θy(n)＝bsin(2πb·n/n+δ+bcφ)，其中，c是循环计数参数，以及φ表示相位推进因子。循环参数c是一个整数，表示已遍历的lissajous曲线扫描循环的数量，并且参数c在每一个连续循环中递增1。作为一个示例，对于初始扫描循环，c为0，以及对于下一个循环，c为1。相位推进因子φ表示从一个扫描循环到下一个扫描循环的相位增加量，并对应于从一次扫描到下一次扫描沿扫描模式曲线的移动量。相位推进因子φ可以具有任何合适的角度值，例如，0.001°、0.01°、0.05°、0.1°、0.5°、1°、5°或10°。图12所示的像素210的位置可以对应于初始扫描循环(例如，c＝0)的像素位置，并且基于相位推进因子φ的值，对于每个后续扫描循环，像素210可以沿着扫描模式曲线200前进一定量。作为一个示例，对于初始扫描循环，像素210d的位置约为(0°，0°)。如果相位推进因子φ约为0.5°，则对于c＝1，像素210d的位置约为(0.8°，0.3°)，对于c＝2，像素210d的位置约为(1.6°，0.6°)，以及对于c＝3，像素210d的位置约为(2.4°，0.8°)。扫描模式200的其他像素210可以以类似方式沿扫描模式曲线前进。
在特定实施例中，lissajous扫描模式200可以用时间参数表示为θx(t)＝asin(2πaft)和θy(t)＝bsin(2πbft+δ)，其中，f是激光雷达系统100的帧速率。角θx(t)和θy(t)对应于在时间t输出光束125的角度位置或坐标。帧速率f(其可以以帧每秒或赫兹为单位表示)可以是任何合适的值，例如0.1hz、1hz、5hz、10hz、20hz、40hz、60hz、100hz，或400hz。此外，乘积a×f对应于输出光束125沿x轴的振荡频率(其可以用fx表示)。同样，乘积b×f对应于输出光束125沿y轴的振荡频率(其可以用fy表示)。在特定实施例中，角θx(t)和θy(t)之间的相位差δ可以是任何合适的固定或可调角度值。作为一个示例，扫描器120的两个扫描镜可以各自以特定频率(例如，fx和fy)振荡，并且这两个扫描镜可以彼此同步，以使其振荡之间存在基本固定的相位差δ。
在特定实施例中，检流计扫描器或共振镜扫描器可以被配置为，以任何合适的频率(例如，约1hz、5hz、10hz、20hz、40hz、60hz、100hz、500hz、1khz、2khz、5khz或10khz)沿任何合适的方向(例如，水平或垂直)扫描输出光束125。作为一个示例，激光雷达系统100可以以约10hz的帧速率f操作。如果a＝64且b＝5，则输出光束125沿x轴以约fx＝640hz的频率振荡，以及沿y轴以约fy＝50hz的频率振荡。作为另一个示例，扫描器120可以包括共振扫描器，其以640hz的共振频率水平扫描输出光束125。此外，扫描器120可包括检流计或共振扫描器，其以50hz的频率垂直扫描输出光束125。作为另一个示例，如果a＝100且f＝10hz，则输出光束125可以沿基本水平的方向以约fx＝1khz的频率振荡。在特定实施例中，扫描器120可以包括配置为沿基本垂直的方向扫描输出光束125的第一镜(例如，图3中的镜300-1)和配置为沿基本水平的方向(反之亦然)扫描输出光束125的第二镜(例如，镜300-2)。第一镜或第二镜可以各自由任何合适类型的致动器(例如，检流计扫描器、共振扫描器、音圈电机或mems装置)驱动。作为一个示例，第一镜和第二镜可以各自由配置为以特定共振频率振荡的共振扫描器驱动(例如，第一镜可以以约1-100hz的频率被驱动，以及第二镜可以以约500-1000hz的频率被驱动)。作为另一个示例，第一镜可以由检流计扫描器驱动，以及第二镜可以由共振扫描器驱动。作为另一个示例，第一镜和第二镜可以各自由检流计扫描器驱动。
图14-16示出了示例准非重复lissajous扫描模式200的三个连续阶段。在特定实施例中，如果值a和b都是有理数，则相应的lissajous扫描模式200可以是闭合的(例如，该模式在有限的循环次数之后重复自身)。图12-13中所示的lissajous扫描模式200是闭合的扫描模式(例如，图12-13中的lissajous扫描模式200重复且不包括回描操作)。作为一个示例，图12中的lissajous扫描模式200从像素210d开始，并且在完成扫描模式200的一个完整循环后，该模式返回到像素210d起点并开始另一个扫描循环(每个扫描循环包括n个像素210)。在特定实施例中，如果a或b是无理数(例如，a＝π)，则相应的lissajous扫描模式200可以是非重复的(例如，模式从不重复自身)。
在特定实施例中，对于具有a或b的特定非整数有理数值的特定lissajous扫描模式200，扫描模式200可以是闭合的，但该模式可能需要大量的扫描循环才能重复自身。作为一个示例，需要大于或等于5、10、20、30、50、100、1000或任何其他合适数量的扫描循环才能重复自身的lissajous扫描模式200，可以称为准非重复lissajous扫描模式200。作为一个示例，准非重复lissajous扫描模式200可以具有一对值(a，b)，例如(5.01，4)、(17.3，13)或(11.3，117.07)，其中a或b中的至少一个值是非整数有理数。
在特定实施例中，准非重复lissajous扫描模式200在重复自身之前可能需要m个扫描循环，其中m是最小整数，因此m×a是整数，以及m×b是整数。作为一个示例，具有一对空间频率参数(3.04，2.2)的准非重复lissajous扫描模式200在重复自身之前可能需要m＝25个扫描循环。作为另一个示例，具有一对空间频率参数(3.025，2)的准非重复lissajous扫描模式200在重复自身之前可能需要m＝40个扫描循环。作为另一个示例，具有一对空间频率参数(3.2，2.6)的准非重复lissajous扫描模式200在重复自身之前可能需要m＝5个扫描循环。在特定实施例中，准非重复lissajous扫描模式200可以用于提供比闭合扫描模式更完整的扫描区域覆盖，或可以用于提供扫描模式，其中像素210从一个扫描循环到另一个扫描循环不保持固定在同一位置。
图14-16示出了准非重复lissajous扫描模式200，其中a为3.02，且b为2。对于空间频率参数对(3.02，2)，准非重复lissajous扫描模式200在重复之前需要m＝50个扫描循环。图14示出了大约一个扫描循环后的准非重复lissajous扫描模式200。扫描循环从像素210g开始，并沿箭头方向继续扫描。图15示出了大约两个扫描循环后的准非重复lissajous扫描模式200。图16示出了大约20个扫描循环后的准非重复lissajous扫描模式200。在特定实施例中，准非重复lissajous扫描模式200可以用时间参数表示为θx(t)＝asin(2πaft)和θy(t)＝bsin(2πbft+δ)，其中f是激光雷达系统100的帧速率，并且a或b中的至少一个值是非整数有理数。作为一个示例，对于约10hz的帧速率f，如果a约为64，以及b约为5.2，则输出光束125可以被配置为沿x轴以约fx＝640hz的频率振荡，以及沿y轴以约fy＝52hz的频率振荡。此外，输出光束125可以遵循准非重复lissajous扫描模式200，该模式在m＝5个扫描循环后重复自身(例如，因为5×5.2是整数)。
图17-18每个都示出了包含两个激光雷达传感器100a和100b的示例外壳850。在特定实施例中，包含两个或多个激光雷达传感器(例如，激光雷达传感器100a和100b)的外壳850可以被统称为激光雷达系统、激光雷达模块或激光雷达系统模块。在图17中，外壳850包含光源110，并且来自光源110的光由光纤电缆880a和880b分别引导至激光雷达传感器100a和激光雷达传感器100b。光纤电缆880a由透镜890a端接，该透镜890a产生自由空间光束125a。同样，光纤电缆880b由透镜890b端接，该透镜890b产生自由空间光束125b。透镜890a可以是光纤准直器，其接收来自光纤电缆880a的光并产生自由空间光学光束125a，该自由空间光学光束125a被引导通过镜115a并到达扫描器120a。同样，透镜890b可以是光纤准直器，其接收来自光纤电缆880b的光并产生自由空间光学光束125b。在图18中，每个激光雷达传感器100a和100b分别包括专用光源110a和110b。
在图17和18中，输出光束125a穿过重叠镜115a中的孔并被引导至扫描器120a，以及输出光束125b穿过重叠镜115b中的孔并被引导至扫描器120b。扫描器120a和120b沿着特定的扫描模式分别扫描输出光束125a和125b。图17和18中的外壳850各自包括窗口860，输出光束125a和125b穿过该窗口860。来自输出光束125a的散射光135a(例如，被目标130散射的光)通过窗口860和扫描器120a返回，然后由镜115a反射到接收器140a。同样，来自输出光束125b的散射光135b通过窗口860和扫描器120b返回，然后由镜115b反射到接收器140b。
在图17中，扫描器120a包括扫描镜300a-1和300a-2，以及扫描器120b包括扫描镜300b-1和300b-2。扫描镜300a-1旋转以垂直扫描输出光束125a(例如，输出光束125a沿角θay执行高低扫描)，以及扫描镜300a-2旋转以水平扫描输出光束125a(例如，输出光束125a沿角θax执行方位扫描)。同样地，扫描镜300b-1旋转以垂直扫描输出光束125b(例如，输出光束125b沿角θby执行高度扫描)，以及扫描镜300b-2旋转以水平扫描输出光束125b(例如，输出光束125b沿角θbx执行方位扫描)。在图18中，每个扫描器包括单个扫描镜，该单个扫描镜配置为围绕两个基本上正交的轴旋转。扫描器120a包括扫描镜300a，扫描镜300a通过沿角θay和θax扫描来分别垂直和水平扫描输出光束125a。同样地，扫描器120b包括扫描镜300b，扫描镜300b通过沿角θby和θbx扫描来分别垂直和水平扫描输出光束125b。
图17或18中所示的激光雷达传感器100a和100b可能类似于图8或9中所示的激光雷达传感器100a和100b。在图17的示例中，扫描区域500a和500b以非交叉方式重叠(类似于图8所示的扫描区域500a和500b)。在图18的示例中，扫描区域500a和500b以交叉方式重叠(类似于图9所示的扫描区域500a和500b)。
在特定实施例中，激光雷达系统可以包括2、3、4个或任何其他合适数量的激光雷达传感器。作为一个示例，激光雷达系统可以包括两个激光雷达传感器(例如，激光雷达传感器100a和100b)，其封装在一个外壳850中。作为另一个示例，激光雷达系统可以包括封装在一个外壳850中的三个激光雷达传感器。外壳850可以指罩壳、盒或箱，其包含两个或更多个激光雷达传感器。外壳850可以是密封或防水结构，其防止水蒸气、液态水、污垢、灰尘或其他污染物进入外壳850。外壳850可以充满干燥或惰性气体，例如干燥空气、氮气或氩气。包含在外壳850中的每个激光雷达传感器100可以包括：扫描器120，配置为沿特定扫描模式200扫描光脉冲(例如，输出光束125)；以及接收器140，配置为从扫描的光脉冲探测散射光135。此外，外壳850可以包括窗口860，每个激光雷达传感器的输出光束125和散射光135均透射通过该窗口860。
在特定实施例中，具有多个激光雷达传感器的激光雷达系统可以产生多个各自的扫描模式，这些扫描模式至少部分地重叠。作为一个示例，激光雷达系统可以包括两个激光雷达传感器100a和100b，它们分别产生两个扫描模式200a和200b，其中扫描模式200a和200b至少部分地重叠(例如以交叉或非交叉方式)。作为另一个示例，激光雷达系统可以包括三个激光雷达传感器，其产生三个各自的扫描模式(例如，第一扫描模式、第二扫描模式和第三扫描模式)，这些扫描模式至少部分地重叠(例如，第一扫描模式和第二扫描模式至少部分地重叠，以及第二扫描模式和第三扫描模式至少部分地重叠)。
在特定实施例中，激光雷达系统可以包括一个或多个光源110，其配置为向两个或更多个激光雷达传感器提供光学脉冲。作为一个示例，单个光源110可以用于向外壳850内的多个激光雷达传感器提供光学脉冲。在图17中，光源110产生光学脉冲，这些光学脉冲被分开并提供给激光雷达传感器100a和100b。作为一个示例，光源110产生的光学脉冲可以穿过1×2的光学功率分配器，该光学功率分配器将光源110发射的每一个脉冲分成两个脉冲，这两个脉冲分别被发送到激光雷达传感器100a和激光雷达传感器100b。作为另一个示例，光源110产生的光学脉冲可以穿过1×2的光学开关，该开关在激光雷达传感器100a和激光雷达传感器100b之间切换，以使得发射的脉冲每隔一个被提供给其中一个激光雷达传感器(例如，脉冲1、3、5等被提供给激光雷达传感器100a，以及脉冲2、4、6等被提供给激光雷达传感器100b)。作为另一个示例，光源110产生的光学脉冲可以穿过1×n的分光器或开关，该分光器或开关将脉冲提供给位于外壳850内的n个激光雷达传感器100。在特定实施例中，激光雷达系统可以包括多个光源110，其配置为向多个各自的激光雷达传感器100提供光学脉冲。作为一个示例，激光雷达系统外壳850内的每个激光雷达传感器100可以具有专用光源110。在图18中，光源110a为激光雷达传感器100a提供光学脉冲，以及光源110b为激光雷达传感器100b提供光学脉冲。
在特定实施例中，具有多个激光雷达传感器100的激光雷达系统外壳850可以产生多个输出光束125，该输出光束125具有一个或多个特定波长。在图17的示例中，输出光束125a和125b可以包括具有基本相同的波长(例如，约1550nm)的脉冲。在图18的示例中，输出光束125a和125b可以具有不同的波长。例如，光源110a可以产生波长约为1550nm的脉冲，以及光源110b可以产生波长约为1555nm的脉冲。另外，激光雷达传感器100a可以包括光学滤光片，该光学滤光片透射光源110a的波长的光，并阻挡光源110b的波长的光。同样地，激光雷达传感器100b可以包括光学滤光片，该光学滤光片透射光源110b的波长的光，并阻挡光源110a的波长的光。例如，每个接收器140a和140b可以具有位于接收器的输入处或其附近的光学滤光片。该光学滤光片可以被配置为阻止来自其他光源的光，以减少激光雷达传感器100a和100b之间的光学串扰(例如，以减少由接收器140a检测到的来自光源110b的散射光的量)。光学滤光片可以是吸收式滤光片、二向色滤光片、长通滤光片、短通滤光片、带通滤光片或任何其他合适类型的光学滤光片。
在特定实施例中，从外壳850发出的每个输出光束125可以以非零入射角(aoi)入射到窗口860上。以0°aoi入射的光束可能与窗口860的表面a或表面b近似正交。在图17和18中，输出光束125a和125b可以各自以非零aoi入射到窗口860上(例如，输出光束125a和125b在被扫描时各自与窗口860的表面a和表面b非正交)。输出光束125a和125b可以各自在窗口860上具有大于或等于约0.5°、1°、2°、5°、10°、20°的aoi，或任何其他合适的aoi。如果输出光束125a以0°aoi照射窗口860，则在表面a或表面b反射的光束125a的一部分可以沿与入射光束125a大致相同的路径传播回来。该镜面反射可以由接收器140a探测(例如，该镜面反射可能导致不希望的脉冲探测事件)。如果输出光束125a在被扫描时在窗口860上具有非零aoi，则由接收器140a探测到的来自窗口860的不希望的镜面反射的幅度可能会显著降低，因为离轴镜面反射不会直接传播回入射光束125a的路径上。同样地，如果输出光束125b在窗口860上具有非零aoi，则由接收器140b探测到的来自窗口860的不希望的镜面反射的幅度可能会显著降低。
在特定实施例中，当输出光束125入射到窗口860时，输出光束125可以产生散射光。散射光可能是由位于窗口860或表面a或表面b上的表面粗糙度、缺陷、杂质或不均匀性引起的。在图17的示例中，输出光束125a和125b分别在窗口860产生散射光870a和870b。散射光870a或870b可以从表面a、表面b或从窗口860的粒状材料(bulkmaterial)产生，并且散射光870a和870b可以在范围很广的方向上发射。接收器140b可以探测到一部分散射光870a，导致从激光雷达传感器100a到激光雷达传感器100b的不希望的串扰。同样地，接收器140a可以探测到一部分散射光870b，导致从激光雷达传感器100b到激光雷达传感器100a的不希望的光学串扰。在特定实施例中，如本文所描述的，通过以不同步的方式执行扫描，可以减少激光雷达传感器之间的光学串扰的量。
在特定实施例中，窗口860可以由任何合适的基底材料制成，例如玻璃或塑料(例如聚碳酸酯、丙烯酸、环烯烃聚合物或环烯烃共聚物)。在特定实施例中，窗口860可以包括内表面(表面a)和外表面(表面b)，并且表面a或表面b可以包括在特定波长具有特定反射率值的介电涂层。介电涂层(其可以被称为薄膜涂层、干涉涂层或涂层)可以包括具有特定厚度(例如厚度小于1μm)和特定折射率的介电材料(例如sio2、tio2、al2o3、ta2o5、mgf2、laf3或alf3)的一个或多个薄膜层。可以使用任何合适的沉积技术(例如，溅射沉积或电子束沉积)将介电涂层沉积到窗口860的表面a或表面b上。
在特定实施例中，介电涂层在特定波长下可以具有高反射率或在特定波长下可以具有低反射率。高反射率(hr)介电涂层在任何合适的波长或波长组合下可具有任何合适的反射率值(例如，反射率大于或等于80％、90％、95％或99％)。低反射率介电涂层(其可以被称为防反射(ar)涂层)在任何合适的波长或波长组合下可以具有任何合适的反射率值(例如，反射率小于或等于5％、2％、1％、0.5％或0.2％)。在特定实施例中，介电涂层可以是在特定波长下具有高或低反射率值的特定组合的二向色涂层。作为一个示例，二向色涂层在大约1550-1560nm下的反射率可以小于或等于0.5％，以及在大约800-1500nm下的反射率可以大于或等于90％。
在特定实施例中，表面a或表面b可以具有介电涂层，该介电涂层在包含在外壳850内的一个或多个光源110的工作波长下具有防反射性。表面a和表面b上的ar涂层可以增加在光源110的工作波长下透射通过窗口860的光的量。另外，在光源110的工作波长下，ar涂层可以减少来自输出光束125a或125b的入射光的量，入射光由窗口860反射回外壳850。在图17中，在光源110的工作波长下，表面a和表面b可以各自具有反射率小于0.5％的ar涂层。作为一个示例，如果光源110的工作波长约为1550nm，则在约1547nm至约1553nm的波长下，表面a和表面b可以各自具有反射率小于0.5％的ar涂层。在图18中，在光源110a和110b的工作波长下，表面a和表面b可以各自具有反射率小于1％的ar涂层。作为一个示例，如果光源110a以约1535nm的波长发射脉冲，以及光源110b以约1540nm的波长发射脉冲，则在约1530nm至约1545nm的波长下，表面a和表面b可以各自具有反射率小于1％的ar涂层。
在特定实施例中，窗口860可以具有光学透过性，该光学透过性大于对于包含在外壳850中的一个或多个光源110的一个或多个波长的任何合适值。作为一个示例，窗口860在光源110的波长下可以具有大于或等于70％、80％、90％、95％或99％的光学透过性。在图17中，窗口860可以在光源110的工作波长下透射大于或等于95％的光。在图18中，窗口860可以在光源110a和110b的工作波长下透射大于或等于90％的光。
在特定实施例中，表面a或表面b可以具有二向色涂层，该二向色涂层在一个或多个光源110的一个或多个工作波长下具有防反射性，以及在远离该一个或多个工作波长的波长下具有高反射性。作为一个示例，对于光源110的工作波长，表面a可以具有ar涂层，并且表面b可以具有二向色涂层，该二向色涂层在光源工作波长下为ar，并且对于远离工作波长的波长下为hr。对于远离光源工作波长的波长，hr涂层可以防止大多数不需要的波长的入射光透射经过窗口860。在图17中，如果光源110发射波长约为1550nm的光学脉冲，则在约1546nm至约1554nm的波长下，表面a可以具有反射率小于或等于0.5％的ar涂层。另外，表面b可以具有二向色涂层，该二向色涂层在约1546-1554nm下为ar，并且在约800-1500nm和约1580-1700nm下为hr(例如，反射率大于或等于90％)。
在特定实施例中，窗口860的表面b可以包括疏油、疏水或亲水涂层。疏油涂层(或疏脂涂层)可将油(例如指纹油或其他非极性材料)从窗口860的外表面(表面b)排出。疏水涂层可将水从外表面排出。作为一个示例，表面b可以涂有既疏油又疏水的材料。亲水涂层吸引水，使水趋于湿润，并在亲水表面形成膜(而不是形成像在疏水表面上出现的水珠)。如果表面b具有亲水涂层，则落在表面b上的水(例如雨水)可以在该表面上形成膜。与具有非亲水涂层或疏水涂层的表面相比，水的表面膜可能导致输出光束125的变形、偏转或遮挡更小。
图19示出了两个示例扫描模式200a和200b，它们彼此不同步。在特定实施例中，激光雷达系统可以包括两个或更多个激光雷达传感器100，其产生两个或更多个各自的扫描模式200，这些扫描模式彼此不同步被扫描。作为一个示例，包括两个激光雷达传感器100a和100b的激光雷达系统(例如，图17或18中示出的激光雷达系统)可以产生两个彼此不同步的扫描模式200a和200b。在特定实施例中，不同步的两个或更多个扫描模式200可以被称为非同步、不重合、反向、偏移或不同相的扫描模式200。
在图19的示例中，扫描模式200a和200b各自包括基本为正弦的往复扫描部分，随后分别是对角回描400a和400b，对角回描400a和400b连接扫描模式的终点和起点。扫描模式200a和200b以彼此相反的方式执行扫描。扫描模式200a从上到下扫描(例如，扫描模式200a按顺序描绘以下像素：210a-1、210a-2、210a-3和210a-4)，然后回描400a指向上(从下到上)。扫描模式200b与扫描模式200a相反，从下到上扫描(例如，扫描模式200b按顺序描绘以下像素：210b-1、210b-2、210b-3和210b-4)，然后回描400b指向下。图19中的扫描模式200a和200b各自可以包括图中未示出的其他的像素210。
在特定实施例中，彼此不同步被扫描的扫描模式200可能与激光雷达传感器100之间的光学串扰的量减少有关。激光雷达传感器100之间的一部分串扰可能是由窗口860处反射或散射的光引起的(例如，来自激光雷达传感器100a的一部分散射光870a可能由接收器140b探测到，或者来自激光雷达传感器100b的一部分散射光870b可能由接收器140a探测到)。通过不同步扫描输出光束125a和125b，这两个输出光束(及其相关的接收器fov)可被引导至窗口860上大部分不重合或不重叠的位置，这可以减少两个激光雷达传感器之间的串扰光的量。在图18中，来自输出光束125a的散射光870a很少甚至没有散射光870a可以被接收器140b探测到，因为接收器140b的fov可以引导向窗口860上与光源110a的fov不同的位置。同样地，来自输出光束125b的散射光870b很少甚至没有散射光870b可以被接收器140a探测到。
在特定实施例中，扫描模式200a和200b彼此不同步地被扫描可以与这样的接收器140a有关，该接收器140a对于扫描模式200a中小于特定量的像素210探测到来自输出光束125b的大量串扰光。另外，对于扫描模式200b中小于特定量的像素210，接收器140b可以探测到来自输出光束125a的大量串扰光。作为一个示例，探测到大量串扰光的像素210的量可以小于或等于约1、10、100、1000，或为任何其他合适的数量。作为另一个示例，探测到大量串扰光的像素210的量可以小于或等于扫描模式200中像素210的约10％、1％、0.1％、0.01％、0.001％或为任何其他合适的百分比。如果扫描模式200a包括50,000个像素210，并且约0.1％的像素210包括来自输出光束125b的大量串扰光，则约50个像素210(在50,000个像素210中)可能包括大量串扰光。
在特定实施例中，接收器140a探测到大量串扰光可以指接收器140a探测到来自输出光束125b的超过特定阈值的光量。作为一个示例，接收器140a可具有特定阈值，该阈值对应于光脉冲的有效探测。如果接收器140a产生的电压信号(例如，响应于探测到光脉冲)超过特定阈值电压，则电压信号可能对应于有效脉冲探测事件(例如，探测到被目标130散射的光脉冲)。探测到大量串扰光(例如，无效脉冲探测事件)可能是由于接收器140a从激光雷达传感器100b探测到超过特定探测阈值电压的串扰光。同样地，接收器140b探测到大量串扰光可能是由于接收器140b从激光雷达传感器100a探测到超过特定探测阈值电压的串扰光。
在特定实施例中，扫描模式200可以包括扫描模式x分量(θx)和扫描模式y分量(θy)。x分量可以对应于水平(或方位)角扫描，以及y分量可以对应于垂直(或高低)角扫描。在图19中，扫描模式200a包括扫描模式x分量(θax)和扫描模式y分量(θay)，以及扫描模式200b包括扫描模式x分量(θbx)和扫描模式y分量(θby)。作为一个示例，图19中的扫描模式200a和200b可以由图17中的激光雷达系统产生，其中镜300a-1产生θay扫描分量，镜300a-2产生θax扫描分量，镜300b-1产生θby扫描分量，以及镜300b-2产生θbx扫描分量。
图20示出了两个示例扫描模式y分量θay和θby，它们彼此反向。在特定实施例中，两个扫描模式200不同步地被扫描可以包括一个扫描模式y分量(θay)相对于另一个扫描模式y分量(θby)反向。图20中的θay对应于图19中扫描模式200a的垂直扫描分量，以及图20中的θby对应于图19中扫描模式200b的垂直扫描分量。扫描模式200a和200b是反向的，即扫描模式200a从上到下扫描，以及扫描模式200b沿相反方向(从下到上)扫描。对于图20中的θay分量，快的正斜波对应于回描400a，而慢的负斜波对应于图19中扫描模式200a的从上到下扫描。对于图20中的θby分量，快的负斜波对应于回描400b，而慢的正斜波对应于图19中扫描模式200b的从下到上扫描。通过以反向的方式扫描扫描模式200a和200b，输出光束125a和125b(及其相应的接收器fov)之间的重叠可以最小化，这可与激光雷达传感器100a和100b之间光学串扰的减少有关。作为一个示例，在图19中，分别遍历反向的扫描模式200a和200b的输出光束125a和125b可能只在像素210b-1或210a-3附近的区域重叠(如果有的话)。
图21示出了两个示例扫描模式y分量θay和θby，它们相互偏移相移
图22示出了两个示例扫描模式x分量θax和θbx，它们相互偏移相移
在特定实施例中，y分量扫描周期τy可以对应于捕获单个扫描模式200的时间，并且可以与激光雷达传感器100的帧速率相关。作为一个示例，约100ms的扫描周期τy可能对应于约10hz的激光雷达传感器的帧速率。在特定实施例中，x分量扫描周期τx可以对应于输出光束125的一个往复方位运动周期。作为一个示例，如果扫描模式200针对扫描模式每一次遍历包括m个往复轴向运动，则扫描周期τx和τy可以通过表达式τy＝mτx大致相关。例如，如果m约为64，以及扫描周期τy约为100ms(对应于10hz帧速率)，则扫描周期τx约为1.56ms(对应于约640hz的水平振荡频率)。
在特定实施例中，两个扫描模式200a和200b不同步地被扫描可以包括x分量或y分量反向或x分量或y分量具有任何合适的相移的任何合适组合。作为一个示例，两个扫描模式200a和200b可以具有y分量θay和θby，它们是反向的，并且具有非零相对相移。作为另一个示例，两个扫描模式200a和200b可以具有y分量θay和θby，它们是反向的，且x分量θax和θbx具有非零相对相移。
在特定实施例中，激光雷达系统可以包括三个或更多个激光雷达传感器100，这些传感器产生扫描模式200，这些扫描模式200彼此不同步地被扫描。作为一个示例，具有三个激光雷达传感器100的激光雷达系统可以产生三个扫描模式200，这三个扫描模式200具有三组各自的x分量(例如，θax、θbx和θcx)和三组各自的y分量(例如，θay、θby和θcy)。x分量和y分量可以具有相对于彼此相移或反向的任何合适组合。作为一个示例，y分量θay和θcy都可以相对于y分量θby反向。作为另一个示例，x分量的θax相对于x分量的θbx可以具有+45°的相移，以及x分量θcx相对于x分量的θbx可以具有-45°的相移。
图23示出了两个示例扫描模式200a和200b。图23中所示的扫描模式200a和200b可以彼此不同步。在特定实施例中，扫描模式200可以包括沿任何合适方向(例如，水平、垂直或沿任何合适的角度)对齐的往复部分。在图19的示例中，扫描模式200a和200b每个包括基本上呈正弦的往复部分，该部分沿基本水平的方向对齐。在特定实施例中，扫描模式200可以包括沿基本垂直的方向对齐的往复部分。在图23的示例中，扫描模式200a和200b每个包括基本上呈正弦的往复部分，该部分沿基本垂直的方向对齐。图23中所示的扫描模式200a和200b每个包括x分量(分别为θax和θbx)和y分量(分别为θay和θby)。x分量彼此可以是反向的或具有任何合适的相移，以及y分量彼此可以是反向的或具有任何合适的相移。图23中示出的扫描模式200a和200b对应于图19中示出的扫描模式200a和200b，其中x轴和y轴互换。作为一个示例，图23中的扫描模式200a和200b的x分量可以与图20或图21中所示的y分量相似。同样地，图23中的扫描模式200a和200b的y分量可以与图22中所示的x分量相似。
图24示出了示例计算机系统900。在特定实施例中，一个或多个计算机系统900可以执行本文描述的或示出的一个或多个方法的一个或多个步骤。在特定实施例中，一个或多个计算机系统900可以提供本文描述的或示出的功能。在特定实施例中，运行在一个或多个计算机系统900上的软件可以执行本文描述的或示出的一个或多个方法的一个或多个步骤，或者可以提供本文描述的或示出的功能。特定实施例可以包括一个或多个计算机系统900的一个或多个部分。在特定实施例中，计算机系统可以被称为计算装置、计算系统、计算机、通用计算机或数据处理设备。在适当情况下，本文提到的计算机系统可以包括一个或多个计算机系统。
计算机系统900可以采用任何合适的物理形式。作为一个示例，计算机系统900可以是嵌入式计算机系统、片上系统(soc)、单板计算机系统(sbc)、台式计算机系统、手提或笔记本计算机系统、主机、计算机系统网格、服务器、平板计算机系统、或这些中的两个或更多个的任何合适组合。作为另一个示例，计算机系统900的全部或部分可以与各种装置组合、耦合或集成，这些装置包括但不限于照相机、摄像机、个人数字助理(pda)、移动电话、智能手机、电子阅读装置(例如电子阅读器)、游戏机、智能手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、运载工具显示器(如里程表显示器或仪表板显示器)、运载工具导航系统、激光雷达系统、高级驾驶辅助系统(adas)、自主运载工具、自主运载工具驾驶系统、驾驶舱控制、摄像头视图显示(例如，运载工具内后视摄像头的显示)、眼镜或头戴式显示器。在适当的情况下，计算机系统900可以包括一个或多个计算机系统900；统一或分布式；跨多个位置；跨多台机器；跨多个数据中心；或驻留在云中，该云可包括一个或多个网络中的一个或多个云组件。在适当的情况下，一个或多个计算机系统900可以在没有实质性的空间或时间限制的情况下执行本文描述的或示出的一个或多个方法的一个或多个步骤。作为一个示例，一个或多个计算机系统900可以实时或以批处理模式执行本文描述的或示出的一个或多个方法的一个或多个步骤。在适当的情况下，一个或多个计算机系统900可以在不同的时间或不同的位置执行本文描述的或示出的一个或多个方法的一个或多个步骤。
如图24的示例所示，计算机系统900可以包括处理器910、内存920、存储器930、输入/输出(i/o)接口940、通信接口950或总线960。计算机系统900可以在任何合适配置中包括任何合适数量的任何合适的组件。
在特定实施例中，处理器910可以包括用于执行指令的硬件，例如构成计算机程序的那些指令。作为一个示例，为了执行指令，处理器910可以从内部寄存器、内部缓存、内存920或存储器930中检索(或提取)指令；解码并执行它们；以及然后将一个或多个结果写入内部寄存器、内部缓存、内存920或存储器930中。在特定实施例中，处理器910可以包括一个或多个用于数据、指令或地址的内部缓存。在适当的情况下，处理器910可以包括任何合适数量的任何合适内部缓存。作为一个示例，处理器910可以包括一个或多个指令缓存、一个或多个数据缓存或一个或多个转换后备缓冲区(tlb)。指令缓存中的指令可以是内存920或存储器930中的指令的副本，并且指令缓存可以加速处理器910对这些指令的检索。数据缓存中的数据可以是：内存920或存储器930中用于在处理器910执行以进行操作的指令的数据的副本；先前在处理器910上执行的指令的结果，用于在处理器910上执行的后续指令访问，或用于写入内存920或存储器930；或其他合适的数据。数据缓存可以通过处理器910加速读或写操作。tlb可以加速对于处理器910的虚拟地址转换。在特定实施例中，处理器910可以包括一个或多个用于数据、指令或地址的内部寄存器。在适当的情况下，处理器910可以包括任何合适数量的任何合适内部寄存器。在适当的情况下，处理器910可以包括一个或多个算术逻辑单元(alu)；可以是多核处理器；或可以包括一个或多个处理器910。
在特定实施例中，内存920可包括主内存，该主内存用于存储供处理器910执行的指令或供处理器910操作的数据。作为一个示例，计算机系统900可以将指令从存储器930或其他源(例如，另一个计算机系统900)加载到内存920。然后，处理器910可以将指令从内存920加载到内部寄存器或内部缓存。为了执行指令，处理器910可以从内部寄存器或内部缓存中检索指令并对其进行解码。在执行指令期间或之后，处理器910可以将一个或多个结果(可能是中间结果或最终结果)写入内部寄存器或内部缓存。然后，处理器910可以将这些结果中的一个或多个写入内存920。一条或多条内存总线(每条总线可能包括地址总线和数据总线)可以将处理器910耦合到内存920。总线960可以包括一条或多条内存总线。在特定实施例中，一个或多个内存管理单元(mmu)可以驻留在处理器910和内存920之间，并促进由处理器910请求的对内存920的访问。在特定实施例中，内存920可以包括随机存取内存(ram)。在适当的情况下，该ram可以是易失性内存。在适当的情况下，该ram可以是动态ram(dram)或静态ram(sram)。在适当的情况下，内存920可以包括一个或多个内存920。
在特定实施例中，存储器930可以包括用于数据或指令的大容量存储器。作为一个示例，存储器930可以包括硬盘驱动器(hdd)、软盘驱动器、闪存、光盘、磁光盘、磁带或通用串行总线(usb)驱动器，或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，存储器930可以包括可移动或不可移动(或固定)介质。在适当的情况下，存储器930可能位于计算机系统900的内部或外部。在特定实施例中，存储器930可以是非易失性、固态内存。在特定实施例中，存储器930可以包括只读内存(rom)。在适当的情况下，该rom可以是掩模rom(mrom)、可编程rom(prom)、可擦除prom(eprom)、电可擦除prom(eeprom)、闪存、或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，存储器930可以包括一个或多个存储控制单元，以促进处理器910和存储器930之间的通信。在适当的情况下，存储器930可以包括一个或多个存储器930。
在特定实施例中，i/o接口940可以包括硬件、软件或两者，为计算机系统900和一个或多个i/o装置之间的通信提供一个或多个接口。在适当的情况下，计算机系统900可以包括这些i/o装置中的一个或多个。这些i/o装置中的一个或多个可以实现人与计算机系统900之间的通信。作为一个示例，i/o装置可以包括键盘、按键、麦克风、监视器、鼠标、打印机、扫描器、扬声器、照相机、触控笔、平板电脑、触摸屏、轨迹球、另一个合适的i/o装置，或这些中的两个或更多个的任何合适组合。i/o装置可以包括一个或多个传感器。在适当的情况下，i/o接口940可以包括一个或多个装置或软件驱动，该装置或软件驱动使处理器910能够驱动这些i/o装置中的一个或多个。在适当的情况下，i/o接口940可以包括一个或多个i/o接口940。
在特定实施例中，通信接口950可以包括硬件、软件或两者，为计算机系统900与一个或多个其他计算机系统900或一个或多个网络之间的通信(例如，基于数据包的通信)提供一个或多个接口。作为一个示例，通信接口950可以包括：网络接口控制器(nic)或网络适配器，用于与以太网或其他基于导线的网络或无线nic(wnic)通信；无线适配器，用于与无线网络(例如wi-fi网络)通信；或光学发射器(例如，激光器或发光二极管)或光学接收器(例如，光电探测器)，用于使用光纤通信或自由空间光学通信进行通信。计算机系统900可与自组织网络、个人区域网络(pan)、车内网络(ivn)、局域网(lan)、广域网(wan)、城域网(man)或因特网的一个或多个部分、或这些中的两个或更多个的组合进行通信。一个或多个这些网络的一个或多个部分可以是有线或无线的。作为一个示例，计算机系统900可以与无线pan(wpan)(例如，蓝牙wpan)、wi-fi网络、全球互通微波访问(wimax)网络、蜂窝电话网络(例如，全球移动通信系统(gsm)网络))、或其他合适的无线网络、或这些中的两个或更多个的组合。作为另一个示例，计算机系统900可以使用基于100千兆以太网(100gbe)、10千兆以太网(10gbe)或同步光学网络(sonet)的光纤通信进行通信。在适当的情况下，计算机系统900可以包括任何适用于这些网络的通信接口950。在适当的情况下，通信接口950可以包括一个或多个通信接口950。
在特定实施例中，总线960可以包括将计算机系统900的组件彼此耦合的硬件、软件或两者。作为一个示例，总线960可以包括加速图形端口(agp)或其他图形总线、控制器局域网(can)总线、增强型工业标准体系结构(eisa)总线、前端总线(fsb)、超传输(ht)互连、工业标准体系结构(isa)总线、无限带宽(infiniband)互连、低引脚数(lpc)总线、内存总线、微通道体系结构(mca)总线、外围组件互连(pci)总线、外围组件快速互连(pcie)总线、串行高级技术附件(sata)总线、视频电子标准协会局域总线(vlb)、或类似的合适的总线、或这些中的两个或更多个的组合。在适当的情况下，总线960可以包括一个或多个总线960。
在特定实施例中，结合本文公开的实现方法描述的各种模块、电路、系统、方法或算法步骤可以实施为电子硬件、计算机软件或硬件和软件的任何合适组合。在特定实施例中，计算机软件(其可以被称为软件、计算机可执行代码、计算机代码、计算机程序、计算机指令或指令)可以被用于执行本文描述的或示出的各种功能，并且计算机软件可以被配置为由计算机系统900执行或控制计算机系统900的操作。作为一个示例，计算机软件可以包括配置为由处理器910执行的指令。在特定实施例中，由于硬件和软件的可互换性，各种说明性逻辑块、模块、电路或算法步骤一般都是从功能的角度进行描述的。此功能是在硬件中实现、软件中实现，还是在硬件和软件的组合中实现，可能取决于施加在整个系统上的特定应用程序或设计约束。
在特定实施例中，计算装置可用于实施本文公开的各种模块、电路、系统、方法或算法步骤。作为一个示例，本文所公开的模块、电路、系统、方法或算法的全部或部分可以由通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、任何其他合适的可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或其任何合适组合来实施或执行。通用处理器可以是微处理器，或者是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实施为计算装置的组合，例如，dsp和微处理器、多个微处理器、一个或多个与dsp内核结合的微处理器，或任何其他此类配置的组合。
在特定实施例中，本文所描述的主题的一个或多个实现方法可以被实施为一个或多个计算机程序(例如，在计算机可读的非暂时性存储介质上编码或存储的计算机程序指令的一个或多个模块)。作为一个示例，本文所公开的方法或算法的步骤可以在处理器可执行软件模块中实施，该模块可以驻留在计算机可读的非暂时性存储介质上。在特定实施例中，计算机可读的非暂时性存储介质可以包括任何合适的存储介质，该存储介质可以用于存储或传输计算机软件，并且可以被计算机系统访问。在本文中，在适当的情况下，计算机可读的非暂时性存储介质或媒介可以包括一个或多个基于半导体的或其他的集成电路(ic)(例如，现场可编程门阵列(fpga)或专用集成电路(asic))、硬盘驱动器(hdd)、混合硬盘驱动器(hhd)、光碟(例如，光盘(cd)、cd-rom、数字多功能光盘(dvd)、蓝光光盘或激光光盘)、光盘驱动器(odd)、磁光盘、磁光驱动器、软盘、软盘驱动器(fdd)、磁带、闪存、固态驱动器(ssd)、ram、ram驱动器、rom、安全数字卡或驱动器、任何其他合适的计算机可读的非暂时性存储媒介，或这些中的两种或更多种的合适组合。在适当的情况下，计算机可读的非暂时性存储介质可以是易失性的、非易失性的，或者是易失性和非易失性的组合。
在特定实施例中，本文在单独的实现方法的上下文中描述的某些特征也可以在单个实现方法中被组合和实施。相反，在单个实现方法的上下文中描述的各种特征也可以在多个实现中单独被实施，或者在任何合适的子组合中被实施。此外，尽管上述特征可以被描述为在某些组合中起作用，甚至最初要求是这样，但在某些情况下，来自要求的组合的一个或多个特征可以从组合中删除，并且要求的组合可以针对子组合或子组合的变型。
尽管操作在附图中可能被描述为以特定顺序出现，但不应理解为要求按所示的特定顺序或先后顺序执行此类操作，或执行所有操作。此外，附图可以以流程图或序列图的形式示意性地描述一个或多个示例过程或方法。然而，其他未描述的操作可以并入示意性示出的示例过程或方法中。例如，一个或多个其他操作可以在任何示出的操作之前、之后、之间执行，或与任何示出的操作同时执行。此外，在适当的情况下，可以重复图中描述的一个或多个操作。另外，图中描述的操作可以以任何合适的顺序执行。此外，尽管本文将特定组件、装置或系统描述为执行特定操作，但可以使用任何合适的组件、装置或系统的任何合适的组合来执行任何合适的操作或操作的组合。在某些情况下，可以执行多任务或并行处理操作。此外，在本文所描述的实现方法中的各种系统组件的分离不应理解为在所有实现方法中都需要这种分离，而应理解为所描述的程序组件和系统可以被集成在单个软件产品中或被封装进多个软件产品中。
已结合附图描述了各种实施例。然而，应该理解的是，附图不一定是按比例绘制的。作为一个示例，图中所示的距离或角度是说明性的，不一定与所示装置的实际尺寸或布局有确切关系。
本公开的范围包括本领域普通技术人员所理解的对本文所描述的或示出的示例实施例的所有改变、替换、变更、更改和修改。本公开的范围不限于本文描述的或示出的实施例。此外，尽管本公开将本文中的各个实施例描述为或说明为包括特定的组件、元素、功能、操作或步骤，但这些实施例中的任何一个可以包括本领域普通技术人员能够理解的本文中任何地方描述的或示出的任何组件、元素、功能、操作或步骤的任何组合或排列。
除非另有明确说明或上下文另有说明，否则本文中使用的术语“或”应解释为包含或意指任何一种或任何组合。因此，在本文中，表述“a或b”指“a、b或a和b两者”。作为另一个示例，在本文中，“a、b或c”指以下至少一种：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c。如果元素、装置、步骤或操作的组合在某种程度上本质上相互排斥，将会出现此定义的例外。
本文所用的近似词，例如，但不限于，“近似”、“基本上”或“大约”是指这样一种情况，即当被如此修饰，应被理解为不一定是绝对的或完美的，但对本领域普通技术人员而言将被视为足够接近，以确保指定该情况存在。说明书可以变化的程度将取决于可以进行多大的变化，并且使本领域普通技术人员将修改后的特征识别为具有未修改特征的所需的特性或能力。一般而言，但须以上述讨论为准，本文中通过近似词(例如“大约”)修饰的数值可改变规定的值±0.5％、±1％、±2％、±3％、±4％、±5％、±10％、±12％或±15％。
本文所用的术语“第一”、“第二”、“第三”等可用作名词之前的标注，并且这些术语不一定意味着特定的顺序(例如，特定的空间、时间或逻辑顺序)。作为一个示例，系统可以描述为确定“第一结果”和“第二结果”，以及术语“第一”和“第二”可以不一定意味着第一结果是在第二结果之前确定的。
本文所用的术语“基于”和“至少部分基于”可用于描述或提出影响确定的一个或多个因素，并且这些术语不排除可能影响确定的其他因素。确定可以完全基于那些被提出的因素，或者至少部分基于那些因素。短语“基于b确定a”表示b是影响确定a的因素。在某些情况下，其他因素也可能有助于a的确定。在其他情况下，a可能仅基于b来确定。
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