固态激光雷达装置的校准的制作方法

1.本发明涉及一种固态激光雷达装置，尤其涉及固态激光雷达装置的校准。此外，本发明涉及用于分别执行和校准固态激光雷达装置的方法以及相应的计算机程序产品。


背景技术：

2.三维成像设备可用于检测物体在其视场中的空间坐标。为此，目前存在无源深度传感设备和有源深度传感设备，后者还包括机械扫描仪和固态成像设备。
3.无论采用哪种实现方式，成像设备都需要进行校准，以达到高精度和准确度水平。使用移动部件的装置模型中通常具有更多的参数，因此需要更复杂的校准过程。然而，即使移动部件很少或没有任何移动部件的装置通常也需要通过界定明确的校准环境来进行校准。


技术实现要素：

4.提供本发明内容是为了以简化的形式引入概念的选择，这些概念将在以下具体实施方式中进行进一步的描述。本发明内容的目的不在于识别权利要求书保护的主题的关键特征或必要特征，也不在于限制权利要求书保护的主题的范围。
5.本发明的目的在于提供一种固态激光雷达装置及其校准方法。该目的可以使用独立权利要求的特征来实现。从属权利要求、说明书和附图中提供了进一步的实现方式。具体地，本发明的目的在于提供具有本征校准功能的装置和方法，从而确保无需专门设置的三维校准环境即可进行校准。
6.根据第一方面，提供了一种固态激光雷达装置，包括：激光发生器，用于产生可以指向目标的脉冲激光束；光学透镜装置，用于收集所述目标反射的激光束；固态传感阵列；至少一个处理器。所述光学透镜装置具有焦距并提供后焦平面，而所述固态传感阵列位于所述光学透镜装置的所述后焦平面上，用于检测所述激光束。所述固态传感阵列至少包括第一传感器和第二传感器，用于检测所述反射激光束，其中，所述第一传感器和所述第二传感器彼此间隔第一传感器距离。所述至少一个处理器用于：利用所述激光发生器以及所述固态传感阵列中的所述第一传感器和所述第二传感器中的至少一个，从脉冲飞行时间测量中获得所述目标的测量距离。所述至少一个处理器还用于：使用指示所述第一传感器距离与所述焦距的比值的校准参数，从所述测量距离中获得所述目标的至少一个空间坐标。由于不需要分别获得所述传感器或所述光学透镜装置的组件特定校准参数，因此使用指示所述特定比值的校准参数能够对所述固态激光雷达装置进行简单、高效的校准。此外，还已发现，这能够显著降低所需校准环境的复杂性，因为随后可以在没有预先确定的三维校准对象(例如，已知其大小、形状和位置)的情况下进行校准。
7.在所述第一方面的一种实现方式中，所述第一传感器和所述第二传感器是单光子雪崩二极管(single-photon avalanche diode，spad)，所述单光子雪崩二极管设置在所述固态传感装置的公共基板上。这使得即使在所述固态传感阵列的传感器密度较大的情况下
也能够精确定位所述第一传感器和所述第二传感器，从而提供高校准准确度。
8.在所述第一方面的另一种实现方式中，所述固态传感阵列还包括第三传感器，用于检测所述反射激光束，使得所述第一传感器、所述第二传感器和所述第三传感器以一维排列方式排列。因此，可以扩大所述固态传感阵列的视场。
9.在所述第一方面的另一种实现方式中，所述固态传感阵列还包括第三传感器，用于检测所述反射激光束，使得所述第二传感器和所述第三传感器界定第二传感器距离，所述第二传感器距离等于所述第一传感器距离。因此，在不同传感器之间使用相等的传感器距离可以将上述简单、高效的校准过程扩展到不同类型的传感阵列。
10.在所述第一方面的另一种实现方式中，所述至少一个处理器用于：使用所述校准参数的最优值，获得所述至少一个空间坐标。所述最优值通过以下方式获得：获得到所述目标的不同空间位置的多个测量距离，每个测量距离对应于所述固态传感阵列中的不同传感器；通过将拟合函数拟合到包括所述目标的所述不同空间位置的临时空间坐标的点云函数来计算所述最优值，其中，使用所述校准参数的临时值从所述多个测量距离中获得所述临时空间坐标，使得所述最优值是优化所述拟合的所述临时值。这能够方便地优化所述校准参数的值。甚至可以通过对目标进行单次扫描来获得所述最优值。只要所述目标具有对应于所述拟合函数的用于扫描的基本形状，就不必知道所述目标的位置和大小。这样可以使用所述基本形状进行本征校准。在另一种实现方式中，所述拟合函数是指可表示为直线或平面的线性函数。这能够对建筑环境(例如，平墙)中普遍存在的目标进行高效校准。
11.在所述第一方面的另一种实现方式中，通过至少一个附加传感器特定校准参数修改所述测量距离，来从所述测量距离中获得所述目标的所述至少一个空间坐标，所述附加传感器特定校准参数指示所述固态传感阵列中的至少一个传感器的所述测量距离的不准确性。这能够高效地考虑任何类型的传感器特定的不准确性来源，例如测量误差和/或延迟。
12.根据第二方面，提供了一种方法，包括：使得根据所述第一方面或其实现方式中任一项所述的固态激光雷达装置扫描目标，以获得校准参数的最优值。这能够通过对所述装置的一次或多次扫描来校准所述固态激光雷达装置。
13.在所述第二方面的另一种实现方式中，所述目标包括面向激光发生器的平坦表面，其中，激光束在所述平坦表面上反射。这样可以使用所述平坦表面对所述固态激光雷达装置进行本征校准。已经发现，这还能够轻松地验证校准的准确度，因为当所述目标是平坦表面时，所述校准参数与其最优值的任何偏差都可以通过产生弯曲形状的所述固态激光雷达装置进行扫描来识别。
14.在所述第二方面的另一种实现方式中，通过相对于所述目标非平行定位的固态传感阵列来执行所述扫描。已经发现，这提高了校准的稳健性，因为这能够对根据所述第一方面或其实现方式中任一项所述的固态激光雷达装置进行所述校准，以提供所述校准参数的单个明确最优值而不是两个或多个不同的局部最优值。
15.根据第三方面，公开了一种用于操作固态激光雷达装置的方法。所述固态激光雷达装置包括：激光发生器，用于产生可以指向目标的脉冲激光束；光学透镜装置，用于收集所述目标反射的激光束；固态传感阵列。所述光学透镜装置具有焦距并提供后焦平面，而所述固态传感阵列位于所述光学透镜装置的所述后焦平面上，用于检测所述激光束，其中，所
述固态传感阵列包括至少两个传感器，所述至少两个传感器在至少一个维度上彼此等距离间隔第一传感器距离。所述方法(例如，由为此目的配置的至少一个处理器执行)包括：利用所述激光发生器以及所述固态传感阵列中的传感器，从脉冲飞行时间测量中获得所述目标的测量距离；使用指示所述第一传感器距离与所述焦距的比值的校准参数，从所述测量距离中获得所述目标的至少一个空间坐标。由于不需要分别获得所述传感器或所述光学透镜装置的组件特定校准参数，因此使用指示所述特定比值的校准参数能够对所述固态激光雷达装置进行简单、高效的校准。此外，还已发现，这能够显著降低所需校准环境的复杂性，因为随后可以在没有预先确定的三维校准对象(例如，已知其大小、形状和位置)的情况下进行校准。
16.在所述第三方面的另一种实现方式中，所述至少两个传感器是单光子雪崩二极管(single-photon avalanche diode，spad)，所述单光子雪崩二极管设置在所述固态传感阵列的公共基板上。这使得即使在所述固态传感阵列的传感器密度较大的情况下也能够精确定位所述第一传感器和所述第二传感器，从而提供高校准准确度。
17.在所述第三方面的另一种实现方式中，使用所述校准参数的最优值，获得所述至少一个空间坐标。所述最优值通过以下方式获得：获得到所述目标的不同空间位置的多个测量距离，每个测量距离对应于所述固态传感阵列中的不同传感器；通过将拟合函数拟合到包括所述目标的所述不同空间位置的临时空间坐标的点云函数来计算所述最优值，其中，使用所述校准参数的临时值从所述多个测量距离中获得所述临时空间坐标，使得所述最优值是优化所述拟合的所述临时值。这能够方便地优化所述校准参数的值。甚至可以通过对目标进行单次扫描来获得所述最优值。只要所述目标具有对应于所述拟合函数的用于扫描的基本形状，就不必知道所述目标的位置和大小。这样可以使用所述基本形状进行本征校准。在另一种实现方式中，所述拟合函数是指可表示为直线或平面的线性函数。这能够对建筑环境(例如，平墙)中普遍存在的目标进行高效校准。
18.在所述第三方面的另一种实现方式中，通过至少一个附加传感器特定校准参数修改所述测量距离，来从所述测量距离中获得所述目标的所述至少一个空间坐标，所述附加传感器特定校准参数指示所述固态传感阵列中的至少一个传感器的所述测量距离的不准确性。这能够高效地考虑任何类型的传感器特定的不准确性来源，例如测量误差和/或延迟。
19.根据第四方面，提供了一种计算机程序产品，包括程序代码，所述计算机程序产品用于执行根据所述第二方面、所述第三方面或所述第二方面或所述第三方面的实现方式中任一项所述的方法。
20.根据又一方面，本发明还涉及一种计算机可读介质(例如，非瞬时性计算机可读介质)和所述计算机程序代码，其中，所述计算机程序代码包含在所述计算机可读介质中，并且所述计算机介质包括以下分组中的一项或多项：只读存储器(read-only memory，rom)、可编程rom(programmable rom，prom)、可擦除prom(erasable prom，eprom)、闪存、电eprom(electrically eprom，eeprom)以及硬盘驱动器。
21.参考结合附图进行的以下详细描述，许多伴随特征将更易理解，同时将变得更好理解。
附图说明
22.根据附图阅读以下具体实施方式，将更好地理解本说明书，其中：
23.图1示出了一个实施例提供的扫描目标的固态激光雷达装置的图示表征；
24.图2示出了一个实施例提供的用于校准固态激光雷达装置的数学原理的图示表征；
25.图3示出了一个实施例提供的用于获得校准参数的最优值的方法的流程图表征；
26.图4示出了一个实施例提供的使用校准参数的两个不同值获得的两个不同的点云函数；
27.图5示出了另一个实施例提供的用于执行固态激光雷达装置的方法的流程图表征。
28.在附图中，相同的附图标记用于表示相同的部件。
具体实施方式
29.下面结合附图提供的具体实施方式旨在作为各实施例的说明，并非旨在表示可以构造或使用实施例的唯一方式。然而，相同或等效功能以及结构可以通过不同的实施例实现。
30.图1示出了一个实施例提供的扫描目标140的固态激光雷达装置100(在本文中也称为“装置”)的图示表征。在本文中，“激光雷达装置”可以指检测系统，所述检测系统用于通过激光束120照射所述目标140并通过一个或多个传感器(152a-152c)测量所述反射激光束120'，来测量到所述目标140的距离。然后，可以利用激光束返回时间差在一个空间维度、两个空间维度或三个空间维度上对所述目标140进行数字表示。在本文中，“固态激光雷达装置”可以指激光雷达装置100，其中，传感阵列150是固态传感阵列150，并且传感器可以嵌入硅芯片等一个或多个芯片中。所述固态传感阵列150可以用于静态测量距离，使得不一定需要任何机械运动部件。因此，所述固态激光雷达装置100可以整体用于静态测量距离，使得不一定需要任何机械运动部件。
31.所述装置100包括激光发生器110。所述激光发生器可以用于产生可以指向所述目标140的脉冲激光束120。所述装置100还可以包括扩散器112，用于扩散来自所述激光发生器110的所述激光束120。所述扩散器112可以包括另一透镜装置(图1中未示出)，并且还可以包括焦距f2。所述扩散器112可以耦合到所述激光发生器110。在一些实施例中，所述扩散器112与所述激光发生器110之间的距离可以对应于所述焦距f2。
32.所述装置100包括光学透镜装置130，所述光学透镜装置130可以用于收集所述目标140反射的所述激光束120'。所述光学透镜装置130具有焦距f1，并因此提供后焦平面135。在一些实施例中，所述光学透镜装置130的所述焦距f1可以与所述扩散器112的所述焦距f2相同。然而，根据一些其它实施例，所述焦距f1和所述焦距f2可以不同。
33.所述装置100包括固态传感阵列150(在本文中也称为“阵列”)，所述固态传感阵列150位于所述后焦平面135上。所述阵列150包括至少两个传感器：第一传感器152a和第二传感器152b，其中，所述第一传感器152a和所述第二传感器152b可以用于检测所述反射激光束120'。然而，出于此目的，所述阵列150还可以包括三个或更多个传感器(例如，十个或更多个传感器)，而在所述固态传感阵列技术实际允许的范围内一些实施例可以包括非常多
的传感器。所述阵列150可以包括传感器的一维或二维排列。以一维排列方式排列的任意两个传感器(例如，所述第一传感器152a和所述第二传感器152b)可以彼此间隔第一传感器距离d1。当所述阵列150包括用于检测所述反射激光束120'的第三传感器152c时，所述第二传感器152b和所述第三传感器152c可以界定第二传感器距离d2，所述第二传感器距离d2可以等于所述第一传感器距离d1。这样，所述第一传感器152a、所述第二传感器152b和所述第三传感器152c可以沿某条线等距离定位，这可用于大大简化所述装置100的校准。
34.当所述一维排列包括三个或更多个传感器(152a-152c)时，所述排列中的所述传感器因此可以等距离间隔任意两个相邻传感器的传感器到传感器距离，所述传感器到传感器距离对应于所述第一传感器距离d1。因此，对于沿维度的任意两个相邻传感器，所述传感器到传感器距离可以是恒定的。当所述阵列150包括传感器的二维排列时，所述排列可以在所述二维排列的所述第一维度中具有第一传感器到传感器距离，并且在所述二维排列的所述第二维度中具有第二传感器到传感器距离。所述第一传感器到传感器距离可以等于所述第二传感器到传感器距离，与所述第一传感器到传感器距离不同于所述第二传感器到传感器距离的二维排列相比，所述第二传感器到传感器距离可以减少所需的校准参数的数量。
35.所述阵列150可以包括基板，所述基板设置用于支撑所述阵列150中的一个或多个传感器，例如所述第一传感器152a、所述第二传感器152b和所述第三传感器152c。在一些实施例中，所述阵列150中的一个或多个传感器(例如，所述第一传感器152a和/或所述第二传感器152b，可选地还包括所述第三传感器152或者甚至所述多个传感器(152a-152c)中的任何一个)设置在所述阵列150的公共基板上。在一些实施例中，所述阵列150中的一个或多个传感器(例如，所述第一传感器152a和/或所述第二传感器152b，可选地还包括所述第三传感器152)可以是特别适合设置在公共基板上的单光子雪崩二极管(single photon avalanche diode，spad)，从而能够准确定位所述传感器以进行一维排列或二维排列。例如，对于多个spad传感器，使用公共基板能够实现高准确度的恒定传感器到传感器距离。
36.所述装置100还包括至少一个处理器101(在本文中也称为“处理器”)。所述处理器101用于：利用所述激光发生器110以及所述阵列150中的至少一个传感器(例如，所述第一传感器152a或所述第二传感器152b)，从脉冲飞行时间测量中获得所述目标140的测量距离。为了操作所述激光发生器110，可以通过所述装置100的第一链路103将所述处理器101耦合到所述激光发生器110，所述链路可以包括有线和/或无线数据传输连接。为了获得所述测量距离，可以通过所述装置100的第二链路105将所述处理器101耦合到所述传感阵列150，所述链路可以包括有线和/或无线数据传输连接。
37.在本文中，“脉冲飞行时间测量”可以指如下测量：其中，测量所述激光束(120、120')的脉冲飞行时间，并根据所述飞行时间确定脉冲行进距离。在本文中，“飞行时间”可以指从在所述激光发生器110处产生脉冲到在所述阵列150处捕获脉冲的时间。所述行进距离可以由所述处理器101确定。在本文中，“所述目标140的测量距离”可以指捕获脉冲的所述阵列150中的传感器(152a-152c)测量的距离，其中，所述距离表示所述传感器与所述目标140之间的距离。可以使用飞行时间测量领域技术人员已知的任何方法从所述行进距离或所述飞行时间中获得所述测量距离。所述测量距离也可以由所述处理器101确定。
38.所述处理器101还用于：从所述测量距离中获得所述目标140的至少一个空间坐标。在本文中，“空间坐标”可以指表示所述目标140的单个空间位置的空间位置的数据点。
所述至少一个空间坐标可以包括所述目标140的单个空间位置的二维或三维坐标。所述至少一个空间坐标可以在任意坐标系中表示，例如在笛卡儿坐标系中表示。
39.所述至少一个空间坐标是使用指示所述第一传感器距离d1与所述光学透镜装置130的所述焦距f1的比值的校准参数获得的。结合图2提供了一个示例。
40.例如，所述处理器101可以包括各种处理设备(例如，协处理器、微处理器、控制器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、带或不带伴随dsp的处理电路)或包括集成电路的各种其它处理设备(例如，专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field programmable gate array，fpga)、微控制器单元(microcontroller unit，mcu)、硬件加速器、专用计算机芯片等)中的一个或多个。
41.所述装置100还可以包括至少一个存储器102(在本文中也称为“存储器”)。所述处理器101可以用于根据包括在所述存储器102中的程序代码，来执行本文中针对所述处理器101描述的任何过程。
42.例如，所述存储器102可以用于存储计算机程序等。所述存储器102可以包括一个或多个易失性存储器设备、一个或多个非易失性存储器设备和/或一个或多个易失性存储器设备与非易失性存储器设备的组合。例如，所述存储器102可以实现为磁存储设备(例如，硬盘驱动器、软盘、磁带等)、光磁存储设备和半导体存储器(例如，掩模rom、可编程rom(programmable rom，prom)、可擦除prom(erasable prom，eprom)、闪存rom、随机存取存储器(random access memory，ram)等)。
43.所述装置100还可以包括收发器。例如，所述收发器可以用于通过3g、4g、5g、lte或wifi连接等传输和/或接收数据。
44.所述装置100还可以包括图1的实施例中未示出的其它组件和/或部件。
45.本文所述的功能可以通过所述装置100的各种组件实现。例如，所述存储器102可以包括程序代码，所述程序代码用于执行本文公开的任何功能或导致执行本文公开的任何功能；所述处理器101可以用于根据包括在所述存储器102中的所述程序代码执行所述功能或导致执行所述功能。
46.当所述装置100用于实现某个功能时，所述装置100的某个和/或某些组件(例如，所述至少一个处理器101和/或所述存储器102)可以用于实现该功能。此外，当所述至少一个处理器101用于实现一些功能时，该功能可以使用包括在所述存储器102等中的程序代码来实现。例如，如果所述装置100用于执行操作，则所述至少一个存储器102和所述计算机程序代码可用于与所述至少一个处理器101一起使所述装置100执行该操作。
47.图2示出了一个实施例提供的用于校准固态激光雷达装置的数学原理的图示表征。所述原理用于包括平坦表面141的目标140，但也可以适用于具有其它表面形状(例如，弯曲表面或锯齿表面)的目标。
48.作为需要为所述装置100校准哪些参数的示例，相对于所述目标140示意性地示出了所述固态传感阵列150。重要的是，该示意性可视化涉及所述装置100相对于所述目标140的几何形状的数学变换，从而能够通过将所述阵列150定位在坐标系的原点o与所述目标140之间来可视化所述光学透镜装置130的效果，使得从所述阵列150到所述原点o的垂直距离对应于所述光学透镜装置的所述焦距f1。该数学表示对应于物理排列，其中，所述阵列150位于所述光学透镜装置130的所述后焦平面135上。在本文中，如图所示，所述坐标系可
以是笛卡尔坐标系，其x轴平行于所述阵列150，y轴垂直于所述阵列150。在本文中，所述坐标系的所述原点o可以指所述光学透镜装置130的光学中心。
49.所述阵列150包括传感器(152a-152c)的一维排列，所述传感器(152a-152c)至少包括第一传感器152a和第二传感器152b，但可选地还包括第三传感器152c或者甚至更多个传感器。在所述可视化中，所述阵列150的每个矩形可以对应于一个传感器，因此可以存在许多传感器。所述第一传感器152a和所述第二传感器152b彼此间隔第一传感器距离d1。所述一维排列中的传感器可以等距离间隔传感器到传感器距离，所述传感器到传感器距离等于所述第一距离d1。当所述阵列150包括传感器的二维排列时，例如当所述二维排列在平行于所述x轴且垂直于所述y轴的平面中时，该示例同样适用。
50.所述第一传感器152a可以用于获得到所述目标140的测量距离db。由于上述数学变换，所述测量距离db实际上对应于从所述原点o延伸到所述目标140的空间位置b的可视化线ob的长度，而在所述装置100的实际物理实现方式中，相同的测量距离db可以对应于所述第一传感器152a与所述目标140的所述空间位置b之间的实际物理距离。可以界定一个直角三角形ob'b，其直角对应于点b'，所述线ob'平行于所述坐标系的所述y轴。如果所述目标140的表面平行于所述阵列150，则对于具有平坦表面141的目标，点b'将位于所述目标140的表面上。如图所示，所述目标140的表面可以不平行于所述阵列150，在这种情况下，点b'相对于所述目标140不一定具有任何直接物理意义。然而，在这两种情况下，都提供了参考点，因为点b的x坐标是xb。形成一个较小的右侧三角形ode，其中，点d和点e分别位于所述阵列150与所述线ob'和所述线ob的相交处。所述第二传感器152b位于点d处，而所述第一传感器152a位于点e处，使得所述第一传感器152a的x坐标xe等于所述第一传感器距离d1。
51.作为数学恒等式
[0052][0053]
和
[0054][0055]
当任意一条线的长度由其端点的两个字母组合表示时，例如ob或ob'。组合这两个等式得出所述目标140的所述空间位置b的y坐标：
[0056][0057]
其中，od＝f1，ob＝db。在图示的示例中，xe等于d1。此外，在传感器到传感器距离恒定(可以等于d1)的情况下，当点b位于所述目标140的不同空间位置处使得所述线ob与不同的传感器相交时，类似的等式成立。当从所述原点o开始计数该不同传感器的索引ie时，从具有索引ie＝1的第一相邻传感器(在图示中为所述第一传感器152a)开始，并且当进一步远离所述原点o时，对于每个相邻传感器，所述索引递增1。因此，xe＝i
e d1。对于负坐标，对于所述第三传感器152c，所述索引可以是负值，例如ie＝-1，如图2所示。
[0058]
利用具有索引ie的传感器获得测量距离db时，可以通过以下等式获得所述目标140的所述空间位置的y坐标。
[0059][0060]
类似地，可以通过以下等式获得所述目标140的所述空间位置的x坐标。
[0061][0062]
本文所述的一般原理适用于如上所述的装置。因此，所述装置100可用于由所述处理器101等根据测量距离db确定所述目标140的空间坐标，例如所述目标140的空间位置的x坐标xb和y坐标yb。为此，使用关于所述传感器的索引ie以及单个参数所指示的利用哪个传感器来获得所述测量距离db的信息就已足够：
[0063][0064]
例如，可以通过以下等式使用参数α从测量距离中获得所述目标140的空间位置的坐标：
[0065][0066]
因此，该参数α可以用作校准参数，使得所述装置可以用于通过自校准过程等或者甚至通过手动输入来接收所述校准参数的值，并且使用该值根据所述固态传感阵列150的距离测量来确定所述目标140的任何坐标。因此，不需要接收所述第一传感器距离d1或所述光学透镜装置130的所述焦距f1的单独值。此外，不需要对传感器角度使用单独的传感器特定校准值，即对于所述阵列150的每个传感器的角度使用单独的校准值。
[0067]
在一个实施例中，所述测量距离db可以通过指示所述测量距离db的不准确性的传感器特定校准参数进行修改。所述附加传感器特定校准参数可以用于通过任何适当的数学关系(例如，通过加法、减法、乘法或除法)来修改所述测量距离db。例如，可以通过以下等式修改任意或所有传感器的所述测量距离db[0068]
db(ie)＝db(ie)+δ(ie)，
[0069]
这意味着对于具有索引ie的任何传感器，利用该传感器获得的测量距离db(ie)通过传感器特定校准参数δ(ie)修改。两个或多个传感器的传感器特定校准参数仍然可以具有相等的值。所述传感器特定校准参数可以用于补偿所述装置100的电子电路中的延迟，所述延迟可能是由于所述激光发生器110和/或其光学器件相对于所述固态传感阵列150的放置所致。此外，还可以用于补偿所述激光束120'的脉冲检测中的噪声和/或缺陷。
[0070]
图3示出了一个实施例提供的用于获得校准参数的最优值的方法300的流程图表征。所述方法300可用于校准固态激光雷达装置100，所述固态激光雷达装置100(例如，根据本文所述示例中的任一个所示的装置100)可用于：使用指示第一传感器距离d1与焦距f1的比值的校准参数，从测量距离中获得空间坐标。
[0071]
所述方法包括：使得(310)固态激光雷达装置100扫描目标140，以获得所述校准参数的最优值。在本文中，“最优值”可以指优化将拟合函数(430、430')拟合到包括所述目标140的不同空间位置的临时空间坐标的点云函数420的值。所述装置100可以用于使用一个
或多个拟合函数(430、430')，例如可表示为直线或平面的线性函数。使用线性函数的效果是，随后可以通过扫描包括面向所述装置100的所述激光发生器110的平坦表面141的目标140来执行简化的校准，使得来自所述激光发生器110的所述激光束120在所述平坦表面上反射，以便在所述装置100的所述固态传感阵列150处捕获。这样，不需要详细了解所述目标140的形状和/或位置，也不需要所述目标具有除要在任何距离处扫描的简单平面界面之外的任何特定尺寸、形状或位置。如果所述装置用于使用多个拟合函数(430、430')，则还可以用于允许用户选择所述拟合函数(430、430')以用于校准。
[0072]
在本文中，“点云函数”可以指对应于目标140的表征的函数。所述点云函数(410、420)包括所述目标140的不同空间位置的空间坐标。所述点云函数可以通过固态激光雷达装置100的扫描获得。根据所述装置100是否正确校准，所述点云函数(410、420)在视觉上可以类似于所述目标140。例如，所述点云函数(410、420)可以表示空间坐标的二维点云或三维点云。
[0073]
所述固态激光雷达装置100可以用于执行以下各步骤的任意组合，以获得所述校准参数的最优值。所述校准参数可以进行初始化(320)，以使用所述校准参数的临时值。所述固态激光雷达装置100可以用于自动提供所述临时值。此外，还可以使用所述校准参数的任何常量值。可以使用所述校准参数α的所述临时值，基于所述扫描(例如，通过等式(1))获得(330)所述目标140的临时空间坐标。
[0074]
可以形成包括所述目标的所述临时空间坐标的点云函数(410、420)。所述点云函数(410、420)可以包括所述目标140的多个空间位置的空间坐标。然后，可以将拟合函数(430、430')(例如，如上所述的线性函数)拟合(340)到所述点云函数。为此，可以使用数值优化领域技术人员已知的任何适用的拟合方法(例如，最小二乘拟合)。可以计算成本函数，以确定所述点云函数(410、420)与所述拟合函数(430、430')的偏差。已通过拟合优化所述拟合函数(430、430')的参数(例如，线性函数的斜率和截距)以确定最终偏差时，可以实现这一点。使用成本函数可以确保在收敛时拟合点位于一条直线上，即使对于三维拟合也是如此。
[0075]
所述优化可以迭代地执行。为此，所述优化可以涉及确定所述拟合是否已经完成(360)，例如由于所述结果已收敛到所述最优值，或者所述拟合过程已经达到无法达到所述最优值的情况。为此，可以使用一个或多个阈值标准。例如，确定所述拟合是否已经完成(360)可以包括比较所述拟合函数(430、430')与所述点云函数(410、420)之间的偏差。如果所述偏差小于阈值，则可以将用于获得所述点云函数(410、420)的所述校准参数的所述临时值用作(370)所述校准参数的所述最优值。如果所述偏差较大，则可以更改(380)所述临时值，以获得新的临时空间坐标和新的点云函数(410、420)。作为迭代的停止条件的另一示例，可以使用用于停止所述迭代的无改进条件。例如，如果两次迭代之间的偏差改进小于改进阈值，则可以停止所述迭代。例如，可以使用列文伯格-马夸尔特算法来优化所述校准参数。
[0076]
例如，当所述拟合已经完成时，可以获得(380)所述校准参数的所述最优值作为所述校准参数的所述临时值。为了确定所述最优值，不需要预先知道扫描几何形状的距离或尺寸。这能够提供与场景无关的校准。此外，这可以用于提高校准精度，因为可以完全避免此类预先知道的尺寸或距离的任何测量误差或有限测量精度。所述校准可以利用来自所述
装置100相对于所述目标140的不同距离和/或方向等的单次扫描或多次扫描。即使如此，也不需要知道或利用实际距离和方向。
[0077]
如结合图4所示，选择所述校准参数的所述最优值可以用于提供正确的点云函数420，其正确性也可以轻松地通过使用所校准的装置100的扫描进行验证。通过在所述校准参数的任何临时值和/或最优值大于零的条件下进行所述校准，可以进一步提高校准的稳健性。此类约束可以包含在用于校准或用于获得所述校准参数的所述最优值的优化算法中。替代地或附加地，当所述固态传感阵列150相对于目标140的平坦表面141非平行地定位以用于扫描时，可以通过扫描具有面向所述激光发生器110的所述平坦表面141的所述目标140来执行所述扫描以进行校准，从而提高校准的稳健性，其中，所述激光束120在所述平坦表面141上反射。已经发现，这为获得所述校准参数的所述最优值提供了唯一的方案，从而通过单次扫描可靠地进行校准。
[0078]
当使用一个或多个附加传感器特定校准参数时，可以如上所述的类似方式进行校准。例如，可以使用相同的算法和/或相同的成本函数。为了提高校准的稳健性，已经发现可以将固定值(例如，零)分配给所述附加传感器特定参数中的一个，例如分配给所述阵列150中的中心传感器。
[0079]
图4示出了一个实施例提供的使用校准参数的两个不同值获得的两个不同的点云函数(410、420)。如本文所述，所述点云函数(410、420)是通过使用固态激光雷达装置100扫描平墙获得的。水平轴表示第一空间维度(例如，x维度)，而垂直轴表示第二空间维度(例如，y维度)。第一点云函数410是通过错误校准的装置100获得的。相应地，所述校准参数的值基本上不同于使用线性函数(430、430')(在图示中，所述线性拟合函数(430、430')对应于第一端430与第二端430'之间的直线)优化拟合的所述最优值。相反，第二点云函数420是通过正确校准的装置100获得的。在后一种情况下，所述校准参数的值是使用线性函数优化拟合的所述最优值。由于从平墙进行的扫描提供由所述第一点云函数410表示的弯曲图像，因此可以从所述装置100进行的扫描立即观察到使用了所述校准参数的非最优值。
[0080]
因此，如本文所公开的示例中的任一个所示，所述固态激光雷达装置100可用于使用参数α作为校准参数，从测量距离中获得目标140的空间坐标，其中，所述校准参数可以界定为所述第一传感器距离d1与所述焦距f1的比值。使用此类装置100时，可以进行校准以确定所述校准参数的最优值。所述装置100可以用于在提示时进行校准。因此，如果需要，可以快速、按需进行校准，也可以由经验不足的用户进行。
[0081]
所述装置100可以用于通过获得到所述目标140的不同空间位置的多个测量距离，获得所述校准参数的所述最优值。由于所述阵列150的不同传感器可以提供不同的测量距离，因此通过所述装置100进行单次扫描可足以对所述装置100进行校准，其中，利用多个传感器来提供对应于每个传感器的一个测量距离。
[0082]
图5示出了另一个实施例提供的用于执行固态激光雷达装置的方法500的流程图表征。所述方法500可用于校准所述固态激光雷达装置100和/或用于通过所述固态激光雷达装置100进行扫描。所述装置100可以是根据本文所述示例中的任一个所示的装置。所述方法500包括：利用所述固态激光雷达装置100，尤其是激光发生器110及其固态传感阵列150中的传感器(152a-152c)，从脉冲飞行时间测量中获得(510)目标140的测量距离。所述方法还包括：使用校准参数从所述测量距离中获得(520)所述目标140的至少一个空间坐
标，所述校准参数可以是根据本文所公开的示例中的任一个所示的校准参数。根据一些实施例，根据图5所示的方法500可以与根据图3所示的方法300组合，也可以与从根据图3所示的方法300提取的至少一些特征组合。
[0083]
虽然已经以结构特征和/或方法动作特定的语言描述了本发明主题，但是应理解，权利要求书中界定的主题不必局限于上文描述的具体特征或动作。相反，上面描述的具体特征和动作是作为实现权利要求书的实施例公开的，并且其它等同特征和动作旨在包含在权利要求书的范围内。
[0084]
本文所述的功能可以至少部分地由一个或多个计算机程序产品组件(例如，软件组件)来执行。替代地或附加地，本文所述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑组件来执行。例如但不限于，可以使用的示例性类型的硬件逻辑组件包括现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)、专用集成电路(application-specific integrated circuit，asic)、专用标准产品(application-specific standard product，assp)、片上系统(system-on-a-chip system，soc)、复杂可编程逻辑器件(complex programmable logic device，cpld)、图形处理单元(graphics processing unit，gpu)。
[0085]
应当理解的是，上述优点和优势可以涉及一个实施例，也可以涉及几个实施例。所述实施例不限于解决任何或全部所述问题的实施例，也不限于具有任何或全部所述优点和优势的实施例。此外，还应当理解的是，对“一个”项目的引用可以指这些项目中的一个或多个。术语“和/或”可以用于指示可能会发生一种或多种相关联的情况，可能会发生两种或多种相关联的情况，或者仅可能会发生其中一种相关联的情况。
[0086]
本文所述方法的操作可以以任何适当的顺序执行，也可以在适当的情况下同时执行。附加地，在不脱离本文所述主题的目的和范围的情况下，可以从所述方法中的任一种方法中删除各个块。上述任何实施例的各个方面可以与所描述的任何其它实施例的各个方面相结合，以形成进一步的实施例而不会损失所寻求的效果。
[0087]
术语“包括”在本文中用于表示包括所识别的方法、块或元素，但此类块或元素不包括排他性列表，并且方法或设备可以包含附加的块或元素。
[0088]
应当理解的是，以上描述仅以示例的方式提供，并且本领域技术人员可以进行各种修改。上述说明书、实施例和数据提供了示例性实施例的结构和应用的完整描述。尽管上文已经以一定程度的特殊性或结合一个或多个单独的实施例描述了各种实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本说明书的精神或范围的情况下对所公开的实施例进行多次修改。