LIDAR信号获取制造技术

本文中描述了用于组合来自LIDAR测量系统的多个通道的返回信号的方法和系统。在一方面，多个接收通道的输出在到模拟到数字转换器的单个通道的输入之前被电耦合。在另一方面，在每个接收通道的每个跨阻放大器的输出处提供DC偏移电压，以提高测量信号质量。在另一方面，基于测量温度来调整供应给每个接收通道的每个光电检测器的偏置电压，以节省功率并且提高测量一致性。在另一方面，基于测量温度来调整供应给每个发射通道的每个照明源的偏置电压。在另一方面，多路复用器被采用以在模拟到数字转换之前多路复用对应接收通道集的多个输出信号集。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】LIDAR信号获取相关申请的交叉引用本专利申请要求来自2018年9月18日提交的题为“LIDARSignalAcquisition（LIDAR信号获取）”的美国专利申请序列号16/134,000的优先权，该美国专利申请继而在下要求来自2017年9月18日提交的题为“LIDARSignalAcquisition（LIDAR信号获取）”的美国临时专利申请序列号62/559,783的优先权，所述主题通过引用以其整体合并在本文中。
所描述的实施例涉及基于LIDAR的3-D点云测量系统。
技术介绍
LIDAR系统采用光脉冲来基于每个光脉冲的飞行时间（TOF）而测量到物体的距离。从LIDAR系统的光源发射的光脉冲与远端物体交互。光的部分从物体反射并返回到LIDAR系统的检测器。基于光脉冲的发射和所返回的光脉冲的检测之间所经过的时间来估计距离。在一些示例中，光脉冲由激光发射器生成。光脉冲通过透镜或透镜组件来聚焦。测量激光脉冲返回到安装在发射器附近的检测器所花费的时间。距离是从具有高准确率的时间测量中导出的。一些LIDAR系统采用结合旋转镜的单个激光发射器/检测器组合来有效地扫描整个平面。通过这样的系统执行的距离测量实际上是二维的（即，平面的），并且所捕获的距离点被渲染为2-D（即，单个平面）点云。在一些示例中，旋转镜以非常快的速度（例如，每分钟数千转数）旋转。在许多操作场景中，需要3-D点云。已经采用了多个方案来三维地询问周围环境。在一些示例中，2-D仪器通常在万向架上被上下和/或前后致动。这在本领域中通常被称为使传感器“眨眼”或“点头”。因此，可以采用单个光束LIDAR单元来捕获距离点的整个3-D阵列，尽管每次一个点。在相关的示例中，采用棱镜将激光脉冲“划分”成多个层，每个具有略微不同的垂直角度。这模拟了上面所描述的点头效果，但是没有致动传感器本身。在所有上述示例中，单个激光发射器/检测器组合的光路以某种方式被更改以获得比单个传感器更宽的视野。由于对单个激光器的脉冲重复率的限制，这样的设备每单位时间可以生成的像素数量固有地受到限制。光束路径的任何更改，无论是通过镜、棱镜还是致动设备来获得更大的覆盖区域，都以降低的点云密度为代价。如上所述，3-D点云系统以若干配置存在。然而，在许多应用中，有必要在宽视野中以水平和垂直方向二者观察。例如，在自主车辆应用中，垂直视野应该向下延伸到尽可能接近以看到车辆前方的地面。此外，在汽车进入道路中倾角的情况下，垂直视野应该延伸到地平线以上。此外，有必要使现实世界中发生的动作与这些动作的成像之间的延迟最小。在一些示例中，期望每秒至少五次地提供完整图像更新。为了解决这些需求，已经开发了包括多个激光发射器和检测器阵列的3-DLIDAR系统。在2011年6月28日公布的美国专利号中描述了该系统，所述主题通过引用以其整体合并在本文中。在许多应用中，发射脉冲序列。每个脉冲的方向以快速连续的方式按顺序地变化。在这些示例中，可以将与每个单独脉冲相关联的距离和强度测量认为是像素，并且可以将以快速连续的方式发射和捕获的像素集合（即，“点云”）渲染为图像或出于其它原因（例如，检测障碍物）而进行分析。在一些示例中，采用查看软件将所得到的点云渲染为对用户呈现三维的图像。可以使用不同的方案将LIDAR测量描绘为3-D图像，所述图像看起来好像是由实拍摄像机捕获的一样。为了以高分辨率、吞吐量和范围来测量三维环境，测量脉冲必须非常窄并且以高周期性重复。目前的系统遭受低分辨率，因为它们以高频率生成短持续时间脉冲和分辨短持续时间返回脉冲的能力受到限制。检测器的饱和度限制了测量能力，因为在现实的操作环境中目标反射率和接近度变化很大。功率消耗可能导致LIDAR系统的过热。光设备、目标、电路以及温度在实际的系统中变化。在不对每个LIDAR通道进行适当校准的情况下，所有这些元件的可变性限制了系统性能。期望对LIDAR系统的驱动电子器件以及接收器电子器件的改进以提高成像分辨率和范围。
技术实现思路
本文中描述了一种用于将来自LIDAR测量系统的多个通道的返回信号组合到模拟到数字转换器的单个通道的输入上的方法和系统。在一方面，LIDAR测量系统的多个接收通道的输出在到模拟到数字转换器的单个通道的输入之前被电耦合。在另外的方面，从LIDAR测量系统的多个接收通道的每个光电检测器到模拟到数字转换器的每个电路径中的电元件直流（DC）耦合到彼此。在另一方面，在LIDAR测量系统的每个接收通道的每个跨阻放大器的输出处提供DC偏移电压，以提高测量信号质量。在另一方面，基于与接收通道的元件相关联的测量温度来调整供应给LIDAR测量系统的每个接收通道的每个光电检测器的偏置电压，以节省功率并且提高测量一致性。在另一方面，基于与发射通道的元件相关联的测量温度来调整供应给LIDAR测量系统的每个发射通道的每个照明源的偏置电压。在另一方面，多路复用器放置在多个接收通道集和模拟到数字转换器的单个通道之间，以在模拟到数字转换之前多路复用接收通道集的输出信号，以提高测量吞吐量。前述是总结，并且因此必然包含细节的简化、一般化和省略；因此，本领域的技术人员将理解，该总结是仅说明性的，并且不以任何方式进行限制。在本文中阐述的非限制性详细描述中，本文中所描述的设备和/或过程的其它方面、专利技术特征和优点将变得显而易见。附图说明图1是说明在一个实施例中的多通道LIDAR测量系统120的图。图2描绘了在一个实施例中的多通道LIDAR测量系统120的N个接收通道的集合。图3描绘了在一个实施例中的多通道LIDAR测量系统120的N个发射通道的集合。图4描绘了在另一实施例中的多通道LIDAR测量系统的多个接收通道的两个集合。图5描绘了与来自LIDAR测量设备120的测量通道的测量脉冲的发射以及返回测量脉冲的捕获相关联的定时的图示。图6是说明在一个示例性操作场景中的3-DLIDAR系统100的实施例的图。图7是说明在一个示例性操作场景中的3-DLIDAR系统10的另一实施例的图。图8描绘了说明在一个示例性实施例中的3-DLIDAR系统100的分解图的图。图9更详细地描绘了3-DLIDAR系统100的光学元件116的视图。图10描绘了3-DLIDAR系统100的光学器件116的剖视图以图示收集的光118的每个光束的成形。图11描绘了说明在至少一个新方面中通过多通道LIDAR测量系统来执行LIDAR测量的方法200的流程图。具体实施方式现在将详细参考本专利技术的背景示例以及一些实施例，其示例在附图中图示。本文中描述了用于将来自LIDAR测量系统的多个通道的返回信号组合到模拟到数字转换器的单个通道的输入上的方法和系统。图1描绘了在一个实施例中的多通道LIDAR测量系统120。LIDAR测量系统120包括主控制器190和N个LIDAR测量通道125A本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LIDAR测量系统，包括：/n第一多个LIDAR测量通道，每个包括：/n照明源，其当电耦合到电功率源时发射照明光的测量脉冲；/n照明驱动器，其电耦合到照明源和电功率源，其中所述照明驱动器被配置为响应于脉冲触发信号而选择性地将照明源电耦合到电功率源；/n光电检测器，其检测响应于照明光的测量脉冲而从三维环境中的点反射的返回光的量；/n返回信号接收器，其生成指示随着时间推移而检测到的返回光的量的返回信号，并且将所述返回信号提供给第一多个LIDAR测量通道的第一共享输出节点；以及/n模拟到数字转换器，其具有输入通道，其中所述模拟到数字转换器在模拟到数字转换器的输入通道处接收提供给第一共享输出节点的第一多个LIDAR测量通道的每个返回信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170918 US 62/559,7831.一种LIDAR测量系统，包括：
第一多个LIDAR测量通道，每个包括：
照明源，其当电耦合到电功率源时发射照明光的测量脉冲；
照明驱动器，其电耦合到照明源和电功率源，其中所述照明驱动器被配置为响应于脉冲触发信号而选择性地将照明源电耦合到电功率源；
光电检测器，其检测响应于照明光的测量脉冲而从三维环境中的点反射的返回光的量；
返回信号接收器，其生成指示随着时间推移而检测到的返回光的量的返回信号，并且将所述返回信号提供给第一多个LIDAR测量通道的第一共享输出节点；以及
模拟到数字转换器，其具有输入通道，其中所述模拟到数字转换器在模拟到数字转换器的输入通道处接收提供给第一共享输出节点的第一多个LIDAR测量通道的每个返回信号。


2.根据权利要求1所述的LIDAR测量系统，还包括：
第二多个LIDAR测量通道，每个包括：
照明源，其当电耦合到电功率源时发射照明光的测量脉冲；
照明驱动器，其电耦合到照明源和电功率源，其中所述照明驱动器被配置为响应于脉冲触发信号而选择性地将照明源电耦合到电功率源；
光电检测器，其检测响应于照明光的测量脉冲而从三维环境中的点反射的返回光的量；
返回信号接收器，其生成指示随着时间推移而检测到的返回光的量的返回信号，并且将所述返回信号提供给第二多个LIDAR测量通道的第二共享输出节点；以及
模拟多路复用器，其具有耦合到第一共享输出节点的第一输入通道、耦合到第二共享输出节点的第二输入通道以及耦合到模拟到数字转换器的输入通道的输出通道，其中模拟多路复用器在第一输入通道处接收提供给第一共享输出节点的第一多个LIDAR测量通道的每个返回信号、在第二输入通道处接收提供给第二共享输出节点的第二多个LIDAR测量通道的每个返回信号以及在输出通道处生成指示第一多个和第二多个LIDAR测量通道的每个返回信号的多路复用输出信号。


3.根据权利要求1所述的LIDAR测量系统，所述第一多个LIDAR测量通道每个还包括：
照明偏置电源，其耦合到照明源，其中所述照明偏置电源响应于命令信号而将期望量的电偏置功率提供给照明源。


4.根据权利要求3所述的LIDAR测量系统，还包括：
温度传感器，其放置在紧密接近第一多个LIDAR测量通道的照明源和照明驱动器；以及
主控制器，其电耦合到与第一多个LIDAR测量通道中的每一个相关联的温度传感器和每个照明偏置电源，其中所述主控制器从温度传感器接收发射子系统温度的指示，并且至少部分基于测量发射子系统温度来生成指示与第一多个LIDAR测量通道中的每一个相关联的电偏置功率的期望量的命令信号。


5.根据权利要求3所述的LIDAR测量系统，还包括：
主控制器，其电耦合到模拟到数字转换器和与第一多个LIDAR测量通道中的每一个相关联的每个照明偏置电源，其中所述主控制器接收第一多个LIDAR测量通道的每个返回信号的指示，并且至少部分基于与第一多个LIDAR测量通道中的每一个对应的返回信号而生成指示与第一多个LIDAR测量通道中的每一个相关联的电偏置功率的期望量的命令信号。


6.根据权利要求1所述的LIDAR测量系统，所述第一多个LIDAR测量通道每个还包括：
光电检测器偏置电源，其耦合到光电检测器，其中所述光电检测器偏置电源响应于命令信号将期望量的电偏置功率提供给光电检测器。


7.根据权利要求6所述的LIDAR测量系统，还包括：
温度传感器，其放置在紧密接近第一多个LIDAR测量通道的返回信号接收器和光电检测器；以及
主控制器，其电耦合到与第一多个LIDAR测量通道中的每一个相关联的温度传感器和每个光电检测器偏置电源，其中所述主控制器从温度传感器接收接收子系统温度的指示，并且基于测量接收子系统温度来传送指示与第一多个LIDAR测量通道中的每一个相关联的电偏置的期望量的命令信号。


8.根据权利要求1所述的LIDAR测量系统，其中从多个LIDAR测量通道的每个光电检测器到模拟到数字转换器的电路径中的任何电元件直流（DC）耦合到彼此。


9.根据权利要求1所述的LIDAR测量系统，所述第一多个...

【专利技术属性】
技术研发人员：DS霍尔，R舍蒂加拉，N斯拉滕格伦，A陈，A戈帕兰，
申请(专利权)人：威力登激光雷达有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US