Лидарные системы и способы обнаружения

Использование: настоящая технология относится к лазерным системам обнаружения и измерения дальности (LiDAR, Light Detection and Ranging) и к способам обнаружения объектов в области наблюдения. Сущность: лидарные системы и способы обнаружения объектов в области наблюдения автономного транспортного средства содержат: излучающий компонент, способный излучать выходные лучи; сканирующий компонент, способный направлять выходные лучи в область наблюдения; приемный компонент, способный принимать входные лучи, отраженные от объектов в области наблюдения, по внутреннему пути обнаружения; затворный компонент, выполненный с возможностью переключения между закрытым и открытым положениями, при этом внутренний канал обнаружения по меньшей мере частично блокируется, когда затворный компонент находится в закрытом положении, и открывается, когда затворный компонент находится в открытом положении; управляющий компонент, соединенный с затворным компонентом таким образом, что затворный компонент находится в закрытом положении, когда излучающий компонент излучает выходные лучи, и находится в открытом положении при приеме входных лучей, являющихся отражением выходных лучей от области наблюдения. Технический результат: уменьшение эффекта самоотражения в лидарных системах, повышение точности обнаружения объектов в непосредственной близости от самоуправляемого транспортного средства, повышение безопасности работы транспортного средства. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

[001] Настоящая технология относится к лазерным системам обнаружения и измерения дальности (LiDAR, Light Detection and Ranging) и к способам обнаружения объектов в области наблюдения.

Уровень техники

[002] В известных решениях предложены и реализованы компьютерные навигационные системы, способствующие навигации и/или управлению транспортными средствами. Известны различные системы такого рода: от простых решений, основанных на определении местоположения на карте и использующих компьютерную систему для помощи водителю в навигации на маршруте от пункта отправления до пункта назначения, до более сложных решений, таких как компьютеризированные и/или автономные системы вождения.

[003] Некоторые из этих систем реализованы в виде широко известной системы круиз-контроля. В этом случае компьютерная система, установленная на транспортном средстве, поддерживает заданную пользователем скорость движения транспортного средства. Некоторые системы круиз-контроля реализуют систему интеллектуального управления дистанцией, позволяя пользователю задавать расстояние до идущего впереди автомобиля (например, выбирать значение, выраженное в количестве транспортных средств). В дальнейшем компьютерная система регулирует скорость транспортного средства, по меньшей мере частично, в зависимости от его приближения к впереди идущему транспортному средству на заранее заданное расстояние. Некоторые из систем круиз-контроля дополнительно оснащены системой предупреждения столкновений, которая при обнаружении транспортного средства (или другого препятствия) перед движущимся транспортным средством замедляет или останавливает его.

[004] Некоторые из наиболее передовых систем обеспечивают полностью автономное движение транспортного средства без непосредственного участия оператора (т.е. водителя) в управлении. Такие автономные транспортные средства содержат системы, способные ускорять, замедлять, останавливать, перестраивать в другой ряд и самостоятельно парковать транспортное средство.

[005] Одна из основных технических проблем, возникающих при реализации вышеуказанных систем, заключается в способности обнаруживать объекты вокруг транспортного средства. Например, этим системам может потребоваться способность обнаруживать впереди транспортного средства с установленной системой другое транспортное средство, которое может представлять опасность для данного транспортного средства и требовать принятия системой упреждающих мер, таких как торможение или иное изменение скорости, остановка или перестроение в другой ряд.

[006] Обнаружение объектов на основе лидара обычно включает в себя передачу лучей света в область наблюдения и обнаружение отраженных световых лучей, в частности, от объектов в этой области, для формирования образа области наблюдения, содержащей какие-либо объекты. В качестве источника излучения (света) часто используются лазеры, излучающие импульсы света в узком диапазоне длин волн. Координаты объекта и расстояние до него могут быть определены, среди прочего, путем вычисления времени пролета излученного и обнаруженного светового луча. Вычисляя такие координаты как «точки данных», можно сформировать многомерный цифровой образ окружающего пространства.

[007] В целом, с точки зрения физики обнаружения объектов лидарными системами, один известный в настоящее время способ основан на использовании импульсного излучения и реализуется «времяпролетными» (ToF, Time of Flight) лидарными системами. В ToF-лидарных системах каждый лидарный датчик излучает короткий импульс с заданной длиной волны, а затем регистрирует время, требующееся для отражения этого импульса находящимся в окружающем пространстве объектом и его возврата к соответствующему лидарному датчику. Вращение на 360 градусов ToF-лидарной системы, расположенной в верхней части транспортного средства и содержащей множество лидарных датчиков, позволяет формировать трехмерный образ пространства вокруг транспортного средства.

[008] Этот трехмерный образ частично формируется отраженными лучами, принимаемыми лидаром, который формирует точки данных, представляющие объекты окружающего пространства. Эти точки образуют облака, характеризующие окружающее пространство и образующие трехмерную карту. Каждая точка в этом облаке точек связана с координатами в пространстве координат. Кроме того, каждая точка может быть связана с некоторой дополнительной информацией, например, с расстоянием от самоуправляемого транспортного средства до объекта. С точками в облаке точек может быть связана и другая информация.

[009] Чем больше получено точек приемлемого качества, тем лучше. В этом случае компьютер самоуправляемого транспортного средства с использованием такого облака точек может выполнять задачи различной когнитивной сложности, например, фильтрацию, кластеризацию или выборку точек, объединение облаков точек, распознавание объекта и т.д. Качество выполнения этих отдельных задач влияет на общее качество определения местоположения и навигации беспилотного транспортного средства. Точная информация об окружающих объектах повышает безопасность вождения.

[010] При этом в определенных обстоятельствах, например, при расположении объектов в непосредственной близости от самоуправляемого транспортного средства обнаружение с достаточной точностью может быть затруднено.

[011] Следовательно, требуются системы и способы, позволяющие исключать, уменьшать или преодолевать ограничения известных технических решений.

[012] Для решения вышеуказанной проблемы в известных технических решениях был предложен ряд способов.

[013] В патентной заявке US20200103510A1 (Waymo LLC, опубликована 02.04.2020) “Light Detection and Ranging (LIDAR) Device with an Off-Axis Receiver” («Лазерное устройство обнаружения и измерения дальности (лидар) с внеосевым приемником»), описано лидарное устройство с источниками света, излучающими свет, и с передающей линзой, направляющей излучаемый свет для освещения области окружающего пространства с полем обзора, определяемым передающей линзой. Лидарное устройство также содержит приемную линзу, которая фокусирует по меньшей мере часть входящего света, распространяющегося из освещенной области окружающего пространства по заранее заданному оптическому пути. Это лидарное устройство также включает в себя ряд приемников светового излучения, расположенных на заданном оптическом пути. Лидарное устройство также содержит смещенный приемник светового излучения, расположенный за пределами заданного оптического пути. Лидарное устройство также содержит контроллер, определяющий то, включают ли накопленные данные датчиков ряда приемников светового излучения данные, связанные с другим источником света, отличным от источника света данного устройства, на основе выходных данных смещенного приемника светового излучения.

[014] В патентной заявке US20180074198A1 (Qualcomm Inc, опубликована 15.03.2018) “Optical beam identification using optical demodulation” («Идентификация оптического луча с помощью оптической демодуляции»), описаны способы идентификации оптических лучей, падающих на датчик лазерной системы обнаружения и измерения дальности (лидара). В некоторых аспектах датчик, связанный с лидарной системой, принимает первый оптический луч, содержащий первую частоту, и второй оптический луч, содержащий вторую частоту. Лидарная система может содержать затвор, связанный с датчиком и выполненный с возможностью работы на третьей частоте, при этом управление затвором при приеме первого оптического луча, содержащего первую частоту, приводит к формированию первого сигнала с четвертой частотой, а управление затвором при приеме второго оптического луча, содержащего вторую частоту, приводит к формированию второго сигнала с пятой частотой. Кроме того, в лидарной системе может применяться логика обработки, позволяющая обнаруживать первый сигнал с четвертой частотой и идентифицировать первый оптический луч с использованием известной связи между первым оптическим лучом и четвертой частотой.

Раскрытие изобретения

[015] В отличие от подходов, используемых в известных технических решениях, разработчики настоящей технологии установили, что качество обнаружения объектов вокруг самоуправляемого транспортного средства может зависеть от физических характеристик оптических компонентов в лидарной системе. Линзы и другие оптические компоненты могут отражать излучаемый световой луч в обратном направлении внутри лидарной системы, вызывая эффект самоотражения внутри системы. Самоотражение может в большей степени влиять на обнаружение близкорасположенных объектов, чем на обнаружение более удаленных объектов. Свет, отраженный от близкорасположенных объектов, очень быстро достигает блока обнаружения, поэтому сигнал светового луча, отраженного от объектов окружающего пространства, может «перехватываться» световым лучом, отраженным от внутренних оптических компонентов лидарной системы.

[016] Соответственно, разработчики настоящей технологии реализовали способ, направленный на минимизацию, уменьшение или устранение самоотражения путем избирательного запрета или разрешения доступа света к внутреннему каналу обнаружения, ведущему к приемному компоненту. Предлагается затворный компонент, управление открытием и закрытием которого, выполняемое синхронно с излучением выходного луча излучающим компонентом, позволяет минимизировать или уменьшать эффекты самоотражения в лидарных системах и улучшать обнаружение объектов в непосредственной близости от самоуправляемого транспортного средства. В некоторых вариантах осуществления изобретения точность и повторяемость обнаружения улучшаются и безопасность работы транспортного средства повышается.

[017] В соответствии с первым широким аспектом настоящей технологии реализована лидарная система для обнаружения объектов в области наблюдения автономного транспортного средства, содержащая: излучающий компонент, способный излучать выходные лучи; сканирующий компонент, способный направлять выходные лучи в область наблюдения; приемный компонент, способный принимать входные лучи, отраженные от объектов в области наблюдения, по внутреннему пути обнаружения; затворный компонент, способный переключаться между закрытым и открытым положениями, при этом внутренний канал обнаружения по меньшей мере частично блокируется, когда затворный компонент находится в закрытом положении, и открывается, когда затворный компонент находится в открытом положении; управляющий компонент, соединенный с затворным компонентом таким образом, что затворный компонент находится в закрытом положении, когда излучающий компонент излучает выходные лучи, и затворный компонент находится в открытом положении при приеме входных лучей, являющихся отражением выходных лучей от области наблюдения.

[018] В некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент дополнительно способен переключать затворный компонент из закрытого положения в открытое положение, когда выходные лучи выходят из внутреннего канала излучения лидарной системы.

[019] В некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент дополнительно способен переключать затворный компонент из закрытого положения в открытое положение, когда выходные лучи удаляются на заданное расстояние от лидарной системы.

[020] В некоторых вариантах осуществления изобретения выходные лучи излучаются в виде последовательности выходных лучей, при этом управляющий компонент дополнительно способен переключать затворный компонент в закрытое положение, когда излучающий компонент излучает все лучи из последовательности, и переключать затворный компонент из закрытого положения в открытое положение, когда каждый луч из последовательности выходных лучей выходит из внутреннего канала излучения лидарной системы.

[021] В некоторых вариантах осуществления изобретения выходные лучи излучаются в виде последовательности выходных лучей, при этом управляющий компонент дополнительно способен переключать затворный компонент в закрытое положение, когда излучающий компонент излучает все лучи из последовательности, и переключать его из закрытого положения в открытое положение, когда каждый луч из последовательности выходных лучей достигает заданного расстояния от лидарной системы.

[022] В некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент способен переключать затворный компонент из открытого положения в закрытое положение одновременно с излучением выходных лучей излучающим компонентом.

[023] В некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент способен переключать затворный компонент из открытого положения в закрытое положение через заранее заданное время после излучения выходных лучей излучающим компонентом.

[024] В некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент способен переключать затворный компонента из открытого положения в закрытое положение на основе заданного интервала времени.

[025] В некоторых вариантах осуществления изобретения затворный компонент содержит механическое затворное устройство.

[026] В некоторых вариантах осуществления изобретения механическое затворное устройство содержит вращающийся диск с множеством прорезей в его теле, при этом управляющий компонент дополнительно способен обеспечить вращение этого диска с частотой 500 кГц.

[027] В некоторых вариантах осуществления изобретения затворный компонент содержит электрооптическое или полупроводниковое затворное устройство.

[028] В некоторых вариантах осуществления изобретения затворный компонент содержит полупрозрачные компоненты и способен частично блокировать внутренний канал обнаружения.

[029] В некоторых вариантах осуществления изобретения сканирующий компонент содержит вращающуюся призму и/или поворотное зеркало.

[030] В некоторых вариантах осуществления изобретения приемный компонент представляет собой фотодетектор, а затворный компонент расположен во внутреннем канале обнаружения до фотодетектора.

[031] В соответствии с другим аспектом реализован способ обнаружения объектов в области наблюдения автономного транспортного средства, выполняемый управляющим компонентом лидарной системы, подключенным к затворному компоненту лидарной системы, который расположен до приемного компонента, способного принимать входные лучи, отраженные от объектов в области наблюдения, по внутреннему каналу обнаружения. Способ включает в себя излучение выходных лучей излучающим компонентом лидарной системы в направлении сканирующего компонента, способного направлять выходные лучи в область наблюдения, управление затворным компонентом с переключением его между закрытым положением, в котором внутренний канал обнаружения по меньшей мере частично заблокирован, и открытым положением, в котором внутренний канал обнаружения открыт, при этом затворный компонент находится в закрытом положении, когда излучающий компонент излучает выходные лучи, и затворный компонент находится в открытом положении при приеме входных лучей, являющихся отражением выходных лучей от области наблюдения.

[032] В некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент управляет затворным компонентом и переключает его из закрытого положения в открытое положение, когда выходные лучи выходят из внутреннего канала излучения лидарной системы.

[033] В некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент управляет затворным компонентом и переключает его из закрытого положения в открытое положение, когда выходные лучи удаляются на заданное расстояние от лидарной системы.

[034] В некоторых вариантах осуществления изобретения выходные лучи излучаются в виде последовательности выходных лучей, при этом управляющий компонент способен переключать затворный компонент в закрытое положение, когда излучающий компонент излучает все лучи из последовательности, и переключать затворный компонент в открытое положение, когда каждый луч из последовательности выходных лучей выходит из внутреннего канала излучения лидарной системы.

[035] В некоторых вариантах осуществления изобретения выходные лучи излучаются в виде последовательности выходных лучей, при этом управляющий компонент способен переключать затворный компонент между закрытым и открытым положениями для излучения данного выходного луча из последовательности из внутреннего канала излучения и для излучения источником излучения следующего выходного луча из последовательности после данного выходного луча. Иными словами, затворный компонент открывается после того, как данный выходной луч из последовательности выходит из внутреннего канала излучения лидарной системы, и закрывается, когда следующий (за данным) выходной луч из этой последовательности излучается источником излучения. После этого затворный компонент откроется, когда следующий выходной луч выйдет из внутреннего канала излучения.

[036] В некоторых вариантах осуществления изобретения выходные лучи излучаются в виде последовательности лучей, при этом управляющий компонент способен переключать затворный компонент в закрытое положение, когда излучающий компонент излучает лучи из последовательности, и переключать его из закрытого положения в открытое положение, когда каждый луч из последовательности лучей достигает заданного расстояния от лидарной системы.

[037] В некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент управляет затворным компонентом и переключает его между открытым положением в закрытым положением на основе заданного временного интервала.

[038] В некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент подключен к излучающему компоненту, при этом способ предусматривает способность управляющего компонента обеспечивать излучение выходных лучей излучающим компонентом. В некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент управляет затворным компонентом и синхронизирует переключение между открытым и закрытым положениями с излучением выходных лучей излучающим компонентом.

[039] В некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент подключен к приемному компоненту.

[040] В контексте настоящего описания термин «источник излучения» или «излучающий компонент» в целом относится к любому устройству, способному осуществлять излучение, например, передачу сигнала в виде луча. Излучающий компонент содержит, среди прочего, источник света, способный излучать световые лучи. Этим источником света может быть лазер, например, твердотельный лазер, лазерный диод, лазер высокой мощности или альтернативный источник света, например, источник света на основе светоизлучающих диодов. Некоторыми (не имеющими ограничительного характера) примерами источника света являются лазерный диод Фабри-Перо (Fabry-Perot), лазер на квантовых ямах, лазер с распределенным брэгговским отражателем (DBR, Distributed Bragg Reflector), лазер с распределенной обратной связью (DFB, Distributed FeedBack), волоконный лазер или поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL, Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser). Кроме того, источник света может излучать световые лучи в различных форматах, например, световые импульсы, непрерывные колебания, квазинепрерывные колебания и т.д. В некоторых не имеющих ограничительного характера примерах источник света может содержать лазерный диод, способный излучать свет с длиной волны в диапазоне приблизительно 650-1150 нм. В альтернативном варианте источник света может содержать лазерный диод, способный излучать свет с длиной волны в диапазоне приблизительно 800-1000 нм, приблизительно 850-950 нм, приблизительно 1300-1600 нм или в любом другом подходящем диапазоне. Если не указано иное, термин «приблизительно» применительно к числовому значению определяется как отклонение, не превышающее 10% от указанного значения.

[041] В контексте настоящего описания термин «выходной луч» может относиться к пучку излучения, например, к лучу света, формируемому излучающим компонентом и направленному в сторону области наблюдения. Выходной луч может характеризоваться одним или несколькими параметрами, такими как продолжительность излучения, угловая расходимость луча, длина волны, мгновенная мощность, плотность фотонов на разных расстояниях от источника излучения (света), средняя мощность, удельная мощность пучка, ширина луча, частота повторения импульсов излучения, последовательность излучаемых импульсов, скважность импульсов, длина волны, фаза и т.д. Выходной луч может быть неполяризованным или случайно поляризованным, может не иметь определенной или постоянной поляризации (например, поляризация может меняться со временем) или может иметь конкретную поляризацию (например, линейную поляризацию, эллиптическую поляризацию или круговую поляризацию).

[042] Кроме того, в контексте настоящего описания термин «выходной луч» также может относиться к непрерывной (электромагнитной) волне, излучаемой источником излучения и имеющей определенные характеристики, такие как частота, амплитуда, фаза и длина волны.

[043] В контексте настоящего описания термин «входной луч» может относиться к пучку излучения, например, к световому лучу, отраженному от одного или нескольких объектов в области наблюдения (ROI, Region Of Interest). Термин «отраженный» означает, что по меньшей мере часть выходного луча падает на один или несколько объектов в области наблюдения и отражается от этого одного или нескольких объектов. Входной луч может характеризоваться одним или несколькими параметрами, такими как время пролета (т.е. время от момента излучения до момента обнаружения), мгновенная мощность (например, сигнатура мощности), средняя мощность обратного импульса, распределение фотонов в сигнале по периоду обратного импульса и т.д.

[044] В контексте настоящего описания термин «область наблюдения» может в целом включать в себя часть наблюдаемого окружающего пространства лидарной системы, в которой могут быть обнаружены один или несколько объектов. Следует отметить, что на область наблюдения лидарной системы могут влиять различные условия, помимо прочего, такие как ориентация лидарной системы (например, направление оптической оси лидарной системы), положение лидарной системы в окружающем пространстве (например, расстояние над поверхностью земли, а также рельеф местности и препятствия в непосредственной близости от системы), рабочие параметры лидарной системы (например, мощность излучения, вычислительные настройки, заданные углы работы) и т.д. Область наблюдения лидарной системы может быть определена, например, плоским или телесным углом. В одном примере область наблюдения также может быть определена дальностью (например, «приблизительно до 200 м»).

[045] В контексте настоящего описания «сервер» - компьютерная программа, выполняемая на соответствующем оборудовании и способная принимать по сети запросы (например, от электронных устройств), а также выполнять эти запросы или инициировать выполнение этих запросов. Соответствующие аппаратные средства могут быть реализованы в виде одного компьютера или одной компьютерной системы, что не существенно для настоящей технологии. В данном контексте выражение «сервер» не означает, что каждая задача (например, принятая команда или запрос) или некоторая конкретная задача принимается, выполняется или запускается одним и тем же сервером (т.е. одними и теми же программными и/или аппаратными средствами). Это выражение означает, что любое количество программных средств или аппаратных средств может принимать, отправлять, выполнять или запускать выполнение любой задачи или запроса либо результатов любых задач или запросов. Все эти программные и аппаратные средства могут представлять собой один сервер или несколько серверов, причем оба эти случая подразумеваются в выражении «по меньшей мере один сервер».

[046] В контексте настоящего описания «электронное устройство» - любое компьютерное оборудование, способное выполнять программное обеспечение, подходящее для соответствующей задачи. В контексте настоящего описания термин «электронное устройство» подразумевает, что устройство может функционировать в качестве сервера для других электронных устройств, тем не менее, это не обязательно для настоящей технологии. Таким образом, некоторые (не имеющие ограничительного характера) примеры электронных устройств включают в себя самоуправляемые устройства, персональные компьютеры (настольные компьютеры, ноутбуки, нетбуки и т.д.), смартфоны и планшеты, а также сетевое оборудование, такое как маршрутизаторы, коммутаторы и шлюзы. Должно быть понятно, что в настоящем контексте тот факт, что устройство функционирует в качестве электронного устройства, не означает, что оно не может функционировать в качестве сервера для других электронных устройств.

[047] В контексте настоящего описания выражение «информация» включает в себя информацию любого рода или вида, допускающую хранение в базе данных. Таким образом, информация включает в себя визуальные произведения (например, карты), аудиовизуальные произведения (например, изображения, фильмы, звукозаписи, презентации и т.д.), данные (например, данные о местоположении, данные о погоде, данные о трафике, числовые данные и т.д.), текст (например, мнения, комментарии, вопросы, сообщения и т.д.), документы, электронные таблицы и т.д., но не ограничивается ими.

[048] В контексте настоящего описания термин «база данных» означает любой структурированный набор данных, независимо от его конкретной структуры, программного обеспечения для управления базой данных или компьютерных аппаратных средств для хранения этих данных, их применения или обеспечения их использования иным способом. База данных может располагаться в тех же аппаратных средствах, где реализован процесс, обеспечивающий хранение или использование информации, хранящейся в базе данных, либо база данных может располагаться в отдельных аппаратных средствах, таких как специализированный сервер или множество серверов.

[049] В контексте настоящего описания числительные «первый» «второй», «третий» и т.д. используются лишь для указания различия между существительными, к которым они относятся, но не для описания каких-либо определенных взаимосвязей между этими существительными. Кроме того, как встречается в настоящем описании в другом контексте, ссылка на «первый» компонент и «второй» компонент не исключает того, что эти два компонента в действительности могут быть одним и тем же компонентом.

[050] Каждый вариант осуществления настоящей технологии относится к по меньшей мере одной из вышеупомянутых целей и/или аспектов, но не обязательно ко всем ним. Должно быть понятно, что некоторые аспекты настоящей технологии, связанные с попыткой достижения вышеупомянутой цели, могут не соответствовать этой цели и/или могут соответствовать другим целям, явным образом здесь не упомянутым.

[051] Дополнительные и/или альтернативные признаки, аспекты и преимущества вариантов осуществления настоящей технологии содержатся в дальнейшем описании, в приложенных чертежах и в формуле изобретения.

Краткое описание чертежей

[052] Эти и другие признаки, аспекты и преимущества настоящей технологии содержатся в дальнейшем описании, в приложенной формуле изобретения и на следующих чертежах.

[053] На фиг. 1 схематически представлен пример компьютерной системы для реализации некоторых не имеющих ограничительного характера вариантов осуществления систем и/или способов согласно настоящей технологии.

[054] На фиг. 2 представлена сетевая компьютерная среда, пригодная для использования с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[055] На фиг. 3 схематически представлен пример лидарной системы для реализации некоторых не имеющих ограничительного характера вариантов осуществления систем и/или способов согласно настоящей технологии.

[056] На фиг. 4 представлен затворный компонент в примере лидарной системы, показанной на фиг. 3, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[057] На фиг. 5 представлены затворный компонент, показанный на фиг. 4, и приемный компонент лидарной системы, показанной на фиг. 3, когда затворный компонент находится в открытом положении, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[058] На фиг. 6 представлены затворный компонент, показанный на фиг. 4, и приемный компонент лидарной системы, показанной на фиг. 3, когда затворный компонент находится в закрытом положении, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[059] На фиг. 7 представлена интенсивность света на входе приемного компонента, показанного на фиг. 5 и фиг. 6, когда затворный компонент находится в открытом и закрытом положениях, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[060] На фиг. 8 представлена интенсивность света на входе приемного компонента, показанного на фиг. 5 и фиг. 6, когда затворный компонент находится в открытом и закрытом положениях, в соответствии с некоторыми другими не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[061] На фиг. 9 схематически представлен способ обнаружения объекта, расположенного в пространстве вокруг транспортного средства, находящегося в сетевой компьютерной среде, показанной на фиг. 2, на основе данных, полученных лидарной системой, показанной на фиг. 3, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[062] На фиг. 10 представлены временные соотношения закрытого и открытого положений затворного компонента, показанного на фиг. 5 и фиг. 6, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

[063] На фиг. 11 схематически представлен пример лидарной системы, показанной на фиг. 3, и показаны внутренний канал излучения и выходной луч, выходящий из внутреннего канала излучения, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии.

Осуществление изобретения

[064] Представленные в данном описании примеры и условный язык предназначены для обеспечения лучшего понимания принципов настоящей технологии, а не для ограничения ее объема до таких специально приведенных примеров и условий. Очевидно, что специалисты в данной области техники способны разработать различные способы и устройства, которые здесь явно не описаны и не показаны, но реализуют принципы настоящей технологии в пределах ее существа и объема.

[065] Кроме того, чтобы способствовать лучшему пониманию, последующее описание может содержать упрощенные варианты реализации настоящей технологии. Специалистам в данной области должно быть понятно, что другие варианты осуществления настоящей технологии могут быть значительно сложнее.

[066] В некоторых случаях приводятся полезные примеры модификаций настоящей технологии. Они способствуют пониманию, но также не определяют объема или границ настоящей технологии. Представленный перечень модификаций не является исчерпывающим и специалист в данной области может разработать другие модификации в пределах объема настоящей технологии. Кроме того, если в некоторых случаях модификации не описаны, это не означает, что они невозможны и/или что описание содержит единственно возможный вариант реализации того или иного компонента настоящей технологии.

[067] Более того, описание принципов, аспектов и вариантов реализации настоящей технологии, а также их конкретные примеры предназначены для охвата их структурных и функциональных эквивалентов, независимо от того, известны они в настоящее время или будут разработаны в будущем. Например, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что любые описанные структурные схемы соответствуют концептуальным представлениям иллюстративных принципиальных схем, реализующих принципы настоящей технологии. Также должно быть понятно, что любые блок-схемы, схемы процессов, диаграммы изменения состояния, псевдокоды и т.п. соответствуют различным процессам, которые могут быть представлены на машиночитаемом физическом носителе информации и могут выполняться компьютером или процессором, независимо от того, показан такой компьютер или процессор явно или нет.

[068] Функции различных компонентов, показанных на чертежах, включая любой функциональный блок, обозначенный как «процессор», могут быть реализованы с использованием специализированных аппаратных средств, а также аппаратных средств, способных выполнять соответствующее программное обеспечение. Если используется процессор, эти функции могут выполняться одним выделенным процессором, одним совместно используемым процессором или множеством отдельных процессоров, некоторые из которых могут использоваться совместно. Кроме того, явное использование термина «процессор» или «контроллер» не должно трактоваться как указание исключительно на аппаратные средства, способные выполнять программное обеспечение, и может подразумевать, помимо прочего, аппаратные средства цифрового сигнального процессора (DSP), сетевой процессор, специализированную интегральную схему (ASIC), программируемую вентильную матрицу (FPGA), ПЗУ для хранения программного обеспечения, ОЗУ и энергонезависимое ЗУ. Также могут подразумеваться другие аппаратные средства, общего назначения и/или заказные.

[069] Программные модули или просто модули, реализация которых предполагается в виде программных средств, могут быть представлены здесь в виде любого сочетания компонентов блок-схемы или других компонентов, указывающих на выполнение шагов процесса и/или содержащих текстовое описание. Такие модули могут выполняться аппаратными средствами, показанными явно или подразумеваемыми.

[070] Далее с учетом вышеизложенных принципов рассмотрены некоторые не имеющие ограничительного характера примеры, иллюстрирующие различные варианты реализации аспектов настоящей технологии.

Компьютерная система

[071] На фиг. 1 схематически представлена компьютерная система 100, пригодная для использования с некоторыми вариантами осуществления настоящей технологии и содержащая различные компоненты аппаратных средств, включая один или несколько одно- или многоядерных процессоров, совместно представленных процессором 110, твердотельный накопитель 120 и память 130, которая может представлять собой ОЗУ или память любого другого вида.

[072] Связь между компонентами компьютерной системы 100 может осуществляться через одну или несколько внутренних и/или внешних шин (не показаны) (таких как шина PCI, универсальная последовательная шина (USB), шина FireWire стандарта IEEE 1394, шина SCSI, шина Serial-ATA и т.д.), с которыми различные аппаратные компоненты соединены электронным образом. Согласно вариантам осуществления настоящей технологии, твердотельный накопитель 120 хранит программные команды, пригодные для загрузки в память 130 и исполнения процессором 110 с целью определения наличия объекта. Например, программные команды могут входить в состав управляющего приложения транспортного средства, выполняемого процессором 110. Следует отметить, что компьютерная система 100 может содержать дополнительные и/или не обязательные компоненты (не показаны), такие как модули передачи данных по сети, модули определения местоположения и т.д.

Сетевая компьютерная среда

[073] На фиг. 2 схематически представлена сетевая компьютерная среда 200, пригодная для использования с некоторыми вариантами осуществления систем и/или способов согласно настоящей технологии. Сетевая компьютерная среда 200 содержит электронное устройство 210, связанное с транспортным средством 220 и/или с пользователем (не показан), связанным с транспортным средством 220, в частности, с оператором транспортного средства 220, сервер 235, связанный с электронным устройством 210 через сеть 240 связи (например, через сеть Интернет и т.п., как более подробно описано ниже).

[074] Сетевая компьютерная среда 200 также может содержать спутник системы GPS (не показан), передающий сигнал GPS электронному устройству 210 и/или принимающий сигнал GPS от него. Должно быть понятно, что настоящая технология не ограничивается системой GPS и может использовать технологию определения местоположения, отличную от системы GPS. Следует отметить, что спутник GPS может вовсе отсутствовать.

[075] Транспортное средство 220, с которым связано электронное устройство 210, может представлять собой любое транспортное средство для отдыха или иных целей, например, автомобиль для индивидуального или коммерческого использования, грузовой автомобиль, мотоцикл и т.д. Несмотря на то, что транспортное средство 220 изображено как наземное транспортное средство, оно может быть иным в каждом варианте осуществления настоящей технологии. Например, транспортное средство 220 может быть водным транспортным средством, таким как лодка, или летательным аппаратом, таким как летающий дрон.

[076] Транспортное средство 220 может управляться пользователем или представлять собой самоуправляемое транспортное средство. В по меньшей мере некоторых вариантах осуществления настоящей технологии предполагается, что транспортное средство 220 может быть реализовано как самоуправляемый автомобиль (SDC, Self-Driving Car). Следует отметить, что не накладывается каких-либо ограничений на конкретные параметры транспортного средства 200, такие как производитель транспортного средства, модель транспортного средства, год выпуска транспортного средства, масса транспортного средства, размеры транспортного средства, распределение массы транспортного средства, площадь поверхности транспортного средства, высота транспортного средства, вид трансмиссии (например, привод на два или четыре колеса), вид шин, тормозная система, топливная система, пробег, идентификационный номер транспортного средства, рабочий объем двигателя и т.д.

[077] На реализацию электронного устройства 210 также не накладывается каких-либо ограничений. Например, электронное устройство 210 может быть реализовано в виде блока управления двигателем транспортного средства, центрального процессора транспортного средства, навигационного устройства транспортного средства (например, TomTom™, Garmin™), планшета, персонального компьютера, встроенного в транспортное средство 220, и т.д. Следует отметить, что электронное устройство 210 может быть постоянным образом связано или не связано с транспортным средством 220. Дополнительно или в качестве альтернативы, электронное устройство 210 может быть реализовано в виде устройства беспроводной связи, такого как мобильный телефон (например, смартфон или радиотелефон). В некоторых вариантах осуществления изобретения электронное устройство 210 содержит дисплей 270.

[078] Электронное устройство 210 может содержать некоторые или все компоненты компьютерной системы 100, представленной на фиг. 1. В некоторых вариантах осуществления изобретения электронное устройство 210 представляет собой бортовое компьютерное устройство и содержит процессор 110, твердотельный накопитель 120 и память 130. Иными словами, электронное устройство 210 содержит аппаратные средства и/или программное обеспечение и/или микропрограммное обеспечение или их комбинацию для осуществления обработки данных, как более подробно описано ниже.

[079] В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии сеть 240 связи представляет собой сеть Интернет. В альтернативных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения сеть 240 связи может быть реализована как любая подходящая локальная сеть (LAN, Local Area Network), глобальная сеть (WAN, Wide Area Network), частная сеть связи и т.п. Очевидно, что варианты осуществления сети 240 связи приведены лишь в иллюстративных целях. Между электронным устройством 210 и сетью 240 связи предусмотрена линия связи (отдельно не обозначена), реализация которой зависит, среди прочего, от реализации электронного устройства 210. Лишь в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, в тех вариантах осуществления настоящей технологии, где электронное устройство 210 реализовано в виде устройства беспроводной связи, такого как смартфон или навигационное устройство, линия связи может быть реализована в виде беспроводной линии связи. Примеры беспроводных линий связи включают в себя канал сети связи 3G, канал сети связи 4G и т.п. В сети 240 связи также может использоваться беспроводное соединение с сервером 235.

[080] В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии сервер 235 реализован как компьютерный сервер и может содержать некоторые или все компоненты компьютерной системы 100, показанной на фиг. 1. В одном не имеющем ограничительного характера примере сервер 235 реализован в виде сервера Dell™ PowerEdge™, работающего под управлением операционной системы Microsoft™ Windows Server™, но он также может быть реализован с использованием любых других подходящих аппаратных средств, программного обеспечения и/или микропрограммного обеспечения либо их сочетания. В представленных не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии сервер 215 представляет собой одиночный сервер. В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии (не показаны) функции сервера 235 могут быть распределены между несколькими серверами.

[081] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии процессор 110 электронного устройства 210 может быть связан с сервером 235 для получения одного или нескольких обновлений. Обновления могут представлять собой обновления программного обеспечения, обновления карт, обновления маршрутов, обновления погодных данных и т.п. В некоторых вариантах осуществления настоящей технологии процессор 110 также может отправлять серверу 235 некоторые рабочие данные, такие как пройденные маршруты, данные о дорожном движении, рабочие характеристики и т.п. Некоторые или все данные, передаваемые между транспортным средством 220 и сервером 235, могут быть зашифрованы и/или обезличены.

[082] Следует отметить, что электронное устройство 210 может использовать множество датчиков и систем для сбора информации об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220. Как показано на фиг. 2, транспортное средство 220 может быть оборудовано множеством систем 280 датчиков. Следует отметить, что для сбора данных различного вида об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220 могут использоваться различные системы датчиков из множества систем 280 датчиков.

[083] В одном примере множество систем 280 датчиков может содержать одну или несколько систем датчиков типа «камера», установленных на транспортном средстве 220 и подключенных к процессору 110. В целом, одна или несколько систем датчиков типа «камера» может собирать данные изображения о различных частях окружающего пространства 250 транспортного средства 220. В некоторых случаях данные изображения, предоставленные одной или несколькими системами датчиков типа «камера», могут использоваться электронным устройством 210 для выполнения процедур обнаружения объекта. Например, электронное устройство 210 может передавать данные изображения, предоставленные одной или несколькими системами датчиков типа «камера», в нейронную сеть обнаружения объектов (ODNN, Object Detection Neural Network), обученную локализации и классификации потенциальных объектов в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

[084] В другом примере множество систем 280 датчиков может содержать одну или несколько систем датчиков типа «радиолокатор», установленных на транспортном средстве 220 и подключенных к процессору 110. В целом, одна или несколько систем датчиков типа «радиолокатор» может использовать радиоволны для сбора данных о различных частях окружающего пространства 250 транспортного средства 220. Например, одна или несколько систем датчиков типа «радиолокатор» может собирать радиолокационные данные о потенциальных объектах в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220 и такие данные могут быть репрезентативными для расстояния от системы датчиков типа «радиолокатор» до объектов, ориентации объектов, скорости объектов и т.п.

[085] Следует отметить, что множество систем 280 датчиков может содержать системы датчиков других видов в дополнение к описанным выше примерам в пределах объема настоящей технологии.

[086] Кроме того, транспортное средство 220 оборудовано одной или несколькими лазерными системами обнаружения и измерения дальности (лидарами) для сбора информации об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220. Лидарные системы могут использоваться в дополнение к множеству систем 280 датчиков или в некоторых случаях вместо них. Лидарная система 230 из числа одной или нескольких лидарных систем может быть смонтирована или установлена на транспортном средстве 220 в различных его местах и/или в различных вариантах исполнения.

[087] Например, лидарная система 230 может быть установлена на внутренней верхней части лобового стекла транспортного средства 220. При этом, как показано на фиг. 2, установка лидарной системы 230 других местах, включая заднее окно, боковые окна, передний капот, крышу, переднюю решетку, передний бампер или боковую часть транспортного средства 220, не выходит за пределы объема настоящей технологии. В некоторых случаях лидарная система 230 может быть смонтирована в специальном корпусе, установленном сверху на транспортном средстве 220.

[088] Как указано выше, лидарная система 230 также может быть установлена в различных вариантах исполнения.

[089] В одном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2, лидарная система 230 из числа одной или нескольких лидарных систем установлена на крыше транспортного средства 220 и способна вращаться. Например, лидарная система 230, установленная на транспортном средстве 220 и выполненная с возможностью вращения, может содержать по меньшей мере некоторые компоненты, способные поворачиваться на 360 градусов вокруг оси вращения данной лидарной системы 230. Следует отметить, что лидарная система 230, установленная с возможностью вращения, может собирать данные о большей части окружающего пространства 250 транспортного средства 220.

[090] В другом варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 2, лидарная система 230 из числа одной или нескольких лидарных систем установлена на боковой стороне или на передней решетке и выполнена, например, без возможности вращения. В частности, лидарная система 230, установленная на транспортном средстве 220 и выполненная без возможности вращения, может содержать по меньшей мере некоторые компоненты, не способные поворачиваться на 360 градусов, но способные собирать данные о заданных частях окружающего пространства 250 транспортного средства 220.

[091] Независимо от конкретного местоположения и/или конкретного варианта исполнения, лидарная система 230 способна осуществлять сбор данных об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220 для построения многомерной карты объектов в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220. Ниже описано, как лидарная система 230 осуществляет сбор данных об окружающем пространстве 250 транспортного средства 220.

Лидарная система

[092] На фиг. 3 представлена схема не имеющего ограничительного характера примера лидарной системы 302. Следует отметить, что лидарная система 230 (присутствующая в сетевой компьютерной среде, показанной на фиг. 2) может быть реализована аналогично лидарной системе 302.

[093] В целом, лидарная система 302 выполнена с возможностью обнаружения объектов на расстоянии, не превышающем заданное расстояние. В некоторых вариантах осуществления изобретения заданное расстояние соответствует непосредственной близости от транспортного средства. По данным разработчиков, обнаружению объектов в непосредственной близости от транспортных средств может препятствовать самоотражение в лидарной системе, возникающее при отражении выходного луча в обратном направлении оптическими компонентами внутри лидарной системы. Свет, отраженный от близкорасположенных объектов, быстро достигает лидарной системы и может «перехватываться» световым лучом, отраженным от внутренних оптических компонентов лидарной системы. Поэтому варианты осуществления настоящей технологии направлены на уменьшение или предотвращение самоотражения в лидарной системе.

[094] Согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, лидарная система 302 может содержать, помимо прочего, множество внутренних компонентов, таких как (а) излучающий компонент 304 для излучения, например, выходного луча 320, (б) сканирующий компонент 314 для направления выходного луча 320 в окружающее пространство 250, (в) приемный компонент 312 (также называемый в этом документе «системой обнаружения» или «детектором») для обнаружения отраженного света, например, от объекта 325, в качестве входного луча 324, (г) затворный компонент 308 для модулирования передачи входного луча 324 к приемному компоненту 312 и (д) управляющий компонент 316 для управления работой излучающего компонента 304 и/или сканирующего компонента 314 и/или приемного компонента 312 и/или затворного компонента 308.

[095] Предполагается, что в дополнение к внутренним компонентам, перечисленным выше, лидарная система 302 может дополнительно содержать множество датчиков (таких как, например, датчик температуры, датчик влажности и т.д.), не показанных на фиг. 3 для упрощения.

[096] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии один или несколько внутренних компонентов лидарной системы 302 могут быть реализованы в общем корпусе 330, как показано на фиг. 3. В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии по меньшей мере управляющий компонент 316 может быть расположен вне общего корпуса 330 и (опционально) может быть удаленным по отношению к нему.

[097] Во время работы лидарная система 302 способна создавать многомерную карту окружающего пространства 250 вокруг транспортного средства 220, содержащую любые объекты, например, объект 325. Обычно это достигается путем излучения выходного луча 320 в окружающую область и обнаружения входного луча 324 отраженного света, например, от объекта 325. Модулируя доступ света к приемному компоненту 312 с помощью затворного компонента 308, в некоторых вариантах осуществления изобретения можно уменьшить или устранить самоотражение.

Излучающий компонент

[098] Согласно не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, излучающий компонент 304 соединен с контроллером, например, с управляющим компонентом 316, и способен излучать, например, сигнал в виде луча, такого как выходной луч 320. В некоторых вариантах осуществления изобретения излучающий компонент 304 способен излучать свет и может называться светоизлучающим компонентом 304. Предполагается, что выходной луч 320 может быть любого подходящего вида, например, непрерывным или импульсным.

[099] В некоторых вариантах осуществления изобретения излучающий компонент 304 содержит один или несколько лазеров, излучающих свет с конкретной рабочей длиной волны. Рабочая длина волны излучающего компонента 304 может находиться в инфракрасной, видимой и/или ультрафиолетовой частях электромагнитного спектра. Например, излучающий компонент 304 может содержать один или несколько лазеров с рабочей длиной волны в диапазоне приблизительно 650-1150 нм. В альтернативном варианте источник света может содержать лазерный диод, способный излучать свет с длиной волны в диапазоне приблизительно 800-1000 нм, приблизительно 850-950 нм или приблизительно 1300-1600 нм. Тем не менее, следует отметить, что излучающий компонент 304 может содержать лазеры с разными рабочими длинами волн без отступления от существа и объема настоящей технологии. В некоторых других вариантах осуществления изобретения излучающий компонент 304 содержит светоизлучающий диод.

[0100] Предполагается, что лидарная система 302 может содержать безопасный для зрения лазер, или, иными словами, лидарная система 302 может быть классифицирована как безопасная для зрения лазерная система или лазерное изделие. В целом, безопасный для зрения лазер, лазерная система или лазерное изделие может быть системой с определенной комбинацией следующих характеристик: длины волны излучения, средней мощности, пиковой мощности, пиковой интенсивности, энергии импульса, размера луча, расходимости луча, времени экспозиции, характеристик сканирования выходного луча, при которых вероятность нарушения зрения человека при воздействии излучаемого этой системой света мала или равна нулю.

[0101] Как было указано ранее, излучающий компонент 304 может содержать один или несколько импульсных лазеров, способных формировать, передавать или излучать импульсы света определенной длительности. Например, излучающий компонент 304 может быть выполнен с возможностью излучения импульсов с длительностью (т.е. с шириной импульса) в диапазоне от 10 пс до 100 нс. В другом примере излучающий компонент 304 может излучать импульсы с частотой повторения в диапазоне приблизительно 100 кГц - 5 МГц или с периодом повторения импульсов (т.е. временным интервалом между соседними импульсами) в диапазоне приблизительно 200 нс - 10 мкс. В общем случае излучающий компонент 304 может формировать выходной луч 320 с любой подходящей средней оптической мощностью, а выходной луч 320 может включать в себя оптические импульсы с любой подходящей энергией импульса или пиковой оптической мощностью для данного применения.

[0102] В некоторых вариантах осуществления изобретения излучающий компонент 304 может содержать один или несколько лазерных диодов, таких как, помимо прочего, лазерный диод Фабри-Перо, лазер на квантовых ямах, лазер с распределенным брэгговским отражателем (DBR), лазер с распределенной обратной связью (DFB) или поверхностно-излучающий лазер с вертикальным резонатором (VCSEL). Лишь в качестве примера, лазерный диод в излучающем компоненте 304 может представлять собой лазерный диод на арсениде алюминия-галлия (AlGaAs), лазерный диод на арсениде индия-галлия (InGaAs) или лазерный диод на арсениде-фосфиде индия-галлия (InGaAsP) или любой другой подходящий лазерный диод. Также предполагается, что излучающий компонент 304 может содержать один или несколько лазерных диодов, модулируемых током для формирования оптических импульсов.

[0103] В некоторых вариантах осуществления изобретения выходной луч 320 излучающего компонента 304 является коллимированным оптическим лучом с любой расходимостью луча, пригодной для данного применения. В целом, расходимость выходного луча 320 является угловой мерой увеличения размера луча (например, радиуса или диаметра луча) по мере распространения выходного луча 320 от излучающего компонента 304 или лидарной системы 302. В некоторых вариантах осуществления изобретения выходной луч 320 может иметь практически круглое поперечное сечение.

[0104] Также предполагается, что выходной луч 320 излучающего компонента 304 может быть неполяризованным или случайно поляризованным, может не иметь определенной или постоянной поляризации (например, его поляризация может изменяться со временем) или может иметь конкретную поляризацию (например, выходной луч 320 может иметь линейную поляризацию, эллиптическую поляризацию или круговую поляризацию).

[0105] В по меньшей мере некоторых вариантах осуществления изобретения выходной луч 320 и входной луч 324 могут быть практически коаксиальными. Иными словами, выходной луч 320 и входной луч 324 могут по меньшей мере частично перекрываться или иметь общую ось распространения, при этом входной луч 324 и выходной луч 320 проходят практически по одному и тому же оптическому пути (хотя и в противоположных направлениях). При этом в других вариантах осуществления изобретения предполагается, что выходной луч 320 и входной луч 324 могут не быть коаксиальными или, иными словами, могут не перекрываться или не иметь общей оси распространения внутри лидарной системы 302 без отступления от существа и объема настоящей технологии.

[0106] Следует отметить, что в по меньшей мере некоторых вариантах осуществления настоящей технологии излучающий компонент 304 может поворачиваться, например, на угол 360 градусов или меньше, вокруг оси вращения (не показана) лидарной системы 302, когда лидарная система 302 реализована с возможностью вращения. Тем не менее, в других вариантах осуществления изобретения излучающий компонент 304 может быть неподвижным, даже когда лидарная система 302 реализована с возможностью вращения, без отступления от существа и объема настоящей технологии.

[0107] Следует ясно понимать, что излучающий компонент 304 может дополнительно содержать другие компоненты, не показанные на фиг. 3 для упрощения, включая, помимо прочего, оптические компоненты, такие как линзы, призмы, зеркала, коллиматоры, поляризаторы и т.п.

[0108] Как показано на фиг. 3, выходной луч 320 выходит из лидарной системы 302 и направлен от источника в окружающее пространство 250. Предположим, что объект 325 расположен на некотором расстоянии 390 от лидарной системы 302. Когда выходной луч 320 достигает объекта 325, свет выходного луча 320 может по меньшей мере частично отражаться от объекта 325, при этом некоторые из отраженных световых лучей могут возвращаться обратно к лидарной системе 302 в виде входного луча 324. Термин «отражается» означает, что свет выходного луча 320 по меньшей мере частично отражается от объекта 325. Частично свет выходного луча 320 может поглощаться объектом 325. Следует отметить, что в некоторых случаях входной луч 324 может содержать лишь относительно небольшую часть света выходного луча 320. Также следует отметить, что угол между входным лучом 324 и поверхностью объекта 325 («угол падения») может совпадать с углом между выходным лучом 320 и поверхностью объекта 325 («углом отражения») или может отличаться от него.

[0109] Таким образом, входной луч 324 улавливается приемным компонентом 312 лидарной системы 302. Наконец, измеряя время между моментом излучения выходного луча 320 и моментом приема входного луча 324, можно вычислить расстояние 390 до объекта 325, например, с помощью управляющего компонента 316.

[0110] Как схематически показано на фиг. 3, для передачи в окружающее пространство 250 выходного луча 320, формируемого излучающим компонентом 304, лидарная система 302 может использовать заданный внутренний путь прохождения луча, например, один из множества возможных внутренних путей. Лидарная система 302 может также использовать другой внутренний путь прохождения луча, формировать множество возможных внутренних путей, например, для передачи входного луча 324 к приемному компоненту 312. Внутренний путь прохождения луча для передачи выходного луча 320 в окружающее пространство 250 в дальнейшем именуется внутренним каналом 318 излучения. Внутренний путь прохождения луча для передачи входного луча 324 в окружающее пространство 312 в дальнейшем именуется внутренним каналом 322 обнаружения.

[0111] В одном примере осуществления изобретения внутренний канал 318 излучения может обеспечивать прохождение выходного луча 320 от излучающего компонента 304 к сканирующему компоненту 314 до его излучения в окружающее пространство 250. Внутренний канал 322 обнаружения обеспечивает прохождение входного луча 324 от сканирующего компонента 314 к приемному компоненту 312 через сканер.

[0112] В других вариантах осуществления изобретения лидарная система 302 может использовать другой внутренний канал 318 излучения, чтобы обеспечить прохождение выходного луча 320 к сканирующему компоненту 314. В одном примере осуществления изобретения другой внутренний канал 318 излучения может обеспечивать прохождение выходного луча 320 от излучающего компонента 304 к сканирующему компоненту 314, например, через компонент расщепителя луча (не показан) или через микроэлектромеханический (MEM) компонент (не показан). В других вариантах осуществления изобретения внутренний канал 322 обнаружения может обеспечивать прохождение входного луча 324 к приемному компоненту 312 без прохождения через сканирующий компонент 314.

[0113] Следует отметить, что внутренний канал 318 излучения и/или внутренний канал 322 обнаружения могут содержать один или несколько оптических компонентов, например, для изменения параметров, изменения формы, фокусировки, фильтрации, модификации, наведения или изменения направления выходного луча 320 и/или входного луча 324. Например, лидарная система 302 может содержать одну или несколько линз, зеркал, фильтров (например, полосовых или интерференционных фильтров), оптических волокон, циркуляторов, расщепителей луча, поляризаторов, поляризационных расщепителей луча, волновых пластин (например, полуволновых или четвертьволновых пластин), дифракционных компонентов, микроэлектромеханических (MEM) компонентов, коллиматорных компонентов или голографических компонентов. В некоторых вариантах осуществления изобретения лидарная система 302 может содержать компонент расщепителя луча для расщепления светового луча от излучающего компонента 304 на по меньшей мере две части меньшей интенсивности. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения внутренний канал 322 обнаружения и/или внутренний канал 318 излучения могут быть реализованы в виде одного или нескольких оптических волокон.

[0114] Предполагается, что в по меньшей мере некоторых вариантах осуществления изобретения внутренний канал 318 излучения и внутренний канал 322 обнаружения могут совместно использовать по меньшей мере некоторые общие оптические компоненты.

Сканирующий компонент

[0115] В общем случае, сканирующий компонент 314 направляет выходной луч 320 по одному или нескольким направлениям в окружающее пространство 250. Сканирующий компонент 314 может содержать один или несколько оптических и/или механических компонентов для выполнения сканирования выходного луча 320. Например, сканирующий компонент 314 может содержать одно или несколько зеркал, призм, линз, микроэлектромеханических компонентов, пьезоэлектрических компонентов, оптических волокон, расщепителей, дифракционных компонентов, коллиматорных компонентов и т.п. Следует отметить, что сканирующий компонент 314 может также содержать один или несколько исполнительных компонентов (отдельно не показаны), приводящих в движение по меньшей мере некоторые оптические компоненты, например, для их вращения, наклона, поворота или углового смещения вокруг одной или нескольких осей. В некоторых вариантах осуществления изобретения сканирующий компонент 314 содержит вращающуюся призму или поворотное зеркало.

[0116] Кроме того, сканирующий компонент 314 может обеспечивать сканирование выходного луча 320 во множестве горизонтальных и/или вертикальных угловых диапазонов. Иными словами, сканирующий компонент 314 может играть важную роль в формировании требуемой области наблюдения (отдельно не показана) лидарной системы 302. Областью наблюдения лидарной системы 302 может быть площадь, объем, область, угловой диапазон и/или часть (части) окружающего пространства 250, в отношении которых лидарная система 302 может выполнять сканирование и/или способна осуществлять сбор данных.

[0117] Сканирующий компонент 314 может быть соединен с управляющим компонентом 316. Таким образом, управляющий компонент 316 может управлять сканирующим компонентом 314, чтобы направлять выходной луч 320 в требуемом направлении от источника и/или в соответствии с требуемой характеристикой сканирования. В целом, характеристикой сканирования может быть схема или путь, по которому сканирующий компонент 314 направляет выходной луч 320 во время работы.

[0118] В некоторых вариантах осуществления изобретения луч света излучающего компонента 304 во время работы принимается сканирующим компонентом 314, а затем направляется в окружающее пространство 250. Сканирующий компонент 314 выполнен с возможностью сканирования области наблюдения лидарной системы 302 в соответствии с характеристикой сканирования.

Приемный компонент

[0119] Согласно не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, приемный компонент 312 (также называемый здесь «детектором») подключен к управляющему компоненту 316 и может быть реализован множеством способов. В целом приемный компонент 312 представляет собой оптоэлектронное устройство, настраиваемое управляющим компонентом 316 для преобразования оптического сигнала (например, входного луча 324) в соответствующий электрический сигнал (ток и/или напряжение). С этой целью приемный компонент 312 может содержать, например, фотоприемник, оптический приемник, оптический датчик, детектор, фотодетектор, оптический детектор и/или оптические волокна и т.п.

[0120] Приемный компонент 312 принимает или обнаруживает фотоны входного луча 324 и формирует один или несколько репрезентативных сигналов данных (например, электрических сигналов). Приемный компонент 312 также может передавать сформированный таким образом электрический сигнал управляющему компоненту 316 для дальнейшей обработки. При этом в соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии, приемный компонент 312 может быть выполнен с возможностью преобразования входного луча 324 во входной электрический сигнал. Кроме того, приемный компонент 312 может быть выполнен с возможностью передачи сформированного таким образом входного электрического сигнала управляющему компоненту 316 для дальнейшего анализа или обработки.

[0121] В соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии, приемный компонент 312 может дополнительно содержать по меньшей мере два входа для приема по меньшей мере еще одного оптического сигнала, помимо входного луча 324.

[0122] Таким образом, согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, приемный компонент 312 может быть выполнен с возможностью выполнения одной или нескольких из следующих функций: (1) принимать входной луч 324, (2) преобразовывать входной луч 324 во входной электрический сигнал и (3) передавать входной электрический сигнал управляющему компоненту 316 для анализа некоторых его характеристик, тем самым определяя данные объекта 325.

[0123] Предполагается, что приемный компонент 312 может быть реализован с использованием одного или нескольких лавинных фотодиодов (APD, Avalanche PhotoDiode), одного или нескольких однофотонных лавинных диодов (SPAD, Single-Photon Avalanche Diode), одного или нескольких PN-фотодиодов (например, фотодиодной структуры, образованной полупроводником p-типа и полупроводником n-типа), одного или несколько PIN-фотодиодов (например, фотодиодной структуры, образованной нелегированной областью полупроводника с собственной проводимостью, расположенной между областями p-типа и n-типа) и т.п. В некоторых вариантах осуществления изобретения приемный компонент 312 может быть реализован в виде матрицы фотодиодов.

[0124] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления изобретения приемный компонент 312 также может содержать схемотехнические компоненты, выполняющие усиление сигнала, его дискретизацию, фильтрацию, преобразование формы сигнала, аналого-цифровое преобразование, преобразование времени в цифровой сигнал, обнаружение импульсов, пороговое обнаружение, обнаружение нарастающего фронта, обнаружение спадающего фронта и т.п. Например, приемный компонент 312 может содержать электронные компоненты, способные преобразовывать принятый фототок (в частности, ток, создаваемый APD-диодом при приеме оптического сигнала) в сигнал напряжения.

[0125] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии приемный компонент 312 является когерентным приемным компонентом. Иными словами, приемный компонент 312 может быть настроен с помощью управляющего компонента 316 на прием только такого входного луча 324, который когерентен с выходным лучом 320, т.е. когда связанные с ними разность фаз и/или частота и/или форма сигналов практически идентичны и постоянны во времени.

[0126] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии приемный компонент 312 и управляющий компонент 316 могут быть реализованы как единый компонент лидарной системы 302, заключенный в отдельный корпус (отдельно не показан), обеспечивая прием входных световых лучей, формирование соответствующего электрического сигнала и определение данных об объекте 325 на основе анализа соответствующих электрических сигналов.

Затворный компонент

[0127] Затворный компонент 308 расположен перед приемным компонентом 312. Затворный компонент 308 способен выборочно открывать и закрывать внутренний канал 322 обнаружения, чтобы управлять передачей света к приемному компоненту 312.

[0128] При этом затворный компонент 308 может переключаться между закрытым и открытым положениями. В закрытом положении внутренний канал 322 обнаружения по меньшей мере частично заблокирован. Иными словами, при этом свет, например, входной луч 324, не может полностью передаваться к приемному компоненту 312. Затворный компонент 308 способен полностью или частично блокировать свет, например, входной луч 324, в закрытом положении. В открытом положении внутренний канал 322 обнаружения не блокируется и входной луч 324 может полностью передаваться к приемному компоненту 312.

[0129] Как показано на фиг. 4, в некоторых вариантах осуществления изобретения затворный компонент 308 содержит механическое затворное устройство. В некоторых вариантах осуществления изобретения механическое затворное устройство представляет собой вращающийся диск 340 с множеством прорезей 342, образованных в корпусе 344. Прорези расположены радиально от центра. Корпус 344 механического затворного устройства обладает свойством блокирования света, а прорези 342 - свойством пропускания света.

[0130] При использовании вращающийся диск расположен перпендикулярно внутреннему каналу 322 обнаружения. При вращении диска либо прорезь, либо корпус совмещается с внутренним каналом обнаружения и обеспечивает выборочное переключение устройства между закрытым и открытым положениями, соответственно (как показано на фиг. 5 и фиг. 6). Зависимость интенсивности света, достигающего приемного компонента 312, от времени при циклическом переключении устройства между закрытым и открытым положениями показана на фиг. 7.

[0131] В некоторых вариантах осуществления изобретения корпус 344 способен частично пропускать свет. При этом зависимость интенсивности света, достигающего приемного компонента 312, от времени показана на фиг. 8.

[0132] Вращением механического затворного устройства управляет управляющий компонент 316. Скорость вращения определяется на основе требуемого временного интервала для открытого и закрытого положений. Он, в свою очередь, определяется на основе передачи света по внутреннему каналу излучения в окружающее пространство способом, который описан ниже.

[0133] В некоторых вариантах осуществления изобретения механическое затворное устройство приводится во вращение с частотой около 500 кГц.

[0134] Также возможны другие варианты осуществления затворного компонента 308 в пределах существа и объема настоящей технологии, такие как устройство с одним отверстием, которое избирательно закрывается или открывается, блокируя или разрешая передачу света.

[0135] В некоторых других вариантах осуществления изобретения затворный компонент представляет собой электрооптический затвор. Пример такого затворного компонента содержит жидкий кристалл между скрещенными поляризаторами, который в зависимости от приложенного напряжения может переключаться между открытым или закрытым положениями.

[0136] В других вариантах осуществления изобретения затворный компонент представляет собой полупроводниковое устройство с амбиполярным устройством, покрытым фотоактивным полупроводниковым материалом. При подаче напряжения затворный компонент 308 может переключаться из открытого положения в закрытое и наоборот.

Управляющий компонент

[0137] В не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии управляющий компонент 316 может содержать один или несколько процессоров, специализированную интегральную схему (ASIC, Application-Specific Integrated Circuit), программируемую логическую матрицу (FPGA, Field-Programmable Gate Array) и/или другие подходящие схемотехнические компоненты. Управляющий компонент 316 также может содержать долговременную машиночитаемую память для хранения команд, исполняемых управляющим компонентом 316, а также данных, которые управляющий компонент 316 может формировать на основе сигналов, полученных от других внутренних компонентов лидарной системы 302, и/или может выдавать другим внутренним компонентам лидарной системы 302. Память может содержать энергозависимые (например, ОЗУ) и/или энергонезависимые (например, флэш-память, жесткий диск) компоненты. Управляющий компонент 316 может формировать данные во время работы и сохранять их в памяти. Например, данные, формируемые управляющим компонентом 316, могут быть связаны с точками данных в облаке точек лидарной системы 302.

[0138] Предполагается, что в по меньшей мере некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии управляющий компонент 316 может быть реализован аналогично электронному устройству 210 и/или компьютерной системе 100 без отступления от существа и объема настоящей технологии.

[0139] В дополнение к сбору данных от приемного компонента 312, управляющий компонент 316 также может быть выполнен с возможностью выдачи управляющих сигналов излучающему компоненту 304 и сканирующему компоненту 314 и приема диагностических данных от них.

[0140] Как указывалось ранее, управляющий компонент 316 подключен к излучающему компоненту 304 и/или к сканирующему компоненту 314 и/или к приемному компоненту 312 и/или к затворному компоненту 308. Согласно не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, управляющий компонент 316 может дополнительно выдавать команды, управляющий сигнал и/или сигнал запуска излучающему компоненту 304.

[0141] Лишь в качестве примера, управляющий компонент 316 способен контролировать передачу выходного луча 320 по внутреннему каналу 318 излучения в окружающее пространство 250, а также синхронизацию открытого и закрытого положений затворного компонента 308 в зависимости от передачи выходного луча 320. В альтернативном варианте, управляющий компонент 316 может координировать открытое и закрытое положения затворного компонента 308 в зависимости от работы излучающего компонента 304.

[0142] Также предполагается, что управляющий компонент 316 может оказывать воздействие на излучающий компонент 304 для регулирования одной или нескольких характеристик светового излучения, создаваемого излучающим компонентом 304, таких как, помимо прочего, частота, период, продолжительность, выходная мощность и длина волны выходного луча 320.

[0143] Как было указано ранее, управляющий компонент 316 может быть дополнительно выполнен с возможностью определения данных объекта 325, полученных излучающим компонентом 304 из окружающего пространства 250 транспортного средства 220.

[0144] В некоторых не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии объект 325 может содержать статический объект, такой как светофор, столб, остановившееся транспортное средство и т.п. В других не имеющих ограничительного характера вариантах осуществления настоящей технологии объект 325 может содержать динамический объект, такой как движущееся транспортное средство, велосипедист, пешеход, животное и т.п.

[0145] Следовательно, согласно не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, данные объекта 325 могут включать в себя по меньшей мере расстояние 390 от него до лидарной системы 302 и его мгновенную скорость 327 относительно лидарной системы 302.

[0146] Лишь в качестве примера, управляющий компонент 316 контроллера может быть выполнен с возможностью выдачи электрического сигнала запуска, содержащего электрические импульсы, при этом излучающий компонент 304 излучает оптический импульс в ответ на каждый электрический импульс из электрического сигнала запуска. Также предполагается, что управляющий компонент 316 может оказывать воздействие на излучающий компонент 304 для регулирования одной или нескольких характеристик света, создаваемого излучающим компонентом 304, таких как, помимо прочего, частота, период, длительность, энергия импульса, пиковая мощность, средняя мощность и длина волны оптических импульсов.

[0147] Следует отметить, что управляющий компонент 316 контроллера может определять величину «времени пролета» оптического импульса на основе временной информации, связанной с (а) моментом излучения импульса излучающим компонентом 304 и (б) моментом обнаружения или приема части импульса (например, входного луча 324) приемным компонентом 312.

[0148] Предполагается, что управляющий компонент 316 может быть выполнен с возможностью анализа одной или нескольких характеристик электрических сигналов от излучающего компонента 304 и/или приемного компонента 312 для определения одной или нескольких характеристик объекта 325, таких как расстояние 390 от лидарной системы 302.

[0149] Например, управляющий компонент 316 может определять величину время пролета и/или фазовую модуляцию излучаемого импульса выходного луча 320. Предположим, что лидарная система 302 определяет величину времени пролета Т, определяющую, в некотором смысле, время прохождения излучаемого импульса от лидарной системы 302 до объекта 325 и обратно в лидарную систему 302. Исходя из этого, управляющий компонент 316 может определять расстояние 390 в соответствии со следующим выражением:

где D - расстояние 390, T - время пролета, а c - скорость света (приблизительно 3,0×10⁸ м/с).

[0150] Как было указано ранее, лидарная система 302 может использоваться для определения расстояния до одного или нескольких других потенциальных объектов, расположенных в окружающем пространстве 250. Выполняя сканирование выходного луча 320 по области наблюдения лидарной системы 302 в соответствии с характеристикой сканирования, лидарная система 302 способна фиксировать расстояние (подобно расстоянию 390) до соответствующих точек данных в области наблюдения лидарной системы 302. Исходя из этого, лидарная система 302 позволяет визуализировать эти поочередно получаемые точки данных (например, облака точек) в виде многомерной карты.

[0151] Например, такая многомерная карта может использоваться электронным устройством 210 для обнаружения или иного вида идентификации объектов либо для определения формы или расстояния до потенциальных объектов в области наблюдения лидарной системы 302. Предполагается, что лидарная система 302 может многократно/итеративно получать и/или формировать облака точек с любой скоростью, пригодной для данного применения.

[0152] Следует отметить, что местоположение данного объекта в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220 может перекрываться с областью наблюдения, охватываться областью наблюдения или охватывать по меньшей мере частично область наблюдения лидарной системы 302. Например, объект 325 может включать в себя, полностью или частично, человека, транспортное средство, мотоцикл, грузовик, поезд, велосипед, инвалидную коляску, прогулочную коляску, пешехода, животное, дорожный знак, светофор, разметку полосы движения, разметку дорожного покрытия, парковочное место, пилон, ограждение, дорожный барьер, выбоину, железнодорожный переезд, препятствие на дороге или рядом с ней, бордюр, остановившееся транспортное средство на дороге или рядом с ней, столб, дом, здание, мусорный бак, почтовый ящик, дерево, любой другой подходящий объект или любое подходящее сочетание, полностью или частично, двух и более объектов.

[0153] Таким образом, в соответствии с некоторыми не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии, лидарная система 302 может использоваться для определения расстояния до одного или нескольких других потенциальных объектов, расположенных в окружающем пространстве 250 транспортного средства 220, представляя определенные таким образом расстояния (аналогично расстоянию 390) в форме облака точек, которое в дальнейшем может использоваться для создания многомерной карты окружающего пространства 250. Кроме того, лидарная система 302 способна к регистрации «на лету» скоростей и расстояний до объектов, расположенных в окружающем пространстве 250, что дополнительно позволяет рассчитывать траекторию транспортного средства 220 для обеспечения безопасности дорожного движения (например, для предотвращения столкновения с другими транспортными средствами) и комфорта пассажиров.

[0154] Согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, лидарная система 302 используется для улучшения обнаружения объектов (например, объекта 325). В некоторых вариантах осуществления изобретения можно улучшить обнаружение объектов в непосредственной близости от транспортного средства 220. Это, в свою очередь, позволяет повысить безопасность транспортного средства. Под «непосредственной близостью» понимается расстояние от корпуса 330, в пределах которого может возникать проблема самоотражения («перенасыщения»). Это связано с мощностью источника излучения. Чем выше мощность, тем больше зона возможного перенасыщения и «непосредственной близости». Например, для лидарной системы, способной обнаруживать объекты на расстоянии от 250 до 300 м, зона «непосредственной близости» составляет приблизительно 7-10 м от лидарной системы.

[0155] Соответственно, в некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент 316 способен выполнять способ 1000 для обеспечения работы лидарной системы, например, лидарной системы 302, таким образом, чтобы исключить или уменьшить проблемы, связанные с самоотражением.

Компьютерные способы

[0156] На фиг. 9 представлена блок-схема способа 1000 в соответствии с не имеющими ограничительного характера вариантами осуществления настоящей технологии. Способ 1000 может выполняться управляющим компонентом 316.

Шаг 1010: определение излучения выходных лучей излучающим компонентом лидарной системы в направлении сканирующего компонента лидарной системы, способного направлять выходные лучи в область наблюдения.

[0157] Способ 1000 начинается с шага 1010, на котором выполняется излучение выходных лучей, например, множества выходных лучей 320, излучающим компонентом, например, излучающим компонентом 304. Излучение выходных лучей 320 излучающим компонентом 304 может быть инициировано управляющим компонентом 316. Выходные лучи могут быть направлены на сканирующий компонент, например, на сканирующий компонент 314 лидарной системы 302, способный направлять выходные лучи 320 в область наблюдения, например, в окружающее пространство 250 транспортного средства 220. Сканирующий компонент 314 может направлять выходные лучи 320 в заданном горизонтальном и/или вертикальном угловом диапазоне. Эти угловые диапазоны могут быть заданы заранее. Излучающий компонент 304 может излучать выходные лучи в соответствии со временем начала излучения и временем окончания излучения. Управляющий компонент 316 может управлять временем начала и временем окончания излучения.

[0158] Выходные лучи 320 могут содержать последовательность световых импульсов, при этом время начала излучения соответствует началу излучения первого луча из последовательности выходных лучей, а время окончания излучения соответствует окончанию излучения последнего луча из последовательности выходных лучей. Управляющий компонент 316 может быть выполнен с возможностью управления одним или несколькими следующими параметрами: временем начала излучения первого луча из последовательности выходных лучей, временем окончания излучения последнего луча из последовательности выходных лучей и продолжительностью каждого луча из последовательности выходных лучей.

[0159] В некоторых других вариантах осуществления изобретения для управления излучающим компонентом 304 используется другой контроллер или процессор, отличный от управляющего компонента 316.

Шаг 1020: управление затворным компонентом с переключением его между закрытым положением, в котором внутренний канал обнаружения по меньшей мере частично заблокирован, и открытым положением, в котором внутренний канал обнаружения открыт, при этом затворный компонент находится в закрытом положении, когда излучающий компонент излучает выходные лучи, и затворный компонент находится в открытом положении при приеме входных лучей, являющихся отражением выходных лучей от области наблюдения.

[0160] На шаге 1020, согласно некоторым не имеющим ограничительного характера вариантам осуществления настоящей технологии, управляющий компонент 316 может переключать затворный компонент 308 между открытым и закрытым положениями, как показано на фиг. 5 и 6. В закрытом положении внутренний канал 322 обнаружения, ведущий к приемному к компоненту 312, по меньшей мере частично заблокирован. В открытом положении внутренний канал 322 обнаружения, ведущий к приемному компоненту 312, открыт. Это означает, что в закрытом положении прохождение к приемному компоненту 312 любого света, в том числе самоотраженного света лидарной системы 302, по меньшей мере частично блокируется. Это позволяет исключить или минимизировать эффекты, связанные с самоотражением, и улучшить обнаружение объектов в окружающем пространстве 250.

[0161] Управляющий компонент 316 способен управлять затворным компонентом 308, при этом внутренний канал 322 обнаружения по меньшей мере частично заблокирован, когда излучающий компонент 304 излучает выходные лучи 320, и открыт при приеме входных лучей (324), возникающих при отражении выходных лучей (320) от окружающего пространства 250.

[0162] При этом в некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент 316 может координировать закрытие внутреннего канала 322 обнаружения со временем начала излучения выходных лучей 320 излучающим компонентом 304 (фиг. 10). Иными словами, начальное время 500 установки затворного компонента 308 в закрытое положение соответствует времени начала излучения выходных лучей 320. Начальное время 500 закрытого положения затворного компонента 308 также может соответствовать моменту, когда управляющий компонент выдает команду излучающему компоненту 304 начать излучение первого выходного луча из множества выходных лучей в последовательности.

[0163] Управляющий компонент 316 способен управлять затворным компонентом 308 путем выполнения множества циклов установки его в открытое и закрытое положения. Управление затворным компонентом 308 может выполняться в течение нескольких циклов синхронно с излучающим компонентом 304.

[0164] Конечное время 510 закрытого положения затворного компонента 308 можно рассматривать как начальное время 520 открытого положения затворного компонента 308 в том же цикле (в первом цикле 525). Конечное время 530 открытого положения можно рассматривать как начальное время 540 закрытого положения в следующем цикле (во втором цикле 535). Конечное время 550 закрытого положения второго цикла соответствует начальному времени 560 открытого положения второго цикла 535.

[0165] В некоторых других вариантах осуществления изобретения затворный компонент 308 переключается между открытым и закрытым положениями во время излучения последовательности выходных лучей. В этих вариантах осуществления изобретения управляющий компонент 316 способен управлять переключением затворного компонента 308 между закрытым и открытым положениями синхронно с отдельными выходными лучами последовательности выходных лучей, выходящих из внутреннего канала излучения. Таким образом, затворный компонент 308 переключается между закрытым и открытым положениями несколько раз во время излучения каждой выходной последовательности.

[0166] Здесь открытое и закрытое положения компонента 308 показаны с одинаковой продолжительностью. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления изобретения открытое и закрытое положения затворного компонента могут иметь разную продолжительность. Иными словами, внутренний канал 322 обнаружения может быть открытым или по меньшей мере частично открытым в течение временных интервалов разной продолжительности. Различные циклы открытого и закрытого положений затворного компонента 308 показаны как повторение первого цикла. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления изобретения различные циклы открытого и закрытого положений могут иметь разную продолжительность.

[0167] Управляющий компонент 316 способен переключать затворный компонент 308 из закрытого положения в открытое положение так, что внутренний канал обнаружения находится в открытом положении при приеме входных лучей (324), возникающих при отражении выходных лучей (320) от области наблюдения.

[0168] Конечное время 510 закрытого положения и/или начальное время 520 открытого положения затворного компонента 308 может определяться для выходных лучей 320, выходящих из лидарной системы 302 в окружающее пространство 250. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент 316 инициирует переключение затворного компонента 308 из закрытого положения в открытое положение, когда выходные лучи 324 выходят из внутреннего канала 318 излучения лидарной системы 302. Внутренним каналом 318 излучения считаются те оптические пути внутри корпуса 330 лидарной системы, по которым проходят излучаемые выходные лучи. На фиг. 11 внутренний канал 318 излучения в лидарной системе 302 показан пунктирными линиями, а выходные лучи 320, выходящие из внутреннего канала 318 излучения, показаны сплошными линиями. Затворный компонент 308 находится в закрытом положении и, следовательно, внутренний канал 322 обнаружения по меньшей мере частично заблокирован до тех пор, пока выходной луч 320 не выйдет из корпуса 330 для передачи в окружающее пространство 250. Для выходных лучей 320, содержащих последовательность лучей, затворный компонент 308 будет находиться в закрытом положении и, следовательно, внутренний канал 322 обнаружения будет по меньшей мере частично заблокирован до тех пор, пока последний луч из последовательности не выйдет из внутреннего канала 318 излучения.

[0169] В некоторых вариантах осуществления изобретения конечное время закрытого положения затворного компонента 308 может определяться тем, полностью или частично затворный компонент 308 блокирует внутренний канал 322 обнаружения.

[0170 В ситуациях, в которых затворный компонент 308 полностью блокирует внутренний канал 322 обнаружения, в некоторых вариантах осуществления изобретения конечное время соответствует моменту, когда каждый из выходных лучей 320 в последовательности выходит из внутреннего канала 318 излучения. В других вариантах осуществления изобретения конечное время соответствует моменту, когда все выходные лучи 320 в последовательности выходят из внутреннего канала 318 излучения.

[0171] В ситуациях, в которых затворный компонент 308 лишь частично блокирует внутренний канал 322 обнаружения, например, затемняя или затеняя его, в некоторых вариантах осуществления изобретения конечное время соответствует времени, необходимому для выхода из внутреннего канала 318 излучения и распространения на заданное расстояние от корпуса 330 лидарной системы. В некоторых вариантах осуществления изобретения конечное время соответствует моменту, когда каждый из выходных лучей 320 последовательности выходит из внутреннего канала 318 излучения и распространяется на заданное расстояние. В других вариантах осуществления изобретения конечное время соответствует моменту, когда все выходные лучи 320 выходят из внутреннего канала 318 излучения и распространяются на заданное расстояние. В некоторых вариантах осуществления изобретения заданное расстояние может быть определено как минимальное расстояние, начиная с которого внутреннее самоотражение не обнаруживается, или как минимальное расстояние, при котором можно получить сигнал входящего луча от близкорасположенного объекта с приемлемым или пригодным для обработки отношением сигнал/шум.

[0172] Таким образом, время работы затворного компонента 308 при переключении из закрытого положения в открытое положение координируется со временем работы сканирующего компонента 314 лидарной системы 302. Управление переключением затворного компонента 308 из закрытого положения в открытое положение может осуществляться, исходя из времени излучения выходных лучей 320 излучающим компонентом 304, длины внутреннего канала 318 излучения и скорости света. Например, если выходной луч 320 излучается излучающим компонентом 304 в момент времени t = 0 секунд, этот момент указывает на начальное время 500 закрытого положения затворного компонента 308. Полагая, что длина внутреннего канала 318 излучения равна d, а выходной луч распространяется со скоростью c, конечное время 510 закрытого положения затворного компонента 308 (или начальное время 520 открытого положения) можно определить как

[0173] Поскольку расстояние d и скорость c выходного луча 320 для данной лидарной системы могут быть определены заранее, конечное время 510 закрытого положения затворного компонента 308 также может быть определено заранее. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления изобретения управляющий компонент 316 способен переключать затворный компонент 308 из закрытого положения в открытое положение в заранее заданный момент времени после излучения выходных лучей 320.

[0174] В некоторых вариантах осуществления изобретения длина d внутреннего канала 318 излучения может быть определена как суммарная длина всех каналов между оптическими компонентами в лидарной системе 302 - от излучающего компонента 304 до последнего оптического компонента в лидарной системе 302 перед выходом луча 320 из корпуса 330. Последним оптическим компонентом может быть, например, линза.

[0175] Следует отметить, что в случае, когда выходной луч 324 распространяется на бесконечно малое расстояние от корпуса 330, формула (2) может оказаться неприменимой.

[0176] В некоторых вариантах осуществления изобретения, где затворный компонент 308 частично блокирует внутренний канал 322 обнаружения, время работы затворного компонента 308 также отличается от времени, определенного по формуле (2). В частности, в этих вариантах осуществления изобретения время работы затворного компонента 308 определяется общей длиной внутреннего канала излучения, к которой добавляется переменное заранее заданное расстояние, умноженное на 2.

[0177] В некоторых вариантах осуществления изобретения время работы может быть определено экспериментально как случая полной блокировки внутреннего канала 322 обнаружения затворным компонентом 308, так и для случая его частичной блокировки.

[0178] В некоторых других вариантах осуществления изобретения переключение затворного компонента 308 из закрытого положения в открытое положение может осуществляться на основе текущего мониторинга внутреннего канала 318 излучения или другой части лидарной системы 302, а не на основе заранее заданного времени. В этом случае переключение затворного компонента 308 выполняется по результатам текущего мониторинга.

[0179] В некоторых других вариантах осуществления изобретения переключение затворного компонента 308 из закрытого положения в открытое положение основано на удалении выходных лучей 320 на заданное расстояние от лидарной системы 302. Это может быть обнаружено датчиками и т.п. или определено на основе заранее заданного времени.

[0180] В некоторых вариантах осуществления изобретения для последующих циклов управления затворным компонентом 308 управляющий компонент 316 может переключать затворный компонент из открытого положения в закрытое положение на основе заранее заданного интервала времени.

[0181] Переключение из закрытого положения в открытое положение может осуществляться одновременно с излучением выходных лучей 320 излучающим компонентом 304. В вариантах осуществления изобретения, где излучающий компонент 304 управляется тем же управляющим компонентом 316, что и затворный компонент 308, управляющий компонент 316 может одновременно выдавать команды как излучающему компоненту 304, так и затворному компоненту 308. В вариантах осуществления изобретения, где излучающий компонент 304 не управляется тем же управляющим компонентом 316, что и затворный компонент 308, управляющий компонент 316 может координировать переключение затворного компонента 308 в закрытое положение, отслеживая функционирование источника 304 излучения, или за счет связи с контроллером излучающего компонента 304.

[0182] Дополнительные шаги способа 1000 содержат определение управляющим компонентом 316 данных объекта 325 на основе обнаруженного входного луча 324. Затем данные объекта 325 могут использоваться управляющим компонентом 316 для управления транспортным средством 220. Например, учитывая расстояние 390 до объекта, управляющий компонент 316 может определять уточненную траекторию транспортного средства 220.

[0183] На этом выполнение способа 1020 завершается.

[0184] Таким образом, некоторые не имеющие ограничительного характера варианты осуществления лидарной системы 302 позволяют минимизировать или уменьшать эффекты самоотражения и улучшать обнаружение препятствий в окружающем пространстве транспортного средства 220. Кроме того, за счет по меньшей мере частичной блокировки внутреннего канала обнаружения в то время, когда выполнять обнаружение отраженного выходного луча нецелесообразно, неинформативное световое излучение, не связанное с объектами в окружающем пространстве 250, не пропускается во внутренний канал обнаружения. Это позволяет уменьшать или минимизировать «шум» в системе со всеми связанными с этим преимуществами.

[0185] Соответственно, эти не имеющие ограничительного характера варианты осуществления лидарной системы 302 позволяют регистрировать более достоверные данные одного или нескольких объектов в окружающем пространстве 250, расположенных на небольшом расстоянии от лидарной системы 302, в частности, обеспечивая (1) создание более точной многомерной карты объектов и (2) более эффективное управление транспортным средством 220 (например, планирование его траектории), в частности, с точки зрения предотвращения столкновений с объектами в окружающем пространстве 250.

[0186] Для специалиста в данной области могут быть очевидными возможные изменения и усовершенствования описанных выше вариантов осуществления настоящей технологии. Предшествующее описание приведено лишь в иллюстративных целях, а не для ограничения объема изобретения. Объем охраны настоящей технологии определяется исключительно объемом приложенной формулы изобретения.

[0187] Несмотря на то, что выше описаны варианты реализации изобретения с указанием конкретных шагов, выполняемых в конкретном порядке, должно быть понятно, что эти шаги могут быть объединены, разделены на части или переупорядочены без отступления от существа и объема настоящей технологии. Соответственно, порядок выполнения и группирование этих шагов не являются ограничением настоящей технологии.

1. Лидарная система для обнаружения объектов в области наблюдения автономного транспортного средства, содержащая:

излучающий компонент, выполненный с возможностью излучения выходных лучей;

сканирующий компонент, выполненный с возможностью направления выходных лучей в область наблюдения;

приемный компонент, выполненный с возможностью приема входных лучей, отраженных от объектов в области наблюдения, по внутреннему каналу обнаружения;

затворный компонент, выполненный с возможностью переключения между закрытым и открытым положениями, при этом внутренний канал обнаружения по меньшей мере частично заблокирован, когда затворный компонент находится в закрытом положении, и внутренний канал обнаружения открыт, когда затворный компонент находится в открытом положении;

управляющий компонент, подключенный к затворному компоненту таким образом, что затворный компонент находится в закрытом положении, когда излучающий компонент излучает выходные лучи, и затворный компонент находится в открытом положении при приеме входных лучей, образующихся при отражении выходных лучей от области наблюдения.

2. Система по п. 1, в которой управляющий компонент дополнительно выполнен с возможностью управления затворным компонентом для переключения его из закрытого положения в открытое положение, когда выходные лучи выходят из внутреннего канала излучения лидарной системы.

3. Система по п. 1, в которой управляющий компонент дополнительно выполнен с возможностью управления затворным компонентом для переключения его из закрытого положения в открытое положение, когда выходные лучи достигают заданного расстояния от лидарной системы.

4. Система по п. 1, в которой выходные лучи излучаются в виде последовательности выходных лучей, при этом управляющий компонент дополнительно выполнен с возможностью переключения затворного компонента в закрытое положение, когда излучающий компонент излучает все лучи из последовательности, и переключения затворного компонента из закрытого положения в открытое положение, когда каждый луч из последовательности выходных лучей вышел из внутреннего канала излучения лидарной системы.

5. Система по п. 1, в которой выходные лучи излучаются в виде последовательности выходных лучей, при этом управляющий компонент дополнительно выполнен с возможностью переключения затворного компонента в закрытое положение, когда излучающий компонент излучает все лучи из последовательности, и переключения затворного компонента из закрытого положения в открытое положение, когда каждый луч из последовательности выходных лучей достигает заданного расстояния от лидарной системы.

6. Система по п. 1, в которой управляющий компонент выполнен с возможностью переключения затворного компонента из открытого положения в закрытое одновременно с излучением выходных лучей излучающим компонентом.

7. Система по п. 1, в которой управляющий компонент дополнительно выполнен с возможностью переключения затворного компонента из открытого положения в закрытое по истечении заранее заданного времени после излучения выходных лучей излучающим компонентом.

8. Система по п. 1, в которой управляющий компонент дополнительно выполнен с возможностью переключения затворного компонента из открытого положения в закрытое на основе заранее заданного временного интервала.

9. Система по п. 1, в которой затворный компонент содержит механическое затворное устройство.

10. Система по п. 9, в которой механическое затворное устройство содержит вращающийся диск с множеством прорезей в его корпусе, при этом управляющий компонент дополнительно способен обеспечить вращение этого диска с частотой 500 кГц.

11. Система по п. 1, в которой затворный компонент содержит электрооптическое и/или полупроводниковое затворное устройство.

12. Система по п. 1, в которой затворный компонент содержит полупрозрачные компоненты и выполнен с возможностью частичного блокирования внутреннего канала обнаружения.

13. Система по п. 1, в которой сканирующий компонент содержит поворотную призму или поворотное зеркало.

14. Система по п. 1, в которой приемный компонент является фотодетектором, а затворный компонент расположен во внутреннем канале обнаружения до фотодетектора.

15. Способ обнаружения объектов в области наблюдения автономного транспортного средства, выполняемый управляющим компонентом лидарной системы, подключенным к затворному компоненту лидарной системы, который расположен до приемного компонента, способного принимать входные лучи, отраженные от объектов в области наблюдения, по внутреннему каналу обнаружения, включающий в себя:

излучение выходных лучей источником излучения лидарной системы в направлении сканирующего компонента лидарной системы, способного направлять выходные лучи в область наблюдения;

обеспечение переключения затворного компонента между закрытым положением, в котором внутренний канал обнаружения по меньшей мере частично заблокирован, и открытым положением, в котором внутренний канал обнаружения открыт, при этом затворный компонент находится в закрытом положении, когда излучающий компонент излучает выходные лучи, и затворный компонент находится в открытом положении при приеме входных лучей, возникающих при отражении выходных лучей от области наблюдения.

16. Способ по п. 15, в котором управляющий компонент обеспечивает переключение затворного компонента из закрытого положения в открытое положение, когда выходные лучи выходят из внутреннего канала излучения лидарной системы.

17. Способ по п. 15, в котором управляющий компонент обеспечивает переключение затворного компонента из закрытого положения в открытое положение, когда выходные лучи достигают заданного расстояния от лидарной системы.

18. Способ по п. 15, в котором выходные лучи излучаются в виде последовательности выходных лучей, при этом управляющий компонент выполнен с возможностью установки затворного компонента в закрытое положение, пока излучающий компонент излучает лучи из последовательности выходных лучей, и его переключения из закрытого положения в открытое положение, когда каждый луч из последовательности выходных лучей выходит из внутреннего канала излучения лидарной системы.

19. Способ по п. 15, в котором выходные лучи излучаются в виде последовательности лучей, при этом управляющий компонент выполнен с возможностью установки затворного компонента в закрытое положение, пока излучающий компонент излучает лучи из последовательности выходных лучей, и его переключения из закрытого положения в открытое положение, когда каждый луч из последовательности лучей достигает заданного расстояния от лидарной системы.

20. Способ по п. 15, в котором управляющий компонент обеспечивает переключение затворного компонента между открытым положением и закрытым положением на основе заданного временного интервала.