[发明专利]光检测和测距装置及其校准系统

说明书

本发明提供了光检测和测距装置及其校准系统。该装置包括：光束发射器(101)，其可操作以发射光束；棱镜组，其定位在光束的光路中，以将光束折射到周围对象(104)的表面上，所述棱镜组包括多个棱镜；光探测器(105)，用以检测由周围对象的表面反射的光；控制器，其被配置为基于检测到的光估计周围对象(104)的表面。控制器可操作以确定棱镜组中的相对偏离，以及基于棱镜组中的相对偏离，对控制器对周围对象(104)的表面的估计中的估计误差进行补偿。

技术领域

本公开内容总体上涉及系统校准，更具体地，涉及光检测和测距(LIDAR)系统的校准。

背景技术

随着无人可移动对象不断增加的性能和降低的成本，无人可移动对象(诸如无人载具、遥控飞机和其他机器人)现在广泛用于许多领域。代表性任务尤其包括房地产摄影、建筑物和其他构筑物的检查、消防和安全任务、边境巡逻和产品交付等。与仅能够在二维中感测周围环境的传统图像传感器(例如，相机)不同，LIDAR可以通过检测深度来获得三维信息。由于依赖于发射和反射的光束来确定周围环境的位置，因此仍需要改进的技术和系统来提高LIDAR扫描模块的准确性。

发明内容

本专利文献涉及用于进行LIDAR系统的校准的技术、系统和装置。

在一个示例性方面，公开了一种光检测和测距(LIDAR)装置。该装置包括：光束发射器，其可操作以发射光束；棱镜组，其定位在光束的光路中，以将光束折射到周围对象的表面上；光探测器，用以检测由周围对象的表面反射的光；控制器，其与光探测器通信，被配置为基于检测到的光估计周围对象的表面。棱镜组包括至少第一棱镜和第二棱镜。控制器可操作以(1)确定棱镜组中的相对偏离，相对偏离是第一棱镜的旋转偏差与第二棱镜的旋转偏差之间的差；以及(2)基于棱镜组中的相对偏离，对控制器对周围对象的表面的估计的估计误差进行补偿。

在另一示例性方面，公开了一种用于光检测和测距(LIDAR)装置的校准系统。该系统包括：存储器，其存储指令；以及处理器，其与存储器通信并且可操作以执行指令来实现校准LIDAR装置的第一棱镜和第二棱镜的方法。该方法包括：获得指示周围对象的表面形状的多个点；使用所述多个点来评估解释周围对象的表面形状的变化的成本函数；使用成本函数确定棱镜组中的相对偏离，其中，相对偏离是第一棱镜的旋转偏差与第二棱镜的旋转偏差之间的差；以及基于相对偏离，对估计周围对象的表面形状中的估计误差进行补偿。

在又一示例性方面，公开了一种光检测和测距(LIDAR)装置。该装置包括：光束发射器，其可操作以发射光束；棱镜组，其定位在光束的光路中，以将光束折射到周围对象的表面上；马达，其联接到棱镜组中的一个或多个棱镜，可操作以以旋转速度旋转并使棱镜组中的所述一个或多个棱镜旋转；编码装置，其联接到马达，可操作以响应于马达在多个时间间隔期间的角移动而产生脉冲信号；以及控制器，其与编码装置通信，可操作以(1)基于脉冲信号确定马达的旋转速度，(2)基于旋转速度确定马达的角位置，以及(3)使用马达的角位置确定棱镜组的角位置，以便于估计周围对象的表面。

在又一示例性方面，公开了一种用于光检测和测距(LIDAR)装置的校准系统。该系统包括：存储器，其存储指令；以及处理器，其与存储器通信并且可操作以执行指令来实现校准LIDAR装置的棱镜组的方法，其中，棱镜组将出射光束引导到周围对象的表面上，该方法包括：获得与马达在多个时间间隔期间的角移动量对应的脉冲信号，其中，马达联接到棱镜组中的一个或多个棱镜，以使棱镜组中的棱镜旋转；基于脉冲信号和角移动量确定马达的旋转速度；基于旋转速度确定马达的角位置；使用马达的角位置确定棱镜组的角位置；以及基于棱镜组的角位置计算出射光束的方向。

在又一示例性方面，公开了一种校准光检测和测距(LIDAR)装置的方法。该方法包括：获得指示周围对象的表面形状的多个点；使用所述多个点来评估解释周围对象的表面形状的变化的成本函数；基于所述多个点的法向矢量确定第一棱镜和第二棱镜之间的相对偏离，其中，相对偏离是第一棱镜的旋转偏差与第二棱镜的旋转偏差之间的差；以及基于相对偏离，对估计周围对象的表面形状中的估计误差进行补偿。