[发明专利]压缩扫描激光雷达

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求申请号为14/317,753、申请日为2014年6月27日的美国专利申请的权益和优先权，其全部内容以引用方式结合于此。

本申请要求申请号为14/317,695、申请日为2014年6月27日的美国专利申请的权益和优先权，其全部内容以引用方式结合于此。

关于联邦资助声明

无

技术领域

本公开涉及光探测和测距(LIDAR或激光雷达)，尤其涉及扫描激光雷达。

背景技术

现有实时激光雷达系统一般包括两类。第一类由大型昂贵的机械扫描雷达系统(比如Velodyne-64,售自Velodyne Lidar公司)构成。

这样的机械扫描雷达系统采用大型旋转镜来扫描多个激光束并采用反射激光脉冲的飞行探测时间来测量沿不同波束方向的各光斑的距离(range)。第二类由闪光激光雷达构成，其借助各个脉冲照射整个场景并使用时间闸控(time-gated)光电二极管阵列来使反射光成像和测量各像素的距离。

旋转镜激光雷达系统庞大、笨重且功率消耗大，并在高度方向的角度分辨率低，从而受到激光束的数量的限制，例如，受限于Velodyne-64激光雷达中的64道光束的限制。方位分辨率受到激光光斑尺寸的限制。闪光激光雷达系统测距受限，因为激光脉冲功率在整个场景传播，这大大减少了被物体反射以及被探测器孔捕捉的功率的量。此外，闪光激光雷达角度分辨率和视场受到探测器阵列中的时间闸控光电二极管的数量的限制。

需要的是一种在尺寸、重量以及功率(SWAP)方面改善的激光雷达，其具有改善的视场(FOV)、距离分辨率以及角度分辨率。还需要一种能采用可变分辨率使三维场景的不同部分成像的激光雷达，从而可对最显著或最重要的兴趣区域进行高角度分辨率的成像并同时保持高帧率以及低计算负荷。本公开的实施例解决了这些需求以及其它需求。

发明内容

在此公开的第一实施例中，提供了一种用于增加由来自照射光斑的接收光形成的图像的分辨率的方法，包括：测量测量核A₁至A_M的y向量，其中M为所述测量核的数量，测量所述y向量包括：使用所述测量核A₁至A_M中的第j个测量核A_j对位于接收的反射场景光斑的返回路径中的可编程的N像素微镜或掩模进行编程；测量y，其中y为针对各距离单元(range bin)r_i的景物反射率f(α,β)与所述测量核A_j的内积，其中α和β分别为方位角和高度角；重复对所述可编程的N像素微镜或掩模进行编程并测量各测量核A₁至A_M的y；以及使用测得的所述y向量形成重建图像，其中形成所述重建图像包括使用压缩传感或Moore-Penrose重建。

在此公开的另一实施例中，提供了一种雷达激光系统，包括：具有功率φ_o的发射光束的脉冲频率调制激光器；光学耦合于所述激光器的微镜，用于扫描横穿场景的发射光束，从而在所述场景中照射光斑；光电二极管探测器；耦合于所述光电二极管探测器并具有功率φ_1o的部分所述发射光束；以及在从照射光斑反射的接收光的光路中的可编程的N像素镜或掩模阵列，所述可编程的N像素镜或掩模阵列光学耦合于所述光电二极管探测器。

在此公开的另一实施中，提供了一种激光雷达，包括用于扫描场景和在所述场景中照射光斑的扫描激光器；用于探测从所述场景反射的接收光的光电二极管探测器；在反射的接收光的光路中的可编程的N像素镜或掩模阵列，所述可编程的N像素镜或掩模阵列光学耦合于所述光电二极管探测器；以及用于形成重建图像的工具，所述形成重建图像包括压缩传感或Moore-Penrose重建。

通过下述详细说明和附图，这些以及其它特征和优点将变得更加明显。在附图和说明书中的标记指代各种特征，相同标记指代所有附图和说明书中相同特征。

附图说明

图1示出了根据(L&P 628659-9)的扫描激光雷达，其中角度分辨率受到激光光斑散度的限制；

图2示出了根据本公开的扫描激光雷达，其中通过使用压缩传感使角度分辨率提高N倍；

图3示出了根据本公开的压缩传感扫描激光雷达架构；

图4示出了根据本公开的形成场景光斑和测量核的内积的过程。