LIDAR的动态对准

交叉引用

本申请要求美国临时专利申请日2021年1月13日的优先权，序列号63/136952，其全部内容并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及用于扫描周围环境的测量技术，并且更具体地，涉及使用LIDAR技术来检测周围环境中的物体的系统和方法。

背景技术

随着驾驶员辅助系统和自动车辆的出现，汽车需要配备能够可靠地感测和解释其周围环境的系统，包括识别可能影响车辆导航的障碍物、危险、物体和其他物理参数。为此，已经提出了许多不同的技术，包括雷达、LIDAR、基于照相机的系统，其单独操作或以冗余方式操作。

驾驶员辅助系统和自动驾驶汽车的一个考虑因素是系统在不同条件下确定周围环境的能力，包括雨、雾、黑暗、强光和雪。光探测和测距系统(LIDAR又称LADAR)是一种可以在不同条件下良好工作的技术的示例，它通过用光照射物体并用传感器测量反射脉冲来测量到物体的距离。激光器是可以用于LIDAR系统的光源的一个示例。与任何传感系统一样，为了使基于LIDAR的传感系统完全被汽车行业采用，该系统应当提供可靠的数据，以便能够检测远处的物体。

本公开的系统和方法旨在改进LIDAR系统的性能。

发明内容

可以提供具有动态对准能力的LIDAR，该LIDAR可以包括光学单元，光学单元可以包括感测单元、处理器和补偿单元。感测单元可以包括感测阵列，感测阵列可以包括多组感测元件，多组感测元件被配置为在一个或多个感测周期期间感测照射在感测阵列的多组感测元件的感测区域上的反射光；其中，感测单元配置为通过感测阵列的感测元件来生成检测信号。处理器可以被配置为基于至少一些检测信号来确定与LIDAR的光学单元相关的一个或多个光学单元失准。补偿单元可以被配置为补偿所述一个或多个光学单元失准。

可以提供一种用于动态对准LIDAR的光学单元的方法，该方法可以包括在一个或多个感测周期期间，感测照射在感测单元的感测阵列的多组感测元件的感测区域上的反射光；以及由感测阵列的感测元件生成检测信号；基于检测信号中的至少一些，确定与LIDAR的光学单元相关的一个或多个光学单元失准；以及补偿所述一个或多个光学单元失准。

可以提供一种用于LIDAR的光学单元的动态对准的非暂时性计算机可读介质，其中所述非暂时性计算机可读介质存储用于以下的指令：在一个或多个感测周期期间，感测照射在感测单元的感测阵列的多组感测元件的感测区域上的反射光；以及由感测阵列的感测元件生成检测信号；基于检测信号中的至少一些，确定与LIDAR的光学单元相关的一个或多个光学单元失准；以及补偿所述一个或多个光学单元失准。

可以提供一种用于基于温度的LIDAR的光学单元的动态对准的方法，该方法可以包括通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；处理所述检测信号以寻找一个或多个与温度相关的光学单元失准；以及补偿所述一个或多个与温度相关的光学单元失准。

可以提供一种用于LIDAR的光学单元的基于温度的动态对准的非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储用于以下的指令：通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；处理所述检测信号以寻找一个或多个与温度相关的光学单元失准；以及补偿所述一个或多个与温度相关的光学单元失准。

可以提供一种具有基于温度的动态对准能力的LIDAR，该LIDAR可以包括光学单元，光学单元可以包括感测阵列，其中感测阵列配置为生成指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光的检测信号；处理器，配置为寻找一个或多个与温度相关的光学单元失准；以及补偿单元，配置为补偿所述一个或多个与温度相关的光学单元失准。

可以提供一种用于基于退化的LIDAR的光学单元的动态对准的方法，该方法可以包括通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；处理所述检测信号以寻找一个或多个与退化相关的光学单元失准；以及补偿所述一个或多个与退化相关的光学单元失准。

可以提供一种用于LIDAR的光学单元的基于退化的动态对准的非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储用于以下的指令：通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；处理所述检测信号以寻找一个或多个与退化相关的光学单元失准；以及补偿所述一个或多个与退化相关的光学单元失准。

可以提供一种具有基于退化的动态对准能力的LIDAR，该LIDAR可以包括光学单元，其可以包括感测阵列，其中感测阵列配置为生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；处理器，配置为寻找一个或多个与退化相关的光学单元失准；以及补偿单元，配置为补偿所述一个或多个与退化相关的光学单元失准。

可以提供一种用于动态对准LIDAR的光学单元的方法，该方法可以包括通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；基于所述检测信号，计算关于一个或多个反射光斑阵列与无失准反射光斑阵列之间的差异的与场景无关的元数据；以及补偿一个或多个光学单元失准，其中所述补偿基于与场景无关的元数据。

可以提供一种用于LIDAR的光学单元的动态对准的非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储用于以下的指令：通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；基于所述检测信号，计算关于一个或多个反射光斑阵列与无失准反射光斑阵列之间的差异的与场景无关的元数据；以及补偿一个或多个光学单元失准，其中所述补偿基于与场景无关的元数据。

可以提供一种具有动态对准能力的LIDAR，该LIDAR可以包括光学单元，其可以包括感测阵列，感测阵列配置为生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；处理器，配置为基于所述检测信号，计算关于一个或多个反射光斑阵列与无失准反射光斑阵列之间的差异的与场景无关的元数据；以及补偿单元，配置为补偿一个或多个基于退化的光学单元失准。

可以提供一种用于动态对准LIDAR的光学单元的方法，该方法可以包括在一个或多个感测周期期间，感测照射在感测单元的感测阵列的感测元件组的感测区域上的反射光；以及由所述感测阵列的感测元件生成检测信号；基于检测信号中的至少一些，确定与LIDAR的光学单元相关的一个或多个光学单元失准；以及补偿所述一个或多个光学单元失准。

可以提供一种用于LIDAR的光学单元的动态对准的非暂时性计算机可读介质，其中所述非暂时性计算机可读介质存储用于以下的指令：在一个或多个感测周期期间，感测照射在感测单元的感测阵列的多组感测元件的感测区域上的反射光；以及由所述感测阵列的感测元件生成检测信号；基于检测信号中的至少一些，确定与LIDAR的光学单元相关的一个或多个光学单元失准；以及补偿所述一个或多个光学单元失准。

可以提供一种用于基于温度的LIDAR的光学单元的动态对准的方法，该方法可以包括通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；处理所述检测信号以寻找一个或多个与温度相关的光学单元失准；以及补偿所述一个或多个与温度相关的光学单元失准。

可以提供一种用于LIDAR的光学单元的基于温度的动态对准的非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储用于以下的指令：通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；处理所述检测信号以寻找一个或多个与温度相关的光学单元失准；以及补偿所述一个或多个与温度相关的光学单元失准。

可以提供一种具有基于温度的动态对准能力的LIDAR，该LIDAR可以包括光学单元，光学单元可以包括感测阵列，其中感测阵列配置为生成指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光的检测信号；处理器，配置为寻找一个或多个与温度相关的光学单元失准；以及补偿单元，配置为补偿所述一个或多个与温度相关的光学单元失准。

可以提供一种用于基于退化的LIDAR的光学单元的动态对准的方法，该方法可以包括通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；处理所述检测信号以寻找一个或多个与退化相关的光学单元失准；以及补偿所述一个或多个与退化相关的光学单元失准。

可以提供一种用于LIDAR的光学单元的基于退化的动态对准的非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储用于以下的指令：通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；处理所述检测信号以寻找一个或多个与退化相关的光学单元失准；以及补偿所述一个或多个与退化相关的光学单元失准。

可以提供一种具有基于退化的动态对准能力的LIDAR，该LIDAR可以包括光学单元，其可以包括感测阵列，其中感测阵列配置为生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；处理器，配置为寻找一个或多个与退化相关的光学单元失准；以及补偿单元，配置为补偿所述一个或多个与退化相关的光学单元失准。

可以提供一种用于动态对准LIDAR的光学单元的方法，该方法可以包括通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；基于所述检测信号，计算关于一个或多个反射光斑阵列与无失准反射光斑阵列之间的差异的与场景无关的元数据；以及补偿一个或多个光学单元失准，其中所述补偿基于与场景无关的元数据。

可以提供一种用于LIDAR的光学单元的动态对准的非暂时性计算机可读介质，所述非暂时性计算机可读介质存储用于以下的指令：通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，所述检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光；基于所述检测信号，计算关于一个或多个反射光斑阵列与无失准反射光斑阵列之间的差异的与场景无关的元数据；以及补偿一个或多个光学单元失准，其中所述补偿基于与场景无关的元数据。

附图说明

结合在本公开中并构成本公开的一部分的附图示出了各种公开的实施例。在附图中：

图1示出了LIDAR系统的示例；

图2和图3示出了投射单元的各种配置及其在LIDAR系统中的作用；

图4是传感器的一部分的横切图；

图5和6描绘了感测单元的各种配置及其在LIDAR系统中的作用；

图7展示了LIDAR可以受益于动态对准的场景；

图8示出了LIDAR的概念架构；

图9示出了LIDAR中的各种失准及其对信号检测的影响；

图10顶部示出了对准的反射镜，并且示出了下部；

图11通过将透镜移动相等的距离实现；

图12示出了补偿查找表(LUT)；

图13示出了补偿查找表(LUT)；

图14示出了可以应用的运动类型的示例；

图15A示出了感测元件阵列的示例；

图15B-15L示出了感测元件阵列和光斑阵列的示例；

图15M示出了光斑几何形状的示例；

图16A-16D示出了光学单元的示例；

图16E示出了感测阵列和操纵器的示例；

图17A-17B示出了LIDAR的示例；

图18示出了LIDAR示例；以及

图19A-19D示出了方法的示例。

具体实施方式

结合在本公开中并构成本公开的一部分的附图示出了各种公开的实施例。下面的具体实施方式参考附图。在可能的情况下，在附图和以下描述中使用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。虽然本文描述了几个说明性实施例，但是修改、适配和其他实施方式是可能的。例如，可以对附图中所示的部件进行替换、添加或修改，并且可以通过对所公开的方法进行替换、重新排序、移除或添加步骤来修改本文描述的说明性方法。因此，以下具体实施方式不限于所公开的实施例和示例。相反，实际范围由所附权利要求限定。

术语定义

所公开的实施例可以涉及光学系统。如本文所使用的，术语“光学系统”广泛地包括用于光的产生、检测和/或操纵的任何系统。仅作为示例，光学系统可以包括用于产生、检测和/或操纵光的一个或多个光学部件。例如，光源、透镜、反射镜、棱镜、分束器、准直器、偏振光器、光调制器、光开关、光放大器、光检测器、光传感器、光纤、半导体光学部件，虽然每个都不是必需的，但每个都可以是光学系统的一部分。除了所述一个或多个光学部件之外，光学系统还可以包括其他非光学部件，例如电部件、机械部件、化学反应部件和半导体部件。非光学部件可以与光学系统的光学部件协作。例如，光学系统可以包括用于分析检测到的光的至少一个处理器。

根据本公开，光学系统可以是LIDAR系统。如本文所使用的，术语“LIDAR系统”广泛地包括能够基于反射光确定指示一对有形物体之间的距离的参数值的任何系统。在一个实施例中，LIDAR系统可以基于由LIDAR系统发射的光的反射来确定一对有形物体之间的距离。如本文所使用的，术语“确定距离”广泛地包括生成指示成对有形物体之间的距离的输出。所确定的距离可以表示一对有形物体之间的物理尺寸。仅作为示例，所确定的距离可以包括LIDAR系统和LIDAR系统视场中的另一有形物体之间的飞行距离线。在另一个实施例中，LIDAR系统可以基于由LIDAR系统发射的光的反射来确定一对有形物体之间的相对速度。指示一对有形物体之间的距离的输出的示例包括：有形物体之间的标准长度单位的数量(例如，米的数量、英寸的数量、公里的数量、毫米的数量)、任意长度单位的数量(例如，LIDAR系统长度的数量)、距离与另一长度之间的比率(例如，与在LIDAR系统的视场中检测到的物体的长度的比率)、时间量(例如，作为标准单位、任意单位或比率给出，例如，光在有形物体之间传播所需的时间)、一个或多个位置(例如，使用约定的坐标系指定，相对于已知位置指定)等等。

LIDAR系统可以基于反射光来确定一对有形物体之间的距离。在一个实施例中，LIDAR系统可以处理传感器的检测结果，传感器创建指示光信号的发射和传感器检测到光信号的时间之间的时间段的时间信息。这段时间有时被称为光信号的“飞行时间”。在一个示例中，光信号可以是短脉冲，其上升和/或下降时间可以在接收中检测。使用关于相关介质(通常是空气)中的光速的已知信息，可以处理关于光信号的飞行时间的信息，以提供光信号在发射和检测之间传播的距离。在另一实施例中，LIDAR系统可以基于频率相移(或多频率相移)来确定距离。具体地，LIDAR系统可以处理指示光信号的一个或多个调制相移的信息(例如，通过求解一些联立方程以给出最终测量)。例如，发射的光信号可以用一个或多个恒定频率调制。发射信号和检测到的反射之间的调制的至少一个相移可以指示光在发射和检测之间行进的距离。调制可以应用于连续波光信号、准连续波光信号或其他类型的发射光信号。应当注意的是，LIDAR系统可以使用附加信息来确定距离，例如投射位置、信号的检测位置(特别是如果彼此远离)等之间的位置信息(例如相对位置)。

在一些实施例中，LIDAR系统可以用于检测LIDAR系统环境中的多个物体。术语“在LIDAR系统的环境中检测物体”广泛地包括生成指示向与LIDAR系统相关联的检测器反射光的物体的信息。如果LIDAR系统检测到一个以上的物体，则与不同物体相关的生成信息可以相互连接，例如汽车在路上行驶，鸟坐在树上，人触摸自行车，货车向建筑物移动。LIDAR系统检测物体的环境中的尺寸可以根据实施方式而变化。例如，LIDAR系统可以用于检测安装有LIDAR系统的车辆环境中的多个物体，水平距离高达100m(或200m、300m等)，并且垂直距离高达10m(或25m、50m等)。在另一个示例中，LIDAR系统可以用于检测车辆环境中或预定义水平范围(例如，25°、50°、100°、180°等)内并且高达预定义垂直高度(例如，±10°、±20°、+40°-20°、±90°或0°-90°)的多个物体。

如本文所使用的，术语“检测物体”可以广泛地指代确定物体的存在(例如，物体可以存在于相对于LIDAR系统和/或另一参考位置的某个方向上，或者物体可以存在于某个空间体积中)。附加地或替代地，术语“检测物体”可以指确定物体和另一位置(例如，LIDAR系统的位置、地球上的位置或另一物体的位置)之间的距离。附加地或替代地，术语“检测物体”可以指识别物体(例如，对诸如汽车、植物、树、道路的物体类型进行分类；识别特定物体(例如，华盛顿纪念碑)；确定车牌号码；确定物体的成分(例如，固体、液体、透明、半透明)；确定物体的运动学参数(例如，它是否在移动、它的速度、它的运动方向、物体的膨胀)。附加地或替代地，术语“检测物体”可以指生成点云图，其中点云图的一个或多个点中的每个点对应于物体中的位置或其面上的位置。在一个实施例中，与视场的点云图表示相关联的数据分辨率可以与视场的0.1°×0.1°或0.3°×0.3°相关联。

根据本公开，术语“物体”广义地包括可以反射来自其至少一部分的光的有限物质成分。例如，物体可以至少部分是实心的(例如汽车、树木)；至少部分为液体(如道路上的水坑、雨水)；至少部分为气态(如烟雾、云)；由大量不同的颗粒组成(如沙尘暴、雾、喷雾)；并且可以是一个或多个量级，例如～1毫米(mm)、～5mm、～10mm、～50mm、～100mm、～500mm、～1米(m)、～5m、～10m、～50m、～100m等等。也可以检测更小或更大的物体，以及介于这些示例之间的任何尺寸。应当注意的是，由于各种原因，LIDAR系统可能仅检测物体的一部分。例如，在一些情况下，光可能仅从物体的一些侧面反射(例如，仅从检测到与LIDAR系统相对的侧面)；在其他情况下，光可能仅投射到物体的一部分上(例如，投射到道路或建筑物上的激光束)；在其他情况下，物体可能被LIDAR系统和检测到的物体之间的另一物体部分阻挡；在其他情况下，LIDAR的传感器可以仅检测从物体的一部分反射的光，例如，因为环境光或其他干扰干扰了对物体的一些部分的检测。

根据本公开，LIDAR系统可以被配置为通过扫描LIDAR系统的环境来检测物体。术语“扫描LIDAR系统的环境”广义地包括照亮LIDAR系统的视场或视场的一部分。在一个示例中，扫描LIDAR系统的环境可以通过移动或枢转光偏转器以将光在不同方向上偏转到视场的不同部分来实现。在另一示例中，扫描LIDAR系统的环境可以通过改变传感器相对于视场的定位(即，位置和/或取向)来实现。在另一示例中，扫描LIDAR系统的环境可以通过改变光源相对于视场的定位(即，位置和/或取向)来实现。在又一示例中，扫描LIDAR系统的环境可以通过改变至少一个光源和至少一个传感器的位置以相对于视场刚性移动来实现(即，所述至少一个传感器和所述至少一个光源的相对距离和取向保持不变)。

如本文所使用的，术语“LIDAR系统的视场”可以广泛地包括其中可以检测到物体的LIDAR系统的可观测环境的范围。应当注意的是，LIDAR系统的视场(FOV)可能受到各种条件的影响，例如但不限于：LIDAR系统的取向(例如，是LIDAR系统光轴的方向)；LIDAR系统相对于环境的位置(例如，离地面和相邻地形和障碍物的距离)；LIDAR系统的操作参数(例如发射功率、计算设置、定义的操作角度)等。LIDAR系统的视场可以例如由立体角(例如使用φ、θ角定义，其中，φ、θ是在垂直平面中定义的角度，例如相对于LIDAR系统和/或其FOV的对称轴)。在一个示例中，视场也可以被定义在某个范围内(例如，高达200m)。

类似地，术语“瞬时视场”可以广泛地包括可观测环境的范围，其中物体可以在任何给定时刻被LIDAR系统检测到。例如，对于扫描LIDAR系统，瞬时视场比LIDAR系统的整个FOV窄，并且它可以在LIDAR系统的FOV内移动，以便能够在LIDAR系统的FOV的其他部分中进行检测。瞬时视场在LIDAR系统的FOV内的移动可以通过移动LIDAR系统(或者在LIDAR系统外部)的光偏转器来实现，以便使光束在不同方向上偏转到LIDAR系统和/或从LIDAR系统偏转。在一个实施例中，LIDAR系统可以被配置为扫描LIDAR系统正在其中操作的环境中的场景。如本文所使用的，术语“场景”可以广泛地包括在LIDAR系统的工作持续时间内处于它们的相对位置和它们的当前状态的在LIDAR系统的视场内的一些或所有物体。例如，场景可以包括地面元素(例如，地球、道路、草、人行道、路面标记)、天空、人造物体(例如，车辆、建筑物、标志)、植被、人、动物、光投射元素(例如，手电筒、太阳、其他LIDAR系统)等等。

对术语“致动器”的任何引用都应当比照适用于术语“操纵器”。操纵器的非限制性示例包括微机电系统(MEMS)致动器、音圈磁体、电机、压电元件等。应当注意的是，操纵器可以与温度控制单元合并。

所公开的实施例可以涉及获取用于生成重建的三维模型的信息。可以使用的重建三维模型类型的示例包括点云模型和多边形网格(例如三角形网格)。术语“点云”和“点云模型”在本领域中是众所周知的，并且应当被解释为包括在空间上位于某个坐标系中的一组数据点(即，在由相应坐标系描述的空间中具有可识别的位置)。术语“点云点”指的是空间中的点(可以是无量纲的，或者是微型蜂窝空间，例如1cm3)，并且其位置可以由点云模型使用一组坐标(例如(X，Y，Z)，(r，φ，θ))来描述。仅作为示例，点云模型可以存储其一些或所有点的附加信息(例如，从相机图像生成的点的颜色信息)。同样，任何其他类型的重建三维模型可以存储其一些或所有物体的附加信息。类似地，术语“多边形网格”和“三角形网格”在本领域中是众所周知的，并且应当被解释为包括，除其他外，定义一个或多个3D物体(例如多面体物体)的形状的一组顶点、边和面。这些面可以包括以下一个或多个：三角形(三角形网格)、四边形或其他简单的凸多边形，因为这可以简化渲染。这些面还可以包括更一般的凹多边形或带孔的多边形。多边形网格可以使用不同的技术来表示，例如：顶点-顶点网格、面-顶点网格、翼边网格和渲染动态网格。多边形网格的不同部分(例如，顶点、面、边)在空间上直接和/或相对于彼此位于某个坐标系中(即，在由相应坐标系描述的空间中具有可识别的位置)。重建的三维模型的生成可以使用任何标准的、专用的和/或新颖的摄影测量技术来实现，其中许多技术在本领域是已知的。应当注意的是，其他类型的环境模型可以由LIDAR系统生成。

根据所公开的实施例，LIDAR系统可以包括至少一个投射单元，该投射单元具有配置为投射光的光源。如本文所使用的，术语“光源”广义地指经配置以发射光的任何装置。在一个实施例中，光源可以是激光器，例如固态激光器、激光二极管、高功率激光器，或者替代光源，例如基于发光二极管(LED)的光源。此外，如整个附图所示，光源112可以发射不同格式的光，例如光脉冲、连续波(CW)、准CW等。例如，可以使用的一种类型的光源是垂直腔面发射激光器(VCSEL)。可以使用的另一种类型的光源是外腔二极管激光器(ECDL)。在一些示例中，光源可以包括配置为发射波长在大约650nm和1150nm之间的光的激光二极管。替代地，光源可以包括配置为发射波长在约800nm和约1000nm之间、约850nm和约950nm之间、或者约1300nm和约1600nm之间的光的激光二极管。除非另有说明，关于数值的术语“大约”被定义为相对于所述值最多5％的方差。下面参考本申请的图2和3以及参考PCT专利申请PCT/IB2020/055283公开号WO2020/245767的图2A-2C描述投射单元和至少一个光源的附加细节，该专利申请通过引用并入本文。

根据所公开的实施例，LIDAR系统可以包括至少一个扫描单元，该扫描单元具有至少一个光偏转器，该光偏转器被配置为偏转来自光源的光，以便扫描视场。术语“光偏转器”广义地包括配置为使光偏离其原始路径的任何机构或模块；例如，反射镜、棱镜、可控透镜、机械反射镜、机械扫描多边形、主动衍射(例如可控LCD)、Risley棱镜、非机械电光光束控制(例如由Vscent制造)、偏振光栅(例如由Boulder非线性系统提供)、光学相控阵(OPA)等等。在一个实施例中，光偏转器可以包括多个光学部件，例如至少一个反射元件(例如反射镜)、至少一个折射元件(例如棱镜、透镜)等等。在一个示例中，光偏转器可以是可移动的，以导致光偏离不同的度(例如，离散度，或者在连续的度的跨度上)。光偏转器可以可选地以不同的方式可控(例如，偏转到α度，将偏转角改变Δα，将光偏转器的部件移动M毫米，改变偏转角改变的速度)。此外，光偏转器可以可选地可操作以改变单个平面内的偏转角(例如，θ坐标)。光偏转器可以可选地可操作以改变两个非平行平面(例如，θ和φ坐标)内的偏转角。替代地或附加地，光偏转器可以可选地可操作以改变预定设置之间的偏转角度(例如，沿着预定义的扫描路线)或其他方式。关于在LIDAR系统中使用光偏转器，应当注意，光偏转器可以在出站方向(也称为发射方向，或TX)上使用，以将来自光源的光偏转到视场的至少一部分。然而，光偏转器也可以在入射方向(也称为接收方向，或RX)上使用，以将来自视场的至少一部分的光偏转到一个或多个光传感器。下面参考PCT专利申请PCT/IB2020/055283公开号WO2020/245767的图3A-3C描述扫描单元和至少一个光偏转器的附加细节，该专利申请通过引用并入本文。

所公开的实施例可以涉及枢转光偏转器以便扫描视场。如本文所使用的，术语“枢转”广义地包括物体(尤其是固体物体)围绕一个或多个旋转轴线的旋转，同时基本上保持旋转中心固定。在一个实施例中，光偏转器的枢转可以包括光偏转器围绕固定轴线(例如，轴)的旋转，但这不一定如此。例如，在一些MEMS反射镜实施方式中，MEMS反射镜可以通过连接到反射镜的多个弯曲器的致动而移动，除了旋转之外，反射镜还可以经历一些空间平移。然而，这种反射镜可以被设计成围绕基本固定的轴线旋转，因此与本公开一致，它被认为是枢转的。在其他实施例中，一些类型的光偏转器(例如，非机械电光光束转向，OPA)不需要任何移动部件或内部移动来改变偏转光的偏转角。应当注意的是，关于移动或枢转光偏转器的任何讨论也比照适用于控制光偏转器，使得它改变光偏转器的偏转行为。例如，控制光偏转器可以引起从至少一个方向到达的光束的偏转角的变化。

所公开的实施例可以包括接收与对应于光偏转器的单个瞬时位置的视场的一部分相关联的反射。如本文所使用的，术语“光偏转器的瞬时位置”(也称为“光偏转器的状态”)广义地指的是光偏转器的至少一个受控部件位于瞬时时间点或短时间跨度内的空间中的地点或位置。在一个实施例中，可以相对于参照系测量光偏转器的瞬时位置。参照系可以属于LIDAR系统中的至少一个固定点。或者，例如，参照系可以属于场景中的至少一个固定点。在一些实施例中，光偏转器的瞬时位置可以包括光偏转器的一个或多个部件(例如，镜子、棱镜)的一些移动，通常相对于视场扫描期间的最大变化程度达到有限的程度。例如，对LIDAR系统的整个视场的扫描可以包括在30°的跨度上改变光的偏转，并且至少一个光偏转器的瞬时位置可以包括光偏转器在0.05°内的角偏移。在其他实施例中，术语“光偏转器的瞬时位置”可以指在光的采集期间光偏转器的位置，该光被处理以提供由LIDAR系统生成的点云(或另一种类型的3D模型)的单个点的数据。在一些实施例中，光偏转器的瞬时位置可以对应于固定位置或取向，其中偏转器在LIDAR视场的特定子区域的照明期间暂停一段短时间。在其他情况下，光偏转器的瞬时位置可以对应于沿着光偏转器的位置/取向的扫描范围的某个位置/取向，光偏转器作为LIDAR视场的连续或半连续扫描的一部分穿过该扫描范围。在一些实施例中，可以移动光偏转器，使得在LIDARFOV的扫描周期期间，光偏转器位于多个不同的瞬时位置。换句话说，在扫描周期发生的时间段期间，偏转器可以移动通过一系列不同的瞬时位置/取向，并且偏转器可以在扫描周期期间的不同时间到达每个不同的瞬时位置/取向。

根据所公开的实施例，LIDAR系统可以包括至少一个感测单元，该感测单元具有至少一个传感器，该传感器被配置为检测来自视场中的物体的反射。术语“传感器”广义地包括能够测量电磁波的特性(例如，功率、频率、相位、脉冲定时、脉冲持续时间)并产生与所测量的特性相关的输出的任何装置、元件或系统。在一些实施例中，至少一个传感器可以包括由多个检测元件构成的多个检测器。所述至少一个传感器可以包括一种或多种类型的光传感器。应当注意的是，所述至少一个传感器可以包括相同类型的多个传感器，这些传感器可以在其他特性(例如，灵敏度、尺寸)上不同。也可以使用其他类型的传感器。几种类型的传感器的组合可以用于不同的原因，例如改善范围内的检测(特别是在近距离)；提高传感器的动态范围；改善传感器的时间响应；以及改进在不同环境条件(例如大气温度、降雨等)下的检测。

在一个实施例中，所述至少一个传感器包括SiPM(硅光电倍增管)，其是由雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPAD)阵列构建的固态单光子敏感器件，用作公共硅衬底上的检测元件。在一个示例中，SPAD之间的典型距离可以在约10μm和约50μm之间，其中每个SPAD可以具有约20ns和约100ns之间的恢复时间。也可以使用由其他非硅材料制成的类似光电倍增管。尽管SiPM器件以数字/开关模式工作，但SiPM是一种模拟器件，因为所有微单元都可以并行读取，因此可以在从单个光子到不同SPAD检测到的成百上千个光子的动态范围内生成信号。应当注意的是，来自不同类型的传感器(例如，SPAD、APD、SiPM、PIN二极管、光电检测器)的输出可以组合在一起形成单个输出，该单个输出可以由LIDAR系统的处理器处理。下面参考本申请的图4和5以及参考PCT专利申请PCT/IB2020/055283公开号WO2020/245767的图4A-4C描述感测单元和至少一个传感器的附加细节，该专利申请通过引用并入本文。

根据所公开的实施例，LIDAR系统可以包括配置为执行不同功能的至少一个处理器或与至少一个处理器通信。所述至少一个处理器可以构成具有对一个或多个输入执行逻辑操作的电路的任何物理设备。例如，所述至少一个处理器可以包括一个或多个集成电路(IC)，包括专用集成电路(ASIC)、微芯片、微控制器、微处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)的全部或一部分，或者适于执行指令或执行逻辑操作的其他电路。由至少一个处理器执行的指令可以例如预加载到与控制器集成或嵌入到控制器中的存储器中，或者可以存储在单独的存储器中。存储器可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘、光盘、磁介质、闪存、其他永久、固定或易失性存储器、或者能够存储指令的任何其他机构。在一些实施例中，存储器被配置为存储关于LIDAR系统环境中的物体的信息代表数据。在一些实施例中，所述至少一个处理器可以包括一个以上的处理器。每个处理器可以具有相似的结构，或者处理器可以具有彼此电连接或断开的不同结构。例如，处理器可以是单独的电路或集成在单个电路中。当使用多于一个处理器时，处理器可以被配置为独立地或协作地操作。处理器可以以电、磁、光、声、机械或通过允许它们相互作用的其他方式联接。下面参考本申请的图6以及参考PCT专利申请PCT/IB2020/055283公开号WO2020/245767的图5A-5C描述处理单元和至少一个处理器的附加细节，该专利申请通过引用并入本文。

图1示出了包括投射单元102、扫描单元104、感测单元106和处理单元108的LIDAR系统100。LIDAR系统100可以安装在车辆110上。根据本公开的实施例，投射单元102可以包括至少一个光源112，扫描单元104可以包括至少一个光偏转器114，感测单元106可以包括至少一个传感器116，并且处理单元108可以包括至少一个处理器118。在一个实施例中，至少一个处理器118可以配置为使至少一个光源112的操作与至少一个光偏转器114的移动协调，以便扫描视场120。在扫描周期期间，至少一个光偏转器114的每个瞬时位置可以与视场120的特定部分122相关联。此外，LIDAR系统100可以包括至少一个可选的光学窗口124，用于引导投射到视场120的光和/或接收从视场120中的物体反射的光。可选的光学窗口124可以用于不同的目的，例如投射光的准直和反射光的聚焦。在一个实施例中，可选的光学窗口124可以是开口、平面窗口、透镜或任何其他类型的光学窗口。

根据本公开，LIDAR系统100可以用于自动或半自动道路车辆(例如，汽车、公共汽车、货车、卡车和任何其他地面车辆)。具有LIDAR系统100的自动道路车辆可以扫描它们的环境，并且在没有人类输入的情况下行驶到目的地。类似地，LIDAR系统100也可以用于自动/半自动飞行器(例如，UAV、无人机、四轴飞行器和任何其他飞行器或设备)；或者在自动或半自动水上船只(例如，小船、轮船、潜水艇或任何其他船只)中。具有LIDAR系统100的自动飞行器和水上船只可以扫描它们的环境，并且自动地或者使用远程人工操作员导航到目的地。根据一个实施例，交通工具110(公路交通工具、航空交通工具或船只)可以使用LIDAR系统100来帮助检测和扫描交通工具110运行的环境。

应当注意的是，LIDAR系统100或其任何部件可以与本文公开的任何示例实施例和方法一起使用。此外，虽然相对于示例性的基于车辆的LIDAR平台描述了LIDAR系统100的一些方面，但是LIDAR系统100、其任何部件或本文描述的任何过程可以适用于其他平台类型的LIDAR系统。

在一些实施例中，LIDAR系统100可以包括一个或多个扫描单元104来扫描车辆110周围的环境。LIDAR系统100可以附接或安装到车辆110的任何部分。感测单元106可以接收来自车辆110周围的反射，并将指示从视场120中的物体反射的光的反射信号传送到处理单元108。根据本公开，扫描单元104可以安装到或结合到保险杠、挡泥板、侧板、扰流板、车顶、前灯组件、尾灯组件、后视镜组件、发动机罩、行李箱或能够容纳至少一部分LIDAR系统的车辆110的任何其他合适部分。在一些情况下，LIDAR系统100可以捕获车辆110的环境的完整环绕视图。因此，LIDAR系统100可以具有360度水平视场。在一个示例中，如图1所示，LIDAR系统100可以包括安装在车顶车辆110上的单个扫描单元104。替代地，LIDAR系统100可以包括多个扫描单元(例如，两个、三个、四个或更多个扫描单元104)，每个扫描单元具有很少的视场，使得总体上水平视场被围绕车辆110的360度扫描覆盖。本领域技术人员将理解，LIDAR系统100可以包括以任何方式布置的任何数量的扫描单元104，每个扫描单元具有80°到120°或更小的视场，这取决于所采用的单元的数量。此外，还可以通过在车辆110上安装多个LIDAR系统100来获得360度水平视场，每个LIDAR系统100具有单个扫描单元104。然而要注意的是，一个或多个LIDAR系统100不必提供完整的360°视场，并且较窄的视场在一些情况下可能是有用的。例如，车辆110可能需要具有向前看的75°视场的第一LIDAR系统100，并且可能需要具有向后看的类似FOV的第二LIDAR系统100(可选地具有较低的检测范围)。还需要注意的是，也可以实现不同的垂直视场角度。

投射单元

图2和图3描绘了投射单元102的各种配置及其在LIDAR系统100中的作用。具体而言，图2是示出具有单个光源的投射单元102的示意图；图3是示出多个投射单元102的示意图，其中多个光源对准公共光偏转器114。本领域技术人员将理解，所描绘的投射单元102的配置可以具有许多变化和修改。在公开号为WO2020/245767的PCT专利申请PCT/IB2020/055283的图2C-2G中提供了非限制性示例，该专利通过引用并入本文。

图2示出了LIDAR系统100的双静态配置的示例，其中投射单元102包括单个光源112。术语“双静态配置”泛指其中离开LIDAR系统的投射光和进入LIDAR系统的反射光通过基本上不同的光路的LIDAR系统配置。在一些实施例中，LIDAR系统100的双静态配置可以包括通过使用完全不同的光学部件、通过使用平行但未完全分离的光学部件或通过仅对光路的一部分使用相同的光学部件(光学部件可以包括例如窗口、透镜、反射镜、分束器等)来分离光路。在图2A所示的示例中，双静态配置包括这样的配置，其中出射光和入射光穿过单个光学窗口124，但是扫描单元104包括两个光偏转器，用于出射光的第一光偏转器114A和用于入射光的第二光偏转器114B(LIDAR系统中的入射光包括从场景中的物体反射的发射光，并且还可以包括从其他源到达的环境光)。

在该实施例中，LIDAR系统100的所有部件可以包含在单个壳体200内，或者可以在多个壳体之间划分。如图所示，投射单元102与单个光源112相关联，单个光源112包括被配置为发射光(投射光204)的激光二极管202A(或者联接在一起的一个或多个激光二极管)。在一个非限制性示例中，光源112投射的光的波长可以在约800nm和950nm之间，平均功率在约50mW和约500mW之间，峰值功率在约50W和约200W之间，脉冲宽度在约2ns和约100ns之间。此外，光源112可以可选地与用于操纵由激光二极管202A发射的光的光学组件202B相关联(例如，用于准直、聚焦等)。应当注意的是，可以使用其他类型的光源112，并且本公开不限于激光二极管。此外，光源112可以以不同的形式发射其光，例如光脉冲、调频、连续波(CW)、准CW或者对应于所采用的特定光源的任何其他形式。光源可以基于不同的因素，例如来自处理单元108的指令，不时地改变投射格式和其他参数。投射的光被投射到向外偏转器114A，该向外偏转器114A用作用于将投射的光引导到视场120中的转向元件。在该示例中，扫描单元104还包括可枢转的返回偏转器114B，其将从视场120内的物体208反射回来的光子(反射光206)导向传感器116。反射光由传感器116检测，并且关于物体的信息(例如，到物体212的距离)由处理单元108确定。

在该图中，LIDAR系统100连接到主机210。根据本公开，术语“主机”指的是可以与LIDAR系统100接口的任何计算环境，它可以是车辆系统(例如，车辆110的一部分)、测试系统、安全系统、监视系统、交通控制系统、城市建模系统或监控其周围环境的任何系统。这种计算环境可以包括至少一个处理器和/或可以经由云连接LIDAR系统100。在一些实施例中，主机210还可以包括到外部设备的接口，例如被配置为测量主机210的不同特征(例如，加速度、方向盘偏转、倒车驱动等)的相机和传感器。根据本公开，LIDAR系统100可以固定到与主机210相关联的静止物体(例如，建筑物、三脚架)或者固定到与主机210相关联的便携式系统(例如，便携式计算机、电影摄像机)。根据本公开，LIDAR系统100可以连接到主机210，以向主机210提供LIDAR系统100的输出(例如，3D模型、反射率图像)。具体地，主机210可以使用LIDAR系统100来帮助检测和扫描主机210的环境或任何其他环境。此外，主机210可以将LIDAR系统100的输出与其他感测系统(例如，照相机、麦克风、雷达系统)的输出集成、同步或以其他方式一起使用。在一个示例中，LIDAR系统100可以由安全系统使用。

LIDAR系统100还可以包括总线212(或其他通信机构)，总线212(或其他通信机构)互连用于在LIDAR系统100内传输信息的子系统和部件。可选地，总线212(或另一通信机构)可以用于将LIDAR系统100与主机210互连。在图2A的示例中，处理单元108包括两个处理器118，以至少部分地基于从LIDAR系统100的内部反馈接收的信息，以协调的方式调节投射单元102、扫描单元104和感测单元106的操作。换句话说，处理单元108可以配置为在闭环中动态地操作LIDAR系统100。闭环系统的特征在于具有来自至少一个元件的反馈，并基于接收到的反馈更新一个或多个参数。此外，闭环系统可以接收反馈并至少部分地基于该反馈更新其自身的操作。动态系统或元件是可以在操作期间更新的系统或元件。

根据一些实施例，扫描LIDAR系统100周围的环境可以包括用光脉冲照明视场120。光脉冲可以具有诸如：脉冲持续时间、脉冲角色散、波长、瞬时功率、距光源112不同距离处的光子密度、平均功率、脉冲功率强度、脉冲宽度、脉冲重复率、脉冲序列、脉冲占空比、波长、相位、偏振等参数。扫描LIDAR系统100周围的环境还可以包括检测和表征反射光的各个方面。反射光的特性可以包括例如：飞行时间(即，从发射到检测的时间)、瞬时功率(例如，功率特征)、整个返回脉冲的平均功率以及返回脉冲周期内的光子分布/信号。通过比较光脉冲的特性与对应反射的特性，可以估计距离和可能的物理特性，例如物体212的反射强度。通过在多个相邻部分122上重复该过程，以预定义的模式(例如，光栅、李萨如(Lissajous)或其他模式)可以实现视场120的整个扫描。如下文更详细地讨论的，在一些情况下，LIDAR系统100可以在每个扫描周期仅将光引导到视场120中的一些部分122。这些部分可以彼此相邻，但不一定如此。

在另一实施例中，LIDAR系统100可以包括用于与主机210(例如，车辆控制器)通信的网络接口214。LIDAR系统100和主机210之间的通信由虚线箭头表示。在一个实施例中，网络接口214可以包括集成业务数字网络(ISDN)卡、电缆调制解调器、卫星调制解调器或调制解调器，以提供到对应类型的电话线的数据通信连接。作为另一示例，网络接口214可以包括局域网(LAN)卡，以提供到兼容LAN的数据通信连接。在另一实施例中，网络接口214可以包括连接到射频接收器和发射器和/或光学(例如，红外)接收器和发射器的以太网端口。网络接口214的具体设计和实现取决于LIDAR系统100和主机210旨在在其上操作的通信网络。例如，网络接口214可以用于例如向外部系统提供LIDAR系统100的输出，例如3D模型、LIDAR系统100的操作参数等等。在其他实施例中，通信单元可以用于例如从外部系统接收指令、接收关于被检查环境的信息、从另一传感器接收信息等。

图3示出了包括多个投射单元102的LIDAR系统100的单静态配置的示例。术语“单静态配置”泛指其中离开LIDAR系统的投射光和进入LIDAR系统的反射光通过基本相似的光路的LIDAR系统配置。在一个示例中，出射光束和入射光束可以共享至少一个光学组件，出射光束和入射光束都通过该光学组件。在另一示例中，出射光可以穿过光学窗口(未示出)，而入射光辐射可以穿过相同的光学窗口。单静态配置可以包括扫描单元104包括单个光偏转器114的配置，该单个光偏转器114将投射光导向视场120并将反射光导向传感器116。如图所示，投射光204和反射光206都击中非对称偏转器216。术语“非对称偏转器”是指具有两个侧面的任何光学设备，其能够将从一侧照射到它的光束偏转到不同于从第二侧照射到它的光束的方向。在一个示例中，非对称偏转器不偏转投射光204，而将反射光206朝向传感器116偏转。非对称偏转器的一个示例可以包括偏振分束器。在另一示例中，非对称偏转器216可以包括光隔离器，其仅允许光在一个方向上通过。图2D示出了非对称偏转器216的示意性表示。根据本公开，LIDAR系统100的单静态配置可以包括非对称偏转器，以防止反射光照射光源112，并将所有反射光导向传感器116，从而增加检测灵敏度。

在图3的实施例中，LIDAR系统100包括三个投射单元102，每个投射单元具有瞄准公共光偏转器114的单个光源112。在一个实施例中，多个光源112(包括两个或更多个光源)可以投射具有基本相同波长的光，并且每个光源112通常与视场的不同区域相关联(在图中表示为120A、120B和120C)。这使得能够扫描比光源112所能实现的更宽的视场。在另一实施例中，多个光源102可以投射具有不同波长的光，并且所有光源112可以被引导到视场120的相同部分(或重叠部分)。

感测单元

图5和6描绘了感测单元106的各种配置及其在LIDAR系统100中的作用。具体地，图5是示出与传感器116相关联的透镜阵列的图，并且图6包括示出透镜结构的三个图。本领域技术人员将理解，所描绘的感测单元106的配置仅是示例性的，并且可以具有与本公开的原理一致的许多替代变化和修改。

图4是根据本公开主题的示例的传感器116的一部分的横切图。传感器116的图示部分包括检测器阵列400的一部分，检测器阵列400包括四个检测元件402(例如，四个SPAD、四个APD)。检测器阵列400可以是以互补金属氧化物半导体(CMOS)实现的光电检测器传感器。每个检测元件402具有敏感区域，该敏感区域位于衬底周围。虽然不一定如此，但传感器116可以用于具有窄视场的单静态LIDAR系统中(例如，因为扫描单元104在不同时间扫描视场的不同部分)。入射光束的窄视场——如果实施的话——消除了失焦成像的问题。如图4所示，传感器116可以包括多个透镜422(例如，微透镜)，每个透镜422可以将入射光导向不同的检测元件402(例如，导向检测元件402的有效区域)，这可以在失焦成像不是问题时可用。透镜422可以用于增加检测器阵列400的光学填充因子和灵敏度，因为到达传感器116的大多数光可以被偏转到检测元件402的有源区域。

如图4所示，检测器阵列400可以包括通过各种方法(例如，植入)构建到硅衬底中的几个层，这些方法导致敏感区域、与金属层的接触元件和隔离元件(例如，浅沟槽植入STI、保护环、光学沟槽等)。敏感区域可以是CMOS检测器中的体积元件，体积元件使得能够将入射光子光学转换为电流，给定施加到器件的足够的电压偏置。在APD/SPAD的情况下，敏感区域将是电场的组合，该电场将由光子吸收产生的电子拉向倍增区域，在该倍增区域中光子诱导的电子被放大，从而产生倍增电子的击穿雪崩。

前侧照明检测器(例如，如图4所示)的输入光学端口与位于半导体(硅)顶部的金属层位于同一侧。需要金属层来实现每个单独的光电探测器元件(例如阳极和阴极)与各种元件的电连接，例如：偏置电压、猝灭/镇流器元件和公共阵列中的其他光电探测器。光子通过其照射到探测器敏感区域上的光学端口由穿过金属层的通道组成。应当注意的是，来自一些方向的光通过该通道可能被一个或多个金属层(例如，金属层ML6，如图4中最左侧的检测器元件402所示)阻挡。这种阻挡降低了检测器的总光学光吸收效率。

图5示出了根据本公开主题的示例的三个检测元件402，每个检测元件具有相关联的透镜422。图5的三个检测元件中的每一个，表示为402(1)、402(2)和402(3)，示出了可以与传感器116的检测元件402中的一个或多个相关联地实施的透镜配置。应当注意的是，也可以实施这些透镜配置的组合。

在关于检测元件402(1)所示的透镜配置中，相关联的透镜422的焦点可以位于半导体表面上方。可选地，检测元件的不同金属层中的开口可以具有与由相关联的透镜422产生的聚焦光的锥对准的不同尺寸。这样的结构可以提高阵列400作为整个装置的信噪比和分辨率。大的金属层对于电力输送和接地屏蔽可能是重要的。这种方法可能是有用的，例如，对于具有窄视场的单静态LIDAR设计，其中入射光束由平行光线组成，并且成像焦点对检测到的信号没有任何影响。

在关于检测元件402(2)示出的透镜配置中，可以通过识别最佳点来提高由检测元件402进行的光子检测的效率。具体地，在CMOS中实现的光电检测器可以在敏感体积区域中具有最佳点，其中光子产生雪崩效应的概率最高。因此，如检测元件402(2)所示，透镜422的焦点可位于敏感体积区域内的最佳点位置处。透镜形状和离焦点的距离可以考虑激光束从透镜到埋在半导体材料中的敏感最佳点位置的路径上所有元件的折射率。

在关于图5右侧的检测元件所示的透镜配置中，可以使用漫射器和反射元件来提高半导体材料中光子吸收的效率。具体来说，近红外波长需要硅材料的明显长的路径，以便实现吸收穿过的光子的高概率。在典型的透镜配置中，光子可能穿过敏感区域，并且可能不会被吸收到可检测的电子中。对于用典型铸造工艺制造的CMOS器件，提高光子产生电子的概率的长吸收路径使得敏感区域的尺寸朝向不太实用的尺寸(例如几十微米)。图5中最右边的探测器元件展示了一种处理入射光子的技术。相关联的透镜422将入射光聚焦到漫射元件424上。在一个实施例中，光传感器116还可以包括位于远离至少一些检测器的外表面的间隙中的漫射器。例如，漫射器424可以将光束转向侧面(例如，尽可能垂直)朝向敏感区域和反射光学沟槽426。漫射器位于焦点处、焦点上方或焦点下方。在该实施例中，入射光可以聚焦在漫射元件所在的特定位置上。可选地，检测器元件422被设计成在光学上避开光子感应电子可能丢失并降低有效检测效率的非活性区域。反射光学沟槽426(或其他形式的光学反射结构)导致光子在敏感区域上来回反弹，从而增加检测的可能性。理想情况下，光子将被无限期地捕获在由敏感区域和反射沟槽组成的空腔中，直到光子被吸收并产生电子/空穴对。

根据本公开，为要被吸收的照射光子创建了长路径，并且有助于更高的检测概率。光学沟槽还可以实现在检测元件422中，用于减少在雪崩期间产生的寄生光子的串扰效应，该串扰效应可能泄漏到其他检测器并导致错误的检测事件。根据一些实施例，光电检测器阵列可以被优化，使得利用更高的接收信号产量，这意味着接收到尽可能多的接收信号，而由于信号的内部退化而丢失更少的信号。可以通过以下方式改进光电检测器阵列：(a)在半导体表面上方的位置移动焦点，可选地通过适当地设计衬底上方的金属层；(b)通过将焦点转向衬底的最响应/最敏感区域(或“最佳点”)以及(c)在衬底上方添加漫射器以将信号转向“最佳点”和/或向沟槽添加反射材料以使得偏转的信号反射回“最佳点”。

虽然在一些透镜配置中，透镜422可以被定位成使得其焦点在对应的检测元件402的中心之上，但是要注意的是，这不一定如此。在其他透镜配置中，透镜422的焦点相对于对应检测元件402的中心的位置基于相应检测元件402与检测阵列400的中心的距离而偏移。这在相对较大的检测阵列400中可能是有用的，其中远离中心的检测器元件以越来越偏离轴的角度接收光。移动焦点的位置(例如，朝向检测阵列400的中心)允许对入射角进行校正。具体地，移动焦点的位置(例如，朝向检测阵列400的中心)允许在对所有检测元件使用基本相同的透镜422的同时校正入射角，所述所有检测元件相对于检测器的表面以相同的角度定位。

当使用仅覆盖视场的一小部分的相对较小的传感器116时，将透镜阵列422添加到检测元件阵列402可能是有用的，因为在这种情况下，来自场景的反射信号从基本上相同的角度到达检测器阵列400，因此，容易将所有光聚焦到单个检测器上。还应当注意的是，在一个实施例中，透镜422可以在LIDAR系统100中使用，以牺牲空间独特性为代价，有利于增加整个阵列400的整体检测概率(防止光子在检测器/子检测器之间的死区中被“浪费”)。该实施例与诸如CMOS RGB相机的现有技术实施方式形成对比，其优先考虑空间独特性(即，在检测元件A的方向上传播的光不允许被透镜导向检测元件B，即，“渗出”到阵列的另一个检测元件)。可选地，传感器116包括透镜阵列422，每个透镜与对应的检测元件402相关，同时透镜422中的至少一个将传播到第一检测元件402的光偏转到第二检测元件402(由此它可以增加整个阵列的整体检测概率)。

具体地，根据本公开的一些实施例，光传感器116可以包括光检测器阵列(例如，检测器阵列400)，每个光检测器(例如，检测器410)配置为当光穿过相应检测器的外表面时引起电流流动。此外，光传感器116可以包括至少一个微透镜，该微透镜配置为将光导向光检测器阵列，所述至少一个微透镜具有焦点。光传感器116还可以包括至少一层导电材料，该导电材料插在至少一个微透镜和光检测器阵列之间，并且在其中具有间隙以允许光从至少一个微透镜通过到阵列，所述至少一层的尺寸被确定为保持至少一个微透镜和阵列之间的空间，以使得焦点(例如，焦点可以是平面)位于间隙中，位于与光检测器阵列的检测表面间隔开的位置。

在相关实施例中，每个检测器可以包括多个单光子雪崩二极管(SPAD)或多个雪崩光电二极管(APD)。导电材料可以是多层金属收缩件，并且至少一层导电材料可以电连接到所述阵列中的检测器。在一个示例中，至少一层导电材料包括多个层。此外，间隙可以成形为从至少一个微透镜向焦点会聚，并且从焦点的区域向阵列发散。在其他实施例中，光传感器116还可以包括邻近每个光检测器的至少一个反射器。在一个实施例中，多个微透镜可以布置在透镜阵列中，并且多个检测器可以布置在检测器阵列中。在另一实施例中，多个微透镜可以包括配置为将光投射到阵列中的多个检测器的单个透镜。

处理单元

图5示出了与至少一个光偏转器114的瞬时位置相关联的视场120的单个部分122在单个帧时间内的发射图案的四个示例。根据本公开的实施例，处理单元108可以控制至少一个光源112和光偏转器114(或者协调至少一个光源112和至少一个光偏转器114的操作)，使得光通量能够在视场120的扫描上变化。根据其他实施例，处理单元108可以仅控制至少一个光源112，并且光偏转器114可以以固定的预定模式移动或枢转。

图5中的图A-D描绘了随时间朝向视场120的单个部分122发射的光的功率。在图A中，处理器118可以控制光源112的操作，使得在视场120的扫描期间，初始光发射被投射向视场120的部分122。当投射单元102包括脉冲光光源时，初始光发射可以包括一个或多个初始脉冲(也称为“导频脉冲”)。处理单元108可以从传感器116接收关于与初始光发射相关联的反射的导频信息。在一个实施例中，导频信息可以表示为基于一个或多个检测器(例如，一个或多个SPAD、一个或多个APD、一个或多个SIPM等)的输出的单个信号或者基于多个检测器的输出的多个信号。在一个示例中，导频信息可以包括模拟和/或数字信息。在另一个示例中，导频信息可以包括单个值和/或多个值(例如，针对段的不同时间和/或部分)。

基于关于与初始光发射相关联的反射的信息，处理单元108可以被配置为确定要向视场120的部分122投射的后续光发射的类型。针对视场120的特定部分的确定的后续光发射可以在相同的扫描周期期间(即，在相同的帧中)或者在后续的扫描周期中(即，在后续的帧中)进行。

在图B中，处理器118可以控制光源112的操作，使得在扫描视场120期间，不同强度的光脉冲被投射到视场120的单个部分122。在一个实施例中，LIDAR系统100可操作以生成一种或多种不同类型的深度图，例如以下类型中的任何一种或多种：点云模型、多边形网格、深度图像(保存图像或2D阵列的每个像素的深度信息)，或场景的任何其他类型的3D模型。深度图序列可以是时间序列，其中在不同的时间生成不同的深度图。与扫描周期相关联的序列的每个深度图(可互换的“帧”)可以在对应的后续帧时间的持续时间内生成。在一个示例中，典型的帧时间可以持续少于一秒。在一些实施例中，LIDAR系统100可以具有固定的帧速率(例如，每秒10帧、每秒25帧、每秒50帧)，或者帧速率可以是动态的。在其他实施例中，不同帧的帧时间在整个序列中可能不相同。例如，LIDAR系统100可以实现每秒10帧的速率，其包括在100毫秒(平均值)内生成第一深度图，在92毫秒内生成第二帧，在142毫秒内生成第三帧，等等。

在图C中，处理器118可以控制光源112的操作，使得在视场120的扫描期间，与不同持续时间相关联的光脉冲被投射到视场120的单个部分122。在一个实施例中，LIDAR系统100可操作以在每个帧中生成不同数量的脉冲。脉冲的数量可以在0到32个脉冲之间变化(例如，1、5、12、28或更多脉冲)，并且可以基于从先前发射导出的信息。光脉冲之间的时间可以取决于期望的检测范围，并且可以在500ns和5000ns之间。在一个示例中，处理单元108可以从传感器116接收关于与每个光脉冲相关联的反射的信息。基于信息(或缺少信息)，处理单元108可以确定是否需要额外的光脉冲。应当注意的是，图A-D中的处理时间和发射时间的持续时间不是按比例的。具体地，处理时间可以明显长于发射时间。在图D中，投射单元102可以包括连续波光源。在一个实施例中，初始发光可以包括发光的时间段，并且后续发光可以是初始发光的延续，或者可以是不连续的。在一个实施例中，连续发射的强度可以随时间变化。

根据本公开的一些实施例，可以针对视场120的每个部分确定发射模式。换句话说，处理器118可以控制光的发射以允许视场120的不同部分的照明的区分。在一个示例中，基于对来自相同扫描周期的反射光的检测(例如，初始发光)，处理器118可以确定视场120的单个部分122的发射图案，这使得LIDAR系统100非常动态。在另一个示例中，基于对来自先前扫描周期的反射光的检测，处理器118可以确定视场120的单个部分122的发射图案。后续发射的图案的差异可能是由确定后续发射的光源参数的不同值引起的，例如以下任何一种。

a.随后发射的总能量。

b.后续发射的能量分布。

c.每帧光脉冲重复次数。

d.光调制特性，例如持续时间、速率、峰值、平均功率和脉冲形状。

e.后续发射的波特性，如偏振、波长等。

根据本公开，后续发射中的差异可以用于不同的用途。在一个示例中，可以限制视场120的一个部分中的发射功率电平，其中安全是考虑因素，同时为视场120的其他部分发射更高的功率电平(从而改善信噪比和检测范围)。这与眼睛安全相关，但也可能与皮肤安全、光学系统安全、敏感材料安全等相关。在另一个示例中，可以将更多的能量导向视场120的其中更有用的部分(例如，感兴趣区域、更远距离的目标、低反射目标等)，同时基于来自同一帧或前一帧的检测结果将照明能量限制到视场120的其他部分。应当注意的是，处理单元108可以在单个扫描帧时间内多次处理来自单个瞬时视场的检测信号；例如，可以在发射每个脉冲之后，或者在发射多个脉冲之后，确定后续发射。

应当注意的是，尽管上面和下面已经关于控制偏转器扫描的控制单元描述了各种公开实施例的示例，但是公开实施例的各种特征不限于这样的系统。相反，用于将光分配到LIDAR FOV的各个部分的技术可以应用于基于光的感测系统类型(LIDAR或其他)，其中可能希望或需要将不同量的光引导到视场的不同部分。在一些情况下，如本文所述，这种光分配技术可以积极地影响检测能力，但是也可以产生其他优点。

还应当注意，本公开和权利要求的各个部分可以涉及各种部件或部件的一部分(例如，光源、传感器、传感器像素、视场部分、视场像素等)使用诸如“第一”、“第二”、“第三”等术语。这些术语仅用于便于描述各种公开的实施例，而不旨在限制或指示与其他实施例中类似命名的元件或部件的任何必要关联。例如，在本公开的一个部分中描述为与一个所述实施例中的“第一传感器”相关联的特征可以与也可以不与本公开的不同部分中描述的不同实施例的“第一传感器”相关联。

应当注意的是，LIDAR系统100或其任何部件可以与下面公开的任何特定实施例和方法一起使用。然而，下面公开的特定实施例和方法不一定限于LIDAR系统100，并且可能在其他系统中或由其他系统实现(例如但不限于其他LIDAR系统、其他电光系统、其他光学系统等——无论哪个是适用的)。此外，虽然系统100是相对于示例性的基于车辆的LIDAR平台描述的，但是系统100、其任何部件以及本文描述的任何过程可以适用于布置在其他平台类型上的LIDAR系统。同样，下面公开的实施例和过程可以在LIDAR系统(或其他系统，例如其他电子光学系统等)上或由LIDAR系统实现，LIDAR系统安装在设置在除车辆之外的平台上的系统上，或者甚至与任何特定平台无关。

光学机械部件的动态对准

在下文中，可能会提到形成光斑阵列的光束阵列。这是反射光的非限制性示例。对形成光斑阵列的光束阵列的任何提及可以在必要时应用于其他形式的反射光——例如形成在感测元件阵列上的单个光束和/或单个光斑。

对术语“一个或多个反射光斑阵列”的任何引用应比照适用于“形成光斑的反射光束阵列”和/或比照适用于“反射光斑”。阵列可以指元件的任何排列——有序的或无序的。

反射光束的焦点可能会照射到光敏区域上。对光敏区域的照射可以在最佳点上的光敏区域的外表面上(参见图4和5中对最佳点的参考)。以下文本中对聚焦条件的任何引用都可能是指照射最佳点的焦点。

术语“失准”指的是照射在一个或多个感测元件上的一个或多个反射光斑的空间偏差。该偏差可以是焦点偏差——例如，一个或多个反射光斑的焦点可以在一个或多个感测元件的一个或多个感测区域之前。偏差可以在一个或多个感测元件的感测区域的平面内——例如——上、下、右、左或其组合。该偏差可以表示与失准的自由反射光斑的位置相关的差异。

术语“动态对准控制器”指的是被配置为检测和/或测量一个或多个失准的控制器。处理器还可以被配置为至少部分地补偿一个或多个失准。

术语“动态”可以意味着对准可以被执行多次和/或对准可以在LIDAR从其制造商装运之后执行——例如在LIDAR的操作期间。

汽车行业要求系统在各种具有挑战性的环境条件下保持极高的稳定性，包括温度、湿度、振动和抗冲击能力。此外，更低成本的解决方案是非常理想的，以保持车辆本身的传感器的总成本。在这些领域中，使用动态对准(DA)机制来补偿降低性能的失准可能是有利的。

本公开涉及动态对准，描述了其在自动驾驶的LIDAR行业中的益处，并描述了其不同的变化和机制。

动态对准是通过给LIDAR系统光路中的元件增加可控自由度，并根据来自系统的一定反馈使用它们来调整这些元件来实现的。不同的机构可以因运动的轴和方向、致动机构、致动元件、传感器和反馈类型、补偿方法(即，迭代与预校准)以及补偿是在线还是离线发生而不同。每个差异的可能变化将在前面描述，每个组合都是合法的，应当独立考虑。

此外，动态校准可以用于在制造过程中扩大元件公差范围，甚至通过降低精度要求来加速过程，因为它们可以在系统整个寿命期间的运行过程中进行动态重新调整。

自动驾驶工业中LIDAR的动态对准

动态对准(DA)机制非常适合自动驾驶的LIDAR行业。具有挑战性的操作条件使系统容易出现可能降低系统性能的失准。在下面描述的某些情况下，性能下降可能是关键。必须避免这种失准，并且在预算和限制范围内，诸如主动冷却、减震和昂贵的产品材料等已知方法并不总是可用的。

由于环境条件会影响光路，因此可以使用动态对准来补偿这些影响。它提供了稳健、主动的机制，涵盖了系统经常遇到的各种错误。

图7展示了LIDAR可以受益于动态对准的场景。补偿机制响应于例如由热膨胀或其它变形或失准元件引起的失准而重新对准系统。

在图7的顶部区域中，光束由激光器产生(701)，从LIDAR引导(702)出来，离开(703)LIDAR(709)，并击中(704)诸如停车标志的物体。反射光束从物体反射(705)，进入(706)LIDAR，在LIDAR内部被引导(707)，并由检测器测量(708)。

图7的中心区域示出了可能(部分或全部)偏离来自检测器的反射光束的失准(也称为TX-RX失准)。

图7的下部区域示出了使用由处理器722控制的补偿元件721来补偿失准。

图8示出了LIDAR的概念架构，并举例说明了可以从动态对准中受益的部件。激光器731发射发射光束738。发射的光束738从具有可控倾斜角(742)的反射镜732反射(739)，反射的光束透过分束器733并照射到物体上。反射光束(来自物体)739照射在分束器733上并被引导到检测器734。

激光器731可以以两个自由度(741)移动(调整其位置)。反射镜732具有可控的倾斜角(742)。分束器具有可控的(743)倾斜角。检测器734可以以两个自由度(744)移动。

可以提供任何其他自由度和/或运动类型。

图9示出了LIDAR中的各种失准(表示为751、752、753和754)及其对信号检测的影响。反射光束光斑表示为761，检测器的感测区域表示为762。这些失准中的每一个都可以通过动态对准校正来减少。光束光斑是由光束照射感测区域时形成的形状。

光学机械部件的机械对准可以通过基本地移动(平移或旋转)系统中的任何光学机械部件来实现，其中精确部件和自由度的选择取决于补偿失准的灵敏度分析。例如，可以通过移动传感器、倾斜折叠反射镜、移动或倾斜透镜、相对于激光源移动准直器、动态控制MEMS反射镜等来获得对准。

动态对准变化

运动轴

光路中参与发射光束的转向和对准的光学元件和其他部件可以预先安装在可控致动器上，该致动器可以在检测到退化的情况下重新调整它们的位置。不同的元件可以致动不同的运动类型，并且这种致动器可以引入运动类型的各种组合。

图14示出了可以应用的运动类型的示例，例如，用于补偿光学单元失准，补偿可以由补偿单元执行。

a.离面线性运动-1轴(790)-在平行于元件的平面的法线轴上的线性运动。

b.面内线性运动-2轴(791)-在平行于元件的平面的两个主轴上的线性运动。

c.所有线性运动-3轴(792)-在平行于元件的平面的两个主轴上的直线运动，在平行于元件的平面的法线轴上的线性运动

围绕平行于元件的平面的法线轴的旋转运动

d.面内旋转运动-1轴(793)

e.离面旋转运动-2轴(794)：围绕平行于元件的平面的两个主轴的轴线的旋转运动。

f.所有旋转运动-3轴(795)：围绕平行于元件的平面的两个主轴的轴线的旋转运动，围绕平行于元件的平面的法线轴的旋转运动。

g.所有面内线性和旋转运动-3轴(796)：平行于元件的平面的两个主轴上的线性运动，以及围绕平行于元件的平面的法线轴的旋转运动。

h.所有旋转和面内线性运动-5轴(797)：平行于元件的平面的两个主轴上的线性运动，围绕平行于元件的平面的两个主轴的轴线的旋转运动，围绕平行于元件的平面的法线轴的旋转运动。

i.所有线性和所有旋转运动-6轴(798)。平行于元件的平面的两个主轴上的线性运动，平行于元件的平面的法线轴上的线性运动，围绕平行于元件的平面的两个主轴的轴线的旋转运动，以及围绕平行于元件的平面的法线轴的旋转运动。

根据图14的一个或多个运动类型，LIDAR的光学单元的至少一个、一些或所有部件可以是可移动的。

致动机构——操纵器和/或补偿单元部件的示例。在光学单元对准退化的情况下，光学元件的致动可以以各种方式实现。光路上的元件放置在可致动平台上，该可致动平台可以由控制元件电致动。不同的致动机构在运动类型、行程长度、速度、分辨率、精度、功耗、尺寸和成本方面会有所不同。一些致动形式概述如下：

MEMS致动。微机电系统致动器是将电信号转化为运动的微米级系统。有许多类型的MEMS致动机构适用于广泛的运动频率范围。基于MEMS的致动器体积小、可靠，通常被认为是固态机构，可以很好地集成在汽车传感器中。

音圈磁铁(VCM)。音圈磁体是一种磁致动，通过静态磁体和浮动磁体之间或者两个浮动磁体之间的吸引力和斥力来实现。所涉及的磁体中的至少一个可以通过用电流增加或减少其磁场的大小来进行外部控制。如果精心设计，这种机构能够实现精确的运动。VCM可以是小尺寸的，并且它们可以集成在中等尺寸的光学系统中，例如商用和智能手机相机。

被动温度扩展平台(PTEP)。

运行期间失准的原因之一是衬底材料的温度变形。使用具有所需温度膨胀特性的另一种材料可以在没有主动干预的情况下恢复变形。通过对系统材料和结构的精心设计，对温度变化的两种相反响应可以相互抵消，从而显著降低由热变形引起的失准程度。

主动温度扩展平台(ATEP)。

以类似的方式，材料的热膨胀特性可以用于主动补偿，主要用于低运动频率。通过主动加热或冷却所涉及的衬底，可以实现缓慢产生的变形的半静态补偿。这些变形可能是也可能不一定是热变形的结果。

材料折射率的主动控制。光路的方向可以通过温度或通过在折射率对参数(例如温度、电压、电流)敏感的液晶或其他材料上感应的电压来控制。

致动元件。

实现光路中元件的受控致动能够实现发射照明的精确转向。在环境引起变形的情况下，转向可以用于补偿失准。可使用下列任一项：

致动折叠(平面)镜和棱镜。

应用于平面镜的旋转致动能够控制激光束的角度转向。反射镜767以角度α倾斜将使光束以角度2α转向。(如图10所示——图10的顶部示出了对准的反射镜，而图10的下部示出了倾斜的反射镜)。入射光束用768表示，反射光束用769表示。

致动透镜、曲面镜、准直仪。

施加到横向平面中的透镜770和曲面镜的平移线性致动使得能够控制激光束的角度转向。例如，在近轴近似下，通过将透镜移动等于焦距的1.75％的距离，可以实现1°的转向。(如图11所示)。

致动激光源平台。当在传输通道中发生变形并导致光束指向误差时，可以通过致动激光平台本身来实现校正，或者通过角偏移或者通过弯曲元件之前的线性偏移来实现。

致动光电探测器平台。当在接收通道(RX)中发生变形并使光斑的轨迹偏离光电探测器时，可以通过平面内线性和角度致动致动光电探测器平台来实现校正。另外，可以通过致动剩余的线性轴和旋转轴来校正光束散焦。此外，通过在对准过程本身期间利用这些自由度，可以提高瞄准精度，从而节省生产线中的时间和公差要求。

反馈传感器。动态对准应当由一些环境条件或系统状态触发。通过跟踪这些条件，可以检测所需的补偿，并且可以在开环或闭环中致动致动器，直到实现所需的补偿。可以使用多种传感器，每种组合都有其优点。

温度计——温度感测。温度传感器通常是能够跟踪温度状态的廉价、方便和可靠的传感器。由于温度对材料的膨胀和压缩有直接影响，指向误差通常是由温度变化引起的。温度和膨胀之间的这种关系可以被校准和颠倒。例如，可以为补偿尺寸与温度偏移的关系生成查找表。温度计是DA机构的有效反馈传感器。

加速度计和陀螺仪——振动感测。加速度计和陀螺仪等振动传感器可以用于估计较高频率的快速动态误差。驾驶汽车会使系统暴露在宽带振动中，这会产生瞬间模糊和塑性变形。

光学图像稳定器(OIS)是一种动态对准机构，它直接响应振动，通过更快的致动来补偿瞬时模糊。然而，由于振动引起的塑性变形可以被预先校准，产生补偿尺寸相对于振动曲线随时间变化的查找表。因此，监测振动曲线可以实现振动消除。由于这些原因，加速度计和陀螺仪等振动传感器可以作为DA机构的反馈传感器操作。

应变计和其他应变仪——直接变形感测。应变计通常是廉价、方便和可靠的传感器，能够直接测量系统的变形。暂时或永久变形会导致指向误差，这些误差可以预先校准。对这些变形的直接监测可以估计反转它们的影响所需的补偿的大小，并且应变计，例如，可以用作DA机构的反馈传感器。

光电探测器功率计——间接变形感测。由于变形对光束操纵的影响是我们希望解决的，变形本身的状态可以使用光学系统来测量。通过使用相同的光路，或者通过使用复制通道，可以估计变形量。光电探测器功率计可以用于在变形发生时检测变形，并用作迭代反馈传感器来检测变形何时解决。

信号跟踪和分析——退化感测。在某些情况下，可以在没有额外传感器的情况下仅依靠LIDAR系统的内置传感器应用动态对准。可以通过监测系统信号来检测退化的性能，其中对准标准是信号本身的优化。迭代反馈算法可以使用闭环形式在对准误差的识别和校正的对准点之间连接。因此，LIDAR系统信号的跟踪本身可以作为DA机构的反馈传感器操作。

补偿方法。

一旦检测到需要补偿，系统就启动补偿致动过程，目标是某个停止条件。这种停止条件可以是开环或闭环，前者基于查找表(LUT，校准)，后者基于迭代算法。两者的任意组合也可以用来提高效率、准确性和可靠性。

查找表(LUT)。基于校准的补偿。补偿查找表(LUT)是响应于感测到的失准所需的所需机械和/或热调节的校准映射。这对于与致动无关的缓慢变化的参数(如温度)最有用。对于给定的温度，变形量可以预先校准，并在运行时反转。(如图12所示——反馈传感器781、控制器782、查找表783和致动器784)。

应当注意的是，LUT可以被其他映射过程所取代。例如，可以应用基于规则的决策，和/或可以使用一个或多个公式的计算，和/或通过应用机器学习过程和/或通过使用一个或多个神经网络。闭环迭代补偿。迭代补偿包括具有较小步长停止条件的收敛算法和闭环反馈算法。在每次迭代之后，反馈传感器781的响应被分析(由使用查找表783的控制器782)以预测下一步骤，直到满足停止条件。致动器784的状态由反馈传感器感测。反馈传感器可以与本申请中描述的任何传感器结合使用。这种机制更加可靠，因为它允许在运行时感测系统的状态，并且它也适用于更快变化的参数(如图13所示)。

离线与在线补偿。

不同类型的补偿和校正可以在系统寿命期间的不同时间启动，这取决于校正响应是由于静态还是动态退化。我们定义了三种不同类型的补偿时间：生产期间、启动期间和运行期间。

离线补偿——例如开环补偿，离线补偿可以在生产线上进行。第一个可能的补偿时间是在生产线的校准和调整过程中。在一些情况下，DA机构可以增强对准能力，增加定位分辨率，或者简单地提供一个或多个自由度的运动的微调。在这种情况下，DA机构在对准过程本身期间被致动，并在减少时间和成本并提高性能的同时加强该过程。

DA的这种利用适用于非常低频率的变形，例如偏离最优性的固定偏移。

离线补偿——在系统启动期间。可以在系统启动期间对系统进行补偿。系统启动通常发生在安全、稳定的位置，那里有足够的时间启动。生产中不存在但后来发生的变形可以在启动时处理。DA的这种利用非常适合于低到中频的变形，例如温度和老化变形。

在线补偿——在系统运行期间。这可以是闭环补偿。

系统可以在此期间得到补偿。由于各种参数，系统性能在运行期间可能会下降。为了恢复最佳性能，同时避免为安全重启而停止，系统应当支持足够快的补偿机制。

DA的这种利用非常适合于中频率和更高频率的变形，包括运行过程中的累积温度变化，以及在抑制冲击和振动的同时稳定视频信号。

图15A示出了感测元件的阵列800。该阵列包括八组感测元件810、820、830、840、850、860、870和880。每个组包括组810的两个感测元件(811，812)、组820的两个感测元件(821，822)、组830的两个感测元件(831，832)、组840的两个感测元件(841，842)、组850的两个感测元件(851，852)、组860的两个感测元件(861，862)、组870的两个感测元件(871，872)和组880的两个感测元件(881，882)。感测元件可以是单件感测阵列的一部分。

组的数量可以小于八个，也可以超过八个。每组感测元件的数量可以是一个、可以是两个或可以超过两个。一个或多个组中的感测元件的数目可以不同于一个以上其它组中的感测元件的数目。感测元件可以以无序方式等布置成2D阵列、3D阵列。

图15B示出了感测元件的阵列801。该阵列包括八组感测元件810、820、830、840、850、860、870和880。每个组包括三个感测元件——例如第一组810的感测元件(811，812，813)、第二组820的感测元件(821，822，823)、第三组830的感测元件(831，832，833)、第四组840的感测元件(841，842，843)、第五组850的感测元件(851，852，853)、第六组860的感测元件(861，862，863)、第七组870的感测元件(871，872，873)和第八组880的感测元件(881，882，883)。每组元件的数量可以超过三个。

图15C示出了感测元件的阵列802，其中感测元件组通过光非活性区域802彼此间隔开。应当注意的是，组之间的感测元件可以被激活。

图15D示出了感测元件的阵列800和形成对准(即，没有失准)的光斑的反射光束阵列的示例。

第一光斑901、第二光斑902、第三光斑903、第四光斑904、第五光斑905、第六光斑906、第七光斑907和第八光斑908的整体分别落在第一组810、第二组820、第三组830、第四组840、第五组805、第六组806、第七组807和第八组808上。

在图15D中，每个光斑的中心位于每个对应组的中心，每个光斑的直径等于每个组的高度。

应当注意的是，光斑的直径可能不同于每组的高度，例如，它可能小于每组的高度。

一个或多个光斑也可能偏离到每个组中心的左侧或右侧——并且这种偏离(至少在一定程度上)可能是可容忍的——并且可能仍然相当于期望的图案。

图15E示出了感测元件的阵列800和反射光束的阵列的示例，所述反射光束阵列形成失准的光斑，并表现出均匀的散焦。当光束阵列的焦点位于感测元件的平面800’之外并且在平行于感测元件的平面800’的平面921之内时，出现均匀散焦条件。焦点可以在平面800’之前(见箭头932)或者可以在平面800’之后(见箭头931)。

当发生均匀散焦时——反射光束(901-908)照射在感测元件的组(810、820、830、840、850、860、870和880)上，形成直径超过组的高度的光斑——并且每个光斑只有一部分照射在组上。

这将降低照射在图15E的感测元件对上的光的强度。当反射光光斑的中心与组的中心对齐时，由每个组的感测元件生成的检测信号的值形成对称的图案。例如，感测元件811的检测信号应当基本上等于感测元件812的检测信号。

图15F示出了感测元件阵列800和反射光束阵列的示例，所述反射光束阵列形成失准的光斑，该光斑比预期的低(见箭头933)。

图15G示出了感测元件阵列800和反射光束阵列的示例，所述反射光束阵列形成失准的光斑，该光斑比预期的高(见箭头933)。

图15H示出了感测元件阵列800和反射光束阵列的示例，所述反射光束阵列形成呈现焦点差异条件的光斑——一个反射光束的焦点与平面800’的距离不同于另一个反射光束的焦点与平面800’的距离。

尽管图15H示出了落在平面800’上的一个焦点——应当注意的是，在焦点差异条件下，可能有零个或两个聚焦的光斑——它们的焦点在平面800’内。

图15H示出了可能导致焦点差异条件的原因的两个示例——平面800’(见箭头935)的倾斜(俯仰角)和倾斜的反射光线。另一个原因可能是光源阵列中的曲率。

图15I示出了间距误差的示例——相邻光斑的中心之间的距离(光斑间距927)不同于相邻感测元件组的中心之间的距离(像素组间距805)。

图15J示出了感测元件的阵列800和形成光斑的反射光束阵列的示例，光斑提供了相对于阵列倾斜(滚动角)的光斑阵列。

图15K示出了引入光学单元的一个或多个部件的受控移动的示例——例如向右移动感测元件的阵列800。阵列800可以向左移动。受控的移动可以由反射光束向左或向右的偏转来代替或附加。

受控的移动有助于寻找光斑沿横向轴(例如沿x轴)的偏差——例如用于检测滚动角度旋转或仅仅是y轴失准。

可以应用补偿单元可以执行的任何移动来检测一个或多个光学单元失准。

图15L示出了感测元件的阵列800和形成光斑的反射光束阵列的示例，所述光斑提供散焦并且也高于预期(y轴误差)的光斑阵列。应当注意的是，可以提供任何失准的组合，并且可以对其进行补偿。

虽然前面的图涉及圆形光斑，一旦聚焦，其直径等于一组感测元件的高度，但这些仅仅是关于光斑的非限制性假设。

相对于一组感测元件，光斑可以具有任何形状和/或可以具有任何尺寸。图15M示出了具有椭圆形形状或具有多边形形状(例如具有正方形形状)的光斑901’和901”的示例，具有超过一组感测元件的一个维度(例如高度)的维度(例如高度)的光斑等。

图16A、16B、16C和16D是LIDAR系统的光学单元990的示例。

在图16A-16D中的每一个中，光学单元被示出为包括光源991、第一偏转器992、分束器993、物镜995、第二偏转器996、窗口994和感测单元997。图16A-16C还示出了从光学单元990发射的光束的光斑阵列961，并且还示出了指向感测单元997的反射光束的光斑阵列。

应当注意的是，光学单元可以包括多于两个偏转器，光源991可以包括一个或多个光源，例如激光器和一个或多个透镜，并且偏转器可以是静态的和/或可以旋转，以便将光束偏转到FOV以扫描FOV。

在图16A中，光源991的位置和/或取向可以由光源操纵器971设置，第一偏转器992的位置和/或取向可以由第一偏转器操纵器972设置，分束器993的位置和/或取向可以由分束器操纵器973设置，物镜995的位置和/或取向可以由物镜操纵器975设置，第二偏转器996的位置和/或取向可以由第二偏转器操纵器976设置，并且感测单元997的位置和/或取向可以由感测单元操纵器977设置。

在图16B中，光源991的温度可以由光源温度控制元件961设置，第一偏转器992的温度可以由第一偏转器温度控制元件962设置，分束器993的温度可以由分束器温度控制元件963设置，物镜995的温度可以由物镜温度控制元件965设置，第二偏转器996的温度可以由第二偏转器温度控制元件966设置，感测单元997的温度可以由感测单元温度控制元件967设置。

图16C示出了图16A的操纵器961-967和图16B的温度控制元件961-967的组合。图16C还示出了一个或多个温度传感器980，其可以被配置为感测光学单元的一个或多个部件的温度。

图16D示出了图16B的温度控制元件961-967和温度传感器981-987的组合，温度传感器981-987被配置为分别感测光源991、第一偏转器992、分束器993、物镜995、第二偏转器996和感测单元997的温度。

应当注意的是，可以提供操纵器和温度控制元件的任何组合。例如，仅一个或一些光学部件可以具有操纵器和温度控制元件，光学部件可以仅具有操纵器和温度元件中的一个，或者光学部件可以没有操纵器和温度控制元件。

图16E示出了各种操纵器的示例，这些操纵器可以紧固到一个或多个被操纵的部件上，以便获得不同的自由度。例如，感测单元997可以使用多个操纵元件机械地联接到光学单元的另一部分，多个操纵元件可以执行任何操作，例如使用操纵元件977(1)-977(4)的倾斜操作，或者通过操纵元件977(5)-977(8)的绕轴旋转。

在一些实施例中，分束器可以被配置为发射多个激光束中的每一个，并且重定向从LIDAR系统的视场接收的多个反射光束。

图17A示出了包括分束器1110的示例性LIDAR系统100。如图17A所示，LIDAR系统100可以包括被配置为发射一束或多束激光的单件激光器阵列950(例如1102、1104、1106、1108)。在光束1102、1104、1106和/或1108入射到分束器1110上之前，一个或多个激光束可以由一个或多个准直器1112准直。分束器1110可以允许激光束1102、1104、1106和/或1108穿过并入射到偏转器1121、1123上，偏转器1121、1123可以被配置为将激光束1102、1104、1106和/或1108导向FOV 1170。尽管在图17A中仅示出了两个偏转器1121、1123，但是可以预期，LIDAR系统100可以包括两个以上的偏转器1121、1123，偏转器被配置为将光束1102、1104、1106和/或1108中的一个或多个导向FOV 1170。

FOV 170中的一个或多个物体可以反射光束1102、1104、1106和/或1108中的一个或多个。如图17A所示，反射光束可以表示为激光束1152、1154、1156和/或1158。尽管反射的激光束1152、1154、1156和/或1158在图17A中被示出为直接入射到分束器1110上，但是预期光束1152、1154、1156和/或1158中的一些或全部可以被偏转器1121、1123和/或另一偏转器导向分束器1110。当光束1152、1154、1156和/或1158到达分束器1110时，分束器1110可以配置为经由透镜1122将从FOV 1170接收的反射光束1152、1154、1156和/或1158导向检测器1130。尽管图17A示出了由单件激光器阵列950发射的四个光束，但是可以预期单件激光器阵列950可以发射任何数量的光束(例如，小于或大于四个)。

在一些实施例中，分束器被配置为重定向多个激光束中的每一个，并通过从LIDAR系统的视场接收的多个反射光束。作为示例，图17B示出了示例性LIDAR系统100，其可以包括单件激光器阵列950、准直器1112、分束器1110、偏转器1121、1123、透镜和/或光学滤波器1122以及检测器1130。单件激光器阵列950可以发射一个或多个激光束1102、1104、1106和/或1108，该激光束1102、1104、1106和/或1108在入射到分束器1110上之前可以被一个或多个准直器1112准直。

分束器1110可以被配置为将一个或多个激光束1102、1104、1106和/或1108导向偏转器1121、1123，偏转器1121、1123又可以被配置为将一个或多个激光束1102、1104、1106和/或1108导向FOV 1170。FOV 1170中的一个或多个物体可以反射激光束1102、1104、1106和/或1108中的一个或多个。反射的激光束1152、1154、1156和/或1158可以由偏转器1121、1123引导以入射到分束器1110上。还可以设想的是，反射激光束1152、1154、1156和/或1158中的一些或全部可以到达分束器1110，而不被偏转器1121、1123导向分束器1110。

如图17B所示，分束器1110可以被配置为允许反射的激光束1152、1154、1156和/或1158穿过分束器1110朝向检测器1130。一个或多个透镜和/或光滤波器1122可以接收反射的激光束1152、1154、1156和/或1158，并将这些光束导向检测器1130。尽管图17B示出了单件激光器阵列950允许的四个光束，但是可以预期单件激光器阵列950可以发射任何数量的光束(例如，小于或大于四个)。

图18是具有动态对准能力的LIDAR2000的示例，LIDAR2000可以包括光学单元2002，其可以包括感测单元2003和补偿单元2003。

LIDAR2000可以包括处理器2004。处理器2004可以属于光学单元，也可以不属于光学单元。光学单元可以包括可能失准的一个或多个部件。这种部件的示例可以包括感测单元、投射单元或扫描单元的任何部件。

LIDAR可以包括投射单元2008，投射单元2008可以被配置为向一个或多个场景发射发射光斑的一个或多个阵列。反射光斑的一个或多个阵列从一个或多个场景内的一个或多个物体反射。投射单元可以包括投射单元和扫描单元。扫描单元或扫描单元的至少一个部件可以在投射单元和包括感测单元的接收器之间共享。LIDAR还可以被配置为发射不同于一个或多个发射光斑的光和/或被配置为接收不同于在感测单元上形成光斑阵列的反射光束阵列的反射光。

处理器2004可以被配置为控制补偿单元2006。替代地，处理器可以不被配置为控制补偿单元。

感测单元2003可以包括感测阵列，感测阵列可以包括被配置为感测在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列的感测元件组的感测区域上的反射光斑的一个或多个阵列的感测元件组。

感测单元可以被配置为由感测阵列的感测元件生成检测信号。

处理器2004可以被配置为基于至少一些检测信号来确定与LIDAR的光学单元相关的一个或多个光学单元失准。

处理器可以通过生成不同于场景特定元数据的通用检测元数据来确定一个或多个光学单元失准。尽管场景特定元数据可以提供关于特定场景的信息——通用(generalized)检测元数据不限于特定场景的细节，并且可以提供关于可以影响检测信号的“偏差”或平均值的光学单元失准的信息——因为光学单元失准可以影响检测信号而与特定场景无关。通用检测元数据可以是与物体无关的。

通用元数据与在一个或多个感测周期期间生成的检测信号相关。

照射在感测元件上的反射光束的强度可以取决于发射光束的强度、LIDAR和反射光束的物体之间的距离、反射发射光束的物体区域的反射率以及光学单元的一个或多个失准。根据飞行时间可以知道到物体的距离。投射光束的强度是已知的。如果获得并处理了足够多的检测信号(例如平均)，则可以忽略反射发射光束的区域的反射率。因此，当获得足够的检测信号时，可以计算光学单元的一个或多个失准。

可以确定“足够的检测信号”的数量，以在精度和确定光学单元的一个或多个失准所需的资源和/或确定光学单元的一个或多个失准所需的时间之间提供折衷。足够的检测信号的非限制性示例可以是在几十帧(例如四十帧)期间获取的检测信号、几百、一千、一万、十万、百万或更多的检测信号。

应当注意的是，可以基于由同一组感测元件的感测元件感测到的检测信号之间的差异来检测的光学单元的一些失准，可以比可以至少部分地基于由整组检测到的检测信号来确定的光学单元的其他失准需要更少的检测信号。前者可以包括光斑阵列的垂直偏移，而后者可以包括均匀散焦条件。

感测周期可以持续一秒或多秒、一分钟或多分钟、一小时或多小时、一天或多天等。

补偿单元966可以被配置为补偿一个或多个光学单元的失准。补偿可以包括部分补偿或完全补偿。补偿单元可以不同于处理器，或者可以至少部分地由处理器实现。

所述一个或多个光学失准可以包括感测阵列的失准。

感测元件可以是光敏区域。不同组的感测元件可以由一个或多个光非活性区域隔开。感测元件可以是光敏有源区的单件阵列的一部分。一组感测元件中的感测元件可以被配置为仅感测反射光斑的一部分。一组感测元件可以被配置为仅感测(假设系统被对准)单个光斑、仅感测单个光斑的预定义部分(例如70％、80％、90％或任何其他预定义部分)，或者可以被配置为感测多于单个光斑。

处理器可以被配置为在确定期间执行以下至少一项：

a.搜索至少一个局部失准，其中局部失准可以与一组感测元件相关。

b.基于两个或多个局部失准来确定。

c.在两个或多个局部失准之间进行比较。

d.基于两个或更多个局部失准来寻找均匀散焦条件。

e.寻找均匀散焦条件可以包括确定(a)每组感测元件感测到小于单个反射光斑的预定义部分，(b)不同组感测元件感测到反射光斑的相同部分，以及(c)对于每组感测元件，该组感测元件的不同感测的检测信号的值形成对称图案。当每组感测元件被配置为感测单个反射光斑时，这一寻找可能发生。

f.基于两个或更多个局部失准来寻找焦点差异条件。

g.感测单个反射光斑。在这种情况下，差分聚焦条件的寻找可以包括寻找(a)每组感测元件感测到小于单个反射光斑的预定义部分，(b)至少两组感测元件感测到反射光斑的不同部分，以及(c)对于每组感测元件，该组感测元件的不同感测的检测信号的值形成对称图案。当每组感测元件被配置为感测单个反射光斑时，这一寻找可能发生。

h.基于两个或更多个局部失准来寻找位移条件。

i.基于所述两个或更多个局部失准来寻找间距误差。当相邻组感测元件的中心可以间隔开组间距离时，可以执行间距失准的寻找，组间距离等于在没有失准时获得的反射光斑阵列的间距。

j.比较由一组感测元件中的至少两个不同感测元件生成的检测信号。

k.在一个或多个感测周期期间设置光学单元的至少一个部件的温度。

l.在一个或多个感测周期期间设置光学单元的至少一个部件的位置和/或取向。

m.生成不同于场景特定元数据的通用检测元数据。

n.参与补偿。例如控制补偿，发送曾经应用的命令将导致补偿。

o.应用一个或多个信号处理操作进行补偿。例如，增强检测信号、增加检测信号的SNR、或者放大检测信号。

补偿单元可以被配置为执行以下至少一项：

a.减少由该组的至少两个不同感测元件生成的检测信号之间的差异。

b.设置光学单元的至少一个元件的温度。所述至少一个元件可以包括感测元件阵列，或者可以不包括感测元件阵列。

c.改变光学单元的至少一个光学元件的位置和/或取向。所述至少一个元件可以包括感测元件阵列，或者可以不包括感测元件阵列。

d.应用一个或多个信号处理操作进行补偿。

LIDAR可以被配置为引入光学单元的一个或多个部件的受控移动。受控移动可以由补偿单元或者可以用于补偿和测量或仅用于测量的机械单元执行。

LIDAR可以被配置为控制光学单元的至少一个部件的温度。

所述一个或多个光学单元失准可以包括与温度相关的光学单元失准。

图19A示出了方法1700的示例，用于LIDAR光学单元的动态对准。

方法1700可以从步骤1710开始感测反射光(例如但不限于一个或多个反射光斑阵列)，该反射光在一个或多个感测周期期间照射在LIDAR的光学单元的感测阵列的感测元件组上。感测可以包括由感测阵列的感测元件生成检测信号。

步骤1710之后可以是步骤1720，步骤1720基于至少一些检测信号来确定与LIDAR的光学单元相关的一个或多个光学单元失准。

所述确定可以包括生成不同于场景特定元数据的通用检测元数据。尽管场景特定元数据可以提供关于特定场景的信息——通用检测元数据不限于特定场景的细节，并且可以提供关于可以影响检测信号的“偏差”或平均值的光学单元失准的信息——因为光学单元失准可以影响检测信号而与特定场景无关。通用检测元数据可以是与物体无关的。

通用元数据与在一个或多个感测周期期间生成的检测信号相关。

照射在感测元件上的反射光束的强度可以取决于发射光束的强度、LIDAR和反射光束的物体之间的距离、反射发射光束的物体区域的反射率以及光学单元的一个或多个失准。根据飞行时间可以知道到物体的距离。发射光束的强度是已知的。如果获得并处理足够多的检测信号(例如平均)，则可以忽略反射发射光束的区域的反射率。因此，当获得足够的检测信号时，可以计算光学单元的一个或多个失准。

可以确定“足够的检测信号”的数量，以在精度和确定光学单元的一个或多个失准所需的资源和/或确定光学单元的一个或多个失准所需的时间之间提供折衷。

足够的检测信号的非限制性示例可以是几百个、一千个、一万个、十万个、百万个或更多的检测信号。

应当注意的是，可以基于由同一组感测元件的感测元件感测到的检测信号之间的差异来检测的光学单元的一些失准，可以比可以至少部分地基于由整组检测到的检测信号来确定的光学单元的其他失准需要更少的检测信号。前者可以包括光斑阵列的垂直偏移，而后者可以包括均匀散焦条件。

感测周期可以持续少于一秒、一秒或多秒、1-3秒、2秒、一分钟或多分钟、一小时或多小时、一天或多天等。

步骤1720之后可以是补偿一个或多个光学单元失准的步骤1730。补偿可以包括部分补偿或完全补偿。

所述一个或多个光学失准可以包括感测阵列的失准。

感测元件可以是光敏区域。不同组的感测元件可以由一个或多个光非活性区域隔开。感测元件可以是光敏有源区的单件阵列的一部分。一组感测元件中的感测元件可以被配置为仅感测反射光斑的一部分。

步骤1710之前可以有向一个或多个场景发射发射光的步骤1705，所述发射光例如但不限于一个或多个发射光斑阵列。反射光斑的一个或多个阵列可以从一个或多个场景内的一个或多个物体反射。

确定的步骤1720可以包括以下中的至少一个：

a.搜索至少一个局部失准，其中局部失准可以与一组感测元件相关。局部失准是可以与一个或多个感测元件而不是感测单元的全部感测元件相关的失准。局部失准可能仅与照射感测单元的一个或多个光斑相关。

b.基于两个或多个局部失准来确定。

c.在两个或多个局部失准之间进行比较。

d.基于两个或更多个局部失准来寻找均匀散焦条件。

e.寻找均匀散焦条件可以包括确定(a)每组感测元件感测到小于单个反射光斑的预定义部分，(b)不同组感测元件感测到反射光斑的相同部分，以及(c)对于每组感测元件，该组感测元件的不同感测的检测信号的值形成对称图案。当每组感测元件被配置为感测单个反射光斑时，这一寻找可能发生。

f.基于两个或更多个局部失准来寻找焦点差异条件。

g.感测单个反射光斑；并且其中差分聚焦条件的寻找可以包括寻找(a)每组感测元件感测到小于单个反射光斑的预定义部分，(b)至少两组感测元件感测到反射光斑的不同部分，以及(c)对于每组感测元件，该组感测元件的不同感测的检测信号的值形成对称图案。当每组感测元件被配置为感测单个反射光斑时，这一寻找可能发生。

h.基于两个或更多个局部失准来寻找位移条件。

i.基于两个或更多个局部失准来寻找间距误差。当相邻组感测元件的中心可以间隔开组间距离时，可以执行间距失准的寻找，组间距离等于在没有失准时获得的反射光斑阵列的间距。

j.比较由一组感测元件中的至少两个不同感测元件生成的检测信号。

k.在一个或多个感测周期期间设置光学单元的至少一个部件的温度。

l.在述一个或多个感测周期期间设置光学单元的至少一个部件的位置和/或取向。

m.生成不同于场景特定元数据的通用检测元数据。

步骤1730可以包括以下至少一项：

a.减少由该组的至少两个不同感测元件生成的检测信号之间的差异。

b.设置光学单元的至少一个元件的温度。所述至少一个元件可以包括感测元件阵列，或者可以不包括感测元件阵列。

c.改变光学单元的至少一个光学元件的位置和/或取向。所述至少一个元件可以包括感测元件阵列，或者可以不包括感测元件阵列。

下面示出了通用检测元数据值和失准的寻找的一个或多个示例。

假设八组图15E-15H中的每一组的每个感测元件在没有错位的情况下，应当感测具有强度Ise的反射光。

当通用检测元数据指示八组中每组的每个感测元件感测到Q*Ise的强度，而Q小于1时，可以检测到均匀散焦(见图15E)。Q值表示散焦量——Q值越小表示散焦增加。

当每组的上部感测元件感测到强度Rup*Ise，每组的下部感测元件感测到强度Ise，而Rup小于1时，可以检测到位置低于预期的光斑(见图15F)。Rup的值是失准的指示。

当每组的上部感测元件感测到强度Ise，每组的下部感测元件感测到强度Rdown*Ise，而Rdown小于1时，可以检测到高于预期的光斑(见图15G)。Rdown的值是失准的指示。

图19B示出了方法1800的示例，用于LIDAR光学单元的基于温度的动态对准。

方法1800可以从步骤1810开始，步骤1810通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，检测信号可以指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光(例如但不限于一个或多个反射光斑阵列)。

步骤1810之后可以是步骤1820，步骤1820处理检测信号以寻找与温度相关的一个或多个光学单元失准。

与温度相关的一个或多个光学单元失准可以导致一个或多个反射光斑阵列和无失准反射光斑阵列之间的差异。

步骤1820之后可以是步骤1830，步骤1830补偿所述一个或多个光学单元失准。

步骤1820可以包括生成关于检测信号的通用检测元数据；并且其中所述寻找可以基于与场景无关的元数据。

场景相关元数据的生成可以包括对在至少一秒的感测周期期间获得的检测信号进行平均。

步骤1810之前可以有向一个或多个场景发射发射光的步骤1805，所述发射光例如但不限于一个或多个发射光斑阵列。反射光斑的一个或多个阵列可以从一个或多个场景内的一个或多个物体反射。

图19C示出了方法1900的示例，用于LIDAR光学单元的基于退化的动态对准。

方法1900可以从步骤1910开始，步骤1910通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，检测信号可以指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光(例如但不限于一个或多个反射光斑阵列)。

步骤1910之后可以是步骤1920，步骤1920处理检测信号以寻找一个或多个基于退化的光学单元失准。

步骤1920之后可以是步骤1930，补偿所述一个或多个基于退化的光学单元失准。

步骤1920可以包括生成不同于场景特定元数据的通用检测元数据。该寻找可以基于通用检测元数据。

通用检测元数据的生成可以包括对在至少1、2、4、6、8、10、12秒的感测周期期间获得的检测信号进行平均。

步骤1910之前可以有向一个或多个场景发射发射光的步骤1905，所述发射光例如但不限于一个或多个发射光斑阵列。反射光斑的一个或多个阵列可以从一个或多个场景内的一个或多个物体反射。

基于退化的光学单元失准可以在持续时间和/或趋势上不同于基于温度的光学单元失准。例如——当温度满足特定条件时，基于温度的光学单元失准可以持续，并且可以持续一分钟或多分钟、一小时或多小时等。基于退化的光学单元失准可能持续数月或数年。然而，对于另一个示例——基于退化的光学单元失准倾向于随时间恶化，而基于温度的光学单元失准是可逆的。

图19D示出了方法1950的示例，用于LIDAR光学单元的基于退化的动态对准。

方法1950可以从步骤1960开始，步骤1910通过LIDAR的光学单元的感测阵列生成检测信号，检测信号指示在一个或多个感测周期期间照射在感测阵列上的反射光(例如但不限于一个或多个反射光斑阵列)。

步骤1960之后可以是步骤1970，基于检测信号计算关于一个或多个反射光斑阵列和无失准反射光斑阵列之间的差异的与场景无关的元数据。

与场景无关的元数据不提供关于向感测阵列反射光的物体的显式信息，而是提供关于可能影响检测信号的“偏差”或平均值的光学单元失准的信息——因为无论特定场景如何，光学单元失准都可能影响检测信号。

步骤1970之后可以是步骤1980，步骤1980补偿一个或多个光学单元失准，其中所述补偿基于与场景无关的元数据。

步骤1970可以包括平均至少预定数量的检测信号。

步骤1960之前可以有向一个或多个场景发射发射光的步骤1955，所述发射光例如但不限于一个或多个发射光斑阵列。反射光斑的一个或多个阵列可以从一个或多个场景内的一个或多个物体反射。

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