线性模式计算感测LADAR制造技术

在包括反射镜阵列的数字微反射镜设备处接收被脉动以光照至少一个对象并且从至少一个对象反射的激光，每一个反射镜可以选择性地控制成取向为将入射光反射到检测器上或不反射到检测器上。检测器输出代表所感测到的光的量的信号。通过将M个空间图案应用于反射镜并且在跟随来自激光器的脉冲之后的K个时间中的每一个处存储从检测器输出采样的信号值，所收集到的信息可以用于重构K个图像，每一个图像使用所有M个空间图案和对应于K个时间中相应一个所存储的经采样的信号值，其中每一个空间图案与来自激光器的一个脉冲同步。K个图像中的每一个对应于到数字微反射镜设备的不同距离，使得系统可以被采用作为测距仪。

Linear model computation, sensing, LADAR

In the mirror array digital micro mirror device receives light is pulsed to at least one object and from at least one laser reflection object, each mirror can selectively control orientation reflects incident light onto a detector or reflection detector. The detector outputs a signal representing the amount of light sensed. The M signal space patterns used in mirror and at each follow from the laser pulse is stored in the K after a time from the detector output sampling value of the collected information can be used to reconstruct the K images, the signal of each image using all M spatial pattern and corresponding to the K a time in response to a stored sampled value, each spatial pattern and from a laser pulse synchronization. Each of the K images corresponds to a different distance from the digital micromirror device, allowing the system to be used as a rangefinder.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】线性模式计算感测LADAR
本公开一般涉及激光雷达传感器，并且更特别地，涉及改进线性模式激光雷达传感器。
技术介绍
成像激光雷达（LADAR）焦平面传感器具有基于每一个像素下方所要求的大量电路而具有对像素大小和格式（像素的总数目）的限制。这对于线性模式阵列和Geiger模式阵列二者都是真实的。此外，线性模式LADAR焦平面阵列受限于首个脉冲或最后脉冲逻辑，而同时要求许多脉冲以发展用于Geiger模式（GM）阵列的检测统计。因此在本领域中存在对于具有全时间带宽的非常高空间分辨率、大格式成像LADAR的需要，该成像LADAR优选地包括针对被遮挡目标和/或电波穿透树叶的能力（FOPEN）应用的全脉冲返回采样。该LADAR能力由本公开通过使用单像素相机范式来使得能够实现。
技术实现思路
激光从激光器被脉动以光照至少一个对象，并且从至少一个对象反射的激光在包括反射镜的阵列的数字微反射镜设备处被接收，每一个反射镜可以被选择性地控制以取向在第一方向和第二方向中的一个上。检测器输出代表入射在检测器上的光的量的信号，所述检测器定位成使得数字微反射镜设备内取向在第一方向上的反射镜将入射光反射到检测器上，并且数字微反射镜设备内取向在第二方向上的反射镜不将入射光反射到检测器上。通过将M个空间图案应用于数字微反射镜设备的反射镜、并且针对M个空间图案中的每一个在跟随来自激光器的脉冲之后的K个时间中的每一个处存储从检测器输出采样的信号值，所收集到的信息可以用于重构至少一个对象的K个图像，每一个图像使用所有M个空间图案和对应于K个时间中相应一个所存储的经采样的信号值，其中M个空间图案中的每一个与来自激光器的一个脉冲同步。K个图像中的每一个对应于到数字微反射镜设备的不同目标距离，使得系统可以被采用作为测距仪。尽管以上已经枚举了具体优点，但是各种实施例可以包括所枚举的优点中的一些、没有一个或全部。此外，在查阅随附附图和描述之后，其它技术优点可以变得对本领域普通技术人员而言是容易清楚的。附图说明为了本公开及其优点的更加完整的理解，现在参照结合附图取得的以下描述，其中相同的参考标记表示相同的部分：图1A图示了经由压缩采样的单像素成像相机系统；图1B图示了依照本公开实施例的经由压缩采样的单像素成像在实现线性模式计算感测LADAR系统中的使用；图2图示了依照本公开实施例的在实现线性模式计算感测LADAR系统中的单像素成像输出采样；以及图3是针对依照本公开实施例的操作线性模式计算感测LADAR系统的过程的高级流程图。具体实施方式在开始应当理解的是，尽管示例性实施例图示在附图中并且在以下进行描述，但是本公开的原理可以使用任何数目的技术来实现，无论当前是否是已知的。本公开应当绝不限于在附图中图示和在以下描述的示例性实现和技术。此外，除非另行具体指出，否则附图中描绘的制品不一定按照比例绘制。当用于测距应用时，读出集成电路（ROIC）设计中的成像LADAR焦平面阵列（FPA）技术在每一个像素之下要求距离接收器，这要求大像素大小并且限制用于Gieger模式和线性模式LADARFPA二者的阵列大小。当前Geiger模式LADARFPA在每一个像素之下要求距离时钟并且受限于50微米（μm）像素大小和32×128像素格式（并且还是单光子敏感的且非线性的）。现有线性模式阵列以100微米像素大小、128×128和40微米像素大小，256×256格式出现，并且还受限于首个脉冲/最后脉冲逻辑，使得要求显著发展以给出针对FOPEN类型应用所要求的N脉冲逻辑返回。对于使用大格式DMD作为空间调制器和GM检测器的一个计算感测论证实验，图像重构受限于64×64像素，并且GM传感器要求非常高的重复率——100兆赫兹（MHz）——激光器，该激光器具有1.5米（m）模糊距离。在本公开中，使用单像素（或几个像素）相机范式来使得能够实现线性模式全时间带宽高清晰度（HD）格式LADAR。通过使用大格式数字微反射镜设备（DMD），具有720p图像格式的6.5微米的空间分辨率（像素间距）是可得到的。DMD可以以高达40KHz的帧率切换。对于单像素操作，在低噪声雪崩光电二极管（APD）上收集从DMD反射的整个（经空间滤波的）图像光，与激光脉冲同步地对所述图像光进行时间采样。因此，每一个时间样本对应于来自对象空间中的特定距离的光。针对一些数目的不同空间图案重复该操作允许人们重构作为距离的函数的对象空间。经验证明，像素总数目的10%和20%之间的采样（压缩比）足以重构整个场景。因此，例如，720p的10%是13.8K个空间图案。使用具有以1.5千米（km）的模糊度的20KHz激光器作为光照器造成4.6秒图像形成速率（受数据收集限制）。然而，使用小格式阵列允许人们通过划分图像平面而并行收集DMD光——也就是说，将DMD中的反射镜的子集分组成全部以相同方式操作，使得检测器阵列有效地具有比DMD反射镜的数目更少的元件。使用9×12检测器阵列给出96的速度增加因子，其允许人们以全运动视频速率操作全时间带宽HDLADAR。图1A和1B是相比较地图示依照本公开实施例的线性模式计算感测LADAR系统的结构和操作的图。图1A图示了经由压缩采样的单像素成像相机系统。单像素成像系统100试图经由数字微反射镜设备（DMD）102捕获场景的二维图像101。DMD102具有被“翻转”或使得在一个方向或另一个上取向的反射镜阵列，使得撞击在相应反射镜上的光朝向单个元件（光）检测器103或远离该检测器103反射。DMD102可以包括例如1024×768个个体的反射镜的阵列，其中的每一个可以选择性地至少取向在朝向入射光的源取向（“接通”）的第一方向（例如从垂直于阵列+12°）和远离入射光的源取向（“关断”）的第二不同方向（例如从垂直于阵列-12°）上。优选地，DMD102内的内部控制器控制阵列中的所有反射镜的取向——也就是说，“空间图案”，其为哪些反射镜取向在第一方向上并且哪些取向在第二不同方向上的特定配置。取向在第一方向上的反射镜将入射光反射到检测器103上，而取向在第二方向上的反射镜则不然。DMD102优选地包括控制空间图案的内部控制器，和在给定时间存储空间图案的内部存储器。合适DMD102的结构和操作例如在德州仪器应用报告DLP0008（2008年7月）“DMD101:IntroductiontoDigitalMicromirrorDevice(DMD)Technology”中有描述。空间图案优选地是随机的，使得从场景101反射的光的图案也是随机的。也就是说，来自DMD102阵列内的反射镜的某个随机选择子集的入射光朝向单个元件检测器103反射，经过例如将所有反射光聚焦到检测器103的单个元件上的双凸或聚光器透镜系统104，而来自DMD102内的其余反射镜的入射光被反射远离检测器103。检测器103的输出（振幅或幅度）然后由模数（A/D）设备105采样，所述输出对应于由DMD102朝向检测器而不是远离检测器而反射的来自场景101的光的量，数模（A/D）设备105在特定时间处存储和/或报告这样的输出。然后向DMD102应用不同的空间图案并且取得A/D设备105的输出的另一样本，并且该过程针对M个随机DMD空间图案中的每一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置，包括：激光器，其配置成脉动光照至少一个对象的激光；数字微反射镜设备，其取向成接收从所述至少一个对象反射的激光并且包括反射镜的阵列，每一个反射镜能够选择性地控制成取向在第一方向和第二方向中的一个上；检测器，其定位成使得所述数字微反射镜设备内取向在所述第一方向上的反射镜将入射光反射到所述检测器上，并且所述数字微反射镜设备内取向在所述第二方向上的反射镜不将入射光反射到所述检测器上，所述检测器配置成输出代表入射在所述检测器上的光的量的信号；以及控制系统，其配置成向所述数字微反射镜设备的反射镜应用M个空间图案，并且对于所述M个空间图案中的每一个在跟随来自所述激光器的脉冲之后的K个时间中的每一个处存储从所述检测器的输出采样的信号值，所述M个空间图案中的每一个与来自所述激光器的一个脉冲同步，其中所述控制系统包括处理系统，所述处理系统配置成重构所述至少一个对象的K个图像，每一个图像使用所有M个空间图案和对应于所述K个时间中相应一个所存储的经采样的信号值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.31 US 14/4484651.一种装置，包括：激光器，其配置成脉动光照至少一个对象的激光；数字微反射镜设备，其取向成接收从所述至少一个对象反射的激光并且包括反射镜的阵列，每一个反射镜能够选择性地控制成取向在第一方向和第二方向中的一个上；检测器，其定位成使得所述数字微反射镜设备内取向在所述第一方向上的反射镜将入射光反射到所述检测器上，并且所述数字微反射镜设备内取向在所述第二方向上的反射镜不将入射光反射到所述检测器上，所述检测器配置成输出代表入射在所述检测器上的光的量的信号；以及控制系统，其配置成向所述数字微反射镜设备的反射镜应用M个空间图案，并且对于所述M个空间图案中的每一个在跟随来自所述激光器的脉冲之后的K个时间中的每一个处存储从所述检测器的输出采样的信号值，所述M个空间图案中的每一个与来自所述激光器的一个脉冲同步，其中所述控制系统包括处理系统，所述处理系统配置成重构所述至少一个对象的K个图像，每一个图像使用所有M个空间图案和对应于所述K个时间中相应一个所存储的经采样的信号值。2.根据权利要求1的装置，还包括配置成选择性地采样所述检测器的输出的模数设备。3.根据权利要求1的装置，其中应用于所述数字微反射镜设备的反射镜的所述M个空间图案是随机图案。4.根据权利要求1的装置，其中使用对应于所述K个时间内时间k所存储的样本信号值重构的K个图像中的一个对应于距所述数字微反射镜设备的预确定距离。5.根据权利要求1的装置，其中所述K个图像中的每一个对应于距所述数字微反射镜设备的不同距离。6.根据权利要求1的装置，其中所述处理系统配置成针对包括所述至少一个对象的对象之中的感兴趣对象而搜索所述K个图像。7.根据权利要求1的装置，其中所存储的经采样的信号值中的每一个在所述处理系统的存储器内与以下相关联：在所述检测器的输出被采样的时间k处应用于所述数字微反射镜设备的M空间图案的标识。8.根据权利要求1的装置，其中所存储的经采样的信号值中的每一个在所述处理系统的存储器内与时间k的标识相关联。9.根据权利要求1的装置，其中所述数字微反射镜设备内的反射镜被划分成9×12检测器阵列。10.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：DU弗卢基格，
申请(专利权)人：雷神公司，
类型：发明
国别省市：美国,US