用于光学地测量距离的方法和设备技术

本发明专利技术公开了用于光学地测量距离的方法和设备。在该设备中，光接收元件中的每一个基于来自测量空间的返回光的相应强度来输出强度信号。返回光包括基于目标对象对测量光的反射而反射的反射光。识别单元根据相应光接收元件的强度信号来识别光检测区域中的光接收区域。光接收区域基于多个光接收元件中的指定光接收元件。指定光接收元件被布置成接收反射光。估计单元基于光接收区域的几何构造来估计包括光学系统的状态的设备的状态。

Method and equipment for optical distance measurement

【技术实现步骤摘要】
用于光学地测量距离的方法和设备
本公开内容涉及用于光学地测量目标对象的距离的方法和设备。
技术介绍
近年来，增加了对获得能够更快地测量目标相对于本车辆的距离的光学测量技术的需求；目标对象的距离可以用于本车辆的自主驾驶和/或避免本车辆与目标对象的碰撞。这样的光学测量技术之一测量其间从光源照射的光例如激光传播至目标对象并且在被目标对象反射之后返回至例如光接收装置的时间。因此，测量技术基于测量时间来测量目标对象相对于光接收装置的距离。这样的测量技术通常使用布置为二维阵列的雪崩光电二极管(APD)或PIN光电二极管作为光接收装置；这些光电二极管中的每一个都具有对输入光的高响应度和高检测能力。入射在APD上的反射光的光子使APD生成成对的正空穴和电子，成对的正空穴和电子将被称为空穴电子对。空穴电子对的空穴和电子在高电场中被加速以撞击原子，从而从其原子撞出电子，导致产生额外的电子空穴对。将被称为雪崩现象的该特征使得可以对反射光进行放大。需要测量生成弱反射光的不同目标对象的距离的测量设备通常使用这样的APD，并且对来自不同目标对象的弱反射光进行放大。APD被设计成以线性模式或盖革模式(Geigermode)操作。在线性模式下，APD以等于或小于预定击穿电压的反向偏置电压操作，并且在盖革模式下，APD以超过击穿电压的反向偏置电压操作。在以线性模式操作的APD中，移出电场消失的空穴电子对的数量大于新产生的空穴电子对的数量，从而导致空穴电子对的雪崩现象自然终止。该特征导致以下事实：来自APD的输出电流与至APD的输入光的量成比例。否则，以盖革模式操作的APD基于入射在APD上的单个光子而引起雪崩现象，从而导致APD具有较高的入射光的灵敏度。这样的以盖革模式操作的APD也将被称为单光子雪崩二极管(SPAD)。日本专利申请公布第2014-77658号公开了一种使用这样的二维布置为阵列的SPAD的快速距离测量设备，换句话说，快速测距设备。快速距离测量设备测量其间从光源照射的光例如激光传播至目标对象并且在被目标对象反射之后返回至例如SPAD阵列的飞行时间(TOF)。然后，距离测量基于所测量的TOF来测量目标对象相对于SPAD阵列的距离。
技术实现思路
如上所述，这些光学距离测量技术每个被配置成经由光学系统通过光检测区域接收来自目标对象的反射光，使得反射光聚焦在光检测区域的预定区域上作为图像，其中该光检测区域由被二维地布置为阵列的光接收元件例如SPAD组成。例如由光学元件组成的光学系统与光检测区域的预定区域适当对准。然而，光学系统与光检测区域的预定区域的未对准可能导致每个光学距离测量技术获得目标对象的错误距离测量。光学系统的未对准可能由于各种因素而引起，包括例如光学元件的制造变化、变形、位置偏差和/或老化劣化；变形和位置偏差是由温度变化引起的。也就是说，光学系统与光检测区域的预定区域的未对准可能降低测量目标对象的距离的准确性。使用SPAD或其他光接收元件例如高灵敏度电荷耦合装置(CCD)或具有电子轰击倍增的光子传感器的各种距离测量设备可能导致该问题。除了这样的距离测量准确性的降低之外，还增加了对估计这样的光学距离测量设备的状况的需求。遗憾的是，以常规方式估计这样的光学距离测量设备的状态可能是困难的。鉴于上述情况，本公开内容的示例性方面试图提供光学距离测量技术，光学距离测量技术中的每一个都能够解决这样的上述问题。根据本公开内容的第一示例性方面，提供了一种用于执行光学地测量目标对象的距离的测量任务的设备。该设备包括光学系统，该光学系统被配置成执行测量光至目标对象所位于的预定测量空间的发射，并且引导来自测量空间的返回光，该返回光包括基于目标对象对测量光的反射而反射的反射光。该设备包括光接收单元，该光接收单元在其光检测区域中包括来自测量空间的返回光入射至的多个光接收元件。多个光接收元件中的每一个被配置成基于返回光的相应强度来输出强度信号。该设备包括识别单元，该识别单元被配置成根据多个相应光接收元件的强度信号来识别光检测区域中的光接收区域。光接收区域基于多个光接收元件中的指定光接收元件，指定光接收元件被布置成接收反射光。该设备包括估计单元，该估计单元被配置成基于光接收区域的几何构造来估计包括光学系统的状态的设备的状态。根据本公开内容的第二示例性方面，提供了一种光学地测量目标对象的距离的方法。该方法包括执行测量光经由光学系统至目标对象所位于的预定测量空间的发射，并且使来自测量空间的返回光经由光学系统入射至的多个光接收元件中的每一个基于返回光的相应强度来输出强度信号。返回光包括基于目标对象对测量光的反射而反射的反射光。该方法包括基于返回光的相应强度来输出强度信号，以及根据多个相应光接收元件的强度信号来识别光检测区域中的光接收区域。光接收区域基于多个光接收元件中的指定光接收元件，指定光接收元件被布置成接收反射光。该方法包括基于光接收区域的几何构造来估计包括光学系统的状态的设备的状态。在第一示例性方面和第二示例性方面的每一个中，来自测量空间的返回光入射至的多个光接收元件中的每一个基于返回光的相应强度输出强度信号。返回光包括基于目标对象对测量光的反射而反射的反射光。识别单元根据多个相应光接收元件的强度信号来识别光检测区域中的光接收区域。光接收区域基于多个光接收元件中的指定光接收元件，并且指定光接收元件被布置成接收反射光。估计单元基于光接收区域的几何构造来估计包括光学系统的状态的设备的状态。该配置使得能够容易地估计包括光学系统的状态的设备的状态，例如设备的异常状态。附图说明根据以下参照附图对实施方式的描述，本公开内容的其他方面将变得明显，在附图中：图1是示意性地示出根据本公开内容的第一实施方式的光学距离测量设备的整体配置的示例的框图；图2是示意地示出图1中所示的光学系统的配置的示例的透视图；图3是示意性地示出图2中所示的光接收阵列的光接收元件的结构的示例的电路图；图4是示意性地示出图2中所示的SPAD计算器和控制器的框图；图5是示意性地示出第一实施方式如何检测峰值强度的示例的时序图；图6是示意性地示出图4中所示的光接收区域识别器的结构的示例的框图；图7是示意性地示出用于由图1中所示的光学距离测量设备执行的距离测量任务的距离图像形成例程的流程图；图8是示意性地示出图7中所示的光接收区域校准子例程的流程图；图9A是示意性地示出根据第一实施方式的水平选择器选择读出区域并且第一次执行从读出区域对脉冲信号的读出的图；图9B是示意性地示出水平选择器在垂直方向上将读出区域移动一个像素行并且第二次执行从读出区域对脉冲信号的读出的图；图9C是示意性地示出水平选择器在垂直方向上进一步将读出区域移动一个像素行并且第三次执行从读出区域对脉冲信号的读出的图；图9D是示意性地示出水平选择器选择在光接收阵列的下端处的读出区域并且第N次执行从读出区域对脉冲信号的读出的图；图9E是示意性地示出根据第一实施方式的基于N幅反射强度图像的叠加而生成的累加和图像的图；图9F是示意性地示出根据第一实施方式的所识别的光接收区域的图；图10A是示意性地示出根据第一实施方式的第一异常情况的图；图10B是示意性地示出根据第一实施方式的第二异常情况的图；图10C是示意性地示出根据第一实施方式的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于执行光学地测量目标对象的距离的测量任务的设备，所述设备包括：光学系统，其被配置成：执行测量光至所述目标对象所位于的预定测量空间的发射；以及引导来自所述测量空间的返回光，所述返回光包括基于所述目标对象对所述测量光的反射而反射的反射光；光接收单元，在其光检测区域中包括来自所述测量空间的所述返回光入射至的多个光接收元件，所述多个光接收元件中的每一个被配置成基于所述返回光的相应强度来输出强度信号；识别单元，其被配置成根据所述多个相应光接收元件的所述强度信号来识别所述光检测区域中的光接收区域，所述光接收区域基于所述多个光接收元件中的指定光接收元件，所述指定光接收元件被布置成接收所述反射光；以及估计单元，其被配置成基于所述光接收区域的几何构造来估计包括所述光学系统的状态的所述设备的状态。

【技术特征摘要】
2018.02.23 JP 2018-0304591.一种用于执行光学地测量目标对象的距离的测量任务的设备，所述设备包括：光学系统，其被配置成：执行测量光至所述目标对象所位于的预定测量空间的发射；以及引导来自所述测量空间的返回光，所述返回光包括基于所述目标对象对所述测量光的反射而反射的反射光；光接收单元，在其光检测区域中包括来自所述测量空间的所述返回光入射至的多个光接收元件，所述多个光接收元件中的每一个被配置成基于所述返回光的相应强度来输出强度信号；识别单元，其被配置成根据所述多个相应光接收元件的所述强度信号来识别所述光检测区域中的光接收区域，所述光接收区域基于所述多个光接收元件中的指定光接收元件，所述指定光接收元件被布置成接收所述反射光；以及估计单元，其被配置成基于所述光接收区域的几何构造来估计包括所述光学系统的状态的所述设备的状态。2.根据权利要求1所述的设备，其中：所述估计单元被配置成基于作为所述光接收区域的所述几何构造的所述光接收区域的位置和形状中的至少一者来估计所述设备的状态。3.根据权利要求1或2所述的设备，其中：所述估计单元被配置成估计所述光学系统的状态和所述光接收单元的状态中的至少一者是否异常，作为对所述设备的状态的估计。4.根据权利要求3所述的设备，其中：所述估计单元被配置成：在估计到所述光学系统的状态和所述光接收单元的状态中的至少一者异常时，向用户或另一控制设备通知指示所述光学系统的状态和所述光接收单元的状态中的至少一者异常的信息。5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，还包括：距离测量单元，其被配置成根据由所述指定光接收元件接收的所述强度信号来测量所述目标对象的距离。6.根据权利要求5所述的设备，其中：所述多个光接收元件中的每一个被配置成基于所述返回光的相应强度随机输出所述强度信号；并且所述识别单元被配置成根据所述多个相应光接收元件的输出信号来执行统计任务，从而识别所述光接收区域。7.根据权利要求6所述的设备，其中：光发射单元被配置成执行作为所述测量光至所述预定测量空间的发射的第一测量光至所述预定测量空间的发射以及第二测量光至所述预定测量空间的发射；所述多个光接收元件中的每一个被配置成：基于来自所述测量空间的第一返回光的相应强度来输出作为所述强度信号的第一强度信号；以及基于来自所述测量空间的第二返回光的相应强度来输出作为所述强度信号的第二强度信号，所述第一返回光包括基于所述目标对象对所述第一测量光的反射而反射的光，所述第二返回光包括基于所述目标对象对所述第二测量光的反射而反射的光；并且所述识别单元被配置成：执行作为所述统计任务的以下任务：计算所述多个光接收元件中的每一个的所述第一强度信号与所述多个光接收元件中的相应一个的所述第二强度信号之和，从而从所述各个指定光接收元件获得强度峰值；以及根据所述指定光接收元件的布置来识别所述光接收区域。8.根据权利要求6所述的设备，其中：所述光接收单元包括多个光接收块，所述多个光接收块中的每一个包括所述多个光接收元件；并且所述识别单元被配置成：执行作为所述统计任务的以下任务：针对所述多个光接收块中的每一个来计算来自所述多个相应光接收元件的所述强度信号之和，从而从所述多个光接收块中的指定光接收块获得强度峰值；以及根据所述指定光接收块的布置来识别所述光接收区域。9.根据权利要求8所述的设备，其中：光发射单元被配置成执行作为所述测量光至所述预定测量空间的发射的第一测量光至所述预定测量空间的发射以及第二测量光至所述预定测量空间的发射；并且所述识别单元被配置成：针对所述多个光接收块中的每一个，基于所述第一测量光来获得来自所述多个相应光接收元件的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：植野晶文，高井勇，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：日本,JP