LIDAR深度测量系统和方法技术方案

本公开涉及LIDAR深度测量系统和方法。本发明专利技术公开的系统可包括：(1)光源，该光源向视场内发射光脉冲；(2)光传感器阵列，该光传感器阵列捕获由光脉冲引起的从视场反射的光；(3)光控制子系统，该光控制子系统(a)控制光源的发射定时和(b)控制相对于光源的发射定时的光传感器阵列的捕获定时；以及(4)深度测量子系统，该深度测量子系统至少部分基于来自光传感器阵列的输出生成对至少一部分视场的深度测量值，其中光控制子系统的操作至少部分基于对视场的先前知识。还公开了各种其他方法和系统。

【技术实现步骤摘要】
LIDAR深度测量系统和方法
本公开涉及LIDAR深度测量系统和方法。
技术介绍
在许多不同的技术环境中，例如设备制造、自主车辆操作、地面测绘、虚拟现实以及其他环境，对物理环境的测绘已经变成有用的功能。尽管可以采用若干种类型的技术来进行此类测绘，飞行时间(TOF)测绘硬件广泛应用于各种应用和环境。在一些系统中采用的一种类型的TOF测绘涉及使用LIDAR(光探测和测距)。在一些应用中，LIDAR可以涉及通过观测设备向物理环境中发射一个或多个光脉冲，以及在该设备处检测来自物理环境中目标的对那些脉冲的反射。在一些情况下，可以在预定时间窗口期间启用一个或多个光传感器来捕获反射光。基于物理环境中反射脉冲的区域，以及基于发射之后在设备处接收到那些脉冲的反射所经过的时间，如时间窗口所指示的，可以在一定精确度上确定设备与环境的该区域中的目标之间的距离。
技术实现思路
如以下将更为详细进行描述的，本公开描述了用于LIDAR深度测量的系统和方法。在一个实例中，系统可以包含：(1)光源，该光源向视场内发射光脉冲；(2)光传感器阵列，该光传感器阵列捕获由光脉冲引起的从视场反射的光；(3)光控制子系统，该光控制子系统(a)控制光源的发射定时和(b)控制相对于光源的发射定时的光传感器阵列的捕获定时；以及(4)深度测量子系统，该深度测量子系统至少部分基于来自光传感器阵列的输出生成对至少一部分视场的深度测量值，其中光控制子系统的操作至少部分基于对视场的先前知识。在一些实施例中，视场的先前知识可以包含对至少一部分视场的先前深度测量值。在一些实例中，对视场的先前知识可以包含光源或光传感器阵列中至少一个的位置或取向中的至少一个。在一些实例中，光控制子系统可以控制发射定时和捕获定时以生成来自光传感器阵列的当前输出，而同时深度测量子系统至少部分基于来自光传感器阵列的先前输出生成深度测量值。另外，在一些实施例中，光传感器阵列、光控制子系统以及深度测量子系统可以按照堆叠构造设置。在一些实施例中，光传感器阵列可以包含多个单光子雪崩二极管。而且，在一些实例中，(1)光控制子系统可以通过生成由深度间隔分隔开的多个深度窗口来控制第一捕获定时，并且(2)每个深度窗口被捕获多次以用于通过多个单光子雪崩二极管捕获反射光。在一些实例中，(1)光源可以包含可寻址光源的阵列，并且(2)光控制子系统可以选择可寻址光源的子集以利用发射光脉冲中的一个照亮视场中选定的关注区域。在各种实施例中，光控制系统(1)可以控制第一捕获定时，该第一捕获定时包含在与第一发射光脉冲对应的时间门之间的第一深度范围和第一深度间隔，并且(2)可以控制第二捕获定时，该第二捕获定时包含在与不同于第一发射光脉冲的第二发射光脉冲对应的时间门之间的第二深度范围和第二深度间隔，其中第二深度范围或第二深度间隔中的至少一个不同于第一深度范围或第一深度间隔。在一些实例中，光控制系统(1)可以针对光传感器阵列的第一多个光传感器控制第一捕获定时，该第一捕获定时包含在与第一发射光脉冲对应的时间门之间的第一深度范围和第一深度间隔，并且(2)可以针对光传感器阵列的第二多个光传感器控制第二捕获定时，该第二捕获定时包含在与第一发射光脉冲对应的时间门之间的第二深度范围和第二深度间隔，其中第二深度范围或第二深度间隔中的至少一个不同于第一深度范围或第一深度间隔。在一些实施例中，光控制子系统可以控制第一捕获定时，该第一捕获定时包含覆盖与第一发射定时脉冲对应的第一深度范围的单个时间门。在一些实例中，(1)光源可以包含扫描光源，该扫描光源每次照亮视场中的多个可选择关注区域中的一个，并且(2)光控制子系统可以通过促使扫描光源连续地照亮可选择关注区域中的两个或更多个来控制发射定时。在一些实施例中，系统可以进一步包含透镜，该透镜将来自多个可选择关注区域中一个的反射光发散到光传感器阵列的多个光传感器的对应子集上。另外，在一些实例中，光控制子系统可以禁用那些未包含在多个光传感器的该对应子集中的多个光传感器。在一些实施例中，深度测量子系统可以包含一个或多个时间数字转换器，其测量与在多个光传感器的对应子集处捕获反射光相关联的时间长度。另外，在一些实例中，时间数字转换器可以针对多个可选择关注区域中的每一个选择性地耦合至多个光传感器的对应子集。在另一实施例中，方法可以包含(1)根据发射定时向视场内发射光脉冲；(2)根据相对于发射定时的捕获定时捕获由光脉冲引起的从视场的多个关注区域反射的光；以及(3)至少部分基于捕获的光生成对至少一部分视场的深度测量值，其中针对多个关注区域中每一个的捕获定时至少部分地基于视场的先前知识。在一些实例中，捕获定时可以包含至少部分地基于视场的先前知识的、针对多个关注区域中的至少一部分的每一个的深度范围或深度间隔中的至少一个。在另一实施例中，方法可以包含(1)根据发射定时顺序地向视场的选定关注区域内发射光脉冲；(2)根据相对于发射定时的捕获定时捕获由光脉冲引起的从视场的选定关注区域反射的光；以及(3)至少部分地基于捕获的光生成至少一部分视场的深度测量值，其中选定关注区域、发射定时或捕获定时中的至少一个至少部分地基于视场的先前知识。在一些实例中，选定的关注区域中的至少一个包含矩形关注区域或者圆形关注区域。来自以上所提到的实施例中任一个的特征可以根据本文所述的一般原理相互结合地使用。通过阅读以下详细描述并结合附图和权利要求，可以更充分地理解这些以及其他实施例、特征和优点。附图说明附图例示说明了若干示例性实施例并且作为说明书的一部分。这些附图和以下描述一起说明并解释了本公开的各种原理。图1是用于LIDAR深度测量的示例性系统的框图。图2是用于LIDAR深度测量的另一示例性系统的框图。图3是用于LIDAR深度测量的示例性方法的流程图。图4是用于LIDAR深度测量的示例性基于闪光的系统的框图。图5是可以在图4的系统中采用的示例性光传感器阵列的图形化描述。图6是用于图4的基于闪光的系统的示例性操作的时序图，利于针对光传感器阵列的不同部分的不同深度范围和分辨率。图7是在接近传感器模式下图4的基于闪光的系统的示例性操作的时序图。图8是用于基于闪光的LIDAR深度测量的示例性方法的流程图。图9是用于基于扫描的LIDAR深度测量的示例性系统的框图。图10是图9的基于扫描的系统的示例性操作的图解，涉及扫描视场内的可选择关注区域。图11是用于图9的基于扫描的系统的示例性操作的时序图。图12是与图9的基于扫描的系统的光传感器阵列结合的示例性深度测量子系统的框图。图13是用于基于扫描的LIDAR深度测量的示例性方法的流程图。图14是用于LIDAR深度测量的示例性系统的透视图。图15是其中可以包含图14的系统的示例性头戴式显示器(HMD)的透视图。图16是其中可以包含图14的系统的示例性近眼显示器(NED)的透视图。在所有附图中，相同的附图标记和描述指示相似但未必相同的元件。尽管本文所述的示例性实施例易于作出各种修改和替代形式，在附图中已经通过示例的方式显示了具体实施例并在本文中详细进行了描述。尽管如此，本文所述的示例性实施例并不旨在局限于所公开的特定形式。而是，本公开涵盖了落入所附权利要求书范围内的所有修改、等效物和替代形式。具体实施方式本公开主要涉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种系统，包括：光源，所述光源向视场内发射光脉冲；光传感器阵列，所述光传感器阵列捕获由所述光脉冲引起的从所述视场反射的光；光控制子系统，所述光控制子系统：控制所述光源的发射定时；并且控制相对于所述光源的所述发射定时的所述光传感器阵列的捕获定时；以及深度测量子系统，所述深度测量子系统至少部分地基于来自所述光传感器阵列的输出，生成至少一部分所述视场的深度测量值；其中，所述光控制子系统的操作至少部分地基于所述视场的先前知识。

【技术特征摘要】
2018.03.26 US 62/648,021;2018.10.17 US 16/163,1091.一种系统，包括：光源，所述光源向视场内发射光脉冲；光传感器阵列，所述光传感器阵列捕获由所述光脉冲引起的从所述视场反射的光；光控制子系统，所述光控制子系统：控制所述光源的发射定时；并且控制相对于所述光源的所述发射定时的所述光传感器阵列的捕获定时；以及深度测量子系统，所述深度测量子系统至少部分地基于来自所述光传感器阵列的输出，生成至少一部分所述视场的深度测量值；其中，所述光控制子系统的操作至少部分地基于所述视场的先前知识。2.根据权利要求1所述的系统，其中所述视场的所述先前知识包括至少一部分所述视场的先前深度测量值。3.根据权利要求1所述的系统，其中所述视场的所述先前知识包括所述光源和所述光传感器阵列中的至少一个的位置和取向中的至少一个。4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光控制子系统控制所述发射定时和所述捕获定时，以生成来自所述光传感器阵列的当前输出，同时所述深度测量子系统至少部分地基于来自所述光传感器阵列的先前输出生成深度测量值。5.根据权利要求1所述的系统，其中所述光传感器阵列、所述光控制子系统以及所述深度测量子系统按照堆叠构造布置。6.根据权利要求1所述的系统，其中所述光传感器阵列包括多个单光子雪崩二极管。7.根据权利要求6所述的系统，其中：所述光控制子系统通过生成由深度间隔分隔开的多个深度窗口来控制第一捕获定时，并且每个深度窗口被重复多次，以用于通过所述多个单光子雪崩二极管来捕获反射光。8.根据权利要求1所述的系统，其中所述光源包括可寻址光源的阵列；并且所述光控制子系统选择所述可寻址光源的子集，以利用发射光脉冲中的一个来照亮所述视场中选定的关注区域。9.根据权利要求1所述的系统，其中所述光控制子系统：控制第一捕获定时，所述第一捕获定时包括在与第一发射光脉冲对应的时间门之间的第一深度范围和第一深度间隔；并且控制第二捕获定时，所述第二捕获定时包括在与第二发射光脉冲对应的时间门之间的第二深度范围和第二深度间隔，所述第二发射光脉冲不同于所述第一发射光脉冲，其中，所述第二深度范围和所述第二深度间隔中的至少一个不同于所述第一深度范围或所述第一深度间隔。10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述光控制子系统：针对所述光传感器阵列的第一多个光传感器，控制第一捕获定时，所述第一捕获定时包括在与第一发射光脉冲对应...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·霍尔，
申请(专利权)人：脸谱科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US