飞行时间(ToF)激光雷达系统的增大的动态范围技术方案

本文档描述了用于增大飞行时间(ToF)激光雷达系统的动态范围的技术和系统。所描述的激光雷达系统基于第一返回脉冲的能量，针对对象像素的其他返回脉冲调整光电检测器的偏置电压。对于高反射或近程对象，可以将偏置电压调低。类似地，对于低反射率或远程对象，可以增大偏置电压。所描述的激光雷达系统针对每个对象像素调整光电检测器的偏置电压的能力增大了激光雷达系统的动态范围，而无需额外的硬件或复杂的读数。增大的动态范围允许所描述的激光雷达系统维持远程能力，同时准确地测量返回脉冲强度以用于检测近程对象或高反射对象。冲强度以用于检测近程对象或高反射对象。冲强度以用于检测近程对象或高反射对象。

【技术实现步骤摘要】
飞行时间(ToF)激光雷达系统的增大的动态范围

技术介绍

[0001]汽车激光雷达(lidar)系统使用激光信号来确定静止和移动对象(例如其他交通工具(vehicle)、行人、障碍物)的速度和距离(distance)。激光雷达系统将被发射的发射信号与被反射的返回信号进行比较以进行这些测量。对于远程应用，期望增大激光雷达系统的动态范围。具体地，更大的动态范围允许激光雷达系统增大其弱光检测能力，同时维持对近程对象的准确反射率测量。特别是对于飞行时间激光雷达系统，增大动态范围可能需要更复杂和昂贵的硬件和处理能力。

技术实现思路

[0002]本文档描述了用于增大飞行时间(ToF)激光雷达系统的动态范围的技术和系统。所描述的激光雷达系统基于第一返回脉冲的能量，针对对象像素的其他返回脉冲调整光电检测器的偏置电压。对于高反射或近程对象，可以将偏置电压调低。类似地，对于低反射率或远程对象，可以增大偏置电压。所描述的激光雷达系统针对每个对象像素调整光电检测器的偏置电压的能力增大了激光雷达系统的动态范围，而无需额外的硬件或复杂的读出(readout)。增大的动态范围允许所描述的激光雷达系统维持远程能力，同时准确地测量返回脉冲强度以用于检测近程对象或高反射对象。
[0003]例如，本文档描述了用于增大ToF激光雷达系统的动态范围的收发器功能。所描述的收发器针对激光雷达系统的视场内的每个对象像素发射至少两个脉冲。第一脉冲的能量低于每个对象像素中的至少两个脉冲中的其他脉冲的能量。系统接收至少两个返回脉冲。返回脉冲是所发射的脉冲的反射。基于第一返回脉冲的能量，收发器在接收对象像素的其他返回脉冲之前调整其光电检测器的偏置电压。收发器将光电检测器获得的返回脉冲输出到激光雷达系统的处理器。
[0004]本文档还描述了用于执行以上概述的系统的方法和在此阐述的其他方法的装置，以及由这些激光雷达系统执行的方法。
[0005]本
技术实现思路
介绍了ToF激光雷达系统的增大的动态范围的简化概念，以下在具体实施例和附图中进一步描述该概念。本
技术实现思路
并非旨在标识出要求保护的主题的必要特征，亦非旨在用于确定要求保护的主题的范围。
附图说明
[0006]在本文档中参考以下附图描述了增大ToF激光雷达系统的动态范围的一个或多个方面的细节。贯穿附图通常使用相同的数字来引用相似的特征和部件：图1示出了示例环境，其中可以实现具有增大的动态范围的ToF激光雷达系统；图2示出了作为交通工具的一部分的ToF激光雷达系统的示例实现；图3
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1示出了具有增大的动态范围的ToF激光雷达系统的示例操作；图3
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2示出了由ToF激光雷达系统在一帧期间扫描的对象像素；图4示出了所描述的激光雷达系统的示例接收器、强度读出模块和处理器；
图5示出了所描述的激光雷达系统的接收器和强度读出模块在其内操作的示例环境；以及图6示出了由具有增大的动态范围的ToF激光雷达系统执行的示例方法。
具体实施方式
概述
[0007]汽车激光雷达系统是重要的感测技术，一些基于交通工具的系统依靠它来获取与周围环境有关的关键信息。激光雷达系统具有视场，该视场表示空间体积，激光雷达系统在该空间体积内寻找附近的对象。视场由大量对象像素(例如，一百万个对象像素)组成。激光雷达系统扫描视场内的每一个对象像素(例如，收集所有对象像素的信息)所花费的时间是一帧。通过在一序列帧中扫描每个对象像素，ToF激光雷达系统可以确定附近对象的距离(range)和反射率信息。
[0008]ToF激光雷达系统通过发射一个或多个激光脉冲并检测该一个或多个脉冲的反射来扫描每个对象像素。由系统的动态范围表示激光雷达系统的如下能力：准确地处理来自在近程处的对象与在远程处的对象、或具有高反射率的对象与具有低反射率的对象的被反射的返回信号。它通常被测量为产生准确输出的激光雷达系统接收到的最大和最小能量之间的比率。许多汽车应用需要具有大动态范围的激光雷达系统。例如，更大的动态范围可以提高激光雷达系统的低光检测能力(例如，针对远处或低反射率的对象)，同时在近程或高反射率情况下维持准确测量。然而，增大动态范围会增加激光雷达系统的硬件成本或读出复杂性。
[0009]一些激光雷达系统包括具有不同光敏度的至少两种光电检测器(例如，传感器)以增大动态范围。激光雷达系统包括具有相对高灵敏度的第一组光电检测器和具有较低灵敏度的第二组光电检测器。这些激光雷达系统的读出包括来自多种类型光电检测器的数据。除了与多种类型的光电检测器相关联的成本之外，这些激光雷达系统的输出更加复杂，并且需要额外的信号处理。
[0010]其他激光雷达系统使用复杂的系统来调整光电检测器的偏置电压以增大动态范围。在一个这样的系统中，光电检测器通过调整偏置电压来以不同的模式操作。在另一系统中，基于发射信号的发射与返回信号的接收之间的飞行时间来成比例地调整光电检测器的偏置电压。这些系统中的每一个都可以增大激光雷达系统的动态范围，但需要额外的硬件、高带宽功率控制器和复杂的读出才能实现这一结果。
[0011]与那些激光雷达系统相比，本文档描述了用于增大激光雷达系统动态范围而不添加额外硬件和/或复杂读出的技术和系统。所描述的激光雷达系统包括发射器，该发射器被配置成用于针对每个对象像素发射至少两个脉冲。至少两个脉冲中的第一脉冲的能量小于同一对象像素的其他脉冲的峰值输出。激光雷达系统还包括接收器，该接收器被配置成用于接收至少两个返回脉冲，这些返回脉冲是发射脉冲的反射。接收器被配置成用于：基于第一返回脉冲的能量，针对对象像素的其他返回脉冲调整光电检测器的偏置电压。随后输出返回脉冲。通过基于第一返回脉冲的能量逐个对象像素动态地调整光电检测器的偏置电压，所描述的激光雷达系统具有增大的动态范围，而无需额外的硬件或复杂的读出。在具有增大的动态范围的情况下，ToF激光雷达系统可以针对在更大的距离范围和反射率下的周
围环境中的对象提供交通工具系统(例如，防撞系统)激光雷达数据。
[0012]这只是所描述的技术和系统如何增大ToF激光雷达系统的动态范围的一个示例。本文档描述了其他示例和实现。操作环境
[0013]图1示出了示例环境100，其中可以实现使用具有增大的动态范围的ToF激光雷达系统102的技术和包括具有增大的动态范围的ToF激光雷达系统102的装置。ToF激光雷达系统102可以简称为“激光雷达系统102”。在所描绘的环境100中，激光雷达系统102被安装到交通工具104或被集成在交通工具104内。激光雷达系统102能够检测交通工具104附近区域中的一个或多个对象108。尽管示出为汽车，但是交通工具104可以表示其他类型的机动交通工具(例如，摩托车、公共汽车、拖拉机、半挂车或施工设备)、非机动交通工具(例如，自行车)、有轨交通工具(例如，火车或电车)、水运工具(例如，船只或船舶)、飞行器(例如，飞机或直升机)、或航天器(例如，卫星)。在一些情况下，交通工具104可以拖曳或包括拖车或其他附接件。通常，制造商可以将激光雷达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：由激光雷达系统的收发器通过以下方式来针对对象像素发射至少两个脉冲：以比所述至少两个脉冲中的其他脉冲少的能量发射来自所述至少两个脉冲的第一脉冲；使用所述收发器的光电检测器接收所述对象像素的第一返回脉冲作为所述第一脉冲的反射；基于所述第一返回脉冲的能量的量，在接收所述对象像素的一个或多个其他返回脉冲作为所述其他脉冲的反射之前，调整所述光电检测器的偏置电压；以及向所述激光雷达系统的处理器输出至少两个返回脉冲，所述至少两个返回脉冲包括所述对象像素的所述第一返回脉冲和所述对象像素的所述一个或多个其他返回脉冲。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收所述对象像素的一个或多个其他返回脉冲作为所述其他脉冲的反射之前调整所述光电检测器的偏置电压包括：当所述第一返回脉冲的能量的量小于下限阈值时，增大所述光电检测器的所述偏置电压；或者当所述第一返回脉冲的能量的量大于上限阈值时，减小所述光电检测器的所述偏置电压。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述下限阈值包括所述光电检测器的最小入射能量容量，并且所述上限阈值包括小于所述光电检测器的最大入射能量容量。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述偏置电压被增大或减小设定量，所述设定量包括所述光电检测器在接收所述对象像素的一个或多个其他返回脉冲之前的所述偏置电压的一半。5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，进一步包括：在增大所述光电检测器的所述偏置电压中，将所述偏置电压增大第一量，所述第一量基于所述第一返回脉冲的能量的量与所述下限阈值的比率；并且在减小所述光电检测器的所述偏置电压中，将所述偏置电压减小第二量，所述第二量基于所述第一返回脉冲的能量的量与所述上限阈值的比率。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：付赓，郝承晖，D，
申请(专利权)人：安波福技术有限公司，
类型：发明
国别省市：