用于LIDAR测量的处理系统技术方案

光学测量系统可通过提高其数据路径的各种方面来改进其估计与周围对象的距离的准确度。空间分辨率可通过基于空间方位而细分直方图桶或积分寄存器而提高。数据路径中的任一点处的饱和可被检测到且用于停止计数个别像素中的光子，饱和可接着在测量结束之后归一化。多个峰值可使用递归或迭代技术检测到以识别每一阶段处的最大剩余峰值。代替迭代通过直方图存储器多次，阈值可基于所估计环境噪声水平而预计算，且峰值可在单次遍历中检测到。且峰值可在单次遍历中检测到。且峰值可在单次遍历中检测到。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于LIDAR测量的处理系统
[0001]相关申请案的交叉引用
[0002]本申请案主张2019年8月5日提交的第62/882,907号美国临时申请案的权益和优先权，所述美国临时申请案以全文引用的方式并入本文中。


[0003]本公开大体上描述光检测与测距(LIDAR)系统。更具体地说，本公开描述基于SPAD的LIDAR系统，其估计背景噪声水平且聚集具有改进时间分辨率的测量的过程中的总光子计数。

技术介绍

[0004]LIDAR系统用于对象检测和测距，例如，用于如汽车、卡车、船等交通工具。LIDAR系统还用于移动应用(例如，用于面部辨识)、家庭娱乐(例如，捕获用于视频游戏输入的手势捕获)和增强现实。LIDAR系统通过利用来自激光器的脉冲照射一个地景，且接着测量光子行进到对象且在反射之后返回的时间来测量与对象的距离，所述时间如LIDAR系统的接收器所测量。分析检测到的信号以检测背景光当中的反射信号脉冲的存在。可基于从脉冲的传输到对应反射脉冲的接收的飞行时间而确定与对象的距离。
[0005]确切地说，在LIDAR系统的经济成本下，可能难以在所有条件下提供低到几厘米的鲁棒距离准确度。如单光子雪崩二极管(SPAD)的有前景的新检测器技术是有吸引力的，但当用以测量飞行时间和其它信号特性时具有显著缺陷，特别是在广泛的环境条件和目标距离方面由于其受限制的动态范围而具有显著缺陷。另外，因为其对即使少量光子的敏感性，SPAD可极易受背景噪声光的环境水平影响。
[0006]LIDAR系统将得益于在变化的现实世界条件下检测反射激光脉冲且测量其飞行时间的较准确方法。具体地说，基于SPAD的LIDAR系统将得益于准确地估计背景噪声水平且聚集具有改进时间分辨率的测量的过程中的总光子计数的方法。

技术实现思路

[0007]在一些实施例中，光学测量系统可包含光源，其配置成在一个或多个第一时间间隔中传输一个或多个脉冲串作为光学测量的部分。一个或多个第一时间间隔中的每一个可包含一个或多个脉冲串中的一个。光学测量系统还可包含光传感器，其包括配置成检测来自一个或多个脉冲串的光子和来自环境光的光子的一个或多个光检测器。光学测量系统可另外包含多个第一寄存器，其累积在一个或多个第一时间间隔期间接收到的来自一个或多个光检测器的光子计数。一个或多个第一时间间隔中的每一个可细分成多个第一时间区间，且多个第一寄存器中的每一个可累积在一个或多个第一时间间隔中的每一个中的多个第一时间区间中的对应一个期间接收到的光子计数以表示在一个或多个第一时间间隔期间接收到的光子计数的直方图。光学测量系统可进一步包含多个第二寄存器，其累积在与一个或多个第一时间间隔的至少一部分重叠的第二时间间隔中来自一个或多个光检测器
的光子计数。第二时间间隔可细分成多个第二时间区间，且多个第二寄存器中的每一个可累积在多个第二时间区间中的对应一个期间接收到的光子计数。
[0008]在一些实施例中，使用光学测量系统的方法可包含在一个或多个第一时间间隔中传输一个或多个脉冲串作为光学测量的部分。一个或多个第一时间间隔中的每一个可包含一个或多个脉冲串中的一个。方法还可包含检测来自一个或多个脉冲串的光子和来自环境光的光子。方法可另外包含将在一个或多个第一时间间隔期间接收到的来自一个或多个光检测器的光子计数累积到多个第一寄存器中。一个或多个第一时间间隔中的每一个可细分成多个第一时间区间，且多个第一寄存器中的每一个可累积在一个或多个第一时间间隔中的每一个中的多个第一时间区间中的对应一个期间接收到的光子计数以表示在一个或多个第一时间间隔期间接收到的光子计数的直方图。方法可进一步包含将与一个或多个第一时间间隔的至少一部分重叠的第二时间间隔中的光子计数累积到多个第二寄存器中。第二时间间隔可细分成多个第二时间区间。多个第二寄存器中的每一个可累积在多个第二时间区间中的对应一个期间接收到的光子计数。
[0009]在任何实施例中，可以任何组合但不受限制地包含以下特征中的任何和全部。光学测量系统还可包含聚集多个第二寄存器中的每一个中的光子计数以产生在第二时间间隔期间接收到的总光子计数的算术逻辑电路。一个或多个第一时间间隔中的每一个可由第一开始信号界定。第二时间间隔可由独立于第一开始信号的第二开始信号界定。一个或多个光检测器可包含一个或多个单光子雪崩二极管(SPAD)。一个或多个第一时间间隔中的每一个可包含于第二时间间隔中。光学测量系统还可包含选择多个第二寄存器中的哪些在多个第二时间区间中的每一个期间累积光子计数的选择信号。选择信号可由计时器产生。选择信号可在与多个第二寄存器相同的集成电路上产生。选择信号可替代地并不在与多个第二寄存器相同的集成电路上产生。选择信号可基于光传感器在围绕中心轴线时的角度位置而产生。方法/系统操作还可包含聚集多个第二寄存器中的每一个中的光子计数以产生在第二时间间隔期间接收到的总光子计数；和使用总光子计数估计在第二时间间隔期间由光学测量系统检测到的背景噪声。估计背景噪声可包含将总光子计数除以第二时间间隔的长度。估计背景噪声可包含识别多个第一时间区间中的一个或多个时间区间，在其期间由一个或多个脉冲串引起的反射光子估计已由光学测量系统接收到；和从总光子计数排除一个或多个时间区间中接收到的光子计数。可从多个第一寄存器去除背景噪声。第二时间间隔可包含一个或多个第一时间间隔以外的时间间隔。一个或多个第一时间间隔期间接收到的多个第一寄存器中的光子计数的直方图可表示由光学测量系统进行的单个光学测量。方法/系统操作还可包含使用在第二时间间隔中存储于多个第二寄存器中的光子计数以产生周围环境的环境图像。在第二时间间隔中存储于多个第二寄存器中的光子计数可包含来自一个或多个脉冲串的光子和来自环境光的光子。
[0010]在一些实施例中，光学测量系统可包含光源，其配置成在一个或多个第一时间间隔中传输一个或多个脉冲串作为光学测量的部分。一个或多个第一时间间隔中的每一个可包含一个或多个脉冲串中的一个。光学测量系统还可包含光传感器，其包括配置成检测来自一个或多个脉冲串的光子的一个或多个光检测器。光学测量系统还可包含数据路径，其包括算术逻辑电路和多个第一寄存器。数据路径可配置成使用由算术逻辑电路聚集的来自一个或多个脉冲串的光子计数填入多个第一寄存器，使得多个第一寄存器表示在一个或多
个第一时间间隔期间接收到的光子计数的直方图。光学测量系统可另外包含饱和检测电路，其确定饱和何时在数据路径中发生且在一个或多个时间第一间隔中的在饱和发生之后发生的时间间隔中使得数据路径停止填入多个第一寄存器。
[0011]在一些实施例中，使用光学测量系统的方法可包含在一个或多个第一时间间隔中传输一个或多个脉冲串作为光学测量的部分。一个或多个第一时间间隔中的每一个可包含一个或多个脉冲串中的一个。方法还可包含使用一个或多个光检测器检测来自一个或多个脉冲串的光子。方法可另外包含使用来自一个或多个光检测器的光子计数填入数据路径中的多个第一寄存器。光子计数由数据路径中的算术逻辑电路聚集，使得多个第一寄存器表示在一个或多个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光学测量系统，包括：光源，所述光源被配置为在一个或多个第一时间间隔中传输一个或多个脉冲串作为光学测量的部分，其中所述一个或多个第一时间间隔中的每一个第一时间间隔包括所述一个或多个脉冲串中的一个脉冲串；光传感器，所述光传感器包括一个或多个光检测器，所述一个或多个光检测器被配置为检测来自所述一个或多个脉冲串的光子和来自环境光的光子；多个第一寄存器，所述多个第一寄存器累积在所述一个或多个第一时间间隔期间接收到的来自所述一个或多个光检测器的光子计数，其中所述一个或多个第一时间间隔中的每一个第一时间间隔被细分成多个第一时间区间，并且所述多个第一寄存器中的每一个第一寄存器累积在所述一个或多个第一时间间隔中的每一个第一时间间隔中的所述多个第一时间区间中的对应的一个第一时间区间期间接收到的光子计数，以表示在所述一个或多个第一时间间隔期间接收到的光子计数的直方图；以及多个第二寄存器，所述多个第二寄存器累积在与所述一个或多个第一时间间隔的至少部分重叠的第二时间间隔中来自所述一个或多个光检测器的所述光子计数，其中所述第二时间间隔被细分成多个第二时间区间，并且所述多个第二寄存器中的每一个第二寄存器累积在所述多个第二时间区间中的对应的一个第二时间区间期间接收到的光子计数。2.根据权利要求1所述的光学测量系统，进一步包括算术逻辑电路，所述算术逻辑电路聚集所述多个第二寄存器中的每一个第二寄存器中的光子计数以产生在所述第二时间间隔期间接收到的总光子计数。3.根据权利要求1所述的光学测量系统，其中所述一个或多个第一时间间隔中的每一个第一时间间隔由第一开始信号限定。4.根据权利要求3所述的光学测量系统，其中所述第二时间间隔由独立于所述第一开始信号的第二开始信号限定。5.根据权利要求1所述的光学测量系统，其中所述一个或多个光检测器包括一个或多个单光子雪崩二极管(SPAD)。6.根据权利要求1所述的光学测量系统，其中所述一个或多个第一时间间隔中的每一个第一时间间隔被包括在所述第二时间间隔中。7.根据权利要求1所述的光学测量系统，进一步包括选择信号，所述选择信号选择所述多个第二寄存器中的哪个第二寄存器在所述多个第二时间区间中的每一个第二时间区间期间累积光子计数。8.根据权利要求7所述的光学测量系统，其中所述选择信号由计时器产生。9.根据权利要求7所述的光学测量系统，其中所述选择信号在与所述多个第二寄存器相同的集成电路上产生。10.根据权利要求7所述的光学测量系统，其中所述选择信号不在与所述多个第二寄存器相同的集成电路上产生。11.根据权利要求7所述的光学测量系统，其中所述选择信号基于所述光传感器在围绕中心轴线时的角度位置而产生。12.一种使用光学测量系统的方法，所述方法包括：在一个或多个第一时间间隔中传输一个或多个脉冲串作为光学测量的部分，其中所述
一个或多个第一时间间隔中的每一个第一时间间隔包括所述一个或多个脉冲串中的一个脉冲串；检测来自所述一个或多个脉冲串的光子和来自环境光的光子；将在所述一个或多个第一时间间隔期间接收到的来自一个或多个光检测器的光子计数累积到多个第一寄存器中，其中所述一个或多个第一时间间隔中的每一个第一时间间隔被细分成多个第一时间区间，并且所述多个第一寄存器中的每一个第一寄存器累积在所述一个或多个第一时间间隔中的每一个第一时间间隔中的所述多个第一时间区间中的对应的一个第一时间区间期间接收到的光子计数，以表示在所述一个或多个第一时间间隔期间接收到的光子计数的直方图；以及将在与所述一个或多个第一时间间隔的至少部分重叠的第二时间间隔中的光子计数累积到多个第二寄存器中，其中所述第二时间间隔被细分成多个第二时间区间，并且所述多个第二寄存器中的每一个第二寄存器累积在所述多个第二时间区间中的对应的一个第二时间区间期间接收到的光子计数。13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：聚集所述多个第二寄存器中的每一个第二寄存器中的光子计数以产生在所述第二时间间隔期间接收到的总光子计数；以及使用所述总光子计数估计在所述第二时间间隔期间由所述光学测量系统检测到的背景噪声。14.根据权利要求13所述的方法，其中估计所述背景噪声包括：将所述总光子计数除以所述第二时间间隔的长度。15.根据权利要求13所述的方法，其中估计所述背景噪声包括：识别所述多个第一时间区间中的一个或多个时间区间，在所述一个或多个时间区间期间估计由所述一个或多个脉冲串引起的已被所述光学测量系统接收到的反射光子；以及从所述总光子计数排除在所述一个或多个时间区间中接收到的光子计数。16.根据权利要求13所述的方法，其中从所述多个第一寄存器中去除所述背景噪声。17.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二时间间隔包括所述一个或多个第一时间间隔以外的时间间隔。18.根据权利要求12所述的方法，其中在所述一个或多个第一时间间隔期间接收到的所述多个第一寄存器中的光子计数的所述直方图表示由所述光学测量系统进行的单个光学测量。19.根据权利要求12所述的方法，进一步包括使用在所述第二时间间隔中存储在所述多个第二寄存器中的所述光子计数以产生周围环境的环境图像。20.根据权利要求12所述的方法，其中在所述第二时间间隔中存储在所述多个第二寄存器中的所述光子计数包括来自所述一个或多个脉冲串的所述光子和来自所述环境光的所述光子。21.一种光学测量系统，其包括：光源，所述光源被配置为在一个或多个第一时间间隔中传输一个或多个脉冲串作为光学测量的部分，其中所述一个或多个第一时间间隔中的每一个第一时间间隔包括所述一个或多个脉冲串中的一个脉冲串；
光传感器，所述光传感器包括一个或多个光检测器，所述一个或多个光检测器被配置为检测来自所述一个或多个脉冲串的光子；数据路径，所述数据路径包括算术逻辑电路和多个第一寄存器，其中所述数据路径被配置为使用由所述算术逻辑电路聚集的来自所述一个或多个脉冲串的光子计数填入所述多个第一寄存器，使得所述多个第一寄存器表示在所述一个或多个第一时间间隔期间接收到的光子计数的直方图；以及饱和检测电路，所述饱和检测电路确定饱和何时在所述数据路径中发生并且在所述一个或多个时间第一间隔中的在所述饱和发生之后发生的时间间隔中使得所述数据路径停止填入所述多个第一寄存器。22.根据权利要求21所述的光学测量系统，其中所述数据路径进一步包括计数器，所述计数器计数在所述饱和检测电路使得所述数据路径停止填入所述多个第一寄存器之前发生的所述一个或多个第一时间间隔的数目。23.根据权利要求22所述的光学测量系统，其中所述计数器通过信号递增，所述信号也使得所述一个或多个第一时间间隔开始。24.根据权利要求21所述的光学测量系统，其中所述数据路径进一步包括计数器，所述计数器计数在所述饱和检测电路使得所述数据路径停止填入所述多个第一寄存器之前所述算术逻辑电路更新所述多个第一寄存器的次数。25.根据权利要求21所述的光学测量系统，其中所述饱和检测电路从所述算术逻辑电路接收指示所述算术逻辑电路已饱和的信号。26.根据权利要求21所述的光学测量系统，其中所述饱和检测电路接收指示来自所述算术逻辑电路的结果大于待存储于所述多个第一寄存器中的一个第一寄存器中的最大数目的信号。27.根据权利要求21所述的光学测量系统，其中所述饱和检测电路通过停用使得所述算术逻辑电路聚集光子计数的周期性信号来使得所述数据路径停止填入所述多个第一寄存器。28.根据权利要求21所述的光学测量系统，其中所述饱和检测电路通过停用使得所述多个第一寄存器存储更新的光子计数的周期性信号来使得所述数据路径停止填入所述多个第一寄存器。29.根据权利要求21所述的光学测量系统，进一步包括第二数据路径，所述第二数据路径包括第二算术逻辑电路和一个或多个积分寄存器，其中所述第二数据路径被配置为在包括至少所述一个或多个第一时间间隔的第二时间间隔中将来自所述一个或多个光检测器的所述光子计数聚集到所述一个或多个积分寄存器中。30.根据权利要求29所述的光学测量系统，其中所述第二数据路径包括第二饱和检测电路，所述第二饱和检测电路确定在所述第二数据路径中何时发生饱和并且在所述饱和发生之后的所述第二时间间隔期间使得所述第二数据路径停止将来自所述一个或多个光检测器的所述光子计数聚集到所述一个或多个积分寄存器中。31.一种使用光学测量系统的方法，所述方法包括：在一个或多个第一时间间隔中传输一个或多个脉冲串作为光学测量的部分，其中所述一个或多个第一时间间隔中的每一个第一时间间隔包括所述一个或多个脉冲串中的一个
脉冲串；使用一个或多个光检测器检测来自所述一个或多个脉冲串的光子；使用来自所述一个或多个光检测器的光子计数填入数据路径中的多个第一寄存器，其中所述光子计数由所述数据路径中的算术逻辑电路聚集，使得所述多个第一寄存器表示在所述一个或多个第一时间间隔期间接收到的光子计数的直方图；确定在所述数据路径中何时发生饱和；以及在所述饱和发生之后发生的所述一个或多个第一时间间隔中的时间间隔中使得所述数据路径停止填入所述多个第一寄存器。32.根据权利要求31所述的方法，进一步包括计数在使得所述数据路径停止填入所述多个第一寄存器之前发生的事件的数目。33.根据权利要求32所述的方法，进一步包括使用以下来计算乘数：在使得所述数据路径停止填入所述多个第一寄存器之前发生的事件的数目；以及在所述一个或多个第一时间间隔期间发生的事件的总数目。34.根据权利要求33所述的方法，进一步包括使用所述乘数来缩放所述多个第一寄存器中的光子计数的所述直方图。35.根据权利要求34所述的方法，进一步包括在缩放光子计数的所述直方图之后定位所述多个第一寄存器中的光子计数的所述直方图中的峰值。36.根据权利要求31所述的方法，进一步包括：使用来自所述一个或多个光检测器的光子计数填入第二数据路径中的一个或多个积分寄存器，其中所述光子计数由所述第二数据路径中的第二算术逻辑电路聚集，使得所述一个或多个积分寄存器表示在包括至少所述一个或多个第一时间间隔的第二时间间隔中接收到的总光子计数；确定在所述第二数据路径中何时发生饱和；以及在所述饱和发生之后使得所述第二数据路径停止填入所述一个或多个积分寄存器。37.根据权利要求36所述的方法，进一步包括：计数在使得所述第二数据路径停止填入所述一个或多个积分寄存器之前发生的事件的数目；以及使用在使得所述第二数据路径停止填入所述一个或多个积分寄存器之前发生的事件的数目来缩放所述一个或多个积分寄存器中的所述总光子计数。38.根据权利要求37所述的方法，进一步包括在缩放所述总光子计数之后计算环境背景噪声水平。39.根据权利要求38所述的方法，进一步包括使用所述环境背景噪声水平来设置用于检测所述光学测量中的峰值的阈值。40.根据权利要求38所述的方法，进一步包括从所述多个第一寄存器中的光子计数的所述直方图中去除所述环境背景噪声水平...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：奥斯特公司，
类型：发明
国别省市：