用于光探测和测距的系统和方法技术方案

提供了一种用于提高成像精度和测量范围的光探测和测距系统。所述光探测和测距系统可以包括：光源，被配置为将多脉冲序列发射到三维环境中，其中所述多脉冲序列包括具有时序特性的多个光脉冲；光敏探测器，被配置为探测从三维环境返回的光脉冲，并生成一个输出信号，用来表示与光脉冲中的一个子集相关联的光能量；一个或多个处理器，电耦合到光源和光敏探测器，并且一个或多个处理器被配置为：基于一个或多个实时条件生成时序特性；并确定用于选择光脉冲子集的一个或多个参数。择光脉冲子集的一个或多个参数。择光脉冲子集的一个或多个参数。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光探测和测距的系统和方法
[0001]交叉引用
[0002]本申请与于2018年7月12日提交的国际PCT申请第PCT/CN2018/119721号有关，该申请要求于2017年12月8日提交的中国申请第201711303228.8号的权益，各申请的全部内容均通过引用结合在本申请中。

技术介绍

[0003]光探测和测距(Lidar)技术可用于通过测量到物体的距离来获取环境的三维信息。Lidar系统可以至少包括被配置为发射光脉冲的光源和被配置为接收返回光脉冲的探测器。返回光脉冲或光束可以称为回波光束。基于发射光脉冲和探测到返回光脉冲之间的时间间隔(即飞行时间)，可以获得距离。光脉冲可以由激光发射器产生，然后通过透镜或透镜组聚焦。返回光脉冲可以由位于激光发射器附近的探测器接收。返回光脉冲可以是物体表面的散射光。
[0004]上述光脉冲可用于探测视场内的障碍物。在某些情况下，探测器的动态范围、探测信号的信噪比或对比度可能会受到杂散光的限制。Lidar系统中的杂散光可能由多种来源引起。例如，传输光可能会污染或干扰探测器接收返回光脉冲。这种污染或干扰可能造成难以识别近距离回波。例如，一小部分发射脉冲(杂散光)可能会被Lidar系统内的如雪崩光电二极管(APD)的探测器直接接收，造成高灵敏度APD的探测电路进入非线性饱和区。当探测电路饱和时，杂散光波形拖尾的放大倍数会大于其顶部脉冲的放大倍数，引起杂散光脉冲在探测电路中的脉冲宽度增大。这可能会造成近场障碍物反射的激光脉冲回波信号湮没在杂散光的后延波形拖尾内，无法确定近场障碍物的位置信息，造成测量盲区。
[0005]专利技术概述
[0006]现需要一种改进的光测距精度和效率的用于三维测量的Lidar系统。更具体地说，需要能够对近场障碍物进行测量并减小由Lidar内部的杂散光引起的盲区的方法和系统。
[0007]本申请中提出的Lidar系统通过利用和时序特性(temporal profile)对应的激光脉冲序列来满足上述需求。该激光脉冲序列使得Lidar系统的接收器或接收设备具有更高的动态范围。接收器可以包括具有高动态范围的探测器，使Lidar系统能够以高成像分辨率和宽测量范围进行成像。例如，接收器可以包括被配置为将光信号转换为电信号的脉冲探测电路。脉冲探测电路可以被配置为通过改变被转换成至少一个电信号的接收到的光子能量来生成传感器输出信号。或者，当电信号对应于单个光脉冲时，脉冲探测电路可以通过累积用于生成传感器输出信号的不同组合的电信号来生成传感器输出信号。在一些情况下，脉冲探测电路可以生成表示与返回光脉冲的选定子集相关联的光能量的传感器输出信号。可以通过改变为生成输出信号而累积的返回光脉冲的数量/计数和/或改变对返回光脉冲子集的选择来改变光子能量，从而可以选择对应的总光能量。
[0008]在某些情况下，探测器或光电传感器可以配置为累积在光电传感器的被激活区域中接收到的返回调制脉冲的选定子集，以生成传感器输出信号。传感器输出信号可以确定3D图像中像素的强度。像素的强度或值可以与由光电传感器或光电传感器的脉冲探测电路
累积的光脉冲子集的光能量成比例。在某些情况下，输出信号(例如，电压信号)的强度或峰值功率可以逐个像素的方式动态调整。在某些情况下，输出信号的强度或峰值功率可以针对探测器的被激活区域或整个探测器进行单独调整。
[0009]一方面，本公开可以使探测器累积选定的光脉冲来提供高动态范围的探测器。预设的时序特性也有利于抑制通道之间的串扰并提高近场障碍物的测量精度。在某些情况下，该方法可用于生成双脉冲序列。该方法可以通过在第一时刻发射第一激光脉冲以及在第二时刻发射第二激光脉冲来产生双脉冲序列，其中第一激光脉冲的峰值功率低于第二激光脉冲的峰值功率，第二时刻与第一时刻的时间间隔大于T，T为发射激光脉冲的时刻和接收到近场障碍物反射的激光脉冲回波信号的时刻之间的时长。
[0010]在某些情况下，通过Lidar系统中的成像光学器件传播的一部分发射激光脉冲可能会造成杂散光进入相邻通道或被Lidar系统内，如雪崩光电二极管(APD)，的探测器直接接收，从而造成反射光的读取不准确。如上所述，当探测电路由于发射激光脉冲造成的杂散光而饱和时，探测器饱和状态下接收到的激光脉冲回波信号可能湮没在杂散光的后延波形拖尾中。例如，探测器的探测电路可能由于杂散光而进入非线性饱和区。当探测电路饱和时，杂散光波形拖尾的放大倍数大于其顶部脉冲的放大倍数，使得杂散光脉冲在探测电路中的脉宽增大，使得探测器饱和状态下接收到的激光脉冲回波信号可能会湮没在杂散光的后延波形拖尾中。
[0011]杂散光引起的信号污染在近场测量中可能至关重要。例如，当回波信号从对应的时间延迟较短(即短距离或近场)的近场返回(例如，被近场障碍物反射的回波信号)时，这样的回波信号可能在探测器处于饱和状态的时间窗口中被接收，使得近场障碍物的位置信息可能无法正确确定，从而造成测量盲区。
[0012]在传统的Lidar系统中，近场可能对应于上述由于杂散光污染使得近场回波信号可能无法正确解析而造成的测量盲区。本文所使用的术语“近场”通常是指距Lidar系统相对较短距离的空间。例如，近场距离可以在大约5到50米之间的范围内。在某些情况下，由杂散光污染造成的测量盲区可能取决于Lidar系统的探测器/传感器的灵敏度和/或物体的反射率。例如，探测器饱和状态的时间窗口可能基于杂散光的时刻/强度和探测器的灵敏度。在传统的Lidar系统中，由杂散光污染造成的测量盲区可能对应于位于近场的物体反射的回波信号可能会在探测器饱和状态的时间窗口内被接收的近场距离(例如，在5到50米之间)。类似地，本文使用的术语“远场”(例如，大于50米)通常可以指大于近场对应距离的距离范围。
[0013]另一方面，提供了一种用于提高成像精度和测量范围的光探测和测距系统。所述光探测和测距系统可以包括：光源，被配置为将多脉冲序列发射到三维环境中，其中所述多脉冲序列包括具有时序特性的多个光脉冲；光敏探测器，被配置为探测从三维环境返回的光脉冲并产生表示与光脉冲子集相关联的光能量的输出信号；以及一个或多个处理器，电耦合到光源和光敏探测器，并且所述一个或多个处理器被配置为：基于一个或多个实时条件生成时序特性；并确定用于选择光脉冲子集的一个或多个参数。
[0014]在一些实施例中，一个或多个处理器还被配置为基于与光脉冲子集相关的飞行时间来计算距离，并且飞行时间是通过确定探测到的光脉冲序列和时序特性相匹配来确定的。在一些情况下，用于选择光脉冲子集的一个或多个参数是基于Lidar系统和位于三维环
境中的物体之间的距离来确定的。
[0015]在一些实施例中，时序特性包括选自多个脉冲中每个脉冲的幅值、多个脉冲中每个脉冲的持续时间、多个脉冲之间的时间间隔和多个脉冲的数量中的一项或多项。在一些实施例中，用于选择光脉冲子集的所述一个或多个参数至少部分地基于时序特性来确定。在一些实施例中，所述一个或多个参数包括子集中的光脉冲的数量或表示非紧邻光脉冲的组合的参数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光探测和测距系统，包括：光源，被配置为根据时序特性发射激光脉冲序列；光敏探测器，被配置为探测所述序列被三维环境中的物体反射的返回脉冲，并生成一个输出信号，用来表示与返回脉冲中的一个子集相关联的光能量；以及一个或多个处理器，电耦合到所述光源和所述光敏探测器，其中所述一个或多个处理器被配置为：基于一个或多个实时条件来生成所述时序特性；以及确定用于选择所述光脉冲子集的一个或多个参数。2.根据权利要求1所述的光探测和测距系统，其中，所述一个或多个处理器还被配置为基于与所述返回脉冲子集相关联的飞行时间来计算距离，其中所述飞行时间是通过确定探测到的光脉冲序列和所述时序特性相匹配来确定的。3.根据权利要求2所述的光探测和测距系统，其中，用于选择所述返回脉冲子集的所述一个或多个参数是基于所述光探测和测距系统与位于所述三维环境中的物体之间的距离来确定的。4.根据权利要求1所述的光探测和测距系统，其中，所述时序特性包括选自多个脉冲中每个脉冲的幅值、多个脉冲中每个脉冲的持续时间、多个脉冲之间的时间间隔和多个脉冲的数量中的一项或多项。5.根据权利要求1所述的光探测和测距系统，其中，用于选择所述光脉冲子集的所述一个或多个参数至少部分地基于所述时序特性来确定。6.根据权利要求1所述的光探测和测距系统，其中，所述一个或多个参数包括所述子集中的光脉冲的数量或表示非紧邻光脉冲的组合的参数。7.根据权利要求1所述的光探测和测距系统，其中，所述一个或多个实时条件是基于探测到的光脉冲获得的。8.根据权利要求1所述的光探测和测距系统，其中，所述一个或多个实时条件包括探测到位于预定距离阈值内的物体。9.根据权利要求1所述的光探测和测距系统，其中，所述一个或多个处理器还被配置为基于所述输出信号来生成3D...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘政清，向少卿，李一帆，孙恺，
申请(专利权)人：上海禾赛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：