激光雷达设备、系统和方法技术方案

激光雷达设备、系统和方法。一种激光雷达设备(31

【技术实现步骤摘要】
激光雷达设备、系统和方法


[0001]本公开涉及激光雷达(LIDAR)设备、包括多个这样的LIDAR设备的系统以及控制LIDAR设备减少LIDAR系统中的干扰的相关方法。本专利技术尤其涉及在汽车应用中使用的汽车LIDAR设备和系统。

技术介绍

[0002]近年来，基于飞行时间(TOF)LIDAR(光检测和测距)的传感器由于能够在变化的距离精确地测量对象并获得高的角分辨率而变得更广泛地用于汽车应用中。随着自主驾驶的日益流行，这种车辆通常具有一个或更多个LIDAR设备，其可以包括SPAD(单光子雪崩二极管)器件的阵列。为了测量至对象的距离，在多个扫描循环内多次照射视场以在每个SPAD器件中累积足够的信号。这些照射与返射回传感器的返回光的记录同步。这样，每个SPAD器件用作TOF传感器，并用于收集关于在每一帧中入射到该传感器上的光的三维位置和强度的信息。作为该过程的一部分，如图1所示，为每个SPAD器件有效地创建直方图，该直方图记录每个循环的预定时间窗(T
window
)内的激活定时，并且直方图计数了在多个循环上累积。因此，到对象的距离(R
obj
)可以通过测量在直方图上检测到的峰10的平均返回时间(τ
peak
)来确定：
[0003]R
obj
＝(c.τ
peak
)/2，
[0004]其中，c是光的速度。
[0005]典型地，LIDAR系统可以被配置为使用两种不同的模式或结构(即扫描和闪光)来工作。图2a示出了扫描LIDAR架构21，在该扫描LIDAR架构中，输出光发射器(在这种情况下是准直激光束22)被操作以扫描视场23，并且传感器记录在检测器平面上逐列反射回的光。图2b示出了另选的闪光LIDAR架构，在该闪光LIDAR架构中，输出光发射器(在这种情况下是宽发散激光束25)被操作以通过使用宽发散激光束25以单个脉冲照射整个视场23。然后，使用传感器记录每个脉冲在整个检测器平面上的反射光。
[0006]使用扫描和闪光架构的传统LIDAR系统的问题在于，它们能够努力区分实际信号和来自以相同波长发射光脉冲的另一LIDAR传感器的干扰。也就是说，区分与被检测对象相关联的检测峰值和源自附近LIDAR设备的寄生干扰峰值尤其具有挑战性。这种寄生信号甚至可以潜在地覆盖所得到的直方图计数中的对象信号，从而提供关于周围环境的不正确信息。
[0007]为了解决上述问题，一些LIDAR系统协调不同LIDAR设备的时间窗口以降低接收寄生信号的概率。这样，使用长得多的测量窗口，并且将该窗口细分为几个时间窗口。然而，这样的解决方案不适合于汽车应用，因为它们减慢了帧速率，并且在驾驶场景中所需的检测近距离处的对象的能力需要非常快的响应时间。此外，架构的复杂性也显著增加，这增加了成本。
[0008]因此，仍然需要解决传统LIDAR系统中的上述缺点。

技术实现思路

[0009]根据第一方面，提供了一种LIDAR设备，该LIDAR设备包括用于检测输入信号的传感器、用于发射输出信号的发射器以及用于控制发射器发射输出信号并用于在多个扫描循环期间从传感器读取输入信号的控制器，其中，每个扫描循环由间隔周期隔开，并且控制器被配置为改变多个扫描循环之间的间隔周期的长度。
[0010]这样，LIDAR设备可以通过使用可变间隔对每个循环进行时间移位来使用唯一的时间图案来工作。因此，这极大地减少了干扰寄生信号的系统累积。也就是说，通过改变扫描窗口之间的间隔周期的长度，相应设备在其扫描窗口内同时从同一系统中的另一LIDAR设备重复接收发射光信号的概率在统计上降低。在多个循环上，这种寄生信号将落在时间窗口之外，或者在它们被捕获的地方，它们的计数将分布在整个时间窗口中。因此，这样的寄生信号将仅仅被呈现为噪声基底上的附加背景噪声，而不是与一致的寄生信号相关联的高强度峰值。此外，利用这种设备，可以减轻干扰，而不需要LIDAR系统内的多个设备的扫描循环之间的协调。
[0011]在实施方式中，控制器被配置为将每个间隔周期的长度设置在预定范围内。以这种方式，可以应用数值范围内的可变时移来最小化不同LIDAR设备之间的同步。
[0012]在实施方式中，预定范围具有大于5ns的最小间隔周期和/或100ns的最大间隔周期。这样，间隔周期可以被设置为大于LIDAR传感器的死区时间，而不会不适当地损害所得到的成像的整体帧速率。
[0013]在实施方式中，控制器被配置为将每个间隔周期的长度设置为不同于相邻间隔周期的长度。以这种方式，间隔周期的变化长度可以避免遵循任何可察觉的重复模式，从而降低重复检测以一致的脉冲重复频率出现的干扰信号的可能性。
[0014]在实施方式中，控制器被配置为随机设置每个间隔周期的长度。这样，随机化的间隔周期可以确保不同LIDAR设备之间不存在同步。
[0015]在实施方式中，传感器包括按照多个行布置的像素阵列，并且其中，控制器被配置成非顺序地读取多个行中的每一行。这样，来自扫描LIDAR设备的寄生信号的干扰的概率被减轻。在实施方式中，多个行可以是检测矩阵的列或行。
[0016]在实施方式中，所述控制器被配置为针对每一扫描循环随机生成行读取次序，并且其中，所述控制器被配置为基于所述行读取次序从所述多个行中的单个行读取输入信号。这样，通过以随机顺序读取传感器列或行，来自扫描LIDAR设备的寄生信号的干扰的概率被大大减轻。
[0017]在实施方式中，传感器是单光子雪崩二极管(SPAD)阵列。
[0018]根据第二方面，提供了一种LIDAR系统，该LIDAR系统包括：多个LIDAR设备，每个LIDAR设备包括用于发射输出信号的发射器和用于检测输入信号的传感器；一个或更多个控制器，所述一个或更多个控制器用于控制所述多个LIDAR设备中的每个LIDAR设备在多个扫描循环期间控制它们各自的发射器和传感器，其中，每个扫描循环由间隔周期分开；并且其中，所述一个或更多个控制器改变所述LIDAR设备中的至少一个LIDAR设备的间隔周期的长度，使得所述多个LIDAR设备中的每个LIDAR设备的多个扫描循环是异相的。以此方式，可以减轻同一系统内的不同LIDAR装置之间的干扰。
[0019]在实施方式中，LIDAR系统是汽车LIDAR系统。这样，可以在不过度损害短距离检测
速度的情况下实现改进的图像分辨率。
[0020]根据第三方面，提供了一种用于减少LIDAR系统中的干扰的方法，该方法包括以下步骤：控制多个LIDAR设备中的每一个的相应发射器和传感器执行相应的多个扫描循环，其中，每个扫描循环由间隔周期隔开；以及改变所述LIDAR设备中的至少一个LIDAR设备的间隔周期的长度，使得所述多个LIDAR设备中的每一个LIDAR设备的多个扫描循环是异相的。这样，提供了一种用于有力减轻来自寄生信号的干扰的方法。
[0021]在实施方式中，该方法还包括以下步骤：为多个LIDAR设备中的每一个累积在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达设备，该激光雷达设备包括：用于检测输入信号的传感器；用于发射输出信号的发射器；控制器，其用于控制所述发射器发射输出信号并且用于在多个扫描循环期间从所述传感器读取所述输入信号，并且其中，各个扫描循环被间隔周期分隔开，并且所述控制器被配置为改变所述多个扫描循环之间的所述间隔周期的长度。2.根据权利要求1所述的激光雷达设备，其中，所述控制器被配置为将各个间隔周期的长度设置在预定范围内。3.根据权利要求2所述的激光雷达设备，其中，所述预定范围具有大于5ns的最小间隔周期和/或100ns的最大间隔周期。4.根据权利要求1至3中任一项所述的激光雷达设备，其中，所述控制器被配置为将各个间隔周期的长度设置为不同于相邻间隔周期的长度。5.根据权利要求1至4中任一项所述的激光雷达设备，其中，所述控制器被配置为随机地设置各个间隔周期的长度。6.根据权利要求1至5中任一项所述的激光雷达设备，其中，所述传感器包括按照多个行布置的像素的阵列，并且其中，所述控制器被配置成非顺序地读取所述多个行中的各个行。7.根据权利要求6所述的激光雷达设备，其中，所述控制器被配置为针对各个扫描循环随机地生成行读取顺序，并且其中，所述控制器被配置为基于所述行读取顺序从所述多个行中的单个行读取输入信号。8.根据权利要求1至7中任一项所述的激光雷达设备，其中，所述传感器是单光子雪崩二极管SPAD阵列。9.一种激光雷达系统，该激光雷达系统包括：多个激光雷达设备，各个激光雷达设备包括用于发射输出信号的发射器和用于检测输入信号的传感器；一个或更多个控制器，所述一个或更多个控制器用于控制所述多个激光雷达设备中的各个激光雷达设备在多个扫描循环期间控制各自的发射器和传感器，其中，各个扫描循环被间隔周期分隔开，并且其中，所述一个或更多...

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