CN108139481A - 具有反射信号强度测量的lidar系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实例LIDAR系统，其包含检测器、放大器、时间/数字转换器TDC、积分器、模/数转换器ADC和处理器。所述检测器被配置以接收反射光脉冲，其中所述反射光脉冲从物体反射出来。所述放大器耦合到所述检测器以响应于所述反射光脉冲产生模拟信号。所述TDC耦合到所述放大器以响应于所述模拟信号产生第一时间数据及第二时间数据。所述积分器耦合到所述放大器以积分所述模拟信号。所述ADC耦合到所述积分器以取样所述积分器的输出并产生数字样本。所述处理器被配置以处理所述第一时间数据、所述第二时间数据和数字样本以估计所述反射光脉冲的总反射能量。

Description

具有反射信号强度测量的LIDAR系统
相关申请案的交叉参考
本专利申请要求2015年9月29日提交的标题是“具有反射信号强度测量的LIDAR系统(LIDAR SYSTEM WITH REFLECTED SIGNAL STRENGTH MEASUREMENT)”第62/234,328号美国临时申请的权益，所述美国临时申请让渡给本受让人且明确地以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及光检测与测距(LIDAR)系统。
背景技术
对于LIDAR和/或LADAR(即雷射检测与测距)系统，能够提取关于反射信号的强度/能量的信息(以及时序信息)可为有利的。这个信息可以允许经由提供关于散射的位置及反射光的强度的信息而增强LIDAR/LADAR数据的后处理分析。举例来说，由于实际LIDAR/LADAR系统通常在强噪声信号(来自太阳、汽车远光灯等)的存在下运作，此噪声将泄漏到系统的接收路径中，且此噪声可影响物体检测的精确性及可靠度。所接收的信号强度的相关性使得LIDAR系统能够在检测具有更强反射信号的物体时执行可靠度度量，LIDAR系统可向其指派较高可信度值，且因此启用更高效的数据后处理。
在一个LIDAR系统中，高效能速度及精确性模/数转换器(ADC)用于直接将LIDAR信号迹线数字化。使用此类高效能ADC的优点为其允许直接测量所接收的信号强度以及多个反射之间的良好清晰度。但是，这些ADC的要求为极高的。可满足这些要求的ADC往往昂贵且消耗大量功率。
其它LIDAR系统可利用多信道时间/距离(在本文中也被称作时间/数字)转换器(TDC)。TDC为比ADC明显更简单的解决方案，相对便宜，且并不需要大量操作功率。但是，尽管TDC可直接测量反射信号的时序信息，但TDC在估计反射光的功率上可能非常不精确。
发明内容
本发明的方面包含用于辅助或以其它方式执行LIDAR系统中的反射信号强度测量的方法、设备、LIDAR系统和计算机可读媒体。
举例来说，根据一个方面，实例LIDAR系统包含检测器、放大器、时间/数字转换器(TDC)、积分器、模/数转换器(ADC)和处理器。所述检测器被配置以接收反射光脉冲，其中所述反射光脉冲从物体反射出来。所述放大器耦合到所述检测器以响应于所述反射光脉冲产生模拟信号。所述TDC耦合到所述放大器以响应于所述模拟信号产生至少第一时间数据及第二时间数据。所述积分器耦合到所述放大器以积分所述模拟信号。所述ADC耦合到所述积分器以取样所述积分器的输出并产生数字样本。所述处理器被配置以处理所述第一时间数据、所述第二时间数据和数字样本以估计所述反射光脉冲的总反射能量。
根据另一方面，与LIDAR系统一起使用的实例方法包含在LIDAR系统的检测器处接收反射光脉冲，其中所述反射光脉冲从物体反射出来。方法进一步包含响应于反射光脉冲产生模拟信号(其中所述模拟信号表示反射光脉冲)，及响应于所述模拟信号使用时间/数字转换器(TDC)产生至少第一时间数据和第二时间数据。方法还包含使用积分器积分模拟信号，以及使用模/数转换器(ADC)在一或多个取样时间对积分器的输出进行取样以产生表示积分器的输出的数字样本。接着处理第一时间数据、第二时间数据以及数字样本以估计反射光脉冲的总反射能量。
在又一方面中，实例LIDAR系统包含存储器和耦合到存储器的处理器。存储器适用于存储程序代码且处理器被配置以存取及执行包含于程序代码中的指令以引导LIDAR系统：(i)在所述LIDAR系统的检测器处接收反射光脉冲，其中所述反射光脉冲从物体反射出来；(ii)响应于所述反射光脉冲产生模拟信号，其中所述模拟信号表示所述反射光脉冲；(iii)响应于所述模拟信号使用时间/数字转换器(TDC)产生至少第一时间数据和第二时间数据；(iv)使用积分器积分所述模拟信号；(v)使用模/数转换器(ADC)在一或多个取样时间对所述积分器的输出进行取样以产生表示所述积分器的所述输出的数字样本；以及(vi)处理所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本以估计所述反射光脉冲的总反射能量。
在另一方面，LIDAR系统包含：(i)用于在所述LIDAR系统的检测器处接收反射光脉冲的装置，其中所述反射光脉冲从物体反射出来；(ii)用于响应于所述反射光脉冲产生模拟信号的装置，其中所述模拟信号表示所述反射光脉冲；(iii)用于响应于所述模拟信号产生至少第一时间数据和第二时间数据的装置；(iv)用于积分所述模拟信号的装置；(v)用于在一或多个取样时间对用于积分的所述装置的输出进行取样以产生表示用于积分的所述装置的所述输出的数字样本的装置；以及(vi)用于处理所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本以估计所述反射光脉冲的总反射能量的装置。
附图说明
呈现随附图式以辅助描述本发明的实施例，且提供所述图式仅用于说明实施例而非对实施例加以限制。
图1是说明实例LIDAR系统的框图。
图2是说明实例LIDAR系统的框图。
图3是说明LIDAR系统的实例检测器的框图。
图4A到4D是说明LIDAR系统的多信道TDC的操作的时序图。
图5是说明LIDAR系统的积分器的操作的时序图。
图6是说明执行LIDAR系统中的反射信号强度测量的实例过程的流程图。
图7是可在LIDAR系统中使用且经配置以支持如在本文中教示的执行反射信号强度测量的组件的若干样本方面的简化框图。
具体实施方式
在针对于具体实施例的以下描述和相关图式中公开本发明的方面。可在不脱离本发明的范围的情况下设计替代性实施例。另外，将不会详细描述或将省略本发明的众所周知的元件以免混淆本发明的相关细节。
词语“示范性”在本文中用于意指“充当实例、例子或说明”。在本文中被描述为“示范性”的任何实施例未必被理解为比其它实施例优选或有利。类似地，术语“本发明的实施例”并不要求本发明的所有实施例包含所论述特征、优点或操作模式。
本文中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，且并不意图限制本发明的实施例。如本文中所使用，除非上下文另外明确指示，否则单数形式“一(a/an)”和“所述(the)”既定还包含复数形式。应进一步理解，术语“包括(comprises、comprising)”和/或“包含(includes、including)”在本文中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。
另外，许多实施例是依据待由(例如)计算装置的元件执行的动作序列来描述。将认识到，本文中所描述的各种动作可由特定电路(例如专用集成电路(ASIC))、由正由一个或多个处理器执行的程序指令或由所述两个的组合来执行。另外，可以认为本文中所描述的这些动作序列完全实施于任何形式的计算机可读存储媒体内，所述计算机可读存储媒体已经在其中存储相对应的计算机指令的集合，所述指令在被执行时将使得相关联的处理器执行本文中所描述的功能性。因此，本发明的各种方面可以数个不同形式来体现，预期所有形式属于所主张的标的物的范围内。
图1是说明在环境100中操作的实例LIDAR系统102的框图。如图1中所展示，LIDAR系统102经配置以测量从LIDAR系统102到物体110的距离116。在一个方面中，LIDAR系统102利用飞行时间方法(ToF)，其中所述LIDAR系统102测量将激光脉冲112发送到环境100中的时间与所述LIDAR系统102检测到所反射脉冲114(在本文中也被称作回波)的时间之间的时间延迟。如将在下文更详细地论述，LIDAR系统102还经配置以测量所反射脉冲114的信号强度和/或物体110的反射率值。
在一个方面中，LIDAR系统102可借助于一或多个定位系统确定辅助物体110的扫描的其位置/定位。举例来说，卫星定位系统(satellite positioning system，SPS)通常包含经定位以使得实体能够至少部分地基于从发射器接收到的信号来确定其在地球上或上方的位置的发射器的系统。此发射器通常发射标记有经设定数目个码片的重复伪随机噪声(PN)码的信号，且可以位于基于地面的控制站、用户设备和/或航天器上。在特定实例中，此些发射器可位于地球轨道人造卫星(satellite vehicle，SV)106上。举例来说，全球导航卫星系统(GNSS)(例如全球定位系统(GPS)、伽利略(Galileo)、格洛纳斯(Glonass)或北斗导航系统(Compass))星座中的SV可发射经标记有PN码的信号，所述PN码可区别于由星座中的其它SV发射的PN码(例如，对于如GPS中每一卫星使用不同PN码，或在如格洛纳斯中不同频率上使用相同码)。
根据某些方面，本文中所呈现的技术不限于SPS的全球系统(例如GNSS)。举例来说，本文中所提供的技术可应用于或以其它方式经启用以用于在各种区域系统中使用，例如，日本上方的准天顶卫星系统(Quasi-Zenith Satellite System，QZSS)、印度上方的印度区域导航卫星系统(Indian Regional Navigational Satellite System，IRNSS)、中国上方的北斗系统(Beidou)等，和/或可与一或多个全球和/或区域导航卫星系统相关联或以其它方式经启用以与所述系统一起使用的各种增强系统(例如星基增强系统(SatelliteBased Augmentation System，SBAS))。以实例说明而非限制，SBAS可包含提供完整性信息、差分校正等的增强系统，例如，广域增强系统(WAAS)、欧洲地球同步卫星导航叠加服务(EGNOS)、多功能卫星增强系统(MSAS)、GPS辅助地理增强导航或GPS与地理增强导航系统(GAGAN)，和/或其类似系统。因此，如本文中所使用，SPS可以包含一或多个全球和/或区域导航卫星系统和/或增强系统的任何组合，且SPS信号可以包含SPS、类SPS和/或与此类一或多个SPS相关联的其它信号。
LIDAR系统102不限于与用于确定其位置/定位的SPS一起使用，其中此类定位技术还可结合各种无线通信网络予以实施，包含蜂窝塔104和来自无线通信接入点108，例如无线广域网(wireless wide area network，WWAN)、无线局域网(wireless local areanetwork，WLAN)和无线个人局域网(wireless personal area network，WPAN)。WWAN可为码分多址(CDMA)网络、时分多址(TDMA)网络、频分多址(FDMA)网络、正交频分多址(OFDMA)网络、单载波频分多址(SC-FDMA)网络、长期演进(LTE)等等。CDMA网络可实施一种或一种以上无线电接入技术(RAT)，例如cdma2000、宽带CDMA(W-CDMA)等等。cdma2000包括IS-95、IS-2000和IS-856标准。TDMA网络可以实施全球移动通信系统(GSM)、数字高级移动电话系统(D-AMPS)或某种其它RAT。来自名为“第三代合作伙伴计划”(3GPP)的协会的文献中描述了GSM和W-CDMA。来自名为“第三代合作伙伴计划2”(3rd Generation Partnership Project2，3GPP2)的联盟的文献中描述了cdma2000。3GPP和3GPP2文献可公开获得。WLAN可为IEEE802.11x网络，并且WPAN可为蓝牙网络、IEEE 802.15x或某种其它类型的网络。所述技术还可结合WWAN、WLAN和/或WPAN的任何组合来实施。
图2是说明实例LIDAR系统202的框图。LIDAR系统202是图1的LIDAR系统102的一个可能实施方案。LIDAR系统202还可以是包含能够进行LIDAR操作的无线通信装置、计算机、笔记本电脑等的装置。
LIDAR系统202包含连接到激光206、光学件208及检测器210且与其连通的控制单元204。控制单元204接受并处理从检测器210接收的数据。控制单元204可由处理器212、硬件214、固件216、存储器218和软件220提供。
所说明的控制单元204的实例进一步包含LIDAR控制单元222和定位/导航单元226。处理器212及LIDAR控制单元222为了清楚起见分开绘示，但可为单个单元和/或基于在处理器212中运行的软件220中的指令而实施于处理器212中。处理器212以及LIDAR控制单元222可(但不需要一定)包含一或多个微处理器、嵌入式处理器、控制器、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)等等。术语“处理器”描述通过系统而非特定硬件实施的功能。此外，如本文所使用，术语“存储器”指任何类型的计算机存储媒体，包括长期、短期、或与LIDAR系统202相关联的其它存储器，且不应限于任何特定类型的存储器或任何数目个存储器，或上面存储存储器的任何类型的媒体。
激光206被配置以一或多个频率发射(例如产生、传播)可为(例如)一致发光(例如单色发光)或波束的电磁辐射。激光206可经配置以发射紫外光、可见光或近红外光。在一个方面中，由激光206产生的激光脉冲引导穿过光学件208，其中光学件208控制可由LIDAR系统202检测到的的角分辨率和范围。光学件208还可经配置以借助于孔镜或分束器接收所反射脉冲(例如所反射脉冲114)。在一些实例中，光学件208将光学发射及接收路径耦合在一起。但是，在其它实例中，光学发射及接收路径彼此独立。在一个实施例中，光学件208经配置以执行扫描操作以控制由激光206产生的激光脉冲的方向。举例来说，光学件208可包括用以扫描方位角和海拔高度的硬件，例如双振荡平面镜、多面镜或双轴线扫描器。检测器210可耦合到光学件208以接收并检测所反射脉冲(例如所反射脉冲114)。在一个实施例中，检测器210包含固态光电检测器，例如一或多个硅雪崩光电二极管。在另一实施例中，检测器210包含光电倍增管。如将在下文更详细地论述，检测器210还可经配置以检测所反射脉冲114的信号强度和/或物体110的反射率值。
如图2中所展示，控制单元204进一步包含定位/导航单元226，其可包含被配置以执行或以其它方式辅助LIDAR系统202的位置确定的一或多个GPS接收器。LIDAR控制单元222被配置以在发射时间触发激光206以产生激光脉冲(例如图1的激光脉冲112)。LIDAR控制单元222可随后基于从检测器210接收的数据来确定反射信号的飞行时间(ToF)和/或信号强度。
取决于应用，本文中所描述的过程可以通过各种装置来实施。举例来说，可以硬件214、固件216、处理器212与软件220的组合或其任何组合实施这些过程。对于硬件实施方案，处理单元可实施于一或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、电子装置、经设计以执行本文中所描述功能的其它电子单元或其组合内。
对于固件和/或软件实施方案，可使用执行本文中所描述的功能的模块(例如程序、功能等等)来实施所述过程。任何有形地体现指令的非暂时性计算机可读媒体可用于实施本文中所描述的过程。举例来说，程序代码可以存储于存储器218中并且通过处理器212执行。存储器218可在处理器212内或外部实施。
如果在固件和/或软件中实施，那么可将所述功能作为一或多个指令或代码存储在计算机可读媒体上。实例包含编码有数据结构的非暂时性计算机可读媒体，及编码有计算机程序的计算机可读媒体。计算机可读媒体包括物理计算机存储媒体。存储媒体可以是可由计算机存取的任何可用媒体。作为实例而非限制，此计算机可读媒体可包括RAM、ROM、快闪存储器、EEPROM、CD-ROM或其他光盘存储装置、磁盘存储装置或其他磁性存储装置，或可用于存储呈指令或数据结构形式的所要程序代码且可由计算机访问的任何其他媒体；如本文中所使用的磁盘和光盘包含压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘用激光以光学方式再现数据。以上各项的组合也应包含在计算机可读媒体的范围内。
图3是说明LIDAR系统的实例检测器302的框图。检测器302是图2的检测器210的一个可能实施方案。所说明的检测器302的实例包含光敏元件(例如雪崩光电二极管(APD)304)、放大器306、时间/数字转换器(TDC)308、积分器310和模/数转换器(ADC)312。所说明的放大器306的实例包含跨阻抗放大器(TIA)316和变量增益控制(VGC)电路318。也绘示于图3中的是处理器314。在一个实施例中，处理器314包含于检测器302中。但是，在另一实例中，处理器314可包含于LIDAR控制单元222中和/或可为图2的处理器212。
在操作中，入射于APD 304上的反射光脉冲320产生进一步扩增并转换为TIA 316中的电压脉冲的电流脉冲。VGC电路318为任选的且可补偿信号衰减(例如，随着散射距离增大，所接收功率减小为1/R2)。因此，由于增大的距离(及时间延迟)，VGC电路318被配置以通过增大VGC电路318的增益来补偿此效应。结果，VGC电路318的输出处的模拟信号322将对于扫描范围内的给定散射是相同的。在一个实例中，模拟信号322追踪APD 304的瞬时输出。在VGC电路318之后，模拟信号322提供到TDC 308和积分器310两个。
在一个方面中，TDC 308为在发射激光206时开始计数(开始(START))且当其接收基本上产生停止(STOP)的反射波束时计数的高速计数器。在一个实例中，TDC 308可执行多个测量信道，其中各信道可寄存在不同阈值下触发的多个停止。在图4A的实例中，TDC 308实施两个信道——信道1和信道2，其中各信道支持两个停止。当LIDAR系统202发射脉冲(例如激光脉冲112)时两个信道均已做好准备，且其保持运行直到反射信号(表示为模拟信号322)越过预定义阈值。此时，TDC 308暂存停止。在所说明实例中，关于停止的信息(例如时戳及相关联电压值)可自TDC 308输出为数字数据324。尽管图4A说明TDC 308为每信道产生两个停止，但TDC 308可经配置以每信道产生任何数目的停止，包含两个或多于两个。
在绘示于图4A中的实例时序图400中，TDC 308将针对信道1产生两个停止(即T1 1、T1 2)，及针对信道2产生两个停止(即T2 1、T2 2)。停止可由TDC 308输出为数字时间数据324。对应地，信号的斜率可由T2 1到T1 1或T1 2到T2 2的计数值之间的差确定。此外，反射信号的中心可测量为时戳T1 1与T1 2之间或时戳T2 1与T2 2之间的平均时间。模拟信号322的斜率可以允许估计所述脉冲的最大值(即峰值)。举例来说，图4B说明估计模拟信号322的最大值的实例方法。在这个实例中，可应用线性插值法，其中直线402及404基于由TDC 308产生的各种停止而产生。也就是说，可通过点406及408绘制直线402，其中点406对应于时戳T1 1的电压值及点408对应于时戳T2 1的电压值。类似地，直线404通过点410及412绘制，其中点410对应于时戳T1 2的电压值，及点412对应于时戳T2 2的电压值。直线402及404可随后延长直到其相交为止。如图4B所示，直线402及404形式交点414。交点414处的电压值I可表示模拟信号322的最大值的估计值。
因此，如上所示，绘示于图4B中的曲线上的点表示模拟信号的即刻功率，且可用于估计反射光脉冲的最大值(例如峰值)。但是，在一些实例中，可能需要提供反射光脉冲的总反射能量的估计值。在一个实例中，反射光脉冲的总反射能量表示为曲线下面积，经展示为图4B中的模拟信号322。
但是，仅基于TDC 308的输出的总反射能量的估计值可为不准确的，因为模拟信号322的测量值是在强噪声的存在下执行的，这可导致测量对应时间数据的错误。因此，仅基于TDC 308的输出的总反射能量的测量值精确性可相对较低。
相应地，本文中所公开的实施例包含平行于TDC 308添加积分器310。积分器310被配置以在预定时间间隔内积分模拟信号322。在一个方面中，积分器310可使用无源、有源或无源与有源组件的组合来实施，例如Op-Amp积分器或电容器或具有类似功能性的其它装置。
积分器310被配置以积累模拟信号322的一或多个脉冲所产生的电荷，且ADC 312被配置以产生在积分器310的输出处所积累的电荷的数字样本326。数字样本326连同数字时间数据324(即，TDC停止数据)可接着提供到处理器314用于后处理扫描数据且将数字时间数据324与数字样本326相关以产生激光入射的物体的总反射能量和/或反射率的估计值328。
借助于实例，图4C说明反射光脉冲的扫描且图4D说明反射光脉冲的连续扫描。在这个实例中，图4C及4D的两个扫描中的反射光脉冲即使不相同也类似。但是，由TDC 308所产生的阈值交叉点的时戳可测量具有一些误差。
下表1说明TDC 308产生的用于图4C及4D的连续扫描的时戳的实例值。
表1
如自上表可见，第二扫描的时戳中的仅一个之间存在1ns的差。也就是说，时戳T1 11由TDC 308测量为568ns，而时戳T1 21测量为569ns。因此，仅使用时戳值，图4C的扫描的最大值(例如，交点414处的电压值I)的估计产生值3V，而图4D的扫描的最大值的估计产生值3.1V。基于此类最大值估计的总反射能量的估计可产生相当大误差。
相应地，本文所提供的方面可利用由ADC 312提供的数字样本326改善模拟信号322的最大值的估计和/或改善总反射能量的估计。也就是说，在一些方面，从积分器310导出的值(例如数字样本326)可用作估计模拟信号322的最大值和/或总反射能量时的标准化系数。举例来说，假设数字样本326指示模拟信号322的脉冲能量E为45mV(即，E＝45mV)。接着，可做出矩形面积与总反射能量E直线成比例的假设。定义所假设的矩形具有等于模拟信号322的最大值(例如，交点414处的电压值I)的高度及等于模拟信号322的脉冲持续时间的宽度。在一个实例中，脉冲持续时间可为供TDC 308使用的信道的对应时戳之间的平均值。也就是说，图4C的扫描的模拟信号322的脉冲持续时间可确定为使用来自上表1的值，图4C的模拟信号322的脉冲持续时间计算为15ns。因此，可估计图4C中的模拟信号322的信号强度(即，最大值)与45mV/15ns或3mV/ns成比例。
类似地，图4D的扫描的模拟信号322的脉冲持续时间可确定为此外，使用来自上表1的值，图4D的模拟信号322的脉冲持续时间计算为14.5ns。因此，可估计图4D中的模拟信号322的信号强度(即，最大值)与45mV/14.5ns或3.11mV/ns成比例。
如从上文可见，基于时戳的模拟信号322的最大值的估计仅会显现图4C的扫描的值3V，及图4D的扫描的值3.11V。但是，如由数字样本326所表示的脉冲能量中的分解分别产生值3mV/ns及3.1mV/ns。
图5是说明LIDAR系统202的积分器310及ADC 312的操作的时序图500。由LIDAR系统202产生的激光脉冲由等间隔的相同分散器反射，所述激光脉冲由APD 304接收，且反过来在APD 304的输出处产生电力脉冲。在穿过放大器306之后，这些回波出现为等幅的等距脉冲502。
因此，积分器310积累(在预定ADC取样时间506内)由所接收的所有反射脉冲产生的电荷及扫描间隔508期间的噪声。同时，ADC 312将扫描间隔508期间积分器310的输出处积累的电荷的多个样本数字化。在一个方面中，扫描间隔508对应于LIDAR系统202的操作范围。举例来说，操作范围可对应于LIDAR系统202期望接收给定激光脉冲的所有脉冲502期间的时间范围。
数字样本326连同数字时间数据324(即，TDC停止数据)可接着提供到处理器314用于后处理扫描数据且将数字时间数据324与数字样本326相关以产生激光入射的物体的总反射能量和/或反射率的估计值328。
图6是说明执行LIDAR系统中的反射信号强度测量的实例过程600的流程图。过程600是由图2的LIDAR系统202执行的一个可能过程。在过程框602中，图3的检测器302接收反射光脉冲(例如，APD 304接收反射光脉冲320)。在过程框604中，放大器306响应于反射光脉冲320产生模拟信号322。在过程框606中，TDC 308产生表示对应于反射光脉冲320的至少两个停止的第一及第二数字时间数据324。在过程框608中，积分器310在扫描间隔508内积分模拟信号322。在过程框610中，ADC 312对积分器310的输出进行取样以产生表示积分器310的输出的一或多个数字样本326。在过程框612中，处理器314处理第一及第二数字时间数据324连同数字样本326以提供物体110的总反射能量和/或反射率值的估计值328。
图7是可在LIDAR系统中使用且经配置以支持如在本文中教示的执行反射信号强度测量的组件的若干样本方面的简化框图。LIDAR系统700是LIDAR系统102和/或202的一个可能实施方案。用于在LIDAR系统的检测器处接收反射光脉冲的模块702可至少在一些方面对应于(例如)如本文所论述的检测器210和/或APD 304。用于响应于反射光脉冲产生模拟信号的模块704可至少在一些方面对应于(例如)如本文所论述的放大器306。用于产生第一时间数据及第二时间数据的模块706可至少在一些方面对应于(例如)如本文所论述的TDC308。用于使用积分器积分模拟信号的模块708可至少在一些方面对应于(例如)如本文所论述的积分器310。用于对积分器的输出进行取样的模块710可至少在一些方面对应于(例如)如本文所论述的ADC 312。用于处理第一时间数据、第二时间数据和数字样本的模块712可至少在一些方面对应于(例如)如本文所论述的处理器314、LIDAR控制单元222和/或处理器212。
可以与本文中的教示一致的各种方式实施图7的模块702到712的功能性。在一些设计中，这些模块的功能性可被实施为一或多个电气组件。在一些设计中，这些模块的功能性可被实施为包含一或多个处理器组件的处理系统。在一些设计中，这些模块的功能性可使用(例如)一或多个集成电路(例如ASIC)的至少一部分来实施。如本文所论述，集成电路可包含处理器、软件、其它相关组件或其某组合。因此，不同模块的功能性可例如实施为集成电路的不同子集、实施为一组软件模块的不同子集，或其组合。并且，应了解(例如积体电路和/或软件模块集合的)给定子集可为超过一个模块提供功能性的至少一部分。
另外，可使用任何合适的装置来实施由图7表示的组件和功能以及本文中所描述的其它组件和功能。此装置也可至少部分地使用如本文教示的对应结构来实施。举例来说，上文与图7的“用于…的模块”组件结合所描述的组件也可对应于类似地指定的“用于...的装置”功能性。因此，在一些方面中，这些装置中的一或多个可使用如本文教示的处理器组件、集成电路或其它合适结构中的一或多个来予以实施。
所属领域的技术人员应了解，可使用多种不同技术和技艺中的任一个来表示信息和信号。举例来说，可通过电压、电流、电磁波、磁场或磁粒子、光场或光粒子或其任何组合来表示在整个上文描述中可能参考的数据、指令、命令、信息、信号、位、符号和码片。
此外，所属领域的技术人员将了解，结合本文所公开的实施例而描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可实施为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为清晰地说明硬件与软件的此可互换性，上文已大体就其功能性来描述了各种说明性组件、块、模块、电路和步骤。此类功能性是实施为硬件还是软件取决于特定应用及强加于整个系统的设计约束。熟练的技术人员可针对每一特定应用以不同方式来实施所描述的功能性，但这样的实施决策不应被解释为会引起脱离本发明的范围。
结合本文中所公开的实施例而描述的方法、序列及/或算法可直接以硬件、以由处理器执行的软件模块或以两者的组合来体现。软件模块可以驻留在RAM存储器、快闪存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM，或所属领域中已知的任何其它形式的存储媒体中。示范性存储媒体被耦合到处理器，使得处理器可以从存储媒体读取信息且将信息写入所述存储媒体。在替代方案中，存储媒体可与处理器成整体。
相应地，本发明的实施例可包含实施用于执行LIDAR系统中的反射信号强度测量的方法的计算机可读媒体。因此，本发明不限于所说明的实例，且任何用于执行本文中所描述的功能性的装置包括于本发明的实施例中。
虽然前面的公开内容展示本发明的说明性实施例，但应注意，可在不脱离如由所附权利要求书定义的本发明的范围的情况下，在其中作出各种改变和修改。无需按任何特定次序来执行根据本文中所描述的本发明的实施例的方法权利要求项的功能、步骤及/或动作。此外，虽然可能以单数形式描述或要求本发明的元件，但除非明确陈述限于单数形式，否则也涵盖复数形式。

Claims (25)

1.一种用于与光检测与测距LIDAR系统一起使用的方法，所述方法包括：
在所述LIDAR系统的检测器处接收反射光脉冲，其中所述反射光脉冲从物体反射出来；
响应于所述反射光脉冲产生模拟信号，其中所述模拟信号表示所述反射光脉冲；
响应于所述模拟信号使用时间/数字转换器TDC产生至少第一时间数据和第二时间数据；
使用积分器积分所述模拟信号；
使用模/数转换器ADC在一或多个取样时间对所述积分器的输出进行取样以产生表示所述积分器的所述输出的数字样本；以及
处理所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本以估计所述反射光脉冲的总反射能量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间数据包括对应于所述模拟信号达到第一阈值的第一时戳且其中所述第二时间数据包括对应于所述模拟信号达到第二阈值的第二时戳。
3.根据权利要求1所述的方法，其中积分所述模拟信号包括在所述LIDAR系统的扫描间隔内积分所述模拟信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述扫描间隔对应于所述LIDAR系统的操作范围。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述模拟信号追踪所述检测器的光敏元件的瞬时输出。
6.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本以估计所述反射光脉冲的所述总反射能量进一步包括基于所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本来估计所述物体的反射率。
7.一种光检测与测距LIDAR系统，其包括：
检测器，其被配置以接收反射光脉冲，其中所述反射光脉冲从物体反射出来；
放大器，其耦合到所述检测器以响应于所述反射光脉冲产生模拟信号，其中所述模拟信号表示所述反射光脉冲；
时间/数字转换器TDC，其耦合到所述放大器以响应于所述模拟信号产生至少第一时间数据和第二时间数据；
积分器，其耦合到所述放大器以积分所述模拟信号；
模/数转换器ADC，其经耦合以在一或多个取样时间对所述积分器的输出取样以产生表示所述积分器的所述输出的数字样本；以及
处理器，其耦合到所述TDC和所述ADC以处理所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本以估计所述反射光脉冲的总反射能量。
8.根据权利要求7所述的LIDAR系统，其中所述第一时间数据包括对应于所述模拟信号达到第一阈值的第一时戳且其中所述第二时间数据包括对应于所述模拟信号达到第二阈值的第二时戳。
9.根据权利要求7所述的LIDAR系统，其中所述积分器被进一步配置以在所述LIDAR系统的扫描间隔内积分所述模拟信号。
10.根据权利要求9所述的LIDAR系统，其中所述扫描间隔对应于所述LIDAR系统的操作范围。
11.根据权利要求7所述的LIDAR系统，其中所述放大器被配置以产生所述模拟信号使得所述模拟信号追踪所述检测器的光敏元件的瞬时输出。
12.根据权利要求11所述的LIDAR系统，其中所述光敏元件包括雪崩光电二极管APD。
13.根据权利要求7所述的LIDAR系统，其中所述处理器被进一步配置以基于所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本来估计所述物体的反射率。
14.一种光检测与测距LIDAR系统，其包括：
存储器，其经调适以存储程序代码；以及
处理器，其耦合到所述存储器以存取并且执行包含于所述程序代码中的指令以引导所述LIDAR系统：
在所述LIDAR系统的检测器处接收反射光脉冲，其中所述反射光脉冲从物体反射出来；
响应于所述反射光脉冲产生模拟信号，其中所述模拟信号表示所述反射光脉冲；
响应于所述模拟信号使用时间/数字转换器TDC产生至少第一时间数据和第二时间数据；
使用积分器积分所述模拟信号；
使用模/数转换器ADC在一或多个取样时间对所述积分器的输出进行取样以产生表示所述积分器的所述输出的数字样本；以及
处理所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本以估计所述反射光脉冲的总反射能量。
15.根据权利要求14所述的LIDAR系统，其中所述第一时间数据包括对应于所述模拟信号达到第一阈值的第一时戳且其中所述第二时间数据包括对应于所述模拟信号达到第二阈值的第二时戳。
16.根据权利要求14所述的LIDAR系统，其中所述程序代码进一步包括引导所述LIDAR系统在所述LIDAR系统的扫描间隔内积分所述模拟信号的指令。
17.根据权利要求16所述的LIDAR系统，其中所述扫描间隔对应于所述LIDAR系统的操作范围。
18.根据权利要求14所述的LIDAR系统，其中所述模拟信号追踪所述检测器的光敏元件的瞬时输出。
19.根据权利要求14所述的LIDAR系统，其中处理所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本的所述指令进一步包括基于所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本来估计所述物体的反射率的指令。
20.一种光检测与测距LIDAR系统，其包括：
用于在所述LIDAR系统的检测器处接收反射光脉冲的装置，其中所述反射光脉冲从物体反射出来；
用于响应于所述反射光脉冲产生模拟信号的装置，其中所述模拟信号表示所述反射光脉冲；
用于响应于所述模拟信号产生至少第一时间数据和第二时间数据的装置；
用于积分所述模拟信号的装置；
用于在一或多个取样时间对所述用于积分的装置的输出进行取样以产生表示所述用于积分的装置的所述输出的数字样本的装置；以及
用于处理所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本以估计所述反射光脉冲的总反射能量的装置。
21.根据权利要求20所述的LIDAR系统，其中所述第一时间数据包括对应于所述模拟信号达到第一阈值的第一时戳且其中所述第二时间数据包括对应于所述模拟信号达到第二阈值的第二时戳。
22.根据权利要求20所述的LIDAR系统，其中所述用于积分所述模拟信号的装置进一步包括用于在所述LIDAR系统的扫描间隔内积分所述模拟信号的装置。
23.根据权利要求22所述的LIDAR系统，其中所述扫描间隔对应于所述LIDAR系统的操作范围。
24.根据权利要求20所述的LIDAR系统，其中所述模拟信号追踪所述检测器的光敏元件的瞬时输出。
25.根据权利要求20所述的LIDAR系统，其中所述用于处理所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本以估计所述反射光脉冲的所述总反射能量的装置进一步包括用于基于所述第一时间数据、所述第二时间数据和所述数字样本来估计所述物体的反射率的装置。
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