CN109791202A - 具有不规则脉冲序列的激光雷达 - Google Patents

具有不规则脉冲序列的激光雷达 Download PDF

Info

Publication number
CN109791202A
CN109791202A CN201780058088.4A CN201780058088A CN109791202A CN 109791202 A CN109791202 A CN 109791202A CN 201780058088 A CN201780058088 A CN 201780058088A CN 109791202 A CN109791202 A CN 109791202A
Authority
CN
China
Prior art keywords
pulse
scene
time
laser
time mode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201780058088.4A
Other languages
English (en)
Inventor
C·L·尼西亚斯
A·施庞特
G·A·阿干诺夫
T·欧吉雅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Apple Inc
Original Assignee
Apple Computer Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Apple Computer Inc filed Critical Apple Computer Inc
Publication of CN109791202A publication Critical patent/CN109791202A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/22—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring depth
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S17/26—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency-modulated or phase-modulated carrier wave, e.g. for pulse compression of received signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S17/894—3D imaging with simultaneous measurement of time-of-flight at a 2D array of receiver pixels, e.g. time-of-flight cameras or flash lidar

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开一种深度感测装置(20)，包括：激光器(28)，该激光器(28)被配置成朝向场景发射光学辐射的脉冲；以及一个或多个检测器(40)，该一个或多个检测器(40)被配置成接收从场景中的点反射的光学辐射并输出指示所接收辐射的相应到达时间的信号。控制和处理电路(44，38)被耦合以驱动激光器以预定义的时间模式发射脉冲的序列，该预定义的时间模式指定序列中的脉冲之间的不规则间隔，并且使输出信号与时间模式相关联以便为场景中的点找到相应的飞行时间。

Description

具有不规则脉冲序列的激光雷达
技术领域
本发明整体涉及范围感测，并且具体地讲涉及用于基于飞行时间测量进行深度映射的设备和方法。
背景技术
在许多深度映射系统(也称为3D映射或3D成像)中使用飞行时间(ToF)成像技术。在直接ToF技术中，光源诸如脉冲激光器朝向要被映射的场景引导光学辐射的脉冲，并且高速检测器感测从该场景反射的辐射的到达时间。深度图中每个像素的深度值是得自输出脉冲的发射时间与从场景中对应点反射的辐射的到达时间之间的差值，这被称为光学脉冲的“飞行时间”。被反射回且被检测器接收的辐射脉冲也被称为“回波”。
单光子雪崩二极管(SPAD)也称为盖革模式雪崩光电二极管(GAPD)，是能够以数十皮秒量级的非常高的到达时间分辨率捕获各个光子的检测器。它们可在专用半导体工艺中或者在标准CMOS技术中制造。在单个芯片上制造的SPAD传感器阵列已在3D成像相机中进行了实验。Charbon等人在发表于TOF Range-Imaging Cameras(Springer-Verlag,2013)的“SPAD-Based Sensors”中提供了SPAD技术的有用的综述。
发明内容
下文描述的本发明的实施方案提供了改进的用于基于ToF的成像和深度映射的激光雷达系统。
因此在本文中提供了根据本发明的实施方案的深度感测装置，该深度感测装置包括：激光器，该激光器被配置成朝向场景发射光学辐射的脉冲；以及一个或多个检测器，该一个或多个检测器被配置成接收从场景中的点反射的光学辐射并输出指示所接收辐射的相应到达时间的信号。控制和处理电路被耦合以驱动激光器以预定义的时间模式发射脉冲的序列，该预定义的时间模式指定序列中的脉冲之间的不规则间隔，并且使输出信号与时间模式相关联以便为场景中的点找到相应的飞行时间。
在一些实施方案中，该一个或多个检测器包括一个或多个雪崩光电二极管，例如单光子雪崩光电二极管(SPAD)阵列。
除此之外或另选地，该时间模式包括伪随机模式。
在一些实施方案中，该装置包括扫描仪，该扫描仪被配置成扫描场景上的光学辐射的脉冲，其中该控制器被配置成驱动激光器朝向场景中的不同点以不同的预定义时间模式发射脉冲。在一个这样的实施方案中，该一个或多个检测器包括检测器的阵列，并且该装置包括物镜光学器件，该物镜光学器件被配置成将由脉冲中的每一个照明的场景中的轨迹聚焦到包含多个检测器的该阵列的区域上。通常，控制和处理电路被配置成将该区域上的输出信号相加以便找到飞行时间。
在所公开的实施方案中，控制器被配置成在使输出信号与时间模式相关联时检测多个回波，每个回波对应于不同的飞行时间。
在一些实施方案中，控制器被配置成基于该飞行时间构造场景的深度图。
在所公开的实施方案中，控制和处理电路的功能在单个集成电路上单片式地结合并实现。
还提供了一种根据本发明的实施方案的用于深度感测的方法，该方法包括朝向场景以预定义的时间模式发射光学辐射的脉冲的序列，该预定义的时间模式指定该序列中的脉冲之间的不规则间隔。在一个或多个检测器处接收从该场景中的点反射的光学辐射，该一个或多个检测器输出指示所接收辐射的相应到达时间的信号。使输出信号与时间模式相关联，以便为场景中的点找到相应的飞行时间。
结合附图，从下文中对本发明的实施方案的详细描述将更全面地理解本发明，在附图中：
附图说明
图1是根据本发明一实施方案的深度映射设备的示意性侧视图；
图2是根据本发明的实施方案的示意性地示出所传输激光脉冲的序列的图；
图3是根据本发明的实施方案的示意性地示出由于图2的脉冲序列从场景反射而接收到的信号的图；
图4是根据本发明的实施方案的示意性地示出图2的脉冲序列和图3的所接收信号之间的互相关的图；
图5是根据本发明的实施方案的示意性地示出用于多回波相关的方法的流程图；
图6是根据本发明的另一个实施方案的示意性地示出所传输激光脉冲的序列和由于脉冲从场景反射而接收到的信号之间的互相关的图；和
图7是根据本发明的实施方案的ToF检测器元件的阵列的示意性前视图。
具体实施方式
使用激光雷达测量到场景中的每个点的距离的质量在实际实施中常常由于一些环境挑战、根本挑战和制造挑战而受到损害。环境挑战的一个示例是在室内和室外应用中存在非相关背景光，诸如太阳环境光，通常达到1000W/m2的辐照度。根本挑战涉及因光信号在从场景中的表面反射时引发的损失，尤其是由于低反射率表面和有限的光学收集孔以及电子和光子散粒噪声。这些限制常常产生不灵活的权衡关系，这可促使设计者采用涉及大光学孔、高光学功率、窄视场(FoV)、大体积机械结构、低帧速率以及对传感器在受控环境中操作的限制的解决方案。
本领域已知的一些基于ToF的激光雷达以单发模式操作：针对要出现在深度图像中的每个像素朝向场景传输单激光脉冲。因此，总像素信号预算集中于此单脉冲。此方法的优点在于，像素采集时间受限于单光子往返时间，这可有助于更高的测量吞吐量和/或更快的帧速率，而由于环境光而到达传感器的非期望光学功率的量受限于短积分时间。然而，在不利的方面，单发模式需要超高峰值功率激光源，并且不能够应对多个激光雷达在同一环境中操作时可能出现的干扰，因为光学接收机不能容易地区分其自身的信号与其他激光雷达的信号。
作为替代方案，一些激光雷达可被配置用于多发操作，其中针对每个成像像素朝向场景传输若干脉冲。此方法具有使以较低峰值激光脉冲功率起作用的优点。然而，为了避免连续传输脉冲的回波之间的混淆，连续脉冲之间的时间间隔通常被设定为不小于期望的最大ToF值。在远程激光雷达系统中，期望的最大ToF将对应地大(例如，对于100m的范围，大约1μs)。因此，多发方法可引发比单发方法长N倍的像素采集时间(其中N是每像素的脉冲数)，从而导致更低的吞吐量和/或更低的帧速率、以及由于更长的环境辐射积分所致的更高的背景。此外，这种多发方法保持对来自其他激光雷达的干扰敏感。
本文所述的本发明的实施方案提供了多发激光雷达，其既能够相对于上文所述的该种多发方法增加吞吐量，又能够减轻不同激光雷达的信号之间的干扰。这些实施方案中的一些利用码分多址(CDMA)的原理来确保在同一环境中操作的不同激光雷达的信号可容易地被相应的接收机区分开。为此，激光雷达发射机以不同的预定义时间模式输出脉冲的序列，这些时间模式通过正交码、诸如具有窄模糊函数的伪随机码进行编码。每个激光雷达接收机在对其接收的脉冲回波进行滤波时使用其指定的代码，并且因此能够将由其对应的发射机发射的脉冲与由于具有不同脉冲传输模式的其他激光雷达而产生的干扰脉冲区分开。
在所公开的实施方案中，深度感测装置包括激光器，该激光器朝向场景发射光学辐射的脉冲；以及一个或多个检测器，该一个或多个检测器接收从场景中的点反射的光学辐射并且输出指示这些回波脉冲的相应到达时间的信号。控制器驱动激光器以预定义的时间模式顺序地发射脉冲，该预定义的时间模式指定序列中的脉冲之间的不规则间隔。使来自检测器的输出信号与所传输序列的时间模式相关联，以便为场景中的点找到相应的飞行时间。这些飞行时间用于例如构造场景的深度图。
当使用此方法时，序列中连续脉冲之间的间隔可以是短的，即，显著小于期望的最大ToF，因为相关操作将每个回波与对应的传输脉冲在本质上相关联。因此，相对于使用规则的脉冲间间隔的方法，所公开的实施方案实现更高的吞吐量和更短的每像素积分时间，从而降低了背景水平。在本文的上下文中，术语“不规则的”用于意指随着朝向场景中的任何给定点传输的脉冲的序列而变化的脉冲间间隔。如CDMA中所使用的脉冲间间隔的伪随机模式可有利地用作用于本发明目的的不规则模式，但也可另选地使用其他种类的不规则模式。
此不规则的脉冲间间隔的使用使得多个激光雷达能够在同一环境中同时操作。根据此类实施方案操作的激光雷达对不受控的信号干扰源是鲁棒性的，并且通过比使用规则的脉冲序列的方法集成更少的环境光，使得能够以高信噪比实现快速ToF评估。
图1是根据本发明一实施方案的一种深度映射设备20的示意性侧视图。在图示的实施方案中，设备20用于生成场景的深度图，该场景包括对象22，例如设备的用户身体的一部分。为了生成深度图，照明组件24朝向对象22引导光脉冲，并且成像组件26测量从对象反射的光子的ToF。(在本说明书和权利要求中所使用的术语“光”是指在可见范围、红外范围和紫外范围中的任何范围中的光学辐射。)
照明组件24通常包括脉冲激光器28，该脉冲激光器28发射短光脉冲，其中脉冲持续时间在纳秒范围内，并且重复频率在50MHz的范围内。收集光学器件30朝向对象22引导光。另选地，可根据应用要求使用其他脉冲持续时间和重复频率。在一些实施方案中，照明组件24包括扫描仪，诸如一个或多个旋转镜(未示出)，该扫描仪扫描整个场景中的脉冲光束。在其他实施方案中，照明组件包括代替激光器28的激光器阵列，该激光器阵列同时或顺序地照亮场景的不同部分。更一般地，照明组件24可包括基本上任何脉冲激光器或激光器阵列，其可被驱动朝向对象22以不规则的间隔发射脉冲的序列。
成像组件26包括物镜光学器件32，该物镜光学器件32将对象22成像到感测阵列34上，使得由照明组件24发射并从对象22反射的光子入射在感测设备上。在图示的实施方案中，感测阵列34包括传感器芯片36和处理芯片38，它们例如使用本领域已知的芯片堆叠技术耦合在一起。传感器芯片36包括一个或多个高速光电探测器，诸如雪崩光电二极管。
在一些实施方案中，传感器芯片36中的光电探测器包括SPAD 40阵列，该SPAD 40阵列中的每一个在由照明组件24发射脉冲后输出指示光子入射在SPAD上的时间的信号。处理芯片38包括相应地耦合到感测元件的处理电路42的阵列。芯片36和38都可以基于本领域已知的SPAD传感器设计，使用众所周知的CMOS制造工艺来由硅晶片以及伴随的驱动电路、逻辑和存储器制成。例如，芯片36和38可包括如美国专利申请公布2017/0052065和/或2015年12月20日提交的美国专利申请14/975,790中所描述的电路，这两个申请的公开内容以引用方式并入本文。另选地，本文所述的检测的设计和原理可使用其他电路、材料和方法加以必要的变更来实施。所有这些替代具体实施被视为在本发明的范围内。
成像组件26输出指示所接收辐射在每个SPAD 40处的相应到达时间的信号，或者等效地输出来自正在映射的场景中的每个点的信号。这些输出信号通常呈由处理电路42生成的到达时间的相应数字值的形式，但其他信号格式(数字和模拟两者)也是可能的。控制器44读出各个像素值并生成输出深度图，包括在每个像素处测量的ToF，或等效地测量的深度值。深度图通常被传送到接收设备46，诸如显示器或计算机或其他处理器，该接收设备46从深度图分割高级信息并对其进行提取。
如上所述，控制器44驱动照明组件24中的一个或多个激光器以预定义的时间模式发射脉冲的序列，其中序列中的脉冲之间具有不规则间隔。间隔可以是伪随机的，或者可以与任何其他合适的模式相符。然后，处理芯片38通过使来自成像组件26的输出信号与同控制器44共享的预定义的时间模式相关联来为场景中的点找到相应的飞行时间。可通过本领域已知的任何合适的算法和计算逻辑来执行这种相关。例如，处理芯片38可通过以下方式来计算时间模式和输出信号之间的互相关：利用有限脉冲响应(FIR)滤波器内核对与所传输脉冲的时间模式匹配的来自场景中的每个点的光子到达时间的直方图进行滤波。
尽管本说明书涉及控制器44和处理芯片38是单独的实体，并且在控制器和处理芯片之间具有一定的功能划分，但在实践中这些实体及它们的功能可在同一集成电路上单片式地结合并实现。另选地，这些实体之间的功能的其他划分对于本领域的技术人员也将是显而易见的，并且被认为在本发明的范围内。因此，在本说明书和权利要求中，控制器44和处理芯片38统称为“控制和处理电路”，并且此术语旨在涵盖归因于这些实体的功能的所有实现方式。
图2是示意性地示出由照明组件24传输的激光脉冲50序列的图，而图3是根据本发明的实施方案的示意性地示出由于图2的脉冲序列从场景反射而被成像组件26接收到的信号52的图。两个图的时间标度不同，其中图2从0ns持续到450ns，而图3从0μs持续到约3μs。
在此示例中，假设场景中感兴趣的对象位于距映射设备20大约100m处，这意味着传输到场景并反射回设备20的激光脉冲的飞行时间为大约0.7μs，如图3中的信号52的定时所示。然而，所传输脉冲序列中连续脉冲之间的延迟显著更短，在约10ns和45ns之间不规则地变化，如图2中的脉冲50所示。图2的所传输脉冲序列导致图3所示的所接收信号的不规则序列。由于脉冲之间的间隔大大短于的脉冲的飞行时间，所以很难先验确定哪个传输脉冲引起每个接收脉冲(并因此很难测量每个接收脉冲的精确飞行时间)。这种模糊性通过下面描述的相关计算来解决。
图2所示的脉冲序列可周期性地重新传输。为了避免脉冲序列的连续传输之间的可能的混淆，将传输之间的周期设定为大于期望的最大飞行时间。因此，在图3所示的示例中，假设到场景中对象的最大距离为400m，从而得出ToF＝2.67μs。增加大约0.5μs的时间预算54来适应脉冲序列本身的长度产生3.167μs的序列间周期，从而实现每秒300,000次以上的重复。
图4是根据本发明的实施方案的示意性地示出图2的脉冲序列和图3的接收信号之间的互相关的图。在此示例中，通过利用滤波器内核对与预定义的传输序列相对应的接收信号脉冲序列进行卷积来计算互相关。所得的互相关在666.7ns处具有尖峰56，对应于所传输信号脉冲和所接收信号脉冲之间的延迟。此相关峰的位置指示引起反射辐射的对象位于距设备20100m的距离处。
图5是根据本发明的实施方案的示意性地示出用于多回波相关的方法的流程图。该方法由控制和处理电路来执行，该控制和处理电路可实施在处理芯片38、控制器44、或一起操作的处理芯片和控制器中。在直方图收集步骤60处，对于与要生成的深度图中的像素相对应的每个SPAD 40，控制和处理电路收集信号52的到达时间对多个脉冲50串的直方图。在互相关步骤62处，对于每个像素，控制和处理电路计算该直方图和所传输脉冲串的已知定时之间的互相关值。每个互相关值对应于所传输脉冲串和所接收脉冲串之间的不同的时间偏移。
在峰查找步骤64处，控制和处理电路对每个像素处的互相关值进行排序，以便找到高于预定义阈值的峰，并选择M个最高峰。(通常，M为小的预定义整数值)。这些峰中的每一个被视为来自场景的光学回波，对应于不同的飞行时间。尽管在许多情况下任何给定像素处将存在仅单个强回波，但例如当给定检测像素的区域包括位于距设备20的多个不同距离处的对象(或对象的部分)时，可发生多个回波。在深度图输出步骤6处，基于峰位置，控制和处理电路输出每个像素的ToF值。
图6是根据本发明的另一个实施方案的示意性地示出以此方式计算的所传输激光脉冲序列和由于脉冲从场景反射而接收到的信号之间的互相关的图。图中的每个点70对应于所传输射束和所接收射束之间的不同的时间偏移。如此图所示，处理芯片38能够在来自成像组件26的输出信号与由照明组件24传输的脉冲的时间模式的所得互相关中检测由峰72、74、76表示的多个回波。
然而，在图6所示的示例中，仅示出三个这样的回波，其对应于图中的三个相关峰。另选地，可通过此方法检测更多或更少数量的回波并进行跟踪。
图7是根据本发明的另外实施方案的ToF检测器元件(诸如传感器芯片36上的SPAD40)的阵列的示意性前视图。在此实施方案中，照明组件24包括扫描仪，该扫描仪扫描感兴趣场景上的由激光器28输出的光学辐射的脉冲。控制器44驱动激光器朝向场景中的不同点以不同的预定义时间模式发射脉冲。换句话讲，控制器驱动激光器28以在扫描过程中改变时间脉冲模式。
此方法特别有利于增强ToF测量的空间分辨率。在图7的实施方案中，例如，场景上每个照明光点80的轨迹通过物镜光学器件32聚焦到传感器芯片36的包含大量相邻SPAD的区域上。(在这种情况下，通过与激光束的扫描同步地适当设定SPAD的偏置电压，可扫描阵列的敏感区域以及照明光点，如上述美国专利申请14/975,790中所描述的。)将照明光点聚焦到其上的每个区域82、84中的SPAD处理为“超像素”，这意味着将它们的输出ToF信号相加以产生所讨论的照明光点位置的组合信号波形。为了增强分辨率，连续的超像素彼此重叠，如图7所示。
为了避免混淆来自场景上的不同光点位置的所接收信号，控制器44驱动激光器28，使得每个超像素具有其自己的时间模式，该时间模式不同于相邻的超像素。处理芯片38(其与控制器44共享相应的时间模式)然后使来自每个超像素的输出信号与对应光点位置处使用的时间模式相关联。因此，在这种情况下，使用不规则的脉冲间间隔不仅在减轻干扰和增强吞吐量方面有用，而且在支持基于ToF的深度映射的增强的空间分辨率方面也有用。
应当理解，上文所描述的实施方案以示例的方式引用，并且本实用新型不限于上文已特别示出或描述的内容。相反，本发明的范围包括上文所述的各种特征，以及本领域的技术人员在阅读以上描述之后会想到的在现有技术中没有公开的其变型形式和修改形式的组合和子组合。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种深度感测装置，包括：
激光器，所述激光器被配置成朝向场景发射光学辐射的脉冲；
一个或多个检测器，所述一个或多个检测器被配置成接收从所述场景中的点反射的所述光学辐射并且输出指示所接收辐射的相应到达时间的信号；
控制和处理电路，所述控制和处理电路被耦合以驱动所述激光器以预定义的时间模式发射所述脉冲的序列，所述预定义的时间模式指定所述序列中的所述脉冲之间的不规则间隔，并且使输出信号与所述时间模式相关联以便为所述场景中的所述点找到相应的飞行时间，
其中所述控制和处理电路被配置成在使所述输出信号与所述时间模式相关联时在给定点处检测数个回波，每个回波对应于所述给定点的不同飞行时间。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个检测器包括一个或多个雪崩光电二极管。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述一个或多个雪崩光电二极管包括单光子雪崩光电二极管(SPAD)阵列。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述时间模式包括伪随机模式。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，并且包括扫描仪，所述扫描仪被配置成在所述场景上扫描所述光学辐射的脉冲，其中所述控制器被配置成驱动所述激光器朝向所述场景中的不同点以不同的预定义时间模式发射所述脉冲。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述一个或多个检测器包括检测器的阵列，并且其中所述装置包括物镜光学器件，所述物镜光学器件被配置成将由所述脉冲中的每一个照射的所述场景中的轨迹聚焦到包含数个检测器的所述阵列的区域上。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述控制和处理电路被配置成将所述区域上的所述输出信号相加以便找到所述飞行时间。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述控制器被配置成基于所述飞行时间构造所述场景的深度图。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述控制和处理电路的功能在单个集成电路上单片式地结合并实现。
10.一种用于深度感测的方法，包括：
朝向场景以预定义的时间模式发射光学辐射的脉冲的序列，所述预定义的时间模式指定所述序列中的所述脉冲之间的不规则间隔；
在一个或多个检测器处接收从所述场景中的点反射的所述光学辐射，所述一个或多个检测器输出指示所接收辐射的相应到达时间的信号；以及
使输出信号与所述时间模式相关联，以便为所述场景中的所述点找到相应的飞行时间，
其中使所述输出信号相关联包括在使所述输出信号与所述时间模式相关联时在给定点处检测数个回波，每个回波对应于所述给定点的不同飞行时间。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述一个或多个检测器包括一个或多个雪崩光电二极管。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述一个或多个雪崩光电二极管包括单光子雪崩光电二极管(SPAD)阵列。
13.根据权利要求10所述的方法，其中所述时间模式包括伪随机模式。
14.根据权利要求10-13中任一项所述的方法，其中发射所述脉冲的序列包括在所述场景上扫描所述光学辐射的脉冲，同时朝向所述场景中的不同点以不同的预定义时间模式发射所述脉冲。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述一个或多个检测器包括检测器的阵列，并且其中接收所述光学辐射包括将由所述脉冲中的每一个照射的所述场景中的轨迹聚焦到包含数个检测器的所述阵列的区域上。
16.根据权利要求15所述的方法，其中使所述输出信号相关联包括将所述区域上的所述输出信号相加以便找到所述飞行时间。
17.根据权利要求10-13中任一项所述的方法，并且包括基于所述飞行时间构造所述场景的深度图。

Claims (19)

1.一种深度感测装置，包括：
激光器，所述激光器被配置成朝向场景发射光学辐射的脉冲；
一个或多个检测器，所述一个或多个检测器被配置成接收从所述场景中的点反射的所述光学辐射并且输出指示所接收辐射的相应到达时间的信号；
控制和处理电路，所述控制和处理电路被耦合以驱动所述激光器以预定义的时间模式发射所述脉冲的序列，所述预定义的时间模式指定所述序列中的所述脉冲之间的不规则间隔，并且使输出信号与所述时间模式相关联以便为所述场景中的所述点找到相应的飞行时间。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述一个或多个检测器包括一个或多个雪崩光电二极管。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述一个或多个雪崩光电二极管包括单光子雪崩光电二极管(SPAD)阵列。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述时间模式包括伪随机模式。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，并且包括扫描仪，所述扫描仪被配置成在所述场景上扫描所述光学辐射的脉冲，其中所述控制器被配置成驱动所述激光器朝向所述场景中的不同点以不同的预定义时间模式发射所述脉冲。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述一个或多个检测器包括检测器的阵列，并且其中所述装置包括物镜光学器件，所述物镜光学器件被配置成将由所述脉冲中的每一个照射的所述场景中的轨迹聚焦到包含数个检测器的所述阵列的区域上。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述控制和处理电路被配置成将所述区域上的所述输出信号相加以便找到所述飞行时间。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述控制器被配置成在使所述输出信号与所述时间模式相关联时检测数个回波，每个回波对应于不同的飞行时间。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述控制器被配置成基于所述飞行时间构造所述场景的深度图。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中所述控制和处理电路的功能在单个集成电路上单片式地结合并实现。
11.一种用于深度感测的方法，包括：
朝向场景以预定义的时间模式发射光学辐射的脉冲的序列，所述预定义的时间模式指定所述序列中的所述脉冲之间的不规则间隔；
在一个或多个检测器处接收从所述场景中的点反射的所述光学辐射，所述一个或多个检测器输出指示所接收辐射的相应到达时间的信号；以及
使输出信号与所述时间模式相关联，以便为所述场景中的所述点找到相应的飞行时间。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述一个或多个检测器包括一个或多个雪崩光电二极管。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述一个或多个雪崩光电二极管包括单光子雪崩光电二极管(SPAD)阵列。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述时间模式包括伪随机模式。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的方法，其中发射所述脉冲的序列包括在所述场景上扫描所述光学辐射的脉冲，同时朝向所述场景中的不同点以不同的预定义时间模式发射所述脉冲。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个检测器包括检测器的阵列，并且其中接收所述光学辐射包括将由所述脉冲中的每一个照射的所述场景中的轨迹聚焦到包含数个检测器的所述阵列的区域上。
17.根据权利要求16所述的方法，其中使所述输出信号相关联包括将所述区域上的所述输出信号相加以便找到所述飞行时间。
18.根据权利要求11-14中任一项所述的方法，其中使所述输出信号关联包括在使所述输出信号与所述时间模式相关联时检测数个回波，每个回波对应于不同的飞行时间。
19.根据权利要求11-14中任一项所述的方法，并且包括基于所述飞行时间构造所述场景的深度图。
CN201780058088.4A 2016-09-22 2017-06-26 具有不规则脉冲序列的激光雷达 Pending CN109791202A (zh)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662397940P 2016-09-22 2016-09-22
US62/397,940 2016-09-22
US15/586,300 US20180081041A1 (en) 2016-09-22 2017-05-04 LiDAR with irregular pulse sequence
US15/586,300 2017-05-04
PCT/US2017/039171 WO2018057081A1 (en) 2016-09-22 2017-06-26 Lidar with irregular pulse sequence

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109791202A true CN109791202A (zh) 2019-05-21

Family

ID=61620242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780058088.4A Pending CN109791202A (zh) 2016-09-22 2017-06-26 具有不规则脉冲序列的激光雷达

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20180081041A1 (zh)
EP (1) EP3516417A1 (zh)
CN (1) CN109791202A (zh)
WO (1) WO2018057081A1 (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110632577A (zh) * 2019-08-30 2019-12-31 深圳奥锐达科技有限公司 时间编码解调处理电路及方法
CN110927734A (zh) * 2019-11-24 2020-03-27 深圳奥锐达科技有限公司 一种激光雷达系统及其抗干扰方法
CN112068149A (zh) * 2019-06-10 2020-12-11 苹果公司 用于感测飞行时间的脉冲重复间隔的选择
WO2021042382A1 (zh) * 2019-09-06 2021-03-11 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达测距方法、装置、计算机设备和存储介质
CN113406594A (zh) * 2021-06-01 2021-09-17 哈尔滨工业大学 一种基于双量估计法的单光子激光透雾方法
WO2022077149A1 (en) * 2020-10-12 2022-04-21 PHOTONIC TECHNOLOGIES (SHANGHAI) Co.,Ltd. Sensing device based on direct time-of-flight measurement
WO2023071908A1 (zh) * 2021-10-28 2023-05-04 宁波飞芯电子科技有限公司 一种测距方法和测距系统
CN116466328A (zh) * 2023-06-19 2023-07-21 深圳市矽赫科技有限公司 一种Flash智能光学雷达装置及系统

Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10627490B2 (en) 2016-01-31 2020-04-21 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pulse, LIDAR based 3-D imaging
WO2017210418A1 (en) 2016-06-01 2017-12-07 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pixel scanning lidar
JP6862751B2 (ja) * 2016-10-14 2021-04-21 富士通株式会社 距離測定装置、距離測定方法及びプログラム
US11105925B2 (en) 2017-03-01 2021-08-31 Ouster, Inc. Accurate photo detector measurements for LIDAR
TWI765977B (zh) * 2017-03-01 2022-06-01 美商奧斯特公司 光學量測系統及其使用方法與光測距系統
CN106970393B (zh) * 2017-03-14 2019-12-03 南京航空航天大学 一种基于码分多址的面阵激光雷达三维成像方法
GB201704443D0 (en) * 2017-03-21 2017-05-03 Photonic Vision Ltd Time of flight sensor
US10386465B2 (en) 2017-03-31 2019-08-20 Velodyne Lidar, Inc. Integrated LIDAR illumination power control
CN110809704B (zh) 2017-05-08 2022-11-01 威力登激光雷达美国有限公司 Lidar数据获取与控制
EP3646057A1 (en) 2017-06-29 2020-05-06 Apple Inc. Time-of-flight depth mapping with parallax compensation
US10852402B2 (en) * 2017-12-07 2020-12-01 Texas Instruments Incorporated Phase anti-aliasing using spread-spectrum techniques in an optical distance measurement system
CN111465870B (zh) 2017-12-18 2023-08-29 苹果公司 使用可寻址发射器阵列的飞行时间感测
JP2021518562A (ja) * 2018-03-15 2021-08-02 メトリオ センサーズ アイエヌシー． 撮像ｌｉｄａｒシステムの性能を改善するためのシステム、装置、及び方法
DE102018205972A1 (de) * 2018-04-19 2019-10-24 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung zum Bestimmen einer Position von mindestens einem Objekt
US11879837B2 (en) * 2018-06-01 2024-01-23 Photothermal Spectroscopy Corp. Wide area optical photothermal infrared spectroscopy
EP3811113A1 (en) * 2018-06-22 2021-04-28 Ams Ag Using time-of-flight and pseudo-random bit sequences to measure distance to object
US20200041651A1 (en) * 2018-07-31 2020-02-06 Analog Devices, Inc. System and method for improving range resolution in a lidar system
US20210325514A1 (en) * 2018-09-06 2021-10-21 Sony Semiconducor Solutions Corporation Time of flight apparatus and method
US10712434B2 (en) 2018-09-18 2020-07-14 Velodyne Lidar, Inc. Multi-channel LIDAR illumination driver
US11543495B2 (en) * 2018-11-01 2023-01-03 Waymo Llc Shot reordering in LIDAR systems
GB2578788B (en) * 2018-11-09 2022-10-05 Toshiba Kk An investigation system and method
US11885958B2 (en) 2019-01-07 2024-01-30 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for a dual axis resonant scanning mirror
CN113330328B (zh) 2019-02-11 2024-06-14 苹果公司 深度感测方法及装置
CN110208814B (zh) * 2019-05-17 2022-07-08 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达及其抗干扰方法
WO2021010175A1 (ja) 2019-07-16 2021-01-21 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 測定装置および測定方法、並びにプログラム
US11555900B1 (en) 2019-07-17 2023-01-17 Apple Inc. LiDAR system with enhanced area coverage
CN110488251B (zh) * 2019-08-26 2021-07-27 山东国耀量子雷达科技有限公司 激光雷达系统及其激光雷达回波信号曲线的获得方法、装置
CN110632578B (zh) * 2019-08-30 2022-12-09 深圳奥锐达科技有限公司 用于时间编码时间飞行距离测量的系统及方法
US11635496B2 (en) 2019-09-10 2023-04-25 Analog Devices International Unlimited Company Data reduction for optical detection
DE102019215813A1 (de) * 2019-10-15 2021-04-15 Robert Bosch Gmbh LIDAR-Sensor zur Erfassung eines Objekts und Verfahren für einen LIDARSensor
US11733359B2 (en) 2019-12-03 2023-08-22 Apple Inc. Configurable array of single-photon detectors
JP2023516654A (ja) * 2020-03-05 2023-04-20 オプシス テック リミテッド 固体ＬｉＤＡＲのためのノイズフィルタリングシステムおよび方法
DE102020110052A1 (de) 2020-04-09 2021-10-14 Hybrid Lidar Systems Ag Vorrichtung zur erfassung von bilddaten
CN111708040B (zh) * 2020-06-02 2023-08-11 Oppo广东移动通信有限公司 测距装置、测距方法及电子设备
WO2022198386A1 (zh) * 2021-03-22 2022-09-29 深圳市大疆创新科技有限公司 激光测距装置、激光测距方法和可移动平台
US11681028B2 (en) 2021-07-18 2023-06-20 Apple Inc. Close-range measurement of time of flight using parallax shift
CN114594455B (zh) * 2022-01-13 2022-11-18 杭州宏景智驾科技有限公司 激光雷达系统及其控制方法
CN116794631A (zh) * 2022-03-14 2023-09-22 上海禾赛科技有限公司 激光雷达的控制方法、计算机存储介质以及激光雷达
WO2023208431A1 (en) 2022-04-28 2023-11-02 Ams-Osram Ag Spad-based dithering generator and tof sensor comprising the same
EP4344616A1 (en) * 2022-09-30 2024-04-03 Carl Zeiss Vision International GmbH Method and system for operating an optometry device
WO2024088749A1 (en) * 2022-10-27 2024-05-02 Ams-Osram Ag Time-of-flight measurement based on cross-correlation

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2157445A2 (en) * 2008-08-19 2010-02-24 Rosemount Aerospace Inc. Lidar system using a pseudo-random pulse sequence
US20120075615A1 (en) * 2009-06-22 2012-03-29 Toyota Motor Europe Nv/Sa Pulsed light optical rangefinder
EP2469301A1 (en) * 2010-12-23 2012-06-27 André Borowski Methods and devices for generating a representation of a 3D scene at very high speed
CN102622745A (zh) * 2011-01-12 2012-08-01 索尼公司 3d飞行时间相机和方法
CN104730535A (zh) * 2015-03-20 2015-06-24 武汉科技大学 一种车载多普勒激光雷达距离测量方法
CN105143820A (zh) * 2013-03-15 2015-12-09 苹果公司 利用多个发射器进行深度扫描

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10620300B2 (en) 2015-08-20 2020-04-14 Apple Inc. SPAD array with gated histogram construction

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2157445A2 (en) * 2008-08-19 2010-02-24 Rosemount Aerospace Inc. Lidar system using a pseudo-random pulse sequence
US20120075615A1 (en) * 2009-06-22 2012-03-29 Toyota Motor Europe Nv/Sa Pulsed light optical rangefinder
EP2469301A1 (en) * 2010-12-23 2012-06-27 André Borowski Methods and devices for generating a representation of a 3D scene at very high speed
CN102622745A (zh) * 2011-01-12 2012-08-01 索尼公司 3d飞行时间相机和方法
CN105143820A (zh) * 2013-03-15 2015-12-09 苹果公司 利用多个发射器进行深度扫描
CN104730535A (zh) * 2015-03-20 2015-06-24 武汉科技大学 一种车载多普勒激光雷达距离测量方法

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112068149A (zh) * 2019-06-10 2020-12-11 苹果公司 用于感测飞行时间的脉冲重复间隔的选择
CN112068149B (zh) * 2019-06-10 2024-05-10 苹果公司 感测装置和用于感测的方法
CN110632577A (zh) * 2019-08-30 2019-12-31 深圳奥锐达科技有限公司 时间编码解调处理电路及方法
CN110632577B (zh) * 2019-08-30 2024-05-07 深圳奥锐达科技有限公司 时间编码解调处理电路及方法
WO2021042382A1 (zh) * 2019-09-06 2021-03-11 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达测距方法、装置、计算机设备和存储介质
CN112639517A (zh) * 2019-09-06 2021-04-09 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达测距方法、装置、计算机设备和存储介质
CN112639517B (zh) * 2019-09-06 2023-07-14 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达测距方法、装置、计算机设备和存储介质
CN110927734B (zh) * 2019-11-24 2024-03-08 深圳奥锐达科技有限公司 一种激光雷达系统及其抗干扰方法
CN110927734A (zh) * 2019-11-24 2020-03-27 深圳奥锐达科技有限公司 一种激光雷达系统及其抗干扰方法
WO2022077149A1 (en) * 2020-10-12 2022-04-21 PHOTONIC TECHNOLOGIES (SHANGHAI) Co.,Ltd. Sensing device based on direct time-of-flight measurement
CN113406594A (zh) * 2021-06-01 2021-09-17 哈尔滨工业大学 一种基于双量估计法的单光子激光透雾方法
WO2023071908A1 (zh) * 2021-10-28 2023-05-04 宁波飞芯电子科技有限公司 一种测距方法和测距系统
CN116466328A (zh) * 2023-06-19 2023-07-21 深圳市矽赫科技有限公司 一种Flash智能光学雷达装置及系统

Also Published As

Publication number Publication date
US20180081041A1 (en) 2018-03-22
WO2018057081A1 (en) 2018-03-29
EP3516417A1 (en) 2019-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109791202A (zh) 具有不规则脉冲序列的激光雷达
JP7098706B2 (ja) Ｌａｄａｒシステム及び方法
US10739445B2 (en) Parallel photon counting
CN109791195B (zh) 用于光达的自适应发射功率控制
US20090185159A1 (en) Distance measuring method and distance measuring element for detecting the spatial dimension of a target
CN112731425B (zh) 一种处理直方图的方法、距离测量系统及距离测量设备
CN109870704A (zh) Tof相机及其测量方法
CN106896369A (zh) 测距装置
TW202024582A (zh) 脈衝重複頻率偵測器、追蹤器及解碼器系統及成像裝置
Gyongy et al. Direct time-of-flight single-photon imaging
CN111880194B (zh) 非视域成像装置及方法
JP2010504509A (ja) シーン（情景）の３ｄ画像を捕捉する方法及びシステム
CN207557476U (zh) 基于单光子探测技术的激光测距系统
CA2716980C (en) Light-integrating rangefinding device and method
WO2014101408A1 (zh) 基于多次积分的三维成像雷达系统及方法
US20210109194A1 (en) Microsecond time of flight (mtof) sensor
US20200300978A1 (en) Dynamic range improvements in lidar applications
CN106908804A (zh) 一种林业植株三维点云测量激光雷达系统及方法
US20230375678A1 (en) Photoreceiver having thresholded detection
CN205826867U (zh) 一种大气风速分布探测的装置
US20230007979A1 (en) Lidar with photon-resolving detector
KR20170127865A (ko) 통합픽셀로 구성된 거리영상센서
RU2433424C2 (ru) Способ и устройство оптической локации с помощью сенсора ультрафиолетового излучения
Bronzi et al. 3D Sensor for indirect ranging with pulsed laser source
US20230228851A1 (en) Efficient laser illumination for scanned lidar

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20190521

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication