CN110187359A - 用于光学地测量距离的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于光学地测量距离的方法和设备。在该设备中，光接收元件中的每一个基于来自测量空间的返回光的相应强度来输出强度信号。返回光包括基于目标对象对测量光的反射而反射的反射光。识别单元根据相应光接收元件的强度信号来识别光检测区域中的光接收区域。光接收区域基于多个光接收元件中的指定光接收元件。指定光接收元件被布置成接收反射光。估计单元基于光接收区域的几何构造来估计包括光学系统的状态的设备的状态。

Description

用于光学地测量距离的方法和设备

技术领域

本公开内容涉及用于光学地测量目标对象的距离的方法和设备。

背景技术

近年来，增加了对获得能够更快地测量目标相对于本车辆的距离的光学测量技术的需求；目标对象的距离可以用于本车辆的自主驾驶和/或避免本车辆与目标对象的碰撞。这样的光学测量技术之一测量其间从光源照射的光例如激光传播至目标对象并且在被目标对象反射之后返回至例如光接收装置的时间。因此，测量技术基于测量时间来测量目标对象相对于光接收装置的距离。

这样的测量技术通常使用布置为二维阵列的雪崩光电二极管(APD)或PIN光电二极管作为光接收装置；这些光电二极管中的每一个都具有对输入光的高响应度和高检测能力。

入射在APD上的反射光的光子使APD生成成对的正空穴和电子，成对的正空穴和电子将被称为空穴电子对。空穴电子对的空穴和电子在高电场中被加速以撞击原子，从而从其原子撞出电子，导致产生额外的电子空穴对。将被称为雪崩现象的该特征使得可以对反射光进行放大。需要测量生成弱反射光的不同目标对象的距离的测量设备通常使用这样的APD，并且对来自不同目标对象的弱反射光进行放大。

APD被设计成以线性模式或盖革模式(Geiger mode)操作。在线性模式下，APD以等于或小于预定击穿电压的反向偏置电压操作，并且在盖革模式下，APD以超过击穿电压的反向偏置电压操作。在以线性模式操作的APD中，移出电场消失的空穴电子对的数量大于新产生的空穴电子对的数量，从而导致空穴电子对的雪崩现象自然终止。该特征导致以下事实：来自APD的输出电流与至APD的输入光的量成比例。

否则，以盖革模式操作的APD基于入射在APD上的单个光子而引起雪崩现象，从而导致APD具有较高的入射光的灵敏度。这样的以盖革模式操作的APD也将被称为单光子雪崩二极管(SPAD)。

日本专利申请公布第2014-77658号公开了一种使用这样的二维布置为阵列的SPAD的快速距离测量设备，换句话说，快速测距设备。快速距离测量设备测量其间从光源照射的光例如激光传播至目标对象并且在被目标对象反射之后返回至例如SPAD阵列的飞行时间(TOF)。然后，距离测量基于所测量的TOF来测量目标对象相对于SPAD阵列的距离。

发明内容

如上所述，这些光学距离测量技术每个被配置成经由光学系统通过光检测区域接收来自目标对象的反射光，使得反射光聚焦在光检测区域的预定区域上作为图像，其中该光检测区域由被二维地布置为阵列的光接收元件例如SPAD组成。例如由光学元件组成的光学系统与光检测区域的预定区域适当对准。然而，光学系统与光检测区域的预定区域的未对准可能导致每个光学距离测量技术获得目标对象的错误距离测量。光学系统的未对准可能由于各种因素而引起，包括例如光学元件的制造变化、变形、位置偏差和/或老化劣化；变形和位置偏差是由温度变化引起的。

也就是说，光学系统与光检测区域的预定区域的未对准可能降低测量目标对象的距离的准确性。使用SPAD或其他光接收元件例如高灵敏度电荷耦合装置(CCD)或具有电子轰击倍增的光子传感器的各种距离测量设备可能导致该问题。

除了这样的距离测量准确性的降低之外，还增加了对估计这样的光学距离测量设备的状况的需求。遗憾的是，以常规方式估计这样的光学距离测量设备的状态可能是困难的。

鉴于上述情况，本公开内容的示例性方面试图提供光学距离测量技术，光学距离测量技术中的每一个都能够解决这样的上述问题。

根据本公开内容的第一示例性方面，提供了一种用于执行光学地测量目标对象的距离的测量任务的设备。该设备包括光学系统，该光学系统被配置成执行测量光至目标对象所位于的预定测量空间的发射，并且引导来自测量空间的返回光，该返回光包括基于目标对象对测量光的反射而反射的反射光。该设备包括光接收单元，该光接收单元在其光检测区域中包括来自测量空间的返回光入射至的多个光接收元件。多个光接收元件中的每一个被配置成基于返回光的相应强度来输出强度信号。该设备包括识别单元，该识别单元被配置成根据多个相应光接收元件的强度信号来识别光检测区域中的光接收区域。光接收区域基于多个光接收元件中的指定光接收元件，指定光接收元件被布置成接收反射光。该设备包括估计单元，该估计单元被配置成基于光接收区域的几何构造来估计包括光学系统的状态的设备的状态。

根据本公开内容的第二示例性方面，提供了一种光学地测量目标对象的距离的方法。该方法包括执行测量光经由光学系统至目标对象所位于的预定测量空间的发射，并且使来自测量空间的返回光经由光学系统入射至的多个光接收元件中的每一个基于返回光的相应强度来输出强度信号。返回光包括基于目标对象对测量光的反射而反射的反射光。该方法包括基于返回光的相应强度来输出强度信号，以及根据多个相应光接收元件的强度信号来识别光检测区域中的光接收区域。光接收区域基于多个光接收元件中的指定光接收元件，指定光接收元件被布置成接收反射光。该方法包括基于光接收区域的几何构造来估计包括光学系统的状态的设备的状态。

在第一示例性方面和第二示例性方面的每一个中，来自测量空间的返回光入射至的多个光接收元件中的每一个基于返回光的相应强度输出强度信号。返回光包括基于目标对象对测量光的反射而反射的反射光。识别单元根据多个相应光接收元件的强度信号来识别光检测区域中的光接收区域。光接收区域基于多个光接收元件中的指定光接收元件，并且指定光接收元件被布置成接收反射光。估计单元基于光接收区域的几何构造来估计包括光学系统的状态的设备的状态。

该配置使得能够容易地估计包括光学系统的状态的设备的状态，例如设备的异常状态。

附图说明

根据以下参照附图对实施方式的描述，本公开内容的其他方面将变得明显，在附图中：

图1是示意性地示出根据本公开内容的第一实施方式的光学距离测量设备的整体配置的示例的框图；

图2是示意地示出图1中所示的光学系统的配置的示例的透视图；

图3是示意性地示出图2中所示的光接收阵列的光接收元件的结构的示例的电路图；

图4是示意性地示出图2中所示的SPAD计算器和控制器的框图；

图5是示意性地示出第一实施方式如何检测峰值强度的示例的时序图；

图6是示意性地示出图4中所示的光接收区域识别器的结构的示例的框图；

图7是示意性地示出用于由图1中所示的光学距离测量设备执行的距离测量任务的距离图像形成例程的流程图；

图8是示意性地示出图7中所示的光接收区域校准子例程的流程图；

图9A是示意性地示出根据第一实施方式的水平选择器选择读出区域并且第一次执行从读出区域对脉冲信号的读出的图；

图9B是示意性地示出水平选择器在垂直方向上将读出区域移动一个像素行并且第二次执行从读出区域对脉冲信号的读出的图；

图9C是示意性地示出水平选择器在垂直方向上进一步将读出区域移动一个像素行并且第三次执行从读出区域对脉冲信号的读出的图；

图9D是示意性地示出水平选择器选择在光接收阵列的下端处的读出区域并且第N次执行从读出区域对脉冲信号的读出的图；

图9E是示意性地示出根据第一实施方式的基于N幅反射强度图像的叠加而生成的累加和图像的图；

图9F是示意性地示出根据第一实施方式的所识别的光接收区域的图；

图10A是示意性地示出根据第一实施方式的第一异常情况的图；

图10B是示意性地示出根据第一实施方式的第二异常情况的图；

图10C是示意性地示出根据第一实施方式的第三异常情况的图；

图10D是示意性地示出根据第一实施方式的第四异常情况的图；

图10E是示意性地示出根据第一实施方式的第五异常情况的图；

图11A是示意性地示出这样的局部异常如何出现的图；

图11B是示意性地示出基于穿过图2中示出的光学系统的透镜的正常部分的反射光而获得的高累加区域的示例的图；

图11C是示意性地示出基于穿过透镜的异常部分的反射光而获得的高累加区域的示例的图；

图12是示意性地示出根据本公开内容的第二实施方式的光学距离测量设备的光学系统的配置的示例的透视图；

图13是示意性地示出如何计算从图12中示出的光接收块输出的脉冲信号之和的示例的电路图；

图14是示意性地示出第二实施方式如何检测峰值强度的示例的时间图；

图15是示出不同区域的示意图，其中区域中的一个具有较大量的环境噪声脉冲，区域中的另一个具有较小量的环境噪声脉冲；

图16A是示意性地示出具有识别精度劣化的上部的累加和图像的图；

图16B是示意性地示出根据第一实施方式和第二实施方式中的每一个的修改的如何基于累加和图像的下端来确定光接收区域的图；以及

图16C是示意性地示出根据第一实施方式和第二实施方式中的每一个的修改的所确定的光接收区域的图。

具体实施方式

以下参照附图描述本公开内容的实施方式。在实施方式中，省略或简化实施方式之间的被分配相似附图标记的相似部分，以避免多余的描述。

第一实施方式

第一实施方式的光学距离测量设备的示意性配置

下面参照图1和图2描述根据第一实施方式的光学距离测量设备20的配置的示例。

参照图1和图2，光学距离测量设备20——将被简称为测量设备20——包括光学系统30、光接收阵列40、SPAD计算器100和控制器80。

光学系统30被配置成将激光诸如激光脉冲发射至将被称为目标对象的距离测量目标对象中的每一个，并且接收从目标对象中的每一个反射的光。光接收阵列40由被布置为二维阵列的光接收元件即雪崩光电二极管50组成；光接收元件50构成光接收阵列40的光检测区域。光接收阵列40被配置成针对目标对象中的每一个在其光检测区域上接收通过光学系统30发送的反射光。

SPAD计算器100被配置成根据从光接收阵列40输出的关于相应目标对象的距离信息来计算目标对象中的每一个相对于测量设备20的距离。控制器80控制测量设备20的部件30、40和100。

如果测量设备20被安装在车辆中，则其距离被测量设备20测量的目标对象包括其他车辆、行人和障碍物。作为这些目标对象的示例，图1示出了三个目标对象OBJ1、OBJ2和OBJ3，并且图2将这些目标对象OBJ1、OBJ2和OBJ3共同示出为目标对象OBJ。

光学系统30包括激光装置35、镜子31、电动机34和透镜36作为用于将测量光发射至预定测量空间的光发射单元。激光装置35在控制器80控制下从其光输出表面输出激光作为测量光。

镜子31具有例如大致矩形的板状形状，并且具有相对的第一主表面和第二主表面，其第一主表面用作能够反射光的光反射表面。镜子31被布置成使得光反射表面面向激光装置35的光输出表面。

电动机34具有旋转轴，镜子31的纵向中心部分穿过该旋转轴。电动机34被配置成使旋转轴旋转，从而使镜子31的光反射表面与旋转轴一起旋转。

特别地，激光装置35输出沿着电动机31的旋转轴的方向即镜子31的旋转轴具有光束发散角θ(参见图2)的激光。从激光装置35输出的激光入射到镜子31的光反射表面，使得激光被镜子31的光反射表面反射。也就是说，使镜子31绕其旋转轴旋转使得镜子31的光反射表面能够反射入射的激光，从而使得反射激光即回波被发射至由镜子31的旋转角限定的方向。这意味着镜子31和电动机34的组装沿与镜子31的旋转轴的方向垂直的方向扫描从激光装置35输出的具有激光发散角θ的激光。在图2中，从激光装置35输出的激光被分配有附图标记SL。

注意，镜子31的旋转轴的方向将例如被称为测量设备20的垂直方向，并且与测量设备20的垂直方向垂直的方向将例如被称为测量设备20的水平方向。

因为镜子31的光反射表面被定位成面向激光装置35的光输出表面，所以镜子31和电动机34的组装原则上能够在180°的范围内扫描激光SL。假设参考面被限定为在与激光装置35的光输出表面垂直的同时穿过镜子31的旋转轴。当镜子31的光反射表面被定位成与参考面垂直时，电动机31的旋转角被定义为0°的参考角。

实际上，因为光学系统30被安装在未示出的壳体中，使得激光通过壳体的预定激光输出开口输出，所以从镜子31输出的激光SL的可扫描角度范围被限制在从90°到120°的范围内。

也就是说，从光学系统30输出的激光SL的激光发散角θ和可扫描角度范围构成由光学系统30的上述配置限定的基本上矩形的可扫描空间。

电动机31内置有用于检测电动机31的旋转角达到参考角的定时的传感器；电动机31的旋转角达到参考角的定时将被称为参考角定时。传感器向控制器80发送电动机31的参考角定时。因此，控制器80能够根据电动机31的旋转速度和电动机31的参考角定时来检测可扫描空间中的激光SL的当前扫描区域。光学系统30的可扫描空间被定义为测量设备20的距离测量空间。

当目标对象OBJ位于距离测量空间中时，从光学系统30发射至测量设备20的距离测量空间的激光SL被目标对象OBJ反射。因为激光SL被目标对象OBJ的外表面漫反射，所以反射激光的一部分作为反射光RL返回至激光SL到目标对象OBJ的入射方向。沿激光SL的入射方向返回的反射光RL沿与激光SL的发射方向相反的方向传播，以便被镜子31反射。由镜子31反射的反射光RL入射至透镜36，并且透镜36使入射的反射光RL聚焦在光接收阵列40的光检测区域上。这导致在光接收阵列40的光检测区域上形成的图像RS；基于激光SL的光束发散角θ限定图像RS的形状。基于反射光RL的图像RS在下文中也将被称为反射光图像RS。

根据光学系统30与光接收阵列40的光检测区域的对准来确定反射光图像RS在光接收阵列40的光检测区域上的位置。因此在光学系统30和光接收阵列40的预定组装精度内，这可能导致反射光图像RS在光接收阵列40的光检测区域上的位置变化。由于温度变化引起的光学元件31、34和35中的至少一个的变形和/或位置偏差导致的光学系统30的未对准也可能导致反射光图像RS在光接收阵列40的光检测区域上的位置变化。

上述测量设备20被配置成使得从激光装置35输出的激光SL传播至目标对象OBJ，并且在被目标对象OBJ反射之后返回至光学设备20。即，如上所述的测量设备20被配置成使得从激光装置35输出的激光SL在光学设备20与目标对象OBJ之间进行往返。因为激光SL的往返时间非常短，所以当从激光装置35输出的激光SL返回至测量设备20时，镜子31的旋转角被认为未改变。因此，如图2所示，由镜子31反射的激光SL传播以被目标对象OBJ反射作为返回激光RL，并且传播回到同一镜子31的返回激光RL被同一镜子31反射以便返回至透镜36。上述配置的光学系统30将被称为例如同轴光学系统。

如上所述，光接收阵列40由被布置为二维阵列的光接收元件50组成；光接收元件50构成光接收阵列40的光检测区域。从每个光接收元件50输出的信号构成图像的一部分，使得光接收元件50分别用作形成其大小在光接收阵列40的光检测区域内的图像的像素。

图3是每个光接收元件50的等效电路。

参照图3，每个光接收元件50由失超电阻器(quench resistor)Rq、雪崩光电二极管Da、反相器INV和与电路SW组成。失超电阻器Rq具有相对的第一端和第二端，并且失超电阻器Rq的第一端连接至电源Vcc，并且失超电阻器Rq的第二端连接至雪崩光电二极管Da的阴极，并且雪崩光电二极管Da的阳极连接至公共地线。也就是说，失超电阻器Rq和雪崩光电二极管Da在电源Vcc与公共信号地之间彼此串联连接。也就是说，雪崩光电二极管Da用作光接收阵列40的光检测区域的相应部分。

与电路SW具有第一输入端子和第二输入端子以及输出端子。失超电阻器Rq与雪崩光电二极管Da之间的连接点连接至反相器INV的输入端子，反相器INV的输出端子连接至与电路SW的第一输入端子，与电路SW的第二输入端子连接至控制器80。

未入射至每个光接收元件50的光使得雪崩光电二极管Da能够保持在非导通状态，使得反相器INV的输入端子被失超电阻器Rq上拉到高水平，即高电平H。反相器INV使其输入端子的水平反转，使得反相器INV的输出保持在低水平，即零水平L。

入射至每个光接收元件50的外部光使入射外部光的光子即光元素或光粒子入射至雪崩光电二极管Da，使得雪崩光电二极管Da从非导通状态变化成导通状态。这导致基于入射光的强度的大电流流过失超电阻器Rq。也就是说，每个光接收元件50以盖革模式驱动。

这使得反相器INV的输入端子被下拉到低水平L。反相器INV使其输入端子的低水平L反转，使得反相器INV的输出反转为基于入射光的强度即发光水平的高水平H。

也就是说，反相器INV被配置成输出具有高水平H和低水平L之一的数字信号。

因为反相器INV的输出端子连接至与电路SW的第一输入端子，所以只要从控制器80向与电路SW的第二输入端子输入高水平选择信号SC，则从反相器INV输出的数字信号从与电路SW输出，同时不变。也就是说，控制器80将选择信号SC的水平控制为高水平H，这使得从反相器INV输出的数字信号能够作为来自光接收元件50的输出信号Sout而输出，并且控制器80将选择信号SC的水平控制为低水平L，这使得来自光接收元件50的输出信号Sout能够独立于输入至与电路SW的数字信号而保持在低水平L。

至光接收元件50的与电路SW的选择信号SC被设置为高水平H将被称为与电路SW处于选择状态，并且至光接收元件50的与电路SW的选择信号SC被设置为低水平L将被称为与电路SW处于未选择状态。

也就是说，控制器80选择性地向光接收元件50中的至少一个输出具有高水平H的选择信号SC，从而从光接收元件50中的所选择的至少一个读出数字信号。选择信号SC也将被称为地址信号SC。注意，如果雪崩光电二极管Da在线性模式下使用，并且雪崩光电二极管Da的输出用作模拟信号，则可以使用模拟开关来代替与电路SW。

在大电流流过失超电阻器Rq之后，施加到雪崩光电二极管Da的电压减小，使得雪崩二极管Da从导通状态返回到非导通状态。这使得反相器INV的输入端子被上拉到高水平H。反相器INV使其输入端子的高水平H反转，使得反相器INV的输出返回至低水平L。

也就是说，每个光接收元件50被配置成使得：反相器INV响应于光子即光入射至相应的光接收元件50即雪崩光电二极管Da，在非常短的时间段内输出具有高水平H的脉冲。从这个观点来看，控制器80与相应的光接收元件50接收光的定时同步地将具有高水平H的选择信号SC输出至光接收元件50的每一个。这使得每个光接收元件50的与电路SW的数字信号即输出信号Sout能够反映雪崩光电二极管Da的导通状态或非导通状态。换句话说，每当光子即光在非常短的时间内入射至相应的光接收元件50时，光接收元件50中的每一个输出脉冲信号Sout；脉冲信号Sout的水平基于由相应的光接收元件50接收的入射光的强度。

如图2中示意性所示，光接收阵列40的光检测区域由上述沿测量设备20的水平方向和垂直方向布置成阵列的光接收元件50，即像素组成。沿水平方向布置的光接收元件50的像素的数量将被称为H，并且沿垂直方向布置的光接收元件50的像素的数量将被称为V。即，光接收阵列40由光接收元件50的(H×V)像素组成。光学系统30和光接收阵列40被设计和布置成使得由构成光检测区域的(H×V)像素构成的区域大于反射光图像RS的大小。这意味着光学系统30的未对准的程度被保持在预定的设计余量内，从而使得反射光图像RS能够在光接收阵列40的光检测区域内。光学系统30的大程度的未对准可能导致反射光图像RS从光接收阵列40的光检测区域延伸离开。

如上所述，每个光接收元件50被配置成以盖革模式操作。这使得每个光接收元件50能够在单个光子仅入射至相应的光接收元件50时检测单个光子作为反射光。如上所述，因为激光SL被目标对象OBJ的外表面漫反射，所以返回至光学系统30的镜子31的光被限制为基于激光SL的反射激光的一部分。因此，即使目标对象OBJ位于激光SL被扫描的距离测量空间中，光接收阵列40也不一定使用从激光装置35发射的激光脉冲作为激光SL来检测反射光。这意味着每个光接收元件50随机地检测反射光RL。

也就是说，第一实施方式的SPAD计算器100被配置成基于从光接收元件50输出的输出信号Sout执行统计任务，光接收元件中的每一个能够仅随机地检测反射光RL，从而检测反射光RL。

如上所述，光接收阵列40由沿相应水平方向和垂直方向布置的光接收元件50的(H×V)像素组成，并且基于反射光RL的反射光图像RS形成在光接收元件50的(H×V)像素上。反射光图像RS基于从被激光SL扫描的区域获得的反射光。因为镜子31围绕对应于垂直方向的旋转轴旋转，所以反射光RL从位于可扫描空间中的目标对象OBJ的第一端沿水平方向连续返回至目标对象OBJ的第二端。

特别地，只要第一扫描位置比第二扫描位置更近，则来自目标对象OBJ的第一扫描位置的反射光到达光接收阵列40的第一时间早于来自目标对象OBJ的第二扫描位置的反射光到达光接收阵列40的第二时间。

从这个观点来看，第一实施方式被配置成基于光接收元件50各自检测到来自目标对象OBJ的反射光的光子的时间的变化来测量目标对象OBJ的距离。

光接收阵列40由水平选择器51和垂直选择器52组成，并且控制器80包括CPU 81、光接收区域选择器82、存储装置83、外围电路84和光接收区域检测器90。存储装置83包括例如RAM、ROM和/或半导体存储器诸如闪存。CPU 81被编程为执行存储在存储装置83中的程序的指令，从而执行预定的软件任务和后面描述的以下例程。外围电路84包括例如实时时钟。

水平选择器51能够选择光检测区域的(H×V)像素中的H个像素中的至少一个，并且垂直选择器52能够选择光检测区域的(H×V)像素中的V个像素中的至少一个。

光检测区域选择器82可控制地连接至水平选择器51和垂直选择器52中的每一个。即，光检测区域选择器82被配置成使水平选择器51和垂直选择器52自由地选择光检测区域的(H×V)像素内的受限区域，并且读出与受限区域相对应的各个受限光接收元件50的脉冲信号Sout。

具体地，水平选择器51和垂直选择器52被配置成在水平选择器51和垂直选择器52都选择光接收元件50中的任何一个时，将具有高水平H的选择信号SC输出至光接收元件50中的相应一个的与电路SW。

也就是说，水平选择器51和垂直选择器52被配置成：

(1)将比光检测区域窄的指定读出区域内的光接收元件50中的每一个设置成处于选择状态；

(2)将指定读出区域以外的光接收元件50中的每一个设置成处于未选择状态；

该设置使得能够选择性地读出指定读出区域上的图像。

也就是说，要由光接收阵列40检测的反射光不会入射至由光接收元件50的所有(H×V)像素限定的光检测区域，而是入射至光检测区域内的指定区域；基于光学系统30的配置和设置来限定指定区域。该指定区域将被称为由光接收元件50的(P×Q)像素组成的有效区域；P表示有效区域的在水平方向上比H个像素小的像素的数量，并且Q表示有效区域的在垂直方向上比V个像素小的像素的数量(参见图4)。

来自相应光接收元件50的输出信号Sout被发送至SPAD计算器100。

参照图4，SPAD计算器100由脉冲检测器102、N次加法器或累加器104、直方图存储器106和峰值检测器108组成。

脉冲检测器102接收从光接收元件50的各个(H×V)像素输出的脉冲信号Sout。

N次加法器104将由光接收元件50的(H×V)像素中的每一个接收的高水平的各个N次脉冲相加(N是等于或大于2的整数)。

直方图存储器106将针对(H×V)像素中的每一个的相加结果作为直方图存储在直方图存储器106中。

峰值检测器108基于存储在直方图存储器106中的针对(H×V)像素中的每一个的直方图来检测针对(H×V)像素的相应一个的相加结果的峰值强度，即最大值。

图5示意性地示出了SPAD计算器100的部件102、104、106和108如何操作的示例。

激光装置35发射激光脉冲，使得激光脉冲经由光学系统30传播至目标对象OBJ，使得基于目标对象OBJ的指定部分对激光脉冲的反射的反射光脉冲入射至例如光接收元件50。

光接收元件50中的将被称为目标光接收元件的至少一个在反射光脉冲已从目标对象OBJ的最远点返回至测量设备20所需的预定测量时段t期间在图5中的特定时间点ST(见黑色圆圈)处检测反射光脉冲作为反射光。

也就是说，在测量时段t期间，除了反射光脉冲之外，目标光接收元件50还检测环境光噪声脉冲。因为目标光接收元件50被配置成每当反射光脉冲和环境光噪声脉冲中的至少一个的光子入射至其时输出脉冲信号Sout，所以脉冲检测器102检测目标光接收元件50的脉冲信号Sout。

从来自激光装置35的激光脉冲的发射到目标光接收元件50对光脉冲的检测的顺序测量操作被重复N次(见图5中的K1、K2、K3...KN)，使得对于N次顺序测量操作中的每一个由目标光接收元件50检测到的脉冲信号Sout被输入至N次加法器104。

N次加法器104将通过所有N次顺序测量操作检测到的脉冲信号Sout彼此统计地叠加，从而获得通过所有N次顺序测量操作检测到的脉冲信号Sout的直方图。

也就是说，N次加法器104针对目标光接收元件50计算以下强度之和：

(1)通过第一顺序测量操作K1获得的光脉冲信号Sout的强度；

(2)通过第二顺序测量操作K2获得的光脉冲信号Sout的强度，...，以及

(3)通过第N顺序测量操作KN获得的光脉冲信号Sout的强度。

这获得了积分直方图HN(参见图5)。然后，N次加法器104将积分直方图HN存储在直方图存储器106中。

具体地，对于N次顺序测量操作中的每一个，在测量时段t期间的相同时间点处检测基于目标对象OBJ的同一指定部分对激光脉冲的反射的反射光脉冲。相比之下，在N次顺序测量操作期间随机生成环境光噪声脉冲。

因此，这导致在积分直方图HN中，与环境光噪声脉冲的其他强度相比，通过相应N次顺序测量操作获得的反射光脉冲的强度之和示出最高峰值强度(参见图5)。因此，这使得这样的方向能够被确定为峰值方向：示出最高峰值强度的反射光脉冲被返回的方向。

除了目标光接收元件50之外，还可以针对其他光接收元件50中的每一个获得目标光接收元件50的以上特征。

因此，峰值检测器108被配置成读出存储在直方图存储器106中的针对光接收元件50的(H×V)像素中的每一个的积分直方图，并且针对光接收元件50的(H×V)像素中的每一个检测峰值强度。另外，峰值检测器108基于峰值强度的特定时间点ST计算飞行时间即往返时间，在飞行时间期间，从激光装置35发射的激光脉冲传播至目标对象OBJ并且在被目标对象OBJ反射之后沿峰值方向返回至光接收元件50中的每一个。

特别地，峰值检测器108被配置成基于针对光接收元件50的(P×Q)像素中的每一个的飞行时间来测量目标对象OBJ的相应部分相对于光接收元件50的(P×Q)像素中的相应一个的距离。

因此，这导致光接收元件50的相应(P×Q)像素的信号水平构成目标对象OBJ的距离图像。

然后，峰值检测器108被配置成针对光接收元件50的(P×Q)像素中的每一个来输出距离信号DCS，该距离信号指示目标对象OBJ的相应部分相对于光接收元件50的(P×Q)像素中的相应一个的测量距离。

如上所述，SPAD计算器100用作测量单元，该测量单元基于从光接收元件50的(P×Q)像素的每一个输出的脉冲信号Sout来测量针对光接收元件50的(P×Q)像素中的相应一个的目标对象的距离。

另外，峰值检测器108被配置成：针对光接收元件50的(H×V)像素中的每一个，除了距离信号DCS以外，还输出光接收区域指定信号，该光接收区域指定信号指示相应像素的峰值强度。

也就是说，距离信号DCS中的每一个表示构成有效区域的光接收元件50的相应(P×Q)像素中的每一个的检测信号，并且表示目标对象OBJ的相应部分相对于光接收元件50的(P×Q)像素中的相应一个的测量距离。

相比之下，光接收区域指定信号表示光接收元件50的(H×V)像素中的每一个的检测信号，并且表示相应像素的峰值强度。从峰值检测器108输出的关于光接收元件50的各个(H×V)像素的光接收区域指定信号被输出至控制器80的光接收区域检测器90。

光接收区域检测器90被配置成基于光接收区域指定信号将光接收元件50的(P×Q)像素识别为有效区域即光接收区域。将在后面描述光接收区域检测器90如何将由光接收元件50的(P×Q)像素组成的有效区域识别为光接收区域。

也就是说，峰值检测器108被配置成：

(1)基于指示检测到的由光接收元件50的(P×Q)像素组成的有效区域的信息来指定由光接收元件50的(P×Q)像素组成的有效区域。

(2)基于针对光接收元件50的(P×Q)像素中的每一个的飞行时间来测量目标对象OBJ的相应部分相对于光接收元件50的(P×Q)像素中的相应一个的距离。

测量设备20包括环境光传感器55，环境光传感器用于测量经由光学系统35入射至光接收阵列40的环境光的强度，并且将指示环境光的强度的测量信号输出至控制器80。这使得控制器80能够获得入射至光接收阵列40的光接收元件50的每一个的环境光的强度。

接下来，下面参照图6描述光接收区域检测器90的结构的示例。

参照图6，光接收区域检测器90包括反射光强度图像生成器92、和图像生成器94以及光接收区域识别器96。

反射光强度图像生成器92基于从峰值检测器108发送的针对光接收元件50的(H×V)像素中的每一个的光接收区域指定信号来生成反射强度图像LG；反射强度图像LG的每个像素与光接收元件50的(H×V)像素中的相应像素的峰值强度相对应。

如上所述，PAD计算器100执行N次顺序测量操作100，从而使反射光强度图像生成器92生成反射强度图像LG。根据第一实施方式的SPAD计算器100和强度图像生成器92顺序地生成反射强度图像LG。和图像生成器94被配置成将顺序生成的反射强度图像LG彼此相加，从而生成累加和图像SG。例如，和图像生成器94由帧存储器FM组成，帧存储器FM可以存储基于光接收元件50的(H×V)像素的图像，并且反射光强度图像生成器92将反射强度图像LG顺序地存储在帧存储器FM中多次M，从而生成累加和图像SG。反射强度图像LG相加的次数M将被称为相加次数M。

光接收区域识别器96根据累加和图像SG检测高累加区域AG，从而将检测到的高累加区域AG识别为光接收区域。

具体地，因为与高累加区域AG相对应的像素的强度高于不与高累加区域AG相对应的其他像素的强度，所以光接收区域识别器96分析累加和图像SG，从而确定形成在光接收阵列40的光检测区域上的反射光图像RS的形状。

因为反射光图像RS通常具有方形形状，所以光接收区域识别器96通过可以包围累加和图像SG的最小方形形状区域来近似累加和图像SG的形状，从而将最小方形形状区域识别为光接收区域。

可替选地，光接收区域识别器96可以通过最小方形形状区域来近似累加和图像SG的形状，使得最小方形区域被累加和图像SG的轮廓限制。

光接收区域识别器96可以通过——作为最小方形形状区域的示例，即最小矩形区域的——最小矩形形状区域来近似累加和图像SG的形状。

也就是说，光接收区域识别器96优选地根据反射光图像RS的形状来确定光接收区域的形状。例如，如果反射光图像RS具有基本上椭圆形状，则光接收区域识别器96可以确定具有基本上椭圆形状的光接收区域的形状。

控制器80进行操作以基于由光接收区域识别器96识别的光接收区域的形状来估计测量设备20的状态，即测量设备20中是否发生异常状态。将在后面描述控制器80如何估计测量设备20中是否发生了异常状态。

距离图像形成例程

下面参照图7描述用于由测量设备20执行的距离测量任务的距离图像形成例程。注意，距离测量任务被配置成：

(1)将激光SL发射至距离测量空间；

(2)通过光接收阵列40接收基于目标对象OBJ的反射的反射光RL，从而在光接收区域——即光接收阵列40的光接收元件50的(P×Q)像素——上获得反射光图像RL；

(3)基于针对光接收元件50的(P×Q)像素中的每一个的飞行时间来测量目标对象OBJ的相应部分相对于光接收元件50的(P×Q)像素中的相应一个的距离。

当测量设备20启动时，测量设备20在完成预定的初始化处理之后重复执行距离图像形成例程。

当开始距离图像形成例程时，测量设备20的控制器80即其CPU 81在步骤S100中确定是否是时候校准测量设备20的光接收区域。对测量设备20的用于测量目标对象OBJ的距离的光接收区域的校准意味着：对由于光学系统30的未对准而导致的在光接收阵列40上形成的图像RS的未对准的检测，以及对光接收区域的校正。

测量设备20的控制器80被编程为确定是时候校准光接收区域，例如在以下定时中的任何一个定时处校准光接收区域：

(1)测量设备20被启动的第一定时；

(2)在测量设备20执行距离测量任务时循环出现的第二定时；

(3)测量设备20终止的第三定时；

(4)作为测量设备20未执行距离测量任务例如车辆停止时的任何定时的第四定时；

(5)指示每次测量设备20开始距离测量任务的第五定时；

(6)指示在距离测量任务的执行期间暂时允许的定时例如周期挪用定时(cyclestealing timing)的第六定时；

(7)用户指示对光接收区域的校准的第七定时；

(8)在工厂调整或测量设备20的定期检查时外部校准指令被输入至测量设备20的第八定时。

作为第七定时的示例，如果测量设备20安装在车辆中，并且连接至控制器80的通断校准开关被提供至例如靠近驾驶员座位的仪表板，则第七定时是驾驶员接通通断校准开关的定时。

在确定是时候校准测量设备20的光接收区域时(步骤S100中为“是”)，控制器80在步骤S200中执行光接收区域校准子例程。在完成光接收区域校准子例程之后，控制器80在步骤S300中执行距离图像形成子例程。

否则，在确定没到校准测量设备20的光接收区域的时候时(步骤S100中为“否”)，控制器80在跳过步骤S200中的光接收区域校准子例程的同时，控制光学系统30、光接收阵列40和SPAD计算器100，从而执行步骤S300中的距离图像形成子例程。

稍后将参照图8描述光接收区域校准子例程。

步骤S300中的距离图像形成子例程被配置成使用经校准的光接收区域来形成距离图像，并且输出距离图像作为距离信号DCS。也就是说，距离图像具有与镜子31的扫描区域匹配的大小，并且包括经校准的光接收区域的像素；距离图像的像素中的每一个是指示位于扫描区域中的目标对象OBJ的相应部分相对于测量设备20的距离的参数。

如上所述，由距离图像的每个像素限定的距离被定义为飞行时间即往返时间，在飞行时间期间，从激光装置35发射的激光脉冲传播至目标对象OBJ并且基于激光脉冲的提取光脉冲从与镜子31的旋转角的预定值相对应的确定峰值方向返回至相应像素。

具体地，执行N次顺序测量操作，每次测量操作包括从激光装置35沿预定方向发射激光脉冲和由目标光接收元件50检测返回光脉冲。然后，通过所有N次顺序测量操作获得的返回光脉冲彼此叠加，从而检测经校准的光接收区域的每个像素的最高峰值。因此，这使得能够针对经校准的光接收区域的每个像素将示出最高峰值强度的反射光脉冲返回至相应像素的方向确定为峰值方向(参见图5)。

也就是说，距离图像包括每个都具有相应峰值强度即峰值水平的像素。表示距离图像的所有像素的相应峰值强度的距离信号DCS从峰值检测器108输出至外部装置200(参见图2)。

例如，如果测量设备20安装在车辆中，则巡航辅助装置可以用作外部装置200。巡航辅助装置200根据距离图像即检测信号DCS识别目标对象OBJ的存在，并且控制例如安装在车辆中的信息提供单元、制动系统和/或转向系统，从而避免所识别的目标对象OBJ与车辆之间的碰撞和/或减轻由于它们之间的碰撞而造成的损坏。外部装置200能够将距离图像显示在显示器上。如果测量设备20安装在车辆中，则外部装置200能够将距离图像叠加在由安装在车辆中的摄像装置捕获的车辆周围的图像上。这使得能够标记叠加图像中的行人。

作为另一示例，服务器可以用作外部装置200。即，表示距离图像的所有像素的相应峰值强度的距离信号DCS经由无线电波从峰值检测器108输出至服务器200。服务器能够从在预定区域内行驶的车辆中安装的测量设备20收集距离图像，并且使用所收集的距离图像作为表示道路状况的大数据，道路状况包括在预定区域中包括的道路中的交通拥堵。

如果测量设备20安装到预定部分，这使得测量设备20能够测量车辆正在行驶的道路表面距车辆的设备20的距离，则测量设备20能够定期测量道路表面的距离，并且识别道路表面的三维形状。

在完成步骤S300中的距离图像形成子例程之后，控制器80在步骤S110中确定控制器80是否在步骤S200中的光接收区域校准子例程之后立即执行距离图像形成子例程。在确定控制器80已经在步骤S200中的光接收区域校准子例程之后立即执行了距离图像形成子例程时(步骤S110中为“是”)，控制器80在步骤S400中执行接收光灵敏度检查子例程。

对接收光灵敏度检查子例程进行编程，以检查在光接收区域的校准之后光接收阵列40的总接收光灵敏度是否较高，从而可以在更有利的条件下执行距离图像的形成。换句话说，接收光灵敏度检查子例程被编程以检查在光接收区域的校准之后光接收阵列40的总接收光灵敏度是否保持不变。

也就是说，接收光灵敏度检查子例程被编程以使用经校准的光接收区域来实际生成新的距离图像，并且确定在光接收区域的校准之后光接收阵列40的总接收光灵敏度是否相等或较高，使得在步骤S400中，可以在更有利的条件下执行距离图像的形成。

在确定在光接收区域的校准之后光接收阵列40的总接收光灵敏度较低，使得在不太有利的条件下执行距离图像的形成时，控制器80将经校准的光接收区域返回至原始的预校准光接收区域，并且终止接收光灵敏度检查子例程。

否则，在确定在光接收区域的校准之后光接收阵列40的总接收光灵敏度较高，使得在更有利的条件下执行距离图像的形成时，控制器80终止接收光灵敏度检查子例程，并且因此终止距离图像形成例程。

否则，在确定控制器80在步骤S200的光接收区域校准子例程之后不立即执行距离图像形成子例程时(步骤S110中为“否”)，控制器80在跳过步骤S400中的接收光灵敏度检查子例程的同时，终止接收光灵敏度检查子例程，因此终止距离图像形成例程。

光接收区域校准子例程

下面参照图8描述光接收区域校准子例程。

当开始步骤S200中的光接收区域校准子例程时，控制器80即其CPU 81在步骤S205中执行初始化处理。初始化处理包括：将指示紧接在前的光接收区域的数据存储在存储装置83中的任务，清除和图像生成器94的帧存储器FM的任务，以及使SPAD计算器100重置存储在直方图存储器106中的数据的任务。

接下来，CPU 81在步骤S210中基于从环境光传感器55输出的测量信号来获得环境光的强度。然后，CPU 81在步骤S215中访问光接收区域检测器90的反射光强度图像生成器92，从而读出反射强度图像LG。

在步骤S215中的操作之后，CPU 81在步骤S220中将例如反射强度图像LG的所有像素的强度的最大值或平均值与环境光的强度进行比较。然后，CPU 81根据步骤S220中的比较结果来确定反射强度图像LG相加的相加次数M。

例如，如果环境光的强度大于反射强度图像LG的所有像素的强度的最大值或平均值，则CPU 81将相加次数M设置为较大，因为对于N次顺序测量操作中的每一个由光接收阵列40接收的环境光噪声脉冲变得较大。

否则，如果环境光的强度等于或小于反射强度图像LG的所有像素的强度的最大值或平均值，则CPU 81将相加次数M保持不变或者将相加次数M设置得较小。

CPU 81将相加次数M输出至反射光强度图像生成器92或和图像生成器94，并且使反射光强度图像生成器92或者和图像生成器94在步骤S225中将帧存储器FM中的顺序生成的反射强度图像LG相加相加次数M。这导致在步骤S225中在帧存储器FM中形成累加和图像SG。

也就是说，步骤S225中的操作将由峰值检测器108顺序生成的每个像素包括相应峰值强度的反射强度图像LG彼此叠加。注意，当步骤S225中的操作可以将当前从峰值检测器108发送的反射强度图像LG与帧存储器FM中的先前叠加的反射强度图像LG叠加时，步骤S225中的操作可以从当前从峰值检测器108发送的反射强度图像LG的像素中的每一个的强度去除环境强度。

在步骤S225中的操作之后，CPU 81在步骤S235中从累加和图像SG去除噪声。如图5所示，峰值检测器108在从反射强度图像LG的每个像素去除分别在不同定时检测到的噪声脉冲的同时，生成反射强度图像LG。然而，如果由于例如光接收阵列40周围的空气中的粒子而在同一定时检测到噪声脉冲，则基于反射强度图像LG的M次相加生成的累加和图像SG中可能保留一个或更多个基于噪声的峰值。

为了解决残留的噪声脉冲，CPU 81在步骤S230中确定用于从帧存储器FM中的累加和图像SG消除基于噪声的峰值的水平的阈值。也就是说，阈值被设置成高于基于噪声的峰值的水平并且低于基于反射脉冲的像素的水平。

然后，CPU 81在步骤S240中对帧存储器FM中的累加和图像SG的像素中的每一个的峰值强度进行二值化，使得高于阈值的相应像素的一个或更多个峰值强度具有对应于黑的第一数字值例如1，并且等于或低于阈值的相应像素的其他峰值强度具有对应于白的第二数字值例如0。

在步骤S240的操作之后，CPU 81在步骤S250中根据指示由光学系统30在光接收阵列40上形成的光接收区域的信息将包围累加和图像SG的最小矩形形状区域识别为具有基本上矩形形状(参见图6)。分离区域将被称为高累加区域AG。然后，CPU 81从帧存储器FM分离高累加区域AG。

接下来，CPU 81在步骤S260中确定高累加区域AG的位置和形状中的至少一者是否异常。在确定高累加区域AG的位置和形状正常时(步骤S260中为“否”)，CPU 81执行步骤S270中的光接收区域校准子例程，然后终止光接收区域校准子例程。

注意，高累加区域AG的位置和形状中的至少一者可以被称为高累加区域AG的几何构造。换句话说，高累加区域AG的几何构造可以包括构成高累加区域AG的像素的形状、轮廓、大小和/或几何布置中的至少一个。

否则，在确定高累加区域AG的位置和形状中的至少一者异常时(步骤S260中为“是”)，CPU 81在步骤S280中执行异常状态解决任务以通知高累加区域AG的位置和形状中的至少一者的异常状态，此后，终止光接收区域校准子例程。

将在后面详细描述确定高累加区域AG的位置和形状中的至少一者是否异常的方法和关于解决高累加区域AG的位置和形状中的至少一者的异常状态的任务的信息。

下面描述步骤S270中的光接收区域校准任务。

注意，对光接收区域的校准意味着在光接收阵列40上识别由光学系统30形成图像的区域作为校准的光接收区域，即校准的有效区域。换句话说，对光接收区域的校准意味着将紧接在前的光接收区域更新为新的光接收区域，作为校准的光接收区域。

特别地，根据第一实施方式的对光接收区域的校准被配置成执行以下第一方法和第二方法中的至少一种：

(1)第一方法使水平选择器51和垂直选择器52将构成所识别的光接收区域的光接收元件50的与电路SW设置为处于选择状态，同时将除了所识别的光接收区域以外的光接收元件50的其他与电路SW设置为处于非选择状态；

(2)第二方法将脉冲检测器102、N次加法器104、直方图存储器106和峰值检测器108中的至少一个的像素处理范围从光接收元件50的(H×V)像素限制到构成所识别的光接收区域的较小像素。

第一方法使得来自光接收阵列40的脉冲信号Sout的读出范围受到限制，从而导致来自光接收阵列40的脉冲信号Sout的较短读出时间。

第二方法使得能够降低脉冲检测器102、N次加法器104、直方图存储器106和峰值检测器108中的至少一个的处理量或负荷，例如N次加法器104的叠加处理，从而导致来自光接收阵列40的脉冲信号Sout的较短读出时间。

如上所述，光学系统30被设计为同轴光学系统，使得由基于激光的反射而生成的反射光形成的图像基本上被定位至光接收阵列40上的预定位置。使用该特征使得能够根据反射强度图像LG容易地生成累加和图像SG。

下面参照图9A至图9F来描述如何基于反射强度图像LG生成累加和图像SG。图9A使用交叉阴影示出反射光被接收的区域。

如上面描述的，控制器80控制水平选择器51和/或垂直选择器52，从而容易地改变来自光接收阵列40的脉冲信号Sout的读出区域。

基于该特征，每当从第一次至第N次执行从来自激光装置35的激光脉冲的发射到由目标光接收元件50对光脉冲的检测的顺序测量操作时，控制器80控制水平选择器51以将由例如三个水平像素行构成的读出区域RR在垂直方向上移动(参见图9A至图9D)。这使反射光强度图像生成器92能够生成N幅反射强度图像LG。

图9A是示意性地示出水平选择器51选择由光接收阵列40的上端处的三个水平像素行构成的读出区域RR，并且第一次执行从读出区域RR读出脉冲信号Sout的图，以及图9B示出了水平选择器51在垂直方向上将读出区域RR朝向下端移动一个像素行，并且第二次执行从读出区域RR读出脉冲信号Sout。

图9C示出了水平选择器51在垂直方向上进一步将读出区域RR朝下移动一个像素行，并且第三次执行从读出区域RR读出脉冲信号Sout。

此后，每当从第四次至第N次执行该顺序测量操作时，水平选择器51在垂直方向上依次将读出区域RR朝向下端移动一个像素行。

也就是说，图9D示出了水平选择器51选择光接收阵列40的下端处的读出区域RR，并且第N次执行从读出区域RR读出脉冲信号Sout。

这些顺序读出操作使得能够从包括在由三个水平像素行组成的光接收区域中的像素中读出峰值强度，从而导致读出包括在读出区域RR中的反射强度图像LG。

在将由三个水平像素行构成的读出区域RR移动一个像素行时从读出区域RR的该N次读出操作使得能够在光接收区域内针对每次读出操作来获得包括三个峰值的直方图。另外，在将由三个水平像素行构成的读出区域RR移动一个像素行时从读出区域RR的该N次读出操作使得能够在光接收区域之外针对每次读出操作来获得包括零个峰值的直方图。在光接收区域的边缘的每个像素处，针对顺序读出操作中的每一个可以检测到或检测不到峰值强度水平。可以统计地确定在光接收区域的边缘的每个像素处检测到的峰值与在光接收区域的边缘部分的对应像素处未检测到的峰值强度水平的比。如图9E中示出的，基于由和图像生成器94对N幅反射强度图像LG的叠加而生成的累加和图像SG被配置成使得：累加和图像SG的边缘的每个像素具有比累加和图像SG的由其边缘围绕的内部区域的每个像素的峰值强度小的峰值强度。

出于这个原因，如图9F示出的，光接收区域识别器96将累加和图像SG的由边缘围绕的具有更高峰值强度的内部区域识别为光接收区域，即有效区域。

注意的是，控制器80使水平选择器51使用由三个水平像素行构成的读出区域RR，然而也可以使水平选择器51使用由四个或更多个水平像素行——例如十个像素行——构成的读出区域RR。另外，只要在垂直方向上的移动的像素行的量小于每个水平像素行的像素的读出量，则水平选择器51可以在垂直方向上将读出区域RR移动两个或更多个像素行。

如上面描述的，测量设备20被配置成在光接收阵列40的光检测区域即光敏表面上准确地识别其中实际形成基于反射光RS的图像RS的光接收区域。然后，测量设备20检测所识别的光接收区域中的反射光RS的峰值强度以从而获得距离信号DCS，由此向外部输出距离信号DCS。该配置使得能够以较高的精度测量目标对象OBJ的距离。也就是说，即使光接收元件50的光检测区域上形成的基于反射光的图像RS的位置未对准，光接收区域校准例程(参见图7的步骤S200和图8的步骤S205至步骤S207)也使得能够容易地识别光检测区域的光接收区域，在光接收区域中实际形成反射光的图像。所识别的光接收区域使得能够容易地检测像素的峰值强度，从而防止测量目标对象OBJ的距离的精度下降。

第一实施方式根据环境光的强度来改变次数M，但本公开内容不限于此。特别地，CPU 81可以从顺序生成的反射强度图像LG中的每一个中减少基于环境光的强度的值，而次数M保持在恒定值或根据环境光的强度而变化。

另外，如图9E中示出的，累加和图像SG的每个像素的峰值强度被存储在帧存储器FM的相应像素中，但是本公开内容不限于此。特别地，每个水平行的峰值强度之和以及每个垂直列的峰值强度之和可以存储在帧存储器FM中。例如，如图9E示出的，针对N次顺序测量操作中的每一个，第一水平行H1的峰值强度之和，第二水平行H2的峰值强度之和……以及第h水平行Hh的峰值强度之和被存储在帧存储器FM中。类似地，针对N次顺序测量操作中的每一个，第一垂直列V1的峰值强度之和，第二垂直列V2的峰值强度之和……以及第v垂直列Vv的峰值强度之和被存储在帧存储器FM中。

该配置使得可以将累加和图像SG的由边缘围绕的具有较高峰值强度的内部区域识别为光接收区域。该配置消除了对将累加和图像SG的每个像素的峰值强度存储在帧存储器FM的相应像素中的需求，从而导致和图像生成器94的帧存储器FM的容量的减少。

异常状态确定任务

下面描述在步骤S260中确定高累加区域AG的位置和形状中的至少一者是否异常的任务，以及步骤S280中的异常状态解决任务。控制器80被编程以执行在步骤S260中确定高累加区域AG的位置和形状中的至少一者是否异常的任务以及步骤S280中的异常状态解决任务，作为估计测量设备20的状态的示例。

在步骤S260中，控制器80确定高累加区域AG的位置和形状中的至少一者是否异常。

作为先决条件，控制器80确认由光学系统30在光接收阵列40上形成的光接收区域应该具有大体上矩形形状(参见图6)，这是因为从光学系统30输出的激光SL的激光发散角θ和可扫描角度范围构成大体上矩形的可扫描空间。因此，这导致以下事实：在没有异常出现的情况下，基于反射光的高累加区域AG的形状应该具有矩形形状。

从这个观点出发，在确定高累加区域AG的位置和形状中的至少一者具有下面第一至第六异常情况之一时，控制器80确定高累加区域AG的位置和形状中的至少一者异常：

(1)第一异常情况是高累加区域AG具有大体上不规则四边形形状。

(2)第二异常情况是高累加区域AG的大小高于正常期望的大小。

(3)第三异常情况是高累加区域AG中保留一个或更多个低峰值水平像素。

(4)第四异常情况是高累加区域AG被从最初设计位置即默认位置极度移动。

(5)第五异常情况是所有像素的峰值水平整体低。

(6)第六异常情况是在激光正扫描可扫描空间的特定部分时在高累加区域AG的一部分处出现故障。

第一异常情况

作为第一异常情况，控制器80基于例如高累加区域AG的所有像素或高累加区域AG的边缘像素的峰值水平来识别高累加区域AG的形状，并且在步骤S260中确定所识别的高累加区域AG的形状是否具有大体上不规则四边形形状。也就是说，如果高累加区域AG具有方形形状，但具有不规则四边形形状R1(参见图10A)，则控制器80识别到光学系统30由于以下原因而处于异常状态：例如光接收阵列40从初始垂直对准位置的倾斜以及/或者激光装置35至镜子31的光入射位置从最初设计位置的偏离。

第二异常情况

控制器80基于例如高累加区域AG的所有像素或边缘像素的峰值水平来识别高累加区域AG的大小，并且在步骤S260中确定所识别的高累加区域AG的大小是否高于正常期望的大小SA。也就是说，如果所识别的高累加区域AG的大小高于最初设计的大小即其默认大小SA(参见图10B)，则控制器80识别到光学系统30由于以下原因而处于异常状态：例如在与入射光的光轴平行的被称为光轴方向的方向上光接收阵列40从其最初设计位置的移动，透镜36与其最初设计位置的未对准以及/或者由例如透镜36的扩张或收缩造成的透镜36的焦距的未对准。

例如，控制器80可以基于例如以下比较来确定高累加区域AG相对于正常期望的大小SA的大小差异程度：包括在高累加区域AG中的像素的总数量与正常期望的大小SA的像素的预定数量的比较或者高累加区域AG的纵向或横向长度与正常期望的大小SA的对应的预定纵向或横向长度的比较。

第三异常情况

控制器80检查所有像素的峰值水平，并且在步骤S260中确定高累加区域AG中是否保留一个或更多个低峰值水平像素。也就是说，即使高累加区域AG具有矩形形状R3，在确定高累加区域AG中保留一个或更多个低峰值水平像素DA时(参见图10C)，控制器80识别到测量设备20处于异常状态。

在一个反射强度图像LG中，由于例如测量设备20前面的情况可以存在这样的低峰值水平像素。然而，因为高累加区域AG是基于反射强度图像LG的M次累加而生成的，所以控制器80识别到一个或更多个像素DA始终具有低峰值水平，而不管反射强度图像LG的M次累加如何，从而确定分别与一个或更多个像素DA相对应的光接收元件50的一个或更多个像素由于例如其操作失败、其损坏或其劣化而已经故障。高累加区域AG中的一个或更多个低峰值水平像素DA的保留可能还由于例如镜子31或透镜36的局部污染和/或瑕疵而引起。

第四异常情况

控制器80基于例如高累加区域AG的所有像素或边缘像素的峰值水平来识别高累加区域AG的位置，并且确定所识别的高累加区域AG的位置是否在水平方向和/或垂直方向上从最初设计位置极度移动。

也就是说，即使高累加区域AG具有矩形形状R4，在确定帧存储器FM中高累加区域的位置在水平方向和垂直方向中的至少一者上被极度移动时，控制器80识别到光学系统30处于异常状态，其中其像素分别与光接收元件50的(H×V)像素相对应(参见图10D)。

这样的极度移动异常可能由于例如光接收阵列40在光轴方向或与光轴方向垂直的方向上的移动而引起。这样的极度移动异常可能由于例如激光装置35、镜子31和透镜36中的至少一者的位置和/或倾角从其初始位置或倾角的偏离。

第五情况

控制器80检查所有像素的峰值水平，并且在步骤S260中确定所有像素的峰值水平的平均或像素中的每一个像素的峰值水平是否低于预定阈值水平。也就是说，即使高累加区域AG具有矩形形状R5，在确定所有像素值的平均或像素值的每一个低于预定阈值水平时，控制器80识别到光学系统30处于异常状态(参见图10E)。

这样的整体低峰值水平异常可能由于以下原因而引起：例如光接收元件50的所有像素由于例如其操作失败、其损坏或其劣化或者光学系统30的未对准已经故障。光接收元件50的所有像素的故障还可能由于例如光接收元件50的老化劣化以及/或者光接收元件50的电源故障而引起。

此外，这样的整体低峰值水平异常可能由于例如激光装置35的输出表面、镜子31和透镜36中的至少一者的雾化、冷凝和/或污染而引起。由于例如透镜36与光接收阵列40之间的位置关系的未对准造成的光接收阵列40与透镜36的焦点的偏离可以有助于这样的整体低峰值水平异常。

类似于第五异常情况，高累加区域AG可以扩展至与光接收阵列40的整个光检测区域相对应的整个帧存储器FM，尽管像素的峰值水平不是整体低或整体高。控制器80基于例如高累加区域AG的所有像素的峰值水平来确定这样的广泛扩展异常已经出现。这样的广泛扩展异常可能由于以下原因而引起：例如由于例如透镜36的未对准或由例如另一车体反射的正在直接入射至光接收阵列40的整个检测区域的太阳光或其他环境光造成的反射光入射至光接收阵列40的整个检测区域。

第六异常情况

在激光正在扫描可扫描空间的特定部分时，光学系统30的至少一个元件的局部污染可能造成在高累加区域AG的一部分处出现故障。

图11A示意性地示出了如何出现这样的局部异常。如图11A中示出的，如果由于透镜36的污染或者透镜36的异常曲率，故障部分DST出现在透镜36的边缘处，则扫描激光可以取决于镜子31的旋转角来射中或不射中故障DST。下面描述将光到镜子31的光反射表面的入射角定义为光到光反射表面的法线的入射角。

如果激光正在扫描可扫描空间的特定部分，使得反射光LT1到镜子31的光反射表面的入射角是大角度(参见图11A)，则反射光穿过透镜36的中心部分而不穿过透镜36的故障部分DST。这导致高累加区域AG无异常(参见图11B的附图标记RLA1)。

相反，如果激光正在扫描可扫描空间的特定部分，使得反射光LT2到镜子31的光反射表面的入射角是小角度(参见图11A)，则反射光穿过透镜36的中心和边缘部分，从而导致反射光的一部分穿过透镜36的故障部分DST。这导致高累加区域AG具有局部异常(参见图11C的附图标记BRU)。

在激光正在扫描可扫描空间的特定部分时，位于透镜36的边缘处的故障部分DST可以使高累加区域AG具有局部异常。该局部异常可以以图10A至图10E之一中示出的形式出现。另外，如图11C中示出的，位于透镜36的边缘处的该故障部分DST可以使高累加区域AG具有在其一个边缘处布置的峰值水平比其他正常像素RLA2更低的像素BRU；像素BRU基于由激光对可扫描空间的特定部分的扫描。

这样的故障部分DST还由于镜子31边缘的污染而出现在例如镜子31的边缘。如上面描述的，扫描激光可以取决于镜子31的旋转角来射中或不射中故障DST。

在如上面陈述地确定高累加区域AG的位置和形状中的至少一者异常时(步骤S260中为是)，控制器80在步骤S280中执行用于通知高累加区域AG的位置和形状中的至少一者的异常状态的异常状态解决任务；异常状态解决任务可以选自下面第一至第三异常状态解决任务中的至少一者：

(1)第一异常状态解决任务向仪表板输出指示高累加区域AG的位置和形状中的至少一者的异常状态的出现的异常信号ERR，从而使仪表板向测量设备20的用户可见和/或可听地提供指示高累加区域AG的位置和形状中的至少一者的异常状态的出现的信息。此外，第一对策在存储装置83中存储指示高累加区域AG的位置和形状中的至少一者的异常状态的出现的信息，该信息能用于测量设备20的维护。

(2)在测量设备20安装在车辆中，并且外部装置200用作用于执行车辆的自主驾驶以及/或者执行用于避免车辆与目标对象OBJ碰撞的巡航辅助任务的电子控制单元(ECU)的情况下，使用第二异常状态解决任务。也就是说，第二异常状态解决任务向外部装置(ECU)200输出指示高累加区域AG的位置和形状中的至少一者的异常状态的出现的异常信号ERR。在车辆是自主车辆的情况下，这使外部装置(ECU)200停止巡航辅助任务并使仪表板可见和/或可听地向测量设备20的用户提供指示巡航辅助任务停止或者停止车辆的行进的信息。

(3)在控制器80已确定高累加区域AG的位置和形状中的至少一者的异常状态是由于光学系统30的未对准而引起的情况下，第三异常状态解决任务向光学系统调整机构M输出，用于指示机构M校正光学系统30。

下面简单地描述第三异常状态解决任务的示例。

用于调整光学系统30的调整机构M被设置为在沿着光接收阵列40的光接收表面的方向上二维地移动光接收阵列40的位置，并且调整机构M可以移动光接收阵列40使得基于反射光的图像的位置与默认位置对准。例如，齿条即正齿轮、小齿轮与电动机的结合可以容易地构成调整机构M。特别地，齿条被如此安装在光接收阵列40的光接收表面上使得其在光接收表面上可二维地移动。可旋转地连接至电动机的旋转轴的小齿轮与齿条啮合。连接至控制器80的电动机被配置成在控制器80的控制下旋转小齿轮以调整光接收阵列40的位置，使得将高累加区域AG的位置和/或大小调整至最初设计的位置和/或大小。

作为另一示例，调整机构M可以被设置成移动激光二极管35的位置并且可控地连接至控制器80。调整机构M可以在控制器80的控制下移动激光二极管35，使得将高累加区域AG的位置和/或大小调整至最初设计的位置和/或大小。作为又一示例，调整机构M可以调整镜子31的角度，使得将高累加区域AG的位置和/或大小调整至最初设计的位置和/或大小。

此外，调整机构M可以被设置成三维地移动光接收阵列40的位置并且可控地连接至控制器80。如果确定高累加区域AG大于其默认大小，则确定光接收阵列40偏离透镜36的预定焦点位置。然后，控制器80可以使调整机构M将光接收阵列40朝向透镜36的光学方向的任意一侧移动，从而将高累加区域AG的大小调整成与其默认大小匹配。控制器80能够容易地确定是否将光接收阵列40朝向光学方向的任意一侧移动，使得高累加区域AG的移动大小变得更低。

如上面描述的，测量设备20被配置成：

(1)向可扫描空间发射激光，从而光学地测量位于可扫描空间中的目标对象相对于设备20的距离；

(2)基于高累加区域AG的位置和大小中的至少一者来确定测量设备20中是否出现异常状态。

在测量设备20的光接收阵列40或光学系统30中仍存在异常状态时，该配置获得阻止目标对象OBJ的距离的测量的极好效果。

此外，测量设备20能够根据高累加区域AG的位置和大小中的至少一者来估计测量设备20的一个或更多个附加状态。例如，测量设备20能够基于高累加区域AG的位置和大小中的至少一者来估计光学系统30与光学系统30的最初设计的对准的对准程度，或者光学系统30的当前对准与光学系统30的平均对准的偏离。

此外，测量设备20能够基于高累加区域AG的位置和大小中的至少一者来估计每个光接收元件50的各种状态，例如其劣化、其老化变化以及其损坏。这些估计结果可以用于测量设备20的部件的替换的确定或者用于测量设备20中故障出现的预测。

第二实施方式的光学距离测量设备的示意配置

下面参照图12至图14描述根据第二实施方式的光学距离测量设备20A的配置的示例。

除了下面的点，根据第二实施方式的测量设备20A的结构和/或功能大体上与测量设备20的那些相同。所以，下面主要描述不同点。

具体地，第二实施方式的测量设备20A与第一实施方式的测量设备20在光接收阵列40A的内部结构和SPAD计算器100A的内部结构方面不同。

参照图12和图13，光接收阵列40A由光接收块60构成，每个光接收块60由被布置成二维阵列的光接收元件即雪崩光电二极管50构成；光接收块60构成光接收阵列40A的光检测区域。也就是说，光接收阵列40A由光接收块60中的(H×V)块构成。每个光接收块60由光接收元件50中的(7×7)像素构成。第二实施方式的光接收元件50中的每一个的内部结构与第一实施方式的光接收元件50中的相应一个的内部结构相同。因为每个光接收块60的光学大小被设置为与第一实施方式的相应光接收元件50的光学大小大体相同，所以第二实施方式的每个光接收元件50的光学大小与第一实施方式的相应光接收元件50的光学大小不同。每个光接收块60中包含的光接收元件50的数量可以被自由设置，只要其等于或大于2。光接收元件50的水平像素数与垂直像素数可以被自由设置，只要光接收元件50的水平像素数与垂直像素数中的至少一者被设置为等于或大于2。

光接收阵列40A还由针对各个光接收块60提供的内部块加法器43构成。内部块加法器43中的每一个计算从包括在内部块加法器43的相应一个中的相应光接收元件50输出的光脉冲信号Sout之和。

光接收阵列40A还由存储从各个光接收块60输出的信号的直方图存储器46构成。也就是说，直方图存储器46具有可以存储各个(H×V)块60的直方图的容量。

如图13示出的，将从包括在每个光接收块60中的所有光接收元件50输出的输出信号即脉冲信号Sout输出至内部块加法器43以便彼此相加。各个内部块加法器43的相加结果被存储在直方图存储器46中。特别地，第一实施方式随时间检测由光接收元件50中的每一个检测的反射光脉冲的强度N次，从而统计地检测所检测的结果的峰值强度(参见图5)。

相比之下，第二实施方式针对每个光接收块60计算由光接收元件50同时检测的反射光脉冲的强度之和，从而检测强度之和的峰值强度(参见图14)。

图14示意地示出了如何针对每个光接收块B1来检测峰值强度。为了简单描述如何针对每个光接收块B1检测峰值强度，光接收块B1由四个光接收元件G1至G4构成。

在基于由目标对象OBJ的指定部分对激光脉冲的反射的反射光脉冲入射至光接收块B1时，光接收元件G1至G4中的每一个在时间轴中在图14中的特定时间点ST1(参见黑色圆圈)处检测反射光脉冲。光接收元件G1至G4中的每一个还在时间轴t中的不同定时处检测环境光噪声脉冲。

将从光接收元件G1至G4输出的信号彼此叠加以从而获得积分直方图HN1使得能够容易地获得峰值强度。也就是说，虽然第一实施方式随时间将检测到的脉冲信号彼此叠加，但是第二实施方式将所检测的在空间上彼此接近的脉冲信号彼此叠加。

图13中示出的示例示出了将基于一个激光脉冲的光接收元件50的相应(7×7)像素的检测脉冲信号彼此叠加，从而使得可以减少针对每个光接收块60检测峰值强度所需的时间。

针对每个光接收块60的包括峰值强度的积分直方图46被存储在直方图存储器46中，使得SPAD计算器100A不需要用于将所检测的脉冲信号相互叠加的任何结构。因此，如图12中示出的，SPAD计算器100A基本上仅包括峰值检测器108，峰值检测器108用于基于针对(H×V)光接收块60中的每一个的积分直方图HN1来检测针对(H×V)光接收块60中的相应一个的相加结果的峰值强度，即最大值。

因此，类似于第一实施方式，峰值检测器108被配置成读出直方图存储器46中存储的针对(H×V)光接收块60中的每一个的积分直方图，并且针对(H×V)光接收块60中的每一个来检测峰值强度。另外，峰值检测器108基于峰值强度的特定时间点ST1来计算飞行时间即往返时间，在飞行时间期间，从激光装置35发射的激光脉冲传播至目标对象OBJ并且在被目标对象OBJ反射之后返回至(H×V)光接收块60中的每一个。

特别地，峰值检测器108被配置成基于针对(H×V)光接收块60中的每一个的飞行时间来测量目标对象OBJ的相应部分相对于(H×V)光接收块60中的相应一个的距离。

也就是说，类似于第一实施方式，第二实施方式的SPAD计算器100A用作测量单元，该测量单元基于相应(H×V)光接收块60中的光接收元件50的脉冲信号Sout的相加结果来测量针对(H×V)光接收块60中的每一个的目标对象的距离。

如上面描述的，测量设备20A被配置成在光接收阵列40A的光检测区域即光敏表面上准确识别其中实际形成基于反射光RS的图像RS的光接收区域。然后，测量设备20A检测所识别的光接收区域中的反射光RS的峰值强度以从而获得距离信号DCS，由此向外部输出距离信号DCS。该配置使得能够以更高精度来测量目标对象OBJ的距离。

也就是说，即使光接收元件50的光检测区域上形成的基于反射光的图像RS的位置未对准，光接收区域校准例程(参见图7的步骤S200和图8的步骤S205至步骤S270)也使得能够容易地识别光检测区域的其中实际形成反射光的图像的光接收区域。所识别的光接收区域使得能够容易地检测像素的峰值强度，从而防止测量目标对象OBJ的距离的精度的下降。

此外，根据第二实施方式的测量设备20A消除了随时间将所检测的脉冲信号彼此叠加以生成积分直方图的需要，从而使得可以减少测量目标对象OBJ的距离所需的时间。

SPAD计算器100A可以被配置成相继获得N个测量集，每个测量集包括从每个光接收块60输出的信号，并且被配置成针对每个光接收块60将N个测量集彼此叠加。这使得可以进一步精确地检测每个光接收块60的峰值强度。与根据第一实施方式的加法数量N相比，该修改可以减小数量N。与根据第一实施方式的情况相比，这减少了根据第一实施方式测量目标对象OBJ的距离所需的时间。

修改

第一实施方式和第二实施方式中的每一个可以在本公开内容的范围内自由修改。

第一实施方式和第二实施方式中的每一个描述了环境噪声脉冲的数量独立于到光接收阵列40的入射反射光的方向而恒定，但环境噪声脉冲的强度或数量可以在垂直方向上变化。

例如，如图15中示出的，如果测量设备20被安装至车辆CR的前端，则存在位于参考面RP上方的较大量的环境噪声脉冲，该参考面沿着车辆CR的纵向方向穿过测量设备20的安装位置，并且存在位于参考面RP下方的较小量的环境噪声脉冲。

因此，这可以导致测量位于参考面RP的上侧的目标对象的距离的精度较低以及测量位于参考面RP的下侧的目标对象的距离的精度较高。

因此，当测量设备20处于图15中示出的情况时用于测量设备20的光接收区域校准子例程的执行可以减少帧存储器FM中的累加和图像SG的上部的识别精度(参见图16A)。

为了解决这样的情况，测量设备20可以被修改成：

(1)基于帧存储器FM中的位于参考面RP的下侧的累加和图像SG的下部来检测光接收区域的下部；

(2)在帧存储器FM上定位先前准备的具有(P×Q)像素的大小的矩形像素域，使得像素域的下侧与帧存储器FM中的光接收区域的下侧对准(参见图16B)，从而识别光接收区域(参见图16C)。

类似地，如果测量设备20被安装至车辆，并且存在位于参考面RP下方的较大量的环境噪声脉冲，并且存在位于参考面RP上方的较小量的环境噪声脉冲，则测量设备20可以被修改成基于帧存储器FM中的位于参考面RP的上侧的累加和图像SG的上部来确定光接收区域。此外，如果测量设备20被安装至车辆，并且存在相对于车辆位于第一横向空间处的较大量的环境噪声脉冲，并且存在相对于车辆位于相对第二横向空间处的较小量的环境噪声脉冲，则测量设备20可以被修改成基于帧存储器FM中的与第二横向空间相对应的累加和图像SG的一个左侧部分或右侧部分来确定光接收区域。

可以使用各种类型的光学系统35。每个光接收元件(APD)50可以以线性模式驱动。高灵敏度电荷耦合装置(CCD)、高灵敏度C-MOS光学传感器、PIN光电二极管或具有电子轰击倍增的光子传感器可以用作光接收元件50。

在每个元件50或块60的位置被识别的情况下，光接收元件50或光接收块60可以被布置成具有蜂巢几何构造，或者被随机布置。

每个光接收块60中的光接收元件50还可以被自由地布置，以具有所选择的形状，例如圆形形状或十字形状。

光学系统30被配置为同轴光学系统，然而也可以被配置为非同轴光学系统，使得激光脉冲的发射方向与反射脉冲的返回方向不同。

第一实施方式和第二实施方式中的每一个使用单个激光装置35，该单个激光装置35输出沿着电动机31的旋转轴的方向具有光束发散角θ(参见图2)的激光，然而也可以使用其中每一个输出具有更高方向特征的单个强激光束的激光装置，并且该激光装置可以沿电动机31的旋转轴布置。光学系统30被配置成旋转镜子31，从而水平地扫描可扫描空间，然而也能垂直地扫描或者垂直且水平地扫描可扫描空间。光学系统30可以被修改，使得多个激光装置35被二维地布置成具有分别不同的激光照射方向，或者使得激光被光学散射。光学系统30的该修改使得镜子31能够保持不旋转，或消除了对镜子的需求。

在时域或空间域中的任何一个中执行所检测的脉冲信号彼此之间的叠加，但是也可以在时域和空间域二者中以更高的距离测量精度来执行所检测的脉冲信号彼此之间的叠加。

第一实施方式和第二实施方式中的每一个例如执行作为统计任务的生成所检测的脉冲信号的直方图的任务，但是也可以基于积分直方图来计算均方根情况，并且可以消除其百分比在3σ范围之外的峰值强度。第一实施方式和第二实施方式中的每一个还可以被配置成消除与其他峰值强度相比异常较高的峰值强度。

每个实施方式中的一个元件的功能可以被分布为多个元件，并且多个元件具有的功能可以组合在一个元件中。每个实施方式的结构的至少一部分可以被具有与相应实施方式的结构的至少一部分相同的功能的已知结构替代。第一实施方式和第二实施方式中的每一个的结构的一部分可以被消除。第一实施方式和第二实施方式中的每一个的结构的至少一部分可以被第一实施方式和第二实施方式中的另一个的结构替代或被添加至第一实施方式和第二实施方式中的另一个的结构。每个实施方式的软件结构的至少一部分可以被等同的硬件结构替代，并且每个实施方式的硬件结构的至少一部分可以被等同的软件结构替代。包括在由权利要求书使用的语言指定的技术构思中的所有方面构成本公开内容的实施方式。

根据本公开内容的用于执行光学地测量目标对象的距离的测量任务的设备包括光学系统，光学系统被配置成执行测量光到目标对象所位于的预定测量空间的发射，并且引导来自测量空间的返回光，返回光包括基于目标对象对测量光的反射而反射的反射光。设备包括光接收单元，光接收单元在其光检测区域中包括来自测量空间的返回光入射至的多个光接收元件。多个光接收元件中的每一个被配置成基于返回光的相应强度来输出强度信号。设备包括识别单元，识别单元被配置成根据多个相应光接收元件的强度信号来识别光检测区域中的光接收区域。光接收区域基于多个光接收元件中的指定光接收元件，指定光接收元件被布置成接收反射光。设备包括估计单元，估计单元被配置成基于光接收区域的几何构造来估计包括光学系统的状态的设备的状态。

例如，估计单元可以被配置成基于作为光接收区域的几何构造的光接收区域的位置和形状中的至少一者来估计设备的状态。作为另一示例，估计单元被配置成估计光学系统的状态和光接收单元的状态中的至少一者是否异常，作为对设备的状态的估计。作为又一示例，估计单元可以被配置成在估计到光学系统的状态和光接收单元的状态中的至少一者异常时向用户或另一控制设备通知指示光学系统的状态和光接收单元的状态中的至少一者异常的信息。

另外，设备还可以包括距离测量单元，距离测量单元被配置成根据由指定光接收元件接收的强度信号来测量目标对象的距离。

例如，多个光接收元件中的每一个被配置成基于返回光的相应强度来随机地输出强度信号。识别单元被配置成根据多个相应光接收元件的输出信号来执行统计任务，从而识别光接收区域。PIN光电二极管或SPAD可以用作光接收元件，PIN光电二极管或SPAD中的每一个可以基于入射至其的反射光来随机地输出信号。CCD或MOS传感器可以用作光接收元件，CCD或MOS传感器中的每一个基于入射至其的反射光的强度输出信号。

光发射单元可以被配置成执行作为测量光至预定测量空间的发射的第一测量光至预定测量空间的发射以及第二测量光至预定测量空间的发射。多个光接收元件中的每一个可以被配置成基于来自测量空间的第一返回光的相应强度来输出作为强度信号的第一强度信号，以及基于来自测量空间的第二返回光的相应强度来输出作为强度信号的第二强度信号。第一返回光可以包括基于目标对象对第一测量光的反射而反射的光，并且第二返回光可以包括基于目标对象对第二测量光的反射而反射的光。识别单元可以被配置成执行作为统计任务的计算多个光接收元件中的每一个的第一强度信号与多个光接收元件中的相应一个的第二强度信号之和的任务，从而从各个指定光接收元件获得强度峰值，并且根据指定光接收元件的布置来识别光接收区域。

光接收单元可以包括多个光接收块，多个光接收块中的每一个包括多个光接收元件。识别单元可以被配置成执行作为统计任务的针对多个光接收块中的每一个计算来自多个相应光接收元件的强度信号之和的任务，从而从多个光接收块中的指定光接收块获得强度峰值，并且根据指定光接收块的布置来识别光接收区域。

光发射单元可以被配置成执行作为测量光至预定测量空间的发射的第一测量光至预定测量空间的发射以及第二测量光至预定测量空间的发射。识别单元可以被配置成针对多个光接收块中的每一个基于第一测量光来获得来自多个相应光接收元件的强度信号的第一和，针对多个光接收块中的每一个基于第二测量光来获得来自多个相应光接收元件的强度信号的第二和，并且计算针对多个光接收块中的每一个的第一和与针对多个光接收块中的相应一个的第二和的总和。

识别单元可以被配置成基于多个光接收元件中的每一个的第一强度信号来获得第一峰值强度，基于多个光接收元件中的每一个的第二强度信号来获得第二峰值强度，并且计算多个光接收元件中的每一个的第一峰值强度和第二峰值强度之和，从而获得由像素构成的强度分布图像，每个像素具有强度峰值中的相应强度峰值。

光发射单元可以被配置成将一组第一测量光和第二测量光的发射执行预定次数。多个光接收元件中的每一个被配置成针对预定次数中的每一次来输出多个光接收元件中的每一个的一组第一强度信号和第二强度信号。识别单元被配置成针对预定次数中的每一次基于多个光接收元件中的每一个的该组第一强度信号和第二强度信号来生成强度分布图像。强度分布图像中的每一个由第一像素构成，每个第一像素与光接收元件之一相对应，第一像素中的每一个具有包括光接收元件中的相应一个的强度信号的第一像素值。识别单元被配置成将针对相应次数生成的强度分布图像彼此叠加，从而获得累加和图像。累加和图像由分别与第一像素相对应的第二像素构成，第二像素中的每一个具有第一像素中的相应一个的第一像素值之和。识别单元被配置成基于累加和图像来识别光接收区域。

在相应设备中，环境光检测器可以被配置成检测环境光的强度。识别单元可以被配置成确定环境光的强度是否等于或大于预定强度，并且在确定环境光的强度等于或大于预定强度时增加预定次数。

识别单元可以被配置成从强度分布图像中的每一个中减少所检测的环境光的强度，并且将各自被减少所检测的环境光的强度的强度分布图像彼此叠加。

累加和图像可以具有预定边缘。识别单元可以被配置成在以下情况中的至少之一发生时基于光接收区域的先前确定的大小和累加和图像的边缘的至少第一部分来确定光接收区域的边缘：

(1)累加和图像的边缘的与第一部分相对的第二部分具有第二像素值中的较低像素值；

(2)累加和图像的边缘的第二部分更接近环境光。

多个光接收元件可以按行和列布置，并且识别单元可以被配置成计算针对指定光接收元件的每行的强度峰值之和，计算针对指定光接收元件的每列的强度峰值之和，并且根据指定光接收元件的每行和指定光接收元件的每列的布置来识别光接收区域。

作为光学距离测量设备的上面技术中的每一个可以作为光学距离测量方法或光学信息检测方法来执行。

测量设备20可以安装在其他移动构件之一中，例如包括无人机的航空器、船舶、机器人和其他类似的机器。

尽管本文中已经描述了本公开内容的说明性实施方式，但是本公开内容不限于本文中描述的实施方式，而包括具有如本领域技术人员基于本公开内容将理解的修改、省略、(例如跨各种实施方式的各方面的)组合、调整和/或替换的任何和所有实施方式。权利要求书中的限制将基于权利要求书中采用的语言被广泛解释并且不限于本说明书中或申请审查期间描述的示例，这些示例被解释为非排他性的。

Claims (16)

1.一种用于执行光学地测量目标对象的距离的测量任务的设备，所述设备包括：

光学系统，其被配置成：

执行测量光至所述目标对象所位于的预定测量空间的发射；以及

引导来自所述测量空间的返回光，所述返回光包括基于所述目标对象对所述测量光的反射而反射的反射光；

光接收单元，在其光检测区域中包括来自所述测量空间的所述返回光入射至的多个光接收元件，所述多个光接收元件中的每一个被配置成基于所述返回光的相应强度来输出强度信号；

识别单元，其被配置成根据所述多个相应光接收元件的所述强度信号来识别所述光检测区域中的光接收区域，

所述光接收区域基于所述多个光接收元件中的指定光接收元件，所述指定光接收元件被布置成接收所述反射光；以及

估计单元，其被配置成基于所述光接收区域的几何构造来估计包括所述光学系统的状态的所述设备的状态。

2.根据权利要求1所述的设备，其中：

所述估计单元被配置成基于作为所述光接收区域的所述几何构造的所述光接收区域的位置和形状中的至少一者来估计所述设备的状态。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其中：

所述估计单元被配置成估计所述光学系统的状态和所述光接收单元的状态中的至少一者是否异常，作为对所述设备的状态的估计。

4.根据权利要求3所述的设备，其中：

所述估计单元被配置成：在估计到所述光学系统的状态和所述光接收单元的状态中的至少一者异常时，向用户或另一控制设备通知指示所述光学系统的状态和所述光接收单元的状态中的至少一者异常的信息。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备，还包括：

距离测量单元，其被配置成根据由所述指定光接收元件接收的所述强度信号来测量所述目标对象的距离。

6.根据权利要求5所述的设备，其中：

所述多个光接收元件中的每一个被配置成基于所述返回光的相应强度随机输出所述强度信号；并且

所述识别单元被配置成根据所述多个相应光接收元件的输出信号来执行统计任务，从而识别所述光接收区域。

7.根据权利要求6所述的设备，其中：

光发射单元被配置成执行作为所述测量光至所述预定测量空间的发射的第一测量光至所述预定测量空间的发射以及第二测量光至所述预定测量空间的发射；

所述多个光接收元件中的每一个被配置成：

基于来自所述测量空间的第一返回光的相应强度来输出作为所述强度信号的第一强度信号；以及

基于来自所述测量空间的第二返回光的相应强度来输出作为所述强度信号的第二强度信号，

所述第一返回光包括基于所述目标对象对所述第一测量光的反射而反射的光，

所述第二返回光包括基于所述目标对象对所述第二测量光的反射而反射的光；并且

所述识别单元被配置成：

执行作为所述统计任务的以下任务：计算所述多个光接收元件中的每一个的所述第一强度信号与所述多个光接收元件中的相应一个的所述第二强度信号之和，从而从所述各个指定光接收元件获得强度峰值；以及

根据所述指定光接收元件的布置来识别所述光接收区域。

8.根据权利要求6所述的设备，其中：

所述光接收单元包括多个光接收块，所述多个光接收块中的每一个包括所述多个光接收元件；并且

所述识别单元被配置成：

执行作为所述统计任务的以下任务：针对所述多个光接收块中的每一个来计算来自所述多个相应光接收元件的所述强度信号之和，从而从所述多个光接收块中的指定光接收块获得强度峰值；以及

根据所述指定光接收块的布置来识别所述光接收区域。

9.根据权利要求8所述的设备，其中：

光发射单元被配置成执行作为所述测量光至所述预定测量空间的发射的第一测量光至所述预定测量空间的发射以及第二测量光至所述预定测量空间的发射；并且

所述识别单元被配置成：

针对所述多个光接收块中的每一个，基于所述第一测量光来获得来自所述多个相应光接收元件的所述强度信号的第一和；

针对所述多个光接收块中的每一个，基于所述第二测量光来获得来自所述多个相应光接收元件的所述强度信号的第二和；以及

计算针对所述多个光接收块中的每一个的所述第一和与针对所述多个光接收块中的相应一个的所述第二和的总和。

10.根据权利要求7至9中任一项所述的设备，其中：

所述识别单元被配置成：

基于所述多个光接收元件中的每一个的所述第一强度信号来获得第一峰值强度；

基于所述多个光接收元件中的每一个的所述第二强度信号来获得第二峰值强度；以及

针对所述多个光接收元件中的每一个来计算所述第一峰值强度与所述第二峰值强度之和，从而获得由各自具有所述强度峰值中的相应强度峰值的像素组成的强度分布图像。

11.根据权利要求10所述的设备，其中：

所述光发射单元被配置成将一组所述第一测量光和所述第二测量光的发射执行预定次数；

所述多个光接收元件中的每一个被配置成：

针对所述预定次数中的每一次，输出所述多个光接收元件中的每一个的一组所述第一强度信号和所述第二强度信号；并且

所述识别单元被配置成：

针对所述预定次数中的每一次，基于所述多个光接收元件中的每一个的该组所述第一强度信号和第二强度信号来生成所述强度分布图像，

所述强度分布图像中的每一个由各自与所述光接收元件之一相对应的第一像素组成，所述第一像素中的每一个具有第一像素值，所述第一像素值包括所述光接收元件中的相应一个的所述强度信号；

将针对相应次数生成的所述强度分布图像彼此叠加，从而获得累加和图像，所述累加和图像由分别与所述第一像素相对应的第二像素组成，所述第二像素中的每一个具有所述第一像素中的相应像素的所述第一像素值之和；以及

基于所述累加和图像来识别所述光接收区域。

12.根据权利要求11所述的设备，还包括：

环境光检测器，其被配置成检测环境光的强度，

其中：

所述识别单元被配置成：

确定所述环境光的强度是否等于或大于预定强度；以及

在确定所述环境光的强度等于或大于所述预定强度时，增加所述预定次数。

13.根据权利要求12所述的设备，其中：

所述识别单元被配置成：

从所述强度分布图像中的每一个中减少所检测到的所述环境光的强度；以及

将各自被减少所检测到的所述环境光的强度的所述强度分布图像彼此叠加。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的设备，其中：

所述累加和图像具有预定边缘；并且

所述识别单元被配置成：

当以下情况中的至少之一发生时，基于所述光接收区域的先前确定的大小和所述累加和图像的边缘的至少第一部分来确定所述光接收区域的边缘：

所述累加和图像的所述边缘的与所述第一部分相对的第二部分具有所述第二像素值中的较低像素值；以及

所述累加和图像的所述边缘的所述第二部分更接近环境光。

15.根据权利要求7至14中任一项所述的设备，其中：

所述多个光接收元件被按行和列布置；并且

所述识别单元被配置成：

计算针对所述指定光接收元件的每行的所述强度峰值之和；

计算针对所述指定光接收元件的每列的所述强度峰值之和；以及

根据所述指定光接收元件的每行和所述指定光接收元件的每列的布置来识别所述光接收区域。

16.一种光学地测量目标对象的距离的方法，所述方法包括：

执行测量光经由光学系统至所述目标对象所位于的预定测量空间的发射；

使来自所述测量空间的返回光经由所述光学系统入射至的多个光接收元件中的每一个基于所述返回光的相应强度来输出强度信号，所述返回光包括基于所述目标对象对所述测量光的反射而反射的反射光；

基于所述返回光的相应强度来输出强度信号；

根据所述多个相应光接收元件的所述强度信号来识别所述光检测区域中的光接收区域，

所述光接收区域基于所述多个光接收元件中的指定光接收元件，所述指定光接收元件被布置成接收所述反射光；以及

基于所述光接收区域的几何构造来估计包括所述光学系统的状态的设备的状态。