CN110412539A - 光探测与测距设备、抑制噪声的方法以及机器可读介质 - Google Patents

光探测与测距设备、抑制噪声的方法以及机器可读介质 Download PDF

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Abstract

本发明的实施例公开了光探测与测距(LiDAR)设备、光探测与测距设备中的抑制噪声的方法以及机器可读介质。在示例性实施例中，光探测与测距(LiDAR)设备包括：激光脉冲扫描仪，用于使激光脉冲朝一个或多个方向转向；多个光电探测器；定位在多个光电探测器前面的空间滤波器；以及，控制单元，用于基于一个或多个方向在空间滤波器上动态地形成孔，该孔使得从一个或多个方向反射的光子能够穿过空间滤波器。穿过空间滤波器的光子被引导到多个光电探测器中的一组或多组光电探测器。

Description

光探测与测距设备、抑制噪声的方法以及机器可读介质
优先权声明
本申请要求于2018年4月27日提交的名称为“METHOD FOR EXTENDING RANGE ANDSENSITIVITY OF SOLID STATE LIDAR SYSTEM AND APPARATUS THEREFOR(用于扩展固态LIDAR系统的范围和灵敏度的方法及其装置)”的美国临时申请号62/663,929的优先权权益，该美国临时申请通过引用以其全文结合在此。
技术领域
本发明的实施例总体上涉及远程感测，更具体地涉及一种光探测与测距(LiDAR)设备。
背景技术
LiDAR设备可以通过利用激光脉冲照射环境中的物体并测量物体反射的脉冲来测量到该物体的距离。在许多应用中，长距LiDAR设备是期望的。例如，长距LiDAR设备可以通过为自动驾驶车辆提供充足的减速时间以避开高速公路上的障碍物来提高车辆的安全性。
LiDAR设备的探测范围主要由LiDAR设备中的信号和噪声的相对强度决定。由于出于安全性的考虑调节了LiDAR设备中所使用的激光发射器的功率，因此到达LIDAR 设备中的光电探测器的环境光可能生成噪声而减弱到达光电探测器的反射激光脉冲信号，由此阻挡LiDAR设备探测到远距离处的物体。LiDAR设备中的激光脉冲信号和噪声的量可以通过信噪比(SNR)来测量。
抑制噪声以提高LiDAR设备的SNR的现有技术通常成本过高、期望的性能不足、或者不适用于固态LiDAR设备。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种光探测与测距(LiDAR)设备，包括：激光脉冲扫描仪，用于使激光脉冲朝一个或多个方向转向；多个光电探测器；定位在多个光电探测器前面的空间滤波器；以及，控制单元，用于基于一个或多个方向在空间滤波器上动态地形成孔，该孔使得从一个或多个方向反射的光子能够穿过空间滤波器。其中，穿过空间滤波器的光子被引导到多个光电探测器中的一组或多组光电探测器。
附图说明
在附图中以举例而非限制的方式来展示本公开的实施例，其中相似的附图标记指示相似的元件。
图1展示了根据实施例的可以在其中实施本发明的实施例的示例LiDAR设备。
图2展示了根据实施例的具有动态空间滤波器的示例LiDAR设备。
图3A和图3B展示了图2所示的LiDAR设备的示例实施例。
图4展示了图2所示的LiDAR设备的另一个示例实施例。
图5展示了根据实施例的空间滤波器的示例实施方式。
图6A和图6B展示了图5所示的示例实施方式的2D视图。
图7A至图7B展示了根据实施例的空间滤波器的另一示例实施方式。
图8展示了根据实施例的LiDAR设备中的抑制噪声过程的示例。
图9展示了根据实施例的LiDAR设备中的抑制噪声过程的另一示例。
具体实施方式
下面描述了本发明的各种实施例。在本公开中，对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在至少一个实施例中。在本公开中，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在各个地方的出现不一定都指的是同一实施例。
根据各种实施例，描述了用于噪声抑制的设备、方法和计算机介质。这些各种实施例可以使用在空间滤波器上动态形成的孔来抑制来自于已知不存在期望信号的方向的噪声。当LiDAR设备要使激光脉冲朝一个或多个方向转向时，LiDAR设备预期接收从一个或多个方向反射的光子。所有其他方向都是预期为噪声而不是期望信号从其而来的方向。孔动态地形成在空间滤波器上，处于与从LiDAR设备发射的激光脉冲转向的一个或多个方向同步的位置。来自所述一个或多个方向的反射光子(即，期望信号)可以经由该孔穿过空间滤波器，并且可以投射在一组或多组光电探测器上。来自除了所述一个或多个方向以外的所有其他方向的光子是噪声，并且因此可以被空间滤波器阻挡。穿过空间滤波器的光子中的噪声基于在由LiDAR设备发射的激光脉冲中识别出的一个或多个固定时间模式被抑制。空间滤波器可以使用各种技术来实施，包括电致变色显示器、微机械 (MEMS)反射镜阵列、液晶显示器(LCD)、以及电润湿显示器。
用于噪声抑制的上述特征可以改善LiDAR设备的信噪比，由此增加LiDAR设备的探测范围、探测灵敏度和/或探测精度。
这些特征还可以降低固态LiDAR设备的成本。固态LiDAR设备通常具有大型的高灵敏度高性能光电探测器阵列，这需要使用大型MEMS反射镜作为探测器扫描仪。大型MEMS反射镜成本很高并且技术上难以制作。动态空间滤波器将不需要在固态LIDAR 设备中使用大型MEMS反射镜作为探测器扫描仪。在不使用大型MEMS反射镜作为探测器扫描仪的情况下，本文所描述的固态LiDAR设备将是成本较低的。此外，大型MEMS 反射镜倾向于具有小旋转角度以及低谐振频率(例如，处于较低的几百Hz或甚至几十 Hz)。低谐振频率倾向于增大振动(例如，在车辆正常操作中的振动)影响其性能和准确性的可能性。不具有将大型MEMS反射镜作为探测器扫描仪的固态LiDAR设备因此倾向于具有更好的性能和准确性，特别是当固态LiDAR设备用于具有振动的环境中时，例如当安装在自动驾驶车辆上时。
在一个实施例中，取决于激光扫描仪是仅将所发射的激光脉冲竖直地转向、还是既竖直地又水平地转向，空间滤波器上动态形成的孔可以对应于激光脉冲扫描仪的竖直转向角度或转向方向。当所发射的激光脉冲仅被竖直转向时，孔可以与竖直转向角度同步地动态形成，并且可以包括空间滤波器上的分割区域的行，其中该行分割区域对应于竖直转向角度。当激光扫描仪将激光脉冲转向为处于一竖直转向角度时，LiDAR设备的控制单元可以操作为打开空间滤波器上的对应行的分割区域；当激光扫描仪将激光脉冲转向为处于不同的竖直转向角度时，控制单元可以操作为关闭该行分割区域。
当所发射的激光脉冲既竖直地又水平地转向时，孔可以与转向方向同步地动态形成，其中孔是空间滤波器上的行的一部分。该行可以对应于竖直转向角度。该行的所述部分可以是该行内的单个或多个分割区域。转向方向可以表示竖直转向角度与水平转向角度的组合。因此，竖直转向角度可以对应于多个转向方向。当激光扫描仪将激光脉冲转向为处于一转向方向时，LiDAR设备的控制单元可以操作为打开空间滤波器上的一个或多个分割区域；当激光扫描仪将激光脉冲转向为处于不同的转向方向时，控制单元可以操作为关闭该一个或多个分割区域。
在一个实施例中，空间滤波器阻挡从除了该一个或多个转向方向之外的任何其他方向到达空间滤波器的光子。该空间滤波器可以使用电致变色显示器、微机械(MEMS) 反射镜阵列、液晶显示器(LCD)、或电润湿显示器来实施。
在一个实施例中，穿过空间滤波器的光子包括噪声以及来自由LiDAR设备发射的激光脉冲的反射光子。控制单元可以基于由LiDAR设备发射的激光脉冲中的一个或多个固定时间模式来抑制穿过空间滤波器的光子中的噪声。
在一个实施例中，空间滤波器可以使用在每行中包括单个分割区域的定制LCD来实施。行中的分割区域可以表示LiDAR图像的像素。转向为处于某个竖直转向角度的激光脉冲可以穿过分割区域，并且可以投射在2D SPAD像素阵列的单个列上。
本文所描述的LiDAR设备可以包括具有存储在非暂态机器可读介质上的可执行计算机程序指令的计算机程序。当计算机程序指令被一个或多个微处理器执行时，计算机程序指令可以使一个或多个微处理器执行本文所描述或所要求保护的一种或多种方法。计算机程序指令可以存储在比如闪存、集成电路中的嵌入式存储器或其他形式的存储器等非易失性存储器中。
附图中描绘的过程由包括硬件(例如，电路系统、专用逻辑等)、软件或二者的组合的处理逻辑来执行。虽然下面按照一些顺序操作描述了该过程，但是可以按不同的顺序执行该些操作中的一些。而且，一些操作可以并行地而非顺序地执行。
固态LiDAR设备
图1展示了根据实施例的可以在其中实施本发明的实施例的示例LiDAR设备。
示例LiDAR设备可以是固态LiDAR设备101，其可以通过利用激光脉冲照射环境中的物体来测量到物体的距离。反射激光脉冲的返回时间和波长的差异可以用于形成环境的点云。点云可以提供空间位置和深度信息，以用于识别并跟踪物体。
如图1所示，LiDAR设备101可以包括激光脉冲发射单元104、激光脉冲扫描仪105、激光脉冲接收单元109、以及控制单元107。激光脉冲发射单元104可以包括发射包含不同频率的光子的激光的短脉冲束的一个或多个激光发射器。
例如，在图1中，激光脉冲发射单元104发射出射激光脉冲束113。出射激光脉冲束113可以由激光脉冲扫描仪105使用各种机构(包括微机电系统(MEMS)反射镜以及一个或多个光学相控阵列(OPA))朝一个或多个方向转向或扫描。所述一个或多个方向中的每一个可以被称为转向方向或扫描方向。与每个转向方向相关联的竖直角度和水平角度可以分别被称为转向角度或扫描角度。激光脉冲扫描仪105可以使一个或多个激光脉冲束朝某个转向方向转向。每个激光脉冲束可以具有固定数量的脉冲。
控制单元107可以包括在硬件、软件、固件或其组合中实施的控制逻辑。控制逻辑107可以以协同的方式驱动LiDAR设备101的其他单元或子系统104、105和109，并且可以执行一个或多个数据处理算法以执行一个或多个操作来进行信号滤波和物体探测。例如，控制单元107可以使激光脉冲发射单元104和激光脉冲扫描仪105同步，使得激光脉冲扫描仪105可以扫描多条线上的水平视场。
激光接收单元109可以使用一个或多个成像透镜(例如，成像透镜115)来收集从目标物体103反射的一个或多个激光脉冲束(例如，激光脉冲束112)，并且将激光脉冲束聚焦在一个或多个光电探测器(例如，光电探测器117)上。每个光电探测器可以是高灵敏度光电二极管，例如，线性模式雪崩光电二极管(APD)或单光子雪崩二极管(SPAD)。一个或多个光电探测器可以将反射激光脉冲束中的光子转换为电。激光脉冲接收单元109 可以将入射到每个光电探测器上的返回信号发送到控制单元107以进行处理。
在一个示例实施方式中，LiDAR设备101可以使其全部子系统都集成在单个芯片上。来自激光发射单元104的激光脉冲束可以包括固定数量的激光脉冲，并且可以通过分束器耦合到多个波导。每个波导可以是单个芯片上的结构，用于通过光束偏转器阵列将一个或多个激光脉冲束导引到激光脉冲扫描仪105中的多个MEMS反射镜阵列之一。激光脉冲接收单元109中的一个或多个雪崩光电二极管(APD)阵列可以收集反射脉冲，根据反射脉冲可以计算激光脉冲发射单元104与目标物体103之间的距离。在单个芯片上，每个裸片、每个MEMS反射镜阵列、控制单元107中的一个或多个光子集成电路以及 APD阵列可以通过例如晶片键合和/或焊剂接合而彼此附接。
在示例实施方式中，每个光束偏转器可以是使激光脉冲束偏转到平面外处于固定角度的结构。光束偏转器的示例包括光栅、反射镜、棱镜或其任何组合。控制器可以控制MEMS反射镜阵列的一个或多个二维致动器，以使用现场可编程门阵列(FPGA)系统(例如，12位FPGA系统)的单独通道来驱动MEMS反射镜阵列中的每个MEMS反射镜的 X轴和Y轴。控制器可以提供围绕每个轴线的高达预定角度(例如，高达±20°)的旋转。控制器还可以以Z字形模式或螺旋模式使MEMS反射镜阵列中的每个反射镜转向。在控制器如此操作的情况下，一对偏转器和MEMS反射镜可以覆盖多种大小的方位(即，水平)光角和高度(即，竖直)光角。可以由控制单元107使用MEMS反射镜的角度和对应激光脉冲束的定时来跟踪出射激光脉冲束的方位角和高度角。
在一个实施例中，激光脉冲发射单元104中的激光二极管可以在以固定间隔(例如，每几微秒)进行脉冲重复的脉冲模式下操作。可以根据LiDAR设备101的预定性能参数来选择激光二极管和用于为激光二极管提供适当偏置电流和调制电流的激光驱动电路。性能参数的示例可以包括所需的最大扫描空间范围以及分辨率。
动态空间滤波器
在图1中展示的示例LiDAR设备中，各种类型的噪声(例如，环境光和电子噪声) 可能对LiDAR设备101的SNR产生负面影响。当激光脉冲接收单元109接收散射的环境光时，光电探测器(例如，光电探测器117)可能是饱和的，特别是当环境光是太阳光时，太阳光往往在很宽的波长范围上具有巨大的功率。太阳光引起的噪声的数量级可能高于从比如陆地、雪、和厚云等光亮表面反射的激光脉冲表示的弱LiDAR信号。
为了增大LiDAR设备的探测范围，可以使用用于鲁棒抑制环境光和高速获取返回信号的技术。然而，由于固态LiDAR设备中没有机械旋转扫描仪和机械探测器扫描仪，因此在机电LiDAR设备中有效的一些环境光过滤技术可能在固态LiDAR设备中是不可行的。
例如，在机电LiDAR设备中，一种环境光过滤技术是使用单个雪崩光电二极管(APD) 或少量APD作为光电探测器，其可以由于其较小尺寸而有效地用作自然空间滤波器，因为未入射到光电探测器上的任何光子都被自动过滤掉了。由于机电LiDAR设备中存在机械旋转扫描仪和机械探测器扫描仪，因此自然空间滤波器将在机电LiDAR设备中起作用。机械旋转扫描仪和机械探测器扫描仪将从较大反射表面反射的期望信号准确地引导到光电探测器，该光电探测器的光子倍增增益可以进一步改善机电LiDAR设备的信噪比 (SNR)，由此增大其探测范围。
然而，在比如LiDAR设备101的固态LiDAR设备中，将难以使用单个APD或少量APD作为自然空间滤波器，因为固态LiDAR设备不具有机械旋转扫描仪或机械探测器扫描仪。因此，这样的固态LiDAR设备将会丢失从具有较大反射表面的目标物体反射的信号。虽然APD像素阵列(例如，2D焦平面阵列)可以用于补偿机械激光扫描仪和机械探测器扫描仪的缺乏，以使得固态LiDAR设备能够接收来自较大反射表面的更多反射信号，但是这样的像素阵列会由于其较大的尺寸而失去其自然空间滤波能力。此外，一些APD像素阵列(例如，线性模式APD像素阵列)可能是技术上困难且制作成本过高的。
因此，为了增大比如LiDAR设备101的固态LiDAR设备的探测范围，盖革模式(Geiger-mode)单光子雪崩二极管(SPAD)的2D像素阵列将被用作与定位在该2D像素阵列前面的单独的动态空间滤波器耦合的光电探测器。SPAD的2D像素阵列可以包括多列SPAD，其中每列SPAD在竖直方向上并联连接。具有单列SPA的简单2D SPAD阵列将是不期望的，因为以这样的简单SPAD阵列作为光电探测器的固态LiDAR设备将需要激光脉冲扫描仪的每个竖直转向角度对应于该简单SPAD阵列上的单个SPAD。因此，这样的配置将具有许多缺点。例如，在这样的配置中，每个SPAD作为光电探测器都将需要时间-数字转换器(TDC)，该时间-数字转换器减小光电探测器上的活动区域的填充因数。此外，在这样的配置中，每个SPAD光电探测器(其具有不可忽略的死区时间) 可能由于黑暗事件和/或环境光而丢失所反射的光子。
然而，在本文所公开的2D像素阵列中，一个TDC可以用于一列SPAD，由此增大活动区域的填充因数。此外，针对某个竖直转向角度，使用一列SPAD而不是一个SPAD 作为光电探测器可以避免由于与每个SPAD光电探测器相关联的死区时间而丢失所反射的光子。
在一个实施例中，空间滤波器可以基于LiDAR设备的当前转向方向或转向角度而被动态地打开和关闭，并且因此可以有效地阻挡来自除了当前转向方向之外的方向的环境光和其他噪声。确实穿过空间滤波器的信号被引导到一列或多列2D像素阵列。大尺寸 2D像素阵列与动态配置的空间滤波器的组合可以补偿固态LiDAR设备中机械激光扫描仪和机械探测器扫描仪的缺乏。这样的组合可以提高设备的SNR而无需实质增加制造成本。
如本文所使用的，转向方向指的是竖直转向角度与水平转向角度的组合，反射脉冲从所述转向方向进入LiDAR系统的激光接收单元、或者所发射的激光脉冲在所述转向方向上被转向。例如，5度的竖直角度与0度的水平角度的组合被认为是一个方向，而5 度的竖直角度与5度的水平度的组合被认为是另一个方向。在本公开中，扫描角度或转向可互换地使用，并且扫描激光脉冲和转向激光脉冲也可互换地使用。
本公开中描述的各方面、实施方式和实施例还可以克服与SPAD相关联的死区时间问题。通过将来自不同方向的入射激光脉冲束引导到2D像素阵列的不同列，像素阵列中的SPAD的列可以具有足够的时间来在记录光子之后恢复到其原始状态、并准备好记录来自不同方向的其他光子。
图2展示了根据实施例的具有动态空间滤波器的示例LiDAR设备。
如图2所示，激光脉冲接收单元109可以包括一个或多个成像透镜(例如，成像透镜202)、空间滤波器201、光学中继透镜(例如，柱面透镜)212、2D SPAD阵列213。空间滤波器201可以置于成像透镜202的像平面处，并且可以使用电致变色显示器、微机械反射镜阵列、与偏振器组合的液晶显示器(LCD)、以及电润湿显示器来实施。空间滤波器201可以包括分割区域阵列，其中每个分割区域表示能够被打开和关闭的光透射区域。
在一个实施例中，当使用LCD来实施空间滤波器时，打开分割区域会将分割区域从低光透射区域改变为高光透射区域。相反，关闭分割区域会将分割区域从高光透射区域改变为低光透射区域。高光透射区域将允许来自一个或多个已知方向的信号和噪声穿过空间滤波器201，而低光透射区域将基本上阻挡信号和噪声到达该区域。
在一个实施例中，空间滤波器201可以被配置为用于在低光透射区域处仅阻挡具有某些波长(例如，预定范围内的波长)的信号和噪声，或者允许具有某些波长的信号和噪声穿过高光透射区域。
每个分割区域可以对应于信号和噪声进入激光脉冲接收单元109的特定方向，并且可以对应于要由目标物体形成的图像的像素。可替代地，多个分割区域可以对应于图像的像素。
可以基于激光脉冲扫描仪105使激光脉冲转向的方式来动态地打开空间滤波器201 上的一个或多个分割区域，以形成孔。
例如，当激光脉冲扫描仪105使激光脉冲水平地且竖直地转向时，可以响应于激光脉冲扫描仪105使出射激光脉冲束朝对应于单个分割区域的方向转向而打开该单个分割区域。当出射激光脉冲束(例如，出射激光脉冲束203)朝竖直N度和水平M度的方向转向时，对应的反射激光脉冲束(例如，反射激光脉冲束205)可以从那个方向进入激光脉冲接收单元109。控制单元107可以操作为打开空间滤波器201上的对应的分割区域，使得那个分割区域可以用作孔211。控制单元107可以协调孔211的位置和激光脉冲扫描仪105的转向方向，使得成像透镜202可以将反射激光脉冲束205聚焦到孔211。在穿过孔211之后，反射激光脉冲束205可以被光学中继透镜212作为激光条纹投射到2D SPAD 阵列213的一列上。2D SPAD阵列213的该列可以被预先配置用于接收来自特定水平角度的反射信号。比如来自除了对应于孔的方向之外的所有其他方向的环境光等噪声将被阻挡。
作为另一个示例，当激光脉冲扫描仪105仅使激光脉冲束竖直地转向时，多个分割区域可以作为单个单元被打开以构成孔211。如此，孔211将对应于竖直角度(例如，竖直N度)。可以基于LiDAR设备的预定分辨率来确定要作为孔211被打开的分割区域的数量。针对每个竖直转向角度要打开的分割区域越多，LiDAR设备的分辨率就越高。多个打开的分割区域中的每一个进一步对应于处于那个竖直角度的水平角度(例如，水平 M度)。
在这个示例中，出射激光脉冲束203表示以此竖直转向角度发射的所有出射激光脉冲。在一种实施方式中，出射激光束203可以通过衍射光学元件(例如，衍射漫射器) 或柱面透镜来水平扩展。相应地，从经水平扩展的激光束203反射的反射激光脉冲束205 可以表示来自那个竖直转向角度的所有反射激光脉冲。反射激光脉冲205的一部分可以穿过孔211中的打开的分割区域之一。反射激光脉冲束205的该部分对应于该竖直转向角度下的水平转向角度，并且可以作为激光条纹投射在2D SPAD阵列213的一列上，如由控制单元107所配置或编程的。因此，处于那个竖直角度的反射激光脉冲束205将被光学中继透镜212作为多个激光条纹投射在2D SPAD阵列213的多个列上。
空间滤波器210可以基于出射激光束的竖直转向角度或基于激光束的竖直转向角度与水平转向角度的组合来动态地改变孔211的位置。空间滤波器201的抑制噪声的能力可以由消光比来确定，该消光比被定义为孔211中的分割区域的数量与整个空间滤波器 201中的分割区域的总数量之比。
在一个实施例中，打开或反之关闭分割区域所花费的时间可以确定LiDAR设备101的刷新率。例如，LiDAR设备101可以以范围从亚毫秒到几毫秒的时间段来打开或关闭分割区域。
在一个实施例中，2D SPAD阵列213可以包括在竖直方向上并联连接但在水平方向上可单独寻址的SPAD。2D SPAD阵列213可以针对给定竖直转向角度下的每个水平转向角度提供在盖革模式下操作的一列SPAD，以减少探测死区时间。
在一个实施例中，控制单元107可以被编程用于安排竖直扫描，其方式使得：在控制单元107完成从当前竖直扫描中读出输出信号之前、并且在2D SPAD阵列213中的预定数量的SPAD(例如，所有SPAD)经过其死区时间之前，激光脉冲扫描仪105不扫描下一竖直转向角度的激光脉冲。
在一个实施例中，控制单元107可以执行一种或多种数据处理算法，以处理从2DSPAD阵列213输出的数据。2D SPAD阵列213的输出强度与返回到成像透镜202的光子数量成比例。控制单元107可以示出在特定时间帧(例如，2-4ns)内返回的多个光子作为模拟探测系统的更高幅值电脉冲、或作为具有集成时间-数字转换器(TDC)的系统中的更高计数，由此将一个或多个事件与2D SPAD阵列213的探测器噪声和环境光区分开，因为探测器噪声和环境在某一帧内的光子数量方面倾向于相对均匀。
上述动态空间滤波器201可以结合LiDAR设备101中的控制单元107和一个或多个其他子系统进行工作，以便通过抑制来自除了与空间滤波器201中的孔211相对应的一个或多个方向之外的方向的噪声来减少到达光电探测器的噪声。由于环境光和散粒噪声是正相关的，因此减少环境光也可以减少散粒噪声。减少与相对不变的反射激光信号耦合的噪声将增大LiDAR设备101的SNR。
为了进一步增大LIDAR设备101的SNR，可以将控制单元107编程为抑制空间滤波器201无法阻挡的噪声。这种噪声可以包括环境光以及穿过孔201的任何其他类型的噪声；以及通过空间滤波器201的关闭的分割区域到达2D SPAD阵列213的残余环境光，因为关闭的分割区域可能无法阻挡100％的所有波长的光。
在一个实施例中，控制单元107可以使用预定的信号分析算法215对来自2D SPAD阵列213的输出数据执行信号分析。信号分析算法215可以针对每个探测范围探测激光脉冲的固定时间模式，并且使用该固定时间模式来识别来自2D SPAD阵列213的数据输出的反射激光脉冲信号。
作为说明性示例，激光脉冲发射单元104针对每个探测范围发射固定数量的激光脉冲；并且对于给定的激光脉冲发射单元104，激光束中的激光脉冲之间的时间间隔倾向于相对固定。这些时间间隔可以形成时间模式，该时间模式不会从一个范围探测到另一个范围探测而改变。控制单元107可以使用该时间模式来识别反射激光脉冲信号。不与该时间模式匹配的光子更可能是噪声并且可以被丢弃。
图3A和图3B展示了图2所示的LiDAR设备101的示例实施例。
如图3A和图3B所示，图2所示的LiDAR设备101的激光脉冲扫描仪105正在使激光脉冲既竖直地又水平地转向。相应地，响应于激光脉冲扫描仪105将出射激光脉冲朝具有X度的竖直角度和A度的水平角度的方向转向，空间滤波器301上的行X 309中的单个分割区域被打开以作为孔A 307而操作。孔A 307允许来自该方向的反射脉冲束 305穿过空间滤波器301，如图3A所示。
在图3B中，激光脉冲扫描仪105使激光脉冲转向为处于X度的竖直角度的不同水平角度(例如，B度的水平角度)。作为响应，不同的分割区域被打开以作为孔B 321 而操作，从而允许来自具有X度的竖直角度和B度的水平角度的方向的反射脉冲束306 穿过空间滤波器301。虽然激光脉冲扫描仪105正在此特定方向上进行扫描，但是可以关闭对应于先前扫描方向的孔A 307。因此，在这个特定实施例中，在任何特定时间，空间滤波器301中仅一个分割区域可以处于打开状态以用作孔。
类似地，可以打开紧靠孔B 321的分割区域322以作为允许来自下一个转向方向的反射激光脉冲穿过空间滤波器301的下一个孔而操作。可以重复以上过程，直到激光脉冲扫描仪105完成在X度的竖直角度下的扫描。可以基于目标物体的图像的预定分辨率来确定空间滤波器301的每行中的分割区域的数量。每个分割区域可以对应于目标物体的图像中的一个像素。
穿过每个孔的反射激光脉冲可以被光学中继透镜212作为不同激光条纹315和325投射在2D SPAD阵列213的不同列317和323上。
控制单元107可以被编程为：激光脉冲扫描仪105一开始在下一个扫描方向上扫描激光脉冲，就从2D SPAD阵列213上的对应于先前转向方向的列中读出数据。可替代地，控制单元107可以被编程为：在激光脉冲扫描仪105已经完成使激光脉冲转向处于竖直角度X之后，从整个2D SPAD阵列213中读出数据。
激光脉冲扫描仪105可以以与激光脉冲扫描仪105已经扫描处于竖直角度X的激光脉冲相同的方式来扫描处于与行Y 310和行Z 311相对应的不同竖直角度的激光脉冲。
控制单元107可以被编程为：将空间滤波器301上的每个孔的位置与每个扫描方向同步，并且将穿过每个孔的激光脉冲作为不同激光条纹投射到2D SPAD阵列213上的不同列上。
图4展示了图2所示的LiDAR设备101的另一个示例实施例。
如图4所示，出射激光脉冲束仅被竖直地转向，其中处于特定竖直转向角度(例如，竖直角度X)的每个出射激光脉冲束(例如，具有光束高度418的出射激光束406)通过衍射光学元件415或柱面透镜以有角度的方式水平扩展。经水平扩展的激光束的发散角度417可以由预定的视场(FOV)和预定探测范围来确定。
针对每个竖直转向角度，可以打开空间滤波器301上的一行分割区域(例如，行X309)以作为针对此竖直转向角度的孔而操作。从此竖直转向角度到达空间滤波器301的反射激光脉冲束404可以穿过该行中的分割区域401、403和405中的每一个。光学中继透镜(例如，柱面透镜)212可以将已经穿过空间滤波器301的激光脉冲作为不同的激光条纹413、415和417投射到2D SPAD阵列213的不同列407、409和411上。可以利用沿着LiDAR设备101中的竖直轴线的单次扫描来产生目标物体的完整3D点云。
在一个实施例中，空间滤波器301上的分割区域可以对应于目标物体的LiDAR图像的像素、以及对应于转向方向。LiDAR设备101可以使激光脉冲在一定范围的转向方向上(特定竖直角度下的水平角度)并行转向，由此增大系统的数据吞吐量并减小LiDAR 设备的刷新率。相比之下，图3A至图3B中描述的LiDAR设备可能受到激光脉冲扫描仪的速度、和/或可以打开和关闭空间滤波器上的分割区域的速度的限制。图3A至图3B 中的LiDAR设备还可以具有更高的刷新率。
在一个实施例中，LiDAR设备101可以具有双轴LiDAR配置，并且可以使激光脉冲扫描仪105和探测系统以与光束扩展方向相同的取向放置以减少盲点。
图5展示了根据实施例的空间滤波器的示例实施方式。此处实施的空间滤波器可以是图2、图3A和图3B、以及图4中展示的空间滤波器。
在这种实施方式中，空间滤波器519基于MEMS反射镜或其他类型的数字反射镜的数量。MEMS反射镜可以布置为同一平面上的二维像素阵列。在一个实施例中，每个MEMS反射镜可以铰接到框架结构，使得MEMS反射镜可以在预定义角度内转动。
每个MEMS反射镜都在功能上类似于图3A、图3B和图4中的空间滤波器301中的分割区域。例如，每个MEMS反射镜可以对应于像素以及对应于转向方向；每行MEMS 反射镜可以对应于LiDAR设备101的特定竖直转向角度；并且每个MEMS反射镜可以被打开和关闭。
在一个实施例中，MEMS反射镜的自然状态为与平面的取向相同。处于自然状态的MEMS反射镜为关闭状态。关闭状态的MEMS反射镜可以通过倾斜至从平面到特定方向的预定义角度来打开。角度和方向是可配置的，并且基于LiDAR设备101中的其他子系统的位置和取向。MEMS反射镜可以通过倾斜回至其原始取向来关闭。
在一个实施例中，MEMS反射镜可以通过倾斜至从平面到一个方向的第一预定角度来关闭，并且可以通过倾斜至从平面到相反方向的第二预定角度来关闭。
在图5所示的实施方式中，MEMS反射镜A 517已经通过倾斜至从空间滤波器519 的平面所成角度θ529而打开，并且MEMS反射镜B 521已经通过倾斜至角度θ`528而关闭。
处于打开状态的MEMS反射镜可以结合棱镜512进行操作，以将反射激光脉冲束404的至少一部分从特定方向引导到2D SPAD阵列513的特定列。如图5所示，反射激光脉冲束404的一部分作为目标上激光脉冲525被引导到SPAD阵列513。目标上激光脉冲525在到达SPAD阵列513之前可以被光学中继透镜515投射为激光条纹。
处于关闭状态的MEMS反射镜可以使入射到那个MEMS反射镜上的光子作为离开目标的光子偏转远离SPAD阵列513，该些离开目标的光子可以包括环境光和各种其他噪声。例如，处于关闭状态的MEMS反射镜B 521可以使入射到反射镜阵列上的环境光作为离开目标的光子523偏转远离SPAD阵列513。
如图5所示，打开空间滤波器519上的整行MEMS反射镜以允许将来自特定竖直转向角度的激光脉冲重新引导到SPAD阵列513中的多个列，其中来自该竖直转向角度下的每个转向水平角度的激光脉冲被引导到SPAD阵列513的一个列。
在这种实施方式中，MEMS反射镜A 517和MEMS反射镜B 521作为示例加以描述，以展示可以如何打开和关闭MEMS反射镜。将认识到，可以类似地打开和关闭空间滤波器519中的其他MEMS反射镜。
如图5进一步所示，将多个接收透镜505、507和509定位在棱镜512前面以收集返回光子。接收透镜中的至少一个是50mm焦距的f/0.9成像透镜。要由成像透镜收集的光子数量可以由其有效透镜孔径的尺寸来确定。所收集的光子的至少第一部分(例如， 50％)可以通过棱镜512入射到空间滤波器519上，并且所收集的光子的第一部分的至少第二部分(例如，25％)可以被分束器514重新引导到SPAD阵列513。
棱镜512可以是置于分束器514前方的楔形棱镜，并且可以将其像平面倾斜至与空间滤波器519中打开状态的MEMS反射镜相同的取向。
在示例实施方式中，包括棱镜512、成像透镜505-509、空间滤波器519、和SPAD 阵列515在内的所有部件可以定位在预定距离(例如，±100um)内，使得可以容易地获得光学对准和角度校准，这有利于大规模制造。
图6A和图6B展示了图5所示的示例实施方式的2D视图。
在这个视图中，透镜605是图5中的透镜505、507和509；棱镜612是图5中的棱镜512；光学中继透镜615是图5中的光学中继透镜515；空间滤波器619是图5中的空间滤波器519；并且分束器614和SPAD阵列613分别是图5中的分束器514和SPAD 阵列513。
在图6A中，空间滤波器619上的说明性MEMS反射镜621被示出为已经通过倾斜至特定角度而打开。MEMS反射镜621将从特定方向反射的激光脉冲的至少一部分作为目标上激光脉冲625偏转到SPAD阵列613上的列。
图6B示出了MEMS反射镜621处于关闭状态。MEMS反射镜621可以通过朝不同方向倾斜至另一个角度而关闭。在一个实施例中，图6B所示的处于关闭状态的MEMS 反射镜621可以处于其初始和自然位置。MEMS反射镜621可以将到达反射镜的光子作为离开目标的光子623偏转远离SPAD阵列613。
图7A至图7B展示了根据实施例的空间滤波器的另一示例实施方式。此处实施的空间滤波器可以是图2、图3A和图3B、以及图4中展示的空间滤波器。
参考图7A，基于LCD的空间滤波器700包括在两个透明电极层703与707之间的孔层。孔层可以是液晶层705。第一线性偏振器层701和第二线性偏振器层709分别置于第一透明电极层703的顶部上和第二透明电极层707下方。在一个实施例中，由于铁电液晶的快速切换性质及其自然二元状态，铁电液晶可以用于液晶层705。在另一个实施例中，可以使用不同类型的液晶。不同于铁电液晶，其他类型的液晶改变入射激光脉冲束的偏振，改变程度与所施加的电压很大程度成比例。
第一透明电极层703可以通过将多个透明水平电极条附接到共同物理结构上来形成。这些水平电极条可以彼此平行定位。在一个实施例中，电极条可以平行于集成电路的其上实施有激光脉冲接收单元109的表面。透明电极条的层703可以面向图2、图3A、图 3B和图4所示的成像透镜202。水平电极条713是多个透明电极条的示例。
第二透明电极层707可以通过将垂直于第一透明电极层703中的电极条的多个透明电极条附接到共同物理结构上来形成。竖直电极条711是第二透明电极层707中的透明电极条的示例。每个竖直电极条和水平电极条可以由氧化铟锡(ITO)或二氧化钛(TiO2) 制成。
层707处的每个竖直电极条可以与层703处的每个水平电极条交叉。竖直电极条与水平电极条彼此交叉的区段对应于液晶层705上的像素区域。液晶层705上的像素区域是空间滤波器700上的可以动态地打开和关闭的分割区域。
图7B示出了这样的分割区域715，即液晶层705上与水平电极条713与竖直电极条711彼此交叉的区域相对应的区域。
在一个实施例中，为了打开分割区域715，图2所示的控制单元107可以将第一电压(例如，10V)施加到水平电极条713，并且将第二电压(例如，-10V)施加到竖直电极条711。两个电压之差可以将分割区域715处的液晶转换为电容器。由于电容器的暂时存在，穿过分割区域715的激光脉冲的偏振可以保持不变。因此，分割区域715处的液晶可以用作空间滤波器700上的高光透射区域(即，孔)。当将第一电压施加到水平电极条713并且将第二电压施加到层707中的每个竖直电极条时，可以打开整行分割区域以用作对应于一竖直转向角度的孔。
为了关闭已经以上述方式打开的分割区域713，可以停止施加到水平电极条713的电压和施加到层711中的竖直电极条的电压。在没有电压施加到水平电极条713的情况下，入射激光脉冲束的偏振可以被配置为在穿过第一偏振器层710之后被分割区域713 中的液晶旋转90度。偏振已经被旋转90度的激光脉冲束将被第二偏振器层709阻挡。
类似地，整行分割区域可以通过停止将电压施加到用于形成该行分割区域的电极条来关闭。本领域技术人员将认识到，如果没有电压施加到形成分割区域的水平电极条和竖直电极条，则分割区域将首先处于关闭状态。
图8展示了根据实施例的LiDAR设备中的抑制噪声过程的示例。
过程800可以由处理逻辑执行，该处理逻辑可以包括硬件(例如，电路系统、专用逻辑、可编程逻辑、处理器、处理设备、中央处理单元(CPU)、芯片上系统(SoC)等)、软件(例如，在处理设备上运行/执行的指令)、固件(例如，微代码)、或其组合。在一些实施例中，过程800可以由如图2至图6中所展示的控制单元107、接收脉冲接收单元109、激光脉冲发射单元104、或激光脉冲扫描仪105中的一个或多个来执行。
在操作801中，LiDAR设备中的控制单元执行程序指令以协调LiDAR设备中的激光脉冲发射单元和激光脉冲扫描仪来使激光脉冲转向。控制单元可以被编程用于使发射的激光脉冲仅竖直地转向、或使其既竖直地又水平地转向。使激光脉冲仅竖直地转向可以增大LiDAR设备的数据吞吐量。
在操作803中，控制单元可以基于激光脉冲是仅竖直地转向、还是既竖直地又水平地转向来确定下一个操作。
在操作805中，响应于激光脉冲仅竖直地转向，控制单元可以执行指令以打开LiDAR 设备中的空间滤波器上的整行分割区域，其中，该整行分割区域对应于特定竖直转向角度。
在操作807中，仍然参考“仅竖直地”转向的方式，控制单元可以针对每个竖直转向角度重复操作805，直到完成完整的竖直扫描并且生成3D点云。
在操作804中，响应于激光脉冲既竖直地又水平地转向，控制单元执行指令以打开LiDAR设备中的空间滤波器上的一行分割区域中的一个分割区域。该行分割区域可以对应于特定竖直转向角度，并且该分割区域可以对应于该特定竖直转向角度下的特定水平转向角度。
在操作806中，仍然参考激光脉冲既竖直地又水平地转向的方式，控制单元针对特定竖直转向角度下的每个水平转向角度重复操作804，直到激光脉冲扫描仪完成扫描处于特定竖直转向角度的激光脉冲。
在操作808中，控制单元针对每个竖直转向角度重复上面的操作804和805，直到完成完整的扫描并且生成3D点云。
图9展示了根据实施例的LiDAR设备中的抑制噪声过程的另一示例。
过程900可以由处理逻辑执行，该处理逻辑可以包括硬件(例如，电路系统、专用逻辑、可编程逻辑、处理器、处理设备、中央处理单元(CPU)、芯片上系统(SoC)等)、软件(例如，在处理设备上运行/执行的指令)、固件(例如，微代码)、或其组合。在一些实施例中，过程900可以由图2至图6中所展示的控制单元107、接收脉冲接收单元 109、激光脉冲发射单元104、和激光脉冲扫描仪105中的一个或多个来执行。
参考图9，在操作901中，LIDAR设备使激光脉冲朝一个或多个方向转向。一个或多个转向方向中的每一个可以是LiDAR设备的竖直转向角度与水平转向角度的特定组合。方向的数量取决于LiDAR设备是使所发射的激光脉冲仅竖直地转向、还是既竖直地又水平地转向。
在操作903中，LiDAR设备基于一个或多个方向在空间滤波器上动态地形成孔，该孔使得来自一个或多个方向的反射光子能够穿过空间滤波器。在孔形成的动态性质的一个方面，孔的位置不固定；相反，位置随着LiDAR设备的转向方向改变而改变。在孔形成的动态性质的另一个方面，对应于孔的像素的尺寸或数量还基于从LiDAR设备发射的激光脉冲被转向的方式而改变。
例如，在所发射的激光脉冲仅竖直地转向时，可以随着LiDAR设备改变其竖直转向角度而打开空间滤波器上的不同行以构成孔。在所发射的激光脉冲既竖直地又水平地转向时，可以打开对应于单个像素的孔。在这种情况下，孔可以对应于LCD上的分割区域、或者基于数字反射镜的实施方式中的一个数字反射镜。
将激光脉冲朝一个或多个方向转向的定时可以由LiDAR设备中的控制单元来协调，使得可以在空间滤波器上形成对应的孔。
在操作905中，穿过空间滤波器的光子将被引导到多个光电探测器中的一组或多组光电探测器。多个光电探测器可以被布置为2D像素阵列，其中每个列包括多个竖直连接的SPAD。每列SPAD被配置或编程为在任何给定时间探测来自一个转向方向的信号。
根据本发明一些实施例的设备和方法列于以下项目中：
1.一种光探测与测距(LiDAR)设备，包括：
激光脉冲扫描仪，用于使激光脉冲朝一个或多个方向转向；
多个光电探测器；
定位在所述多个光电探测器前面的空间滤波器；以及
控制单元，用于基于所述一个或多个方向在所述空间滤波器上动态地形成孔，所述孔使得从所述一个或多个方向反射的光子能够穿过所述空间滤波器；
其中，穿过所述空间滤波器的光子被引导到所述多个光电探测器中的一组或多组光电探测器。
2.如项目1所述的光探测与测距设备，其中，所述多个光电探测器中的每一个都是单光子雪崩二极管(SPAD)。
3.如项目2所述的光探测与测距设备，其中，所述多个光电探测器被布置为二维像素阵列，其中，所述一组或多组光电探测器中的每一组表示所述二维像素阵列中的一列竖直连接的单光子雪崩二极管。
4.如项目1所述的光探测与测距设备，其中，所述空间滤波器包括多行分割区域，所述分割区域中的每一个对应于所述激光脉冲扫描仪的一转向方向。
5.如项目4所述的光探测与测距设备，其中，取决于所述激光扫描仪是仅将所发射的激光脉冲竖直地转向、还是既竖直地又水平地转向，所述空间滤波器上动态形成的孔对应于所述激光脉冲扫描仪的竖直转向角度或转向方向。
6.如项目5所述的光探测与测距设备，其中，所述动态形成的孔包括在所述多行分割区域中的一行中的多个打开的分割区域，所述一行对应于所述激光脉冲扫描仪的当前竖直转向角度。
7.如项目5所述的光探测与测距设备，其中，所述动态形成的孔包括在所述多行分割区域中的一行中的单个打开的分割区域，所述一行对应于所述激光脉冲扫描仪的当前竖直转向角度，并且所述单个打开的分割区域对应于所述激光脉冲扫描仪的当前转向方向。
8.如项目1所述的光探测与测距设备，其中，所述空间滤波器阻挡从除了所述一个或多个方向之外的任何其他方向到达所述空间滤波器的光子。
9.如项目1所述的光探测与测距设备，其中，所述空间滤波器基于电致变色显示器、微机械(MEMS)反射镜阵列、液晶显示器(LCD)、或电润湿显示器之一。
10.如项目1所述的光探测与测距设备，其中，穿过所述空间滤波器的光子包括从所发射的激光脉冲反射的光子和噪声。
11.如项目10所述的光探测与测距设备，其中，所述控制单元用于基于对所述光探测与测距设备发射的激光脉冲特定的一个或多个固定时间模式来抑制穿过所述空间滤波器的光子中的噪声。
12.如项目1所述的光探测与测距设备，进一步包括：
定位在所述空间滤波器前面的一个或多个光学元件；
定位在所述空间滤波器后面的光学中继透镜；
其中，所述一个或多个光学元件用于将来自所述一个或多个方向的反射光子聚焦到所述孔；
其中，所述光学中继元件用于将穿过所述空间滤波器的光子作为一个或多个激光条纹投射到所述多个光电探测器中的所述一组或多组光电探测器上。
13.一种用于光探测与测距(LiDAR)设备中的抑制噪声的方法，包括：
接收来自一个或多个方向的反射光子，所述一个或多个方向是激光脉冲扫描仪使激光脉冲转向的方向；
基于所述一个或多个方向在定位在多个光电探测器前面的空间滤波器上动态地形成孔，所述孔使得来自所述一个或多个方向的反射光子能够穿过所述空间滤波器；以及
将穿过所述空间滤波器的光子引导到所述多个光电探测器中的一组或多组光电探测器。
14.如项目13所述的方法，其中，所述多个光电探测器中的每一个都是单光子雪崩二极管(SPAD)。
15.如项目14所述的方法，其中，所述多个光电探测器被布置为二维像素阵列，其中，所述一组或多组光电探测器中的每一组表示所述二维像素阵列中的一列竖直连接的单光子雪崩二极管。
16.如项目13所述的方法，其中，所述空间滤波器包括多行分割区域，所述分割区域中的每一个对应于所述激光脉冲扫描仪的一转向方向。
17.如项目16所述的方法，其中，取决于所述激光扫描仪是仅将所发射的激光脉冲竖直地转向、还是既竖直地又水平地转向，所述空间滤波器上动态形成的孔对应于所述激光脉冲扫描仪的竖直转向角度或转向方向。
18.如项目13所述的方法，其中，所述空间滤波器阻挡从除了所述一个或多个方向之外的任何其他方向到达所述空间滤波器的光子。
19.如项目13所述的方法，其中，所述空间滤波器基于电致变色显示器、微机械(MEMS)反射镜阵列、液晶显示器(LCD)、或电润湿显示器之一。
20.一种其中存储有指令的非暂态机器可读介质，所述指令当由处理器执行时使所述处理器通过执行包括以下各项的操作来抑制光探测与测距(LiDAR)设备中的噪声：
由激光脉冲扫描仪使激光脉冲朝一个或多个方向转向；
基于所述一个或多个方向、在定位在多个光电探测器前面的空间滤波器上动态地形成孔，所述孔使得来自所述一个或多个方向的反射光子能够穿过所述空间滤波器；以及
将穿过所述空间滤波器的光子引导到所述多个光电探测器中的一组或多组光电探测器。
注意，如上所示和所描述的一些或所有部件可以以软件、硬件或其组合实施。例如，这样的部件可以被实施为安装并储存在永久性存储设备中的软件，该软件可以被处理器在存储器中加载并执行，以执行整个本申请中描述的过程或操作。可替代地，这样的部件可以被实施为编程或嵌入到专用硬件中的可执行代码，专用硬件是比如集成电路(例如，专用IC或ASIC)、数字信号处理器(DSP)、或现场可编程门阵列(FPGA)，该专用硬件可以经由来自应用的对应的驱动器和/或操作系统来访问。此外，这样的部件可以被实施为处理器或处理器核中的专用硬件逻辑，作为可由软件部件经由一个或多个专用指令访问的指令集的一部分。
如上所示和描述的一些或所有部件可以以软件、硬件或其组合实施。例如，这样的部件可以被实施为安装并储存在永久性存储设备中的软件，该软件可以被处理器(未示出)在存储器中加载并执行，以执行整个本申请中描述的过程或操作。可替代地，这样的部件可以被实施为编程或嵌入到专用硬件中的可执行代码，专用硬件是比如集成电路 (例如，专用IC或ASIC)、数字信号处理器(DSP)、或现场可编程门阵列(FPGA)，该专用硬件可以经由来自应用的对应的驱动器和/或操作系统来访问。此外，这样的部件可以被实施为处理器或处理器核中的专用硬件逻辑，作为可由软件部件经由一个或多个专用指令访问的指令集的一部分。
在对计算机存储器内的数据位的操作的算法和符号表示方面介绍了前述详细说明的一些部分。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员的方式。这里的算法通常被认为是产生期望结果的一致的操作序列。操作是需要对物理量进行物理操纵的操作。
所有这些术语和类似术语都与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标签。除非如从上述讨论内容中明确声明，否则，应当了解，在整个说明书中，利用比如所附权利要求中阐述的那些术语的讨论内容涉及操纵表示为计算机系统的寄存器和存储器内的物理(电学)量的数据并将这些数据变换为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其他此类信息存储设备、传输设备或显示设备内的物理量的其他数据的计算机系统、或类似电子计算设备的动作和过程。
本公开的实施例还涉及一种用于执行本文中的操作的装置。这样的计算机程序存储在非暂态计算机可读介质中。机器可读介质包括用于以可由机器(例如，计算机)读取的形式存储信息的任何机构。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光学存储介质、闪存设备)。
前述图中描绘的过程或方法可以由包括硬件(例如，电路系统、专用逻辑等)、软件(例如，实施在非暂态计算机可读介质上)或二者的组合的处理逻辑来执行。虽然上文中按照一些顺序操作描述了过程或方法，但是应该了解，可以按不同的顺序执行所描述的操作中的一些操作。而且，可以并行地而非顺序地执行一些操作。
本公开的实施例并未参考任何特定编程语言来描述。将了解到，可以使用各种编程语言来实施本文中所描述的本公开的实施例的教导。
在前述说明书中，已经参照本公开的特定示例性实施例描述了本公开的实施例。显而易见的是，在不脱离所附权利要求中阐述的本公开的更广泛的精神和范围的情况下，可以对本公开进行各种修改。相应地，说明书和附图应被视为具有说明性意义而非具有限制性意义。

Claims (10)

1.一种光探测与测距(LiDAR)设备，包括：
激光脉冲扫描仪，用于使激光脉冲朝一个或多个方向转向；
多个光电探测器；
定位在所述多个光电探测器前面的空间滤波器；以及
控制单元，用于基于所述一个或多个方向在所述空间滤波器上动态地形成孔，所述孔使得从所述一个或多个方向反射的光子能够穿过所述空间滤波器；
其中，穿过所述空间滤波器的光子被引导到所述多个光电探测器中的一组或多组光电探测器。
2.如权利要求1所述的光探测与测距设备，其中，所述多个光电探测器中的每一个都是单光子雪崩二极管(SPAD)，并且其中，所述空间滤波器基于电致变色显示器、微机械(MEMS)反射镜阵列、液晶显示器(LCD)、或电润湿显示器之一。
3.如权利要求2所述的光探测与测距设备，其中，所述多个光电探测器被布置为二维像素阵列，其中，所述一组或多组光电探测器中的每一组表示所述二维像素阵列中的一列竖直连接的单光子雪崩二极管。
4.如权利要求1所述的光探测与测距设备，其中，所述空间滤波器包括多行分割区域，所述分割区域中的每一个对应于所述激光脉冲扫描仪的一转向方向。
5.如权利要求4所述的光探测与测距设备，其中，所述动态形成的孔包括在所述多行分割区域中的一行中的多个打开的分割区域，所述一行对应于所述激光脉冲扫描仪的当前竖直转向角度。
6.如权利要求4所述的光探测与测距设备，其中，所述动态形成的孔包括在所述多行分割区域中的一行中的单个打开的分割区域，所述一行对应于所述激光脉冲扫描仪的当前竖直转向角度，并且所述单个打开的分割区域对应于所述激光脉冲扫描仪的当前转向方向。
7.如权利要求1所述的光探测与测距设备，其中，穿过所述空间滤波器的光子包括从所发射的激光脉冲反射的光子和噪声，并且其中，所述控制单元用于基于对所述光探测与测距设备发射的激光脉冲特定的一个或多个固定时间模式来抑制穿过所述空间滤波器的光子中的噪声。
8.如权利要求1所述的光探测与测距设备，进一步包括：
定位在所述空间滤波器前面的一个或多个光学元件；
定位在所述空间滤波器后面的光学中继透镜；
其中，所述一个或多个光学元件用于将来自所述一个或多个方向的反射光子聚焦到所述孔；
其中，所述光学中继元件用于将穿过所述空间滤波器的光子作为一个或多个激光条纹投射到所述多个光电探测器中的所述一组或多组光电探测器上。
9.一种用于光探测与测距(LiDAR)设备中的抑制噪声的方法，包括：
接收来自一个或多个方向的反射光子，所述一个或多个方向是激光脉冲扫描仪使激光脉冲转向的方向；
基于所述一个或多个方向在定位在多个光电探测器前面的空间滤波器上动态地形成孔，所述孔使得来自所述一个或多个方向的反射光子能够穿过所述空间滤波器；以及
将穿过所述空间滤波器的光子引导到所述多个光电探测器中的一组或多组光电探测器。
10.一种其中存储有指令的非暂态机器可读介质，所述指令当由处理器执行时使所述处理器通过执行包括以下各项的操作来抑制光探测与测距(LiDAR)设备中的噪声：
由激光脉冲扫描仪使激光脉冲朝一个或多个方向转向；
基于所述一个或多个方向、在定位在多个光电探测器前面的空间滤波器上动态地形成孔，所述孔使得来自所述一个或多个方向的反射光子能够穿过所述空间滤波器；以及
将穿过所述空间滤波器的光子引导到所述多个光电探测器中的一组或多组光电探测器。
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