CN117518184A - 光达系统及其分辨率提升方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种光达系统及其分辨率提升方法，其中，光达系统包括：微控制器、雷射光源、镜头模块，以及接收器。镜头模块包括接收器镜头模块及雷射分光镜模块。雷射分光镜模块包括绕射光学组件及准直镜组。雷射光源发射多个不同波长的雷射光，并包括光耦合器，光耦合器将多个所述雷射光光学耦合为准直光讯号。在一帧的每一子帧的传感器快门时间内，接收器的多个像素接收多个所述不同波长的雷射光的至少一反射光讯号，取得多个子帧的环境影像，并以反射光讯号所代表的距离值为该子帧的多个所述像素的距离值，该微控制器融合该多个子帧的环境影像的多个所述像素的距离值得到该帧的一最终距离值。

Description

光达系统及其分辨率提升方法

技术领域

本发明涉及一种光达系统，特别涉及一种分辨率提升的光达系统。

背景技术

近年，光达(Light Detection and Ranging，简称LiDAR)技术被广泛使用于汽车的自动/半自动驾驶及安全警示。光达的主要部件包括：传感器(例如直接飞时测距(directtime of flight，简称D-ToF)传感器)、雷射光源、扫描仪及数据处理器。现行的光达扫描方式可具有多种形式，例如以光学相位数组(optical phased array，简称OPA)或绕射光学组件(diffractive optical element，简称DOE)发射小区块光点，通过微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，简称MEMS)微振镜或多角反射镜(polygon mirror)进行蛇状来回扫描或斜向扫描一个大区块，或通过DOE或多点线性排列光源或多次反射扩束发射线状光束，以机械转动方式横向扫描一个大区块等。通过上述扫描方式，传感器可接收反射后的光讯号。

然而，以上述扫描方式进行的雷射光源感测，其长宽比(screen ratio)较小，因此必须持续以较高频率接收反射的光讯号。相较之下，快闪式光达(flash LiDAR)通过一次发射大面积光点，可在系统运算需求及整体耗能较低的情形下达成高频率、高帧数的感测。而在光点密度固定的情形下，若能进一步提升快闪式光达的成像分辨率，则可使成像更加清晰，增进距离测量的准确性，进一步增进行车安全。因此，亟需一种光达系统，其分辨率相较于光点密度相同的现有技术更加提升，以正确判断距离，维护行车安全。此外，也亟需一种分辨率提升方法，使光达系统的分辨率相较于光点密度相同的现有技术更加提升，以正确判断距离，维护行车安全。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种光达系统，其分辨率相较于光点密度相同的现有技术更加提升，以正确判断距离，维护行车安全。

为了达成前述的目的，本发明提供一种光达系统，包括：一微控制器；一雷射光源，耦接至该微控制器；一镜头模块；以及一接收器，耦接至该微控制器，其中，该雷射光源发射多个不同波长的雷射光，并包括一光耦合器及一光纤，该光耦合器将多个所述雷射光光学耦合为一准直光讯号，经由该光纤传输。该镜头模块包括一雷射分光镜模块及一接收器镜头模块，该雷射分光镜模块接收来自该雷射光源发射的雷射光，并将该雷射光绕射为多股绕射光，多股所述绕射光向一目标发射。该雷射分光镜模块包括一绕射光学组件及一准直镜组。该接收器镜头模块接收多股所述绕射光接触该目标后反射的一反射光讯号，并向该接收器发出该反射光讯号。该雷射光源以一周期时间射出一脉冲讯号。该微控制器控制该接收器在每一周期时间内的一传感器快门时间内开启和一重置时间内关闭。在一帧的一子帧的一传感器快门时间内，该接收器的多个像素接收多个所述不同波长的雷射光的至少一反射光讯号，取得多个子帧的环境影像，并以多个所述反射光讯号所代表的距离值为该子帧的多个所述像素的距离值。该微控制器融合该多个子帧的环境影像的多个所述像素的距离值得到该帧的一最终距离值。

为了达成前述的目的，本发明提供一种用于上述的光达系统的分辨率提升方法，该方法包括：将该绕射光学组件设置为可动件，具有旋转及/或往复移动的功能。在多个旋转角度或往复移动位置条件下，取多个子帧环境影像。多个所述反射光讯号在环境影像中的每一个像素代表一个子距离值，每一子帧环境影像由多个子距离值组成具有深度信息的三维影像。在剔除异常子帧后，再将其余多个子帧环境影像融合，若同一像素具有多个子距离值，则进行平均或择一，若同一像素仅具有一个子距离值，则选择该子距离值，若该像素不具有距离值，则选择测距范围中的最大值或最小值(0)，得到该帧的三维影像的该最终距离值。

与现有技术相比，本发明实施例提供的光达系统及其分辨率提升方法，至少具有以下有益效果：

在光点密度固定的情形下，进一步提升快闪式光达的成像分辨率，使成像更加清晰，增进距离测量的准确性，进一步增进行车安全。

附图说明

图1是本发明的光达系统的示意图；

图2A1、图2A2及图2B是图1所示部分组件的内部结构示意图；

图2C及图2D为单狭缝绕射示意图；

图2E显示不同波长的雷射光产生的点云相互迭合的情形；

图3A、图3B1和图3B2是显示绕射光学组件的运作情形；

图4显示本发明在不同距离下的运作情形；

图5A是依据本发明的一准直镜组配置方式；

图5B是依据本发明的另一准直镜组配置方式；

图6是依据本发明的一范例时序图；

图7是依据本发明的另一范例时序图；

图8是依据本发明的分辨率提升方法的流程图；

图9A、图9B及图9C是本发明的范例时序图；

图10A为真实的环境影像；

图10B、图10C及图10D为图10A的取样范例；以及

图11A、图11B、图11C、图11D、图11E及图11F为同一帧中不同子帧的取样情形。

【附图标记说明】

100：光达系统；

101：微控制器；

102：雷射光源；

104：雷射光；

106：镜头模块；

108：接收器镜头模块；

110：雷射分光镜模块；

112：接收器；

120：目标；

122：像场；

124：视场；

126：反射光；

202：凹透镜；

204：凸透镜；

206：绕射光学组件；

208：凹面镜；

210：准直镜组；

221，222，223，224：雷射光；230：光耦合器；

240：光纤；

a：狭缝宽度；

θ₁：绕射角；

L：发射距离；

y₁，y₂，-y₁，-y₂：暗纹位置；λ₁，λ₂，λ₃：波长；

302：雷射光；

304：绕射光学组件；

306a，306b，306c：点云；

310a，310b：绕射光学组件；

502：准直镜组；

5021：凹透镜；

5022：凸透镜；

504：绕射光学组件；

506：雷射光；

508：绕射光；

512：准直镜组；

5121：凹透镜；

5122：凸透镜；

514：绕射光学组件；

516：雷射光；

518：绕射光；

520：凹面镜；

PW：脉冲宽度；

T：周期时间；

SS：传感器快门时间；

R：重置时间；

Ts：开始时间；

Tl：结束时间；

800：方法；

802，804，806：步骤；

901，902，903：雷射光；

911，912，913：雷射光；

921：雷射光；

A，B，C，D，E：取样区块。

具体实施方式

以下配合图式及组件符号对本发明的实施方式做更详细的说明，以使本领域技术人员在研读本说明书后能据以实施。

本发明提供一种分辨率提升的光达系统，以及该光达系统的分辨率提升方法。通过发射多种不同波长的雷射光，并对绕射光学组件进行旋转或振荡，可在光点密度不变的情形下，增加成像的分辨率。

请参阅图1，本发明提供一种光达系统100，包括微控制器(MicrocontrollerUnit，简称MCU)102、雷射光源102、镜头模块106及接收器112。镜头模块106包括接收器镜头模块108及雷射分光镜模块110。雷射光源102及接收器112耦接至微控制器101。

为了测量目标120与光达系统100之间的距离，首先，微控制器101控制雷射光源102发出雷射光104。接着，雷射分光镜模块110将雷射光104散射为多个光点，多个所述光点分布于像场(field of image，简称FOI)122之内，且该像场122完全涵盖目标120。随后，多个所述光点在接触目标120后，反射为多个反射光126，多个所述反射光分布于视场(fieldof view，简称FOV)124之内。接收器镜头模块108接收反射光126，并传送讯号至接收器112。接收器112将接收的讯号(反射光讯号)传送至微控制器101，进行后续影像分析。

请参阅图2A1或图2A2，图1中的接收器镜头模块108包括由至少一凹透镜202及至少一凸透镜204组成的透镜模块，该凹透镜202及该凸透镜204形成一聚光镜组，可聚集图1中的反射光126，以便传送讯号至接收器112。图1中的雷射分光镜模块110包括绕射光学组件(Diffractive Optical Element，简称DOE)206、凹面镜208及准直镜组(collimationlens)210。其中，绕射光学组件206具有旋转或振荡的功能。雷射分光镜模块110的运作方式，将于下文详述。

请参阅图2B，图1中的雷射光源102可发射多种(例如但不限于四种)不同波长的雷射光221、222、223及224，该雷射光源102包括光耦合器230及光纤240。雷射光221、222、223及224可例如为红外光，例如波长为850nm、905nm、940nm及1064nm的红外光。雷射光221、222、223及224可同时或依序发射。光耦合器230将雷射光221、222、223及224光学耦合为单一准直光讯号，经由光纤240向该镜头模块传输。

依据单狭缝绕射(single-slit diffraction)原理，绕射角θ_n关联于狭缝宽度a及波长λ：

asinθ_n＝nλ，n＝±1，±2，±3…

请参阅图2C，当发射距离L固定时，暗纹位置y₁，y₂，…及-y₁，-y₂，…关联于绕射角θ_n。当波长λ为红外光范围(约为1000nm的数量级)而狭缝宽度a为mm的数量级时，绕射角θ_n极小，此时：

sinθ_n≈tanθ_n≈θ_n＝nλ/a

而暗纹位置y_n为：

y_n＝L tanθ_n＝Lnλ/a

因此，通过发射不同波长λ的雷射光，可产生具有不同绕射点间距的点云。如图2D所示，波长λ₁、λ₂及λ₃的雷射光产生的点云具有不同的绕射点间距，故当波长λ₁、λ₂及λ₃的雷射光被光学耦合为单一光讯号射出时，由波长分别为λ₁、λ₂及λ₃的雷射光所产生的单狭缝绕射图像具有不同的绕射点间距，而多个所述单狭缝绕射图像可互相填补空隙，有效增加点云密度，进而增进成像分辨率。如图2E所示，波长λ₁、λ₂及λ₃的雷射光产生的点云会落在不同位置，当波长λ₁、λ₂及λ₃的雷射光被光学耦合为单一光讯号射出时，可造成多个所述点云迭合，有效增加点云密度，进而增进成像分辨率。此方法适合使用于动态侦测的情境。

请参阅图3A，当雷射光302射向绕射光学组件304时，绕射光学组件304会将雷射光302绕射为数千至数万个光点。多个所述光点在不同距离外形成点云(point cloud)306a、306b及306c，其中点云306a距离绕射光学组件304最近，光点最密集，点云覆盖面积最小；而点云306c距离绕射光学组件304最远，光点最不密集，点云覆盖面积最大。绕射光学组件304可为例如广州印芯半导体公司(Tyrafos)的绕射光学组件(HCPDOE^TM)，但本发明不限于此。

请参阅图3B1或图3B2，通过旋转或振荡，绕射光学组件310a及310b可为绕射光学组件304在不同时间的两种状态。由图3B1或图3B2可知，通过绕射光学组件310a及310b的旋转及/或往复移动，绕射光学组件310b的光点位置可涵盖绕射光学组件310a的光点间空隙，反之亦然。因此，在一帧的多个子帧的每一子帧(subframe)中，绕射光学组件304的光点发射位置会改变。通过融合多个子帧，可在不增加光点密度的情形下，增加光点照射面积，提升成像分辨率。此方法适合使用于静态侦测的情境。

由于图3A所示的点云覆盖面积正比于距离的平方，故当距离较远时，点云覆盖面积会快速扩大，造成单位面积光能下降，进而导致反射光强度不足。而大幅增加雷射光302的强度可能导致设备寿命下降，且对人眼易造成伤害。因此，请参阅图4，由至少一凹透镜202及至少一凸透镜204组成的焦距可调制透镜模块，其可依照测距范围(detectionrange)调制视场大小，使不同距离下(例如15公尺、40公尺、100公尺、200公尺及300公尺)的单位面积光能大致相等，防止距离较远时反射光强度不足的情形。或者，也可使用多个固定焦距的透镜模块，每一透镜模块包括至少一凹透镜202及至少一凸透镜204，并通过依照测距范围切换透镜模块，调制视场大小。

一种达成图4所示配置的方式为利用准直镜组将绕射光的覆盖面积收束在一定范围内。通过焦距的调制，准直镜组可调制出发射平行光的发散角，依测距范围调整发射光点的像场范围，以达成图4所示的效果。可使用多个固定焦距的准直镜组，并依照测距范围切换准直镜组，以调制该像场范围。或者，也可使用可变焦距的准直镜组，并依照测距范围切换准直镜组，以调制像场范围。请参阅图5A，一种准直镜组配置为将准直镜组502设置于可旋转或振荡的绕射光学组件504的正前方，其中，准直镜组502的镜面垂直于雷射光506的入射方向。如图5A所示，准直镜组502可将绕射光学组件504射出的绕射光508收束为大致相互平行，使绕射光508在不同距离下的单位面积光能大致维持相等。在一实施例中，准直镜组502包括凹透镜5021及凸透镜5022，其中凹透镜5021及凸透镜5022的间距可调制，以控制发散角。

请参阅图5B，另一种准直镜组配置为将准直镜组512设置于凹面镜520的前方，以凹面镜520收集可旋转或振荡的绕射光学组件514射出的绕射光。如图5B所示，绕射光学组件514将雷射光516绕射为多股绕射光518，多股所述绕射光518通过凹面镜520向准直镜组512反射。随后，准直镜组512将多股所述绕射光518收束为大致相互平行，使绕射光518在不同距离下的单位面积光能大致维持相等。在一实施例中，准直镜组512包括凹透镜5121及凸透镜5122，其中凹透镜5121及凸透镜5122的间距可调制，以控制发散角。此一配置相较于图5A所示的配置，可收集到更大角度的绕射光，进而在不增加雷射光强度的情况下，增加发射出的单位面积光能。

在车辆自动驾驶的使用情境中，当车辆行驶时，光达系统100可能接收到的干扰讯号包括前方对向车道上车辆的扫描雷射、前方对向车道上车辆的前定向脉冲雷射、前方同向车道上车辆的扫描雷射及前方同向车道上车辆的后定向脉冲雷射等。因此，必须以适当的方法排除多个所述干扰讯号，以正确测量距离，维护行车安全。

当图1的雷射光源102射出脉冲讯号时，为了排除干扰讯号，微控制器101可依据测距范围，将接收器112启动或关闭，使接收器112仅接收测距范围内的反射光讯号。举例而言，若待测物体在300公尺外，则自雷射光源102射出脉冲讯号至接收器112接收反射光讯号的所需时间为2μs(R＝ct/2，其中R为距离，c为光速3×108m/s，t为时间(秒))。因此，可在一个周期时间(cycle time)内，将接收器112与雷射光源102同步启动，感测时间2μs，而其余时间关闭，以防止接收干扰讯号。请参阅图6，雷射光源(TX)以周期时间T射出脉冲宽度(pulse width)PW的脉冲讯号。接收器(RX)在周期时间T内的传感器快门(sensor shutter)时间SS内开启和重置(reset)时间R内关闭，其中T＝SS+R。传感器快门时间SS及重置时间R依据测距范围而定。在一个实施例中，当测距范围为300公尺时，传感器快门时间SS为2μs，重置时间R为2μs，周期时间T为4μs，脉冲宽度PW为100ns。此时，接收器(RX)可接收0至300公尺内的反射光讯号，而理论图框率(扫描次数)可高达1/T＝2.5×105f/s。

请参阅图7，除了测距范围上限以外，也可通过调整传感器快门时间SS，对接收器(RX)设定测距范围下限。在图7中，传感器快门时间SS的开始时间Ts依据测距范围下限而定，而结束时间Tl依据测距范围上限而定。在一个实施例中，当测距范围为90至300公尺时，开始时间Ts为600ns，结束时间Tl为2μs，传感器快门时间SS为1400ns，重置时间R为2μs，周期时间T为4μs，脉冲宽度PW为100ns。此时，接收器(RX)可接收90至300公尺内的反射光讯号，而理论图框率为1/T＝2.5×105f/s。

请参阅图8，在一帧包括多个(至少三个，例如六个)子帧的环境影像中，方法800通过取得多个子帧的环境影像，比较每一子帧的多个取样区块的平均距离值，该微控制器融合该多个子帧的环境影像的多个所述像素的距离值得到该帧的一最终距离值。在步骤802中，雷射光源依序发射多个雷射光讯号，以取得多个子帧的环境影像，其中，在一帧的一子帧的一传感器快门时间内，该接收器的多个像素接收多个所述不同波长的雷射光的至少一反射光讯号。在每一子帧中，多个不同波长的雷射光可同时出射并被耦合为单一光讯号，也可分别依序出射。在步骤804中，以多个所述反射光讯号所代表的距离值(依据反射光时间的飞行时间(time of flight，简称ToF)可求得距离值)为该子帧的多个所述像素的距离值。在包括多个取样区块的环境影像中，对多个所述子帧的该多个取样区块的平均距离值进行批量比较(详见下文表1、表2及表3)。在步骤806中，依据步骤804的批量比较的结果，该微控制器剔除异常子帧，并融合正常子帧得到该帧的最终距离值。其中，”融合”可以取平均值、迭加、择一或其他方式进行。

请参见图9A及图9B，如前文所述，在动态侦测的情境下，不同波长的雷射光可同时或依序发射。图9A显示不同波长的雷射光同时发射的情形。在一帧包括六个子帧的范例中，在每一子帧中，雷射光源(TX)以周期时间T同时发射不同波长的雷射光901、902及903，而接收器(RX)在传感器快门时间SS内开启，接收雷射光901、902及903的反射光讯号，并将多个所述反射光讯号交由微控制器计算融合后的子距离值。在图9A所示的范例中，第五子帧的反射光讯号在传感器快门时间SS中的位置与其余子帧不同，故微控制器可剔除第五子帧的子距离值，再将其余子帧的子距离值融合，得到该帧的最终距离值。图9B显示不同波长的雷射光依序发射的情形。在一帧包括六个子帧的范例中，在每一子帧中，雷射光源(TX)以周期时间T依序发射不同波长的雷射光911、912及913，而接收器(RX)在传感器快门时间SS内开启，接收雷射光911、912或913的反射光讯号，并将多个所述反射光讯号交由微控制器计算多个所述反射光讯号所代表的子距离值。在第一子帧中，雷射光911发射。在第二子帧中，雷射光912发射。在第三子帧中，雷射光913发射。在第四子帧中，雷射光911发射。在第五子帧中，雷射光912发射。在第六子帧中，雷射光913发射。如此，微控制器可计算每一子帧的子距离值，其中，第一子帧及第四子帧关联于雷射光911，第二子帧及第五子帧关联于雷射光912，第三子帧及第六子帧关联于雷射光913。在图9B所示的范例中，第五子帧的反射光讯号在传感器快门时间SS中的位置与其余子帧不同(即飞行时间不同)，因此第五子帧的平均距离值会与其余子帧不同，故微控制器可剔除第五子帧的子距离值，再将其余子帧的子距离值融合，得到该帧的最终距离值。

请参阅图9C，如前文所述，在静态侦测的情境下，通过旋转或振荡，在一帧的多个子帧的每一子帧中，通过将绕射光学组件304设置为可动件，具有旋转及/或往复移动的功能，绕射光学组件304的光点发射位置会改变。在图9C中，在多个旋转角度或往复移动位置条件下，取多个子帧环境影像，雷射光921的光点发射位置在每一子帧中会改变。每一反射光讯号在环境影像中的每一个像素代表一个子距离值，每一子帧环境影像由多个子距离值组成具有深度信息的三维影像。随后，微控制器在剔除异常子帧后，再将其余多个子帧环境影像融合，若同一像素具有多个距离值，则对多个子距离值进行平均或择一处理；若同一像素仅具有一个距离值，则选择该子距离值；若该像素不具有距离值，则选择测距范围中的最大值(例如500公尺)或最小值(例如0)为该像素对应的子距离值；进而计算该帧的三维影像的最终距离值。举例而言，在一个实施例中，下列表1A～表1F分别代表同一取样区块在同一帧内的第一子帧至第六子帧，其中每一个小方格代表一个像素，有数值者代表该子帧的该像素测得的子距离值，而无数值者代表无子距离值。对于每一子帧，将具有子距离值的像素取平均距离值，并根据每一子帧的平均距离值剔除异常子帧。由表1A～表1F可知，第六子帧的平均距离值明显不同于其余子帧，故将第六子帧视为异常值而剔除。随后，如表1G所示，将正常子帧(第一至第五子帧，即表1A至表1E)的每一像素迭合，再将迭合后具有子距离值的的每一像素取平均值，作为此一取样区块在此帧的最终距离值。在迭合时，若同一像素具有多个子距离值，则进行平均或选择最大值，若该像素不具有子距离值，则选择测距范围中的最小值(例如0)。或者，若同一像素具有多个子距离值，则进行平均或选择最小值，若该像素不具有子距离值，则选择测距范围中的最大值(例如500或1000)。在图9C所示的范例中，第五子帧的子距离值与其余子帧不同，故微控制器可剔除第五子帧的子距离值，再将其余子帧融合，计算该帧的最终距离值。

图10A为真实的环境影像。为了提升运算效率，并不需要将整张影像上的每一个像素皆进行距离测量，而可取样数个区块进行距离测量。每一取样区块中包括多个像素，例如10×10像素。被取样的像素不宜太多，例如不多于总像素数的10％，以提升运算效率。图10B显示取样二个区块的实施例。图10C显示取样五个区块的实施例。图10D显示取样九个区块的实施例。取样区块数不宜少于五个，以较佳地掌握环境讯息。在一个正常的子帧中，具有正常距离值的取样区块多于一特定比例(例如80％或88.9％，其中80％指取样五个区块时，容许一个取样区块具有异常的距离值，而88.9％指取样九个区块时，容许一个取样区块具有异常的距离值)，否则视为异常子帧。

请参阅图11A至图11F，在一帧包括六个子帧的实施例中，该六个子帧依序为图11A、图11B、图11C、图11D、图11E及图11F。其中，第二子帧(图11B)及第六子帧(图11F)有外光侵入。为了有效滤除受干扰的子帧，可将每一子帧中各取样区块内的每一像素所测得的距离值融合，作为该子帧该取样区块的子距离值，再将同一取样区块在六个子帧内的六个子距离值相互比较，以滤除异常值。在一个实施例中，滤除异常值的方式为计算同一取样区块在六个子帧内的的六个子距离值的平均值(μ)、标准偏差(σ)、上阈值及下阈值，其中上阈值为平均值加上数个标准偏差(μ+nσ)，下阈值为平均值减去数个标准偏差(μ-nσ)，其中n的大小依据实验数据及实际需求而定，且可为整数或非整数，例如(但不限于)1或1.5。在下文的表2、3及4所示之实施例中，系以n＝1为例进行说明，但本发明不以此为限。随后，剔除多个所述子距离值中，大于上阈值或小于下阈值的子帧，并融合其余子距离值相近的子帧，作为该该帧的最终距离值。

表2、3及4显示可能的感测结果。在表2所示的实施例中，在第一子帧时，取样区块A的前方无障碍物。此时，取样区块A的距离视为最远距离(例如500公尺)。在第二子帧时，取样区块A有外光侵入，而在第六子帧时，取样区块A、B、C、D、E皆有外光侵入。此时，如表2所示，取样区块A的第二子帧及第六子帧的距离值低于下阈值，故应视为异常值而滤除。而取样区块B、C、D、E的第六子帧的距离值皆低于个别下阈值，故应视为异常值而滤除。

表2

在表3所示的实施例中，在第四子帧时，取样区块A有外光侵入，且测得的距离十分接近正常值，而在第六子帧时，取样区块A、B、C、D、E皆有外光侵入。此时，如表3所示，取样区块A的第四子帧的距离值高于上阈值，第六子帧的距离值低于下阈值，故应视为异常值而滤除。而取样区块B、C、D、E的第六子帧的距离值皆低于个别下阈值，故应视为异常值而滤除。由此，尽管取样区块A在第四子帧及第六子帧测得的距离十分接近正常值，该二子帧仍可被正确识别为异常值而滤除。

表3

在表4所示的实施例中，在第六子帧时，取样区块B、C、D、E有外光侵入。此时，如表4所示，取样区块B、C、D、E的第六子帧的距离值皆低于个别下阈值，故应视为异常值而滤除。

表4

以上所述仅为用以解释本发明的优选实施例，并非企图据以对本发明做任何形式上的限制，是以，凡有在相同的发明原理下所做出的有关本发明的任何润饰或改进，皆仍应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种光达系统，其特征在于，包括：

一微控制器；

一雷射光源，耦接至该微控制器；

一镜头模块，以及

一接收器，耦接至该微控制器，

其中：

该雷射光源用于发射多个不同波长的雷射光，并包括一光耦合器及一光纤，该光耦合器将多个所述雷射光光学耦合为一准直光讯号，经由该光纤传输；

该镜头模块包括一雷射分光镜模块及一接收器镜头模块，该雷射分光镜模块接收来自该雷射光源发射的雷射光，并将该雷射光绕射为多股绕射光，多股所述绕射光向一目标发射；

该雷射分光镜模块包括一绕射光学组件及一准直镜组；

该接收器镜头模块接收多股所述绕射光接触该目标后反射的一反射光讯号，并向该接收器发出该反射光讯号；

该雷射光源以一周期时间射出一脉冲讯号；

该微控制器控制该接收器在每一周期时间内的一传感器快门时间内开启和一重置时间内关闭；

在一帧的一子帧的一传感器快门时间内，该接收器的多个像素接收多个所述不同波长的雷射光的至少一反射光讯号，取得多个子帧的环境影像，并以多个所述反射光讯号所代表的距离值为该子帧的多个所述像素的距离值；

该微控制器融合该多个子帧的环境影像的多个所述像素的距离值得到该帧的一最终距离值。

2.如权利要求1所述的光达系统，其特征在于，还包括：

在包括多个取样区块的环境影像中，对多个所述子帧的该多个取样区块的平均距离值进行批量比较；

依据该批量比较的结果，该微控制器剔除异常子帧，并融合正常子帧得到该帧的该最终距离值。

3.如权利要求1所述的光达系统，其特征在于，该绕射光学组件具有旋转或振荡的功能。

4.如权利要求1所述的光达系统，其特征在于，该接收器镜头模块包括由至少一凹透镜及至少一凸透镜组成的焦距可调制透镜模块，用于依测距范围调制视场大小。

5.如权利要求1所述的光达系统，其特征在于，该接收器镜头模块包括多个固定焦距的透镜模块，每一透镜模块包括至少一凹透镜及至少一凸透镜，通过依照测距范围切换多个所述透镜模块，调制视场大小。

6.如权利要求1所述的光达系统，其特征在于，该雷射分光镜模块包括该绕射光学组件及多个固定焦距的准直镜组，通过依照测距范围切换多个所述准直镜组，调制像场范围。

7.如权利要求1所述的光达系统，其特征在于，该雷射分光镜模块包括该绕射光学组件及一个可变焦距的准直镜组，通过依照一测距范围切换多个所述准直镜组，调制像场范围。

8.如权利要求6或7所述的光达系统，其特征在于，该绕射光学组件将该雷射光绕射为多股所述绕射光，该准直镜组被设置于该绕射光学组件的正前方，该准直镜组的镜面垂直于该雷射光的入射方向，将多股所述绕射光收束为相互平行。

9.如权利要求6或7所述的光达系统，其特征在于，还包括一凹面镜，该绕射光学组件将该雷射光绕射为多股所述绕射光，该凹面镜收集多股所述绕射光，该准直镜组被设置于该凹面镜的前方，将多股所述绕射光收束为相互平行。

10.如权利要求1所述的光达系统，其特征在于，该传感器快门时间及该重置时间依据测距范围而定。

11.如权利要求10所述的光达系统，其特征在于，还包括一开始时间及一结束时间，该微控制器控制该接收器在每一周期时间内的该开始时间及该结束时间之间开启，其余时间关闭；

该开始时间依据测距范围下限而定，且

该结束时间依据测距范围上限而定。

12.一种用于如权利要求1至11中任一项所述的光达系统的分辨率提升方法，其特征在于，该方法包括：

将该绕射光学组件设置为可动件，具有旋转及/或往复移动的功能；

在多个旋转角度或往复移动位置条件下，取多个子帧环境影像；

多个所述反射光讯号在环境影像中的每一个像素代表一个子距离值，每一子帧环境影像由多个子距离值组成具有深度信息的三维影像；

在剔除异常子帧后，再将其余多个子帧环境影像融合，若同一像素具有多个子距离值，则对多个子距离值进行平均或择一处理；若同一像素仅具有一个子距离值，则选择该子距离值；若该像素不具有子距离值，则选择测距范围中的最大值，得到该帧的三维影像的该最终距离值。