DE112022004475T5

DE112022004475T5 - Lidar-detektionskompression auf der grundlage der objektentfernung

Info

Publication number: DE112022004475T5
Application number: DE112022004475.6T
Authority: DE
Inventors: Elliot John Smith
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2021-09-21
Filing date: 2022-09-21
Publication date: 2024-07-18
Also published as: WO2023049752A1; CN118284827A; US20230090199A1

Abstract

Ein LiDAR-System weist einen Lichtsender, einen Lichtdetektor und einen Controller auf. Der Controller ist programmiert zum: Aktivieren des Lichtsenders, um eine Serie von Lichtstößen in ein Sichtfeld des Lichtdetektors auszusenden; Aktivieren des Lichtdetektors, um Lichtstöße zu detektieren, die von einem Objekt in dem Sichtfeld reflektiert werden; Bestimmen der Größe einer Teilmenge der Serie von aufzuzeichnenden Lichtstößen auf der Grundlage einer Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor; und Aufzeichnen der Teilmenge der Serie von Lichtstößen.

Description

HINTERGRUND
Ein Festkörper-LiDAR (Light Detection And Ranging)-System weist einen Photodetektor oder eine Anordnung von Photodetektoren auf, die relativ zu einem Träger, zum Beispiel einem Fahrzeug, an ihrem Platz fixiert sind. Licht wird in das Sichtfeld des Photodetektors ausgesendet, und der Photodetektor detektiert Licht, das durch ein Objekt in dem Sichtfeld reflektiert wird, was konzeptionell als ein Paket von Photonen modelliert wird. Zum Beispiel sendet ein Flash-LiDAR-System Lichtimpulse, zum Beispiel Laserlicht, in das gesamte Sichtfeld aus. Die Detektion von reflektiertem Licht wird verwendet, um eine dreidimensionale (3D-) Umgebungskarte der Umgebung zu erstellen. Die durch den Photodetektor detektierte Laufzeit reflektierter Photonen wird zum Bestimmen der Entfernung des Objekts, das das Licht reflektiert hat, verwendet.
Das Festkörper-LiDAR-System kann an einem Fahrzeug montiert werden, um Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs zu detektieren und die Entfernungen dieser Objekte für die Umgebungskartierung zu detektieren. Das Ausgangssignal des Festkörper-LiDAR-Systems kann zum Beispiel für einen autonomen oder halbautonomen Steuerungsbetrieb des Fahrzeugs verwendet werden, zum Beispiel für Antrieb, Bremsen, Lenkung usw. Insbesondere kann das System eine Komponente eines höherentwickelten Fahrerassistenzsystems (Advanced Driver-Assistance System, ADAS) des Fahrzeugs sein oder mit diesem kommunizieren.
Eine 3D-Karte wird durch ein Histogramm der Laufzeit von reflektierten Photonen generiert. Es können Schwierigkeiten bei der Bereitstellung von genügend Speicherplatz zum Berechnen und Speichern von Histogrammen der Laufzeiten auftreten.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs, das eine LiDAR-Anordnung aufweist.
2 ist eine perspektivische Ansicht der LiDAR-Anordnung.
3 ist eine schematische Seitenansicht der LiDAR-Anordnung.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines Lichtdetektors der LiDAR-Anordnung.
4A ist eine vergrößerte Ansicht des Lichtdetektors, die schematisch eine Anordnung von Photodetektoren zeigt.
5 ist eine schematische Ansicht eines Focal-Plane-Arrays (FPA) des Lichtempfängers, wobei Schichten in einer Explosionsansicht veranschaulicht sind.
6 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Pixels des FPA.
7 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften elektrischen Schaltkreises des Pixels.
8 ist ein Blockdiagramm des LiDAR-Systems.
9A und 9B sind zwei Beispiele für die Größe einer Teilmenge der im Speicher aufgezeichneten Serie von Lichtstößen für gegebene Entfernungen des Objekts von dem Lichtdetektor.
10 ist eine beispielhafte Tabelle, die Beispiele für die Größe einer Teilmenge der im Speicher aufgezeichneten Serie von Lichtstößen für gegebene Entfernungen des Objekts von dem Lichtdetektor zeigt.
11 ist eine weitere Darstellung, die Beispiele für die Größe einer Teilmenge der im Speicher aufgezeichneten Serie von Lichtstößen für gegebene Entfernungen des Objekts von dem Lichtdetektor zeigt.
12 ist ein Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren, das durch das LiDAR-System durchgeführt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Unter Bezug auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen Elemente bezeichnen, wird allgemein ein LiDAR-System 10 gezeigt. Das LiDAR-System 10 weist einen Lichtsender 12, einen Lichtdetektor 14 und einen Controller 16 auf. Der Controller 16 ist programmiert zum: Aktivieren des Lichtsenders 12, um eine Serie von Lichtstößen in ein Sichtfeld (Field Of View, FOV) des Lichtdetektors 14 auszusenden; Aktivieren des Lichtdetektors 14, um Lichtstöße zu detektieren, die von einem Objekt in dem Sichtfeld FOV reflektiert werden; auf der Grundlage einer Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor 14, Bestimmen der Größe einer Teilmenge der Serie von Lichtstößen, für die detektierte Lichtstöße aufzuzeichnen sind; und Aufzeichnen der detektierten Lichtstöße der Teilmenge der Serie von Lichtstößen.
Da das LiDAR-System 10 die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen bestimmt, für die detektierte Lichtstöße aufzuzeichnen sind, und diese Größe der Teilmenge auf der Entfernung des Objekts basiert, und das LiDAR-System 10 nur detektierte Lichtstöße aus dieser Teilmenge der Serie von Lichtstößen aufzeichnet, arbeitet das LiDAR-System 10 praktisch mit einer selektiven Datenkomprimierung. Wenn sich zum Beispiel das Objekt näher an dem Lichtdetektor 14 befindet, so ist eine geringere Auflösung erforderlich, um das Objekt hinreichend zu detektieren. Für relativ nähere Objekte kann das LiDAR-System 10 so arbeiten, dass es eine Teilmenge aufzeichnet, die kleiner ist als eine Teilmenge für ein relativ weiter entferntes Objekt. Dementsprechend werden für nähere Objekte weniger Daten aufgezeichnet, ohne dass sich die Auflösung für nahe Objekte nennenswert verringert. Für weiter entfernte Objekte ist die Teilmenge größer, um die für weiter entfernte Objekte erforderliche Auflösung zu erhöhen. Da für nähere Objekte eine kleinere Teilmenge der Serie von Lichtstößen aufgezeichnet wird, kann der mit den näheren Objekten verknüpfte Speicherplatz reduziert werden. Dies führt zu einer Verringerung des erforderlichen Speichers insgesamt, zum Beispiel zu einer Verringerung der Größe eines Speicherchips 38, wie unten beschrieben.
Das LiDAR-System 10 ist in 1 als an einem Fahrzeug 18 montiert gezeigt. In einem solchen Beispiel wird das LiDAR-System 10 betrieben, um Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs 18 zu detektieren und die Entfernung, das heißt die Distanz, dieser Objekte zum Zweck der Umgebungskartierung zu detektieren. Das Ausgangssignal des LiDAR-Systems 10 kann zum Beispiel für einen autonomen oder halbautonomen Steuerungsbetrieb des Fahrzeugs 18 verwendet werden, zum Beispiel für Antrieb, Bremsen, Lenkung usw. Insbesondere kann das LiDAR-System 10 eine Komponente eines höherentwickelten Fahrerassistenzsystems (Advanced Driver-Assistance System, ADAS) des Fahrzeugs 18 sein oder mit diesem kommunizieren. Das LiDAR-System 10 kann in jeder geeigneten Position an dem Fahrzeug 18 montiert werden und kann in jede geeignete Richtung weisen. In einem Beispiel wird das LiDAR-System 10 an der Vorderseite des Fahrzeugs 18 gezeigt und ist nach vorn gerichtet. Das Fahrzeug 18 kann mehr als ein LiDAR-System 10 aufweisen, und/oder das Fahrzeug 18 kann andere Objektdetektionssysteme, einschließlich anderer LiDAR-Systeme, aufweisen. Das in den Figuren gezeigte Fahrzeug 18 ist ein Pkw. Als andere Beispiele kann das Fahrzeug 18 von einem beliebigen geeigneten bemannten oder unbemannten Typ sein, einschließlich eines Flugzeugs, eines Satelliten, einer Drohne, eines Wasserfahrzeugs usw.
Das LiDAR-System 10 kann ein Festkörper-LiDAR-System sein. In einem solchen Beispiel ist das LiDAR-System 10 relativ zu dem Fahrzeug 18 ortsfest - im Gegensatz zu einem mechanischen LiDAR, auch als „rotierendes LiDAR“ bezeichnet, das sich um 360 Grad dreht. Das Festkörper-LiDAR-System 10 kann zu dem Beispiel ein Gehäuse 24 aufweisen, das relativ zu dem Fahrzeug 18 fixiert ist, das heißt, es bewegt sich relativ zu der Komponente des Fahrzeugs 18, an der das Gehäuse 24 befestigt ist, nicht, und Komponenten des LiDAR-Systems 10 werden in dem Gehäuse 24 gestützt. Als ein Festkörper-LiDAR kann das LiDAR-System 10 ein Blitz-LiDAR-System sein. In einem solchen Beispiel sendet das LiDAR-System 10 Lichtimpulse, das heißt Blitze, in das Beleuchtungsfeld (Field Of Illumination, FOI) aus. Genauer gesagt, kann das LiDAR-System 10 ein 3D-Blitz-LiDAR-System 10 sein, das eine 3D-Umgebungskarte der Umgebung generiert. In einem Blitz-LiDAR-System 10 beleuchtet das FOI ein Sichtfeld FOV, das mehr als einen Photodetektor 28, zum Beispiel ein 2D-Array, aufweist, selbst wenn das beleuchtete 2D-Array nicht das gesamte 2D-Array des Lichtdetektors 14 ist. Ein weiteres Beispiel für ein Festkörper-LiDAR ist ein Optical-Phase-Array (OPA). Ein weiteres Beispiel für ein Festkörper-LiDAR ist ein mit einem mikroelektromechanischen System (Micro-Electromechanical System, MEMS) ausgestattetes Scan-LiDAR (MEMS-Scan-LiDAR), das auch als ein Quasi-Festkörper-LiDAR bezeichnet werden kann.
Das LiDAR-System 10 sendet Licht aus und detektiert das ausgesendete Licht, das durch ein Objekt, zum Beispiel Fußgänger, Straßenschilder, Fahrzeuge usw., reflektiert wird.
Genauer gesagt, weist das LiDAR-System 10 ein Lichtaussendesystem 20, ein Lichtempfangssystem 22 und den Controller 16 auf, der das Lichtaussendesystem 20 und das Lichtempfangssystem 22 steuert.
Das LiDAR-System 10 kann eine Einheit sein. Genauer gesagt, kann das LiDAR-System 10 ein Gehäuse 24 aufweisen, das das Lichtaussendesystem 20 und das Lichtempfangssystem 22 stützt. Das Gehäuse 24 kann das Lichtaussendesystem 20 und das Lichtempfangssystem 22 umschließen. Das Gehäuse 24 kann mechanische Befestigungselemente zum Anbringen des Gehäuses 24 an dem Fahrzeug 18 und elektronische Verbindungen zum Verbinden und Kommunizieren mit dem elektronischen System des Fahrzeugs 18, zum Beispiel mit Komponenten des ADAS, aufweisen. Das Fenster 26 erstreckt sich durch das Gehäuse 24. Das Fenster 26 weist eine Öffnung auf, die sich durch das Gehäuse 24 erstreckt, und kann eine Linse oder eine andere optische Vorrichtung in der Öffnung aufweisen. Das Gehäuse 24 kann zum Beispiel Kunststoff oder Metall sein und kann die anderen Komponenten des LiDAR-Systems 10 vor Feuchtigkeit, witterungsbedingtem Niederschlag, Staub usw. schützen. Alternativ zu dem LiDAR-System 12 in Form einer Einheit können Komponenten des LiDAR-Systems 10, zum Beispiel das Lichtaussendesystem 20 und das Lichtempfangssystem 22, getrennt und an verschiedenen Stellen des Fahrzeugs 18 angeordnet sein.
Das Lichtaussendesystem 20 kann einen oder mehrere Lichtsender 12 und optische Komponenten wie zum Beispiel ein Linsen-Package, einen Linsenkristall, eine Pumpoptik usw. aufweisen. Die optischen Komponenten, zum Beispiel das Linsen-Package, der Linsenkristall usw., können sich zwischen dem Lichtsender 12 an einem hinteren Ende des Gehäuses 24 und einem Fenster 26 an einem vorderen Ende des Gehäuses 24 befinden. Das von dem Lichtsender 12 ausgesendete Licht durchquert somit die optischen Komponenten, bevor es das Gehäuse 24 durch das Fenster 26 verlässt. Zu den optischen Komponenten können ein optisches Element, eine Kollimationslinse, eine Strahllenkungsvorrichtung, eine Durchstrahlungsoptik usw. gehören. Die optischen Komponenten richten das Licht zum Beispiel in dem Gehäuse 24 von dem Lichtsender 12 zu dem Fenster 26 und formen das Licht usw.
Der Lichtsender 12 sendet Licht zum Beleuchten von Objekten zum Zweck des Detektierens aus. Das Lichtaussendesystem 20 kann eine Strahllenkungsvorrichtung und/oder eine Durchstrahlungsoptik, das heißt eine Fokussieroptik, zwischen dem Lichtsender 12 und dem Fenster 26 aufweisen. Der Controller 16 kommuniziert mit dem Lichtsender 12 zum Steuern des Aussendens von Licht von dem Lichtsender 12, und in Beispielen, die eine Strahllenkungsvorrichtung aufweisen, kommuniziert der Controller 16 mit der Strahllenkungsvorrichtung, um das Aussenden von Licht von dem LiDAR-System 10 zu richten. Die Durchstrahlungsoptik formt das Licht von dem Lichtsender 12 und leitet das Licht durch das Fenster 26 in ein Beleuchtungsfeld FOI.
Der Lichtsender 12 sendet Licht in das Beleuchtungsfeld FOI zur Detektion durch das Lichtempfangssystem 22, wenn das Licht durch ein Objekt in dem Sichtfeld FOV reflektiert wird. Der Lichtsender 12 sendet Lichtstöße, das heißt Lichtimpulse, in das Beleuchtungsfeld FOI zur Detektion durch das Lichtempfangssystem 22, wenn das Licht durch ein Objekt in dem Sichtfeld FOV reflektiert wird, um Photonen an das Lichtempfangssystem 22 zurückzusenden. Genauer gesagt, sendet der Lichtsender 12 eine Serie von Lichtstößen aus. Die Serie von Lichtstößen kann zum Beispiel 1.500-2.500 Lichtstöße umfassen. Das Lichtempfangssystem 22 weist ein Sichtfeld FOV auf, das das Beleuchtungsfeld FOI überlappt, und empfängt Licht, das durch Oberflächen von Objekten, Gebäuden, Straßen usw. in dem FOV reflektiert wird. Mit anderen Worten detektiert das Lichtempfangssystem 22 Lichtstöße, die von dem Lichtsender 12 ausgesendet und in dem Sichtfeld FOV zu dem Lichtempfangssystem 22 zurück reflektiert werden, das heißt detektierte Lichtstöße. Der Lichtsender 12 kann in elektrischer Kommunikation mit dem Controller 16 stehen, um zum Beispiel die Lichtstöße in Reaktion auf Befehle von dem Controller 16 bereitzustellen.
Der Lichtsender 12 kann zum Beispiel ein Laser sein. Der Lichtsender 12 kann zum Beispiel ein Halbleiter-Lichtsender, zum Beispiel eine Laserdiode, sein. In einem Beispiel ist der Lichtsender 12 ein oberflächenemittierender Laser mit vertikalem Resonator (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser, VCSEL). Als ein weiteres Beispiel kann der Lichtsender 12 ein diodengepumpter Festkörperlaser (Diode-Pumped Solid-State Laser, DPSSL) sein. Als ein weiteres Beispiel kann der Lichtsender 12 eine kantenemittierende Laserdiode sein. Der Lichtsender 12 kann so ausgelegt sein, dass er einen gepulsten Lichtblitz, zum Beispiel ein gepulstes Laserlicht, aussendet. Genauer gesagt, ist der Lichtsender 12, zum Beispiel der VCSEL oder DPSSL oder der Kantenstrahler, dafür ausgelegt, ein gepulstes Laserlicht oder eine Kette von Laserlichtimpulsen auszusenden. Das durch den Lichtsender 12 ausgesendete Licht kann zum Beispiel Infrarotlicht sein. Alternativ kann das durch den Lichtsender 12 ausgesendete Licht jede geeignete Wellenlänge aufweisen. Das LiDAR-System 10 kann jede geeignete Anzahl von Lichtsendern, das heißt einen oder mehrere, in dem Gehäuse 24 aufweisen. In Beispielen, die mehr als einen Lichtsender 12 aufweisen, können die Lichtsender identisch oder unterschiedlich sein. Wie oben dargelegt, ist der Lichtsender 12 auf das optische Element gerichtet. Genauer gesagt, ist der Lichtsender 12 auf eine lichtformende Fläche des optischen Elements gerichtet. Der Lichtsender 12 kann direkt auf das optische Element gerichtet sein oder kann indirekt über Zwischenkomponenten wie zum Beispiel Reflektoren/Deflektoren, Diffusoren, Optiken usw. auf das optische Element gerichtet sein. Der Lichtsender 12 ist entweder direkt oder indirekt über Zwischenkomponenten auf die Strahllenkungsvorrichtung gerichtet.
Der Lichtsender 12 kann relativ zu dem Gehäuse 24 ortsfest sein. Mit anderen Worten bewegst sich der Lichtsender 12 während des Betriebes des LiDAR-Systems 10, zum Beispiel während der Lichtaussendung, relativ zu dem Gehäuse 24 nicht. Der Lichtsender 12 kann auf jede geeignete Weise an dem Gehäuse 24 montiert werden, dergestalt, dass sich der Lichtsender 12 und das Gehäuse 24 zusammen als eine Einheit bewegen.
Das Lichtempfangssystem 22 weist ein Sichtfeld FOV auf, das das Beleuchtungsfeld FOI überlappt, und empfängt Licht, das durch Objekte in dem FOV reflektiert wird. Das Lichtempfangssystem 22 kann eine Empfangsoptik und einen Lichtdetektor 14, der eine Anordnung von Photodetektoren 28 aufweist, aufweisen. Das Lichtempfangssystem 22 kann ein Empfangsfenster 26 aufweisen, und die Empfangsoptik kann sich zwischen dem Empfangsfenster 26 und der Anordnung von Photodetektoren 28 befinden. Die Empfangsoptik kann von jeder geeigneten Art und Größe sein.
Wie oben dargelegt, weist das Lichtempfangssystem 22 den Lichtdetektor 14 auf, der die Anordnung von Photodetektoren 28, das heißt eine Photodetektoranordnung, aufweist. Der Lichtdetektor 14 weist einen Chip auf, und die Anordnung von Photodetektoren 28 befindet sich auf dem Chip, wie weiter unten noch beschrieben wird. Der Chip kann Silizium (Si), Indium-Gallium-Arsenid (InGaAs), Germanium (Ge) usw. sein, wie dem Fachmann bekannt ist. Der Chip und die Photodetektoren 28 sind schematisch gezeigt. Die Anordnung von Photodetektoren 28 ist zweidimensional. Genauer gesagt, weist die Anordnung von Photodetektoren 28 mehrere Photodetektoren 28 auf, die in Spalten und Reihen angeordnet sind.
Jeder Photodetektor 28 ist lichtempfindlich. Genauer gesagt, detektiert jeder Photodetektor 28 Photonen durch Photoanregung elektrischer Ladungsträger. Ein Ausgangssignal von dem Photodetektor 28 zeigt die Detektierung von Licht an und kann proportional zur Menge des detektierten Lichts sein. Die Ausgangssignale der einzelnen Photodetektoren 28 werden gesammelt, um eine durch den Photodetektor 28 detektierte Szene zu generieren. Die Photodetektoren 28 können von jedem geeigneten Typ sein, zum Beispiel Photodioden (das heißt eine Halbleitervorrichtung mit einem p-n-Übergang oder einen p-i-n-Übergang), einschließlich Lawinenphotodioden (Avalanche Photodiodes, APD), Metall-Halbleiter-Metall-Photodetektoren, Phototransistoren, photoleitfähige Detektoren, Photoröhren, Photovervielfacher usw. Der Photodetektor 28 kann zum Beispiel eine Einzelphotonen-Lawinendiode (Single-Photon Avalanche Diode, SPAD) sein, wie unten noch beschrieben wird. Als weitere Beispiele können die Photodetektoren 28 jeweils ein Silizium-Photovervielfacher (Silicon Photomultiplier, SiPM), eine PIN-Diode usw. sein.
In Beispielen, in denen die Photodetektoren 28 SPADs sind, ist der SPAD eine Halbleitervorrichtung mit einem p-n-Übergang, der mit einer Spannung in Sperrrichtung vorgespannt ist (im Folgenden als „Vorspannung“ bezeichnet), die die Durchschlagspannung des p-n-Übergangs übersteigt, das heißt im Geiger-Modus. Die Vorspannung weist eine solche Größe auf, dass ein einzelnes Photon, das in die Verarmungsschicht injiziert wird, eine selbsterhaltende Lawine auslöst, die einen leicht zu detektierenden Lawinenstrom generiert. Die Vorderflanke des Lawinenstroms zeigt die Ankunftszeit des detektierten Photons an. Mit anderen Worten ist die SPAD eine Auslösevorrichtung, bei der gewöhnlich die Vorderflanke den Auslöser bestimmt.
Die SPAD arbeitet im Geiger-Modus. „Geiger-Modus“ bedeutet, dass die APD oberhalb der Durchschlagspannung des Halbleiters betrieben wird und ein einzelnes Elektron-Loch-Paar (das durch Absorption eines einzelnen Photons generiert wird) eine starke Lawine auslösen kann (gemeinhin als eine SPAD bekannt). Die SPAD wird oberhalb ihrer Nullfrequenz-Durchschlagspannung vorgespannt, um eine durchschnittliche interne Verstärkung in der Größenordnung von einer Million zu erzeugen. Unter solchen Bedingungen kann in Reaktion auf ein einzelnes Eingangsphoton ein leicht zu detektierender Lawinenstrom erzeugt werden, so dass die SPAD zum Detektieren einzelner Photonen verwendet werden kann. Der „Lawinendurchschlag“ ist ein Phänomen, das sowohl in isolierenden als auch in halbleitenden Materialien auftreten kann. Es ist eine Form der Stromvervielfachung, die sehr große Ströme in Materialien zulassen kann, die eigentlich gute Isolatoren sind. Es ist eine Art Elektronenlawine. Im vorliegenden Kontext ist „Verstärkung“ ein Maß für die Fähigkeit eines Zwei-Port-Schaltkreises, zum Beispiel der SPAD, die Leistung oder Amplitude eines Signals vom Eingang zum Ausgang zu erhöhen.
Wenn die SPAD in Reaktion auf ein einzelnes Eingangsphoton in einem Geiger-Modus ausgelöst wird, so hält der Lawinenstrom so lange an, wie die Vorspannung über der Durchschlagspannung der SPAD bleibt. Somit muss, um das nächste Photon zu detektieren, der Lawinenstrom „gelöscht“ werden, und die SPAD muss zurückgesetzt werden. Das Löschen des Lawinenstroms und das Zurücksetzen der SPAD erfolgen in zwei Schritten: (i) die Vorspannung wird unter die SPAD-Durchschlagspannung gesenkt, um den Lawinenstrom so schnell wie möglich zu löschen, und (ii) die SPAD-Vorspannung wird dann durch den Stromversorgungskreis 34 auf eine Spannung über der SPAD-Durchschlagspannung angehoben, so dass das nächste Photon detektiert werden kann.
Der Lichtdetektor 14 weist mehrere Pixel 30 auf. Jedes Pixel 30 kann einen oder mehrere Photodetektoren 28 aufweisen. In dem in 6 gezeigten Beispiel weist das Pixel 30 einen einzelnen Photodetektor 28 auf. Jedes Pixel 30 kann einen Zählwert auftreffender Photonen, eine Zeit zwischen auftreffenden Photonen, einen Zeitpunkt der auftreffenden Photonen (zum Beispiel relativ zu einem Beleuchtungsausgabezeitpunkt) oder andere relevante Daten ausgeben, und das LiDAR-System 10 kann diese Daten in Entfernungen von dem LiDAR-System 10 zu Außenflächen in den Sichtfeldern dieser Pixel 30 umwandeln. Durch Fusionieren dieser Entfernungen mit der Position der Pixel 30, an denen diese Daten entstanden sind, und mit den relativen Positionen dieser Pixel 30 an einem Zeitpunkt, an dem diese Daten erfasst wurden, kann das LiDAR-System 10 (oder eine andere Vorrichtung, die auf diese Daten zugreift) ein dreidimensionales (virtuelles oder mathematisches) Modell eines durch das LiDAR-System 10 eingenommenen Raums rekonstruieren, wie zum Beispiel in Form eines 3D-Bildes, das durch eine rechteckige Matrix von Entfernungswerten dargestellt wird, wobei jeder Entfernungswert in der Matrix einer Polarkoordinate im 3D-Raum entspricht. Jeder Photodetektor 28 innerhalb eines Pixels 30 kann so eingerichtet werden, dass er ein einzelnes Photon pro Abtastzeitraum detektiert. Ein Pixel 30 kann daher mehrere Photodetektoren 28 aufweisen, um den Dynamikbereich des Pixels 30 zu vergrößern. Insbesondere kann der Dynamikbereich des Pixels 30 (und damit des LiDAR-Systems 10) mit der Anzahl der in jedes Pixel 30 integrierten Detektoren zunehmen, und die Anzahl der Photodetektoren 28, die in ein Pixel 30 integriert werden können, kann linear mit der Oberfläche des Pixels 30 skalieren. Ein Pixel 30 kann zum Beispiel eine Anordnung von SPADs aufweisen. Bei Photodetektoren 28 mit einem Durchmesser von zehn Mikrometern kann das Pixel 30 eine Grundfläche von ungefähr 400 Mikron² aufweisen. Der Lichtdetektor 14 kann jedoch auch jede sonstige Art von Pixel 30 mit einer beliebigen Anzahl von Photodetektoren 28 aufweisen. Das Pixel 30 dient dazu, ein einzelnes Signal oder einen Strom von Signalen entsprechend dem Zählwert der Photonen auszugeben, die innerhalb eines oder mehrerer Abtastzeiträume auf das Pixel 30 treffen. Jeder Abtastzeitraum kann eine Dauer von Pikosekunden, Nanosekunden, Mikrosekunden oder Millisekunden haben. Das Pixel 30 kann einen Zählwert auftreffender Photonen, eine Zeit zwischen auftreffenden Photonen, einen Zeitpunkt der auftreffenden Photonen (zum Beispiel relativ zu einem Beleuchtungsausgabezeitpunkt) oder andere relevante Daten ausgeben, und das LiDAR-System 10 kann diese Daten in Entfernungen von dem LiDAR-System 10 zu Außenflächen in den Sichtfeldern dieser Pixel 30 umwandeln. Durch Fusionieren dieser Entfernungen mit der Position der Pixel 30, an denen diese Daten entstanden sind, und mit den relativen Positionen dieser Pixel 30 an einem Zeitpunkt, an dem diese Daten erfasst wurden, kann der Controller 16 (oder eine andere Vorrichtung, die auf diese Daten zugreift) ein dreidimensionales (virtuelles oder mathematisches) Modell eines Raumes innerhalb des FOV rekonstruieren, wie zum Beispiel in Form eines 3D-Bildes, das durch eine rechteckige Matrix von Entfernungswerten dargestellt wird, wobei jeder Entfernungswert in der Matrix einer Polarkoordinate im 3D-Raum entspricht. Die Pixel 30 können als ein Array, zum Beispiel als eine 2-dimensionale (2D-) oder 1-dimensionale (1D-) Anordnung von Komponenten, angeordnet sein. Eine 2D-Anordnung von Pixeln 30 weist mehrere Pixel 30 auf, die in Spalten und Reihen angeordnet sind.
Der Lichtdetektor 14 kann ein Focal-Plane-Array (FPA) 32 sein. Das FPA 32 weist Pixel 30 auf, die jeweils einen Stromversorgungskreis 34 und einen integrierten Ausleseschaltkreises (Read-Out Integrated Circuit, ROIC) 36 aufweisen. Das Pixel 30 kann eine beliebige Anzahl von Photodetektoren 28 aufweisen, die mit dem Stromversorgungskreis 34 des Pixels 30 und mit dem ROIC 36 des Pixels 30 verbunden sind. In einem Beispiel weist das Pixel 30 einen einzelnen Photodetektor 28 auf, der mit dem Stromversorgungskreis 34 des Pixels 30 verbunden ist und mit dem ROIC 36 des Pixels 30 verbunden ist (zum Beispiel über Drahtbondungen, Silizium-Durchkontaktierungen TSV usw.). Das FPA 32 kann eine 1D- oder 2D-Anordnung von Pixeln 30 aufweisen. Somit wird in diesem beispielhaften FPA 32 jeder Photodetektor 28 individuell durch den Stromversorgungskreis 34 mit Strom versorgt, was ein Übersprechen und/oder eine Verringerung der Vorspannung in einigen Bereichen, zum Beispiel in einem mittigen Bereich der Schicht, des FPA 32 im Vergleich beispielsweise zum Außenumfang der Schicht verhindern kann. „Individuell mit Strom versorgt“ meint, dass ein Stromversorgungskreis 34 elektrisch mit jedem Photodetektor 28 verbunden ist. Somit kann die Stromversorgung jedes einzelnen Photodetektors 28 individuell gesteuert werden. Ein weiteres beispielhaftes Pixel 30 weist zwei Photodetektoren 28, das heißt einen ersten und einen zweiten Photodetektor 28, auf, die mit dem Stromversorgungskreis 34 des Pixels 30 verbunden sind und mit dem ROIC 36 des Pixels 30 verbunden sind. In Beispielen, die mehr als eine Schicht aufweisen, können die Komponenten der Schichten durch Drahtbondungen, TSVs usw. verbunden werden. Somit können der erste und der zweite Photodetektor 28 des Pixels 30 gemeinsam gesteuert werden. Mit anderen Worten kann der Stromversorgungskreis 34 den ersten und den zweiten Photodetektor 28 zum Beispiel auf der Grundlage einer Technik der gemeinsamen Kathodenverdrahtung mit Strom versorgen. Zusätzlich oder alternativ können die Photodetektoren 28 individuell verdrahtet sein (nicht gezeigt). Zum Beispiel kann in dem oben beschriebenen Beispiel eine erste Drahtbondung den Stromversorgungskreis 34 elektrisch mit dem ersten Photodetektor 28 verbinden, und eine zweite Drahtbondung kann den Stromversorgungskreis 34 elektrisch mit dem zweiten Photodetektor 28 verbinden.
Das FPA 32 detektiert Photonen durch Photoanregung elektrischer Ladungsträger. Eine Ausgabe von dem FPA 32 zeigt die Detektion von Licht an und kann im Fall einer PiN-Diode oder APD proportional zur Menge des detektierten Lichts sein und kann im Fall einer SPAD ein digitales Signal sein. Die Ausgaben des FPA 32 werden gesammelt, um eine 3D-Umgebungskarte zu generieren, zum Beispiel 3D-Positionskoordinaten von Objekten und Oberflächen innerhalb des Sichtfeldes FOV des LiDAR-Systems 10. Das FPA 32 kann eine Halbleiterkomponente zum Detektieren von Laser- und/oder Infrarotreflexionen aus dem Sichtfeld FOV des LiDAR-Systems 10 aufweisen, zum Beispiel Photodioden (das heißt, eine Halbleitervorrichtung mit einem p-n-Übergang oder einem p-i-n-Übergang), einschließlich Lawinen-Photodioden, SPADs, Metall-Halbleiter-Metall-Photodetektoren 28, Phototransistoren, photoleitfähige Detektoren, Photoröhren, Photovervielfacher usw. Die optischen Elemente, wie zum Beispiel das Linsen-Package des Lichtempfangssystems 22, können zwischen dem FPA 32 am hinteren Ende des Gehäuses 24 und dem Fenster 26 am vorderen Ende des Gehäuses 24 positioniert sein.
Der ROIC 36 wandelt ein von den Photodetektoren 28 des FPA 32 empfangenes elektrisches Signal in digitale Signale um. Der ROIC 36 kann elektrische Komponenten aufweisen, die elektrische Spannung in digitale Daten umwandeln können. Der ROIC 36 kann mit dem Controller 16 verbunden sein, der die Daten von dem ROIC 36 empfängt und eine 3D-Umgebungskarte auf der Grundlage der von dem ROIC 36 empfangenen Daten generieren kann.
In dem in den Figuren gezeigten Beispiel weist das FPA 32 (lediglich beispielhaft) drei Schichten auf, wie unten noch beschrieben wird. Mit anderen Worten ist das in den Figuren gezeigte Beispiel ein Drei-Die-Stapel. Als ein weiteres Beispiel kann das FPA zwei Schichten aufweisen, das heißt, er ist ein Zwei-Die-Stapel. In einem solchen Beispiel weist eine Schicht den Photodetektor 28 und den Stromversorgungskreis 34 auf, und die andere Schicht weist den ROIC36 auf. In einem anderen Beispiel können sich alle Komponenten des FPA 32 auf einem einzigen Siliziumchip befinden.
In dem in den 5-7 gezeigten Beispiel kann das Lichtempfangssystem 22 (lediglich als ein Beispiel) eine erste Schicht, in der jedes Pixel 30 mindestens einen Photodetektor 28 auf der ersten Schicht aufweist, eine zweite Schicht mit dem ROIC 36 auf der zweiten Schicht, und eine mittlere Schicht mit dem Stromversorgungskreis 34 auf der mittleren Schicht, die zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht gestapelt ist, aufweisen. In einem solchen Beispiel ist die erste Schicht eine Focal-Plane-Array-Schicht, die mittlere Schicht ist eine Stromversorgungssteuerungsschicht, und die zweite Schicht ist eine ROIC 36-Schicht. Genauer gesagt, befinden sich auf der ersten Schicht mehrere Photodetektoren 28, zum Beispiel SPADs, auf der zweiten Schicht befinden sich mehrere ROICs 36, und auf der mittleren Schicht befinden sich mehrere Stromversorgungskreise 34. Jedes Pixel 30 weist mindestens einen der Photodetektoren 28, der mit nur einem der Stromversorgungskreise 34 verbunden ist, und jeder Stromversorgungskreis 34 ist mit nur einem der ROICs 36 verbunden. Anders ausgedrückt ist jeder Stromversorgungskreis 34 einem der Pixel 30 zugeordnet, und jeder ROIC 36 ist einem der Pixel 30 zugeordnet. Jedes Pixel 30 kann mehr als einen Photodetektor 28 aufweisen. Die erste Schicht liegt an der mittleren Schicht an, das heißt, kontaktiert sie direkt, und die zweite Schicht liegt an der mittleren Schicht an. Genauer gesagt, ist die mittlere Schicht direkt an die erste Schicht und die zweite Schicht gebondet. Die mittlere Schicht befindet sich zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht. Während des Gebrauchs befindet sich das FPA 32 in der gestapelten Position.
Eine Schicht ist im vorliegenden Kontext ein oder mehrere Teile eines Dies. Falls eine Schicht mehrere Dies aufweist, so werden die Dies nebeneinander angeordnet und bilden eine Ebene (das heißt eine flache Fläche). Ein Die ist im vorliegenden Kontext ein Block aus Halbleitermaterial, auf dem ein gegebener funktionaler Schaltkreis gefertigt wird. In der Regel werden integrierte Schaltkreise (Integrated Circuits, ICs) in großen Partien auf einem einzelnen Wafer aus Silizium von elektronischer Qualität (Electronic-Grade Silicon, EGS) oder anderen Halbleitern (zum Beispiel GaAs) durch Prozesse wie zum Beispiel Photolithografie hergestellt. Ein Wafer wird dann in Stücke zerteilt (vereinzelt), die jeweils eine Kopie des Schaltkreises aufweisen. Jedes dieser Stücke wird als ein „Die“ bezeichnet. Ein Wafer (auch als eine Scheibe oder ein Substrat bezeichnet) ist im vorliegenden Kontext eine dünne Halbleiterscheibe, wie zum Beispiel ein kristallines Silizium (crystalline Silicon, c-Si), die zur Fertigung integrierter Schaltkreise verwendet wird.
Wie weiter unten noch dargelegt, wird die mittlere Schicht direkt an die erste und die zweite Schicht gebondet. Um eine elektrische Verbindung zwischen den elektrischen Komponenten der Schichten herzustellen, zum Beispiel, um eine Stromversorgung von dem Stromversorgungskreis 34 auf der mittleren Schicht zu den Photodetektoren 28 auf der ersten Schicht bereitzustellen und ein Auslesen der Photodetektoren 28 auf der ersten Schicht zu den ROICs 36 auf der zweiten Schicht bereitzustellen, sind die Schichten zum Beispiel über Drahtbondungen oder durch Silizium-Durchkontaktierungen (Through Silicon Vias, TSVs) elektrisch verbunden. Genauer gesagt, ist in jedem Pixel 30 der Photodetektor 28 durch Drahtbondungen oder TSVs mit dem Stromversorgungskreis 34 und dem ROIC 36 des Pixels 30 verbunden. Drahtbondung, Waferbondung, Die-Bondung usw. sind elektrische Interconnect-Technologie zum Bilden von Interconnect-Verbindungen zwischen zwei oder mehr Halbleitervorrichtungen und/oder einer Halbleitervorrichtung und einem Package der Halbleitervorrichtung. Drahtbondungen können aus Aluminium, Kupfer, Gold oder Silber gebildet werden und können in der Regel einen Durchmesser von mindestens 15 Mikrometern (µm) aufweisen. Es ist zu beachten, dass Drahtbondungen eine elektrische Verbindung zwischen den Schichten in der gestapelten Position bereitstellen.
Die Stromversorgungskreise 34 versorgen die Photodetektoren 28 der ersten Schicht mit Strom. Der Stromversorgungskreis 34 kann aktive elektrische Komponenten wie zum Beispiel MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), BiCMOS (Bipolar-CMOS) usw. und passive Komponenten wie zum Beispiel Widerstände, Kondensatoren usw. aufweisen. Zum Beispiel kann der Stromversorgungskreis 34 die Photodetektoren 28 mit Strom in einem ersten Spannungsbereich versorgen, zum Beispiel 10 bis 30 Volt (V) Gleichstrom, der höher ist als eine zweite Betriebsspannung des ROIC 36 der zweiten Schicht, zum Beispiel 0,4 bis 5 V Gleichstrom. Der Stromversorgungskreis 34 kann Zeitsteuerungsinformationen von dem ROIC 36 empfangen. Da sich der Stromversorgungskreis 34 und der ROIC 36 auf getrennten Schichten (mittlere Schicht und zweite Schicht) befinden, sind die Niederspannungskomponenten für den ROIC 36 und die Hochspannungskomponenten für die Lawinendiode getrennt, was einen Etagenaufbau des Pixels 30 von oben nach unten gestattet.
Mit Bezug auf 7 weist das LiDAR-System 10 einen Speicherchip 38 auf. Die von dem ROIC 36 ausgegebenen Daten können in einem Speicherchip 38 zum Verarbeiten durch den Controller 16 gespeichert werden. Der Speicherchip 38 kann ein DRAM (Dynamischer Direktzugriffsspeicher), ein SRAM (Statischer Direktzugriffsspeicher) und/oder ein MRAM (Magnetoresistiver Direktzugriffsspeicher) sein, der elektrisch mit dem ROIC verbunden sein kann. In einem Beispiel kann ein FPA 32 den Speicherchip 38, der elektrisch mit dem ROIC 36 verbunden ist, auf der zweiten Schicht aufweisen. In einem anderen Beispiel kann der Speicherchip 38 an einer Unterseite der zweiten Schicht angebracht sein (das heißt nicht der mittleren Schicht zugewandt) und elektrisch zum Beispiel über Drahtbondungen mit dem ROIC 36 der zweiten Schicht verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Speicherchip 38 ein separater Chip sein (das heißt nicht an die zweite Schicht drahtgebondet), und das FPA 32 kann auf den Speicherchip 38 gestapelt und elektrisch zum Beispiel über eine TSV mit ihm verbunden sein.
Das FPA 32 kann einen Schaltkreis aufweisen, der ein Referenztaktsignal für den Betrieb der Photodetektoren 28 generiert. Außerdem kann der Schaltkreis Logikschaltkreise zum Ansteuern der Photodetektoren 28, einen Stromversorgungskreis 34, einen ROIC 36 usw. aufweisen.
Wie oben dargelegt, weist das FPA 32 einen Stromversorgungskreis 34 auf, der die Pixel 30, zum Beispiel die SPADs, mit Strom versorgt. Das FPA 32 kann einen einzelnen Stromversorgungskreis 34 aufweisen, der mit allen Pixeln 30 kommuniziert, oder kann mehrere Stromversorgungskreise 34 aufweisen, die mit einer Gruppe von Pixeln 30 kommunizieren.
Der Stromversorgungskreis 34 kann aktive elektrische Komponenten wie zum Beispiel MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), BiCMOS (Bipolar-MOS), IGBT (Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode), VMOS (Vertikaler MOSFET), HexFET, DMOS (Doppelt Diffundierter MOSFET), LDMOS (Lateraler DMOS), BJT (Bipolartransistor) usw. sowie passive Komponenten wie zum Beispiel Widerstände, Kondensatoren usw. aufweisen. Der Stromversorgungskreis 34 kann eine Stromversorgungs-Steuerkreis aufweisen. Der Stromversorgungs-Steuerkreis kann elektrische Komponenten wie zum Beispiel einen Transistor, Logikkomponenten usw. aufweisen. Der Stromversorgungs-Steuerkreis kann den Stromversorgungskreis 34 zum Beispiel in Reaktion auf einen Befehl vom Controller 16 veranlassen, eine Vorspannung anzulegen und die SPAD zu löschen und zurückzusetzen.
In Beispielen, in denen der Photodetektor 28 eine Lawinendiode, zum Beispiel eine SPAD, ist, kann der Stromversorgungskreis 34 zum Veranlassen des Anlegens einer Vorspannung, des Löschens und des Zurücksetzens der Lawinendioden einen Stromversorgungs-Steuerkreis aufweisen. Der Stromversorgungs-Steuerkreis kann elektrische Komponenten wie zum Beispiel einen Transistor, Logikkomponenten usw. aufweisen.
Eine durch den Stromversorgungskreis 34 erzeugte Vorspannung wird an die Kathode der Lawinendiode angelegt. Ein Ausgangssignal der Lawinendiode, zum Beispiel eine Spannung an einem Knoten, wird durch den ROIC 36-Schaltkreis gemessen, um zu bestimmen, ob ein Photon detektiert wird.
Der Stromversorgungskreis 34 legt die Vorspannung an die Lawinendiode auf der Grundlage von Eingangssignalen an, die von einem Treiberschaltkreis des ROIC 36 empfangen werden. Der ROIC 36 auf der zweiten Schicht kann den Treiberschaltkreis zum Ansteuern des Stromversorgungskreises 34, einen Analog-Digital (ADC)- oder Zeit-Digital (TDC)-Schaltkreis zum Messen eines Ausgangssignals der Lawinendiode an dem Knoten und/oder andere elektrische Komponenten wie zum Beispiel einen flüchtigen Speicher (Register) und Logiksteuerkreise usw. aufweisen. Der Treiberschaltkreis kann auf der Grundlage eines von dem Schaltkreis des FPA 32 empfangenen Eingangssignals, zum Beispiel eines Referenztakts, gesteuert werden. Die durch den ROIC 36 gelesenen Daten können dann in dem Speicherchip 38 gespeichert werden. Wie oben besprochen, kann sich der Speicherchip 38 außerhalb des FPA 32 befinden oder in dem FPA 32 enthalten sein. Zum Beispiel kann die zweite Schicht auf den Speicherchip 38 gestapelt sein. Ein Controller 16, zum Beispiel der Controller 16, ein Controller 16 des LiDAR-Systems 10 usw., kann die Daten von dem Speicherchip 38 empfangen und eine 3D-Umgebungskarte, Positionskoordinaten eines Objekts innerhalb des FOV des LiDAR-Systems 10 usw. generieren.
Der Controller 16 veranlasst den Stromversorgungskreis 34, eine Vorspannung an die mehreren Lawinendioden anzulegen. Zum Beispiel kann der Controller 16 dafür programmiert sein, den ROIC 36 zu veranlassen, über den ROIC 36-Treiber Befehle an den Stromversorgungs-Steuerkreis zu senden, um eine Vorspannung an individuell mit Strom versorgte Lawinendioden anzulegen. Genauer gesagt, versorgt der Controller 16 die Lawinendioden der mehreren Pixel 30 des Focal-Plane-Arrays über mehrere der Stromversorgungskreise 34 mit Vorspannung, wobei jeder Stromversorgungskreis 34 einem der Pixel 30 zugeordnet ist, wie oben beschrieben. Die individuelle Adressierung von Strom zu jedem Pixel 30 kann auch dafür verwendet werden, Produktionstoleranzen über eine Nachschlagetabelle zu kompensieren, die in einer End-of-Line-Teststation programmiert wird. Die Nachschlagetabelle kann auch bei der regelmäßigen Wartung des LiDAR-Systems 10 aktualisiert werden.
Der Controller 16 empfängt Daten von dem LiDAR-System 10. Der Controller 16 kann dafür programmiert sein, Daten von dem Speicherchip 38 zu empfangen. Die Daten in dem Speicherchip 38 sind eine Ausgabe eines ADC und/oder TDC des ROIC 36, einschließlich der Bestimmung, ob ein Photon durch eine der Lawinendioden empfangen wurde. Genauer gesagt, liest der Controller 16 ein elektrisches Ausgangssignal der mindestens einen der Lawinendioden über Ausleseschaltkreise des Focal-Plane-Arrays aus, wobei jeder Ausleseschaltkreis des Focal-Plane-Arrays einem der Pixel 30 zugeordnet ist.
Durch den Lichtsender 12 ausgesendetes Infrarotlicht kann von einem Objekt zurück zu dem LiDAR-System 10 reflektiert und durch die Photodetektoren 28 detektiert werden. Die optische Signalstärke des zurückkehrenden Infrarotlichts kann mindestens teilweise proportional zur Laufzeit/Entfernung zwischen dem LiDAR-System 10 und dem das Licht reflektierende Objekt sein. Die optische Signalstärke kann zum Beispiel die Menge an Photonen sein, die von einem der Lichtstöße von gepulstem Licht zu dem LiDAR-System 10 zurückreflektiert werden. Je größer die Entfernung zu dem Objekt, das das Licht reflektiert, bzw. je länger die Laufzeit des Lichts ist, desto geringer ist die Stärke des optischen Rücksignals, zum Beispiel bei Lichtstößen von gepulstem Licht, die mit einer gemeinsamen Intensität ausgesendet werden. Das LiDAR-System 10 generiert für jedes Pixel 30 ein Histogramm auf der Grundlage der Detektion der zurückkehrenden Lichtstöße. Das Histogramm kann zum Generieren der 3D-Umgebungskarte verwendet werden. Der Controller 16 ist dafür programmiert, ein Histogramm (das zum Beispiel zum Generieren der 3D-Umgebungskarte verwendet werden kann) auf der Grundlage detektierter Lichtstöße der Serie, die zum Beispiel durch die Photodetektoren 28 detektiert und von den ROICs 36 empfangen werden, zu erstellen. Das Histogramm gibt eine Menge und/oder Häufigkeit an, mit der Licht aus unterschiedlichen Reflexionsentfernungen, das heißt mit unterschiedlichen Laufzeiten, detektiert wird.
Genauer gesagt, weist jedes Pixel 30 mehrere Register auf, wobei jedes Register eine gegebene Entfernung von dem Lichtdetektor 14 darstellt. Der Controller 16 kann durch jedes Register blättern (das heißt mehrere Register pro Pixel 30), um ein Histogramm aus allen Registern (Entfernungen) zu erstellen. Genauer gesagt, wie weiter unten noch beschrieben wird, liest der ROIC 36 aus den Registern in den Speicher, zum Beispiel in den Speicherchip 38. Der Speicherchip 38 speichert Speicherbits, die jedem Register des Histogramms zugeordnet sind. Wie weiter unten noch beschrieben wird, kann Speicher, der mit den näheren Objekten verknüpft ist, reduziert werden, da für nähere Objekte detektierte Lichtstöße aus einer kleineren Teilmenge der Serie von Lichtstößen aufgezeichnet werden. Genauer gesagt, sind die Speicherbits, die mit Bins des Histogramms für nähere Objekte verknüpft sind, kleiner als die Speicherbits, die mit Bins des Histogramms für weiter entfernte Objekte verknüpft sind. Dementsprechend ist der Speicher, der mit Bins für Objekte verknüpft ist, die näher an dem Lichtdetektor 14 liegen, kleiner als der Speicher, der mit Bins für Objekte verknüpft ist, die weiter von dem Lichtdetektor 14 entfernt sind. Der jeweils mit den Bins verknüpfte Speicher wird mit zunehmender Objektentfernung von dem Lichtdetektor 14 schrittweise größer.
Der Controller 16 steht in elektronischer Kommunikation mit den Pixeln 30 (zum Beispiel mit dem ROIC und dem Stromversorgungskreis) und dem Fahrzeug 18 (zum Beispiel mit dem ADAS), um Daten zu empfangen und Befehle zu senden. Der Controller 16 kann dafür eingerichtet sein, die im vorliegenden Text offenbarten Operationen auszuführen.
Der Controller 16 kann ein mikroprozessorgesteuerter Controller 16 oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA) oder eine Kombination aus beidem sein, die durch Schaltkreise, Chips und/oder andere elektronische Komponenten realisiert wird. Mit anderen Worten ist der Controller 16 eine physische, das heißt strukturelle, Komponente des LiDAR-Systems 10. Der Controller weist einen Prozessor, einen Speicher usw.auf. Der Speicher des Controllers kann Instruktionen speichern, die durch den Prozessor ausgeführt werden können, das heißt prozessorausführbare Instruktionen, und/oder kann Daten speichern. Der Controller kann mit einem Kommunikationsnetz des Fahrzeugs kommunizieren, um Instruktionen an das Fahrzeug, zum Beispiel an Komponenten des ADAS, zu senden und/oder Instruktionen von dem Fahrzeug, zum Beispiel von Komponenten des ADAS, zu empfangen. Die in dem Speicher des Controllers gespeicherten Instruktionen enthalten Instruktionen zum Durchführen des Verfahrens in den Figuren. Die Verwendung der Begriffe „anhand“, „in Reaktion auf” und „nach dem Bestimmen“ im vorliegenden Text (einschließlich unter Bezug auf das Verfahrens 1200 in 12) weist auf eine kausale Beziehung und nicht nur auf eine zeitliche Beziehung hin.
Der Controller 16 kann einen Prozessor und einen Speicher aufweisen. Der Speicher weist eine oder mehrere Formen von Controller-lesbaren Medien auf und speichert Instruktionen, die durch den Controller ausgeführt werden können, um verschiedene Operationen durchzuführen, einschließlich der im vorliegenden Text offenbarten. Zusätzlich oder alternativ kann der Controller 16 einen dedizierten elektronischen Schaltkreis aufweisen, der einen ASIC (Application Specific Integrated Circuit) aufweist, die für eine spezielle Operation hergestellt wird, zum Beispiel zum Berechnen eines Histogramms von Daten, die von dem LiDAR-System 10 empfangen werden, und/oder zum Generieren einer 3D-Umgebungskarte für ein Sichtfeld FOV des Fahrzeugs 18. In einem anderen Beispiel kann der Controller 16 ein FPGA (Field Programmable Gate Array) aufweisen, das ein integrierter Schaltkreis ist, der dafür ausgelegt ist, durch einen Kunden eingerichtet werden zu können. Zum Beispiel wird eine Hardware-Beschreibungssprache wie zum Beispiel VHDL (Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language) in der elektronischen Designautomatisierung verwendet, um digitale und Mischsignalsysteme wie zum Beispiel FPGA und ASIC zu beschreiben. Zum Beispiel wird ein ASIC auf der Grundlage einer vor der Herstellung bereitgestellten VHDL-Programmierung hergestellt, und die Logikkomponenten in einem FPGA können auf der Grundlage einer VHDL-Programmierung eingerichtet werden, die zum Beispiel in einem mit dem FPGA-Schaltkreis elektrisch verknüpften Speicher gespeichert ist. In einigen Beispielen kann eine Kombination aus einem oder mehreren Prozessoren, ASICs und/oder FPGA-Schaltkreisen in einem Cjip-Package enthalten sein. Ein Controller 16 kann ein Satz von Controllern sein, die über das Kommunikationsnetz des Fahrzeugs 18 miteinander kommunizieren, zum Beispiel ein Controller 16 in dem LiDAR-System und ein zweiter Controller 16 an einer anderen Stelle in dem Fahrzeug 18.
Der Controller 16 kann das Fahrzeug 18 in einem autonomen, einem halbautonomen oder einem nicht-autonomen (oder manuellen) Modus betreiben. Für die Zwecke dieser Offenbarung ist ein autonomer Modus als ein Modus definiert, in dem sowohl der Antrieb als auch die Bremsen und die Lenkung des Fahrzeugs durch den Controller 16 gesteuert werden; in einem halbautonomen Modus steuert der Controller 16 eines oder zwei des Antriebs, der Bremsen und der Lenkung des Fahrzeugs; und in einem nicht-autonomen Modus steuert ein Mensch sowohl den Antrieb als auch die Bremsen und die Lenkung des Fahrzeugs.
Der Controller 16 kann eine Programmierung aufweisen, um eines oder mehrere der Bremsen, des Antriebs (zum Beispiel die Steuerung der Beschleunigung des Fahrzeugs 18 durch Steuern eines oder mehrerer von einem Verbrennungsmotor, einem Elektromotor, einem Hybridmotor usw.), der Lenkung, der Klimatisierung, der Innen- und/oder Außenbeleuchtung usw. zu steuern und zu bestimmen, ob und wann der Controller 16 - im Gegensatz zu einem Menschen - diese Operationen steuern soll. Außerdem kann der Controller 16 dafür programmiert sein zu bestimmen, ob und wann ein Mensch diese Operationen steuern soll.
Der Controller 16 kann mehr als einen Prozessor aufweisen oder kommunikativ - zum Beispiel über einen Kommunikationsbus des Fahrzeugs 18 - damit verbunden sein, zum Beispiel Controller oder dergleichen, die in dem Fahrzeug 18 enthalten sind, um verschiedene Controller des Fahrzeugs 18 zu überwachen und/oder zu steuern, zum Beispiel einen Antriebsstrang-Controller, einen Brems-Controller, einen Lenk-Controller usw. Der Controller 16 ist allgemein für die Kommunikation in einem Kommunikationsnetz des Fahrzeugs 18 eingerichtet, das einen Bus in dem Fahrzeug 18, wie zum Beispiel ein Controller Area Network (CAN) oder dergleichen, und/oder andere verdrahtete und/oder drahtlose Mechanismen aufweisen kann.
Der Controller 16 ist dafür programmiert, eine Serie von Lichtstößen in das Sichtfeld FOV des Lichtdetektors 14 auszusenden und Lichtstöße zu detektieren, die von einem Objekt im Sichtfeld FOV reflektiert werden. Es genügt, dass der Controller 16 nur detektierte Lichtstöße von einer Teilmenge der durch den Lichtsender 12 ausgesendeten Serie von Lichtstößen im Speicher aufzeichnet, um die Menge der gespeicherten Daten und die Größe des zum Speichern dieser Daten erforderlichen Speichers effektiv zu reduzieren. Der Controller 16 bestimmt die Anzahl der Lichtstöße in der Teilmenge auf der Grundlage der Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor 14. Die Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor 14 wird durch den Zeitpunkt der Rückkehr des Lichtstoßes zu dem Lichtdetektor 14 bestimmt. Zum Beispiel ist der Controller 16 dafür programmiert zu bestimmen, dass für relativ nähere Objekte die Teilmenge der Serie von Lichtstößen relativ kleiner ist und für relativ weiter entfernte Objekte die Teilmenge der Serie von Lichtstößen relativ größer ist. Dementsprechend werden für nähere Objekte weniger Daten aufgezeichnet, ohne dass sich die Auflösung für nahe Objekte nennenswert verringert. Da für nähere Objekte detektierte Lichtstöße aus einer kleineren Teilmenge der Serie von Lichtstößen aufgezeichnet werden, kann der mit den näheren Objekten verknüpfte Speicherplatz reduziert werden. Dies führt zu einer Verringerung des erforderlichen Speichers insgesamt, wie unten beschrieben wird. Für weiter entfernte Objekte wird die Teilmenge der Serie von Lichtstößen vergrößert, um die für weiter entfernte Objekte erforderliche Auflösung zu erhöhen.
Der Controller 16 ist dafür programmiert, den Lichtsender 12 zu aktivieren, um eine Serie von Lichtstößen in ein Sichtfeld FOV des Lichtdetektors 14 auszusenden, und den Lichtdetektor 14 zu aktivieren, um Lichtstöße zu detektieren, die von einem Objekt in dem Sichtfeld FOV reflektiert werden. Genauer gesagt, steuert der Controller 16 den Zeitpunkt des Aussendens der Lichtstöße und der Aktivierung des Lichtdetektors 14, um Lichtstöße zu detektieren, die in dem Sichtfeld FOV reflektiert werden. Der Controller 16 ist dafür programmiert, die Aktivierung des Lichtsenders 12 und des Lichtdetektors 14 zu wiederholen, das heißt, eine Serie von Lichtstößen von dem Lichtsender 12 auszusenden und die Aktivierung des Lichtdetektors 14 für jeden Lichtstoß der Serie von Lichtstößen, die von dem Lichtsender 12 abgegeben werden, zeitlich zu steuern, wie in Block 1240 gezeigt.
Der Controller 16 ist dafür programmiert, den Lichtdetektor 14 während der gesamten Erfassungszeit zu aktivieren, das heißt die Zeit ab dem Zeitpunkt, an dem der Lichtsender 12 Licht aussendet, bis zu dem Zeitpunkt, an dem ein Photon aus der maximalen Entfernung der gewünschten Detektion (das heißt dem Maximum des Rahmens) zurückgesendet werden würde. Der Controller 16 hält die Photodetektoren 28, zum Beispiel SPAD, während dieser Zeit betriebs- und lichtdetektionsbereit. Aufgrund der Eigenart von SPADs können Umgebungslicht und Rauschen die SPAD auslösen. Die SPAD wird schnell gelöscht und zurückgesetzt (eine Totzeit, in der die SPAD kein Photon detektieren kann), um das nächste Photon innerhalb des Erfassungsrahmens zu detektieren (das heißt mehrere Photonen, die unterschiedliche Entfernungen repräsentieren, können durch ein einzelnes Pixel 30 innerhalb eines gegebenen Erfassungsrahmens detektiert werden. Dies sowie die Anzahl der von dem Lichtsender 12 ausgegebenen Lichtstöße erhöhen das Signal-Rausch-Verhältnis.
Wie oben dargelegt, ist der Controller 16 dafür programmiert, die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen zu bestimmen, für die detektierte Lichtstöße aufzuzeichnen sind. Genauer gesagt, ist der Controller 16 dafür programmiert, die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen zu bestimmen, für die detektierte Lichtstöße im Speicher, zum Beispiel dem mit dem ROIC verbundenen Speicherchip, aufzuzeichnen sind. Wie weiter unten noch dargelegt wird, werden die detektierten Lichtstöße, die von dem Sichtfeld FOV reflektiert und durch den Lichtdetektor 14 detektiert werden und nicht zu Lichtstößen gehören, die Teil der Teilmenge der Serie von Lichtstößen sind, nicht berücksichtigt, das heißt, sie werden nicht durch den ROIC aus- und in den Speicherchip eingelesen. Mit anderen Worten wird die Komprimierung der Daten in dem Lichtdetektor 14, das heißt auf dem Chip des Lichtdetektors 14, vorgenommen.
Wenn ein Objekt in dem Sichtfeld FOV durch die Serie von Lichtstößen beleuchtet wird, so detektiert der Lichtdetektor 14 Lichtstöße, die zu dem Lichtdetektor 14 zurückgesendet werden, das heißt detektierte Lichtstöße, und erstellt das Histogramm, wie oben beschrieben. Der Controller 16 ist dafür programmiert, auf der Grundlage des Histogramms die Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor 14 zu bestimmen. Genauer gesagt, kompiliert der Lichtdetektor 14 die durch den Lichtdetektor 14 detektierten Lichtstöße in ein Histogramm, das Bins aufweist, die jeweils mit einer Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor 14 verknüpft sind, wie oben beschrieben. Genauer gesagt, kann der Lichtdetektor 14 ein Register für jedes Bin aufweisen, wie oben beschrieben. Dieses Histogramm für die Serie von Lichtstößen wird verwendet, um Lichtstöße zu identifizieren, die durch Reflexion durch ein Objekt in dem Sichtfeld FOV zurückgesendet werden, und um Rauschen zu reduzieren, das heißt andere Detektierungen durch den Lichtdetektor 14, die nicht dem durch den Lichtsender 12 ausgesendeten und durch Reflexion von einem Objekt in dem Sichtfeld FOV zu dem Lichtdetektor 14 zurückgesendeten Licht entsprechen. Nachdem das Histogramm für die Serie von Lichtstößen fertiggestellt ist, wird die Teilmenge der Serie von Lichtstößen durch den ROIC 36 aus der Diode in den Speicher gelesen.
Unter Bezug auf die 9A-11 ist der Controller 16 dafür programmiert, die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen auf der Grundlage einer Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor 14 zu bestimmen. Genauer gesagt, bestimmt der Controller 16 für jede Serie von Lichtstößen die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen, die durch den ROIC 38 aus der Diode in den Speicherchip 38 gelesen werden, auf der Grundlage der Zeitpunkte der zurückgesendeten Lichtstöße von einem Objekt in dem Sichtfeld FOV, wie anhand des Histogramm identifiziert.
Die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen nimmt mit zunehmender Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor 14 zu. In den in 9A-B gezeigten Beispielen kann diese Zunahme linear, exponentiell usw. stattfinden. Die 10 und 11 zeigen beispielhafte Datenpunkte, die die Anzahl der Lichtstöße bei ausgewählten Entfernungen des Objekts von dem Lichtdetektor 14 zeigen.
Zum Beispiel ist der Controller 16 dafür programmiert, während einer Serie von Lichtstößen die Größe einer ersten Teilmenge der Serie von Lichtstößen auf der Grundlage von detektierten Lichtstößen in einer ersten Entfernung von dem Lichtdetektor 14 in dem Sichtfeld FOV, die durch den Lichtdetektor 14 detektiert werden, zu bestimmen und während einer anderen Serie von Lichtstößen die Größe einer zweiten Teilmenge der Serie von Lichtstößen auf der Grundlage von detektierten Lichtstößen in einer zweiten Entfernung von dem Lichtdetektor 14 zu bestimmen. In einem Beispiel, in dem die erste Entfernung geringer ist als die zweite Entfernung, ist die zweite Teilmenge größer als die erste Teilmenge. In einem weiteren Beispiel kann die Größe der ersten Teilmenge der Serie von Lichtstößen zum Zeitpunkt der Herstellung werksseitig voreingestellt werden und/oder kann später durch ein Firmware-Update aktualisiert werden.
Die Lichtstöße der Teilmenge der Serie von Lichtstößen sind aufeinanderfolgende Lichtstöße, die durch den Lichtdetektor 14 detektiert werden. In einem Beispiel sind die Lichtstöße der Teilmenge die aufeinanderfolgenden Lichtstöße am Anfang der gesamten Serie von Lichtstößen, das heißt, es werden detektierte Lichtstöße aus einer Anzahl aufeinanderfolgender Lichtstöße am Anfang der gesamten Serie von Lichtstößen aufgezeichnet. In einem weiteren Beispiel sind die Teilmenge der Serie von Lichtstößen die aufeinanderfolgenden Lichtstöße am Ende der gesamten Serie von Lichtstößen, das heißt, es werden detektierte Lichtstöße aus einer Anzahl aufeinanderfolgender Lichtstöße am Ende der gesamten Serie von Lichtstößen aufgezeichnet.
Der Controller 16 ist dafür programmiert, die detektierten Lichtstöße aus der Teilmenge der Serie von Lichtstößen aufzuzeichnen. Genauer gesagt, werden, nachdem die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen auf der Grundlage der Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor 14 bestimmt wurde, Lichtstöße der Teilmenge der Serie von Lichtstößen, die in dem Sichtfeld zu dem Lichtdetektor 14 zurückreflektiert werden, das heißt detektierte Lichtstöße aus der Teilmenge der Serie von Lichtstößen, durch den ROIC 36 aus der Diode in den Speicher gelesen. Genauer gesagt, veranlasst der Controller 16 den ROIC 36, diese detektierten Lichtstöße zu lesen. Der Controller 16 ist dafür programmiert, die durch den Lichtdetektor 14 detektierten Lichtstöße, die nicht aus der Teilmenge der Serie von Lichtstößen stammen, nicht zu berücksichtigen. Mit anderen Worten werden, wenn die detektierten Lichtstöße der Teilmenge der Serie von Lichtstößen durch den ROIC 36 in den Speicherchip 38 eingelesen werden, die detektierten Lichtstöße, die nicht aus der Teilmenge der Serie von Lichtstößen stammen, nicht auf dem Speicherchip 38 aufgezeichnet (und werden zum Beispiel aus dem Lichtdetektor 14 gelöscht). Anders ausgedrückt, können die detektierten Lichtstöße, die nicht aus der Teilmenge der Serie von Lichtstößen stammen, verworfen werden. Dadurch werden die in dem Speicher aufgezeichneten Daten effektiv komprimiert, und der Speicherchip 38 kann kleiner ausfallen, wie oben beschrieben.
Das Verfahren 1200 zum Betreiben eines LiDAR-Systems 10 ist in 12 gezeigt. Das Verfahren 1200 komprimiert die Daten effektiv, wie oben beschrieben, wodurch der Speicherchip kleiner ausfallen kann. Unter Bezug auf Block 1205 umfasst das Verfahren das Aktivieren des Lichtsenders, um eine Serie von Lichtstößen in ein Sichtfeld eines Lichtdetektors 14 auszusenden. Unter Bezug auf Block 1210 umfasst das Verfahren das Aktivieren des Lichtdetektors, um Lichtstöße zu detektieren, die von einem Objekt in dem Sichtfeld FOV reflektiert werden. Wie oben beschrieben, umfasst das Verfahren 1200 die Zeitsteuerung des Anlegens einer Spannung an den Lichtsender 12 und den Lichtdetektor 14, dergestalt, dass der Lichtdetektor 14 die von dem Lichtsender 12 ausgesendeten und von einem Objekt in dem Sichtfeld FOV reflektierten Lichtstöße detektiert. Das Aussenden der Serie von Lichtstößen und die entsprechende Steuerung des Lichtdetektors 14 wird wiederholt, dergestalt, dass mehrere Serien von Lichtstößen ausgesendet werden. Die Blöcke 1215-1235 werden für jede Serie von Lichtstößen durchgeführt.
Unter Bezug auf Block 1215 umfasst das Verfahren das Kompilieren eines Histogramms der detektierten Lichtstöße der Serie, die durch den Lichtdetektor 14 detektiert wurden. Zum Beispiel wird das Histogramm auf dem Lichtdetektor 14 erstellt. Der Lichtdetektor 14 weist mehrere Register (zum Beispiel mehrere Register pro Pixel 30, wobei jedes Register einen gewisse Entfernung von dem LiDAR-System 10 repräsentiert) auf, wie oben beschrieben, und der Controller 16 kann durch jedes Register blättern, um ein Histogramm aus allen Registern (Entfernungen) zu erstellen.
Unter Bezug auf Block 1220 umfasst das Verfahren das Bestimmen der Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor 14 auf der Grundlage des Histogramms. Genauer gesagt, umfasst das Verfahren 1200 das Lesen des Histogramms, um Lichtstöße zu identifizieren, die durch Reflexion durch ein Objekt in dem Sichtfeld FOV zurückgesendet werden, das heißt detektierte Lichtstöße, und um Rauschen zu reduzieren, das heißt andere Detektierungen durch den Lichtdetektor 14, die nicht dem durch den Lichtsender 12 ausgesendeten und durch Reflexion von einem Objekt in dem Sichtfeld FOV zu dem Lichtdetektor 14 zurückgesendeten Licht entsprechen. Der Controller 16 kann das Histogramm lesen.
Unter Bezug auf Block 1225 umfasst das Verfahren das Bestimmen der Größe einer Teilmenge der Serie von Lichtstößen, für die detektierte Lichtstöße aufzuzeichnen sind, auf der Grundlage einer Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor 14. Genauer gesagt, umfasst das Verfahren das Bestimmen der Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen, die durch den ROIC 36 aus der Diode in den Speicherchip gelesen werden sollen, auf der Grundlage der Zeitpunkte der zurückgesendeten Lichtstöße von einem Objekt in dem Sichtfeld FOV, wie anhand des Histogramm identifiziert. Wie oben dargelegt, nimmt die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen mit zunehmender Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor 14 zu. Zum Beispiel umfasst das Verfahren während einer Serie von Lichtstößen das Bestimmen der Größe einer ersten Teilmenge der Serie von Lichtstößen, die durch ein Objekt in einer ersten Entfernung von dem Lichtdetektor in dem Sichtfeld reflektiert und durch den Lichtdetektor 14 detektiert werden, und während einer anderen Serie von Lichtstößen das Bestimmen der Größe einer zweiten Teilmenge der Serie von Lichtstößen, die durch ein Objekt in einer zweiten Entfernung von dem Lichtdetektor 14 reflektiert werden. In einem Beispiel, in dem die erste Entfernung geringer ist als die zweite Entfernung, ist die zweite Teilmenge größer als die erste Teilmenge.
Wie oben dargelegt, sind die Lichtstöße der Teilmenge der Serie von Lichtstößen aufeinanderfolgende Lichtstöße, die durch den Lichtdetektor 14 detektiert werden. In einem Beispiel bestimmt das Verfahren die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen als aufeinanderfolgende Lichtstöße am Anfang der gesamten Serie von Lichtstößen. In einem anderen Beispiel bestimmt das Verfahren die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen als aufeinanderfolgende Lichtstöße am Ende der gesamten Serie von Lichtstößen, die durch ein Objekt in dem Sichtfeld FOV reflektiert und durch den Lichtdetektor 14 detektiert werden.
Unter Bezug auf Block 1230 umfasst das Verfahren das Aufzeichnen der detektierten Lichtstöße aus der Teilmenge der Serie von Lichtstößen. Genauer gesagt, umfasst das Verfahren das Anweisen des ROIC 36, die detektierten Lichtstöße der Teilmenge aus der Diode zu lesen. Genauer gesagt, veranlasst der Controller 16 den ROIC 36 für jedes Pixel 30, die detektierten Lichtstöße aus der Teilmenge der Serie von Lichtstößen aus der Diode dieses Pixels 30 in den Speicherchip 38 zu lesen. Der Controller 16 legt selektiv Spannung an den ROIC 36 an, um den ROIC 36 zu steuern.
Unter Bezug auf Block 1235 umfasst das Verfahren die Nichtberücksichtigen der detektierten Lichtstöße der Serie von Lichtstößen, die nicht aus der Teilmenge der Serie von Lichtstößen für diese Serie stammen. Mit anderen Worten werden, wenn die detektierten Lichtstöße der Teilmenge der Serie von Lichtstößen durch das ROIC in den Speicherchip 38 eingelesen werden, die Lichtstöße, die nicht in der Teilmenge enthalten sind, nicht auf dem Speicherchip 38 aufgezeichnet (und werden zum Beispiel aus dem Lichtdetektor 14 gelöscht).
Die Offenbarung wurde in einer veranschaulichenden Weise beschrieben, und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie in einem beschreibenden Sinne und nicht in einem einschränkenden Sinne zu verstehen ist. Viele Abwandlungen und Variationen der vorliegenden Offenbarung sind im Licht der obigen Lehren möglich, und die Offenbarung kann auch auf andere als in der ausdrücklich beschriebenen Weise praktiziert werden.

Claims

LiDAR-System, umfassend: einen Lichtsender; einen Lichtdetektor; und ein Controller, der programmiert ist zum: Aktivieren des Lichtsenders, um eine Serie von Lichtstößen in ein Sichtfeld eines Lichtdetektors auszusenden; Aktivieren des Lichtdetektors, um Lichtstöße zu detektieren, die von einem Objekt in dem Sichtfeld reflektiert werden; auf der Grundlage einer Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor, Bestimmen der Größe einer Teilmenge der Serie von Lichtstößen, für die detektierte Lichtstöße aufzuzeichnen sind; und Aufzeichnen der detektierten Lichtstöße aus der Teilmenge der Serie von Lichtstößen.
LiDAR-System nach Anspruch 1, wobei die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen mit zunehmender Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor zunimmt.
LiDAR-System nach Anspruch 1, wobei der Controller programmiert ist zum: wiederholten Aussenden einer Serie von Lichtstößen; während einer Serie von Lichtstößen, Bestimmen der Größe einer ersten Teilmenge der Serie von Lichtstößen auf der Grundlage detektierter Lichtstöße in einer ersten Entfernung von dem Lichtdetektor in dem Sichtfeld, die durch den Lichtdetektor detektiert werden; und während einer weiteren Serie von Lichtstößen, Bestimmen der Größe einer zweiten Teilmenge der Serie von Lichtstößen auf der Grundlage detektierter Lichtstöße in einer zweiten Entfernung von dem Lichtdetektor, wobei die zweite Teilmenge größer als die erste Teilmenge ist, weil die zweite Entfernung größer als die erste Entfernung ist.
LiDAR-System nach Anspruch 1, wobei der Controller dafür programmiert ist, die Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor auf der Grundlage eines Histogramms zu bestimmen, das auf der Grundlage der durch den Lichtdetektor detektierten Lichtstöße erstellt wurde.
LiDAR-System nach Anspruch 1, wobei: der Lichtdetektor die durch den Lichtdetektor detektierten Lichtstöße in ein Histogramm kompiliert, das Bins aufweist, die jeweils mit einer Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor verknüpft sind; und der Speicher, der mit Bins für Objekte verknüpft ist, die näher an dem Lichtdetektor liegen, kleiner ist als der Speicher, der mit Bins für Objekte verknüpft ist, die weiter von dem Lichtdetektor entfernt sind.
LiDAR-System nach Anspruch 1, wobei: der Lichtdetektor die durch den Lichtdetektor detektierten Lichtstöße in ein Histogramm kompiliert, das Bins aufweist, die jeweils mit einer Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor verknüpft sind; und der jeweils mit den Bins verknüpfte Speicher mit zunehmender Objektentfernung von dem Lichtdetektor schrittweise größer wird.
LiDAR-System nach Anspruch 1, wobei die Lichtstöße der Teilmenge der Serie von Lichtstößen aufeinanderfolgende Lichtstöße sind, die durch den Lichtdetektor detektiert werden.
LiDAR-System nach Anspruch 1, wobei die Teilmenge der Serie von Lichtstößen aufeinanderfolgende Lichtstöße am Anfang einer Gesamtzahl von Lichtstößen sind, die durch ein Objekt in dem Sichtfeld reflektiert und durch den Lichtdetektor detektiert werden.
LiDAR-System nach Anspruch 1, wobei der Controller dafür programmiert ist, die durch den Lichtdetektor detektierten Lichtstöße, die nicht in der Teilmenge enthalten sind, nicht zu berücksichtigen.
LiDAR-System nach Anspruch 1, wobei der Lichtdetektor eine Anordnung von Einzelphotonen-Lawinendetektoren aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines LiDAR-Systems, wobei das Verfahren umfasst: Aktivieren eines Lichtsenders, um eine Serie von Lichtstößen in ein Sichtfeld eines Lichtdetektors auszusenden; Aktivieren des Lichtdetektors, um Lichtstöße zu detektieren, die von einem Objekt in dem Sichtfeld reflektiert werden; Bestimmen der Größe einer Teilmenge der Serie von Lichtstößen, für die detektierte Lichtstöße aufzuzeichnen sind, auf der Grundlage einer Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor; und Aufzeichnen der detektierten Lichtstöße aus der Teilmenge der Serie von Lichtstößen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Größe der Teilmenge der Serie von Lichtstößen mit zunehmender Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor zunimmt.
Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend: Wiederholen des Aussendens der Serie von Lichtstößen; während einer Serie von Lichtstößen, Bestimmen der Größe einer ersten Teilmenge der Serie von Lichtstößen auf der Grundlage detektierter Lichtstöße in einer ersten Entfernung von dem Lichtdetektor in dem Sichtfeld, die durch den Lichtdetektor detektiert werden; und während einer weiteren Serie von Lichtstößen, Bestimmen der Größe einer zweiten Teilmenge der Serie von Lichtstößen auf der Grundlage detektierter Lichtstöße in einer zweiten Entfernung von dem Lichtdetektor, wobei die zweite Teilmenge größer als die erste Teilmenge ist, weil die zweite Entfernung größer als die erste Entfernung ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Lichtstöße der Teilmenge der Serie von Lichtstößen aufeinanderfolgende Lichtstöße sind, die durch den Lichtdetektor detektiert werden.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Teilmenge der Serie von Lichtstößen aufeinanderfolgende Lichtstöße am Anfang einer Gesamtzahl von Lichtstößen sind, die durch ein Objekt in dem Sichtfeld reflektiert und durch den Lichtdetektor detektiert werden.
Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend: Kompilieren der durch den Lichtdetektor detektierten Lichtstöße zu einem Histogramm; und Bestimmen der Entfernung des Objekts von dem Lichtdetektor auf der Grundlage des Histogramms.
Verfahren nach Anspruch 11, des Weiteren umfassend, die durch den Lichtdetektor detektierten Lichtstöße, die nicht in der Teilmenge enthalten sind, nicht zu berücksichtigen.