KR20230169420A - 라이더를 위한 정확한 광검출기 측정 - Google Patents
라이더를 위한 정확한 광검출기 측정 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20230169420A KR20230169420A KR1020237041166A KR20237041166A KR20230169420A KR 20230169420 A KR20230169420 A KR 20230169420A KR 1020237041166 A KR1020237041166 A KR 1020237041166A KR 20237041166 A KR20237041166 A KR 20237041166A KR 20230169420 A KR20230169420 A KR 20230169420A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pulse
- time
- filter
- signal
- histogram
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title description 81
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 174
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 137
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 100
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 28
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 13
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 24
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 18
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 abstract description 8
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 7
- 230000006872 improvement Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 78
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 43
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 36
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 33
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 25
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 21
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 17
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 16
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 15
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 230000006870 function Effects 0.000 description 13
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 9
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 9
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 8
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 8
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 description 8
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 7
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 6
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 5
- 238000003491 array Methods 0.000 description 5
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 4
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 3
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 238000005315 distribution function Methods 0.000 description 2
- 230000001815 facial effect Effects 0.000 description 2
- 230000002045 lasting effect Effects 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- 238000013139 quantization Methods 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 238000011895 specific detection Methods 0.000 description 2
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000001161 time-correlated single photon counting Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 206010041349 Somnolence Diseases 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 description 1
- 230000001413 cellular effect Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 description 1
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000003631 expected effect Effects 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000009291 secondary effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000002459 sustained effect Effects 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/89—Lidar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
- G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/484—Transmitters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
- G01S7/4863—Detector arrays, e.g. charge-transfer gates
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/4865—Time delay measurement, e.g. time-of-flight measurement, time of arrival measurement or determining the exact position of a peak
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course or altitude of land, water, air, or space vehicles, e.g. automatic pilot
- G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
- G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
- G05D1/0231—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means
- G05D1/0238—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors
- G05D1/024—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using optical position detecting means using obstacle or wall sensors in combination with a laser
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier or surface barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiode
-
- B60W2420/408—
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
- B60W2420/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
- B60W2420/52—Radar, Lidar
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/4868—Controlling received signal intensity or exposure of sensor
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D2201/00—Application
- G05D2201/02—Control of position of land vehicles
- G05D2201/0212—Driverless passenger transport vehicle
Abstract
광 레인징 시스템은 레이저 장치 및 감광자를 갖는 이미징 장치를 포함할 수 있다. 레이저 장치는 현장의 객체로부터 반사하는 레이저 펄스 방사선으로 현장을 조사한다. 반사는 반사 표면 형태 및 반사도에 따라 크게 달라질 수 있다. 감광자에 의해 측정된 신호는 상이한 반사 신호의 프로파일에 따라 설계된 다수의 매칭 필터로 필터링될 수 있다. 최상의 매칭 필터가 식별될 수 있고, 이로써 반사 표면에 관한 정보 및 정확한 레인징 정보가 획득될 수 있다. 레이저 펄스 방사선은 상이한 검출 간격에 대해 가중치를 허용함으로써 코딩 펄스로 방출될 수 있다. 다른 개선 사항은 레이저 펄스를 스태거하고 픽셀 센서의 광검출기의 작동 상태를 변경하는 것뿐만 아니라 처리 회로와 감광자를 구비하는 센서 칩을 사용하는 효율적인 신호 처리를 포함한다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2017년 3월 1일자로 출원된 "System And Method Of Object Detection Using Coded Optical Pulses"이라는 명칭의 미국 가출원 번호 제62/465,310호 및 2017년 12월 7일자로 출원된 "Accurate Photo Detector Measurements For Lidar"이라는 명칭의 미국 가출원 번호 제62/596,002호의 우선권을 주장하는 상기 미국 가출원의 정규출원이며, 상기 미국 가출원의 전체 내용은 모든 목적을 위해 본 명세서에 참조로 포함된다.
라이더(Light Detection And Ranging; LIDAR) 시스템은 예를 들어 자동차, 트럭, 보트 등과 같은 차량의 객체 검출 및 레인징(ranging)에 사용된다. 라이다 시스템은 또한 (예를 들어, 얼굴 인식을 위해) 모바일 애플리케이션, (예를 들어, 비디오 게임 입력을 위한 제스처 캡처를 캡처하기 위해) 홈 엔터테인먼트, 및 증강 현실에도 사용된다. 라이더 시스템은 레이저로부터의 펄스로 경관(landscape)을 조사(irradiating)한 다음, 라이더 시스템의 수신기에 의해 측정되는 바와 같이, 광자가 객체로 이동하여 반사 후에 돌아오는 시간을 측정함으로써 객체까지의 거리를 측정한다. 검출된 신호는, 배경 광 중에서 반사 신호 펄스의 존재를 검출하기 위해 분석된다. 객체까지의 거리는 펄스의 전송으로부터 해당 반사 펄스의 수신까지의 전파시간(time-of-flight)에 기초하여 결정될 수 있다.
모든 조건에서, 특히 라이더 시스템에 대한 경제적인 비용을 지불하면서 수 cm까지의 강력한 거리 정확도를 제공하는 것은 어려울 수 있다. 단일 광자 애벌랜치 다이오드(Single Photon Avalanche Diode; SPAD)와 같은 유망한 새로운 검출기 기술은 매력적이지만, 그 제한된 동적 범위로 인해서, 특히 넓은 범위의 주변 조건 및 목표 거리에 걸쳐서 전파 시간 및 기타 신호 특성을 측정하는데 사용될 때 상당한 단점을 갖는다.
라이더 시스템은 다양한 실제 상황에서 반사된 레이저 펄스를 검출하고 이들의 전파 시간을 측정하는 보다 정확한 방법으로부터 이점을 얻을 수 있다. SPAD 기반 라이더 시스템은 경제적인, 장거리의, 정확한 3D 이미징을 위한 실행 가능한 옵션이기에 앞서 그 고유의 단점을 극복하기 위한 새로운 방법을 필요로 한다. 두 개 이상의 라이더 장치가 서로 간섭하지 않고 근접하여 작동하는 것이 또한 바람직하다. 라이더 시스템이 정확도를 희생시키지 않고 에너지 효율적인 방식으로 작동하는 것이 또한 바람직하다.
다양한 실시예가 라이더 시스템과 관련된 상기 문제를 해결할 수 있다. 예를 들어, 라이더 수신기의 매칭 필터(matched filter) 세트는 각각의 필터가 예상 신호 프로파일(펄스 형태)의 세트 중 하나에 매칭되어 분석된 각각의 신호 프로파일에 대해서 최상의 피팅 필터(fitting filter)가 식별될 수 있도록 조정될 수 있다. 각각의 예상 신호 프로파일은 명목적으로는 동일한 템플릿 신호 프로파일로부터의 것일 수 있지만, 디지털화 처리나 외부 환경 요인 또는 이들 모두에 의해 부과된 왜곡으로 인해 다를 수 있다. 라이더와 같은 능동 조명 센서에서, 템플릿 신호는 센서로부터 나가는 조명의 시간적 형상(일반적으로 펄스 또는 펄스 시퀀스)에 해당할 수 있다. 적절한 매칭 필터를 리턴 신호에 적용하면, 반사된 신호를 정확하게 검출할 가능성, 반사된 신호의 시간 상의 위치를 결정하는 정확도, 또는 반사된 신호의 다른 특성을 결정하는 것이 개선될 수 있고, 이는 계속해서 신호가 반사되는 타겟에 대한 정보를 제공할 수 있다.
따라서, 일부 실시예는 SPAD에 의해 야기된 왜곡을 보정할 수 있고 동시에 신호 및 타겟 특성의 더 나은 이해를 제공할 수 있다. SPAD는 "파일업(pileup)"이라 불리는 효과의 신호 전력 및 시간적 분포에 따라 광학 신호에 다양한 수준의 왜곡을 부과할 수 있다. 파일업 시나리오에서 모두 단일 픽셀로서 작용하는 많은 SPAD는 강력한 반사 신호 펄스의 선단 에지에서 트리거될 수 있으며, 이로써 반사 신호의 후단 에지 상에서 트리거하기에 가용한 SPAD의 개수를 감소시키게 되는데, 이는 픽셀 내의 SPAD의 퍼센티지 증가가 그 초기 트리거 이후의 데드 타임 상태에 갇히기 때문이다. 약한 신호 시나리오에서는, 더 균일한 개수의 SPAD가 반사 신호 펄스의 지속 기간에 걸쳐 트리거하며 반사 펄스 형상은 보다 정확하게 디지털화된다. 각각이 상이한 신호 파일업 정도로 조정된 다수의 매칭 필터 프로파일을 실행함으로써, 수신 신호에 최상으로 매칭하는 필터 프로파일이 반사 펄스에 대해 보다 일관된 신호 검출을 달성할 수 있고 더 정확한 수신 시간을 추정할 수 있다. 더 정확한 시간 추정은 거리(레인징) 측정의 정확도를 직접 향상시킬 수 있다. 수신 신호와 최상으로 매칭하는 프로파일을 갖는 보간 필터의 제2 뱅크를 사용함으로써 추가적인 정확도를 얻을 수 있다.
다른 예로서, 전송 펄스는 누적 신호(예를 들어, 트리거된 광검출기의 히스토그램)가 바람직한 특성(예를 들어, 자기상관 특성(autocorrelation properties))을 갖는 패턴을 갖도록 코딩될 수 있다. 누적 신호는 다수의 펄스 트레인, 하나 이상의 펄스 각각에 해당할 수 있으며, 여기서 각각의 펄스 트레인은 상이한 시간 간격에 해당할 수 있다(예를 들어, 한 펄스 트레인은 다음 펄스 트레인이 전송되기 전에 전송되고 검출된다). 코딩은 상이한 시간 간격 동안 전송된 펄스 트레인에 상이한 가중치(예를 들어, 양의 가중치 또는 음의 가중치)를 할당함으로써 달성될 수 있다. 이러한 가중치는 바커(Barker) 코드 또는 보다 복잡한 직교 코드인 누적 신호를 초래할 수 있다. 이와 같은 코딩 펄스는, 각각이 상이한 코드를 사용할 수 있기 때문에, 이웃하는 광 레인징 시스템으로부터의 간섭을 감소시킬 수 있다. 또한, 특정 코드는 예를 들어 네거티브 사이드 로브(side lobes)와 함께 포지티브 피크를 제공하는 매칭 필터를 사용하여, 수신 펄스의 시간 위치를 검출하기 위한 높은 정확도를 제공할 수 있다.
다른 예로서, 상이한 펄스 트레인은 서로로부터 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 펄스 트레인은 (예를 들어, 스태거(stagger)를 위해) 이전 펄스 트레인에 대해 (예를 들어, 누적 신호의 시간 분해능보다 작게) 오프셋될 수 있어서, 증가된 시간 분해능을 제공할 수 있다. 누적 신호가 상이한 펄스 트레인에 걸쳐 디지털화 신호로 구성된 히스토그램인 경우, 오프셋은 펄스가 히스토그램의 상이한 시간 빈(bin) 안에 기록되도록 펄스를 스태거할 수 있다. 이러한 스태거는 시간 빈의 시작 부분에서 검출된 펄스와 시간 빈의 종료 부분에서 검출된 펄스의 구별을 가능하게 하여, 시간 분해능을 증가시킨다.
다른 예로서, 감광자의 광검출기(예를 들어, SPAD) 세트의 작동은 미리 검출된 광자의 결정된 강도 수준에 응답하여 변경될 수 있다. 결정된 강도 수준은 (예를 들어, 회전하는 라이더 시스템의 유사한 각도 위치 또는 시간적으로 근접한) 특정 미래 측정에 대한 추정치로서 사용될 수 있다. 다양한 구현예에서, 작동 상태의 변화는 (예를 들어, 유용한 신호를 제공할 것으로 기대되지 않는 광검출기의 전력을 오프 상태로 전환시키거나 감소시킴으로써) 전력 사용을 개선시키거나 (예를 들어, 광검출기가 유용한 신호를 제공하도록 감쇠 수준을 변경시킴으로써) 광검출기의 동적 범위를 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 상이한 광검출기는 광자를 검출하기 위해 상이한 감도 수준을 가질 수 있으며, 예를 들어, 일부 광검출기는 다른 광검출기보다 광자를 더 자주 검출할 수 있다. (예를 들어, 배경 광원으로부터) 강한 신호가 수신되면, 고감도 광검출기(예를 들어, 다른 근처의 광검출기에 비해 더 높은 응답성 또는 절대 응답성과 같은 강한 신호 수준을 제공하는 것)가 오프 상태로 전환될 수 있다; 이러한 광검출기는 항상 트리거하므로 이들의 신호는 객체에서 반사되는, 어떠한 검출 펄스에도 해당하지 않는다. 유사하게, 약한 감도를 갖는 광검출기는 신호가 약할 때 오프 상태로 전환될 수 있는데, 이는, 예를 들어, 그러한 광검출기는 약한 신호에 대해 트리거하지 않기 때문이다. 이러한 방식으로, 특정 시간 및/또는 위치에 대해 의미있는 신호를 제공하지 않을 광검출기의 작동을 감소시킴으로써 에너지를 절약할 수 있고, 검출기는 그 왜곡없는 동적 범위를 확장시킬 수 있다.
다른 예로서, 단일 집적 회로는 감광자뿐만 아니라 신호 처리 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 집적 회로의 타이밍 회로는 광자가 검출되는 시간을 결정할 수 있고, 히스토그램 회로는 측정의 다수의 검출 시간 간격에 걸쳐 다수의 검출된 광자를 누적시킬 수 있다.
본 발명의 이들 및 다른 실시예가 아래에서 상세히 설명된다. 예를 들어, 다른 실시예는 본 명세서에 기술된 방법과 연관된 시스템, 장치, 및 컴퓨터 판독 가능 매체에 관한 것이다.
하기 상세한 설명 및 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예의 속성 및 이점에 대한 더 나은 이해가 가능할 수 있다.
도 1a 및 1b는 일부 실시예에 따른, 본 명세서에서 라이더 시스템으로도 지칭되는, 자동차 광 레인징 장치를 도시한다.
도 2는 다양한 실시예를 구현하기 위한 예시적인 라이더 장치의 블록도를 도시한다.
도 3은 실시예에 의해 개선될 수 있는 전형적인 라이더 시스템의 작동을 도시한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 광 레인징 시스템에 대한 광 전송 및 검출 프로세스의 예시적인 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센서 어레이 및 관련 전자 장치의 다양한 스테이지를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 히스토그램을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 선택된 픽셀에 대한 다수의 펄스 트레인에 걸친 히스토그램의 누적을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 감광자로부터 출력된 3가지 상이한 유형의 디지털화 신호 프로파일을 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 매칭 필터를 원시(raw) 히스토그램에 적용하기 위한 일련의 위치를 도시한다.
도 10a 내지 10c는 본 발명의 실시예에 따른 상이한 코딩 펄스 유형에 의해 생성된 매칭 필터 응답(필터링된 출력)의 유형을 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 코딩 펄스 광학 시스템(CPOS)의 작동을 예시하는 예시적인 개략도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른, 양의 값과 음의 값을 갖는 코딩 펄스 트레인을 제공하는 2개의 이진 코딩 펄스 세기 및 이들의 차이를 도시한다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 코딩 펄스 광학 시스템(CPOS)을 도시한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른, 광학 측정 시스템에서 코딩 펄스를 사용하는 방법(1400)을 설명하는 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른, 원시 히스토그램에 적용된 복수의 프로파일 필터를 도시한다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 상이한 제2 수준 프로파일 필터를 제1 수준 필터로부터의 필터링된 출력에 적용하는 것을 도시한다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른, 중간(moderate) 파일업 신호에 적용되는 2 수준의 필터를 사용하는 프로세스 흐름을 예시하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따라 원시 히스토그램에 상이한 보간 필터를 적용하는 것을 도시한다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른, 다수의 거친 필터를 사용하는 2-수준 필터링 방식을 설명하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른, 코딩 펄스에 기인하는 원시 히스토그램, 매칭 필터 및 상응하는 필터 출력을 도시한다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 최대 윈도우 결과를 도시한다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따라 상이한 폭을 갖는 다수의 거친 프로파일 필터를 적용하는 것을 도시한다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 필터링 광학 시스템을 도시한다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른, 광 레인징 시스템의 프로파일 필터를 이용하여 레인징을 수행하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 25a는 현장(scene)을 조사(illuminate)하기 위해 라이더 시스템에서 전형적으로 사용되는 단일 스퀘어 펄스를 도시한다. 도 25b는 약간의 노이즈가 있는 반사 펄스를 도시한다. 도 25c는 본 발명의 실시예에 따른, 반사 펄스의 상승 에지에서 검출된 높은 파일업 신호를 도시한다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 결과 히스토그램의 SPAD 신호를 도시한다.
도 27a 및 27b는 오직 하나의 빈 만이 주목할 만한 값을 가지는 히스토그램을 생성하는, 서로에 대해 지연된 상이한 펄스 트레인의 2개의 펄스 예를 도시한다.
도 28a 및 28b는 본 발명의 실시예에 따른, 검출된 높은 파일업 펄스가 다수의 시간 빈에 걸쳐 있도록 상이한 펄스 트레인의 방출 펄스를 스태거하는 예를 도시한다.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 광 레인징 시스템에서 스태거된 펄스를 이용하여 레인징을 수행하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 30a는 본 발명의 실시예에 따른, 단일 픽셀 감광자를 형성하는 16개의 광검출기(3002)(예를 들어, SPAD)의 규칙적인 구성을 도시한다. 도 30b는 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 감쇠 수준을 갖는 16개의 광검출기의 구성을 도시한다. 도 30c는 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 감쇠 수준 및 상이한 활성 작동을 갖는 16개의 광검출기의 구성을 도시한다.
도 31은 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 각도에서 상이한 조명 조건에 있는 픽셀 센서에 대한 상이한 검출기 구성을 도시한다.
도 32는 본 발명의 실시예에 따른, 주변의 광검출기가 중앙 영역의 광검출기와 상이한 작동 상태를 갖는 구성을 도시한다.
도 33은 본 발명의 실시예에 따른, 구성 가능한 광학 시스템을 도시한다.
도 34는 본 발명의 실시예에 따라 구성 가능한 광 레인징 시스템을 사용하여 레인징을 수행하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 35는 본 발명의 실시예에 따른, 광 레인징 시스템의 컴팩트한 광학 시스템을 도시한다.
도 2는 다양한 실시예를 구현하기 위한 예시적인 라이더 장치의 블록도를 도시한다.
도 3은 실시예에 의해 개선될 수 있는 전형적인 라이더 시스템의 작동을 도시한다.
도 4는 일부 실시예에 따른 광 레인징 시스템에 대한 광 전송 및 검출 프로세스의 예시적인 예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센서 어레이 및 관련 전자 장치의 다양한 스테이지를 도시한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 히스토그램을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 선택된 픽셀에 대한 다수의 펄스 트레인에 걸친 히스토그램의 누적을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른, 감광자로부터 출력된 3가지 상이한 유형의 디지털화 신호 프로파일을 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 매칭 필터를 원시(raw) 히스토그램에 적용하기 위한 일련의 위치를 도시한다.
도 10a 내지 10c는 본 발명의 실시예에 따른 상이한 코딩 펄스 유형에 의해 생성된 매칭 필터 응답(필터링된 출력)의 유형을 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 코딩 펄스 광학 시스템(CPOS)의 작동을 예시하는 예시적인 개략도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른, 양의 값과 음의 값을 갖는 코딩 펄스 트레인을 제공하는 2개의 이진 코딩 펄스 세기 및 이들의 차이를 도시한다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 코딩 펄스 광학 시스템(CPOS)을 도시한다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른, 광학 측정 시스템에서 코딩 펄스를 사용하는 방법(1400)을 설명하는 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른, 원시 히스토그램에 적용된 복수의 프로파일 필터를 도시한다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따라 상이한 제2 수준 프로파일 필터를 제1 수준 필터로부터의 필터링된 출력에 적용하는 것을 도시한다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른, 중간(moderate) 파일업 신호에 적용되는 2 수준의 필터를 사용하는 프로세스 흐름을 예시하는 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시예에 따라 원시 히스토그램에 상이한 보간 필터를 적용하는 것을 도시한다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른, 다수의 거친 필터를 사용하는 2-수준 필터링 방식을 설명하는 도면이다.
도 20은 본 발명의 실시예에 따른, 코딩 펄스에 기인하는 원시 히스토그램, 매칭 필터 및 상응하는 필터 출력을 도시한다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 최대 윈도우 결과를 도시한다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따라 상이한 폭을 갖는 다수의 거친 프로파일 필터를 적용하는 것을 도시한다.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 필터링 광학 시스템을 도시한다.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른, 광 레인징 시스템의 프로파일 필터를 이용하여 레인징을 수행하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 25a는 현장(scene)을 조사(illuminate)하기 위해 라이더 시스템에서 전형적으로 사용되는 단일 스퀘어 펄스를 도시한다. 도 25b는 약간의 노이즈가 있는 반사 펄스를 도시한다. 도 25c는 본 발명의 실시예에 따른, 반사 펄스의 상승 에지에서 검출된 높은 파일업 신호를 도시한다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 결과 히스토그램의 SPAD 신호를 도시한다.
도 27a 및 27b는 오직 하나의 빈 만이 주목할 만한 값을 가지는 히스토그램을 생성하는, 서로에 대해 지연된 상이한 펄스 트레인의 2개의 펄스 예를 도시한다.
도 28a 및 28b는 본 발명의 실시예에 따른, 검출된 높은 파일업 펄스가 다수의 시간 빈에 걸쳐 있도록 상이한 펄스 트레인의 방출 펄스를 스태거하는 예를 도시한다.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 광 레인징 시스템에서 스태거된 펄스를 이용하여 레인징을 수행하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 30a는 본 발명의 실시예에 따른, 단일 픽셀 감광자를 형성하는 16개의 광검출기(3002)(예를 들어, SPAD)의 규칙적인 구성을 도시한다. 도 30b는 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 감쇠 수준을 갖는 16개의 광검출기의 구성을 도시한다. 도 30c는 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 감쇠 수준 및 상이한 활성 작동을 갖는 16개의 광검출기의 구성을 도시한다.
도 31은 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 각도에서 상이한 조명 조건에 있는 픽셀 센서에 대한 상이한 검출기 구성을 도시한다.
도 32는 본 발명의 실시예에 따른, 주변의 광검출기가 중앙 영역의 광검출기와 상이한 작동 상태를 갖는 구성을 도시한다.
도 33은 본 발명의 실시예에 따른, 구성 가능한 광학 시스템을 도시한다.
도 34는 본 발명의 실시예에 따라 구성 가능한 광 레인징 시스템을 사용하여 레인징을 수행하는 방법을 예시하는 흐름도이다.
도 35는 본 발명의 실시예에 따른, 광 레인징 시스템의 컴팩트한 광학 시스템을 도시한다.
용어
용어 "레인징(ranging)"은, 특히 차량 작동을 보조하거나 환경을 측정하기 위한 방법 및 장치와 관련하여 사용될 때, 하나의 장소 또는 위치로부터 다른 장소 또는 위치까지의 거리 또는 거리 벡터를 결정하는 것을 지칭할 수 있다. "광 레인징"은 레인징 방법 또는 기능을 수행하기 위해 전자기파를 사용하는 유형의 레인징 방법을 지칭할 수 있다. 따라서, "광 레인징 장치"는 광 레인징 방법 또는 기능을 수행하기 위한 장치를 지칭할 수 있다. "라이더(Lidar)" 또는 "라이더(LIDAR)"는 펄스 레이저 광으로 타겟을 조사한 후 센서로 반사 펄스를 측정함으로써 타겟까지의 거리를 측정하는 유형의 광 레인징 방법을 지칭할 수 있다. 따라서, "라이더 장치 "또는 "라이더 시스템"은 라이더 방법 또는 기능을 수행하기 위한 유형의 광 레인징 장치를 지칭할 수 있다. "광 레인징 시스템"은 하나 이상의 광 레인징 장치, 예를 들어 라이더 장치를 포함하는 시스템을 지칭할 수 있다. 시스템은 하나 이상의 다른 장치 또는 구성 요소를 다양한 구성으로 더 포함할 수 있다.
"펄스 트레인"은 함께 송신되는 하나 이상의 펄스를 지칭할 수 있다. 펄스 트레인의 방출 및 검출은 "샷(shot)"이라고 지칭될 수 있다. 샷은 "검출 시간 간격"(또는 "검출 간격")에 걸쳐 발생할 수 있다.
"측정"은 각각이 검출 시간 간격동안 지속하는, N개의 샷에 걸쳐 방출되고 검출되는 N개의 다중 펄스 트레인을 포함할 수 있다. 전체 측정은 측정 시간 간격(또는 단순히 "측정 간격")을 초과할 수 있으며, 이는 측정의 N개의 검출 간격과 같거나, 예를 들어 검출 간격 사이에 일시 중지가 발생하는 경우, 더 길 수 있다.
"감광자"는 광을 전기 신호로 변환시킬 수 있다. 감광자는 복수의 "광검출기", 예를 들어 SPAD를 포함할 수 있다. 감광자는 레인징 측정에서 특정 분해능의 픽셀에 해당할 수 있다.
"히스토그램"은 시간 빈에 걸쳐 구분되는, 시간에 따른 일련의 값을 나타내는 임의의 데이터 구조를 지칭할 수 있다. 히스토그램은 각 시간 빈에 할당된 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 히스토그램은 하나 이상의 검출 간격 각각에서 특정 시간 빈 동안 발사된 다수의 광검출기의 카운터를 저장할 수 있다. 다른 예로서, 히스토그램은 상이한 시간에서의 아날로그 신호의 디지털화에 해당할 수 있다. 광검출기가 신호를 생성하고 그 신호가 히스토그램을 생성하는 데 사용될 때, 광검출기는 "활성 작동(active operation)" 상태에 있을 수 있다. 히스토그램은 신호(예를 들어, 펄스) 및 노이즈를 포함할 수 있다. 따라서, 히스토그램은 광자 시계열 또는 광자 플럭스로서 신호와 노이즈의 조합으로 간주될 수 있다. 원시/디지털화 히스토그램(또는 누적 광자 시계열)에는 필터링없이 메모리에 디지털화된 신호 및 노이즈가 포함될 수 있다. "필터링된 히스토그램"은 원시 히스토그램이 필터를 통과한 후의 출력을 지칭할 수 있다.
방출된 신호/펄스는 "정격(nominal)", "이상(ideal)" 또는 "템플릿" 펄스 또는 왜곡되지 않은 펄스 트레인을 지칭할 수 있다. 반사된 신호/펄스는 객체로부터 반사된 레이저 펄스를 지칭할 수 있고 왜곡될 수 있다. 디지털화 신호/펄스(또는 원시 신호)는 메모리에 저장된 바와 같은 검출 간격의 하나 이상의 펄스 트레인의 검출로부터의 디지털화된 결과를 지칭할 수 있고, 따라서 히스토그램의 일부와 동등할 수 있다. 검출된 신호/펄스는 신호가 검출된 메모리에서의 위치를 지칭할 수 있다. 검출된 펄스 트레인은 매칭 필터에 의해 발견된 실제 펄스 트레인을 지칭할 수 있다. 예상 신호 프로파일은 반사된 신호에서 특정 왜곡을 갖는 특정 방출 신호로부터 발생하는 디지털화 신호의 형태를 지칭할 수 있다.
본 개시물은 전반적으로 객체 검출 및 레인징 분야에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 실시간 3차원 매핑 및 객체 검출, 추적 및/또는 분류와 같은 애플리케이션을 위한 전파시간 광학 수신기 시스템의 사용에 관한 것이다. 본 발명의 다양한 실시예에 의해 다양한 개선이 실현될 수 있다. 이러한 개선은 정확성 증가, 노이즈 감소 및 에너지 효율 증가일 수 있다.
정확도를 증가시키기 위해, 일부 실시예는 기본적인 작동 특성(예를 들면, 데드 타임 및 사후 펄싱(after pulsing))으로 인한 측정 데이터 안으로의 비선형 왜곡을 해결할 수 있다. 예를 들어, 실시예는 연속적인 시간 빈에서 검출되는 상이한 광자 비율을 해결할 수 있다. 예를 들어, 광자를 검출한 후, SPAD는 데드 타임 기간(예를 들어, 1-100 ns)을 가지며, 그 이후에는 SPAD가 새로운 광자를 검출할 수 없다. 따라서, 강한 펄스는 감광자의 많은 SPAD가 한 번에 발사하게 할 수 있지만, 발사된 SPAD의 개수는 데드 타임 동안 감소할 수 있으며, 그 결과 디지털화 신호의 프로파일이 정상 펄스에 대해서와 다르게 된다. 광자 검출 비율의 이러한 변화는 반사 펄스가 수신되는 정확한 시간을 결정하는데 오류를 야기할 수 있다. 예를 들어, 신호가 대략적인 스퀘어 펄스로부터 왜곡될 수 있기 때문에, 광 펄스의 수신 시간을 결정하는 것이 어려울 수 있어서, 객체로부터의 거리를 결정하는 것을 어렵게 할 수 있다. 이러한 상이한 광자 검출 비율은 다른 유형의 광검출기에서도 발생할 수 있다. 이러한 상이한 프로파일을 해결하기 위해, 실시예는 (예를 들어, 단지 디지털화 신호의 피크가 아니라 반사된 펄스의 정확한 수신 시간을 결정하기 위해) 상이한 프로파일을 가진 필터를 사용하여 최상의 매칭 필터를 선택할 수 있다.
(예를 들어, 배경 광 또는 근처의 라이더 장치로 인한 간섭으로부터의) 노이즈를 감소시키기 위해, 실시예는 상이한 검출 시간 간격에 걸쳐 상이한 코딩 펄스 패턴(펄스 트레인)을 전송할 수 있다. 상이한 코딩 펄스 패턴에는 상이한 가중치가 할당될 수 있어서, 바람직한 특성을 가질 수 있는 누적 신호의 용이 식별 가능한 패턴을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제1 전송 펄스 트레인은 5개의 시간 단위(시간 빈)에 걸쳐 {1,1,0,0,1}의 펄스 패턴을 가질 수 있다. 제2 전송 펄스 트레인은 {0,0,1,1,0}의 펄스 패턴을 가질 수 있다. 제1 펄스 트레인은 +1로 가중될 수 있고, 제2 펄스 트레인은 -1로 가중될 수 있으며, 이에 의해 소정 측정에 대해 {1,1,-1,-1,1}의 패턴을 갖는 누적 신호를 제공한다. 다른 복잡한 가중치 방식, 예를 들어, 비-정수(non-integer) 가중치 및 다른 차원(dimension)의 가중치를 사용할 수 있다. 추가적으로, 지연을 추가함으로써 상이한 펄스 패턴이 달성될 수 있는데, 예를 들어, {1, 1, 0,0}은 {0,1, 1, 0}의 상이한 펄스 패턴이 될 수 있다.
정확도를 더 높이기 위해, 특히 신호 펄스가 (예를 들어, 시간 빈의 분해능보다 더 높은 분해능까지) 단일 히스토그램 빈 만을 차지할 때, 측정 프로세스는 (예를 들어, 각각의 연속적인 펄스 트레인에 대한 동일한 오프셋에 의해) 연속적인 펄스 트레인을 스태거할 수 있으며, 이로써 다른 펄스 트레인의 디지털화된 펄스의 누적 히스토그램이 하나보다 많은 시간 빈에 걸치는 것을 보장한다. 이러한 방식으로, 제1 펄스가 시간 빈의 시작 부분, 중간 부분 또는 종료 부분에서 수신되었는지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 측정 분해능(예를 들어, 시간 빈의 폭)은 1 ns일 수 있고, 10개의 연속 펄스 트레인은 각각 이전 펄스 트레인에 비해 100 피코 초(picoseconds)만큼 지연될 수 있다. 따라서, 2개의 연속 시간 빈이 대략 동일한 검출 값(예를 들어, 제1 시간 빈에서 검출된 5개의 펄스 및 제2 시간 빈에서 검출된 5개의 펄스)을 갖는 경우, 제1 펄스는 제1 시간 빈의 중간 부분에 도달하는 선단 에지를 가질 것이다.
에너지 효율을 높이고 파일업으로 유도된 왜곡을 감소시키기 위해, 광검출기 세트의 작동은 이전에 검출된 광자의 강도 수준에 기초하여 변경될 수 있다. 결정된 강도 수준은 (예를 들어, 회전하는 라이더 시스템의 유사한 각도 위치 또는 시간적으로 근접한) 특정 미래 측정에 대해 다시 발생할 것으로 추정될 수 있다. 예로서, 작동 상태의 변화는 (예를 들어, 유용한 신호를 제공할 것으로 기대되지 않는 광검출기의 전력을 오프 상태로 전환시키거나 감소시킴으로써) 전력 사용을 개선시키거나, (예를 들어, 광검출기가 유용한 신호를 제공하도록 감쇠 수준을 변경함으로써) 광검출기의 동적 범위를 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 감광자의 다른 광검출기(예를 들어, SPAD)는 상이한 조명 환경에서는 상이하게 작동될 수 있다. 예를 들어, 중요한 배경 조명을 갖는 또는 강한 신호를 반사할 고 반사도 표면에 수직으로 향하는 방향에서, 민감한 광검출기는 그 전력 수준이 감소(예를 들어, 오프 상태로 전환)될 수 있는데, 이는 만약 그렇지 않다면 광검출기가 신속하게 발사하여, 적은 레인징 정보를 제공하게 되거나 또는 많은 양의 전력을 소비하게 될 것이기 때문이다. 낮은 감도를 갖는 광검출기의 작동 상태 변경은 다른 환경에서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 약한 신호를 갖는 방향에서 이러한 약한 광검출기는 결코 발사하지 않을 수 있으며, 따라서 이러한 약한 광검출기의 감쇠 수준이 감소될 수 있어서, 광검출기가 낮은 광속 환경에서 광자를 검출할 수 있게 한다.
동일한 집적 회로 상에 감광자(예를 들어, 각각의 SPAD 집합(collection)) 및 신호 처리 구성 요소를 가짐으로써 추가적인 이점(예를 들어, 비용 및 크기)을 실현할 수 있다. 예를 들어, 집적 회로의 타이밍 회로는 광자가 검출되는 시간을 결정할 수 있고 히스토그램 회로는 측정의 다수의 검출 시간 간격에 걸쳐 검출된 펄스의 값을 누적할 수 있다. SPAD 또는 이와 유사한 광검출기를 사용하면 이러한 모든 회로를 단일 집적 회로 상에 결합하는 능력을 제공할 수 있다.
아래의 섹션에서는 예시적인 자동차 라이더 시스템을 소개하고, 이어서 광 레인징 시스템에 의해 신호를 검출하는 예시적 기술을 설명하며, 이후 여러 실시예가 더욱 상세하게 설명된다.
I. 예시적인 자동차 라이더 시스템
도 1a 및 1b는 일부 실시예에 따른, 본 명세서에서 라이더 시스템으로도 지칭되는, 자동차 광 레인징 장치를 도시한다. 라이더 시스템을 위한 자동차 애플리케이션은 여기서 단지 설명의 목적으로 선택되었으며, 본 명세서에 설명된 센서는 다른 유형의 차량, 예를 들어 보트, 항공기, 기차 등 뿐만 아니라, 의료 영상, 휴대 전화, 증강 현실, 측지학, 지형학, 고고학, 지리학, 지질학, 지형학, 지진학, 임업, 대기 물리학, 레이저 유도, 항공 레이저 스와쓰 매핑(ALSM), 및 레이저 고도측정법과 같이 3D 깊이 이미지가 유용한 다양한 다른 애플리케이션에 사용될 수 있다. 일부 실시예에 따르면, 라이더 시스템, 예를 들어 스캐닝 라이더 시스템(101) 및/또는 솔리드 스테이트 라이더 시스템(103)은 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이 차량(105)의 지붕 상에 장착될 수 있다.
도 1a에 도시된 스캐닝 라이더 시스템(101)은 스캐닝 아키텍처를 사용할 수 있으며, 라이더 광원(107) 및/또는 검출기 회로(109)의 배향은 차량(105) 외부에 있는 외부 필드 또는 현장 내의 하나 이상의 시야(110) 주위로 스캐닝될 수 있다. 스캐닝 아키텍처의 경우, 방출된 광(111)은 도시된 바와 같이 주변 환경에 걸쳐 스캐닝될 수 있다. 예를 들어, 라이더 시스템(101)에 위치된 하나 이상의 광원(예컨대, 적외선 또는 근적외선 펄스 IR 레이저, 도시되지는 않음)의 출력 빔(들)은 차량 주위의 현장을 조사하기 위해 스캐닝, 예를 들어 회전될 수 있다. 일부 실시예에서, 회전 화살표(115)로 표시되는 스캐닝은, 예를 들어, 광 방출기를 회전 칼럼 또는 플랫폼에 장착함으로써, 기계적 수단에 의해 구현될 수 있다. 일부 실시예에서, 스캐닝은 검류계의 사용과 같은 다른 기계적 수단을 통해 구현될 수 있다. 칩 기반 조향 기술은 또한, 예를 들어, 디지털 마이크로미러(digital micromirror; DMD) 장치, 디지털 광 프로세싱(digital light processing; DLP) 장치 등과 같은 하나 이상의 MEMS 기반 반사기를 사용하는 마이크로칩을 이용함으로써 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 스캐닝은, 예를 들어 하나 이상의 광학 위상 어레이를 조향하기 위해 전자 신호를 사용함으로써, 비기계적 수단을 통해 수행될 수 있다.
도 1b에 도시된 솔리드 스테이트 라이더 시스템(103)과 같은 고정식 아키텍쳐에 대해서는, 하나 이상의 솔리드 스테이트 라이더 서브시스템(예를 들어, 103a 및 103b)이 차량(105)에 장착될 수 있다. 각각의 솔리드 스테이트 라이더 유닛은 (가능하게는 유닛들 사이에 부분적으로 겹치는 및/또는 겹치지 않는 시야를 가지면서) 상이한 방향을 향할 수 있어서, 각각의 유닛이 자체적으로 캡처할 수 있는 것보다 큰 복합 시야를 캡처할 수 있다.
스캐닝 또는 고정식 아키텍쳐 중 어느 하나에서, 현장 내의 객체는 라이더 광원으로부터 방출되는 광 펄스의 일부를 반사할 수 있다. 하나 이상의 반사된 부분은 라이더 시스템으로 다시 이동하여 검출기 회로에 의해 검출될 수 있다. 예를 들어, 반사 부분(117)은 검출기 회로(109)에 의해 검출될 수 있다. 검출기 회로는 방출기와 동일한 하우징에 배치될 수 있다. 스캐닝 시스템 및 고정식 시스템의 양태는 상호 배타적이지 않으므로 조합하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 1b의 개별 라이더 서브시스템(103a 및 103b)이 광학 위상 어레이와 같은 조향 가능한 방출기를 사용할 수 있거나 또는 복합 유닛 전체가 기계적인 수단을 통해 회전할 수 있으며, 이에 의해 라이더 시스템 전방의 전체 현장을, 예를 들어 시야(119)에서 시야(121)까지 스캐닝할 수 있다.
도 2는 일부 실시예에 따른 회전식 라이더 시스템(200)의 보다 상세한 블록도를 도시한다. 보다 구체적으로, 도 2는 고정식 회로 기판으로부터 전력 및 데이터를 수신(및 전송)할 수 있는, 회전식 회로 기판 상에 회전식 액츄에이터를 사용할 수 있는 회전식 라이더 시스템을 선택적으로 설명한다.
라이더 시스템(200)은 사용자 인터페이스(215)의 하나 이상의 인스턴시에이션(instantiations)과 상호 작용할 수 있다. 사용자 인터페이스(215)의 상이한 인스턴시에이션은 변할 수 있고, 예를 들어 모니터, 키보드, 마우스, CPU 및 메모리를 갖는 컴퓨터 시스템; 자동차의 터치 스크린; 터치 스크린을 갖는 핸드헬드 장치; 또는 임의의 다른 적절한 사용자 인터페이스를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(215)는 라이더 시스템(200)이 장착되는 객체에 로컬로 위치할 수 있지만 원격으로 작동되는 시스템일 수도 있다. 예를 들어, 라이더 시스템(200)으로/라이더 시스템(200)으로부터의 명령 및 데이터는 셀룰러 네트워크(LTE 등), 개인 영역 네트워크(블루투스, 지그비 등), 로컬 영역 네트워크(WiFi, IR 등), 또는 인터넷과 같은 광역 네트워크를 통해 라우팅될 수 있다.
하드웨어 및 소프트웨어의 사용자 인터페이스(215)는 장치로부터 사용자에게 라이더 데이터를 제시할 수 있지만, 사용자가 하나 이상의 명령으로 라이더 시스템(200)을 제어하는 것도 가능하게 할 수 있다. 예시적인 명령으로는 라이더 시스템을 활성화 또는 비활성화하고, 광검출기 노출 수준, 바이어스, 샘플링 지속 기간 및 다른 작동 파라미터(예를 들어, 방출된 펄스 패턴 및 신호 처리)를 지정하고, 밝기와 같은 광 방출기 파라미터를 지정하는 명령이 포함될 수 있다. 또한, 명령은 사용자가 결과를 표시하기 위한 방법을 선택하게 할 수 있다. 사용자 인터페이스는 예를 들어 단일 프레임 스냅샷 이미지, 지속적으로 업데이트된 비디오 이미지, 및/또는 일부 또는 모든 픽셀에 대한 다른 광 측정의 디스플레이를 포함할 수 있는 라이더 시스템 결과를 디스플레이할 수 있다. 일부 실시예에서, 사용자 인터페이스(215)는 차량으로부터 객체의 거리(근접)를 추적하고, 잠재적으로는 운전자에게 경고를 제공하거나 운전자의 수행능력 분석을 위해 그러한 추적 정보를 제공할 수 있다.
일부 실시예에서, 라이더 시스템은 차량 제어 유닛(217)과 통신할 수 있으며, 수신된 라이더 데이터에 기초하여 차량의 제어와 관련된 하나 이상의 파라미터가 수정될 수 있다. 예를 들어, 완전 자율 주행 차량에서 라이더 시스템은 내비게이션을 보조하기 위해 차량 주변 환경의 실시간 3D 이미지를 제공할 수 있다. 다른 경우에, 라이더 시스템은, 예를 들어 임의의 개수의 상이한 시스템에, 예를 들어 적응형 순항 제어, 자동 주차, 운전자 졸림 모니터링, 측후방 모니터링(blind spot monitoring), 충돌 방지 시스템 등에 3D 이미지 데이터를 제공할 수 있는 안전 시스템의 일부로서 또는 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)의 일부로서 사용될 수 있다. 차량 제어 유닛(217)이 광 레인징 장치(210)에 통신 가능하게 결합될 때, 운전자에게 경보가 제공되거나 객체의 근접성에 대한 추적이 이루어질 수 있다.
도 2에 도시된 라이더 시스템(200)은 광 레인징 장치(210)를 포함한다. 광 레인징 장치(210)는 레인징 시스템 제어기(250), 광 전송(Tx) 모듈(240) 및 광 감지(Rx) 모듈(230)을 포함한다. 레인징 데이터는, 광 전송 모듈(240)로부터 하나 이상의 광 펄스(249)를 광 레인징 장치 주변의 시야 내의 객체로 전송함으로써, 광 레인징 장치에 의해 생성될 수 있다. 전송된 광의 반사 부분(239)은 약간의 지연 시간 후에 광 감지 모듈(230)에 의해 검출된다. 지연 시간에 기초하여, 반사 표면까지의 거리가 결정될 수 있다. 예를 들어, 연속파, 도플러 등과 같은 다른 레인징 방법도 사용될 수 있다.
Tx 모듈(240)은, 방출기의 1차원 또는 2차원 어레이일 수 있는 방출기 어레이(242) 및 Tx 광학 시스템(244)을 포함하며, 이들은 함께 구성될 때 마이크로 광학 방출기 채널의 어레이를 형성할 수 있다. 방출기 어레이(242) 또는 개별 방출기는 레이저 소스의 예이다. Tx 모듈(240)은 프로세서(245) 및 메모리(246)를 더 포함한다. 일부 실시예에서, 펄스 코딩 기술, 예를 들어 바커 코드(Barker codes) 등이 사용될 수 있다. 그러한 경우에, 메모리(246)는 광이 언제 전송되어야 하는지를 나타내는 펄스 코드를 저장할 수 있다. 일 실시예에서, 펄스 코드는 메모리에 저장된 일련의 정수로서 저장된다.
Rx 모듈(230)은 센서 어레이(236)를 포함할 수 있는데, 이는 예를 들어 감광자의 1차원 또는 2차원 어레이일 수 있다. 각각의 감광자(또한, 간단히 센서라고도 함)가 광검출기, 예를 들어 SPAD 등의 집합을 포함할 수 있거나, 센서가 단일 광자 검출기(예를 들어, APD)일 수 있다. Tx 모듈(240)과 마찬가지로, Rx 모듈(230)도 Rx 광학 시스템(237)을 포함한다. Rx 광학 시스템(237)과 센서 어레이(236)는 함께 구성되어 마이크로 광학 수신기 채널의 어레이를 형성할 수 있다. 각각의 마이크로 광학 수신기 채널은 주변 볼륨의 별개의 시야의 이미지 픽셀에 해당하는 광을 측정한다. 센서 어레이(236)의 각각의 센서(예를 들어, SPAD의 집합)는, 예를 들어 광 감지 모듈(230) 및 광 전송 모듈(240)의 기하학적 구성의 결과로서, 방출기 어레이(242)의 특정 방출기에 해당할 수 있다.
일 실시예에서, Rx 모듈(230)의 센서 어레이(236)는 (예를 들어, CMOS 기술을 사용하여), 광자 검출기의 어레이 및 상기 어레이 내의 개별 광자 검출기(또는 검출기 그룹)로부터의 원시 히스토그램을 신호 처리하기 위한 ASIC(231)을 모두 포함하는 단일 기판 상의 모놀리식 장치(monolithic device)의 일부로서 제조된다. 신호 처리의 예로서, 각각의 광자 검출기 또는 광자 검출기의 그룹에 대해, ASIC(231)의 메모리(234)(예를 들어, SRAM)는 연속적인 시간 빈에 걸쳐 검출된 광자의 카운트(counts)를 누적할 수 있고, 함께 고려된 이들 시간 빈은 반사된 광 펄스의 시계열(즉, 광자의 카운트 대 시간)을 재생성하는데 사용될 수 있다. 이러한 집합된 광자 카운트의 시계열은 본 명세서에서 세기 히스토그램(또는 간단히 히스토그램)으로 지칭된다. ASIC(231)은 매칭 필터 및 피크 검출 처리를 구현하여 시간적으로 리턴 신호를 식별할 수 있다. 또한, ASIC(231)은 멀티 프로파일 매칭 필터링과 같은 특정 신호 처리 기술을 (예를 들어, 프로세서(238)에 의해) 달성하여 SPAD 포화(saturation) 및 ??칭(quenching)으로 인해 발생할 수 있는 펄스 형태 왜곡에 덜 민감한 광자 시계열을 복구하는데 도움을 줄 수 있다. 일부 실시예에서, 이러한 필터링의 전부 또는 일부는 FPGA로 구현될 수 있는 프로세서(258)에 의해 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, Rx 광학 시스템(237)은 또한 각 수신기 채널 층에 대해 별도의 기판 층을 갖는, ASIC과 동일한 모놀리식 구조의 일부일 수 있다. 예를 들어, 조리개 층, 조준 렌즈 층, 광학 필터 층 및 광검출기 층은 다이싱(dicing) 전에 웨이퍼 수준에서 적층 및 접합될 수 있다. 조리개 층은 투명 기판의 상부에 불투명 기판을 놓거나 투명 필름을 불투명 필름으로 코팅함으로써 형성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, Rx 모듈(230)의 하나 이상의 구성 요소는 모놀리식 구조의 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, 조리개 층은 핀홀(pin-holes)을 갖는 별도의 금속 시트로서 구현될 수 있다.
일부 실시예에서, ASIC으로부터 출력된 광자 시계열은 추가 프로세싱을 위해 레인징 시스템 제어기(250)로 전송되며, 예를 들어, 데이터는 레인징 시스템 제어기(250)의 하나 이상의 인코더에 의해 인코딩된 후 데이터 패킷으로서 사용자 인터페이스(215)로 전송될 수 있다. 레인징 시스템 제어기(250)는 예를 들어, FPGA와 같은 프로그램 가능 논리 소자를 ASIC 또는 ASIC의 일부로서 사용하는 것, 메모리(254)를 갖는 프로세서(258)를 사용하는 것, 및 이들의 일부 조합을 포함하는 여러 방식으로 실현될 수 있다. 레인징 시스템 제어기(250)는 고정식 베이스 제어기와 함께 작동하거나, (미리 프로그램된 명령을 통해) 베이스 제어기에 독립적으로 작동하여, 광 검출의 시작 및 정지와 광검출기 파라미터의 조정을 포함하는 명령을 전송함으로써 광 감지 모듈(230)을 제어할 수 있다. 유사하게, 레인징 시스템 제어기(250)는 다른 광 방출기 파라미터(예를 들어, 펄스 코드)를 조정할 수 있는 제어 및 광 방출 제어의 시작 및 정지를 포함하는 명령을 전송하거나, 베이스 제어기로부터 명령을 중계함으로써 광 전송 모듈(240)을 제어할 수 있다. 일부 실시예에서, 레인징 시스템 제어기(250)는 광 감지 모듈(230) 및 광 전송 모듈(240)과 데이터를 교환하기 위한 하나 이상의 유선 인터페이스 또는 커넥터를 갖는다. 다른 실시예에서, 레인징 시스템 제어기(250)는 광 통신 링크와 같은 무선 인터커넥트을 통해 광 감지 모듈(230) 및 광 전송 모듈(240)과 통신한다.
전기 모터(260)는 시스템 구성 요소, 예를 들어 TX 모듈(240) 또는 Rx 모듈(230)이 회전할 필요가 있을 때 필요한 선택적인 구성 요소이다. 시스템 제어기(250)는 전기 모터(260)를 제어하여, 회전을 시작하고, 회전을 중지하며 회전 속도를 변경할 수 있다.
II. 반사 펄스 검출
감광자는 반사된 펄스를 검출하기 위해 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 감광자는 어레이로 배열될 수 있고, 각각의 감광자는 광검출기(예를 들어, SPAD)의 어레이를 포함할 수 있다. 검출 간격 동안 전송되는 상이한 패턴의 펄스(펄스 트레인)가 또한 아래에서 설명된다.
A. 전파 시간 측정 및 검출기
도 3은 실시예에 의해 개선될 수 있는 전형적인 라이더 시스템의 작동을 도시한다. 레이저는 짧은 지속 시간의 광 펄스(310)를 생성한다. 가로축은 시간이고 세로축은 전력이다. 최대값의 반에서의 전체 폭(full-width half maximum; FWHM)으로 특징 지워지는 예시적인 레이저 펄스 지속 시간은 몇 나노초 정도이며, 단일 방출기의 피크 전력은 아래 도면에서 볼 수 있는 바와 같이 몇 와트 정도이다. 측면 방출기 레이저 또는 섬유 레이저를 사용하는 실시예는 훨씬 더 높은 피크 전력을 가질 수 있는 반면, 작은 직경의 VCSEL을 갖는 실시예는 수십 밀리 와트 내지 수백 밀리 와트의 피크 전력을 가질 수 있다.
펄스의 전송을 위한 시작 시간(315)이 펄스의 선단 에지와 일치할 필요는 없다. 도시된 바와 같이, 광 펄스(310)의 선단 에지는 시작 시간(315) 이후에 위치한다. 상이한 패턴의 펄스가 상이한 시간에 전송되는 상황에서 선단 에지가 상이한 것을 원할 수 있으며, 이는 코딩 펄스에 대해 아래에서 더 상세히 설명된다.
광학 수신기 시스템은 레이저가 시작되는 것과 동시에, 즉 시작 시간에 수신된 광의 검출을 시작할 수 있다. 다른 실시예에서, 광학 수신기 시스템은 펄스에 대한 시작 시간 이후의 알려진 시간인 나중에 시작될 수 있다. 광학 수신기 시스템은 초기에 배경 광(330)을 검출하고 얼마 후 레이저 펄스 반사(320)를 검출한다. 광학 수신기 시스템은 레이저 펄스 반사(320)를 식별하기 위해 검출된 광 세기를 임계치와 비교할 수 있다. 임계치는 레이저 펄스 반사(320)에 해당하는 광과 배경 광을 구별할 수 있다.
전파 시간(340)은 전송되는 펄스와 수신되는 펄스 사이의 시간 차이다. 시간 차이는 레이저 펄스 반사(320)의 수신 시간(예를 들어, 시작 시간에 대해 측정됨)으로부터 펄스의 전송 시간(예를 들어, 역시, 시작 시간에 대해 측정됨)을 차감함으로써 측정될 수 있다. 목표까지의 거리는 전파 시간과 광의 속도의 곱의 절반으로 결정될 수 있다.
레이저 장치로부터의 펄스는 상이한 시간에서 현장의 객체로부터 반사되고, 픽셀 어레이는 방사선 반사의 펄스를 검출한다.
B. 레이저 어레이 및 감광자 어레이를 사용한 객체 검출
도 4는 일부 실시예에 따른 광 레인징 시스템에 대한 광 전송 및 검출 프로세스를 설명하는 예를 도시한다. 도 4는 시스템을 둘러싸는 볼륨 또는 현장의 3차원 거리 데이터를 수집하는 광 레인징 시스템(예를 들어, 솔리드 스테이트 및/또는 스캐닝)을 도시한다. 도 4는 방출기와 센서 사이의 관계를 강조하기 위해 이상화된(idealized) 도면이고, 따라서 다른 구성 요소는 도시하지 않았다.
광 레인징 시스템(400)은 광 방출기 어레이(402)와 광 센서 어레이(404)를 포함한다. 광 방출기 어레이(402)는 광 방출기의 어레이, 예를 들어 방출기(403) 및 방출기(409)와 같은 VCSEL 어레이 등을 포함한다. 광 센서 어레이(404)는 감광자의 어레이, 예를 들어 센서(413 및 415)를 포함한다. 감광자는, 각각의 픽셀에 대해, SPAD 등과 같은 한 세트의 개별 광검출기를 사용하는 픽셀화된 광 센서일 수 있다. 그러나, 다양한 실시예는 임의의 유형의 광자 센서를 배치할 수 있다.
각각의 방출기는 그 이웃한 방출기로부터 약간 오프셋될 수 있고, 그 이웃한 방출기와는 다른 시야로 광 펄스를 전송하도록 구성될 수 있으며, 이로써 해당 방출기에만 관련된 각각의 시야를 조사할 수 있다. 예를 들어, 방출기(403)는 (하나 이상의 광 펄스로부터 형성된) 조사 빔(405)을 원형 시야(407) 내로 방출한다(그 크기는 명확성을 위해 과장되었음). 마찬가지로, 방출기(409)는 원형 시야(410) 내로 조사 빔(406)(방출기 채널이라고도 함)을 방출한다. 복잡함을 피하기 위해 도 4에는 도시되지 않았지만, 각각의 방출기는 그 해당하는 시야로 해당하는 조사 빔을 방출하여, 2D 어레이의 시야가 조사되게 한다(이 예에서는 21개의 개별 시야).
방출기에 의해 조사되는 각 시야는 레인징 데이터로부터 생성되는 해당하는 3D 이미지의 픽셀 또는 스폿(spot)으로 간주될 수 있다. 각각의 방출기 채널은 각각의 방출기에 특유할 수 있고 다른 방출기 채널과 중첩되지 않을 수 있다. 즉, 중첩되지 않는 시야 세트와 방출기 세트 사이에 일대일 매핑이 존재한다. 따라서, 도 4의 예에서, 시스템은 3D 공간에서 21개의 별개의 포인트를 샘플링할 수 있다. 하나의 방출기가 공간 내의 여러 포인트를 샘플링할 수 있도록 시간에 따라 방출기 빔의 각도 위치를 스캐닝함으로써 또는 더 고밀도의 방출기 어레이를 가짐으로써 고밀도의 포인트 샘플링이 달성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 스캐닝은 전체 방출기/센서 조립체를 회전시킴으로써 달성될 수 있다.
각 센서는 그 이웃 센서로부터 약간 오프셋될 수 있으며, 전술한 방출기와 같이, 각 센서는 센서 앞 현장의 다른 시야를 볼 수 있다. 또한, 각 센서의 시야는 각각의 방출기 채널의 시야와 실질적으로 일치(예를 들어, 중첩됨)하며 또한 동일한 크기이다.
도 4에서, 해당하는 방출기-센서 채널 사이의 거리는 시야 내의 객체까지의 거리에 비해 과장되어 있다. 실제로, 시야의 객체까지의 거리는 해당하는 방출기-센서 채널 사이의 거리보다 훨씬 크므로, 방출기로부터 객체로의 광의 경로는 객체로부터 센서까지 돌아오는 반사 광의 경로와 거의 평행하다(즉, 거의 "배면 반사된다(back reflected)"). 따라서, 시스템(400) 앞에는 개별적인 센서와 방출기의 시야가 중첩되는 거리의 범위가 존재한다.
방출기의 시야가 그들 각각의 센서의 시야와 중첩되기 때문에, 각각의 센서 채널은 이상적으로는 그 각각의 방출기 채널에서 유래되는 반사된 조사 빔을, 이상적으로는 크로스토크(cross-talk) 없이, 검출할 수 있다. 즉, 다른 조사 빔으로부터의 반사 광이 감지되지 않는다. 따라서, 각각의 감광자는 각각의 광원에 해당할 수 있다. 예를 들어, 방출기(403)는 원형 시야(407) 내로 조사 빔(405)을 방출하고 조사 빔 중 일부는 객체(408)로부터 반사된다. 이상적으로, 반사 빔(411)은 센서(413)에 의해서만 검출된다. 따라서, 방출기(403) 및 센서(413)는 동일한 시야, 예를 들어 시야(407)를 공유하고, 방출기-센서 쌍을 형성한다. 마찬가지로, 방출기(409) 및 센서(415)는 시야(410)를 공유하는 방출기-센서 쌍을 형성한다. 방출기-센서 쌍은 그 각각의 어레이에서 동일한 상대 위치에 있는 것으로 도 4에 도시되어 있지만, 임의의 방출기는 시스템에 사용된 광학 장치의 설계에 따라 임의의 센서와도 쌍을 이룰 수 있다.
레인징 측정 동안, 라이더 시스템을 둘러싸는 볼륨 주위에 분산된 다른 시야로부터의 반사 광은 여러 센서에 의해 수집되고 처리되어, 각각의 시야의 임의의 객체에 대한 레인지 정보를 생성한다. 전술한 바와 같이, 광 방출기가 정밀하게 시간이 정해진 펄스를 방출하고, 펄스의 반사는 일정 시간 경과 후에 각각의 센서에 의해 검출되는 전파시간 기술이 사용될 수 있다. 이후 방출과 검출 사이의 경과 시간 및 알려진 광의 속도가 반사 표면까지의 거리를 계산하는데 사용된다. 일부 실시예에서, 레인지에 추가하여 반사 표면의 다른 특성을 결정하기 위해 추가 정보가 센서에 의해 획득될 수 있다. 예를 들어, 펄스의 도플러 편이는 센서에 의해 측정될 수 있고 센서와 반사 표면 사이의 상대 속도를 계산하는데 사용될 수 있다. 펄스 강도는 타겟 반사도를 추정하는데 사용될 수 있고, 펄스 형상은 타겟이 단단하거나 확산성 물질(diffuse material)인지를 결정하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 라이더 시스템은 방출기 및 센서 채널의 비교적 큰 2D 어레이로 구성될 수 있고 솔리드 스테이트 라이더로서 작동할 수 있다. 즉, 라이더 시스템은 방출기 및/또는 센서의 배향을 스캐닝할 필요가 없이 레인지 데이터의 프레임을 획득할 수 있다. 다른 실시예에서, 방출기 및 센서는 스캐닝(예를 들어 축을 중심으로 회전)될 수 있어서, 센서 및 방출기 세트의 시야가 주변 볼륨의 전체 360도 영역(또는 360도 영역의 일부 유용한 부분)을 샘플링하도록 보장할 수 있다. 예를 들어, 소정의 미리 정의된 기간에 걸쳐, 스캐닝 시스템으로부터 수집된 레인지 데이터는 이후 하나 이상의 깊이 이미지 또는 3D 포인트 클라우드로 추가 처리될 수 있는 하나 이상의 데이터 프레임으로 후처리될 수 있다. 깊이 이미지 및/또는 3D 포인트 클라우드는 3D 매핑 및 내비게이션 애플리케이션에서 사용하기 위해 맵 타일로 추가 처리될 수 있다.
C. 감광자의 다수의 광검출기
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 센서 어레이 및 관련 전자 장치의 다양한 스테이지를 도시한다. 어레이(510)는 각각 다른 픽셀에 해당하는 감광자(515)를 도시한다. 어레이(510)는 스태거된 어레이일 수 있다. 이 특정 예에서, 어레이(510)는 18x4 감광자이다. 어레이(510)는, 스위핑(sweeping)에 맞게 구현이 수정될 수 있기 때문에, 고분해능(예를 들어, 72x1024)를 달성하기 위해 사용될 수 있다.
어레이(520)는 어레이(510)의 일부를 확대하여 도시한다. 확인할 수 있는 바와 같이, 각각의 감광자(515)는 복수의 광검출기(525)로 구성된다. 픽셀의 광검출기로부터의 신호는 집합적으로 해당 픽셀의 측정에 기여한다.
일부 실시예에서, 각 픽셀은 픽셀 자체의 동적 범위를 증가시키는 다수의 SPAD 유닛을 갖는다. 각각의 SPAD는 바이어싱, ??칭 및 재충전을 위한 아날로그 초단 회로(front end circuit)를 가질 수 있다. SPAD는 일반적으로 항복 전압보다 큰 바이어스 전압으로 바이어스된다. 적합한 회로는 애벌랜치 전류의 선단 에지를 감지하고 애벌랜치 축적과 동기되는 표준 출력 펄스를 생성하며, 항복 전압 아래로 바이어스를 낮추어 애벌랜치를 ??칭하고, 광다이오드를 작동 수준으로 복원시킨다.
SPAD가 그 로컬 영역에서 충전율(fill factor)을 최대화하도록 위치될 수 있거나, 마이크로렌즈 어레이가 사용될 수 있으며, 이는 픽셀 수준에서 높은 광학 충전율을 가능하게 한다. 따라서, 이미저(imager) 픽셀은 픽셀 검출기의 효율을 증가시키기 위해 SPAD의 어레이를 포함할 수 있다. 개구를 통과하여 마이크로 렌즈에 의해 시준된 광선을 확산시키기 위해 확산기가 사용될 수 있다. 캔 확산기는 동일한 픽셀에 속하는 모든 SPAD가 일부 방사선을 받는 방식으로 시준된 광선을 확산시키는 역할을 한다.
도 5는 광자(532)를 검출하는 특정 광검출기(530)(예를 들어, SPAD)를 추가로 도시한다. 검출에 응답하여, 광검출기(530)는 전하 캐리어(전자 또는 정공)의 애벌랜치 전류(534)를 생성한다. 임계치 회로(540)는 애벌랜치 전류(534)를 임계치와 비교함으로써 애벌랜치 전류를 컨디셔닝한다. 광자가 검출되고 광검출기(530)가 적절하게 기능할 때, 애벌랜치 전류(534)는 비교기 임계치 위로 상승하고 임계치 회로(540)는 SPAD 전류 애벌랜치의 정확한 시간을 나타내는 시간적으로 정확한 이진 신호(545)를 생성하며, 이는 계속해서 광자 도착의 정확한 측정치가 된다. 광자 도달에 대한 전류 애벌랜치의 상관 관계는 나노초의 분해능으로 발생할 수 있어, 높은 타이밍 분해능을 제공한다. 이진 신호(545)의 상승 에지는 픽셀 카운터(550)에 의해 래치(latch)될 수 있다.
이진 신호(545), 애벌랜치 전류(534), 및 픽셀 카운터(550)는 하나 이상의 SPAD로 구성되는 감광자에 의해 제공될 수 있는 데이터 값의 예이다. 데이터 값은 복수의 광검출기 각각으로부터의 각각의 신호로부터 결정될 수 있다. 각각의 신호 각각은 임계치과 비교되어 해당하는 광검출기가 트리거되는지 여부를 결정할 수 있다. 애벌랜치 전류(534)는 아날로그 신호의 예이고, 따라서 각 신호는 아날로그 신호일 수 있다.
픽셀 카운터(550)는 주기 신호(560)에 의해 제어되는 바와 같이 특정 시간 빈(예를 들어 1, 2, 3 ns 등의 시간 윈도우) 동안 하나 이상의 광자에 의해 트리거된 소정 픽셀에 대한 광검출기 개수를 카운트하기 위해 이진 신호(545)를 사용할 수 있다. 픽셀 카운터(550)는 소정 측정을 위해 복수의 시간 빈 각각에 대한 카운터를 저장할 수 있다. 각각의 시간 빈에 대한 카운터 값은 0에서 시작하여 광자 검출을 나타내는 이진 신호(545)에 기초하여 증분될 수 있다. 카운터는 픽셀의 임의의 광검출기가 그러한 신호를 제공할 때 증분할 수 있다.
주기 신호(560)는 위상 고정 루프(PLL)나 지연 고정 루프(DLL) 또는 클럭 신호를 생성하는 임의의 다른 방법에 의해 생성될 수 있다. 주기 신호(560) 및 픽셀 카운터(550)의 조직 구성(coordination)은 시간-디지털 변환기(Time-to-Digital Converter; TDC)로서 작용할 수 있는데, 상기 변환기는 이벤트를 인식하고 상기 변환기가 발생시킨 시간의 디지털 표현을 제공하는 장치이다. 예를 들어, TDC는 각각의 검출된 광자 또는 광학 펄스에 대한 도착 시간을 출력할 수 있다. 측정 시간은 절대 시간이 아닌 두 이벤트(예를 들어, 시작 시간 및 검출된 광자 또는 광학 펄스) 사이의 경과 시간일 수 있다. 주기 신호(560)는 픽셀 카운터(550)를 포함하는 메모리의 뱅크 사이를 스위칭하는 비교적 빠른 클록(clock)일 수 있다. 메모리 내 각각의 레지스터(register)는 하나의 히스토그램 빈에 해당할 수 있으며 클럭은 샘플링 간격에서 이들 사이를 전환할 수 있다. 따라서, 이진 값은 각각의 신호가 임계치보다 클 때 히스토그램 회로에 대한 트리거를 나타낼 수 있다. 히스토그램 회로는 복수의 광검출기에 걸쳐 이진 값을 집계하여 특정 시간 빈 동안 트리거된 다수의 광검출기를 결정할 수 있다.
시간 빈은, 예를 들어 도 3의 시작 시간(315)에서, 시작 신호에 대해 측정될 수 있다. 따라서, 시작 신호 직후의 시간 빈에 대한 카운터는 배경 신호, 예를 들어 배경 광(330)에 해당하는 낮은(low) 값을 가질 수 있다. 마지막 시간 빈은 소정 펄스 트레인에 대한 검출 시간 간격(샷(shot)이라고도 함)의 종료 부분에 해당할 수 있으며, 이는 다음 섹션에서 더 설명된다. 시작 시간 이후의 주기 신호(560)의 사이클 수는 애벌랜치 전류(534)의 상승 에지가 검출된 광자를 나타낼 때에 대한 타임 스탬프로서 작용할 수 있다. 타임 스탬프는 픽셀 카운터(550)에서 특정 카운터에 대한 시간 빈에 해당한다. 이러한 작동은 포토다이오드(예를 들어, 애벌랜치 포토 다이오드(avalanche photodiode, APD))에 뒤따르는 단순한 아날로그-디지털 변환기(ADC)와 다르다. 시간 빈의 각각의 카운터는 히스토그램에 해당할 수 있으며, 이는 아래에서 더 상세히 설명된다. 따라서, APD는 제한된 이득을 갖는 입력 광학 신호를 위한 선형 증폭기인 반면, SPAD는 시간 윈도우에서 발생하는 트리거 이벤트에 대해 예/아니오의 이진 출력을 제공하는 트리거 장치이다.
D. 펄스 트레인
레인징은 또한 하나 이상의 펄스를 포함하는 것으로 정의된 펄스 트레인을 사용하여 수행될 수 있다. 펄스 트레인 내에서 펄스 개수, 펄스 폭 및 펄스 사이의 지속 시간(통칭하여 펄스 패턴이라고 함)은 다음과 같은 여러 가지 인자에 기초하여 선택될 수 있다:
1 - 최대 레이저 듀티 사이클. 듀티 사이클은 레이저가 온 상태에 있는 시간의 비율이다. 펄스 레이저의 경우, 이는 위에서 설명한 바와 같은 FWHM과 소정 기간 동안 방출된 펄스 개수에 의해 결정될 수 있다.
2 - 눈 안전 한계. 이는 라이더 시스템의 방향으로 바라보게 되는 행인의 눈을 손상시키지 않으면서 장치가 방출할 수 있는 방사선의 최대량에 의해 결정된다.
3 - 전력 소비. 이는 방출기가 현장을 조사하기 위해 소비하는 전력이다.
예로서, 펄스 트레인의 펄스 사이의 간격은 한자릿수 또는 10 자리의 나노초 정도일 수 있다.
한 번의 측정 기간 동안 다수의 펄스 트레인이 방출될 수 있다. 각각의 펄스 트레인은 상이한 시간 간격에 해당할 수 있어서, 예를 들어, 후속 펄스 트레인은 이전 펄스 트레인의 반사 펄스를 검출하기 위한 시간 한계가 만료될 때까지 방출되지 않는다.
소정 방출기 또는 레이저 장치에 대해, 펄스 트레인의 방출 사이의 시간은 최대 검출 가능 범위를 결정한다. 펄스 트레인 A가 시간 에서 방출되고, 펄스 트레인 B가 시간 에서 방출되면, 이후에 검출된 반사 펄스 트레인을 펄스 트레인 A에 할당하지 않아야 하는데, 이는 이들이 펄스 트레인 B로부터의 반사일 가능성이 훨씬 더 크기 때문이다. 따라서, 광의 속도와 펄스 트레인 사이의 시간은 시스템 범위 상의 최대 한계를 정의한다.
샷(펄스 트레인의 방출 및 검출) 사이의 시간은 전체 펄스 트레인이 약 150 m 떨어진 먼 객체로 이동한 후 되돌아 갈 수 있기에 충분한 시간이 될 수 있도록 1 μs 정도일 수 있다.
III. 광검출기로부터의 히스토그램 신호
라이더 시스템의 하나의 작동 모드는 시간 상관 단일 광자 카운팅(TCSPC)이며, 이는 주기적 신호에서 단일 광자를 카운팅하는 것에 기초한다. 이 기술은 라이더 시스템에 적합한 낮은 수준의 주기 방사선에 잘 작용한다. 이 시간 상관 카운팅은, 도 5에 대해 설명되는 바와 같이, 도 5의 주기 신호(560)에 의해 제어될 수 있으며 시간 빈을 사용할 수 있다.
A. 히스토그램 생성
주기 신호의 주파수는 신호의 데이터 값이 측정되는 시간 분해능을 지정할 수 있다. 예를 들어, 주기 신호의 사이클 당 각각의 감광자에 대해 하나의 측정된 값이 얻어질 수 있다. 일부 실시예에서, 측정 값은 해당 사이클 동안 트리거된 광검출기의 개수일 수 있다. 주기 신호의 시간 주기는 시간 빈에 해당하며, 여기서 각각의 사이클은 상이한 시간 빈이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 히스토그램(600)을 도시한다. 수평 축은 시작 시간(615)에 대해 측정된 시간 빈에 해당한다. 전술한 바와 같이, 시작 시간(615)은 펄스 트레인의 시작 시간에 해당할 수 있다. 펄스 트레인 및 검출 시간 간격 중 하나 또는 모두에 대한 시작 시간과 펄스 트레인의 제1 펄스의 상승 에지 사이의 임의의 오프셋이 여기서 전파 시간 측정에 사용될 수신 시간을 결정하는데 고려될 수 있다. 세로 축은 트리거된 SPAD 개수에 해당한다. 특정 실시예에서, 수직 축은 APD를 따르는 ADC의 출력에 해당할 수 있다. 예를 들어, APD는 SPAD의 데드 타임 기반 효과보다는 일정한 최대 신호와 같은 전통적인 포화 효과를 나타낼 수 있다. SPAD 및 APD 모두에 대해 일부 효과가 발생할 수 있어서, 예를 들어 SPAD 및 APD 모두에 대해 급경사 표면의 펄스 번짐(smearing)이 발생할 수 있다.
각각의 시간 빈에 대한 카운터는 히스토그램(600)의 다른 막대에 해당한다. 초기 시간 빈에서의 카운터는 비교적 낮으며 배경 노이즈(630)에 해당한다. 일부 포인트에서, 반사 펄스(620)가 검출된다. 해당 카운터는 훨씬 더 크며, 배경과 검출된 펄스를 구별하는 임계치보다 클 수 있다. (디지털화 후의) 반사 펄스(620)는 4개의 시간 빈에 해당하는 것으로 도시되며, 이는 유사한 폭의 레이저 펄스, 예를 들어 시간 빈이 각각 1 ns 일 때는 4 ns 펄스로부터 야기될 수 있다. 그러나, 아래에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 시간 빈의 개수는 예를 들어 레이저 펄스의 입사각에서 특정 객체의 특성에 기초하여 변할 수 있다.
반사 펄스(620)에 해당하는 시간 빈의 시간적 위치가, 예를 들어 시작시간(615)에 대해, 수신 시간을 결정하는데 사용될 수 있다. 아래에 더 상세히 설명되는 바와 같이, 매칭 필터는 펄스 패턴을 식별하여 신호 대 노이즈 비를 효과적으로 증가시킬 뿐만 아니라 수신 시간을 보다 정확하게 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 수신 시간 결정의 정확도는 단일 시간 빈의 시간 분해능보다 작을 수 있다. 예를 들어, 1 ns의 시간 빈의 경우, 해당 분해능은 약 15cm에 해당할 것이다. 그러나, 단지 몇 센티미터의 정확도를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
따라서, 검출된 광자는, 예를 들어 시작 시간(615)으로 나타낸 바와 같이, 시작 신호에 대한 그 도착 시간에 기초하여 증가되는 히스토그램의 특정 시간 빈을 야기할 수 있다. 시작 신호는 측정 중에 다수의 펄스 트레인이 전송되도록 주기적일 수 있다. 각각의 시작 신호는 레이저 펄스 트레인에 동기화될 수 있으며, 여기서 다수의 시작 신호는 다수의 펄스 트레인이 다수의 검출 간격을 통해 전송되게 한다. 따라서, 시간 빈(예를 들어, 시작 신호 후 200 내지 201 ns)이 각각의 검출 간격에 대해 발생할 것이다. 히스토그램은 카운트를 누적할 수 있으며, 여기서 특정 시간 빈의 카운트는 모두가 다수의 샷에 걸쳐 해당 특정 시간 빈에서 발생하는 측정 데이터 값의 합에 해당한다. 검출된 광자가 이러한 기술에 기초하여 히스토그램화되는 경우, 신호 대 노이즈 비가 수행된 샷의 개수의 제급근만큼 신호 펄스 트레인보다 큰 리턴 신호를 초래한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른, 선택된 픽셀에 대한 다수의 펄스 트레인에 걸친 히스토그램의 누적을 도시한다. 도 7은 3개의 검출된 펄스 트레인(710, 720 및 730)을 도시한다. 각각의 검출된 펄스 트레인은 동일한 양의 시간에 의해 분리된 동일한 패턴의 2개의 펄스를 갖는 전송된 펄스 트레인에 해당한다. 따라서, 각각의 검출된 펄스 트레인은, 주목할 만한 값을 갖는 2개의 시간 빈에 의해 도시된 바와 같이, 동일한 펄스 패턴을 갖는다. 다른 시간 빈에 대한 카운터는 설명을 용이하게 하기 위해 도시되지 않았지만, 다른 시간 빈은 비교적 낮은 0이 아닌 값을 가질 수 있다.
제1 검출 펄스 트레인(710)에서, 시간 빈(712 및 714)에 대한 카운터는 동일하다. 이는 2개의 시간 빈 동안 광자를 검출하는 동일한 개수의 광검출기로부터 야기될 수 있다. 또는, 다른 실시예에서, 2개의 시간 빈 동안 대략 동일한 개수의 광자가 검출된다. 다른 실시예에서, 하나보다 많은 연속된 시간 빈이 연속적인 0이 아닌 값을 가질 수 있다; 그러나 설명의 편의를 위해 개별적인 0이 아닌 시간 빈이 도시되었다.
시간 빈(712 및 714)은 각각 시작 시간(715) 후 458 ns 및 478 ns 에서 발생한다. 다른 검출된 펄스 트레인에 대해 디스플레이된 카운터는 그 각각의 시작 시간에 대해 동일한 시간 빈에서 발생한다. 이 예에서, 시작 시간(715)은 시간 0에서 발생하는 것으로 확인되지만, 실제 시간은 임의적이다. 제1 검출 펄스 트레인의 제1 검출 간격은 1 μs일 수 있다. 따라서, 시작 시간(715)으로부터 측정된 시간 빈의 개수는 1,000일 수 있다. 이 제1 검출 간격이 종료된 후에, 새로운 펄스 트레인이 전송되어 검출될 수 있다. 상이한 시간 빈의 시작 및 종료 부분은 클록 신호에 의해 제어될 수 있으며, 이는, 예를 들어 도 5에 도시된 바와 같이, 시간-디지털 변환기(TDC)로서 작용하는 부분 회로일 수 있다.
제2 검출 펄스 트레인(720)에 대해, 시작 시간(725)은, 예를 들어 제2 펄스 트레인이 방출될 수 있는, 1 μs이다. 이러한 개별적인 검출 간격은 제1 검출 간격의 시작 부분에서 전송된 임의의 펄스가 이미 검출되어서 제2 시간 간격에서 검출된 펄스에 대해 혼동을 야기하지 않도록 발생할 수 있다. 예를 들어, 샷 사이에 여분의 시간이 없다면, (약 1 μs의 샷주기를 가정하면) 회로는 200 m에 있는 역반사 정지 신호를 50 m에 있는 훨씬 약한 반사성 객체와 혼동할 수 있다. 펄스 트레인(710 및 720)에 대한 2개의 검출 시간 간격은 동일한 길이일 수 있고 각각의 시작 시간에 대해 동일한 관계를 가질 수 있다. 시간 빈(722 및 724)은 시간 빈(712 및 714)과 동일한 상대 시간 458 ns 및 478 ns에서 발생한다. 따라서, 누적 단계가 발생하면, 해당하는 카운터가 추가될 수 있다. 예를 들어, 시간 빈(712 및 722)에서의 카운터 값이 추가될 수 있다.
제3 검출 펄스 트레인(730)에 대해, 시작 시간(735)은, 예를 들어 제3 펄스 트레인이 방출될 수 있는, 2 μs이다. 시간 빈(732 및 734)은 또한 그 각각의 시작 시간(735)에 대해 458 ns 및 478 ns에서 발생한다. 예를 들어 객체로부터의 광 펄스의 산란 과정의 확률적 특성으로 인해서, 방출된 펄스가 동일한 전력을 갖더라도, 상이한 시간 빈에서의 카운터가 상이한 값을 가질 수 있다.
히스토그램(740)은, 역시 458 ns 및 478 ns에 해당하는, 시간 빈(742 및 744)에서의 세 개의 검출 펄스 트레인으로부터의 카운터의 누적을 도시한다. 히스토그램(740)은, 예를 들어, 시작 부분 또는 종료 부분의 시간 빈 또는 임계치보다 작은 값을 갖는 시간 빈을 뺀 결과로서, 각각의 검출 간격 동안 측정된 더 적은 개수의 시간 빈을 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 약 10-30개의 시간 빈이 펄스 트레인의 패턴에 따라 주목할 만한 값을 가질 수 있다.
예로서, 단일 히스토그램을 생성하기 위해 측정하는 동안 방출되는 펄스 트레인의 개수는 약 1-40(예를 들어, 24)개일 수 있지만, 훨씬 많을 수도, 예를 들어 50, 100, 또는 500개일 수도 있다. 측정이 완료되면 히스토그램에 대한 카운터가 재설정될 수 있고, 새로운 측정을 수행하기 위하여 펄스 트레인 세트가 방출될 수 있다. 다양한 실시예에서 그리고 각각의 지속 기간에서의 검출 간격의 개수에 따라, 측정은 매 25, 50, 100 또는 500 μs마다 수행될 수 있다. 일부 실시예에서, 측정 간격은 중첩될 수 있어서, 예를 들어 소정 히스토그램이 펄스 트레인의 특정 슬라이딩 윈도우에 해당할 수 있다. 이러한 예에서, 각각이 상이한 시간 윈도우에 해당하는 다수의 히스토그램을 저장하기 위한 메모리가 존재할 수 있다. 검출된 펄스에 적용되는 가중치는 각각의 히스토그램에 대해 동일할 수 있거나, 또는 이러한 가중치가 독립적으로 제어될 수 있다.
B. 픽셀 검출기로부터의 예시적인 신호 프로파일
다양한 조건 하에서, 상이한 수준의 반사된 또는 주변의 방사선이 광검출기(예를 들어, SPAD)에 도달할 수 있다. 이는 반사된 방사선을 인지할 때에 광검출기의 효율 및 정확도에 영향을 줄 수 있고, 따라서 현장에서 객체를 검출하고 현장을 재구성할 때에 라이더 시스템의 성능에 영향을 줄 수 있다. 정상적인 조건에서 그리고 많은 표면으로부터의 반사에 대해, 소정 기간 동안 하나의 광자를 검출할 확률은 1보다 훨씬 작다. 따라서, 라이더 시스템에서, 특정 시간 빈 동안은 광자가 없고, 일부 다른 빈에는 작은 신호가 존재한다.
그러나, 많은 양의 방사선이 감광자(예를 들어, SPAD와 같은 광검출기 집합) 상에 충돌할 때, 광학 펄스로부터, 히스토그램으로 디지털화된 펄스는, 펄스(직사각형 형태라고 가정)의 지속기간에 대해 보다 균일한 값을 갖는 대신에, 초기에 매우 높을 수 있고 이후에 감소할 수 있다. 예를 들어, 5개의 시간 빈의 폭을 갖는 소정의 광학 펄스에 대해, 거의 모든 광검출기가 제1 시간 빈에서 발사할 수 있다. 이 효과는 파일업(pileup)이라고 지칭할 수 있으며, 광검출기가 다른 광자를 검출할 수 없는 데드 타임을 갖는, SPAD와 같은, 이진 카운팅 광검출기에서 발생할 수 있다.
많은 개수의 광자가 픽셀에 충돌하여 픽셀의 SPAD의 대부분의 발사를 야기하고 펄스 폭의 작은 부분 내에서 그 데드 타임으로 들어가게 할 때, 높은 수준의 파일업이 발생한다. 결과적으로, 펄스 내의 나머지 광자는 픽셀에 의해 포착되지 않으며, SPAD는 신호의 정확한 광학 프로파일 및 크기를 해결하기 위해 제 시간에 회복되지 않는다. 이러한 상황에서 라이더 시스템에서 반사된 방사선의 정확한 양과 프로파일은 알려지지 않는다. 이들 문제점은 현장의 반사도가 높은 객체에서 반사되는 더 많은 양의 방사선 또는 높은 수준의 배경 방사선으로 인해 발생할 수 있다.
일부 실시예에 따르면, 픽셀 내의 광검출기의 집합에 의해 출력된 원시 히스토그램(예를 들어, 하나 이상의 펄스 트레인에 대한 히스토그램의 카운터)이 디지털화 신호의 하나 이상의 예상되거나 가능한 프로파일에 따라 필터링된다. 다른 수준의 파일업에 다른 프로파일 필터를 사용할 수 있다. 파일업 수준은 연속적인 시간 빈에 걸쳐 감광자에 의해 검출되는 상이한 광자 비율에 해당할 수 있다. 일부 구현예에서, 프로파일 필터가 저장될 수 있고 프로파일 유형을 식별하기 위해 사용될 수 있다. 이 유형은 시간을 보다 정확하게 결정하여 거리를 보다 정확하게 결정하거나 펄스 폭과 같은 다른 신호 특성을 결정하는 데 사용할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 감광자로부터 출력된 3가지 상이한 유형의 디지털화 신호 프로파일을 도시한다. 일부 실시예에서, 감광자는 SPAD의 집합일 수 있다. 프로파일은 히스토그램에 저장될 수 있으며, 이는 전술한 바와 같이 결정될 수 있다. 3개의 프로파일에서, 가로 축은 시간 빈에 해당하고, 세로 축은 특정 시간 빈 동안 감광자로부터 출력된 데이터 값(예를 들어, 발사된 SPAD 개수)에 해당한다. 이들 예시적 유형에는 파일업이 없는(또는 파일업이 낮은) 신호, 중간 파일업을 갖는 신호, 및 높은 파일업을 갖는 신호가 포함된다. 실제로, 많은(K) 다른 프로파일이 있을 수 있다.
상이한 유형의 디지털화 신호 프로파일은 상이한 비율의 검출 광자를 갖는다. 높은 비율의 검출 광자는 이후 시간 빈보다 초기 시간 빈 동안 더 많은 수의 광검출기가 트리거된다는 것에 해당할 수 있다. 낮은 비율은 이후의 시간 빈보다 초기 시간 빈 동안 거의 동일한 수의 광검출기가 트리거된다는 것에 해당한다.
낮은 파일업 프로파일(810)은 상대적으로 급격한 상승 및 하강을 가지며, 관찰된 일부 노이즈 수준을 제외하고는 이들 두 시간 사이에서 상당히 평평하게 남아 있는다. 이는 표면에서 반사되는 적은 개수의 광자의 특징이다. 낮은 파일업 프로파일은 정상적인 작동에 해당한다. 예를 들어, 객체에서 반사되는 광자는 몇 개의 시간 빈에 걸쳐서 충분히 적을 수 있어서, 동일한 SPAD가 그 데드 타임에 있을 때 여러 번 트리거하도록 시도하지 않는다. 이 경우, 반사된 스퀘어 펄스는 SPAD의 집합(예를 들어, 16 또는 32)에 의해 디지털화되어 히스토그램에서 스퀘어 프로파일을 생성한다. 예를 들어, 픽셀 당 32개의 SPAD가 존재하는 경우, 약 4개의 SPAD가 지속적으로 발사하면서, 4개의 SPAD가 임의의 소정 시간에 발사할 수 있다. 따라서, 이미 발사한 SPAD가 데드 타임에 있을지라도, 다른 SPAD는 여전히 사용 가능할 것이다. 따라서, 5-ns 펄스 지속기간에 걸쳐, SPAD의 절반 미만이 발사할 수 있다.
중간 파일업 프로파일(820)은 급격한 상승을 가지고 이에 뒤이어 시간이 흐름에 따라 배경 수준까지 돌아가는 꾸준한 감소가 이어진다. 데드 상태에 있지 않고 따라서 광자를 검출하는데 사용 가능한 SPAD의 개수는 광속이 너무 높기 때문에 더욱 급격하게 내려간다. 중간 파일업 프로파일(820)은 시간 빈 내에서 짧은 지속시간 동안 SPAD 상에 충돌하는 비교적 많은 수의 광자에 기인할 수 있다. 이는 배경 방사선에 의한 것일 수 있거나 또는 더 일반적으로는 상대적으로 반사성인 표면으로부터의 레이저 반사로 인한 것일 수 있다. 예로서, 첫 번째 나노초에 10개의 SPAD가 트리거되면, 다음 번 시간 빈에는 광자를 감지할 수 있는 10개의 더 적은 SPAD가 있다. 따라서, 픽셀 상의 실제 광속(850)이 점선으로 도시된 스퀘어 펄스라 하더라도, 디지털화된 펄스는 해당 픽셀에 대한 히스토그램에서 하방으로 기울어진다.
높은 파일업 프로파일(830)은 신호의 빠른 감소가 뒤따르는 매우 급격한 상승을 나타낸다. 모든 SPAD가 초기 나노초 이내에 트리거될 때 높은 파일업이 발생할 수 있다. 이는 결과적으로 큰 스파이크를 초래한다; 그리고 즉각적으로, 펄스가 또 다른 5 ns 동안 더 지속되더라도 추가 발사가 발생하지 않는다. 높은 수준의 파일업은, 이미징 장치로의 직접 되반사를 초래하는, 높은 반사성을 갖는 표면, 특히 레이저 소스로부터의 방사선 방출 축에 근접하고 직각인 표면으로부터의 높은 수준의 반사 신호로부터 발생할 수 있다.
상이한 신호의 수직 축의 스케일은 상이한 프로파일 간에 다를 수 있으며, 단지 설명을 위해 대략 동일한 스케일로 도시되었다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 더 많은 프로파일이 고려될 수 있다. 그리고 SPAD 외에도 다른 포토 다이오드가 모양을 왜곡시킬 수 있다. 예를 들어, 역 반사체가 APD를 포화시킬 수 있다. APD는 역 반사체로부터의 강한 펄스를 클립핑할(clip) 수 있는데, 이는 2개의 효과를 가질 것이다: 메모리의 디지털화 신호에 평평한 상단을 제공하는 효과 및 신호의 실제 최대값이 측정 가능하지 않으므로 신호의 최대치 절반에서의 유효 전체 폭을 증가시키는 2차 효과.
C. 상이한 신호 프로파일 검출과 관련된 문제점
매칭 필터는, 예를 들어 히스토그램과 매칭 필터의 컨볼루션(convolution)을 계산한 후, 검출 펄스의 가장 정확한 위치를 검출하는데 사용될 수 있으며, 여기서 컨볼루션의 최대값은 히스토그램에서 펄스의 위치에 해당한다. 매칭 필터는 비상관(uncorrelated) 노이즈 하에서 기지의 신호를 검출하기 위한 최적의 필터이다. 예를 들어, 도 3을 다시 참조하면, 배경 광(330)은 디지털화된 레이저 펄스 반사(320)와 매칭하는 형태를 갖는 매칭 필터에 의해서 최적으로 거부될 수 있다.
낮은 파일업 프로파일은 방출되는 레이저 펄스의 형태와 가장 근접하게 유사하다. 따라서, 레이저 펄스의 형태와 매칭하는 매칭 필터를 자연스럽게 사용할 수 있다. 디지털화 신호가 낮은 파일업 프로파일을 갖는 경우 이러한 필터는 가장 높은 정확도를 제공할 것이다. 그러나, 디지털화 신호가 다른 파일업(검출 비율)을 가지면 정확도가 감소한다.
파일업이 있는 경우에, 필터링된 신호는, 예를 들어 더 이른 시간으로, 시간 편이된다. 예를 들어, 높은 파일업 프로파일에 필터를 적용한 컨볼브 결과(convolved result)는, 피크의 위치가 펄스의 선단 에지인 경우에도 펄스의 중심에 피크를 제공할 것이다. 즉, 높은 파일업 상황에서, 디지털화 신호 모두는 펄스의 선단 에지 왼쪽 측면에 있게 된다. 방출 펄스와 유사한 폭의 직사각형이 검출된 높은 파일업 펄스에 매칭되면, 직사각형의 최상의 매칭은 실제 광속(850)에 매칭되었을 경우에 일어났을 것보다 더 빨리 발생한다.
몇 개의 빈의 편이(예를 들어, 5 ns 펄스 중심으로부터 왼쪽으로 2.5 ns)는 약 37cm의 오류를 일으킬 수 있으며, 이는 대부분의 3D 감지 애플리케이션에서는 허용될 수 없는 에러이다. 이는 자동차의 번호판에서 반사된 광에 대해 발생할 수 있으며, 여기서 자동차의 나머지 부분에서 반사된 광은 낮은 파일업을 가질 수 있다. 이로 인해 자동차 번호판이 자동차의 나머지 부분보다 더 가깝게 보이게 되어, 자율 주행 차량의 의사 결정이나 차량에 대한 경보/경고에 문제를 야기시킬 수 있다.
아래에 설명된 실시예에서, 파일업 또는 다른 예상 인자에 의해 부과된 왜곡을 보상하기 위해 상이한 프로파일 필터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 방출 펄스와 유사한 매칭 필터를 사용하여 원시 히스토그램을 단지 분석하는 대신에, 그 출력이 모두 직접적으로 비교될 수 있도록 필터 전력 모두가 동일한 필터 "전력"(필터 탭의 평균 평방근으로서 정의됨)으로 정규화되는 한, 각각 상이한 프로파일을 갖는 다수의 매칭 필터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 단지 하나 또는 두 개의 시간 빈 폭인 매칭 필터를 사용하여 높은 파일업 프로파일이 있는지 결정할 수 있다. 이러한 높은 파일업 필터로부터의 출력이 낮은 파일업 필터보다 (예를 들어, 원시 히스토그램을 갖는 필터의 컨볼루션에 의해 결정되는) 더 높은 최대값을 제공한다면, 수신 시간은 높은 파일업 필터를 이용하여 계산될 것이다. 더 자세한 내용은 이후 섹션에서 제공된다.
D. 매칭 필터 및 특정 펄스 패턴의 정확도 제한
전술한 바와 같이, 매칭 필터를 사용하여 검출 펄스의 시간적 위치(수신 시간)를 결정할 수 있다. 수신 시간은 이후 펄스의 총 전파 시간을 결정하는 데 사용될 수 있으며, 이는 이후 거리로 변환될 수 있다. 그러나, 감광자로부터의 디지털화 신호의 측정 정확도(예를 들어, 시간 빈의 분해능)는 측정된 거리의 정확도를 제한할 수 있다. 시간 빈의 너비보다 작은 분해능을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 목표를 달성하려면, 먼저 시간 빈의 시간 분해능 내에서 최상의 매칭을 식별해야 한다. 그러나, 노이즈로 인해, 최상의 매칭은 직전 또는 직후에 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하고 간섭을 감소시키기 위해, 다양한 펄스 패턴은, 소정 펄스 전력에 대해 필터 응답의 시간적 "선명도(sharpness)" 및 사이드로브 응답(sidelobe response)과 관련하여 다른 것에 비해 우수하다. 한가지 문제는 이러한 코딩 펄스(coded pulse)를 달성하는 방법이지만, 코팅 펄스의 이점이 먼저 설명된다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른, 매칭 필터를 원시 히스토그램에 적용하기 위한 일련의 위치를 도시한다. 필터가 원시 히스토그램에 걸쳐 슬라이딩(이동)할 때 일련의 위치가 슬라이딩 위치로 간주될 수 있다. 원시 히스토그램(902)은 단일 픽셀에 대한 검출 펄스 주변의 비교적 작은 시간 윈도우를 나타낸다. 필터(904)는 디지털화 펄스의 형태에 해당한다. 히스토그램(902) 및 필터(904) 모두는 표현의 용이성을 위해 이상적인 형태를 갖는다. 도 9의 좌측 상의 일련의 플롯은 히스토그램(902)에 대한 필터(904)의 상이한 위치를 도시한다. 필터(904)는 각각의 연속적인 플롯에서 하나의 시간 빈 만큼 편이된다.
히스토그램(902)에의 필터(904)의 적용에 의한 필터링된 출력은 도 9의 오른쪽에 표시된다. 막대 차트는 각각의 위치에서 필터(904)와 히스토그램(902) 사이의 중첩 수준을 도시한다. 필터링된 출력(910)은 필터(904)와 히스토그램(902) 사이의 중첩이 단지 하나의 시간 빈인 제1 위치에 해당한다. 필터링된 출력(910)의 수직 축은 임의의 단위의 중첩 량, 예를 들어, 히스토그램(902) 및 필터(904)의 해당하는 값의 곱셈의 합이다. 필터링된 출력(910)의 값은 필터(904)의 중심에 해당하는 시간 빈에 도시되어 있다. 이는 펄스 중심이 검출될 때 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 필터링된 출력의 값은 필터의 가장 왼쪽 빈에 해당하는 시간에 도시될 수 있다. 이는 펄스의 상승 에지가 검출될 때 수행될 수 있다. 상승 에지와 중심에 대한 값은 다른 값으로부터 유도될 수 있다. 예를 들어 펄스 트레인의 펄스가 상이한 폭일 때, 제1 필터 탭의 위치(기본적으로 상승 에지)를 정의하는 것이 더 쉬울 수 있다. 상이한 폭은, 예를 들어 도 8에 설명된 바와 같이, 검출 세기가 상이함으로 인해서, 또는 상이한 전송 폭에 기인할 수 있다.
필터링된 출력(920)은 중첩이 2개의 시간 빈인 제2 위치에 해당하고, 따라서 결과 값은 필터링된 출력(910)에서의 2배이다. 필터(904)가 하나의 시간 빈만큼 오른쪽으로 편이됨에 따라, 값은 필터링된 출력(910)과 상이한 시간 빈에 표시된 것으로 도시되어 있다. 필터링된 출력(930)은 중첩이 3개의 시간 빈인 제3 위치에 해당한다. 필터링된 출력(940)은 중첩이 4개의 시간 빈인 제4 위치에 해당한다. 필터링된 출력(950)은 중첩이 5개의 시간 빈인 안전한 위치에 해당한다. 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 제5 위치는 필터(904)와 히스토그램(902) 사이의 완전한 중첩에 해당하기 때문에 가장 높다.
최종 필터링된 출력(990)은 필터(904)와 히스토그램(902) 사이에 어느 정도 수준의 중첩을 갖는 9개의 위치 각각에서의 값을 나타낸다. 이러한 필터링된 출력은 검출 펄스의 수신된 시간에 해당하는 최대값을 식별하기 위해 분석될 수 있다. 다양한 구현예에서, 이 시간은 전파시간 측정의 일부로서 직접 기록되거나 수정될 수 있다(예를 들어, 선단 에지가 어디에 있을지를 식별할 수 있다).
도 10a 내지 10c는 본 발명의 실시예에 따른 상이한 코딩 펄스 유형에 의해 생성된 매칭 필터 응답(필터링된 출력)의 유형을 도시한다. 도 10a에서, 코딩 펄스(1010)는 5개의 시간 빈 간격 동안 온 상태에 있는 광학 송신기에 의해 형성된다. 매칭 필터 응답(1015)은 넓고(여러 시간 빈에 걸쳐 있음) 점진적 구배를 가지므로 매칭을 검출하고, 매칭의 진폭을 측정하고, 시간을 정확하게 결정하는 것이 어렵다. 매칭 필터 응답(1015)은 도 9의 최종 필터링된 출력(990)과 유사한 형태를 갖는다.
도 10b에서, 코딩 펄스(1020)는 광학 전송기를 5회 온 및 오프 상태로 전환시킴으로써 형성되고, 보다 정확한 레인지 결정을 허용하는 더 높은 주파수 성분을 갖는다. 도 10a 및 10b의 코딩 펄스는, 둘 다 5개의 시간 빈 간격 동안 온 상태이기 때문에 동일한 전력을 갖는다. 도 10b의 매칭 필터 응답(1025)은 다수의 사이드로브를 가져서 노이즈가 있을 때 사용하기가 어렵게 된다.
도 10c는 바커 코드의 예인 시퀀스 {1,1,1,-1,1}에 해당하는 코딩 펄스(1030)를 도시하며, 이는 시간적으로 타이트한 필터 피크를 유지하면서도 최소 또는 심지어 순전히 음인 사이드로브를 갖는 매칭 필터 응답을 생성하기 위하여 레이더에서 사용된다. 도 10c에서, 매칭 필터 응답(1035)은 코딩된 펄스와 가장 매칭하는 시간 빈 상에서 예리한 피크를 보여준다. 매칭 필터 응답(1035)의 피크 크기를 갖는 시간 빈은 반사된 코딩 펄스의 수신 시간을 계산하는데 사용될 수 있다.
피크 크기는 추가의 용도를 갖는다. 예를 들어, 매칭 필터 응답(1035)의 피크 크기는 반사된 코딩 펄스의 진폭을 계산하는데 사용될 수 있다. 매칭 필터 응답(1035)의 피크 크기는 (1) 반사된 코딩 펄스의 진폭의 제곱 및 (2) 필터의 폭 및 크기에 의존한다. 모든 필터가 동일한 전력을 가지면, 이들은 스케일링없이 직접 비교될 수 있다. 소정 필터에 대해, 상대 진폭은 피크 크기의 제곱근에 의해 주어진다. 반사된 코딩 펄스의 진폭은 상이한 유형의 반사 객체를 구별하는 데에 또는 목표 반사도의 절대 값을 추정하는데 유용하다.
이러한 코드가 바람직한 특성을 갖는 것으로 공지되어 있지만, 광 펄스에 대해 이러한 코딩을 달성하는 방법은 명확하지 않다. 전기적 애플리케이션에서는, 음의 전압이 있을 수 있지만, 광 펄스에 있어서는 음의 광자가 없다. 무선 주파수(RF)에서, 기술은, 예를 들어 이진 위상 편이 변조(BPSK)를 사용하여, 기준 신호에 비해 하나의 신호의 음의 위상을 사용한다. 그러나, 이러한 위상 차이는 광 펄스에 대한 실용적인 옵션이 아니다. 후술하는 바와 같이, 일부 실시예는 검출 시간 간격, 예를 들어 어느 펄스 트레인인지에 기초하여 가중치를 상이한 펄스에 할당할 수 있다. 예를 들어, 제1 펄스 트레인은 히스토그램에 누적될 때 제2 펄스 트레인과 다른 가중치를 가질 수 있다.
IV. 검출 간격에 기초한 코딩 펄스
광 레인징 시스템(코딩 펄스 광학 수신기 시스템이라고도 함)은 다수의 광 펄스를 전송할 수 있으며, 여기서 각각의 코딩 펄스는 광 세기에 의해 형성된, 임베딩된(embedded) 양의 값 펄스 코드를 포함한다. 시스템은 상이한 시간 빈에서 검출된 반사 광의 세기 히스토그램을 생성함으로써 배경 광의 존재 하에서 광 펄스의 시간적 위치 및/또는 진폭을 결정할 수 있다. 각각의 시간 빈에 대해, 시스템은 검출된 광의 세기에 따라 세기 히스토그램에 가중치 값을 추가한다. 가중치 값은 양수 또는 음수일 수 있으며 다양한 크기를 갖는다.
양의 값 펄스 코드의 상이한 조합을 선택하고 상이한 가중치를 적용함으로써, 시스템이 표준 디지털 신호 처리 알고리즘에 적합한 양의 값 및 음의 값 코드를 검출할 수 있다. 이 방식은 반사된 광 펄스의 측정된 시간적 위치에서 낮은 불확실성을 유지하면서 높은 신호 대 노이즈비를 제공한다.
A. 상이한 펄스 트레인에 대한 상이한 가중치
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 코딩 펄스 광학 시스템(CPOS)의 작동을 설명하는 예시적인 개략도(1100)이다. 코딩 펄스(1110)는 먼저 펄스 시간 간격(1160)(검출 간격이라고도 함) 동안 전송되고, 코딩 펄스(1120)는 펄스 시간 간격(1160) 이후의 시간에서 펄스 시간 간격(1165) 동안 전송된다. 코딩 펄스는 광학 전송기의 광 전송을 온 또는 오프로 전환시킴으로써 형성된다. 코딩 펄스(1110)는 시퀀스 0,1,0,1,1,0으로 표현될 수 있으며, 여기서 1은 광학 전송기가 온 상태(즉, 광을 전송함)임을 의미하고 0은 광학 전송기가 오프 상태임을 의미한다. 시퀀스 숫자는 연속적인 광 샘플링 간격에서 온/오프 값을 제공한다. 코딩 펄스(1120)는 코딩 펄스(1110)와 다른 펄스 코드를 갖는다. 코딩 펄스(1120)는 시퀀스 0,0,1,0,0,1로 표현될 수 있다. 코딩 펄스는 온 상태 또는 오프 상태를 가질 수 있으므로 이진 형태이다.
광 전송 모듈(광학 전송기) 및 광 감지 모듈(광학 수신기)은 동시에 시작하여 동일한 펄스 시간 간격 동안 활성화되도록 동기화될 수 있다. 코딩 펄스(1110)의 경우, 시작 신호(1101)의 결과로 동기화가 발생할 수 있다. 코딩 펄스(1110)의 경우, 시작 신호(1102)의 결과로 동기화가 발생할 수 있다. 시작 신호(1101 및 1102)는 시간이 측정되는 공통 시작 신호로 간주될 수 있다.
광 감지 모듈은 배경 광(1150) 및 반사된 코딩 펄스(1130 및 1140)를 검출한다. 수신된 코딩 펄스(1130)는 전송된 펄스 코드(1110)의 반사이다. 수신된 코딩 펄스(1140)는 전송된 펄스 코드(1120)의 반사이다. 광 감지 모듈은 수신된 광 세기를 디지털화하고 시간 빈 또는 히스토그램 빈이라고 불리는 각각의 광 샘플링 간격에 대해 광 세기 값을 생성한다. 이 특정 예에서, 펄스 트레인 사이의 광 전송 간격은, 예를 들어 히스토그램을 생성하기 위한, 광 감지 모듈의 광 샘플링 간격과 동일하다. 그러나, 광 전송 모듈에서의 광 전송 간격은 광학 수신기 시스템의 광 샘플링 간격과 상이할 수 있다.
시간 빈(1155)은 광학 수신기 시스템이 배경 광(1150)을 검출할 때의 광 샘플링 간격에 해당한다. 시간 빈(1135)은 광학 수신기 시스템이 코딩 펄스(1110)를 처음 검출할 때의 광 샘플링 간격에 해당한다. 시간 빈(1145)은 광학 수신기 시스템이 코딩 펄스(1120)를 처음 검출할 때의 광 샘플링 간격에 해당한다. CPOS는 수신된 디지털화된 광 세기에 펄스 가중치를 (곱셈을 통해) 적용하여 가중된 데이터 값(1175)을 획득한다. 이 예에서, CPOS는 펄스 시간 간격(1160) 동안 +1의 펄스 가중치를 적용하고 펄스 시간 간격(1165) 동안 -1의 펄스 가중치를 적용한다. 따라서, 시간 빈(1135)에 대해 가중된 광 세기 값은 양의 값이고 시간 빈(1145)에 대해 가중된 광 세기 값은 음의 값이다.
이전 섹션에서 설명한 바와 같이, 광 감지 모듈은 시간 빈 당 하나의 누적된 값을 갖는 세기 히스토그램을 유지할 수 있다. 광 감지 모듈은 초기에 세기 히스토그램 누적 값을 0으로 설정한다. 펄스 시간 간격(1160 및 1165) 동안, 광 감지 모듈은 가중된 광 세기 값을 세기 히스토그램의 상응하는 시간 빈의 기존 값에 더한다. 따라서, 펄스 시간 간격(1160)에서의 제1 코딩 펄스에 대해, 히스토그램의 모든 값이 0에서 시작되었기 때문에 세기 히스토그램 값은 가중된 광 세기 값과 동일하게 설정된다. 펄스 시간 간격(1165)에서의 제2 코딩 펄스에 대해, 가중된 광 세기 값은 기존의 세기 히스토그램 값으로부터 차감된다. 펄스 시간 간격(1165) 동안, 2개의 펄스 시간 간격의 배경 광 세기는 서로 상쇄되어 세기 히스토그램의 값의 크기를 감소시키는 경향이 있다. 결과는 히스토그램(1170)이다.
CPOS는 필요에 따라 코딩 펄스를 반복함으로써 그 검출 및 레인징 정확도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 광 세기 히스토그램은 타입 1의 2개의 코딩 펄스 및 타입 2의 2개의 코딩 펄스로부터의 결과를 누적할 수 있다. 코딩 펄스 유형(즉, 유형 1,2,1,2 또는 1,1,2,2)의 순서는 종종 검출 및 범위 정확도에 거의 영향을 미치지 않는다. 일 실시예에서, 코딩 펄스 유형은 교번된다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따라 양의 값과 음의 값을 갖는 코딩 펄스 트레인(1230)을 제공하는 2개의 이진 코딩 펄스 세기(1210 및 1220) 및 이들의 차이를 도시한다. 펄스 트레인(1220)의 시계열 함수가 펄스 트레인(1210)의 시계열 함수에서 차감되면, 시계열 함수(1230)를 생성한다. CPOS는 매칭 필터를 사용하여 세기 히스토그램에서 디지털화된 펄스를 검출할 수 있다.
B. 간섭 감소 및 높은 직교(quadrature) 수준
도 11 및 12는 간단한 예를 도시하는데, 여기서는 2 가지 유형의 이진 코딩 펄스가 전송되고, 펄스 가중치는 (+1, -1)이며, 그 검출된 반사는 결합되어 양의 값과 음의 값의 코딩 펄스를 전송하는 효과를 모방하는데, 이를 매칭 코드(match-code)라 한다. 적절한 매칭 코드가 선택된 후, CPOS는 양의 값과 음의 값의 매칭 코드를 두 개의 양의 값 코딩 펄스로 분리하는데, 제1 코딩 펄스는 매칭 코드의 양의 성분을 가지며 제2 코딩 펄스는 매칭 코드의 음의 성분을 가진다.
일부 애플리케이션에서, 아주 근접하여 작동하는 상이한 광 레인징 시스템의 다수의 CPOS, 예를 들어 각각의 어레이의 상이한 방출기/센서가 있을 수 있다. 하나의 CPOS는 두 번째 CPOS에서 전송된 코딩 펄스의 반사를 검출하고 잘못된 결과를 보고할 수 있다. 이 경우에, 간섭을 방지하는 상이한 매칭 코드 조합을 각각의 CPOS에 할당하는 것이 유리하다. 일부 실시예에서, 의사 랜덤 펄스 트레인이 대신 사용될 수 있으며, 또한 상이한 레인징 장치 사이 또는 동일한 레인징 장치의 상이한 픽셀 방출기 사이에 낮은 가능성의 크로스토크를 제공한다.
또한, 코드는 단순한 양의 가중 및 음의 가중을 넘어서 다수의 차원으로 정의될 수 있다. 예를 들어, 가중치에 대해 Y 방향 또는 X 방향 성분을 갖는 2D 벡터 공간에서의 가중치가 상이한 샷에 할당될 수 있다. 부호있는 숫자를 저장하는 대신, 히스토그램은 각각의 시간 빈에 2D 벡터를 저장하도록 조정될 수 있으며 벡터 가중을 사용하여 벡터 가중 코드를 각각의 시간 빈에 누적할 수 있다. 예를 들어, 펄스 트레인은 양의 Y 가중치를 가지고 전송될 수 있고, 다음 펄스 트레인은 음의 Y 가중치를 가지고 전송될 수 있지만 둘 다 X 방향으로는 0의 가중치를 가지고 전송될 수 있다. 따라서, 가중치는 더 높은 차원일 수 있고, 양방향으로 0이 아닌 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 코드는 {+Y, -Y, +Y, +X, -X}일 수 있으며 해당하는 매칭 필터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 동일한 개수의 펄스 트레인이 동일한 차원에서 양의 값 및 음의 값을 갖는 한, 배경 노이즈는 일반적으로 이 다차원 예에서 1차원 예에 대해 상술된 것과 유사한 방식으로 상쇄(예를 들어, 제로 평균)될 수 있다.
더 높은 차원에서, 한 시스템의 코딩 펄스는 고유할 수 있으며(또는 적어도 다른 시스템에 의해 사용될 가능성이 적음), 따라서 다른 코딩 펄스로부터 구별하기 쉬워서 다른 CPOS 시스템으로부터의 크로스토크를 감소시킬 수 있다. 따라서, 간섭을 감소시키기 위해, 실시예는 다차원 매칭 코드를 생성하도록 다수 유형의 양의 값의 코딩 펄스를 다차원 벡터 펄스 가중치와 결합함으로써 고급 코드를 지원할 수 있다. 예를 들어, 직교 위상 코드는 90 도의 위상 차이 만큼 다른 코드이다. (+1, -1)의 펄스 가중치를 갖는 이전 코드 예는 1차원에서 180 도의 위상차를 갖는 2개의 코드를 갖는 것으로 간주될 수 있다. 직교 위상 코드에 의해 펄스 가중치는 ([+1,0], [-1,0], [0,+ 1], [0,-1])일 수 있으며, 가중된 광 세기 값 및 세기 히스토그램 값은 2차원 벡터이다. 크기 1 펄스 가중치를 사용하면, 원하는 2차원 매칭 코드는 각 벡터 차원에 대해 양의 성분과 음의 성분을 선택함으로써 4개의 양의 값 펄스 코드로 분해된다. 일부 실시예에서, 펄스 가중치는 2차원보다 클 수 있다. 다양한 고 차원 펄스 코드를 사용하여 고유한 펄스 코드를 다수의 CPOS에 할당하는 것을 용이하게 할 수 있다. 따라서, 가중치는 2차원 이상의 벡터일 수 있다.
다른 차원 외에, 코딩 펄스는 다른 값, 예를 들어 단지 0 또는 1이 아닌 다른 값을 가질 수 있다. 도 11 및 12의 예에서, 전송된 펄스 코드 값은 온 또는 오프 상태로 전환되는 광학 전송기에 해당하는 0 및 1의 값으로 이루어진다. CPOS는 또한 0, ½ 및 1과 같은 값을 갖는 다중 값, 비-정수 펄스 코드를 지원한다. 이러한 비-정수 펄스 코드는 a) 광학 전송기 광의 세기를 변화시키는 것; 및 b) 광 샘플링 간격보다 빠른 주파수에서 온/오프 광 펄스를 전송하는 것과 같은 방법에 의해 생성될 수 있다. 따라서, 펄스 코드로부터 유도된 매칭 코드는 다중 값, 양 또는 음, 정수 또는 비-정수를 포함할 수 있다. 예를 들어, CPOS는 펄스 코드 (1, 1, 1), (1, 1, 0) 및 (1, 0, 0)에 +1의 가중치를 적용하고 (3, 2, 1)의 매칭 코드를 생성할 수 있다.
다른 광 레인징 시스템으로부터의 간섭은 추가적인 기술을 사용하여 감소될 수 있다. 예를 들어, 상이한 시스템은 상이한 주파수/파장 범위에서 광 펄스를 방출할 수 있다. 수신기 광학 시스템은 비교적 좁은 범위, 예를 들어, 2 nm, 1 nm, 0.5 nm, 0.25 nm 또는 그 미만의 스펙트럼 폭의 광을 통과시키는 필터를 (예를 들어, 픽셀 당 하나의 개구를 포함하는 마이크로 광학장치의 일부로서) 사용할 수 있다. 이러한 마이크로 광학장치에 대한 추가 세부 사항은 미국 특허 공개공보 2017/0289524호 및 2017/0219426호에서 찾을 수 있다.
상이한 시스템이 이 시스템의 필터의 스펙트럼 범위를 벗어난 광을 방출하면, 그러한 다른 광은 이 시스템의 센서에 도달하지 않을 것이다. 상이한 가능한 유형의 방출기(예를 들어, 레이저) 및 상응하는 필터의 개수는 방출기의 방출 스펙트럼이 얼마나 좁은 지 및 필터의 스펙트럼 범위가 얼마나 좁은 지에 의존할 수 있다. 일부 구현예에서, 상이한 모델 또는 플릿(fleet)의 장치(예를 들어, 차량, 전화, 측량 기계)가 상이한 스펙트럼 범위에 할당될 수 있어서, 시스템 근처에 있는 간섭 장치의 가능성 또는 개수를 감소시킬 수 있다.
이에 추가하여 또는 대안적으로, 다른 기술은 동일한 시스템의 다른 채널을 가질 수 있고 다른 스펙트럼 범위를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4의 방출기(403)는 방출기(403)에 인접한 방출기와는 다른 스펙트럼 범위의 광을 방출할 수 있다. 또한, 센서(413)용 필터는 방출기(403)에 의해 방출된 것에 해당하지만 인접 센서에 대한 필터와는 다른 범위의 광을 통과시킬 수 있다. 이러한 방식으로, 다른 채널들로부터의 크로스토크가 감소될 수 있다.
C. 시스템 구성 요소
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 코딩 펄스 광학 시스템(CPOS)(1310)을 도시한다. CPOS(1310)는 도 2의 광 레인징 장치(210)일 수 있으며, 도 13의 해당 장치는 가능하게는 도 2의 것과 유사한 기능을 가질 수 있다. CPOS(1310)는 도 2의 사용자 인터페이스(215)일 수 있는 사용자 인터페이스(1315)와 상호 작용할 수 있다. 사용자 인터페이스(1315)(예를 들어, 하드웨어 및 소프트웨어)는 매칭 코드 및 다른 작동 파라미터를 지정할 수 있다. 사용자 인터페이스(1315)는 검출된 객체의 3차원 맵 및 특정 객체에 대한 거리 값을 포함할 수 있는 CPOS 결과를 표시할 수 있다.
시스템 제어기(1320)는 a) 세기 히스토그램 누적 값을 소거시키는 명령; b) 펄스 가중치 및 기타 작동 매개 변수(예를 들어, 펄스 시간 간격 및 광 샘플링 간격)를 지정하는 명령; c) 광 검출을 개시하는 명령; d) 세기 히스토그램 누적 값을 전송하는 명령을 포함하는 명령들을 전송함으로써 광 감지 모듈(1330)(광학 수신기 시스템이라고도 함)을 제어할 수 있다. 시스템 제어기(1320)는 데이터 값을 전송 및 수신하기 위한 데이터 버스 및 코딩된 명령을 전송하기 위하여 명령 버스를 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템 제어기(1320)는 광 검출이 언제 시작되어야 하는지를 나타내기 위해 0 또는 1 시작 신호를 전송할 수 있고, 세기 값(양의 값 또는 음의 값)에 적용될 가중치를 나타내기 위해 0 또는 1 극성 신호를 전송할 수 있다.
시스템 제어기(1320)는 a) 펄스 코드 및 다른 작동 파라미터를 지정하는 명령; b) 지정된 펄스 코드를 갖는 펄스 트레인의 전송을 개시하는 명령을 포함하는 명령을 전송함으로써 광 전송 모듈(광학 전송기라고도 함)(1340)을 제어할 수 있다.
시스템 제어기(1320)는 도 2의 메모리(254)에 저장될 수 있는 매칭 코드(1324)를 사용하여 매칭 필터를 실행하는 디지털 신호 프로세서(DSP)(1322)를 포함할 수 있다. 이후 섹션에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 상이한 수준의 필터 뿐만 아니라 하나보다 많은 매칭 코드(필터)가 저장될 수 있다. DSP(1322)는 다음을 포함하는 다수의 방식으로 구현될 수 있다: a) DSP 작동에 특화된 프로세서; b) FPGA 내에서 프로그램 가능한 로직 블록을 사용; c) ASIC 내의 로직으로서의 사용. 대안적인 실시예에서, DSP(1322) 및 매칭 코드(1324)는 광 감지 모듈(1330)의 일부일 수 있다. 매칭 코드(1324)는 매칭될 템플릿 시계열 함수를 정의한다. 일 실시예에서, 매칭 코드(1324)는 메모리에 저장된 일련의 수치이다. 매칭 코드(1324)는 매칭 필터에 의한 즉각적 사용을 위해 공액 시간 역전 형식(conjugated time-reversed format)으로 저장될 수 있다.
광 감지 모듈(1330)은 펄스 가중치(1332), 히스토그램(1334), 센서 어레이(1336), 및 산술 논리 유닛(ALU)(1338)을 포함한다. 펄스 가중치(1332)는 레지스터 또는 다른 메모리 셀에 정수 또는 부동 소수점 수의 시퀀스로서 저장될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 펄스 가중치는 각각의 차원에서 양 또는 음의 단위 값(즉, +1 또는 -1)을 갖는 것으로 제한되며, 펄스 가중치는 레지스터 또는 메모리에서 비트 패턴으로서 구현된다. 세기 히스토그램(1334)은 시간 빈마다 하나 이상의 메모리 셀을 갖는 메모리(예를 들어, 도 2의 메모리(234))로서 구현될 수 있다. 센서 어레이(1336)는 광의 광자를 검출하고 각 시간 빈에 대한 디지털화된 세기 값을 생성한다.
일부 실시예에서, ALU(1338)는 센서 어레이(1338)로부터의 디지털화된 광 세기에 적절한 펄스 가중치(1332)를 곱하고 그 결과를 히스토그램(1334)의 적절한 메모리 셀에 더한다. 다른 실시예에서, 광 감지 모듈(1330)은 세기 히스토그램의 적절한 메모리 셀로/셀로부터 검출된 광 세기를 더하거나 차감할 수 있다. 이러한 실시예에서, ALU(1338)는 승수(multiplier)없이 더하고 차감하는 것을 구현할 수 있다.
광 전송 모듈(1340)은 펄스 코드(1344) 및 광을 전송할 수 있는 방출기 어레이(1342)(예를 들면, 하나 이상의 레이저 다이오드)를 포함한다. 펄스 코드(1344)는 언제 광이 전송되어야 하는지를 나타낸다. 펄스 코드(1344)는 메모리(예를 들어,도 2의 메모리(246))에 정수 시퀀스로서 저장될 수 있다.
히스토그램(1334)의 차원(예를 들어, 시간 빈의 개수)은 애플리케이션 요구에 맞출 수 있다. 다양한 구현예에서, 히스토그램(1334)은 펄스 시간 간격(검출 간격)이 1024 ns이고 광 샘플링 간격이 1 ns이고 2 가지 유형의 펄스 코드가 각각 12회 전송될 때, 1024개의 12 비트 메모리 셀을 포함할 수 있다. 광은 1 ns에서 30 cm 이동하므로, 1 ns의 광 샘플링 간격은 30 cm의 공칭 범위 정확도, 또는 왕복 시간을 고려할 경우 15 cm의 공칭 범위 정확도를 제시한다. 코딩 펄스를 12 회 반복함으로써 더 긴 시간에 걸쳐 결과를 누적하면 검출 정확도의 향상에 추가하여 레인지 정확도의 향상을 가져온다.
1024 ns에 대한 광 검출은 CPOS가 307.2 m까지 이동한 반사광을 검출할 수 있다는 것을 의미한다. CPOS가 제1 코딩 펄스 직후에 제2 코딩 펄스를 전송했다면, 제1 코딩 펄스로부터의 원거리 반사는 제2 코딩 펄스로부터의 반사로 잘못 해석될 수 있다. CPOS는 코딩 펄스의 에너지가 소실되도록 코딩 펄스 사이에서 일시 정지함으로써 이 문제를 방지할 수 있다. 예를 들어, 검출 간격과 동일한 양 또는 그보다 많거나 적은 양과 같은 다양한 양의 일시 정지가 수행될 수 있다. 2개의 상이한 유형의 펄스 코드를 12번 전송하고 코딩 펄스 사이에서 1024 ns 동안 일시 중지하는 것은 48 x 1024 ns, 약 50 μs가 걸린다. 광을 반사하는 객체가 50 μs에서 상당한 거리를 이동한 경우, 레인지 정확도가 저하될 수 있지만 대부분의 객체에는 문제가 되지 않는다. 시간당 100 km로 이동하는 자동차조차도 50 μs에서는 1.4 mm 만 움직인다.
D. 펄스 코딩 방법
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 광학 측정 시스템에서 코딩 펄스를 사용하는 방법(1400)을 설명하는 흐름도이다. 광학 측정 시스템은 광 레인징 시스템일 수 있다. 방법(1400)은 다수의 코딩 펄스를 사용하여 타겟으로부터의 반사 펄스의 시간적 위치를 검출할 수 있다. 실시간 3차원 애플리케이션에서, 방법(140)은 다수의 방향에 대해 연속적으로 반복될 수 있다. 방법(1400)은 본 명세서에 설명된 임의의 광학 측정 시스템에 의해 구현될 수 있다.
1410 에서, 코딩 펄스 광학 시스템(CPOS)은 초기화를 수행한다. 예를 들어, CPOS는 매개 변수 시작, 중지 및 변경을 위한 사용자 인터페이스 명령에 응답할 수 있다. CPOS는 파라미터, 예를 들어 펄스 코드, 광 전력 수준, 및 (예를 들어, 검출 간격, 검출 간격 사이의 일시 정지에 대한 간격, 및 전체 측정 시간 간격에 대한) 다양한 시간 간격을 나타내기 위해 광학 전송기를 초기화할 수 있다. CPOS는 펄스 시간 간격 및 광 샘플링 간격과 같은 매개 변수를 나타내기 위해 광 감지 모듈을 초기화할 수 있다. CPOS는 또한, 예를 들어, 히스토그램(1334)에서 히스토그램 값을 소거할 수 있다.
1420에서, 펄스 트레인이 광학 측정의 일부로서 광원(예를 들어, 레이저)으로부터 전송된다. 펄스 트레인은 측정을 위해 전송된 N개의 펄스 트레인의 일부로서 전송될 수 있다. N개의 펄스 트레인은 객체로부터 반사될 수 있어서, 객체까지의 레인징 측정을 가능하게 한다. N개의 펄스 트레인 각각은 광원(예를 들어, VCSEL)으로부터의 하나 이상의 펄스를 포함할 수 있고, 시작 신호에 의해 트리거되는 상이한 시간 간격에 해당한다. 예를 들어, 도 11은 각각 시작 신호(1101 및 1102)가 트리거하는 시간 간격(1160 및 1165)을 도시한다.
일부 실시예에서, CPOS는 이전 펄스 트레인(코딩 펄스 전송)이 소멸되도록 특정 시간 동안 대기할 수 있다. CPOS는 이후 측정의 N개의 펄스 트레인의 다음 펄스 트레인을 전송할 수 있으며, 여기서 N개의 펄스 트레인은 코드를 형성한다. 측정이 완료되면, 예를 들어, (예를 들어, 임의의 반사에 대해 예상된 소정의 시간 후에) N개의 펄스 트레인의 마지막 것이 소멸되면, CPOS는 적절한 펄스 코드를 사용하여 제1/다음 코딩 펄스 전송을 개시할 수 있다. N은 1보다 큰 정수, 예를 들어 2, 3, 4, 5 또는 그보다 큰 숫자일 수 있다.
1430에서, 예를 들어 펄스 트레인이 전송되도록 트리거하는 시작 신호에 응답하여, 광 검출이 시작될 수 있다. 따라서 CPOS는 코딩된 펄스 전송을 시작하는 동시에 광 검출을 시작할 수 있다. 광학 검출의 일부로서, 펄스 트레인은 광학 측정 시스템의 (예를 들어, 픽셀에 해당하는) 감광자에 의해 검출될 수 있고, 이에 의해 복수의 시점에서 데이터 값을 생성할 수 있다. 일부 실시예에서, 감광자는 광검출기(예를 들어, SPAD)의 집합이다. 데이터 값은 다양한 형태, 예를 들어 (예를 들어, 히스토그램의 시간 빈 내의) 시점에서 트리거된 다수의 SPAD의 카운트일 수 있다. 또 다른 예로서, 데이터 값은 아날로그 감광자(예를 들어, APD)를 따르는 ADC로부터의 디지털화된 값일 수 있다. 두 예 모두가 세기에 해당할 수 있다. 총 N개의 펄스 트레인이 검출될 수 있다. 또한, 이 프로세스는 광학 측정 장치의 각각의 감광자에 대해 개별적으로 수행될 수 있다.
1440에서, 펄스 트레인에 해당하는 시간 간격 내의 시점에서 데이터 값에 가중치가 할당되고, 이로써 가중된 값이 얻어진다. 할당된 가중치는 펄스 가중치(1332)에서 나올 수 있다. N개의 펄스 트레인 각각에 대해 가중치가 할당될 수 있다. 상이한 펄스 트레인에 대한 이러한 가중치 중 일부는 다른 펄스 트레인과 동일할 수 있다. 일부 실시예에서, N개의 펄스 트레인 중 2개 이상에 상이한 가중치가 할당되어 상이한 펄스 패턴을 갖는다. 예를 들어, 도 12는 상이한 가중치를 갖는 2개의 펄스 패턴을 도시한다. 2개의 펄스 트레인은 약간의 유사성을 가질 수 있지만(예를 들어, 펄스의 일부가 중첩될 수 있음), 하나의 펄스 트레인이 온 상태이고 다른 펄스 트레인이 오프 상태인 경우가 적어도 몇 번은 있다. 이러한 상이한 펄스 패턴은 유사한 형상을 가질 수 있지만 상이한 지연을 가질 수 있어서, 예를 들어, {1, 0, 1, 1, 0}은 {0, 1, 0, 1, 1}과 유사한 0이 아닌 값의 형태를 가지지만 이들은 제1 신호에 대한 제2 신호의 지연에 의해 달성될 수 있는 오프셋으로 인해 상이한 펄스 패턴이다.
따라서, CPOS는 광을 검출하고 각각의 광 샘플링 간격에 대해 디지털화된 세기 값을 생성할 수 있다. 각각의 광 샘플링 간격에 대해, CPOS는 디지털화된 세기 값에 펄스 가중치를 적용하고 그 결과를 세기 히스토그램의 적절한 시간 빈에 추가할 수 있다.
1450에서, CPOS는 필요한 개수의 코딩 펄스를 전송했는지를 테스트한다. CPOS가 필요한 개수의 코딩 펄스를 전송한 경우, 블록(1460)에서 계속 진행되고, 그렇지 않으면 블록(1420)으로 되돌아 간다.
1460에서, 복수의 시간 빈에서 가중치 값에 해당하는 히스토그램이 결정된다. 전술한 바와 같이, 특정 시간 빈에서 히스토그램의 카운터는 복수의 시간 간격에 걸쳐 특정 시간 빈 내의 시점에서 가중치 값을 누적함으로써 결정될 수 있다. 예를 들어, 히스토그램(1170)은 2개의 시간 간격에 걸쳐 누적되고 가중된 데이터 값(1175)의 시간 빈을 포함한다.
1470에서, 히스토그램은 N개의 펄스 트레인에 해당하는 신호를 검출하는데 사용된다. 예를 들어, CPOS는 히스토그램이 매칭 코드(필터)와 일치하는 값의 시퀀스를 갖는지 여부를 결정할 수 있다. CPOS는 매칭 코드가 발견되었는지 여부와 매칭의 진폭을 보고할 수 있다. 매칭은 다른 광원으로부터의 노이즈 또는 간섭에 대하여 원하는 신호의 검출을 허용할 수 있다.
예로서, 도 9의 기술이 신호를 검출하는데 사용될 수 있다. 필터는 히스토그램의 시간 빈 윈도우에 적용될 값의 세트를 포함할 수 있다. 필터는 히스토그램에 걸쳐 슬라이딩하여, 히스토그램에 대한 프로파일 필터의 상이한 슬라이딩 위치에 해당하는 카운터를 갖는 필터링된 히스토그램을 계산할 수 있다. 필터링된 히스토그램의 카운터 각각은 특정 슬라이딩 위치에서 프로파일 필터와 히스토그램의 중첩부에 해당할 수 있다. 필터링된 히스토그램의 카운터의 최대값이 식별될 수 있어서, 예를 들어 최대값이 임계치를 초과할 때, 검출할 수 있게 한다. 카운터의 최대값에 대한 특정 슬라이딩 위치는 레인징 측정에 사용될 수 있는 수신 시간에 해당할 수 있다. 필터를 사용하기 위한 추가 세부 사항 및 기술이 본 명세서에 설명되고 방법(1400)과 함께 사용될 수 있다.
일부 실시예에서, 신호는 예를 들어, 광학 측정 시스템이 레인징 측정을 수행하도록 구성될 때, 객체로부터 반사되는 N개의 펄스 트레인에 의해 야기된 반사 신호일 수 있다. 다른 실시예에서, 신호는, 예를 들어 광원이 한 위치에 있고 감광자가 다른 위치에 있을 때, 통신 신호일 수 있다. 이러한 구성은 통신 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 마이크로파 전송 타워는 데이터를 수신 타워로 전송할 수 있다. 전송된 데이터는 코딩 펄스를 포함할 수 있으며, 이는 노이즈 또는 다른 소스로부터의 간섭에 의해 야기될 수 있는 데이터 수신에서의 오류를 감소시키는 것을 도울 수 있다. 수신 타워는 제1 시간 빈에 대한 시작 시간으로서 두 펄스 트레인 사이의 임의의 시간을 선택함으로써 펄스 트레인을 식별하고 히스토그램을 생성할 수 있다. (예를 들어, 히스토그램에 걸쳐 슬라이딩함으로써) 이후 매칭 필터가 적용될 수 있다; 충분한 매칭이 발견되면, 해당 통신 신호가 검출될 수 있다. 필터링된 히스토그램에서 얻은 최대값에 의해서 충분한 매칭이 측정될 수 있다. 다른 실시예로서, 시스템은 통신 신호를 검출하는데 사용된 유사한 방식으로 다른 CPOS로부터의 간섭 신호를 검출할 수 있다. 간섭이 측정되면, 일부 구현예는 예를 들어, 현재 사용중인 코드와 유사한 간섭 코드의 전송 코드를 변경시킬 수 있다.
1480에서, 객체까지의 거리가 결정될 수 있다. 예를 들어, 시작 신호에 대한 N개의 펄스 트레인에 해당하는 수신 시간이 결정될 수 있다. 수신 시간을 사용하여 객체까지의 거리를 결정할 수 있다. 수신 시간은 펄스 트레인의 전송 시간으로부터 오프셋될 수 있지만, 그러한 오프셋이 고려될 수 있다. 따라서, CPOS는 그것이 검출된 시간을 보고할 수 있다. 거리는 시작 신호의 시작 시간과 수신 시간 사이의 왕복 시간에 해당할 수 있고, 따라서 거리는 시간으로 표현될 수 있다.
검출된 신호는 레인징 이외의 다른 목적을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 검출된 신호의 품질은 객체의 반사도를 측정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 검출된 신호가 강한 세기를 갖는 경우, 시스템은 객체가 높은 반사도를 갖는 것으로 결정할 수 있다. 통신 및 간섭 측정을 위한 구현예가 위에서 논의되었다. 다른 광원으로부터의 간섭의 검출에 있어서, 검출된 신호는 간섭 광원에 의해 전송된 다른 펄스 트레인 세트로부터의 신호일 것이다.
일반화로서, 실시예는 N차원 벡터 공간 히스토그램을 생성하기 위해 N+1개의 고유 가중치를 갖는 N+1개의 고유 코드를 전송할 수 있다. 예를 들어, 부호 있는 숫자를 보유하는 빈 대신에, 하나의 양의 코드와 하나의 음의 코드의 적어도 2개의 고유 코드를 전송함으로써, (예를 들어, 부호 있는 숫자와 균등한) 1-D 벡터를 보유할 수 있다. (예를 들어, 극좌표 또는 직교 좌표의) 2-D 벡터를 저장하기 위해, 시스템은, 3개의 상이한 극각(polar angles)으로 가중되어 단일의 2-D 벡터로 합산될 수 있는 적어도 3개의 고유 코드를 전송할 수 있다. (모두 단일 "빈" 내에 유지되는 N개의 별도 숫자에 의해 정의되는) N-D 벡터는 N+1개의 상이한 코드를 필요로 할 것이며, 각각은 벡터 합을 수행할 경우 상이한 각도에서 가중된다(즉, 다른 모든 가중치에 직교하는 그 가중치에 대한 성분을 가짐). 차원수를 증가시킴으로써, RF 통신에 사용되는 직교 위상 코딩 또는 코드 분할 다중 액세스(CDMA)와 같은 보다 진보된 코딩 기술이 사용될 수 있다. N차원 매칭 필터가 이와 관련하여 사용될 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 방법(1400)은 채널 사이의 간섭을 감소시키기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 방법(1400)은 복수의 광학 측정의 일부로서 감광자 및 광원의 복수의 채널에 대해 반복될 수 있다. 복수의 광학 측정은 시간 상에서 중첩될 수 있어서, 예를 들어 실질적으로 동시에 수행될 수 있다. 따라서, 각 채널은 동시에 측정을 수행할 수 있다. 간섭을 줄이기 위해 적어도 일부 채널에 대해서 코드가 다를 수 있다. 예를 들어, 복수의 채널 중 2개 이상의 채널의 N개의 펄스 트레인의 펄스 패턴은 상이할 수 있으며, 이에 따라 상이한 채널에 대해 상이한 히스토그램 패턴을 야기할 수 있다. 이에 추가하여 또는 대안적으로, 복수의 채널 중 2개 이상의 채널의 N개의 펄스 트레인에 할당된 가중치가 상이할 수 있으며, 이에 따라 상이한 채널에 대해 상이한 히스토그램 패턴을 야기할 수 있다.
V. 상이한 프로파일 필터를 사용하는 매칭 필터링
도 8에 대해 전술한 바와 같이, 검출된 펄스로부터 발생된 신호는 펄스가 반사되는 객체의 유형에 따라 다를 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 고 반사성 객체로부터의 하나의 펄스(예를 들어, 코딩 펄스 패턴의 제1 펄스)에 해당하는 결과적인 신호(예를 들어, 다수의 검출 간격에 걸쳐 누적된 히스토그램)의 일부분은 시작 부분에서 예리한 피크를 가질 수 있고 이후 빠르게 감소할 수 있다. SPAD가 광자를 검출한 후 다른 광자를 검출할 수 있기 전에 데드 타임(예를 들어, 10-20 ns)이 있기 때문에, 이러한 거동은 SPAD를 사용할 경우 발생할 수 있다. 대조적으로, 표준 객체로부터 반사된 펄스에 대한 히스토그램의 일부분은 비교적 정사각형일 수 있으며, 이에 따라 실제 전송된 펄스와 유사할 수 있다. 따라서, 배경으로부터의 반사 펄스를 구별하는 능력을 증가시키기 위해 코딩 펄스 패턴이 사용되더라도, 검출된 신호의 상이한 형태에 기인하여, 예를 들어 상이한 세기의 펄스 검출에 기인하여 다른 문제가 발생할 수 있다. 검출된 신호는 전송된 펄스 폭보다 길 수 있어서, 예를 들어, 펄스가 각진 표면으로부터 반사될 때 번진 펄스(smeared pulse)가 발생할 수 있다.
보통의 광속에서도 일부 SPAD는 발사하겠지만 활성화되는 일부의 SPAD가 언제나 존재하도록, 픽셀 당(즉, 픽셀 센서 당) 더 많은 SPAD 또는 다른 광검출기를 사용함으로써 위의 거동이 완화될 수 있다. 그러나, 매우 높은 광속 하에서는, 대부분 또는 모든 SPAD가 발사될 것이고, 대부분 또는 모든 SPAD가 오프 상태로 전환되기 때문에 픽셀 센서가 다수의 광자를 즉각적으로 검출할 수 없는 상황이 있을 것이다.
추가의 설명을 위해, SPAD가 20 ns의 데드 타임을 갖지만 반사 펄스로부터의 높은 광속은 매 10 ns마다 1 광자라고 가정한다. SPAD의 출력은 오직 20 ns마다의 광자를 나타낼 것이다. 다른 예로서, 강한 50 ns 펄스의 반사광에서는, 모든 SPAD가 발사(기록(register))하고 이후 20 ns 동안 오프 상태로 전환될 수 있다. 20 ns 후에 SPAD는 온 상태로 다시 전환될 것이고, 다시 기록하고, 오프 상태로 전환되고, 다시 한 번 더 온 상태로 전환될 것이다. 따라서, 50 ns 펄스는 3번의 짧은 스파이크처럼 보일 것이다. 검출된 신호의 이러한 변화는 코딩 펄스가 완전히 누락되게 하거나, 객체의 개수에 대한 혼란을 야기하거나, 또는 적어도 50 ns 펄스의 수신 시간이 부정확하게 결정되게 할 수 있다. 이 문제를 해결하기 위해, 상이한 매칭 필터를 사용하여 SPAD의 상이한 감쇠(decay)/응답/파일업을 확인할 수 있다.
따라서, 실시예는 상이한 유형의 신호 프로파일(예를 들어, 제로/낮은 파일업, 중간 파일업 및 높은 파일업)에 해당하는 필터를 사용할 수 있다. 매칭 프로세스는 픽셀 센서의 광검출기로부터의 신호 유형을 결정할 수 있고, 이로써 객체까지의 거리를 결정하는데 사용되는 전파시간 계산을 수행하기 위한 수신 시간의 더 나은 결정을 가능하게 한다. 일부 실시예에서, 다수의 필터링 층이 수행될 수 있어서, 예를 들어, (예를 들어, 매칭된 거친 필터(coarse filter)에 해당하는) 보간 필터의 서브 세트를 이용하여 윈도우의 신호를 보간함으로써 수행될 수 있는 바와 같이, 거친 필터가 더 개선된 분석을 수행하기 위한 값의 윈도우를 식별할 수 있다. 이러한 개선에 대해서는 후술한다.
A. 원시 히스토그램(및 정규화)에 대한 필터 프로파일 적용
일부 실시예에서, 프로파일 필터가 원시 히스토그램에 적용될 수 있다. 프로파일 필터는 일반적으로 공칭 레이저 펄스에 부합할 수 있지만, 프로파일 필터는, 예를 들어 도 8의 상이한 검출 신호에서 변화되는 바와 같이, 공칭 펄스에 대한 검출기 또는 타겟의 기대 효과에 기초하여 더 짧거나, 더 길거나, 또는 상이한 형태나 왜곡이 적용되도록 수정될 수 있다. 더 짧은 프로파일은 더 높은 파일업 상황에 해당할 수 있고, 더 긴 프로파일은 펄스가 각진 표면에 부딪치는 상황에 해당할 수 있으며, 이로써 시간 상에서 반사 펄스를 번지게 할 수 있다(예를 들어, 각진 표면으로 인해서, 레이저 펄스의 일 측면(예를 들어, 왼쪽)이 레이저 펄스의 다른 측면(예를 들어, 오른쪽)보다 더 가까움). 원시 히스토그램의 전체 높이는 광속이 번짐으로 인해서 감소할 수 있다. 다른 예로서, 구름이나 잎도 번진 펄스를 야기할 수 있다. 상이한 왜곡 소스를 시뮬레이팅하고 이들의 효과를 공칭 펄스 프로파일에 적용함으로써 필터 프로파일 생성이 이루어질 수 있다. 대안적으로, 필터 프로파일은 현장에서 히스토그램화 측정(histogramming measurements)을 실시하고 히스토그램에 나타나는 디지털화된 펄스 프로파일을 필터 프로파일로서 저장함으로써 경험적으로 도출될 수 있다.
따라서, 상이한 프로파일은 반사된 광의 세기 뿐만 아니라 객체의 배향으로 인한(예를 들어, 도 8에 대해 설명한 바와 같이 데드 타임의 효과로 인한) 상이한 임펄스(impulse) 폭을 설명할 수 있다. 두 효과 모두가 연속된 시간 빈에 걸쳐 감광자에 의해 검출된 다른 비율의 광자를 초래한다.
일부 실시예에서, 프로파일 필터는 정규화된 교차 상관(cross-correlation) 기술에 기초하여 설계되는데, 이에 따르면 입력 신호의 형태와 가장 근접하게 매칭되는 필터에 의해 가장 높은 값이 반환될 것이다. 따라서, 일부 실시예에서, 3개의 상이한 필터 프로파일은 도 8 및 아래의 도 15에 도시된 바와 같이 제로 파일업(no pileup), 중간 파일업, 높은 파일업을 갖는 디지털화 신호의 프로파일에 기초하여 설계된다. 도 15도 또한 번진 필터를 도시한다. 상이한 프로파일 필터의 적용을 설명하기 위해, 아래 예에서 하나 이상의 펄스 트레인에 대해 단일 펄스가 가정된다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따라 원시 히스토그램(1510)에 적용된 복수의 프로파일 필터를 도시한다. 도 15는 검출된 신호를 생성한 펄스의 수신 시간, 검출된 신호의 프로파일 형태, 및 그 위치를 결정하기 위해 알려지지 않은 신호에 적용될 수 있는 다양한 필터를 도시한다. 이 예에서, 방출 펄스는 5개의 시간 빈의 폭을 갖는다. 원시 히스토그램(1510)은 훨씬 더 클 수 있다; 설명의 편의를 위해 일부만이 표시되어 있다.
원시 히스토그램(1510)은 주목할 만한 값, 특히 카운터(1512)를 포함하는 하나의 시간 빈(1515)을 갖는다. 이러한 형태는 높은 파일업에 해당한다. 실제 신호 형태의 유형은 시스템에 알려지지 않았으며, 따라서 다양한 필터 프로파일이 적용될 수 있다. 마지막 4개의 시간 빈에서의 데드 타임으로 인해 시간 빈(1515)이 측정 가능한 신호를 갖는 유일한 시간 빈이라 하더라도, 반사 펄스(1517)는 수신되는 실제 펄스(5 시간 빈)를 도시한다. 반사 펄스(1517)는 감광자를 타격하는 실제 광속에 해당하지만, 그 전부가 실제로 검출되는 것은 아니다. 다른 예에서, 반사 펄스(1517)는 (예를 들어, 각진 표면 또는 객체까지의 상대적인 거리의 증가로 인해) 더 길거나 또는 (예를 들어, 객체까지의 상대적인 거리의 감소로 인해) 더 짧을 수 있다.
높은 파일업 필터(1520)는 0이 아닌 값을 갖는 하나의 시간 빈을 가지며 도 8의 높은 파일업 프로파일(830)과 유사하다. 높은 파일업 필터(1520)가 원시 히스토그램(1510)에 적용되어 주목할 만한 값을 포함하는 단일 시간 빈을 갖는 높은 필터 출력(1525)을 생성할 수 있고, 여기서 시간 빈은 시간 빈과 원시 히스토그램(1510) 및 높은 필터 출력(1525)의 정렬에 의해 도시된 바와 같이, 1515의 시간에 해당한다. 예상되는 바와 같이, 높은 파일업 필터(1520)는, 다른 필터 출력의 최대값보다 더 높은 피크(1522)(즉, 높은 필터 출력(1525)의 최대값)에 의해 입증되는 바와 같이, 최상의 매칭을 제공한다.
중간 파일업 필터(1530)는 도 8의 중간 파일업 프로파일(820)과 유사한 형태를 갖는다. 중간 파일업 필터(1530)는 원시 히스토그램(1510)에 적용되어 주목할 만한 값을 포함하는 다수의 시간 빈을 갖는 중간 필터 출력(1535)을 생성할 수 있다. 소정 시간 빈에서 필터링된 출력의 값은 필터의 가장 왼쪽(첫 번째) 빈에 해당하는 시간에 도시될 수 있다. 이는 펄스의 상승 에지가 검출되어야 할 때 수행될 수 있다. 중간 필터 출력(1535)은 가장 오른쪽 탭(1531)이 카운터(1512)와 중첩되는 첫번째 것이 되기 때문에 중간 파일업 필터(1530)에 대해 반전된 형상을 갖는다. 탭 필터가 증가하기 때문에 각각의 오른쪽으로의 이동은 더 많은 중첩을 제공한다. 그러나, 중간 필터 출력(1535)의 피크(1532)는 피크(1522)보다 낮다.
낮은 파일업 필터(1540)는, 5개의 시간 빈인 방출 펄스와 유사한, 도 8의 낮은 파일업 프로파일(810)과 유사한 형상을 가진다. 낮은 파일업 필터(1540)는 원시 히스토그램(1510)에 걸쳐 적용되어 낮은 필터 출력(1545)을 생성할 수 있으며, 이는 주목할 만한 값을 갖는 다수의 시간 빈을 갖는다. 낮은 파일업 필터 출력(1545)의 최대값은 피크(1522) 아래에 있다. 필터링된 출력이 평탄하기 때문에 피크를 식별하기가 어렵다. 그러나, 후술하는 바와 같이(도 16), 예를 들어 제1 층이 거친 필터 층인 경우, 추가 필터 층이 적용될 수 있다. 따라서 일부 실시예에서는, 낮은 파일업 필터(1540)와 유사할 수 있는 초기 거친 필터를 사용하고, 이후 거친 필터 출력에 제2 수준 필터를 적용한다.
번짐 필터(1550)는 방출 펄스보다 더 긴 반사 펄스(9개의 시간 빈 대 5개의 시간 빈)에 해당하는 형태를 갖는다. 다른 필터와 같이, 번짐 필터(1550)는 원시 히스토그램(1510)에 적용되어 번짐 필터 출력(1555)을 생성할 수 있다. 이는 타겟에 대한 높은 입사각으로 인해 또는 타겟이 덤불(bush)이나 극단적인 경우에는 흩어져 있는 안개와 같은 확산 매체임으로 인해 시간 상에서 펄스 폭을 번지게 하는 타겟을 검출하는데 유용하다. 필터(1520, 1530, 1540, 및 1550) 각각은 상이한 디지털화 신호 프로파일에 해당하는 예상된 신호 프로파일을 가질 수 있다.
높은 필터 출력(1525)의 피크(1522)가 여러 필터 출력 모두로부터의 전반적인 최대값이므로, 시간 빈(1515)이 반사 펄스의 시간적 위치로서 선택된다. 매칭 필터 회로는 단지 하나의 시간 빈만이 주목할 만한 값을 가졌다는 것은 모를 수 있고, 단지 높은 필터 출력(1525)의 시간 빈(1515)이 다른 필터들 중 가장 높은 값을 가졌다는 것만 알 수 있다. 원하는 경우, 방출 펄스의 중심은, 예를 들어 시간 빈(1515)에 시간에 폭의 절반의 폭을 추가함으로써, 방출 펄스의 폭을 사용하여 결정될 수 있다.
디지털화 신호가 중간 파일업을 가졌다면, 대부분의 중첩은 필터가 원시 히스토그램과 정확하게 중첩될 때 발생할 것이므로 중간 필터 출력이 가장 높은 값을 가질 것이다. 그리고, 중간 필터 출력의 피크도 또한 시간 빈(1515)에 있을 것이다. 유사하게, 디지털화 신호가 낮은 파일업을 가졌다면, 낮은 필터 출력(1545)이 가장 높은 값을 가질 것이고, 번진 디지털화 신호에 대한 번짐 필터(1550)에 대해서도 유사할 것이다.
정확한 필터 출력의 피크에 해당하는 전반적인 최대값을 보장하기 위해, 여러 필터의 전력이 정규화될 수 있다. 예를 들어, 도시된 바와 같이, 높은 파일업 필터(1520)의 하나의 탭은 다른 필터들 중 어느 것보다도 높은 값을 갖는다. 유사하게, 중간 파일업 필터(1530)에서 가장 높은 탭은, 번짐 필터(1550)의 탭보다 높은, 낮은 파일업 필터(1540)의 탭보다 높다. 일부 실시예에서, 각각의 필터 탭 세트의 평균 평방근은 동일하다. 다른 실시예에서, 각각의 필터의 전체 통합 면적은 균등할 수 있어서, 더 많은 탭이 추가될 때 값이 감소하게 한다.
따라서, 각 필터링된 신호를 비교하기 전에, 이들 개별 신호가 정규화될 수 있다. (도시된 바와 같은) 일 실시예에서, 정규화된 비교는 정규화된 필터를 사용하여 교차 상관(매칭 필터)을 수행함으로써 이루어진다. 정규화 필터를 생성하기 위해, 각각의 필터 탭 세트의 평균 평방근이 계산될 수 있고, 이후 전체 필터는 에너지의 제곱근으로 나누어진다. 제곱근 이외의 다른 함수가 사용될 수 있다.
다른 실시예에서, 정규화된 비교는 먼저 비정규화 필터를 적용하고 이후 그 결과(즉, 필터 출력)를 필터 에너지의 제곱근으로 나눔으로써 수행된다. 이 후자의 실시예가 계산적으로 더 간단할 수 있다. 다수의 필터링된 신호의 정규화된 비교 이후에, 가장 큰 값은 최상의 매칭에 해당한다. 이러한 방식으로, 본 실시예에 따르면, 반사 표면의 속성에 관한 정보(예를 들어, 표면의 각도, 반사도 및 객체의 상대 속도)가 얻어질 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 필터 출력 생성의 일부로서, 슬라이딩 단계 크기는 하나의 시간 빈이 될 수 있다. 다른 실시예에서는, 더 작은 단계 크기가 사용될 수 있다. 예를 들어, (예를 들어, 원시 히스토그램을 포함하는 컨볼빙(convolving) 필터로부터의) 중첩 값은 시간 빈의 0.1, 0.2, 또는 0.5마다 결정될 수 있다.
B. 필터링된 히스토그램에 대한 프로파일 필터의 적용
일부 실시예에서, 상이한 프로파일 필터가, 예를 들어 초기 거친 필터에 의해 생성된, 필터링된 신호에 적용될 수 있다. 이러한 초기 거친 필터는 원시 히스토그램에 걸쳐 적용되어 반사된 펄스에 해당하는(즉, 배경 광과 구별되는) 히스토그램의 섹션을 식별할 수 있다. 결과적인 필터 출력은 상이한 디지털 신호 프로파일에 대해 상이한 프로파일을 갖는다.
1. 상이한 프로파일 필터 간의 비교
도 16은 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 제2 수준 프로파일 필터를 제1 수준 필터로부터의 필터링된 출력에 적용하는 것을 도시한다. 도 16에는 3개의 열과 5개의 행이 있다. 3개의 열은 제로 파일업(1610), 중간 파일업(1620) 및 높은 파일업(1630)이다. 행은 (A) 원시 히스토그램, (B) 제1 필터 수준에서 적용되는 (예를 들어 단일 스퀘어 필터로부터의) 거친 필터 출력, (C) 제2 필터 수준에서 적용되는 제로 파일업 필터 출력, (D) 제2 필터 수준에서 적용되는 중간 파일업 필터 출력 및 (E) 제2 필터 수준에서 적용되는 높은 파일업 필터 출력에 해당한다.
제로 파일업 신호(1611), 중간 파일업 신호(1621), 및 높은 파일업 신호(1631)는 각각 낮은 파일업 프로파일(810), 중간 파일업 프로파일(820), 및 높은 파일업 프로파일(830)에 해당한다. 픽셀 상의 실제 광속(1650)은 점선으로 도시되는 스퀘어 펄스이다.
도 16에서, 단일 스퀘어 필터가 각각의 원시 히스토그램에 적용된다. 스퀘어 필터는 방출 펄스의 폭을 가질 수 있다. 이 스퀘어 필터는 제1 수준에서 적용된다는 점(즉, 원시 히스토그램에 직접 적용됨) 및 분해능이 단일 시간 빈(예를 들어, 슬라이딩 단계는 하나의 시간 빈)의 크기일 수 있다는 점에서 거친 것으로 간주될 수 있다. 상이한 필터 출력은 상이한 원시 히스토그램 입력의 결과이다. 필터 출력은 스퀘어 필터의 상이한 위치에 대한 신호와 스퀘어 필터의 중첩을 결정함으로써 결정된다.
거친 제로 파일업 필터 출력(1612)은, 예를 들어 도 9의 최종 필터링된 출력(990)과 유사한, 삼각형 형태를 갖는다. 필터링된 히스토그램의 가로 축은 스퀘어 필터의 소정 위치에 해당한다. 그러나, 제로 파일업 신호(611)에 대한 필터 출력(1612)의 실제 시간적 위치는 반드시 수평 축 상의 그들의 상대 위치에 관련될 필요는 없다. 반사 펄스의 상승 에지를 검출하기 위해 필터 출력이 생성되는 경우(예를 들어, 시간 빈에서의 필터링된 값은 필터의 가장 좌측 위치에 해당함), 필터 출력(1612)의 피크는 제로 파일업 신호(1611)의 상승 에지에 해당할 것이다. 또한, 필터 출력(1612)의 폭은 제로 파일업 신호(1611)의 폭보다 더 크다(예를 들어, 9개의 빈 대 5개의 빈). 따라서, 도 9에서와 같이, 시간 빈의 값이 거친 필터의 중심에서 벗어나서 입력될 때 라인(1617)이 검출된 펄스의 중심에 부합할 수 있더라도, 수평축 상의 스케일은 두 플롯에 대해 다르다.
거친 중간 파일업 필터 출력(1622)은, 예를 들어 중간 필터 출력(1535)과 유사하게, 제1 부분에 대해 각각의 시간 단계마다 증가한다. (예를 들어, 검출된 펄스의 중심에 해당하는) 시간(1627)에서의 감소는 중간 파일업 신호(1621)의 피크를 통과하는 스퀘어 필터의 선단 에지로부터 초래될 수 있다.
스퀘어 필터는 이 제1 수준에서 낮은 파일업 필터로 간주될 수 있으므로, 거친 높은 파일업 필터 출력(1632)은, 예를 들어 낮은 파일업 필터 출력(1545)과 유사하게, 스퀘어 펄스를 닮는다. 높은 파일업 신호(1631)는 원시 히스토그램(1510)과 유사하게 임계치를 초과하는 주목할 만한 값을 갖는 단일 시간 빈으로서 근사될 수 있다. 라인(1637)은 평평한 상부 필터 응답과 관련된 모호성을 설명한다. 필터 응답의 최대값은, 노이즈를 추가하여, 거친 높은 파일업 필터 출력(1632)의 평평한 상부를 따라 어디에서나 쉽게 발생할 수 있다.
C-E 행은 B 행의 스퀘어 필터 출력에 적용되는 제2 수준 필터에 해당한다. 각 행은 B 행의 각각의 스퀘어 필터 출력에 적용되는 상이한 제2 수준 필터에 해당한다. 세 개의 상이한 제2 수준 필터는 B 행의 출력 프로파일에 대략 상응하는 프로파일을 가진다. 따라서, 제2 수준 필터는 행 B에 도시된 프로파일을 갖는 상이한 프로파일 필터인 것으로 간주될 수 있다. 기저 디지털화 신호에 상응하는(즉, 상응하는 필터 출력과 유사한 형태가 됨으로써) 제2 수준 필터는 최상의 매칭을 제공할 것이고, 따라서 수신 시간을 결정하는데 사용될 것이다.
행 C에서, 프로파일 필터 출력(1613)은 제로 파일업 프로파일 필터를 필터 출력(1612)에 적용함으로써 생성된다. 이 예에서, 제로 파일업 프로파일 필터는 (예를 들어, 가우시안과 같은 지수함수적 상승 및 감쇠가 더 많기는 하지만) 필터 출력(1612) 자체와 형태가 유사하고, 낮은 파일업 필터(1540)와는 유사하지 않다. 이들 프로파일 필터는 서로 다른 수준에서 적용되므로 다른데: 하나는 원시 히스토그램에 직접 적용되고 다른 하나는 제1 수준 필터 출력에 적용된다. 필터 출력(1612)은 본질적으로 그 자체와 컨볼빙되기 때문에, 프로파일 필터 출력(1613)은 대칭이며 필터 출력(1612)과 본질적으로 동일한 시간에 피크를 가질 수 있다.
프로파일 필터 출력(1623)은 제로 파일업 프로파일 필터(본질적으로는 필터 출력(1612))를 거친 중간 필터 출력(1622)에 적용함으로써 생성된다. 거친 중간 필터 출력(1622)의 비대칭 형상은 프로파일 필터 출력(1623)에서의 비대칭 형상을 야기한다. 그리고, 제로 파일업 프로파일 필터는 거친 중간 필터 출력(1622)과 정확하게 매칭되지 않기 때문에, 프로파일 필터 출력(1623)의 피크는 프로파일 필터 출력(1613)의 최대값(1616)보다 작다.
프로파일 필터 출력(1633)은 제로 파일업 프로파일 필터를 거친 높은 파일업 필터 출력(1632)에 적용함으로써 생성된다. 거친 높은 파일업 필터 출력(1632)의 대체로 대칭적인 형태는 프로파일 필터 출력(1633)에 대칭적인 형태를 제공한다. 그리고, 제로 파일업 프로파일 필터는 거친 높은 파일업 필터 출력(1632)과 정확히 매칭되지 않으므로, 프로파일 필터 출력(1633)의 피크는 최대값(1616)보다 작다.
D 행에서, 중간 파일업 프로파일 필터가 B 행의 다양한 필터 출력에 적용된다. 중간 파일업 프로파일 필터는 거친 필터 출력(1622)과 유사한 형태를 갖는다. 따라서, 필터 출력(1624)은 필터 출력(1614)(제로 파일업) 및 필터 출력(1634)(높은 파일업)에 비해 최대값을 갖는다.
E 행에서는, 높은 파일업 프로파일 필터가 B 행의 다양한 필터 출력에 적용된다. 높은 파일업 프로파일 필터는 거친 높은 파일업 필터 출력(1632) (즉, 본질적으로 스퀘어 필터)과 유사한 형상을 갖는다. 따라서, 필터 출력(1635)은 필터 출력(1615)(제로 파일업) 및 중간 출력(1625)(중간 파일업)에 비해 최대값을 갖는다.
2. 최대 윈도우 파인더(max window finder) - 중간 파일업 예
일부 실시예에서, 제1 수준 필터는 제2 수준 필터링을 수행하기 위한 특정 윈도우를 식별할 수 있다. 반사 펄스가 검출되는 위치를 정확히 알 수 없으므로, 제1 수준 필터는 전체 원시 히스토그램에 걸쳐 적용될 수 있다. 필터 출력의 최대값의 위치를 식별할 수 있으며, 해당 최대값 주변의 윈도우는 제2 수준의 프로파일 필터를 사용하여 분석될 수 있다. 이 최대 윈도우에서만 프로파일 필터를 적용하여 메모리, 시간 및 계산 노력을 절약할 수 있다. 따라서, 이들 필터 각각을 최대 윈도우 결과에 적용하고 이들을 비교하여 어느 것이 가장 높은 값을 갖는지를 찾음으로써, 어느 파일업 시나리오가 실제 신호에 가장 근사한지를 찾을 수 있다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른, 중간 파일업 신호에 적용된 두 수준의 필터를 사용하는 프로세스 흐름을 설명하는 도면이다. 제1 수준 필터(예를 들어, 스퀘어 필터)가 중간 파일업 신호에 적용되어 중간 파일업 필터 출력(1710)을 얻을 수 있으며, 이는 거친 중간 필터 출력(1622)처럼 보일 수 있다. 중간 파일업 필터 출력(1710)을 얻는 것의 일부로서, 제1 수준 필터는 원시 히스토그램에 걸쳐 슬라이딩될 수 있고, 필터 출력의 최대값이 식별될 수 있다. 이 최대값 주변의 윈도우가 선택될 수 있고, 여기서 윈도우는 중간 파일업 필터 출력(1710)의 관련 부분을 포함하고, 이로써 선택된 최대 윈도우(1720)를 획득할 수 있다.
일단 최대 윈도우(1720)가 선택되면, 복수의 제2 수준 프로파일 필터가 선택될 수 있다. 어떤 제2 프로파일 필터가 선택되는지는 필터링된 출력의 특성(예를 들어, 그 폭과 같이, 0이 아닌 값의 패턴)과 사용된 제1 수준 필터의 특성(예를 들어, 그 폭과 같이, 0이 아닌 값의 패턴)에 따른다. 선택된 제2 수준 프로파일 필터는 이후 선택된 최대 윈도우(1720) 내의 필터 출력 데이터에 적용될 수 있다.
이 예에서, 3개의 제2 수준 프로파일 필터(1722-1726)는, 예를 들어 예상 신호 프로파일에 상응하도록, 보다 정확하게는 그러한 신호 프로파일에 대한 필터링된 출력에 해당하도록 선택된다. 낮은 파일업 프로파일 필터(1722)는 가장 왼쪽의 제2 수준 필터 출력을 제공하고, 중간 파일업 프로파일 필터(1724)는 중간의 제2 수준 필터 출력을 제공하고, 높은 파일업 프로파일 필터(1726)는 가장 오른쪽의 제2 수준 필터 출력을 제공한다. 원래의 원시 히스토그램은 중간 파일업과 선택된 최대 윈도우(1720)를 갖기 때문에, 선택된 신호(1732)는 중간 제2 수준 출력이 될 것이다.
일부 실시예에서, 하나보다 많은 프로파일 필터가 소정 형태에 대해 선택될 수 있다. 예를 들어, 반사 펄스의 상승 에지가 시간 빈 내에서 수신되는 시점에 따라, 각각 서로에 대해 약간의 편차를 갖는 다수의 중간 파일업 프로파일 필터가 사용될 수 있다. 이러한 프로파일 필터 세트는 검출된 원시 히스토그램을 효과적으로 보간하여 시간 빈의 폭보다 미세한 분해능에서 반사 펄스의 수신 시간을 식별할 수 있다. 다음 섹션에서는 이러한 보간에 대한 자세한 내용을 제공한다.
C. 보간
일부 실시예에서, 보간기(interpolator)는 히스토그램 빈 간의 보간을 수행한다. 디지털 보간은 일반적으로 영 충전(zero filling) 및 데이터에 유한 임펄스 응답(FIR) 또는 무한 임펄스 응답(IIR) 필터를 적용함으로써 수행된다. 다른 구현예에서, 보다 정확하고 경제적인 방식이 사용된다. 이들 실시예에서, 보간기는 상기한 바에 따라 식별되는 신호 형태의 사전 지식을 이용한다. 따라서, 보간기는 다수의 매칭 필터를 적용할 수 있으며, 이들 각각은 1 미만의 히스토그램 빈의 보간 오프셋에 해당한다. 예시적인 구현예로서, 보간기는 프로파일마다 10개의 상이한 매칭 필터를 적용함으로써 이를 수행하며, 이들 각각은 상이한 보간 오프셋에 해당한다.
따라서, 디지털 신호 프로세서(digital signal processor; DSP) 방식의 블록은 보간 필터를 사용할 수 있는 보간기를 포함할 수 있다. 보간 필터는 제1 수준 필터 또는 제2 수준 필터일 수 있다. 보간 필터는 검출된 펄스의 수신 시간에 관한 정보를 시간 빈의 폭보다 더 큰 정확도로 제공할 수 있다.
보간의 일례로서, 스퀘어 반사 펄스의 상승 에지가 시간 빈의 중간 부분에 정확히 도착한다고 가정하며(예를 들어, 1 나노초 시간 빈 안으로 500 PS), 여기서 검출된 펄스의 폭은 3 ns이다. 상승 에지가 시간 빈을 통해 중간에 도달했기 때문에, 다음 두 시간 빈에서보다 해당 제1 빈에서 약 절반의 광자 플럭스가 검출될 것이다. 하강 에지가 제4 시간 빈을 통해 중간에 떨어지기 때문에 제4 시간 빈에서도 또한 약 절반의 플럭스가 검출될 것이다. 따라서, 원시 히스토그램은 4개의 연속 시간 빈에서 4개의 값 {5, 10, 10, 5)을 가질 수 있다. '10'은 해당 빈에서 전체 광속이 검출되었음을 나타내고, '5'는 해당 빈에서 전체 광속의 절반이 검출되었음을 나타낸다.
선단 및 후단 빈에서의 값의 비는 상승 에지의 위치를 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 선단 빈이 4 의 값을 가졌고 후단 빈이 6의 값을 가졌다면, 상승 에지는 선단 빈 안으로 600 ps(예를 들어, 100.6 ns)에 있을 것이다. 실제로, 원시 히스토그램의 특정 값은, 예를 들어 노이즈 및 검출 프로세스의 확률적 속성으로 인해, 이러한 이상적인 값을 갖지 않을 수 있다. 따라서, 이러한 비율을 계산하는 대신에, 다른 보간 필터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 선단 빈이 100 ns와 101 ns 사이인 경우, 100.1 ns, 100.2 ns, 100.3 ns 등에 대한 보간 필터가 있을 수 있다. 이러한 예에서, 최상의 매칭 필터는 100 ps 내로 수신 시간을 식별할 수 있다. 이러한 보간 필터는 보간 필터가 제2 수준 필터로서 적용될 때 거친 필터에 대해 사용되는 것보다 더 많은 비트의 고정 소수점 곱셈을 수행할 수 있다.
다른 프로파일에 대해서는 다른 세트의 보간 필터가 사용될 수 있다. 예를 들어, 한 세트의 보간 필터가 높은 파일업 프로파일에 사용될 수 있고, 다른 세트의 보간 필터가 중간 파일업 프로파일에 사용될 수 있고, 이러한 식으로 계속 나갈 수 있다. 세트의 각각의 보간 필터는, 필터가 시간 상에서 슬라이드함에 따른 펄스 프로파일에서의 약간의 양자화 편이(quantization shifts)를 고려하는, 약간 다른 프로파일을 가질 수 있다. 10x만큼 보간(예를 들어, 시간 빈 폭이 1 일 때 0.1 정확도)하기 위해, 10개의 보간 필터를 사용할 수 있다. 2-빈 직사각형 펄스(예를 들어, 높은 파일업 프로파일)의 단순한 경우에, 보간 필터는 (10,0), (9,1), (8,2), (7,3), (6,4), (5,5), (4,6), (3,7), (2,8), (1,9)일 수 있다. 이들 보간 필터 각각은 신호에 적용되어 보간 범위를 빈의 10 분의 1까지 낮추는데 가장 적합한 것을 식별할 수 있다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이러한 보간 필터를 2개보다 많은 시간 빈의 펄스 뿐만 아니라 보다 복잡한 펄스 형태 및 길이에 적용하는 것을 이해할 것이다. 또한, 이후 섹션에서 더욱 자세하게 기술된 바와 같이, 원시 히스토그램이 하나보다 많은 시간 빈을 점유하는 것을 보장하기 위해 연속적인 펄스 트레인(예를 들어, 동일한 펄스 패턴의 연속적인 것)이 서로 오프셋(예를 들어, 빈의 1/10 만큼 스태거)될 수 있다.
1. 원시 히스토그램에 대한 보간 필터 적용
도 18은 본 발명의 실시예에 따른, 원시 히스토그램에 상이한 보간 필터를 적용하는 것을 도시한다. 도 18은, 3 ns 반사 펄스(1817)에 응답하여 생성된 원시 히스토그램(1810)에 적용된 4개의 보간 필터를 도시한다. 원시 히스토그램(1810)(H로 표시됨)은 시간 빈(1812)에 비해 시간 빈의 -1/4만큼 편이된 상승 에지(1815)를 가진다. 각각의 보간 필터는 보간, 예를 들어, 상이한 패턴의 0이 아닌 값을 제공하기 위해 상응하는 시간 빈에 다른 패턴의 값을 가질 수 있다.
제로 편이 보간 필터(1820)는 동일한 값을 갖는 세 개의 탭을 포함한다. 제로 편이 보간 필터(1820)는 H와 컨볼빙되어 제로 편이 출력(1825)을 제공한다. 컨벌루션 프로세스는 J + K -1 시간 빈에 주목할 만한 값을 제공할 수 있으며, 여기서 J는 보간 필터의 탭의 개수이고 K는 주목할 만한 값(예를 들어, 배경 임계치 위)인 원시 히스토그램의 시간 빈의 개수이다.
각 시간 단계에서, 두 프로파일 사이에서 컨벌루션(예를 들어, 중첩)이 결정될 수 있고, 결과 값은 제1 보간 탭의 위치에 해당하는 시간 빈에 대해 사용될 수 있다. 이 예에서, 이들 3개의 시간 빈이 시간 빈(1811)보다 높은 값을 가지므로, 가장 왼쪽 보간 탭이 시간 빈(1812)과 일치할 때 피크(1827)가 발생한다.
시간 빈의 ¾가 상승 에지(1831)를 갖는 반사 펄스를 포함할 것이므로, -3/4 편이 보간 필터(1830)는 후단 탭보다 더 높은 선단 탭을 가진다. 제로 편이가 -3/4 편이보다는 -1/4의 실제 편이에 더 가깝기 때문에, 컨벌루션은 피크(1827)보다 더 낮은 피크(1837)를 갖는 필터링된 출력(1835)을 제공한다.
시간 빈의 ¼이 상승 에지(1841)를 갖는 반사 펄스를 포함할 것이므로, -1/4 편이 보간 필터(1840)는 후단 탭보다 더 낮은 선단 탭을 가진다. -1/4 편이가 상승 에지(1815)의 실제 편이와 동일하기 때문에, 컨벌루션은 모든 필터링된 출력 중 가장 높은 피크(1847)를 갖는 필터링된 출력(1845)을 제공한다.
각각의 해당하는 시간의 1/2은 상승 에지(1851)를 가질 경우 반사 펄스를 포함하므로, -1/2 편이 보간 필터(1850)는 동일한 선단 탭 및 후단 탭을 가진다. 제로 편이는 제로 편이보다 -1/4의 실제 편이로부터 동일한 거리이기 때문에, 컨벌루션은 피크(1857)와 거의 동일한 피크(1857)를 갖는 필터링된 출력(1855)을 제공한다.
도 18의 예는 제로 파일업 필터를 가정했지만, 특정 프로파일이 알려져 있지 않을 수 있다. 이러한 경우에, 각각의 프로파일이 상이한 폭을 갖는 다양한 프로파일 필터가 원시 히스토그램에 적용될 수 있다. 이 제1 단계의 목적은 디지털화 신호와 최상으로 매칭하는 프로파일을 식별하는 것이므로, 이러한 프로파일 필터는 각각이 거친 필터일 수 있다. 이러한 상이한 프로파일 필터 또는 이들의 출력은 본 명세서에 기술된 바와 같이 정규화될 수 있다. 어떤 프로파일 필터가 최상으로 매칭하는가에 따라, 해당 유형(예를 들어, 높은 파일업)의 보간 필터가 보간 단계에서 적용될 수 있다. 최상의 매칭을 갖는 초기 거친 필터는, 예를 들어 상승 에지에서의 특정 편이(예를 들어, 거친 스퀘어 필터에 대한 제로 편이)에 해당하는, 보간 필터 세트 중 하나일 수 있다.
원시 히스토그램에 보간 필터를 적용하는 것은 (예를 들어, 보간 필터가 제2 수준 필터인) 필터의 출력에 적용하는 것보다 노이즈 내의 신호를 검출하는데 더욱 효과적일 수 있는데, 이는 필터가 히스토그램의 다양한 신호 형태와 더 잘 매칭될 수 있기 때문이지만, 펄스의 위치가 알려지지 않을 수 있으므로 계산 비용이 많이 들 수 있다. 그러한 경우에, 각각의 보간 필터는 전체 원시 히스토그램에 걸쳐 적용될 수 있다. 그러나, 일 구현예에서, 제1 보간의 피크 위치는 다른 보간 필터가 적용되어야 하는 곳을 지정하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 거친 필터 프로파일이 먼저 (예를 들어, 본 명세서에 기술된 바와 같이) 적용되어, 반사 펄스 주변의 윈도우를 찾는데 사용될 수 있는, 원시 히스토그램 상에 보간 필터를 실행하는 것의 많은 이점을 달성할 수 있으며, 이후 보간 필터가 적용될 수 있다.
2. 필터링된 히스토그램에 대한 적용
일부 실시예에서, 보간 필터는, 원시 히스토그램에 직접 적용되는 것과 반대로, 필터 출력에 적용될 수 있다. 예를 들어, 도 16을 다시 참조하면, 제2 수준 필터가 다양한 제2 수준 필터 출력을 제공하기 위해 적용될 때, 하나보다 많은 제2 수준 필터가 적용될 수 있다. 따라서, 하나보다 많은 높은 파일업 제2 수준 필터가 존재할 수 있다. 도 16에서, 높은 파일업 제2 수준 필터는 명목상으로는 거친 높은 파일업 필터 출력(632)과 유사하다. 그러나, 단일 스퀘어 필터 대신에, 각각이, 예를 들어 도 18과 유사하게, 반사 펄스의 상승 에지의 상이한 위치에 해당하는 상이한 프로파일을 갖는, 다수의(예를 들어, 10개) 보간 필터가 사용될 수 있다. 보간 펄스의 개수는 원하는 정확도에 따라 달라질 수 있다.
따라서, 원시의 높은 파일업 신호가 큰 값을 갖는 하나의 시간 빈을 갖지만, (예를 들어, 제1 시간 빈의 종료 부분 근방에 도착하는 강한 펄스의 상승 에지의 결과로서) 더 작지만 중요한 값을 갖는 다음 시간 빈은 갖지 않았다면, 필터링된 출력이 완전하게 스퀘어하지는 않을 것이다. 예를 들어, 5-빈 스퀘어 필터의 경우, 양쪽에 두 개의 작은 시간 빈이 있는 채로, 동일한 높이의 4개의 시간 빈이 있을 것이다 - 원시 히스토그램이 더 큰 제1 빈을 가졌었으므로, 가장 왼쪽의 시간 빈은 가장 오른쪽의 시간 빈보다 크다. 제2 수준 필터로서 단지 5-빈 스퀘어 필터를 사용하는 경우에, 최대값은 주목할 만한 값을 가진 단지 하나의 시간 빈의 예와 동일할 것으로 보이며(즉, 다음 시간 빈이 본질적으로 0, 예를 들어 배경보다 작음), 이는 다수의 보간 필터를 사용하는 것 만큼 정확하지는 않을 것이다.
보간 필터는 6개의 탭을 사용할 수 있고, 첫번째 및 마지막 박스가 상이하여, 예를 들어, 필터링된 출력이, 지정된 분해능 내에서, 최상으로 매칭하는 보간 필터에 정확하게 매칭될 것이다. 예를 들어, 첫번째 탭과 마지막 탭에 대해 상이한 조합의 20개의 보간 필터를 사용하면 50 ps의 정확도를 제공할 수 있다. 원시 히스토그램의 두 시간 빈의 상대적인 비율에 따라 최대값이 약간 편이될 것이며; 이러한 비율을 계산하는 것은 상승 에지의 위치를 결정하는 또 다른 방법이다, 즉, 분석할 원시 히스토그램의 일부를 식별하기 위해 거친 필터를 사용한 경우이다.
일부 실시예에서, 단일의 제2 수준 프로파일 필터가 각각의 프로파일, 예를 들어, 도 16에 도시된 3개의 프로파일에 사용될 수 있다. 최대값을 제공하는 프로파일 필터는 이후, 예를 들어 원시 히스토그램에 적용될 보간 필터를 선택하기 위해 초기 거친 필터가 사용될 수 있는 것과 유사한 방식으로, 사용할 해당 보간 필터를 선택하는데 사용될 수 있으며, 다만 여기서는 (최상 매칭의 거친 필터에 해당하는) 보간 필터가 제2 수준 필터이다. 따라서, 각각의 프로파일에 대해 모든 보간 필터가 사용될 필요는 없다.
3. 필터 선택
바로 전 섹션에서 언급한 바와 같이, 모든 측정에서 측정된 히스토그램에 모든 보간 필터 프로파일을 적용하는 것에 대한 대안으로서, 특정 보간 필터 만이 사용된다. 특정 보간 필터가 특정 거친 필터와 연관되거나 집합적으로 세트에 속하기 때문에, 어떤 보간(또는 추가 보간) 필터를 사용할지 선택하기 위해 하나의 필터에 대한 최상의 매칭이 사용될 수 있다. 다양한 구현예에서, 이들 보간 필터는 이들이, 예를 들어, 최상 매칭 거친 필터, 상위 N개의 최상 매칭 거친 필터(예를 들어, 2개 이상), 특정 세트(예를 들어, 높은 파일업 보간 세트)를 나타내는 최상 매칭 보간 필터, N개의 최상 매칭 보간 필터, 또는 임계치 위에서 매칭되는 것이 아닌 임의의 필터에 해당할 때 선택될 수 있다.
다른 구현예에서, 보간 필터 세트는 원시 히스토그램의 최대값 및/또는 필터 출력의 최대값과 같은 측정 결과에 기초하여 선택될 수 있다. 일례로서, 이들 두 수의 비를 비교함으로써, 특정 수준의 파일업을 신뢰성 있게 식별하는 임계치을 결정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 원시 히스토그램의 최대값이 다수 탭 거친 필터의 최대값 출력과 같으면, 이는 모든 광학 에너지가 단일 히스토그램 빈에 포함되어 있기 때문에 매우 강력한 파일업을 나타낼 수 있다. 이 간단한 비율 방법은 적용할 보간 필터를 선택하기 위한, 계산 효율적인 대안적 방법이다.
필터 출력의 최대값을 선택 기준으로서 이용하는 다른 실시예에서는, 추가적인 검사가 구현될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 당 다수의 SPAD가 있고 대부분의 SPAD가 발사하면, 시스템은 파일업이 발생했다고 가정할 수 있다. (원시 히스토그램의 최대값과 관련된) 파일업 정도는 검출된 광자의 개수와 직접적으로 상관될 수 있다. 이 관계를 이용하기 위해, 원시 히스토그램 또는 거친 필터 출력의 최대값에 대한 임계치 또는 다수의 임계치는 어떤 파일업 프로파일을 사용할지 결정할 수 있다.
예를 들어, 제1 임계치보다 높은 최대값은 단지 높은 파일업 보간 필터가 사용되어야 한다는 것을 나타낼 수 있다. 제1 임계치 미만의 최대값은 낮은 및 중간(중앙) 파일업 보간 필터가 사용되어야 한다는 것을 나타낼 수 있다. 제2 임계치는 최대값이 제2 임계치보다 높으면 중간 및 높은 파일업 보간 필터의 사용을 나타낼 수 있고, 아래일 때 낮은 파일업 보간 필터의 사용을 나타낼 수 있다. 이들 임계치에 대한 값은 센서가 작동하는 환경에 관한 정적(static) 또는 실시간 정보(knowledge)에 부가하여 장치의 현재 작동 설정값에 기초하여 결정될 수 있다.
4. 변형
보간은 추가적인 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 분포 함수(예를 들어, 가우시안)는 필터링된 출력(또는 보간이 수행되는 시점에 따라 원시 히스토그램)의 폭과 비슷한 폭을 가질 수 있다. 이 분포 함수를 천천히 이동시키면(예를 들어, 100 ps 단계), 원시 히스토그램 또는 필터링된 히스토그램의 중심의 근사값을 제공할 것이다. 이는 각각의 프로파일에 대해 10개의 탭 필터를 필요로 하지는 않을 것이지만, 나노 초당 하나보다 많은 필터 값을 필요로 할 수 있다. 이러한 분포는, 예를 들어, 이들 내에서 상이한 프로파일을 갖는, 대칭 또는 비대칭일 수 있다. 상이한 폭의 분포가 사용될 수 있으며, 이는 단일 프로파일에 대해 상이한 패턴을 갖는 다수의 탭 필터를 사용하는 것보다 이점을 제공할 수 있다.
D. 다수의 거친 필터와 보간 필터의 조합
상술한 바와 같이, 거친 필터가 원시 히스토그램에 적용되어 필터 출력을 제공할 수 있고, 최상의 매칭 프로파일을 갖는 보간 필터가 필터 출력에 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 다수의 거친 필터가 적용될 수 있고, 최상의 매칭에 해당하는 보간 필터가 사용될 수 있다. 보간 필터는 최상의 매칭 프로파일에 해당하므로, 이들은 파일업 유형을 식별하고 이로써 현장의 객체의 범위 및 속성을 보다 정확하게 식별하기 위해 고안된 디지털 신호 처리(DSP) 방식의 일부일 수 있다.
도 19는 본 발명의 실시예에 따른, 다수의 거친 필터를 사용하는 2-수준 필터링 방식을 설명하는 도면이다. 히스토그램 데이터(1910)는 다수의 펄스 트레인을 사용하여 결정될 수 있는 원시 히스토그램에 해당한다.
일부 실시예에 따르면, 디지털화 신호의 형태를 추정하기 위해, 도 19에 매칭 필터 1-N으로 표시된, 다수의 매칭된 거친 필터가 먼저 원시 히스토그램에 적용된다. 이들 거친 필터 각각은, 필터링된 프로파일 1-N으로 표시된, 필터 출력을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서는, 바커 코드 매칭 필터가 적용된다. 이 필터는 바커 코드를 필터 탭으로 사용하고 이들 탭과 원시 히스토그램의 교차 상관 관계를 수행한다. 본 실시예에 따라 N개의 상이한 매칭 필터가 존재할 수 있다. 따라서, 각각의 측정으로부터의 히스토그램 데이터는 N개의 상이한 매칭 필터로 필터링될 수 있다. 거친 필터의 개수는 광 감지 모듈로부터의 프로파일 형태에 기초하여 그리고 (예를 들어, 객체의 유형에 기초한) 소정 환경에서 예상되거나 가능한 상이한 프로파일의 개수에 상응할 수 있다.
다음 단계에서, 최대 윈도우 파인더(1940)는 매칭되고 필터링된 출력 신호의 최대값을 식별할 수 있다. 해당 인덱스 주변의 값의 윈도우는 저장될 수 있다. 다수의 거친 매칭 필터가 사용되는 경우, 최대값을 갖는 정규화된 매칭 필터만 고려된다. 최대값을 갖는 거친 매칭 필터가 기록된다.
최대 윈도우는 미세 보간을 수행하는 보간기로 전달된다. 사용될 보간 필터는 최대값을 가졌던 거친 매칭 필터에 의해 결정된다. 따라서, 총 N*M개의 보간기 필터가 있을 수 있으며, 여기서 N은 각각의 측정에 적용된 거친 매칭 필터의 개수이고 M은 각각의 거친 필터에 대한 미세 보간 필터의 개수이다. 다양한 실시예에서, 보간 필터는 원시 히스토그램 또는 최상의 매칭에 해당하는 필터링된 프로파일에 적용될 수 있다.
E. 코딩 펄스 및 프로파일 필터
매칭 필터(다른 프로파일 필터를 포함)도 또한 이전 섹션에서 설명한 코딩된 펄스와 함께 사용될 수 있다. 아래는 펄스 패턴과 매칭하는 탭 패턴을 가진 거친 필터의 예이다. 그리고, 최대 윈도우 파인더의 작동도 또한 설명한다.
1. 거친 필터
도 20은 본 발명의 실시예에 따른, 코딩 펄스에 기인하는 원시 히스토그램, 매칭 필터 및 상응하는 필터 출력을 도시한다. 원시 히스토그램(2010)은 제로 파일업 또는 낮은 파일업이지만 약간의 노이즈가 있는 경우를 나타낸다. 원시 히스토그램(2010)은 길이가 3 인 바커 코드에 상응하는 {+1, +1, -1} 패턴을 가진다. 0-16의 다양한 시간 빈의 값은 -2 와 2 사이의 값이다. 음의 값은 검출 구간의 특정 부분 동안 검출된 펄스에 음의 가중치를 할당함으로써 달성될 수 있다. 도시된 예에서, 원시 히스토그램(2010)은 정수 값, 즉 -2, -1, 0, 1, 또는 2만을 갖는다.
매칭 필터(2020)는 예상 펄스 패턴 {+1 +1 -1}과 매칭하는 필터 탭을 가진다. 그러나, 탭은 오직 +1, 0, 및 -1의 값만 가진다. 매칭 필터(2020)는 각각의 시간 빈에 대해 하나의 탭(2022)을 갖는다. 히스토그램 입력 데이터와 필터 탭(2022) 간에 교차 상관이 수행된다. 매칭 필터(2020)는 거친 필터를 구성할 수 있다.
필터 출력(2030)은 입력 신호(원시 히스토그램(2010))와 필터 탭(2022)의 교차 상관을 보여주며, 이로써 거친 필터링 신호를 얻는다. 필터 출력(2030)에서 볼 수 있는 바와 같이, 교차 상관 함수에는 중심의 양의 피크가 있다. 이는 히스토그램의 세 개의 펄스 모두로부터의 모든 전력을 하나의 큰 펄스로 결합한다. 또한, 입력 히스토그램과 매칭 필터의 교차 상관은 필터 출력(2030)에서 보여지는 바와 같이 삼각형 형태를 산출한다. 필터 출력(2030)의 수직축 상의 스케일은, 매칭 필터(2020)가 원시 히스토그램(2010)의 패턴과 정확하게 매칭되는 슬라이딩 시간 단계에 있을 때 원시 히스토그램(2010)의 시간 빈의 데이터 값의 합을 본질적으로 제공함으로써 교차 상관 양태를 나타낸다.
일부 실시예에서, 원시 히스토그램(2010) 및 매칭 필터(2020)의 값이 정수인 경우 부동 소수점 연산없이 교차 상관이 수행될 수 있다. 보다 효율적인 고정 소수점 수정(fixed point modification)을 사용할 수 있다. 그리고, 이 예에서, 매칭 필터(2020)가 -1, 0, 또는 +1의 값만을 갖기 때문이다. 거친 필터가 전체 히스토그램(예를 들어, 1,000개의 시간 빈)에 걸쳐 적용될 수 있으므로, 이 제1 수준 필터를 효율적으로 구현하는 것이 중요할 수 있다.
이러한 거친 필터는 신호가 대략적인 스케일 상에 있는 위치를 식별할 수 있게 한다. 이는 단일 레이저 펄스를 전송하지 않을 때 유용할 수 있는데, 이는 그러한 추가 펄스는 그렇지 않았더라면 계산 요구 사항을 증가시킬 수 있기 때문이다. 매칭 필터의 적용은 필터 출력(2030)의 시간 빈(15)에서의 피크에 해당하는 단일 신호로 펄스를 재결합시킬 수 있다.
도 20은 코딩 펄스를 사용하는 이점을 설명한다. 원시 히스토그램(2010)은, 예를 들어 크지 않은 시간 빈의 값 만큼 그리고 노이즈로 인한 변화 만큼, 매우 약한 신호이다. 매칭 필터가 히스토그램 입력과 정확하게 매칭되면, 필터 출력(2030)의 명확한 최대값에 의해 입증되듯이, 결과적인 신호는 훨씬 강해진다. 그리고, 사이드 로브는 네거티브이며, 이는 바커 코드의 특성이다.
2. 최대 윈도우 파인더
도 19에 도시된 바와 같이, DSP 방식에서의 다음 블록은 최대 윈도우 파인더일 수 있다. 이 블록의 목적은 필터 출력의 최대값을 찾고 다른 프로파일 필터의 보간 및/또는 적용을 위해 이 최대값 주위의 값을 저장하는 것이다. 최대 윈도우 파인더는 각각의 매칭 필터에서 최대값을 식별하고 개별 최대값으로부터 전반적인 최대값을 결정할 수 있다.
일부 실시예에서, 상이한 필터 출력을 비교하기 위해, 매칭 필터는, 예를 들어 본 명세서에 기술된 바와 같이, 정규화될 수 있다. 예를 들어, 정규화는 개별 최대값을 탭의 개수로 나눌 수 있다. 이는 매칭 필터에서 캡처된 평균 전력을 제공할 수 있으며 더 적은 탭을 갖는 필터가 입력 형태에 대한 더 나은 매칭인 경우에도 더 많은 탭을 갖는 필터가 더 적을 탭을 갖는 필터에 비해 부적절하게 선택될 가능성을 감소시킬 수 있다. 필터 출력이 서로 직접 비교되는 실시예에서, 각각의 필터 프로파일의 필터 전력은 상기 비교가 바이어스되지 않도록 정규화될 수 있다.
도 21은 본 발명의 실시예에 따른 최대 윈도우 결과(2100)를 도시한다. 최대값은 시간 빈(인덱스) 15에서 발견되며, 11개의 값의 윈도우(2110)가 최대값 인덱스 주위에 저장된다. 이들 11개의 값은 보간 및/또는 다른 프로파일 필터를 포함할 수 있는 제2 수준 필터링에 저장 및 사용될 수 있다. 예를 들어, 낮은 파일업 프로파일 필터, 중간 파일업 프로파일 필터, 및 높은 파일업 프로파일 필터는 윈도우(2110)의 시간 빈의 11개의 값에 적용될 수 있다. 이들 프로파일 필터의 최상의 매칭은 이후, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 하나의 시간 빈보다 큰 분해능에서 수신 시간을 식별하기 위해 한 세트의 보간 필터를 선택하는데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 이들 11개의 값에 대해 미세 보간을 수행하는 것은 전체 원시 히스토그램에 대해 (가능하게는 상이한 프로파일에 대해) 보간 필터의 전체 세트를 사용하는 것보다 계산적으로 훨씬 저렴하고 빠르다. 보간기 필터 탭의 값은 +1, 0, 및 -1의 값으로만 제한되는 대신 임의의 실제 값이 될 수 있다.
3. 상이한 객체에 대한 다수의 거친 프로파일 필터
본 명세서에 설명된 기술을 사용하면 라이더 시스템을 특정 객체를 검출하는데 더욱 효과적으로 만들 수 있다. 예를 들어, 도로 표지판은 강한 반사를 갖는 것으로 알려져 있다. 이는 SPAD로 구성된 센서에서 높은 파일업을 야기할 수 있다. 적절한 매칭 필터와 상응하는 보간을 사용하면 이러한 표면의 검출 및 적절한 범위 추정을 크게 향상시킬 수 있다. 마찬가지로, 경사 표면으로부터의 방사선의 반사가 번지고 확산될 수 있는데, 이 또한 그러한 실시예에 의해서 더 잘 검출되고 더 나은 추정 범위를 가질 수 있다.
도 22는 본 발명의 실시예에 따라 상이한 폭을 갖는 다수의 거친 프로파일 필터를 적용하는 것을 도시한다. 상이한 거친 프로파일의 출력은 사용할 제2 수준 필터를 식별하는데 사용될 수 있다. 도 22는 본 실시예에 따른 3가지 상이한 유형의 표면으로부터의 레이저 펄스의 반사 및 상응하는 처리에 해당하는 특정 시나리오를 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 각각의 거친 프로파일 필터는 0이 아닌 값을 갖는 상이한 개수의 연속적인 시간 빈을 갖는다.
도 22에서, 펄스 트레인(2210)의 연속적인 레이저 펄스는 시간 간격(t1) 만큼 떨어져 있고, 구체적이고 명확한 펄스 형태를 갖는다. 이들 펄스가 상이한 표면으로부터 반사되고 반사된 신호가 픽셀 센서에서 SPAD에 의해 측정되는 경우, 결과적인 검출 신호는, 이들 모두가 원래의 펄스 트레인에서 동일한 피치 시간(t1)을 갖더라도, 이들이 반사되는 객체에 따라 상이한 프로파일을 갖는다.
낮은 파일업 디지털화 신호(2222)는 약한 리턴 신호를 나타내는데, 이는 멀리 떨어진 객체로부터 반사 또는 낮은 반사도 표면으로부터의 반사를 나타낸다. 이들 두 시나리오는 전파시간 계산에 의해 더 구별될 수 있다. 반사된 신호는 펄스 트레인(2210)과 동일한 피치(t1)를 가지며, 검출 펄스 폭(t2)을 갖는다. 약한 매칭 필터(2224)는 약한 리턴 신호에 해당하는 폭을 갖는다. 약한 필터 출력(2226)은 약한 매칭 필터(2224)를 낮은 파일업 디지털화 신호(2222)에 적용하는 것에 해당한다. 결과적인 형태는 도 22에 도시된 것과 유사하다.
높은 파일업 디지털화 신호(2232)는 강한 리턴 신호를 나타내며, 이는 가까운 객체로부터의 반사 또는 높은 반사도 표면으로부터의 반사를 나타낸다. 다시 한 번, 이들 두 시나리오는 전파시간 계산에 의해 더 구별될 수 있다. 반사된 신호는 펄스 트레인(2210)과 동일한 피치(t1)를 갖지만, 펄스 폭(t3)은 t2 보다 작다. 이는 SPAD에서 높은 파일업을 야기하는 많은 양의 반사된 방사선으로 인해 발생한다. 결과적으로, SPAD로부터의 디지털화 신호 프로파일은 일반적으로 급격한 상승 및 빠른 감소를 가지며, 이는 최대값의 반에서의 전체 폭(FWHM)을 작게 한다. 강한 매칭 필터(2234)는 높은 파일업 디지털화 신호(2032)와의 교차 상관을 계산하기에 적합한 프로파일을 갖는다. 강한 필터 출력(2236)은, 중간 부분에서의 형태는 다르지만, 약한 필터 출력(2226)과 유사한 방식으로 플롯의 중간 부분에 뚜렷한 피크를 갖는다.
번진 디지털화 신호(2242)는 레이저 방사선의 광축에 대하여 경사진 표면으로부터의 반사 표시인, 번진 리턴 신호를 나타낸다. 반사된 신호는 펄스 트레인(2210)과 동일한 피치(t1)를 공유하며, t2 보다 큰 펄스 폭(t4)을 갖는다. 이것은 검출기에 가까운 가장자리가 더 가까워지고 먼 가장자리가 더 멀어지는 것으로 인해서 오랜 기간에 걸쳐 SPAD에 도달하는 경사면에서 반사된 방사선으로 인해 발생할 수 있다. 결과적으로 SPAD로부터의 디지털화 신호 프로파일이 확산되어 지속 시간이 길어진다. 번진 매칭 필터(2244)는 번진 디지털화 신호(2242)와의 교차 상관을 계산하기 위한 적절한 확산 프로파일을 갖는다. 번짐 필터 출력(2246)은 플롯의 중간 부분에 뚜렷한 피크를 가지며, 이는 도시된 바와 같은 상기의 다른 두 경우에 비해 더 확산되어 있지만, 필터(2224 및 2234)보다 더 높은 피크 및 더 정확한 위치 추정치를 나타낼 것이다. 거친 매칭 필터(2224, 2234 및 2244)는 방출 펄스 트레인(2210)에 해당하는 예상 신호 프로파일에 해당할 수 있다.
세 개의 프로파일이 여기서 설명되었다 하더라도, 본 실시예의 기술은 반사 및 해당 시나리오의 여러 유형과 관련된 다수의 정보를 포함할 수 있음을 유의해야 한다. 본 명세서에 기술된 보간 필터 중 임의의 것은 다양한 크기, 예를 들어 최대 17개의 빈 넓이일 수 있다. 번짐의 경우, 17개 모두가 0이 아닐 수 있다.
일부 실시예에서, 이러한 상이한 거친 매칭 필터(2224, 2234 및 2244)는 교차에 대한 최상의 매칭을 결정하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 필터의 다양한 폭은 전송 펄스의 폭에 기초하여 선택될 수 있고, 따라서 전송 펄스보다 크거나 작을 수 있다. 스퀘어 필터의 폭 및 그 최상의 매칭 위치는 펄스의 상승 에지의 위치를 식별할 수 있다. 이 포인트에서의 정지는 1 ns의 정확도만 제공할 수 있지만, 이는 단지 하나의 거친 프로파일 필터를 사용하는 것으로 인한 에러보다는 더 나을 수 있다. 더 높은 정확도를 위해, 최상의 매칭 거친 필터와 비슷한 폭을 가진 보간 필터를 사용할 수 있다. 일부 실시예에서, 해당하는 보간 필터는 현재 원시 히스토그램에 적용하기 위해 실시간으로 메모리에 로딩될 수 있다.
다수의 매칭 필터를 사용하는 이유는 1) 변화하는 신호 전력에 대한 SPAD의 비선형 응답을 처리하고, 2) 시간 도메인에서 번진 펄스(이는, 각도가 높은 표면 또는 확산 표면과 같이, 물리적 도메인에서 번진 펄스에도 해당한다)를 더 잘 검출하기 위해서의 2가지 이유일 수 있다. 번진 펄스를 식별하는 능력은, 예를 들어 객체를 분류하기 위하여, 최종 사용자로 또는 라이더 시스템의 나중 단계로 출력하기에 유용한 특징이다. 예를 들어, 트렁크(trunk)가 번짐 없는 포인트를 가지고 캐노피(canopy)가 많은 번진 펄스를 가져서 분산된 잎(diffuse foliage)을 나타내는 정보가 시스템에 제공되었다면, 나무 형태 포인트의 집합은 나무로서 더 잘 분류될 수 있을 것이다.
또한 번진 펄스에 맞게 조정된 매칭 필터를 사용하면 번짐 필터가 신호 에너지의 더 많은 부분을 포착하므로 기존 시스템보다 (노면과 같은) 더 높은 각도의 표면이 더 멀리서 검출될 수 있게 한다. 이는 중요할 수 있는데, 왜냐하면 자동차 앞 멀리 있는 노면에 부딪히는 펄스는 항상 매우 높은 각도로 부딪히고 이는 시간적으로 펄스를 상당히 번지게 하기 때문이다. 번진 펄스를 최적으로 검출하도록 조정된 필터의 뱅크가 없으면, 라이더 시스템은 적절하게 식별될 수 있는 도로의 범위에 관해 제한될 수 있다. 원거리에 있는 객체의 이러한 검출은 자율 주행 차량에 의해 또는 단순히 경보 시스템에 의해 결정이 이루어져야 할 필요가 있을 경우 뚜렷한 이점을 제공할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 다수의 제1 수준(제1 단계) 거친 필터만 단독으로 사용하면 정확도가 향상될 수 있다. 예를 들어, 시간적으로 10x로 번졌으나 1x 폭의 정격 필터로 필터링된 펄스는 번지지 않은 펄스보다 10x 낮은 신호 대 노이즈비(SNR) 및 필터링된 피크를 가질 것이다. 이는 정확하게 감지되지 않고 제2 수준 필터로 전달되지 않을 확률이 높다 - 대신 랜덤 노이즈 스파이크가 전달될 수 있다. 두 번째의 제1 수준 필터가 10x 번진 펄스를 검출하도록 조정된 탭과 병렬(또는 직렬)로 사용되면, 필터링된 SNR은 10x에서 sqrt(10)x로 감소될 수 있다, 즉, 번짐이 없는 경우보다 SNR이 3.16x만 낮다.
F. 시스템 구성 요소
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 필터링 광학 시스템(2310)을 도시한다. 도 23의 구성 요소는 도 13의 구성 요소와 유사한 방식으로 작동할 수 있으며, 도 13의 구성 요소를 포함하나, 일부는 명확성을 위해 도 13으로부터 생략될 수 있다. 예를 들어, 필터링 광학 시스템(2310)은 도 13의 CPOS(1310)와 동일한 시스템의 일부일 수 있다. 필터링 광학 시스템(2310)은 도 2의 사용자 인터페이스(215) 및/또는 도 13의 사용자 인터페이스(1315)일 수 있는 사용자 인터페이스 하드웨어(2315)와 상호 작용할 수 있다. 사용자 인터페이스 하드웨어(2315)는 다른 작동 파라미터에서 사용하기 위해 매칭 필터를 지정할 수 있다. 사용자 인터페이스(1315)는 특정 객체에 대한 거리 값 및 검출된 객체의 3차원 맵을 포함할 수 있는 필터링 결과를 표시할 수 있다.
시스템 제어기(2320)는, 예를 들어, 광 감지 모듈(2330) 및 광 전송 모듈(2340)을 제어함으로써, 도 13의 시스템 제어기(1320)와 유사한 방식으로 수행할 수 있다. 광 전송 모듈(2340)은 광을 전송할 수 있는 방출기 어레이(2342)(예를 들어, 하나 이상의 레이저 다이오드) 및 펄스 코드(2344)를 포함할 수 있다. 시스템 제어기(2320)는 광 감지 모듈(2330)로부터 수신된 데이터를 분석하기 위한 DSP(2322)를 포함할 수 있다.
광 감지 모듈(2330)은 하나 이상의 거친 필터(2332), 히스토그램(2334), 센서 어레이(2336), 및 최대 윈도우 파인더(2338)를 포함한다. 센서 어레이(2336)는 광의 광자를 검출하고, 예를 들어 시간-디지털 변환기에 기초하여, 각각의 시간 빈에 대한 디지털화된 세기 값을 생성한다. 센서 어레이(2336)로부터의 데이터 값은, 예를 들어 시간 빈당 하나의 메모리 셀에 의해, 히스토그램(1334)에 저장될 수 있다. 히스토그램(2334)은 소정 측정 시간 간격 동안 생성될 수 있고, 이후 새로운 측정 시간 간격을 위해 소거될 수 있다. 일부 실시예에서, 다수의 히스토그램은, 예를 들어, 특정 검출 간격으로부터의 데이터 값이, 각각이 특정 검출 간격을 포함하는 상이한 중첩 측정 시간 간격에 대한 것인 다수의 히스토그램에 기여할 수 있는, 상이한 중첩 측정 시간 간격에 대해 계산될 수 있다.
거친 필터(2332)는 레지스터 또는 다른 메모리 셀에 정수 또는 부동 소수점 수의 시퀀스로서 저장될 수 있다. 예를 들어 복수의 거친 필터가 사용될 때, 각각의 거친 필터는 해당 거친 필터에 해당하는 폭 또는 프로파일을 나타내는 라벨과 연관될 수 있다. 광 감지 모듈의 프로세서는, 예를 들어 히스토그램(2334)의 데이터 값에 기초하여, 어떤 거친 필터를 사용할지를 선택할 수 있다. 예를 들어, 히스토그램(2334)의 최대값은 본 명세서에 기술된 바와 같이 어떤 거친 필터(들)를 사용할지를 나타낼 수 있다.
최대 윈도우 파인더(2338)는, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 하나 이상의 거친 필터의 하나 이상의 출력을 분석할 수 있다. 최대 윈도우 파인더(2338) 또는 다른 처리 모듈은, 예를 들어 각 필터 출력의 최대값에 기초하여, 어떤 거친 필터가 최상으로 매칭하는지를 결정할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 감지 모듈(2330)은 윈도우 및 최상의 매칭 필터 출력의(예를 들어, 최대 윈도우 파인더(2338)에 의해 식별된 윈도우의) 특정 값을 출력할 수 있다.
DSP(2322)는 보간 필터를 사용하여, 식별된 윈도우 내의 필터 출력을 분석할 수 있다. 일부 실시예에서, 광 감지 모듈은 어떤 거친 필터가 최상으로 매칭하는지를 나타낼 수 있으며, 예를 들어, 이로써 현재 필터 출력을 분석하기 위해 특정 보간 필터가 사용될 수 있다(예를 들어, 캐시(cache)에 로딩될 수 있다). 상이한 측정 간격 동안 상이한 필터 출력에 대해 상이한 보간 필터가 사용될 수 있는데, 예를 들어 상이한 객체가 해당 펄스를 반사할 것이기 때문이다. 다른 실시예에서, 보간 필터(2324) 및 DSP(2322)는 (예를 들어, 센서 어레이(2336)와 동일한 칩 상의) 광 감지 모듈의 일부일 수 있다. 따라서, 광 감지 모듈(2330)은 선택적으로 추가 DSP 및 보간 필터(2324)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 광 감지 모듈(2330)은 전체 레인징 시스템 제어기 기능을 포함할 수 있다.
G. 프로파일 필터 사용 방법
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 광 레인징 시스템의 프로파일 필터를 이용하여 레인징을 수행하는 방법(2400)을 설명하는 흐름도이다. 광 레인징 시스템은, 역시 객체를 검출하는 라이더 시스템의 일부일 수 있다. 방법(2400)은 단일 펄스에 대해 설명되며, 측정 시간 간격에 걸쳐 펄스 트레인 및 복수의 펄스 트레인에 동일하게 적용될 수 있다. 방법(1400)에서와 같이, 방법(2400) 및 다른 방법은 레인징 외의 다른 목적을 위해서, 예를 들어 통신 목적 또는 간섭 신호의 검출 목적을 위해서 사용될 수 있다.
블록(2410)에서, 펄스는 광 레인징 시스템의 광원(예를 들면, 레이저 또는 발광 다이오드)으로부터 전송된다. 펄스는 객체로부터 반사될 수 있어서 광 레인징 시스템에서 펄스가 검출될 수 있다. 예로서, 광원은 광 감지 모듈(2340), 방출기 어레이(2342), 또는 방출기 어레이(2342)의 임의의 특정 방출기일 수 있다. 레이저 유형의 예가 본 명세서에 제공된다.
블록(2420)에서, 펄스의 광자는 광 레인징 시스템의 픽셀의 감광자에 의해 검출된다. 검출 결과로서, 복수의 시점에서 데이터 값이 생성될 수 있다. 예를 들어, 픽셀 감광자의 광검출기(예를 들어, SPAD)는 광자가 수신되는 시간을 나타내는 디지털 신호를 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 감광자는 APD 또는, 데이터 값에 해당하는 (예를 들어, 0-255의 스케일의) 비-이진 값(non-binary values)으로 변환될 수 있는 아날로그 신호를 제공하는 아날로그 신호를 제공하는 다른 감광자일 수 있다.
블록(2430)에서, 데이터 값에 해당하는 히스토그램이 복수의 시간 빈에서 결정된다. 특정 시간 빈(예를 들어, 100-101 ns)에서의 히스토그램의 카운터는 특정 시간 빈 내의 하나 이상의 시점에서의 하나 이상의 데이터 값에 해당할 수 있다. 예를 들어, 데이터 값은 광자가 감광자의 특정 광검출기에서 수신되었음을 나타내는 포지티브 신호일 수 있다. 이 포지티브 신호는 시간 빈 동안 상이한 시간에서 수신될 수 있다.
블록(2440)에서, 복수의 프로파일 필터가 히스토그램에 적용된다. 각각의 프로파일 필터는 연속된 시간 빈에 걸쳐 감광자에 의해 검출되는 상이한 광자 비율에 해당할 수 있다. 다양한 구현예에서, 상이한 프로파일 필터는 높은 파일업 프로파일, 중간 파일업 프로파일, 및 낮은/제로 파일업 프로파일에 해당할 수 있다. 일부 실시예에서, 프로파일 필터의 적용은 히스토그램 상에 직접 수행될 수 있다. 다른 실시예에서, 초기 거친 필터가 히스토그램에 적용되어 초기 필터 출력을 제공할 수 있고, 프로파일 필터가 초기 필터 출력에 적용될 수 있다. 이러한 경우, 프로파일 필터는 여전히 히스토그램에 적용된다.
상이한 프로파일 필터는 다양한 방식으로 결정될 수 있다. 예를 들어, 검출된 신호에서 상이한 프로파일을 식별하기 위해 테스트 측정이 수행될 수 있다. 이러한 측정은 다양한 조건 하에서 다양한 객체로 수행될 수 있어서, 대표적인 프로파일 필터 세트가 식별될 수 있다. 다른 실시예에서, 발생할 프로파일의 유형을 결정하기 위해 시뮬레이션이 수행될 수 있다.
블록(2450)에서, 복수의 프로파일 필터의 제1 프로파일 필터가 히스토그램에 최상으로 매칭하는 것으로서 식별된다. 예를 들어, 프로파일 필터와 히스토그램 사이의 교차 상관 함수(예를 들어, 중첩 함수)는 최상의 매칭 필터의 특정 슬라이딩 시간 단계에서 최대값을 결정하기 위해 본 명세서에 설명된 바와 같이 사용될 수 있다.
일부 구현예에서, 복수의 프로파일 필터 각각은 히스토그램에 걸쳐 슬라이딩할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예는 히스토그램에 대한 프로파일 필터의 상이한 슬라이딩 위치(예를 들어 상이한 시간 단계)에 상응하는 카운터를 갖는 필터링된 히스토그램을 계산하기 위해, 히스토그램에 걸친 프로파일 필터의 슬라이딩을 수행할 수 있다. 필터링된 히스토그램의 카운터 각각은 특정 슬라이딩 위치에서 프로파일 필터와 히스토그램의 중첩에 해당할 수 있다. 필터링된 히스토그램의 최대값이 식별될 수 있다. 이러한 방식으로, 복수의 필터링된 히스토그램에 대해 복수의 최대값이 획득될 수 있다. 그리고, 복수의 최대값으로부터 전반적인 최대값이 결정될 수 있다. 이러한 전반적인 최대값은 제1 프로파일 필터 및 펄스의 수신 시간(예를 들어, 전반적 최대값을 제공한 프로파일 필터의 슬라이딩 위치)에 해당한다.
블록(2460)에서, 펄스의 수신 시간은 제1 프로파일 필터의 필터링된 출력을 사용하여 결정된다. 다양한 구현예에서, 수신 시간은 펄스의 선단 에지, 펄스의 중간 또는 펄스의 후단 에지에 해당할 수 있다. 수신 시간은, 예를 들어 펄스가 전송된 시간으로부터, 검출 간격의 시작 시간에 대해 측정될 수 있다.
블록(2470)에서, 객체까지의 거리가 수신 시간을 사용하여 결정된다. 거리는 펄스의 전송으로부터 펄스의 검출까지의 경과 시간에 기초하여 결정될 수 있다. 이러한 경과 시간은 거리의 한 예이다. 다른 실시예에서, 이러한 경과 시간은 광속을 사용하여 실제 거리로 변환될 수 있다.
VI. 스태거 펄스
위에서 설명한 바와 같이, 향상된 정확도를 제공하기 위해 보간 필터를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상이한 보간 필터는 상승 에지의 상이한 시간적 위치 (예를 들어, 1 ns 시간 빈 내에서 100 ps만큼 변하는 시간적 위치)에 해당할 수 있다. 그러나, 높은 파일업을 야기하는 강한 펄스에 대해 문제가 발생할 수 있으며, 이는 임의의 주목할 만한 값을 갖는 단지 하나의 시간 빈 만을 초래할 수 있다. 이러한 경우에 보간은 도움이 되지 않을 것인데, 이는 두 개 이상의 시간 빈의 상대 높이는 상승 에지에 대한 보다 정확한 시간을 보간하는데 사용될 수 없기 때문이다.
해결책으로서, 검출된 펄스가 상이한 시간에 도달하도록, 예를 들어 동일한 펄스 패턴을 갖는 상이한 펄스 트레인이 서로에 대해 지연을 갖도록, 펄스 트레인이 스태거될 수 있다. 스태거의 양이 시간 빈에 걸쳐 연장되는 경우(예를 들어, 1-ns 시간 빈에 대한 1 ns의 스태거), 상승 에지가 정확하게 시간 빈의 시작 부분에 있을 때를 제외하고, 적어도 2개의 시간 빈은 주목할 만한 값을 가질 것이다. 하나보다 많은 시간 빈이 주목할 만한 값을 가지면, 보간이 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 보간 프로파일은 이후 스태거로 인한 신호 형태를 처리할 필요가 있을 것이다.
A. 매우 높은 파일업 프로파일에 대한 보간 불능
도 25a는 현장을 조사하기 위해 라이더 시스템에서 전형적으로 사용되는 단일 스퀘어 펄스(2510)를 도시한다. 표면(예를 들어, 배향 및 매끄러움)에 따라, 반사 펄스가 상이한 형태를 가질 수 있다. 특히, 나가는 펄스의 광학 축에 비교적 수직인 평평하고 매끄러운 표면으로부터 반사될 때, 반사 신호의 형태는 나가는 레이저 펄스 트레인과 매우 유사할 것이다.
도 25b는 약간의 노이즈를 갖는 반사 펄스(2520)를 도시한다. 반사 펄스(2520)는 방출 펄스(2510)보다 낮은 세기를 가질 것이지만, 세기 수준은 변할 수 있다. 특히 펄스가 표면에 수직인 경우, 평평하고 매끄러운 표면에 대해 펄스의 세기(진폭) 수준이 더 클 수 있다. 이러한 상황에서는 높은 파일업 신호가 발생할 수 있다. 이러한 표면으로부터의 강한 반사는 상기 설명된 바와 같이 검출기(예를 들어, SPAD)에 파일업을 야기할 수 있다. 이와 같이, SPAD에서의 신호는 급격한 상승 에지와 빠른 감소를 갖는 높은 파일업 프로파일을 가질 수 있다.
도 25c는 본 발명의 실시예에 따른, 반사 펄스(2535)의 상승 에지에서 검출된 높은 파일업 신호(2530)를 도시한다. 높은 파일업 신호(2530)는, 스퀘어 펄스와 더 유사한, 실제 반사 신호를 닮지 않는다. 파일업이 높은 파일업 신호(2530) 만큼 심한 경우에는 실제 신호의 위치를 결정하는 것이 점점 어렵게 되며, SPAD와 같이, 데드 타임을 갖는 검출기를 사용하는 시스템은 파일업에 특히 민감하다. 예를 들어, 이러한 경우에, 결과적인 히스토그램은 채워지는 단일 시간 빈과 비워진 다른 모든 빈으로만 구성될 수 있는데, 이는 반사 펄스(2535)로부터의 입사 광자 신호와는 유사하지 않다.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 결과 히스토그램(2640)의 SPAD 신호(2630)를 도시한다. 높은 파일업 신호(2530)와 유사하게, SPAD 신호(2630)는 빠르게 상승하고 거의 동일한 빠르기로 떨어진다. 히스토그램(2640)은 해당하는 반사 펄스가 수신된 시간까지의 4개의 시간 빈에 대한 카운터를 도시한다. 시간 빈(2644)은 매우 작은 값을 가지며, 이는 배경 노이즈에만 기인할 수 있다. 시간 빈에 대한 음의 값은, 코딩 펄스에 대해 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 하나 이상의 검출 간격에서 검출된 데이터 값에 적용된 음의 가중치로부터 초래될 수 있다.
히스토그램(2640)의 주요 특징은 유일한 주목할 만한 값으로서의 시간 빈(2642)이다. 이러한 경우, 시간 빈(2642)에서 SPAD 신호(2630)의 상승 에지(2633)가 발생하는 위치에 대한 정보가 없기 때문에 히스토그램(2640)은 보간될 수 없다.
다수의 펄스 트레인을 사용하는 경우에도, 상이한 검출 간격 동안 하지만 시작 신호에 대해 대략 동일한 시간에 전송된 2개의 상응하는 펄스는 유사한 히스토그램을 제공할 수 있을 것이다. 따라서, 양 펄스에 대한 누적 히스토그램은 동일할 수 있다. 두 펄스 트레인 사이에 시간 빈의 폭보다 작은 지연을 도입할 수 있지만, 이러한 지연은 여전히 유사한 문제를 초래할 수 있다.
도 27a 및 27b는 오직 하나의 빈 만이 주목할 만한 값을 가지는 히스토그램을 생성하는, 서로에 대해 지연된 상이한 펄스 트레인의 2개의 펄스 예를 도시한다. 수평 축은 시간 빈에 해당하며; 시간 빈의 시작 부분과 종료 부분은 해시 마크에 의해 경계가 표시된다. 카운터는 5개의 상이한 시간 빈에 대해 도시된다. 표시된 바와 같이, 카운터에 대한 막대는 시간 빈의 일부만 차지한다. 따라서, 막대는 시간 빈의 전체 너비에 해당하지는 않는다.
도 27a에서, 실선 신호(2702)는 제1 펄스 트레인의 펄스에 대한 검출 신호를 도시한다. 점선 신호(2704)는 제2 펄스 트레인의 펄스에 대한 검출 신호를 도시한다. 일부 실시예에서, 이들 검출 신호는 SPAD의 집합으로부터 획득된 신호에 해당할 수 있다. 시간 상의 임의의 시점에서의 특정 값은 시간 상의 일 순간에서 트리거되는 SPAD의 전체 개수에 해당할 수 있다. 양 신호(2702, 2704)는 시간 빈 3에서 도달하고, 본질적으로 모든 SPAD가 강한 신호로 인해 발사 후 그들의 데드 타임에 들어감에 따라 시간 빈 4가 시작하기 전에 거의 0으로 떨어진다. 실선 신호(2702) 후에 점선 신호(2704)가 발생하더라도, 시간 빈 3만이 2개의 펄스 트레인의 2개의 검출 간격에 걸쳐 누적되는 임의의 주목할 만한 값을 갖는다.
도 27b에서는, 실선과 점선 펄스가 교차된다. 실선 신호(2754)는 점선 신호(2752) 후에 발생한다. 역시, 두 신호 모두가 시간 빈 3에만 주목할 만하게 기여한다. 따라서, 양 히스토그램에서, 시간 빈 3이, 일부 노이즈와는 별도로, 유일하게 채워진 빈이다. 이러한 상황에서 보간은 분해능을 높이는데 도움이 되지는 않을 것이다. 도 27a 및 27b는 또한 두 신호가 상이한 시간에 수신되더라도 검출 회로의 분해능이 두 신호를 구별할 수 없다는 것을 나타낸다.
B. 높은 파일업 신호의 보간을 위한 스태거 펄스
이미징 검출기 전자장치의 분해능은, 예를 들어, 1 ns이다. 실시예는 더 높은 정확도를 얻기 위해 보간을 사용할 수 있다. 그러나, 높은 파일업 신호는, 위에서 설명한 바와 같이, 문제를 일으킬 수 있다. 그러나, 레이저 펄스 변조는 더 정밀한 분해능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 2개의 별개의 연속 레이저 펄스가 0.1 ns 이내에서 생성될 수 있다. 도 27 및 28에 도시된 바와 같이, 두 펄스 사이의 일부 오프셋이 모든 경우에 반드시 더 미세한 분해능을 허용하지는 않을 것이다.
일부 실시예에서, 더 높은 분해능을 달성하기 위해, 몇 개의 동일한 레이저 펄스가 이미징 검출기의 분해능의 일부에 의해 시간적으로 스태거될 수 있다. 이러한 스태거는 상이한 펄스의 상승 에지가 적어도 2개의 시간 빈에 걸쳐 있게 할 수 있다. 하나보다 많은 시간 빈이 주목할 만한 값을 가지면, 보간이 수행될 수 있다.
일부 실시예에서, 몇 개의 레이저 펄스가 서로 0.1 ns 이내에서 스태거된다. 이들 상이한 레이저 펄스의 트레인으로부터의 반사가 SPAD에 도달함에 따라, SPAD는 각 펄스의 선단 에지 후에 높은 파일업을 경험할 수 있다. 그러나, 펄스는 시간적으로 스태거되기 때문에 펄스 그룹의 선단 에지는 다른 히스토그램 빈에 속하게 될 것이다. 스태거된 연속 레이저 펄스는 알려진 유입 노이즈로서 효과적으로 작용하며 이미저의 시간 분해능을 높이는데 사용될 수 있다.
이는 히스토그램의 분해능을 구속하는, TDC의 양자화 노이즈의 효과를 효과적으로 감소시킨다. 본 실시예에 따라, 알려진 오프셋으로 다수의 측정을 평균함으로써, TDC 빈 폭보다 더 미세한 타이밍 분해능을 달성할 수 있다.
도 28a 및 28b는 본 발명의 실시예에 따른, 검출된 높은 파일업 펄스가 다수의 시간 빈에 걸쳐 있도록 상이한 펄스 트레인의 방출 펄스를 스태거하는 예를 도시한다. 도 28a 및 28b는 상이한 검출 간격 및 해당 히스토그램의 검출 펄스를 도시한다. 구체적으로, 각 도면은 2개의 시간 빈에 걸친 4개의 검출 간격의 신호를 도시한다. 히스토그램은 주목할 만한 값을 가진 두 개의 시간 빈을 도시한다.
도 28a에서, 열(2810)은 히스토그램(2830)의 시간 빈 3에 해당한다. 열(2820)은 히스토그램(2830)의 시간 빈 4에 해당한다. 각 행은 상이한 검출 간격(2801-2804)에 해당한다. 따라서, 다음 검출 간격의 다음 펄스가 방출되기 전에 각각의 펄스가 방출되고 검출된다. 각각의 펄스는 이전 검출 간격의 펄스로부터 오프셋된다. 이 예에서, 오프셋은 시간 빈의 약 ¼이지만, 다른 오프셋이 수행될 수 있다. 또한, 오프셋은 균일할 필요는 없으며, 예를 들어, 검출 간격(2802)의 펄스 트레인이 검출 간격(2801)의 펄스 트레인 전에 발생하였다면 발생할 수 있는 것처럼 ¼ 오프셋 전에 ½ 오프셋이 수행될 수 있다.
열(2810 및 2820)의 신호 위치는 히스토그램(2830)을 반영한다. 열(2810)에서 더 많은 펄스가 검출됨에 따라 시간 빈 3은 더 높은 값을 가지며, 이는 확대된 모습의 시간 빈 3을 제공한다. 그러나, 하나의 펄스가 열(2820) 내에 있기 때문에 시간 빈 4는 여전히 주목할 만한 값을 갖는다. 히스토그램(2830)이 보간될 경우, 시간 빈 3 및 4의 값 사이의 대략 3:1 비는, 검출 간격(2801)에서의 제1 펄스가(이 예에서 제로 오프셋), 즉, 시간 빈의 폭이 1 ns 인 경우, 시간 빈 3 안으로의 약 ¼ ns에서 발생한다는 것을 나타낼 것이다. 제1 펄스의 상승 에지(또는 보다 일반적으로는 제로 오프셋을 갖는 것)가 ½ ns에서 발생하였다면, 시간 빈 2 및 4는 모두 2개의 펄스를 가질 것이므로 대략 동일할 것이다. 시간 빈 3이 주목할 만한 값을 가진 유일한 시간 빈이었다면, 상승 에지의 수신 시간은 시간 빈 3의 시작 부분에 있을 것이다.
도 28b에서, 열(2860)은 히스토그램(2880)의 시간 빈 3에 해당한다. 열(2870)은 히스토그램(2880)의 시간 빈 4에 해당한다. 각각의 행은 서로 다른 검출 간격(2851-2854)에 해당한다. 3개의 펄스가 시간 빈 4에 있으므로, 히스토그램(2880)은 시간 빈 3에서보다 시간 빈 4에서 더 높은 값을 갖는다. 히스토그램(2880)의 시간 빈 3 및 4의 카운터에 대한 대략적인 비율이 1:3 (일부 노이즈를 고려함)이라는 것은 검출 간격의 펄스가 시간 빈 3의 약 ¾ ns에서 발생함을 나타낸다. 따라서, 이미징 검출기 분해능의 일부에 의한 레이저 펄스의 스태거가 신호의 더 높은 분해능을 얻기 위해 사용될 수 있다. 계속해서, 더 높은 분해능이, 레이저 펄스가 반사되어 SPAD에 부딪히는 표면까지의 레인지(거리)를 더 잘 식별하는 데 사용될 수 있을 것이다.
다른 실시예에서, 상이한 검출 간격에 걸친 상이한 오프셋의 개수는, 상이한 오프셋이 시간 빈 폭의 0.1배 만큼 다를 경우 10개가 될 수 있다. 이러한 예에서, 레이저 펄스는 1 ns 시간 빈에 대해 100 ps만큼 오프셋된다. 레이저 펄스는 수 개의 시간 빈 폭(예를 들어, 도 18a 및 28b에서 5개의 시간 빈 폭)일 수 있지만, 상승 에지는 서로에 대해 스태거된다.
C. 스태거 펄스 트레인에 대한 보간
상술한 바와 같이, 펄스 트레인이 스태거될 때 펄스의 상승 에지는 상이하게 계산될 수 있다. 이를 설명하기 위해, 스태거를 위한 보간은 두 개의 시간 빈이 주목할 만한 값을 가질 때 스태거하지 않는 보간과 대비된다.
스태거가 수행되지 않는 경우 그리고 검출된 펄스의 FWHM이 0.2 ns라고 가정하면, 검출된 펄스의 상승 에지는, 2개의 시간 빈이 동일한 값을 가질 때, 제1 시간 빈 안으로 0.9 ns에 있는 것으로 결정될 수 있다. 2개의 시간 빈이 대략 동일한 값을 갖는다는 사실은 동일한 값을 갖는 2개의 탭을 갖는 보간 필터가 (즉, 동일하지 않은 값을 갖는 탭을 갖는 다른 보간 필터에 비해) 최상의 매칭일 때 결정될 수 있다. 따라서, 보간은 FWHM 및 시간 빈 값의 정보를 이용하여 제1 펄스의 상승 에지를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 빈 안으로 0.7 ns에 있는 0.6 ns FWHM을 갖는 검출 펄스는 제1 및 제2 빈에서 동일한 값을 가질 것이다. 최상의 매칭 필터는, 예를 들어 FWHM에 대한 정보가 주어지면, 정확한 시간을 자동적으로 제공할 것이기 때문에, 시간 빈 값의 비율을 결정할 필요가 없다. 각각의 매칭 필터는, 예를 들어 후술하는 바와 같이, 그와 관련된 미리 정해진 시간을 가질 수 있다.
10개의 상이한 오프셋을 이용하여 스태거가 수행되는 경우 그리고 검출된 펄스의 FWHM이 0.2 ns라고 가정하면, 검출된 펄스의 상승 에지는, 2개의 시간 빈이 동일한 값을 가질 때, 제1 시간 빈 안으로 0.45 ns에 있는 것으로 결정될 수 있다. 10개의 펄스와 0.2 ns의 폭이 있기 때문에 총 통합 시간은 2 ns이다. 0.1 ns의 오프셋으로 0.45 ns에서 시작하면, 총 5개의 완전한 펄스가 각각의 시간 빈에 기인할 수 있고, 이로써 히스토그램의 두 개의 시간 빈에 대해 동일한 값을 초래할 수 있다. 특정 보간 필터에 해당하는 시간은 메모리에 저장되어 최상의 매칭 보간 필터가 식별될 때 취출될 수 있다.
스태거에 대한 더 쉬운 예로서, 펄스가 폭 0.1 ns인 것으로 간주될 수 있으면, (8,2)의 최상의 매칭 보간 필터는 상승 엣지가 제1 시간 빈의 0.2 ns에서(또는 적어도 0.2 ps의 100 ps 내에서) 시작한다는 것을 나타낼 것이다. (10, 0)이 최상의 매칭 보간 필터였다면, 제1 펄스의 상승 에지는 첫 번째 100 ps에서 발생했을 것이다. (5,5)가 최상의 매칭 보간 필터였다면, 상승 에지는 제1 시간 빈의 500 ps에서 시작되었을 것이다. 따라서, 정확한 보간 방법은 스태거 펄스 패턴의 개수(예를 들어, 샷의 개수)와 스태거의 증분(디더링(dithering))에 따를 수 있다.
D. 펄스 스태거 방법
도 29는 본 발명의 실시예에 따른, 광 레인징 시스템에서 스태거 펄스를 이용하여 레인징을 수행하는 방법(2900)을 예시하는 흐름도이다. 방법(2900)은, 수신 신호가 너무 강하여 높은 파일업 신호가 감광자로부터 생성될 때에도, 광 감지 모듈의 타이밍 회로의 분해능보다 더 높은 정밀도를 제공하도록 펄스 트레인의 펄스를 스태거할 수 있다.
블록(2910)에서, N개의 펄스 트레인이 레인징 측정의 일부로서, 광원(예를 들면, 레이저)으로부터 전송된다. 펄스 트레인은 본 명세서에 기술된 바와 같은 코딩 패턴을 가질 수 있다. 블록(2910)의 양태는 도 14의 블록(1420) 및/또는 도 24의 블록(2410)과 유사한 방식으로 구현될 수 있다. N개의 펄스 트레인이 객체로부터 반사될 수 있으며, 여기서 반사된 부분의 검출이 객체까지의 거리를 결정하는데 사용될 수 있다. 기타
N개의 펄스 트레인 각각은 광원으로부터의 하나 이상의 펄스를 포함할 수 있고, 각각의 펄스 트레인은 시작 신호에 의해 트리거되는 상이한 시간 간격에 해당할 수 있다. 예를 들어, VCSEL은 2개의 펄스의 제1 펄스 트레인을 방출할 수 있고, 여기서 방출은 시작 신호, 예를 들어 시작 신호(1101)에 의해 트리거될 수 있다. 제1 펄스 트레인은, 제1 펄스 트레인의 반사된 부분을 검출할 수 있는, 제1 검출 시간 간격의 일부일 수 있다. 이후, (여전히 동일한 측정의 일부인) 제2 검출 시간 간격의 일부로서, 동일한 VCSEL은 시작 신호(예를 들어, 시작 신호(1102))에 의해 트리거되는 제2 펄스 트레인을 방출할 수 있다. 시작 신호는 주기적 신호일 수 있다.
블록(2920)에서, N개의 펄스 트레인의 광자는 광 레인징 시스템의 픽셀의 감광자에 의해 검출되며, 이로써 복수의 시점에서 데이터 값을 발생시킨다. 블록(2920)은 도 24의 블록(2420) 및/또는 도 14의 블록(1430 및 1440)과 유사한 방식으로 수행될 수 있다.
블록(2930)에서, 상기 데이터 값에 해당하는 히스토그램이 복수의 시간 빈에서 결정된다. 블록(2930)은 도 24의 블록(2430) 및/또는 도 14의 블록(1460)과 유사한 방식으로 수행될 수 있다. 특정 시간 빈에서 히스토그램의 카운터는 특정 시간 빈 내의 하나 이상의 시점에서의 하나 이상의 데이터 값에 해당할 수 있다. 예시하기 위해, 시점(들)은 검출 간격(2801-2803)에 해당하는 열(2810)의 3개의 상이한 검출 신호의 3개의 상이한 시간에 해당할 수 있다. 다른 방법의 경우, 상이한 펄스 트레인의 펄스는 시간 빈의 동일한 시점에서 도달할 수 있거나, 노이즈로 인해 다른 시점에서 도달할 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서, 상이한 시점은, 예를 들어 전술한 바와 같이, 방출된 펄스 트레인을 스태거한 결과일 수 있다.
증가된 정밀도 제공의 일부로서, N개의 펄스 트레인은 서로로부터 변화하는 오프셋을 가질 수 있어서, 예를 들어, N개의 펄스 트레인은 상응하는 검출 시간 간격의 시작 신호로부터 상이한 양 만큼 오프셋될 수 있다. 대안적으로, 검출기 히스토그램을 실행하는 클록은 상응하는 검출 시간 간격의 시작 신호로부터 상이한 양만큼 오프셋될 수 있다. 따라서, 송신기 또는 수신기가 시간 스태거를 수행하건 간에 동일한 효과가 달성되고, 이러한 오프셋을 갖는 펄스 트레인은 어느 방식으로도 달성될 수 있다.
N개의 펄스 트레인 중 적어도 2개는 시간 빈의 폭보다 작게 오프셋될 수 있어서, 예를 들어 히스토그램이 1 ns 폭의 빈을 가질 때 2개의 펄스 트레인이 1 ns 미만으로 오프셋될 수 있다. 이들 두 개의 펄스 트레인은 동일한 패턴을 가질 수 있어서, 예를 들어 해당 펄스의 상승 에지가 펄스 트레인의 오프셋과 동일한 양만큼 오프셋된다. (예를 들어, 본 명세서에 기술된 바와 같이 펄스 트레인을 코딩하기 위해) 할당된 가중치는 동일한 부호(즉, 양 또는 음) 및 동일한 방향(예를 들어, 더 높은 차원의 코딩 방식이 더 복잡한 직교를 위해 사용될 때) 모두일 수 있다.
일부 펄스 트레인은 하나 이상의 다른 펄스 트레인으로부터 오프셋되지 않을 수 있다. 따라서, 측정은 N개의 펄스 트레인 이외의 다른 펄스를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, N개의 펄스 트레인은 레인징 측정의 모든 펄스 트레인일 수 있다. 예를 들어, 10개의 스태거된 오프셋(예를 들어, 100 ps씩 차이가 남)이 있을 수 있지만, 측정에 사용되는 총 20개의 펄스 트레인이 있을 수 있으며, 여기서 두 개의 펄스 트레인이 각각의 오프셋(예를 들어, 시작 신호로부터의 동일한 편이)에서 방출된다.
일부 실시예에서, N개의 펄스 트레인의 연속적인 펄스 트레인은 동일한 시간 오프셋 T 만큼 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 제1 펄스 트레인은 시작 시작에 대해 0만큼 오프셋될 수 있고, 제2 펄스 트레인은 시작 신호에 대해 T만큼 오프셋될 수 있고, 제 3 펄스 트레인은 시작 신호로부터 2T만큼 오프셋될 수 있는 등등이며, 이에 의해 T만큼 오프셋된 연속적인 펄스 트레인을 가질 수 있다. 제1 펄스 트레인 및 마지막 펄스 트레인으로부터의 전체 시간 범위는 시간 빈의 폭과 동일할 수 있어서, 예를 들어 N*T는 폭과 동일할 수 있다. 다양한 구현예에서, 시간 오프셋 T는 시간 빈의 폭의 0.5 내지 0.01 사이이며, 예를 들어 시간 빈의 폭의 0.1이다. 이러한 예는 1 ns 기간을 달성하기 위해 100 피코 초를 곱한 10개의 오프셋이며, 이에 따라 초기 상승 에지가 첫 번째 시간 빈의 맨 처음에 있을 때를 제외하고는 히스토그램에 주목할 만한 값을 갖는 두 개의 시간 빈이 있다.
블록(2940)에서, 시작 신호에 대한 N개의 펄스 트레인에 해당하는 수신 시간이 결정된다. 수신 시간은 매칭 필터, 예를 들어 보간 필터를 사용하여 결정될 수 있다. 따라서, 수신 시간을 결정하는 것은 히스토그램에 매칭 필터를 적용하여 필터링된 히스토그램을 획득하는 것 및 필터링된 히스토그램의 최대값 및 시간 오프셋 T을 사용하여 수신 시간을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 매칭 필터와 특정 시간 사이의 관련성은 N개의 펄스 트레인의 스태거 패턴에 기초하여 결정될 수 있다. 수신 시간은 시작 신호에 대해 가장 작은 편이를 갖는 펄스의 상승 에지에 해당할 수 있다.
블록(2950)에서 수신 시간을 사용하여 객체까지의 거리를 결정할 수 있다. 예로서, 블록(2950)은 도 24의 블록(2470)과 유사한 방식으로 또는 본 명세서에 설명된 임의의 기술에 의해서 수행될 수 있다.
VII. 상이한 이득(gain)의 센서
SPAD 포화 및 파일업/??칭은 여러 가지 방식으로 라이더 시스템의 성능에 영향을 줄 수 있다. 여기에는 SPAD의 동적 범위 관리와 SPAD 전력 관리가 포함된다. 이러한 문제는 특히 태양으로부터의, 높은 수준의 배경 방사선 또는 레이저 펄스로부터의 높은 수준의 반사로부터 초래되는 높은 신호 조건에서 특히 가장 중요하다.
단일 픽셀로서 작용하도록 그룹화된 다수의 광검출기(예를 들어, SPAD)를 사용하는 실시예에서, 이들 문제는 그 동적 범위에 기초하여 상이한 SPAD를 분류하고 이로써 상이한 신호 수준을 제공함으로써 해결될 수 있다. 따라서, 상이한 SPAD는 어느 정도의 광자가 트리거(발사)되어 히스토그램에 포함시키기 위한 양의 신호를 생성하는 것을 필요로 할 수 있다. (예를 들어, 회로에 의해 설정된 바에 의해) 일단 분류되면, 실시예는 특정 조건 하에서 특정 동적 범위를 갖는 SPAD의 작동 상태를 수정할 수 있다. 예를 들어, 높은 광속에서는 SPAD 감도가 감소될 수 있다. 다른 예로서, 강한 신호 수준을 갖는 SPAD의 전력 수준이 감소될 수 있어서, 예를 들면 오프 상태로 전환될 수 있다. 또 다른 예로서, 특정 SPAD로부터의 신호 만이 히스토그램을 구축하는데 사용될 수 있고, 따라서 이들 SPAD를 효과적으로 오프 상태로 전환시킬 수 있다. 신호 수준이 약한(즉, 감도가 낮은) SPAD에 대해서도 유사한 작동이 수행될 수 있어서, 예를 들어 낮은 광속 하에서 전력을 감소시키거나 동적 범위를 증가시킬 수 있다.
A. 변화하는 신호 수준을 가진 검출기 구성
도 30a는 본 발명의 실시예에 따른, 단일 픽셀 감광자를 형성하는 16개의 광검출기(3002)(예를 들어, SPAD)의 규칙적인 구성(3000)을 도시한다. 일부 상황에서, 예를 들어 광속이 특정 수준에 도달한 경우, 예를 들어 너무 낮거나 너무 높은 경우, 광검출기(3002)의 작동 상태를 변경하는 것이 유리할 수 있다. 다양한 환경에서, 예를 들어 상이한 감쇠 수준(즉, 상이한 동적 범위), 상이한 전력 수준(예를 들어, 오프 상태로의 전환), 및/또는 검출된 신호에 대한 상이한 가중치(예를 들어, 히스토그램에 기여하지 않는 광검출기 신호를 특정하기 위해 0으로 설정)가 사용될 다양한 환경에서 다양한 구성이 사용될 수 있다. 또한, 광검출기의 상이한 서브 세트에 대해 상이한 설정이 사용될 수 있다. 따라서, 센서의 광검출기의 작동 상태에 대한 특정 구성은 광검출기 자체로부터 검출된 데이터 값을 사용하여, 예를 들어 매우 짧은 시간 내의 하나 또는 몇 개의 사이클로 설정될 수 있다.
일부 실시예에서는, 라이더 시스템의 동적 범위를 향상시키기 위해, 픽셀의 광검출기가 상이한 감쇠 수준을 갖도록 설정될 수 있다(또는 당연히 상이한 감쇠 수준을 가지는 것으로 식별될 수 있다). 광검출기의 분류는, 예를 들어 감쇠 수준을 변경함으로써 하나 이상의 광검출기의 작동 상태가 변경될 때, 동적일 수 있다. 이러한 변화는 (예를 들어, 태양 또는 가로등과 같은 밝은 배경 광원으로 인한) 배경 광의 검출된 신호 또는 고 반사성 객체로부터의 반사 펄스에 기초하여 발생할 수 있다.
도 30b는 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 감쇠 수준을 갖는 16개의 광검출기의 구성(3010)을 도시한다. 광검출기(3012)는 광자 검출에 응답하여 높은 신호 수준을 갖는다. 광검출기(3014)는 감쇠되고, 따라서 광자 검출에 응답하여 약한 신호 수준을 제공한다. 따라서, 낮은 광속이 존재하는 경우, 광검출기(3014) 중 어느 것도 트리거되지 않거나 적은 수가 트리거될 수 있다. 높음과 낮음에 대한 분류는 서로에 대한 것이고, 따라서 임의의 절대 범위에 반드시 얽매일 필요는 없다.
일부 실시예에서, 16개의 광검출기 모두가 활성화될 수 있다. 이러한 방식으로, 광검출기(3012)는 배경 광이 너무 높지 않을 때(예를 들어, 배경 임계치 미만일 때) 낮은 수준의 광 펄스를 검출할 수 있다. 그러나, 배경 광이 너무 높거나 반사 펄스가 너무 강한 경우, 광검출기(3012)는 항상 발사하여 사용 데이터를 제공하지 않을 수 있다. 그러한 상황에서, 그들의 신호는 (예를 들어, 그들의 신호를 히스토그램에 포함시키지 않음으로써) 무시될 수 있다. 광검출기(3012)는 이러한 높은 플럭스 상황에서 유용하지 않을 수 있지만, 광검출기(3014)는 낮은 수준의 광 펄스를 검출할 수 있고, 따라서 높은 배경 또는 강한 반사 펄스에서 항상 발사하지는 않을 것이다. 따라서, 상이한 동적 범위의 광검출기를 사용함으로써 전체 감광자의 동적 범위가 임의의 하나의 광검출기보다 효과적으로 더 클 수 있다. 활성 작동의 동적 변화(예를 들어, 어떤 광검출기로부터의 신호가 히스토그램에 사용되는 신호인지)는 높은 광속과 낮은 광속 모두에서 깨끗한 신호를 가능하게 할 수 있다.
도 30c는 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 감쇠 수준 및 상이한 활성 작동을 갖는 16개의 광검출기의 구성(3020)을 도시한다. 다양한 실시예에서, 상이한 수준의 활성 작동은 전력 수준을 상이하게 하거나(예를 들어, 온 또는 오프) 또는 히스토그램에 대한 상이한 기여 수준(예를 들어, 특정 광검출기에 대해 가중치를 0으로 설정)에 의해 특정될 수 있다. 예를 들어, 광검출기(3022)는 전력 또는 기여 수준에 의해 비활성화될 수 있다. 이는 광검출기(3022)가 높은 동적 범위(광자 검출에 응답한 높은 신호 수준)를 갖고 시스템이 (예를 들어, 하나 이상의 이전 측정에 기초하여) 높은 광속을 수신할 것으로 예상할 때 이루어질 수 있다.
광검출기(3014)는 감쇠되고, 따라서 광자 검출에 응답하여 약한 신호 수준을 제공한다. 낮은 광속이 존재하는 경우, 광검출기(3014) 중 어느 것도 트리거되지 않거나 적은 수의 광검출기가 트리거될 수 있다. 높음과 낮음에 대한 분류는 서로에 대한 것이고, 따라서 임의의 절대 범위에 반드시 얽매일 필요는 없다.
강한 신호가 존재하는 일부 실시예에서는, 감쇠 패턴의 구성(3020)이 채용될 수 있다. 이 상황은 매우 높은 주변 방사선 또는 매우 높은 반사 신호로 인해 발생할 수 있다. 이러한 것이 발생할 수 있는 시나리오는 이미저가 직접 태양을 바라 보는 경우이다. 광검출기 자체로부터의 신호가 이 구성을 설정하기 위한 표시로 사용될 수 있다. 예를 들어, 이전 측정 동안 모든 광검출기에서 높은 파일업이 있는 경우, 이 구성이 활성화될 수 있다.
따라서, 다른 검출기보다 100배 덜 민감한 특정 검출기가 있는 경우, 시스템은 높은 광속 환경(예를 들어 정지 신호 또는 밝은 광원)의 민감한 검출기를 본질적으로 무시할 수 있는데, 이는 민감한 검출기(예를 들어, 광검출기(3022))는, 민감하지 않은 검출기(예를 들어, 광검출기(3024))는 파일업되지 않을 곳에서도 포화되고 파일업될 것이기 때문이다. 신호 강도를 보다 정확하게 추정하기 위해 더 높은 동적 범위가 달성될 수 있기 때문에, 이러한 실시예는 프로파일 필터로도 가치가 있을 수 있다.
B. 다른 방향에 대한 구성
일부 실시예에서, 라이더 시스템은 상이한 방향을 식별하고 이러한 상이한 방향을 특정 범위의 방사선(광속)과 관련시킨다. 따라서, 라이더 시스템은 광검출기의 작동 상태를 동적으로 조정할 수 있으며, 여기서 상이한 광검출기는, 상이한 구성으로 지정된 바와 같이, 작동 상태에 대한 상이한 설정을 가질 수 있다.
이들 실시예에 적용에 대한 한 가지 예는, 특정 방향 태양으로부터의 강한 방사선이 존재할 때 차량이 늦은 오후 또는 이른 저녁 시간 동안 도로 상에서 이동하는 경우이다. 라이더 시스템은 각 광검출기의 작동 상태(예를 들어, 온/오프 구성, 감쇠 수준/이득 제어 또는 히스토그램에 대한 기여 수준)를 동적으로 조정할 수 있다.
도 31은 본 발명의 실시예에 따른, 상이한 각도에서 상이한 조명 조건에 있는 픽셀 센서에 대한 상이한 검출기 구성을 도시한다. 도 31은 검출기 구성(3120-3170)에 의해 둘러싸인 중심에 있는 차량(3110) 상의 라이더 시스템(3111)을 도시한다. 구성에서의 상이한 작동 상태는, 도 30a-30c에 사용된 바와 같이, 상이한 마킹에 의해 도시된다. 검출기(3112)는 활성화되어 높은 신호 수준에 있게 된다. 검출기(3114)는 활성화되고 약한 신호 수준(즉, 낮은 감도)에 있게 된다. 검출기(3122)는 비활성화되어 있다.
각각의 검출기 구성(3120-3170)은 라이더 시스템(3111)에 대해 상이한 각도에 있다. 설명을 쉽게 하기 위해, 6개의 상이한 각도만 표시되어 있지만, 더 많은 각도가 있을 수 있다. 예를 들어, 각각의 각도는 총 360° 수평의 약 0.5° 또는 32 원호 분각(subtended 32 arc minute)(또는 4π 스테라디안 솔리드 각도(steradian solid angle))에 해당한다. 일부 구현예에서, 각각의 각도는 하나 또는 몇 개의 측정 간격 동안 발생하는 회전 양에 해당할 수 있다. 광속을 결정하기 위해 (예를 들어, 측정의 하나 또는 몇 개의 초기 검출 간격 동안의) 초기 측정이 수행될 수 있고, 이후 특정 구성을 달성하기 위해 각각의 검출기의 작동 상태에 대한 설정이 특정될 수 있다.
검출기 구성(3120)에서와 같이 강한 광원(3105)(예를 들어, 태양)을 똑바로 볼 때, 라이더 시스템은, 예를 들어 많은 검출기가 지속적으로 발사하고 있었던 초기 검출 간격 이후에, 모든 검출기를 비활성화시킨다. 일부 검출기(예를 들어, 특정 SPAD)는 그들이 발사할 때마다 약간의 전력을 사용할 수 있으며, 이러한 검출기는 높은 배경 광으로 지속적으로 발사할 것이다. 모든 검출기를 비활성화하기 위한 임계치 기준은 동일한 시간 빈 내에서 트리거하는 픽셀의 검출기의 임계치 수/백분율(예를 들어, 60%, 70%, 80%, 90%, 또는 100%)에 의해 특정될 수 있다. 기준은 동일한 검출 간격 동안 다수의 시간 빈(예를 들어, 2, 3, 5, 10, 20 등)에서 이러한 대량의 트리거를 필요로 할 수 있다. 특히 강한 배경 광원으로 인해 대량의 트리거가 있는 경우에, 대량의 트리거가 있는 시간 빈의 개수는 많을 것이다. 반사성이 높은 객체로 인한 경우(예를 들어, 검출된 패턴이 방출 펄스 패턴과 매칭할 경우), 대량 트리거를 갖는 시간 빈의 개수는 더 적어질 것이고, 따라서 비활성화를 위해 더 적은 개수의 시간 빈이 필요할 수 있다.
다른 실시예에서, 검출기(3122) 상의 신호 수준은 광의 배경 플럭스가 일반적으로 임계치 아래로 떨어지게 되도록 변경될 수 있어서, 반사된 레이저 펄스를 검출하는 시간 빈은 확실히 더 높은 카운트를 갖게 된다. 일부 구현예에서, 모든 감도를 제거하지 않으면서 동적 범위가 변경될 필요가 있는 정도(예를 들어, SPAD의 바이어스 전압)는 여러 검출 간격에 걸쳐 결정될 수 있다. 예를 들어, 신호 수준의 감도는, 노이즈를 제거하고 신호를 유지하는 것으로부터의 타협점(compromise)을 식별하기 위해, 점진적으로(또는 이진 또는 다른 검색 트리 방식으로) 감소될 수 있다. 이러한 검색은 픽셀 센서의 상이한 SPAD(다른 설정을 갖는 SPAD(들)의 서브 그룹 각각)에 대해 상이한 설정을 구현함으로써, 동시 검색이 병렬로 수행될 수 있게 한다.
검출기 구성(3170 및 3130)은 광원(3105)을 직접 향하는 각도로부터 편심되어 있다. 예로서, 이들 각도는 검출기 구성(3120)에 대한 각도와 0.1°, 0.2°, 0.3°, 0.4°, 또는 0.5°만큼 다를 수 있다. 총 광속이 적을수록 약한 검출기(3114)가 활성화될 수 있다. 일부 실시예에서, 특정 각도에서의 설정은 다수의 회전에 대해 유지될 수 있고, 이어서 (예를 들어, 추후 측정의 초기 검출 간격에서) 다시 검사될 수 있다. 따라서, 라이더 시스템이 회전하는 라이더인 경우, (예를 들어, 인코더에 의해 결정된 바와 같이) 특정 각도에서의 설정이 결정되면, 광 레인징 장치가 동일한 각도로 복귀할 때 설정이 재사용될 수 있다. 인코더는 광 레인징 시스템의 각도 위치를 식별할 수 있으며, 이는 광 레인징 시스템이 광검출기의 특정 설정에 대해 표시될 수 있는 초기 각도 위치에 있을 때 강도 수준이 결정되는 것을 식별하는데 사용될 수 있다.
검출기 구성(3160 및 3140)은 광원(3105)을 직접 향하는 각도와 상당히 다른 각도에 있으며, 따라서 모든 검출기가 활성화될 수 있으나, 예를 들어 더 큰 동적 범위를 제공하기 위하여, 일부는 여전히 약한 설정에 있을 수 있는데, 이는 (예를 들어, 다른 객체로부터 반사되는) 배경 광의 양이 강한 신호 수준(즉, 높은 민감도)에서 설정된 검출기에 여전히 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 검출기 구성(3150)은 광원(3105)과 반대 방향으로 향할 수 있으며, 따라서 모든 검출기는 강한 신호 수준을 갖도록 활성화되고 설정될 수 있다.
일부 실시예에서, 라이더 시스템이 광원(3105)을 향하는 각도에서 볼 때 시야로 들어오는 물체를 검출하면, 라이더 시스템은 객체의 검출에 대해 최적화하도록 SPAD 이득의 패턴(감쇠/신호 수준)을 변경할 수 있다. 예를 들어, 다른 차량이 직사광선을 차단하는 방향으로 움직일 때, 시스템은 객체의 전개되는 시야각을 따라 SPAD의 이득을 증가시킬 수 있다.
일부 실시예에서, 라이더 시스템에서 레이저 소스의 세기를 조정함으로써 전력 절약이 증대될 수 있다. 예를 들어, 시스템은 매우 높은 주변 방사선이 검출되는 방향으로 조사하지 않도록 선택할 수 있다. 대안적으로, 낮은 주변 방사선이 검출될 때 레이저 소스의 세기가 낮아질 수 있다. 또한, 높은 배경 플럭스에서, 레이저 소스의 세기는 검출기의 더 낮은 감쇠 수준과 결합하여 증가될 수 있어서, 배경 광이 누적 히스토그램에 주목할 만한 신호를 야기하지 않는 동안에도 반사 펄스가 여전히 검출될 수 있다.
C. 다른 구성
도 32는 본 발명의 실시예에 따른, 주변의 광검출기(3222)가 중앙 영역의 광검출기(3212)와 상이한 작동 상태를 갖는 구성(3200)을 도시한다. 광검출기(3222)는 다양한 방식으로 광검출기(3212)와 다른 설정을 가질 수 있다. 예로서, 광검출기(3222)는 (예를 들어, 히스토그램에 대한 데이터 값을 누적할 때) 감소되거나 무시된 전력 수준을 가지거나, 또는 약한 신호 수준을 가질 수 있다.
광검출기(3222)가 감소된 전력 수준을 가지는 설정에 대해서, 검출기의 전력 수준의 변화는 전력 소비를 절약할 수 있다. 예를 들어, 하나의 픽셀의 SPAD에 적용되는 전력을 75% 만큼 절약하기 위해, 도 32에 도시된 것과 유사한 구성이 사용될 수 있다. 이러한 구성은 중앙 광검출기(3212)가 광속이 여전히 너무 높은지를 계속 검사할 수 있게 할 수 있고, 그러한 경우 광속이 감소하면 광검출기(3222)가 활성화될 수 있다. 주변에 이러한 비활성화된 광검출기를 가지고 중앙 영역에 활성화된 광검출기를 갖는 구성에서는 중앙 영역이 더 조사될 것이고, 따라서 광속이 중앙 영역에서 충분히 낮으면 주변에 대해서도 충분히 낮을 것이다.
광검출기(3222)가 감소된 신호 수준을 가지는 설정의 경우에, 구성(3200)은, 상술한 다른 구성에서도 일어나는 바와 같이, 높은 신호 수준의 일부 검출기 및 낮은 신호 수준의 일부 검출기를 가질 것이다. 이러한 혼합 구성은 동적 범위를 (예를 들어, 10 배 만큼) 증가시킬 수 있다. 높은 광속이 있는 경우, 민감한 검출기는 너무 많은 빛을 검출하여 포화 상태가 될 것이다. 그러나, 감쇠된 검출기는 검출 가능한 신호를 생성하기에 충분한 광을 수신할 것이다. 이러한 상황에서, 시스템은 높은 신호 검출기를 무시하고 감쇠된 검출기만 사용할 수 있다. 반사성이 높은 객체에 의해 높은 광속이 야기되는 경우에, 이는 높은 파일업 펄스 대신 직사각형 펄스의 검출을 가능하게 할 수 있다. 대안적으로, 강한 검출기가 펄스 패턴과 일치하는 방식으로 트리거되지만 약한 검출기는 그렇지 않은 경우, 약한 검출기는 오프 상태로 전환되거나 다른 감소된 전력 수준으로 전환될 수 있다.
어떤 설정 및 구성을 사용할 것인가를 결정하기 위해, 초기 검출 간격 동안 검출된 데이터 값을 사용할 수 있다. 이 검출 간격은 방출된 레이저 펄스를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다(예를 들어, 단지 배경을 검출). 방출된 펄스 트레인이 사용될 때, 객체에 대한 정보, 예를 들어 객체의 반사도 및 표면의 상대적 배향이 얻어질 수 있다. 이후의 검출 간격은, 상술한 바와 같이, 임계치 기준이 충족되면, 특정 검출기(예를 들어, 감쇠되지 않은 검출기)를 오프 상태로 전환시키거나 다른 감소된 전력 수준으로 전환시킬 수 있다.
D. 시스템 구성 요소
도 33은 본 발명의 실시예에 따른 구성 가능한 광학 시스템(3310)을 도시한다. 도 33의 요소는 도 13 및 23의 요소와 유사한 방식으로 작동할 수 있으며, 그러한 구성 요소를 포함할 수 있다. 시스템 제어기(3320)는, 예를 들어 광 감지 모듈(3330) 및 광 전송 모듈(3340)을 제어함으로써, 다른 레인징 시스템 제어기와 유사한 방식으로 수행할 수 있다. 광 전송 모듈(3340)은 세기 변조기(3344) 및 광을 전송할 수 있는 방출기 어레이(3342)(예를 들어, 하나 이상의 레이저 다이오드)를 포함할 수 있다. 세기 변조기(3344)는, 예를 들어, 전술한 바와 같이, 검출된 광의 양으로 인해 방출된 펄스의 광속의 변화를 야기할 수 있다. 세기 변조기(3344)도 또한 레인징 시스템 제어기(3320) 내에 있을 수 있다.
광 감지 모듈(3330)은 하나 이상의 검출기 구성(3332), 히스토그램(3334), 센서 어레이(3336), 및 검출기 제어기(3338)를 포함한다. 검출기 제어기(3338)는 (예를 들어, 히스토그램(3334)의 중간 값을 살핌으로써) 검출 간격으로부터의 데이터 값을 분석하고, 센서 어레이(3336)의 다양한 픽셀의 검출기의 작동 상태에 대해 어떤 설정의 구성이 사용되어야 하는지를 결정할 수 있다. 일부 구현예에서, 검출기 구성(3332)은 검출된 데이터 값이 (예를 들어, 배경 광 또는 반사성 객체로부터의 높은 플럭스를 나타내는) 특정 속성을 가질 때 선택될 수 있는 특정 설정을 저장할 수 있다. 검출기 구성(3332)은 구성 가능한 광학 시스템(3310)이 회전할 때 다양한 각도 또는 모든 각도에 대해 저장될 수 있다.
E. 검출기 구성 방법
도 34는 본 발명의 실시예에 따른, 구성 가능한 광 레인징 시스템을 사용하여 레인징을 수행하는 방법(3400)을 설명하는 흐름도이다. 방법(3400)의 양태는 본 명세서에 설명된 다른 방법에 대해 설명된 기술을 통해 구현될 수 있다.
블록(3410)에서, 광자는 광 레인징 시스템의 픽셀의 감광자에 의해 검출되고, 이로써 복수의 시간 빈에서 초기 데이터 값을 생성한다. 감광자는 복수의 광검출기(예를 들어, SPAD)를 포함할 수 있다. 이들 초기 데이터 값은 복수의 광검출기의 작동 상태에 대한 설정의 구성을 결정하기 위해 전술한 바와 같이 분석될 수 있다. 일부 실시예에서, 초기 데이터 값은 광원(예를 들어, 레이저)으로부터 초기 펄스를 전송함으로써 얻어질 수 있으며, 여기서 초기 데이터 값은 객체로부터의 반사 이후의 수신 시간을 결정하는데 사용될 수 있다.
블록(3420)에서, 검출된 광자의 강도 수준이 초기 데이터 값에 기초하여 결정된다. 다양한 실시예에서, 강도 수준은 동시에 발사하는 다수의 광검출기, 특정 기간에 걸쳐 연속적으로 발사하는 지속된 수, 특정 기간에 걸쳐 발사하는 평균 수 등에 해당할 수 있다. 강도 수준은 광검출기와 동일한 칩 또는 상이한 칩 상에 있는 제어기(예를 들어, 검출기 제어기(3338))에 의해 분석될 수 있다. 제어기는 광검출기의 새로운 설정 구성 또는 저장된 설정 구성을 결정할 수 있다.
블록(3430)에서, 제1 펄스가 광 레인징 시스템의 광원으로부터 전송된다. 제1 펄스는 객체로부터 반사되어 객체까지의 거리가 결정될 수 있다.
블록(3440)에서, 제1 펄스의 광자를 검출하기 전에, 광검출기 세트의 작동 상태가 결정된 강도 수준에 기초하여 변경된다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 다양한 실시예에 따르면, 작동 상태는 전력 수준, 기여 수준(예를 들어, 검출된 신호가 레인징 측정에 사용되는지 여부) 및 감쇠 수준일 수 있다. 다양한 구현예에서, 그러한 변화는 임계치 위에 또는 밑에 있는 결정된 강도 수준에 기인할 수 있다. 광검출기 세트는 복수의 광검출기 전부 또는 일부일 수 있다.
변경된 작동 상태는 지정된 시간에 대해(예를 들어, 광 레인징 시스템이 회전할 때 그 동일한 각도로 다시 귀환하는 다음 회전에 대한) 유지될 수 있다. 예를 들어, 인코더는 특정 각도 위치를 지정할 수 있으며, 해당 각도 위치에 대해 작동 설정의 특정 구성이 지정될 수 있다. 시스템이 해당 각도 위치로 복귀하면 제1 전송 펄스가 전송될 수 있다. 일부 실시예에서, 지정된 시간은 다수의 펄스 트레인에 대하여 정의된다.
블록(3450)에서, 변화된 작동 상태에 따라 활성 작동 상태인 광검출기에 의해 제1 펄스의 광자가 검출되며, 이로써 복수의 시간 빈에서 제1 데이터 값을 생성한다. 변경된 광검출기 중 일부에는 전력이 공급되지 않고/않거나 카운트되지 않을 수 있으며, 따라서 활성 작동 상태에 있지 않을 수 있다. 어느 광검출기의 신호가 복수의 시간 빈에서 제1 데이터 값을 생성하기 위해 사용되는지에 대한 결정으로부터 광검출기로부터의 데이터 값을 카운트하지 않는 것이 초래될 수 있다(예를 들어, 임계치 위에 있는 신호 수준에 의해 결정됨에 따라, 높은 광속이 존재할 때 강한 광검출기를 카운트하지 않는 것).
일부 실시예에서, 결정된 강도 수준이 높은 임계치를 초과하면, 광검출기 세트의 감쇠 수준이 증가된다. 결정된 강도 수준이 낮은 임계치 미만인 경우, 광검출기 세트의 감쇠 수준이 감소될 수 있다. 단지 감쇠 수준이 변경되는 경우에, 모든 광검출기가 활성 작동 상태에 있을 수 있다.
블록(3460)에서, 수신 시간은 복수의 시간 빈에서의 제1 데이터 값을 사용하여 제1 펄스에 상응하게 결정된다. 예를 들어, 히스토그램이 생성될 수 있고, 본 명세서에 기술된 바와 같이, 매칭 필터가 사용될 수 있다.
블록(3470)에서 객체까지의 거리가 수신 시간을 사용하여 결정된다. 거리는, 예를 들어 본 명세서에 기술된 바와 같이, 다양한 방식으로 결정될 수 있다.
일부 실시예에서, 감광자는 약한 신호 수준을 갖는 것으로 분류되는 제1 세트의 광검출기 및 강한 신호 수준을 갖는 것으로 분류되는 제2 세트의 광검출기를 포함할 수 있다. 둘 중 어느 세트도 다양한 상황에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 결정된 강도 수준이 높은 임계치를 초과할 때, 제2 세트의 광검출기 중 하나 이상의 전력 수준이 감소(예를 들어, 오프 상태로 전환)될 수 있다. 다른 예로서, 결정된 강도 수준이 낮은 임계치 미만일 때, 제1 세트의 광검출기 중 하나 이상의 전력 수준이 감소(예를 들어, 오프 상태로 전환)될 수 있다. 분류는 (예를 들어, 소정 검출 간격 동안 시스템에 의해 설정된 바와 같이) 동적이거나 또는 더 오래 지속될 수 있거나(예를 들어, 분, 시간, 일 등에 대해 설정됨), 심지어 영구적일 수 있다.
한 번에 픽셀에 대해 두 가지보다 많은 광검출기 분류가 존재할 수 있다. 예를 들어, 제3 세트의 광검출기의 작동 상태는, 제1 세트의 광검출기 또는 제2 세트의 광검출기 중 하나의 작동 상태를 변경하는 것에 추가하여, 결정된 강도 수준(예를 들어, 중간 감도를 나타내는 중간 강도 수준)에 기초할 수 있다.
VIII. SPAD를 갖는 센서 칩을 포함한 예시적 칩셋
센서 어레이에 의해 검출된 신호의 데이터 값이 작은 시간 빈, 예를 들어 매 1 ns 또는 500 ps까지 추적될 수 있다. 이러한 속도를 달성하기 위해, 애벌랜치 광다이오드(APD)가 사용될 수 있다. APD는 아날로그 전류 또는 전압을 통해 직접 세기를 출력하는 아날로그 장치이므로, APD는 APD에서 수신된 광자의 개수를 따르는 아날로그 전압 스트림을 변환하는 표준 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 사용할 수 있다. 그러나, 현재의 기술은 다수의 APD를 동일한 칩에 경제적으로 넣을 수 없기 때문에, APD는 컴팩트한 디자인을 제공할 수 없다. 대조적으로, SPAD는 높은 수율 및 저비용으로 동일한 칩 상에 넣을 수 있다.
실시예는 SPAD뿐만 아니라 타이밍 회로, 히스토그램 회로, 및 기타 신호 처리 회로를 포함하는 커스텀 칩을 형성함으로써 SPAD를 사용하는데 있어서의 어려움을 극복하고, 이로써 SPAD로부터 생성된 신호의 빠른 처리를 가능하게 한다. 타이밍 회로 및 히스토그램 회로는 SPAD에 의해 생성된 이진 신호의 캡처를 가능하게 할 수 있다. 타이밍 회로 및 히스토그램 회로는, 주문형 반도체(ASIC), 필드 프로그램가능 게이트 어레이(FPGA), 또는 CPU와 같은 집적 회로를 포함하는 더 큰 회로의 일부인 부분 회로로 간주될 수 있다. CPU의 경우, 집적 회로는 프로그램 코드를 저장하는 메모리를 포함할 수 있다. ASIC 또는 FPGA가 사용될 때, 타이밍 회로 및 히스토그램 회로는 광 레인징 시스템의 작동 중의 전용 회로이다. FPGA의 경우, 게이트가 구성되면 특정 구성이 그 각각의 기능에 전용된 타이밍 회로와 히스토그램을 갖도록, 구성 로직이 게이트를 프로그램할 수 있다.
또한, 단일 SPAD의 경우, 예를 들어, SPAD의 데드 타임에 의해 지배되는 바와 같이, 측정 가능한 광속에 대한 상한이 있지만, 또한 SPAD로부터의 신호를 캡처하는데 사용되는 타이밍 회로의 한계도 있다. 이는 SPAD의 고유 이진 순간 동적 범위에 추가된다. 타이밍 회로(예를 들어, 시간-디지털 변환기, TDC)의 분해능에 따라, SPAD는 시간 빈 당 하나의 광자를 기록할 수만 있다. 따라서, 동적 범위는 최소 시간 빈에 의해 제한되며 본질적으로 데드 타임 문제는 아니다. 이 문제를 해결하기 위해, 실시예는 "픽셀" 당 다수의 SPAD를 사용할 수 있다.
도 35는 본 발명의 실시예에 따른 광 레인징 시스템의 컴팩트한 광학 시스템(3510)을 도시한다. 도 35의 요소는 도 13, 23, 및 33의 요소와 유사한 방식으로 작동할 수 있으며, 그러한 구성 요소를 포함할 수 있다. 레인징 시스템 제어기(3520)는, 예를 들어 광 감지 모듈(3530) 및 광 전송 모듈(3540)을 제어함으로써, 다른 레인징 시스템 제어기와 유사한 방식으로 수행할 수 있다. 광 전송 모듈(3540)은 레이저 펄스를 전송할 수 있는 레이저 소스(3542)(예를 들어, 레이저 다이오드의 방출기 어레이)를 포함할 수 있다.
광 감지 모듈(3530)은 필터(3532), 히스토그램 회로(3534), 센서 어레이(3536), 및 타이밍 회로(3538)를 포함하는 센서 집적 회로(예를 들어, ASIC 또는 FPGA)를 포함한다. 센서 어레이(3536)는 복수의 감광자를 포함할 수 있고, 이들 각각은 복수의 광검출기(예를 들어, SPAD)를 포함한다. 예를 들어, 도 5의 이러한 어레이가 사용될 수 있다.
타이밍 회로(3538)는, 히스토그램 회로(3534)가 센서 어레이(3536)로부터의 신호에 응답하여 증가되어야 할 카운터를 결정할 수 있도록, 히스토그램 회로(3534)에 신호를 제공할 수 있다. 히스토그램 회로(3534)는 센서 어레이(3536)의 각 픽셀 센서에 대한 히스토그램을 포함할 수 있다. 예로서, 센서 어레이(3536)는 그것이 대응하는 픽셀의 식별자를 갖는 신호를 제공할 수 있거나, 이러한 대응이 하드와이어(hardwire)될 수 있다.
센서 신호는 히스토그램의 카운터를 얼마만큼 증분시켜야 하는가를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 감광자의 각각의 검출기(예를 들어, SPAD)로부터의 신호는 그 신호에 기초하여 히스토그램의 카운터를 증분시킬지 여부를 나타낼 수 있다. 따라서, 센서 어레이(3536)의 복수의 광검출기는 광자에 의해 트리거될 때 하나 이상의 광자가 검출되었음을 나타내는 이진 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 타이밍 회로(3538)는 이진 신호에 기초하여 광자가 검출되는 시간을 결정하도록 구성될 수 있다.
히스토그램 회로(3534)는 각각이 시간 빈 동안 트리거되는 다수의 감광자에 해당하는 카운터를 결정하고 저장하도록 구성될 수 있다. 따라서, 객체로부터 반사된 레이저 소스로부터의 하나 이상의 펄스의 수신 시간을 결정하는데 사용 가능한 히스토그램이 생성될 수 있다.
감지 집적 회로(3531)의 윈도우 회로(3537)는 수신 시간이 상주하는 시간 윈도우를 식별하기 위해 히스토그램에 하나 이상의 매칭 필터(3532)를 적용하도록 구성될 수 있다. 감지 집적 회로(3531)는 또한 시간 윈도우 내의 히스토그램의 필터링된 출력 또는 히스토그램에 복수의 보간 필터를 적용하도록 구성된 보간 회로(3539)를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 최상의 매칭 보간 필터는 수신 시간을 시간 빈의 폭보다 작은 정확도로 식별할 수 있다. 다른 실시예에서, 보간 회로는 센서 집적 회로와 통신 가능하게 결합된 제2 집적 회로 상에 상주하는 레인징 시스템 제어기(3520)의 일부일 수 있다.
일부 실시예에서, 회전 모터(예를 들어, 도 2의 모터(260))는 센서 집적 회로 및 레이저 소스를 회전시키기 위해 센서 집적 회로와 레이저 소스에 연결된다. 레이저 소스(3542)는 그 자체 집적 회로 상에 있을 수 있고 복수의 레이저 장치(예를 들어, 수직 공동 표면 방출 레이저(VCSEL))를 포함할 수 있다.
IX. 추가 실시예
본 명세서에 개시된 몇몇 실시예는 자동차에 사용 사례의 3D 감지의 상황 내에서 광 레인징의 애플리케이션에 초점을 맞췄지만, 본 명세서에 개시된 시스템은 본 발명의 범위 내에서 임의의 애플리케이션에도 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템은, 예를 들어 솔리드 스테이트 광 레인징 시스템에 대한, 다수의 추가적인 사용 사례를 가능하게 하는, 작거나, 심지어 소형의(miniature) 폼 팩터(form factor)를 가질 수 있다. 예를 들어, 시스템은 휴대폰, 태블릿 PC, 랩톱, 데스크탑 PC와 같은 장치 내의 또는 다른 주변 장치 및/또는 사용자 인터페이스 장치 내의 3D 카메라 및/또는 깊이 센서에 사용될 수 있다. 예를 들어, 얼굴 인식 및 얼굴 추적 기능, 눈 추적 기능, 및/또는 객체의 3D 스캐닝을 지원하기 위해 하나 이상의 실시예가 모바일 장치 내에 채용될 수 있다. 다른 사용 사례는 모바일 장치의 증강 현실 및 가상 현실 애플리케이션을 위한 전방 깊이 카메라를 포함한다.
다른 애플리케이션은 비행기, 헬리콥터, 드론 등과 같은 공중 차량 상에 하나 이상의 시스템을 배치하는 것을 포함한다. 이러한 예는 3D 감지 및 깊이 이미징을 제공하여 내비게이션(자율적 또는 다른 방식)을 지원하고/지원하거나 추후의 분석을 위해, 예를 들어 지구 물리학적, 건축학적 및/또는 고고학적 분석을 지원하기 위해, 3D 맵을 생성할 수 있다.
시스템은 또한 건물, 벽, 기둥, 교량, 비계(scaffolding) 등과 같은 고정식 객체 및 구조물에 장착될 수 있다. 그러한 경우, 시스템은 제조 시설, 조립 라인, 산업 시설, 건설 현장, 발굴 현장, 도로, 철도, 교량 등과 같은 실외 지역을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 또한, 시스템은 실내에 장착될 수 있으며, 창고 내 재고 이동 또는 사무실 건물, 공항, 기차역 등의 내에서의 사람, 수하물 또는 물품의 이동과 같이, 건물 내의 사람 및/또는 객체의 이동을 모니터링하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 이점으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 알 수 있는 바와 같이, 광 레인징 시스템의 많은 상이한 애플리케이션이 가능하며, 따라서 본 명세서에 제공된 예는 단지 예시의 목적으로 제공되는 것이며, 그러한 시스템의 사용을 명시적으로 개시된 예에만 한정하는 것으로 해석되지 않아야 한다.
X. 컴퓨터 시스템
본 명세서에 언급된 컴퓨터 시스템 또는 회로 중 임의의 것이 임의의 적합한 수의 서브시스템을 이용할 수 있다. 서브시스템은 시스템 버스(75)를 통해 연결될 수 있다. 예로서, 서브시스템에는 입/출력(I/O) 장치, 시스템 메모리, 저장 장치(들), 및 컴퓨터 시스템을 다른 장치(예를 들어, 엔진 제어 유틸)에 연결하는데 사용될 수 있는 네트워크 어댑터(들)(예를 들어, 이더넷, Wi-Fi 등)가 포함될 수 있다. 시스템 메모리 및/또는 저장 장치(들)는 컴퓨터 판독 가능 매체를 구현할 수 있다.
컴퓨터 시스템은, 예를 들어 외부 인터페이스에 의해, 내부 인터페이스에 의해, 또는 하나의 구성요소로부터 다른 구성요소로 연결되거나 이동될 수 있는 이동식 저장 장치를 통해 함께 연결되는, 복수의 동일한 구성요소 또는 서브시스템을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 컴퓨터 시스템, 서브시스템, 또는 장치는 네트워크를 통해 통신할 수 있다.
실시예의 양태는 하드웨어 회로(예를 들어, 주문형 반도체 또는 필드 프로그램 가능 게이트 어레이)를 사용하여 및/또는 모듈러 또는 집적 방식으로 일반적으로 프로그램 가능한 프로세서를 포함하는 컴퓨터 소프트웨어를 사용하여 제어 로직의 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용될 때, 프로세서는 전용 하드웨어 뿐만 아니라, 단일-코어 프로세서, 동일한 집적 칩 상의 멀티-코어 프로세서, 또는 단일 회로 기판 상의 또는 네트워크화된 다수의 프로세싱 유닛을 포함할 수 있다. 본 명세서에 제공된 개시 내용 및 교시를 기초로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하드웨어 및 하드웨어와 소프트웨어의 조합을 사용하여 본 발명의 실시예를 구현하는 다른 방식 및/또는 방법을 알고 인지할 것이다.
본 출원에 기술된 소프트웨어 구성요소 또는 기능 중 임의의 것은 예를 들어, 종래의 또는 객체 지향 기술을 사용하는, 예를 들어, 자바, C, C++, C#, 오브젝티브(Objective)-C, 스위프트(Swift), 또는 펄(Perl)이나 파이썬(Python)과 같은 스크립팅 언어와 같은 임의의 적합한 컴퓨터 언어를 사용하여 프로세서에 의해 실행될 소프트웨어 코드로서 구현될 수 있다. 소프트웨어 코드는 저장 및/또는 전송을 위해 컴퓨터 판독 가능 매체 상에 일련의 명령 또는 지시로서 저장될 수 있다. 적합한 비일시적(non-transitory) 컴퓨터 판독 가능 매체는, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 기억장치(ROM), 하드-드라이브 또는 플로피 디스크와 같은 자기 매체, 또는 컴팩트 디스크(CD) 또는 DVD(디지털 다기능 디스크), 플래쉬 메모리 등과 같은 광학 매체를 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 이러한 저장 또는 전송 장치의 임의의 조합일 수 있다.
이러한 프로그램은 또한 인터넷을 비롯한, 각종 프로토콜에 따른 유선, 광학 및/또는 무선 네트워크를 통한 전송을 위해 채택된 캐리어 신호를 사용하여 암호화되고 전송될 수 있다. 이와 같이, 컴퓨터 판독 가능 매체는 이러한 프로그램으로 암호화된 데이터 신호를 사용하여 생성될 수 있다. 프로그램 코드로 암호화된 컴퓨터 판독 가능 매체는 호환 장치와 함께 패키징될 수 있거나 (예를 들어, 인터넷 다운로드를 통해) 다른 장치와 별도로 제공될 수 있다. 임의의 이러한 컴퓨터 판독 가능 매체는 단일 컴퓨터 제품(예를 들어, 하드 드라이브, CD, 또는 전체 컴퓨터 시스템) 상에 또는 그 내에 상주할 수 있고, 시스템 또는 네트워크 내의 상이한 컴퓨터 제품 상에 또는 그 내에 존재할 수 있다 컴퓨터 시스템은 모니터, 프린터, 또는 본 명세서에 언급된 결과 중 임의의 것을 사용자에게 제공하기에 적합한 다른 디스플레이를 포함할 수 있다.
본 명세서에 기술된 방법 중 임의의 방법은, 단계를 수행하도록 구성될 수 있는, 하나 이상의 프로세서를 포함하는 컴퓨터 시스템에 의해 전체적으로 또는 부분적으로 수행될 수 있다. 따라서 실시예는, 잠재적으로는 각각의 단계 또는 각각의 단계의 군을 수행하는 상이한 구성요소와 함께, 본 명세서에 기술된 방법 중 임의의 방법의 단계를 수행하도록 구성된 컴퓨터 시스템에 관한 것일 수 있다. 번호 매긴 단계로서 제공되더라도, 본 명세서의 방법의 단계는 동시에 또는 상이한 시간에 또는 상이한 순서로 수행될 수 있다. 또한, 이들 단계의 일부는 다른 방법으로부터의 다른 단계의 일부와 함께 사용될 수 있다. 또한, 단계의 전부 또는 일부는 선택적일 수 있다. 또한, 임의의 방법 중 임의의 단계는 이들 단계를 수행하기 위한 시스템의 모듈, 유닛, 회로, 또는 다른 수단에 의해 수행될 수 있다.
특정 실시예의 구체적인 세부사항은 본 발명의 실시예의 사상 및 범주 내에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예는 각각의 개별 양태에 관한 구체적인 실시예, 또는 이들 개별 양태의 구체적인 조합에 관한 것일 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 본 발명을 설명된 정확한 형태로 제한하거나 이에 철저하게 지키도록 하는 것을 의도하지는 않으며, 많은 수정 및 변경이 상기 교시의 측면에서 가능하다.
단수의 인용은 구체적으로 반대로 나타내지 않은 한, "하나 이상"을 의미하는 것으로 의도된다. "또는"의 사용은 구체적으로 반대로 나타내지 않는 한, "배타적인 또는"이 아니라 "포함의 또는"을 의미하는 것으로 의도된다. "제1" 구성 요소에 대한 언급은 반드시 제2 구성 요소가 제공되어야 함을 요구하지는 않는다. 또한, "제1" 또는 "제2" 구성 요소에 대한 언급은 명시적으로 언급되지 않는 한 참조된 구성 요소를 특정 위치로 제한하지 않는다. "기초하여(based on)"라는 용어는 "적어도 부분적으로 기초하여"를 의미하는 것으로 의도된다.
본 명세서에서 언급된 모든 특허, 특허 출원, 공개공보, 및 설명은 모든 목적을 위해서 그 전체 내용이 참조로 포함된다. 어느 것도 선행 기술로서 인정하는 것은 아니다.
Claims (22)
- 광 레인징 시스템을 사용하여 레인징을 수행하는 방법으로서,
광 레인징 시스템의 픽셀의 감광자에 의해 광자를 검출하고, 이로써 복수의 시간 빈에서 초기 데이터 값들을 생성하는 단계로서, 감광자가 복수의 광검출기를 포함하는, 검출 및 생성 단계;
초기 데이터 값들에 기초하여, 검출된 광자의 강도 수준을 결정하는 단계;
광 레인징 시스템의 광원으로부터 제1 펄스를 전송하는 단계로서, 제1 펄스는 객체로부터 반사되는, 전송 단계;
제1 펄스의 광자를 검출하기 전에, 결정된 강도 수준에 기초하여 광검출기 세트의 작동 상태를 변경하는 단계;
변경된 작동 상태에 따라 활성 작동 상태인 광검출기들에 의해 제1 펄스의 광자를 검출하고, 이로써 복수의 시간 빈에서 제1 데이터 값을 생성하는, 검출 및 생성 단계;
복수의 시간 빈에서의 제1 데이터 값을 사용하여 제1 펄스에 해당하는 수신 시간을 결정하는 단계; 및
수신 시간을 사용하여 객체까지의 거리를 결정하는 단계를 포함하는, 광 레인징 시스템을 사용한 레인징 수행 방법. - 제1항에 있어서,
광 검출기 세트는 복수의 광 검출기 모두인, 방법. - 제1항에 있어서,
작동 상태는 광검출기 세트의 전력 수준 또는 감쇠 수준인, 방법. - 제1항에 있어서,
복수의 시간 빈에서 제1 데이터 값들을 생성하기 위해 어느 광검출기의 신호가 사용되는지를 지정함으로써 광검출기 세트의 작동 상태가 변경되고, 이로써 어느 광검출기가 활성 작동 상태인지를 지정하는, 방법. - 제1항에 있어서,
결정된 강도 수준이 높은 임계치를 초과하고, 결정된 강도 수준에 기초하여 광검출기 세트의 작동 상태를 변경하는 단계는,
광검출기 세트의 감쇠 수준을 증가시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
결정된 강도 수준이 낮은 임계치 미만이고, 결정된 강도 수준에 기초하여 광검출기 세트의 작동 상태를 변경하는 단계는,
광검출기 세트의 감쇠 수준을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
감광자가,
낮은 감도를 갖는 것으로 분류된 제1 세트의 광검출기, 및
높은 감도를 갖는 것으로 분류된 제2 세트의 광검출기를 포함하고,
제1 세트의 광검출기 또는 제2 세트의 광검출기의 작동 상태는 다른 것이 아닌, 결정된 강도 수준에 기초하여 변하는, 방법. - 제7항에 있어서,
결정된 강도 수준에 기초하여 제1 세트의 광검출기의 작동 상태를 변경하는 단계가,
결정된 강도 수준이 높은 임계치를 초과할 때 제2 세트의 광검출기 중 하나 이상의 전력 수준을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제8항에 있어서,
결정된 강도 수준은 밝은 배경 광원의 결과인, 방법. - 제8항에 있어서,
제2 세트의 광검출기의 하나 이상의 전력 수준을 감소시키는 단계는 제2 세트의 광검출기의 하나 이상을 오프 상태로 전환시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제7항에 있어서,
결정된 강도 수준에 기초하여 제1 세트의 광검출기의 작동 상태를 변경하는 단계가,
결정된 강도 수준이 낮은 임계치 미만일 때 제1 세트의 광검출기 중 하나 이상의 전력 수준을 감소시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제11항에 있어서,
제1 세트의 광검출기의 하나 이상의 전력 수준을 감소시키는 단계는 제1 세트의 광검출기의 하나 이상을 오프 상태로 전환시키는 단계를 포함하는, 방법. - 제7항에 있어서,
감광자는 중간 감도를 갖는 것으로 분류된 제3 세트의 광검출기를 포함하고, 상기 방법은,
제1 펄스의 광자를 검출하기 전에, 제1 세트의 광검출기 또는 제2 세트의 광검출기 중 하나의 작동 상태를 변경한 것에 추가하여, 결정된 강도 수준에 기초하여 제3 세트의 광검출기의 작동 상태를 변경하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
초기 데이터 값을 제공하는 검출된 광자는 배경 광에 해당하는, 방법. - 제1항에 있어서,
광 레인징 시스템의 광원으로부터 초기 펄스를 전송하는 단계로서, 초기 펄스는 객체로부터 반사되며, 초기 데이터 값들을 제공하는 검출된 광자는 초기 펄스에 상응하는, 전송 단계를 더 포함하고,
수신 시간은 복수의 시간 빈에서의 제1 데이터 값들 및 초기 데이터 값들을 이용하여 제1 펄스 및 초기 펄스에 대해 결정되는, 방법. - 제15항에 있어서,
객체가 반사성인 결과로서, 결정된 강도 수준이 높은 임계치를 초과하고, 상기 방법이,
결정된 강도 수준이 높은 임계치를 초과하는 것에 응답하여 광검출기 세트의 작동 상태를 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
변경된 작동 상태는 지정된 시간 동안 유지되는, 방법. - 제17항에 있어서,
지정된 시간은 다수의 펄스 트레인에 대하여 정의되는, 방법. - 제1항에 있어서,
광 레인징 시스템이 회전하고, 광 레인징 시스템의 각도 위치를 식별하기 위한 인코더를 포함하며, 상기 방법은,
광 레인징 시스템이 초기 각도 위치에 있을 때 강도 수준이 결정되는 것을 식별하는 단계를 더 포함하고,
제1 펄스는 광 레인징 시스템이 1회 이상의 회전 후에 초기 각도 위치로 복귀할 때 전송되는, 방법. - 제1항에 있어서,
결정된 강도 수준에 기초하여 광원으로부터 하나 이상의 방출 펄스의 세기를 변화시키는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 방법의 작동을 수행하도록 컴퓨터 시스템을 제어하기 위한 복수의 명령어를 저장한 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함하는 컴퓨터 제품.
- 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 시스템.
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US201762465310P | 2017-03-01 | 2017-03-01 | |
| US62/465,310 | 2017-03-01 | ||
| US201762596002P | 2017-12-07 | 2017-12-07 | |
| US62/596,002 | 2017-12-07 | ||
| KR1020197028838A KR102609223B1 (ko) | 2017-03-01 | 2018-03-01 | 라이더를 위한 정확한 광검출기 측정 |
| PCT/US2018/020525 WO2018160886A1 (en) | 2017-03-01 | 2018-03-01 | Accurate photo detector measurements for lidar |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020197028838A Division KR102609223B1 (ko) | 2017-03-01 | 2018-03-01 | 라이더를 위한 정확한 광검출기 측정 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230169420A true KR20230169420A (ko) | 2023-12-15 |
Family
ID=63371075
Family Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020197028838A KR102609223B1 (ko) | 2017-03-01 | 2018-03-01 | 라이더를 위한 정확한 광검출기 측정 |
| KR1020237041166A KR20230169420A (ko) | 2017-03-01 | 2018-03-01 | 라이더를 위한 정확한 광검출기 측정 |
Family Applications Before (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020197028838A KR102609223B1 (ko) | 2017-03-01 | 2018-03-01 | 라이더를 위한 정확한 광검출기 측정 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US10884126B2 (ko) |
| EP (1) | EP3589990A4 (ko) |
| JP (3) | JP7134988B2 (ko) |
| KR (2) | KR102609223B1 (ko) |
| CN (2) | CN110537124B (ko) |
| TW (1) | TWI765977B (ko) |
| WO (1) | WO2018160886A1 (ko) |
Families Citing this family (158)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9383753B1 (en) * | 2012-09-26 | 2016-07-05 | Google Inc. | Wide-view LIDAR with areas of special attention |
| US10761195B2 (en) | 2016-04-22 | 2020-09-01 | OPSYS Tech Ltd. | Multi-wavelength LIDAR system |
| GB201622429D0 (en) * | 2016-12-30 | 2017-02-15 | Univ Court Of The Univ Of Edinburgh The | Photon sensor apparatus |
| CN110537124B (zh) | 2017-03-01 | 2021-12-07 | 奥斯特公司 | 用于lidar的准确光检测器测量 |
| US11105925B2 (en) | 2017-03-01 | 2021-08-31 | Ouster, Inc. | Accurate photo detector measurements for LIDAR |
| JP7037830B2 (ja) | 2017-03-13 | 2022-03-17 | オプシス テック リミテッド | 眼安全性走査ｌｉｄａｒシステム |
| EP3392674A1 (en) * | 2017-04-23 | 2018-10-24 | Xenomatix NV | A pixel structure |
| US10830879B2 (en) | 2017-06-29 | 2020-11-10 | Apple Inc. | Time-of-flight depth mapping with parallax compensation |
| CN110914702B (zh) | 2017-07-28 | 2022-06-28 | 欧普赛斯技术有限公司 | 具有小角发散度的vcsel阵列lidar发送器 |
| KR101938984B1 (ko) * | 2017-08-09 | 2019-04-10 | 연세대학교 산학협력단 | Spad 거리측정 센서 기반의 2단계 트래킹을 이용한 거리 측정 장치 및 방법 |
| US11415675B2 (en) | 2017-10-09 | 2022-08-16 | Luminar, Llc | Lidar system with adjustable pulse period |
| US11353559B2 (en) | 2017-10-09 | 2022-06-07 | Luminar, Llc | Adjustable scan patterns for lidar system |
| JP6990864B2 (ja) * | 2017-10-20 | 2022-01-12 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 距離測定装置 |
| KR102364531B1 (ko) | 2017-11-15 | 2022-02-23 | 옵시스 테크 엘티디 | 잡음 적응형 솔리드-스테이트 lidar 시스템 |
| JP6973506B2 (ja) * | 2017-12-15 | 2021-12-01 | 日本電気株式会社 | 測距装置及び制御方法 |
| CN111465870B (zh) | 2017-12-18 | 2023-08-29 | 苹果公司 | 使用可寻址发射器阵列的飞行时间感测 |
| US11906663B2 (en) | 2018-04-01 | 2024-02-20 | OPSYS Tech Ltd. | Noise adaptive solid-state LIDAR system |
| DE102018205376A1 (de) * | 2018-04-10 | 2019-10-10 | Ibeo Automotive Systems GmbH | Verfahren zum Durchführen eines Messvorgangs |
| DE102018205378A1 (de) * | 2018-04-10 | 2019-10-10 | Ibeo Automotive Systems GmbH | Verfahren zur Ansteuerung von Sensorelementen eines LIDAR Messsystems |
| WO2019229891A1 (ja) * | 2018-05-30 | 2019-12-05 | 株式会社ニコンビジョン | 光検出装置及び方法並びに測距装置及び方法 |
| US20190045169A1 (en) * | 2018-05-30 | 2019-02-07 | Intel Corporation | Maximizing efficiency of flight optical depth sensors in computing environments |
| US20210199802A1 (en) * | 2018-06-22 | 2021-07-01 | Ams Ag | Using time-of-flight and pseudo-random bit sequences to measure distance to object |
| US11150331B2 (en) * | 2018-07-06 | 2021-10-19 | Infineon Technologies Ag | Detection and compensation of MEMS oscillating structure asymmetries and periodic jitters |
| EP3614174B1 (en) * | 2018-08-21 | 2021-06-23 | Omron Corporation | Distance measuring device and distance measuring method |
| US20200088844A1 (en) * | 2018-09-18 | 2020-03-19 | Velodyne Lidar, Inc. | Systems and methods for improving detection of a return signal in a light ranging and detection system with pulse encoding |
| US11237256B2 (en) * | 2018-09-19 | 2022-02-01 | Waymo Llc | Methods and systems for dithering active sensor pulse emissions |
| DE112019004965T5 (de) * | 2018-10-04 | 2021-08-19 | Ams Ag | Hochauflösende flugzeitmessungen |
| JP7453220B2 (ja) * | 2018-10-19 | 2024-03-19 | イノヴィズ テクノロジーズ リミテッド | Ｌｉｄａｒシステム及び方法 |
| JP7331098B2 (ja) * | 2018-10-24 | 2023-08-22 | レッド リーダー テクノロジーズ，インコーポレイテッド | ライダシステムおよび動作方法 |
| DE102018126522A1 (de) * | 2018-10-24 | 2020-04-30 | Blickfeld GmbH | Laufzeitbasierte Entfernungsmessung unter Verwendung von modulierten Pulsfolgen von Laserpulsen |
| WO2020086903A1 (en) * | 2018-10-24 | 2020-04-30 | Red Leader Technologies, Inc. | Lidar system and method of operation |
| CA3028286A1 (en) * | 2018-11-09 | 2020-05-09 | Beijing Didi Infinity Technology And Development Co., Ltd. | Vehicle positioning system using lidar |
| CN111198382B (zh) * | 2018-11-16 | 2022-07-12 | 精準基因生物科技股份有限公司 | 飞时测距传感器以及飞时测距方法 |
| EP3864436A4 (en) * | 2018-11-19 | 2022-06-15 | Sense Photonics, Inc. | DIGITAL PIXEL |
| DE102018221700A1 (de) * | 2018-12-13 | 2020-06-18 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Detektion von Partikeln oder Aerosol in einem strömenden Fluid, Computerprogramm sowie elektrisches Speichermedium |
| DE102018132473B4 (de) * | 2018-12-17 | 2020-07-30 | Sick Ag | Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung eines Objekts |
| US11175390B2 (en) * | 2018-12-24 | 2021-11-16 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | Real-time estimation of DC bias and noise power of light detection and ranging (LiDAR) |
| US11486984B2 (en) | 2018-12-26 | 2022-11-01 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | Three-dimensional light detection and ranging system using hybrid TDC and ADC receiver |
| US11506764B2 (en) | 2018-12-26 | 2022-11-22 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | System and methods for ranging operations using multiple signals |
| WO2020139381A1 (en) * | 2018-12-26 | 2020-07-02 | Didi Research America, Llc | System and methods for ranging operations using multiple signals |
| US10473770B1 (en) | 2018-12-26 | 2019-11-12 | Didi Research America, Llc | Multi-pulse fusion analysis for LiDAR ranging |
| JP2020106339A (ja) * | 2018-12-26 | 2020-07-09 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 測定装置および測距装置 |
| TWI687709B (zh) * | 2019-01-02 | 2020-03-11 | 燕成祥 | 一種與錐形反射鏡製作二維光學雷達的感測裝置 |
| CN109752727B (zh) * | 2019-01-11 | 2022-03-04 | 山东科技大学 | 一种机载LiDAR测深海气界面折射改正方法 |
| EP3894887A4 (en) * | 2019-01-18 | 2022-08-17 | Sense Photonics, Inc. | DIGITAL PIXELS AND THEIR OPERATING METHODS |
| JP2020118570A (ja) * | 2019-01-24 | 2020-08-06 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 測定装置および測距装置 |
| JP2020118567A (ja) * | 2019-01-24 | 2020-08-06 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 測距装置、車載システム及び測距方法 |
| US11378658B2 (en) | 2019-01-30 | 2022-07-05 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Systems and methods for increasing the dynamic range of a LiDAR sensor |
| US11041944B2 (en) * | 2019-03-01 | 2021-06-22 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | Constant false alarm rate detection in pulsed LiDAR systems |
| US20200284907A1 (en) * | 2019-03-08 | 2020-09-10 | Wisconsin Alumni Research Foundation | Systems, methods, and media for single photon depth imaging with improved precision in ambient light |
| EP3712647B1 (de) | 2019-03-18 | 2021-04-28 | Sick Ag | Optoelektronischer sensor und verfahren zur erfassung von objekten |
| US11442145B2 (en) * | 2019-03-26 | 2022-09-13 | Infineon Technologies Ag | Signal temporal position determination |
| KR102634887B1 (ko) | 2019-04-09 | 2024-02-08 | 옵시스 테크 엘티디 | 레이저 제어를 갖는 솔리드-스테이트 lidar 송신기 |
| US11693117B2 (en) * | 2019-04-11 | 2023-07-04 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Geiger-mode laser vibrometry methods and systems |
| US11846728B2 (en) | 2019-05-30 | 2023-12-19 | OPSYS Tech Ltd. | Eye-safe long-range LIDAR system using actuator |
| JP7438564B2 (ja) | 2019-06-10 | 2024-02-27 | オプシス テック リミテッド | 眼に安全な長距離固体ｌｉｄａｒシステム |
| US11500094B2 (en) | 2019-06-10 | 2022-11-15 | Apple Inc. | Selection of pulse repetition intervals for sensing time of flight |
| CN110161519B (zh) * | 2019-06-11 | 2022-09-20 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种宏脉冲光子计数激光雷达 |
| JP2021001764A (ja) * | 2019-06-20 | 2021-01-07 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 測距装置、測距方法、および、測距システム |
| TWI748460B (zh) | 2019-06-21 | 2021-12-01 | 大陸商廣州印芯半導體技術有限公司 | 飛時測距裝置及飛時測距方法 |
| JP2021012034A (ja) * | 2019-07-03 | 2021-02-04 | 株式会社東芝 | 電子装置、受光装置、投光装置、及び距離計測方法 |
| US11555900B1 (en) | 2019-07-17 | 2023-01-17 | Apple Inc. | LiDAR system with enhanced area coverage |
| US20230176223A1 (en) * | 2019-08-05 | 2023-06-08 | Ouster, Inc. | Processing system for lidar measurements |
| US11556000B1 (en) | 2019-08-22 | 2023-01-17 | Red Creamery Llc | Distally-actuated scanning mirror |
| WO2021035695A1 (zh) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | 深圳奥锐达科技有限公司 | 用于时间编码时间飞行距离测量的系统及方法 |
| US11209310B2 (en) * | 2019-08-30 | 2021-12-28 | Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas | Depth map sensor based on dToF and iToF |
| CN110632578B (zh) * | 2019-08-30 | 2022-12-09 | 深圳奥锐达科技有限公司 | 用于时间编码时间飞行距离测量的系统及方法 |
| CN110632577A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-31 | 深圳奥锐达科技有限公司 | 时间编码解调处理电路及方法 |
| CN110609267B (zh) * | 2019-09-19 | 2022-07-08 | 深圳奥锐达科技有限公司 | 一种激光雷达系统及其抗干扰方法 |
| CN110596722B (zh) * | 2019-09-19 | 2022-10-04 | 深圳奥锐达科技有限公司 | 直方图可调的飞行时间距离测量系统及测量方法 |
| DE102019125684B4 (de) | 2019-09-24 | 2022-07-28 | Sick Ag | Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung von Objekten |
| US11435444B2 (en) * | 2019-09-27 | 2022-09-06 | Gm Cruise Holdings Llc | Mitigating interference for lidar systems of autonomous vehicles |
| WO2021067377A1 (en) * | 2019-10-01 | 2021-04-08 | Sense Photonics, Inc. | Strobe based configurable 3d field of view lidar system |
| TWI730436B (zh) * | 2019-10-02 | 2021-06-11 | 立積電子股份有限公司 | 辨識物體的方法、物體辨識系統及更新物體辨識系統中主要分類器的方法 |
| EP4042192A4 (en) * | 2019-10-10 | 2023-04-12 | Ouster, Inc. | TIMELINE MEASUREMENT PROCESSING FOR LIDAR ACCURACY |
| CN114762216A (zh) * | 2019-10-10 | 2022-07-15 | 奥斯特公司 | 用于lidar测量的可配置存储器块 |
| DE102019127667A1 (de) * | 2019-10-15 | 2021-04-15 | Sick Ag | Entfernungsmessender optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung eines Zielobjekts |
| US11573302B2 (en) * | 2019-10-17 | 2023-02-07 | Argo AI, LLC | LiDAR system comprising a Geiger-mode avalanche photodiode-based receiver having pixels with multiple-return capability |
| JP7125968B2 (ja) * | 2019-10-28 | 2022-08-25 | イベオ オートモーティブ システムズ ゲーエムベーハー | 距離を光学的に測定するための方法およびデバイス |
| CN110927734B (zh) * | 2019-11-24 | 2024-03-08 | 深圳奥锐达科技有限公司 | 一种激光雷达系统及其抗干扰方法 |
| US20210165094A1 (en) * | 2019-11-29 | 2021-06-03 | Waymo Llc | Retroreflector Detection and Avoidance in a LIDAR Device |
| US11733359B2 (en) | 2019-12-03 | 2023-08-22 | Apple Inc. | Configurable array of single-photon detectors |
| US11740333B2 (en) | 2019-12-04 | 2023-08-29 | Waymo Llc | Pulse energy plan for light detection and ranging (lidar) devices based on areas of interest and thermal budgets |
| TWI722710B (zh) * | 2019-12-11 | 2021-03-21 | 茂達電子股份有限公司 | 具切片式積分時間感測機制的接近感測器及其感測方法 |
| CN114787652A (zh) * | 2019-12-24 | 2022-07-22 | ams国际有限公司 | 飞行时间传感器 |
| KR20210087349A (ko) | 2020-01-02 | 2021-07-12 | 삼성전자주식회사 | 라이다 장치 및 그 동작 방법 |
| US11531105B2 (en) | 2020-01-31 | 2022-12-20 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | Systems and methods for reducing light detection and ranging (LIDAR) target broadening |
| KR20220136336A (ko) | 2020-02-10 | 2022-10-07 | 헤사이 테크놀로지 씨오., 엘티디. | 라이다 시스템용 적응식 방출기 및 수신기 |
| JP2023516654A (ja) * | 2020-03-05 | 2023-04-20 | オプシス テック リミテッド | 固体ＬｉＤＡＲのためのノイズフィルタリングシステムおよび方法 |
| DE102020106359B4 (de) | 2020-03-09 | 2024-02-29 | Sick Ag | Abstandsbestimmung von Objekten |
| US11819311B2 (en) | 2020-03-20 | 2023-11-21 | Hi Llc | Maintaining consistent photodetector sensitivity in an optical measurement system |
| JP2021152536A (ja) * | 2020-03-24 | 2021-09-30 | 株式会社デンソー | 測距装置 |
| US11885915B2 (en) | 2020-03-30 | 2024-01-30 | Stmicroelectronics (Research & Development) Limited | Time to digital converter |
| CN113534180A (zh) * | 2020-04-14 | 2021-10-22 | 华为技术有限公司 | 一种飞行时间tof测量方法及装置 |
| US11695911B2 (en) | 2020-04-27 | 2023-07-04 | Ouster, Inc. | Stereoscopic image capturing systems |
| US20210349192A1 (en) * | 2020-05-07 | 2021-11-11 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | Hybrid detectors for various detection range in lidar |
| US20210356601A1 (en) * | 2020-05-13 | 2021-11-18 | Luminar, Llc | Lidar system with locally retraced scan lines |
| US11619717B2 (en) * | 2020-05-15 | 2023-04-04 | Beijing Voyager Technology Co., Ltd. | LiDAR receiver with movable detector |
| CN114402225A (zh) * | 2020-06-03 | 2022-04-26 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 测距方法、测距装置和可移动平台 |
| DE102020207272A1 (de) * | 2020-06-10 | 2021-12-16 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren und Vorrichtung zur Sicherstellung eines Eindeutigkeitsbereichs eines Lidar-Sensors und einen solchen Lidar-Sensor |
| JP7466386B2 (ja) | 2020-06-12 | 2024-04-12 | 株式会社デンソー | 光伝送モジュールおよび電子制御装置 |
| CN111856485B (zh) * | 2020-06-12 | 2022-04-26 | 深圳奥锐达科技有限公司 | 一种距离测量系统及测量方法 |
| GB2596099A (en) * | 2020-06-17 | 2021-12-22 | Ams Sensors Asia Pte Ltd | Image sensors |
| US11681023B2 (en) * | 2020-06-17 | 2023-06-20 | Continental Autonomous Mobility US, LLC | Lidar system with varied detection sensitivity based on lapsed time since light emission |
| US20210396846A1 (en) * | 2020-06-18 | 2021-12-23 | Continental Automotive Systems, Inc. | Lidar system with detection sensitivity of photodetectors |
| US11561281B2 (en) * | 2020-06-29 | 2023-01-24 | Waymo Llc | Selective deactivation of light emitters for interference mitigation in light detection and ranging (lidar) devices |
| US20220018940A1 (en) * | 2020-07-16 | 2022-01-20 | Comotomo Corporation | Vision first light detection and ranging system |
| IL276249A (en) * | 2020-07-23 | 2022-02-01 | Camero Tech Ltd | System and method for extracting signals with a high signal-to-noise ratio from signals with a low signal-to-noise ratio |
| WO2022031600A1 (en) * | 2020-08-03 | 2022-02-10 | Sense Photonics, Inc. | Methods and systems for power-efficient subsampled 3d imaging |
| US20220050198A1 (en) * | 2020-08-11 | 2022-02-17 | Hi Llc | Maintaining Consistent Photodetector Sensitivity in an Optical Measurement System |
| US11719792B2 (en) | 2020-08-21 | 2023-08-08 | Lg Innotek Co., Ltd. | Systems and methods for intra-shot dynamic adjustment of LIDAR detector gain |
| TWI749740B (zh) * | 2020-08-31 | 2021-12-11 | 台達電子工業股份有限公司 | 光達系統 |
| CN112153254B (zh) * | 2020-08-31 | 2022-02-25 | 合肥工业大学 | 一种基于基图的两步相移单像素成像方法 |
| DE102020211306A1 (de) | 2020-09-09 | 2022-03-10 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Clusteranalyse einer Punktwolke |
| KR20230074273A (ko) | 2020-10-13 | 2023-05-26 | 레드 리더 테크놀로지스, 인크. | 라이다 시스템 및 동작 방법 |
| WO2022102856A1 (ko) * | 2020-11-12 | 2022-05-19 | 주식회사 에스오에스랩 | 라이다 장치 |
| TWI735384B (zh) * | 2020-11-23 | 2021-08-01 | 國立陽明交通大學 | 光達與用於光達之光子數快速累積方法 |
| TWI758980B (zh) * | 2020-11-30 | 2022-03-21 | 財團法人金屬工業研究發展中心 | 移動載具的環境感知裝置與方法 |
| WO2022122725A1 (de) * | 2020-12-08 | 2022-06-16 | Karl Storz Se & Co. Kg | Verfahren zum kalibrieren einer medizinischen bildgebungsvorrichtung sowie medizinische bildgebungsvorrichtung |
| CN114615397B (zh) * | 2020-12-09 | 2023-06-30 | 华为技术有限公司 | Tof装置及电子设备 |
| KR102489804B1 (ko) * | 2020-12-15 | 2023-01-18 | 현대모비스 주식회사 | 단일광자검출기를 이용한 난수 생성 방법 |
| KR102627699B1 (ko) * | 2021-01-25 | 2024-01-23 | 주식회사 라이드로 | 라이다 시스템 |
| CN113009498A (zh) * | 2021-02-01 | 2021-06-22 | 奥比中光科技集团股份有限公司 | 一种距离测量方法、装置及系统 |
| US11675077B2 (en) * | 2021-03-08 | 2023-06-13 | Lg Innotek Co., Ltd. | Systems and methods for analyzing waveforms using pulse shape information |
| US20220308187A1 (en) | 2021-03-26 | 2022-09-29 | Aeye, Inc. | Hyper Temporal Lidar Using Multiple Matched Filters to Determine Target Retro-Reflectivity |
| US11686845B2 (en) | 2021-03-26 | 2023-06-27 | Aeye, Inc. | Hyper temporal lidar with controllable detection intervals based on regions of interest |
| CN115144864A (zh) * | 2021-03-31 | 2022-10-04 | 上海禾赛科技有限公司 | 存储方法、数据处理方法、激光雷达和计算机可读存储介质 |
| KR102542126B1 (ko) * | 2021-04-01 | 2023-06-13 | 주식회사 솔리드뷰 | 라이다 센서 및 그의 노이즈 제거 방법 |
| CN112799097B (zh) * | 2021-04-14 | 2023-11-28 | 深圳阜时科技有限公司 | 深度图和灰度图的获取方法、深度相机、以及电子设备 |
| US20220350025A1 (en) * | 2021-04-30 | 2022-11-03 | Waymo Llc | Method and System for a Threshold Noise Filter |
| CN115267801A (zh) * | 2021-04-30 | 2022-11-01 | 上海禾赛科技有限公司 | 光探测装置及探测方法 |
| US20220365180A1 (en) * | 2021-05-12 | 2022-11-17 | Continental Automotive Systems, Inc. | Lidar system with sensitivity adjustment |
| CN113434097A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-09-24 | 厦门汉印电子技术有限公司 | 打印机及其侦测控制方法、装置、计算机可读存储介质 |
| US20220373658A1 (en) * | 2021-05-21 | 2022-11-24 | Argo AI, LLC | Gmapd data normalization using bernoulli trials |
| WO2023283129A1 (en) * | 2021-07-07 | 2023-01-12 | Aeye, Inc. | Hyper temporal lidar using multiple matched filters to process return data |
| TWI757213B (zh) * | 2021-07-14 | 2022-03-01 | 神煜電子股份有限公司 | 具線性電偏移校正的近接感測裝置 |
| US11681028B2 (en) | 2021-07-18 | 2023-06-20 | Apple Inc. | Close-range measurement of time of flight using parallax shift |
| TWI786802B (zh) * | 2021-09-02 | 2022-12-11 | 財團法人中興工程顧問社 | 三維透地雷達的影像解析輔助系統 |
| US20230144787A1 (en) * | 2021-11-05 | 2023-05-11 | Continental Automotive Systems, Inc. | LiDAR SYSTEM INCLUDING OBJECT MOVEMENT DETECTION |
| CN116136410A (zh) * | 2021-11-17 | 2023-05-19 | 财团法人资讯工业策进会 | 地图扫描系统及地图扫描方法 |
| WO2023127990A1 (ko) * | 2021-12-29 | 2023-07-06 | 주식회사 에스오에스랩 | 라이다 장치 |
| CN114594493B (zh) * | 2022-01-13 | 2023-03-21 | 杭州宏景智驾科技有限公司 | 激光雷达系统及其环境光感知方法 |
| US20230243928A1 (en) * | 2022-01-30 | 2023-08-03 | Ouster, Inc. | Overlapping sub-ranges with power stepping |
| US11762095B2 (en) | 2022-02-01 | 2023-09-19 | Red Leader Technologies, Inc. | Lidar system and method of operation |
| CN114415123B (zh) * | 2022-04-01 | 2022-07-19 | 北京海兰信数据科技股份有限公司 | 一种基于非相参邻域加权脉冲积累处理方法及系统 |
| DE102022203792A1 (de) | 2022-04-14 | 2023-10-19 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren und Vorrichtung zur Ansteuerung eines SPAD-basierten Lidar-Sensors und Umfelderfassungssystem |
| DE102022109237A1 (de) | 2022-04-14 | 2023-10-19 | Triple-In Holding Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Aufnahme von Entfernungsbildern |
| TWI794091B (zh) * | 2022-05-09 | 2023-02-21 | 國立中興大學 | 重合光源的光學雷達 |
| WO2023218870A1 (ja) * | 2022-05-10 | 2023-11-16 | ソニーグループ株式会社 | 測距装置、測距方法及びプログラムを記録した記録媒体 |
| TWI827056B (zh) * | 2022-05-17 | 2023-12-21 | 中光電智能機器人股份有限公司 | 自動移動載具及其控制方法 |
| DE102022204910A1 (de) | 2022-05-18 | 2023-11-23 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Verfahren zur Ermittlung einer Intensitätsverteilung eines Laserpuls eines LiDAR-Systems |
| KR20240030503A (ko) | 2022-08-31 | 2024-03-07 | 주식회사 솔리드뷰 | 거리 측정 장치 |
| TWI822302B (zh) * | 2022-09-05 | 2023-11-11 | 財團法人工業技術研究院 | 光學雷達及其光訊號拾取方法 |
| CN115184955B (zh) * | 2022-09-06 | 2023-01-17 | 武汉光谷航天三江激光产业技术研究院有限公司 | 一种激光多层目标回波模拟装置及方法 |
| KR20240043496A (ko) * | 2022-09-27 | 2024-04-03 | 연세대학교 산학협력단 | 단광자 애벌런치 다이오드 기반의 이미지 센서 및 이의 구동 방법 |
| WO2024075161A1 (ja) * | 2022-10-03 | 2024-04-11 | 日立Astemo株式会社 | 画像処理装置及び画像処理方法 |
| KR102551930B1 (ko) * | 2022-12-15 | 2023-07-05 | 주식회사 에스오에스랩 | 고해상도 라이다 데이터 생성 방법 및 이를 이용하는 라이다 장치 |
| CN116224304B (zh) * | 2023-05-10 | 2023-07-28 | 中国汽车技术研究中心有限公司 | 车载激光雷达的测试方法、设备和介质 |
Family Cites Families (56)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3566402A (en) * | 1968-11-18 | 1971-02-23 | Westinghouse Electric Corp | Mti radar system utilizing unique patterns of interpulse period choices to simplify weighting coefficients for individual echo pulses |
| JPS5114409B1 (ko) * | 1971-06-02 | 1976-05-10 | ||
| US3768428A (en) * | 1971-11-24 | 1973-10-30 | Air Logistics Corp | Sweep ice cutter |
| JPH102963A (ja) * | 1996-06-17 | 1998-01-06 | Mitsubishi Electric Corp | スペクトル拡散距離測定装置 |
| US6101294A (en) | 1997-06-02 | 2000-08-08 | Sarnoff Corporation | Extended dynamic imaging system and method |
| JP3849324B2 (ja) * | 1998-11-02 | 2006-11-22 | 株式会社デンソー | 距離測定装置 |
| AUPR301401A0 (en) | 2001-02-09 | 2001-03-08 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Lidar system and method |
| US7830442B2 (en) | 2002-04-30 | 2010-11-09 | ARETé ASSOCIATES | Compact economical lidar system |
| US7456970B1 (en) | 2005-06-17 | 2008-11-25 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Pulse finding apparatus and method |
| TWI424147B (zh) | 2005-07-04 | 2014-01-21 | 尼康美景股份有限公司 | Distance measuring device |
| CN101688774A (zh) | 2006-07-13 | 2010-03-31 | 威力登音响公司 | 高精确度激光雷达系统 |
| US20100011441A1 (en) * | 2007-05-01 | 2010-01-14 | Mihai Christodorescu | System for malware normalization and detection |
| DE102007029959A1 (de) | 2007-06-28 | 2009-01-02 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung einer Umgebung |
| US7945408B2 (en) | 2007-09-20 | 2011-05-17 | Voxis, Inc. | Time delay estimation |
| US7640122B2 (en) | 2007-11-07 | 2009-12-29 | Institut National D'optique | Digital signal processing in optical systems used for ranging applications |
| US8119971B2 (en) | 2008-01-17 | 2012-02-21 | Ball Corporation | Pulse data recorder in which a value held by a bit of a memory is determined by a state of a switch |
| US8049320B2 (en) * | 2008-02-19 | 2011-11-01 | Texas Instruments Incorporated | Integrated circuit stacked package precursors and stacked packaged devices and systems therefrom |
| WO2009113185A1 (ja) * | 2008-03-14 | 2009-09-17 | 帝人ファイバー株式会社 | ポリエチレンナフタレート繊維及びその製造方法 |
| US7982861B2 (en) * | 2008-07-31 | 2011-07-19 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Time delay and distance measurement |
| US8364334B2 (en) | 2008-10-30 | 2013-01-29 | Honeywell International Inc. | System and method for navigating an autonomous vehicle using laser detection and ranging |
| EP2446301B1 (en) | 2009-06-22 | 2018-08-01 | Toyota Motor Europe | Pulsed light optical rangefinder |
| CN102006402B (zh) | 2009-08-28 | 2014-02-19 | 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司 | 摄像装置及其身份识别方法 |
| EP2315045B1 (de) | 2009-10-22 | 2012-08-01 | Sick Ag | Messung von Entfernungen oder Entfernungsänderungen |
| DE102009054835A1 (de) | 2009-12-17 | 2011-06-22 | Robert Bosch GmbH, 70469 | Objektsensor |
| US8054464B2 (en) | 2010-01-25 | 2011-11-08 | Sigma Space Corp. | Polarization switching lidar device and method |
| DE102010061382B4 (de) | 2010-12-21 | 2019-02-14 | Sick Ag | Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten |
| US8805148B2 (en) * | 2011-07-14 | 2014-08-12 | International Business Machines Corporation | Generation of terahertz electromagnetic waves in graphene by coherent photon-mixing |
| FR2984522B1 (fr) | 2011-12-20 | 2014-02-14 | St Microelectronics Grenoble 2 | Dispositif de detection de la proximite d'un objet, comprenant des photodiodes spad |
| US9081096B2 (en) | 2012-08-31 | 2015-07-14 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Apparatus, method, and computer program for a resolution-enhanced pseudo-noise code technique |
| TWI599757B (zh) * | 2012-12-19 | 2017-09-21 | 巴斯夫歐洲公司 | 用於偵測至少一物件之偵測器、其用途、用於偵測至少一物件之方法、人機介面、娛樂器件、追蹤系統及攝影機 |
| US20140211194A1 (en) | 2013-01-27 | 2014-07-31 | Quanergy Systems, Inc. | Cost-effective lidar sensor for multi-signal detection, weak signal detection and signal disambiguation and method of using same |
| GB2520232A (en) | 2013-08-06 | 2015-05-20 | Univ Edinburgh | Multiple Event Time to Digital Converter |
| US8836922B1 (en) * | 2013-08-20 | 2014-09-16 | Google Inc. | Devices and methods for a rotating LIDAR platform with a shared transmit/receive path |
| US10203399B2 (en) | 2013-11-12 | 2019-02-12 | Big Sky Financial Corporation | Methods and apparatus for array based LiDAR systems with reduced interference |
| DE102014101312B3 (de) * | 2014-02-04 | 2014-12-04 | Sick Ag | Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich |
| WO2016002776A1 (ja) * | 2014-07-03 | 2016-01-07 | 三菱電機株式会社 | 監視装置 |
| US9594155B2 (en) | 2014-08-08 | 2017-03-14 | Delphi Technologies, Inc. | Vehicle radar system with trailer detection |
| EP3186661B1 (en) * | 2014-08-26 | 2021-04-07 | Massachusetts Institute of Technology | Methods and apparatus for three-dimensional (3d) imaging |
| GB201418731D0 (en) * | 2014-10-20 | 2014-12-03 | Univ Heriot Watt | Viewing and tracking of hidden objects in a scene |
| EP3045936A1 (en) | 2015-01-13 | 2016-07-20 | XenomatiX BVBA | Surround sensing system with telecentric optics |
| WO2016126250A1 (en) * | 2015-02-05 | 2016-08-11 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Particle tracking using spatiotemporal offset light beams |
| JP6443132B2 (ja) * | 2015-03-03 | 2018-12-26 | 株式会社デンソー | 演算装置 |
| US10036801B2 (en) | 2015-03-05 | 2018-07-31 | Big Sky Financial Corporation | Methods and apparatus for increased precision and improved range in a multiple detector LiDAR array |
| US10620300B2 (en) * | 2015-08-20 | 2020-04-14 | Apple Inc. | SPAD array with gated histogram construction |
| EP3159711A1 (en) | 2015-10-23 | 2017-04-26 | Xenomatix NV | System and method for determining a distance to an object |
| EP3182162B1 (en) | 2015-12-18 | 2022-02-16 | STMicroelectronics (Grenoble 2) SAS | Multi-zone ranging and intensity mapping using spad based tof system |
| EP3433633B1 (en) | 2016-03-21 | 2023-05-03 | Velodyne Lidar USA, Inc. | Lidar based 3-d imaging with varying pulse repetition |
| US20180081041A1 (en) * | 2016-09-22 | 2018-03-22 | Apple Inc. | LiDAR with irregular pulse sequence |
| CN110537124B (zh) | 2017-03-01 | 2021-12-07 | 奥斯特公司 | 用于lidar的准确光检测器测量 |
| US10295668B2 (en) | 2017-03-30 | 2019-05-21 | Luminar Technologies, Inc. | Reducing the number of false detections in a lidar system |
| US10641876B2 (en) | 2017-04-06 | 2020-05-05 | Quanergy Systems, Inc. | Apparatus and method for mitigating LiDAR interference through pulse coding and frequency shifting |
| CN107315233A (zh) | 2017-04-15 | 2017-11-03 | 瑞声科技(新加坡)有限公司 | 镜头模组 |
| US10416679B2 (en) | 2017-06-27 | 2019-09-17 | GM Global Technology Operations LLC | Method and apparatus for object surface estimation using reflections delay spread |
| WO2019014494A1 (en) | 2017-07-13 | 2019-01-17 | Apple Inc. | EARLY-DELAYED PULSE COUNTING FOR DEPTH SENSORS EMITTING LIGHT |
| US10677899B2 (en) | 2017-08-07 | 2020-06-09 | Waymo Llc | Aggregating non-imaging SPAD architecture for full digital monolithic, frame averaging receivers |
| US10996323B2 (en) | 2018-02-22 | 2021-05-04 | Stmicroelectronics (Research & Development) Limited | Time-of-flight imaging device, system and method |
-
2018
- 2018-03-01 CN CN201880026495.1A patent/CN110537124B/zh active Active
- 2018-03-01 CN CN202111460714.7A patent/CN114114209A/zh active Pending
- 2018-03-01 US US15/909,628 patent/US10884126B2/en active Active
- 2018-03-01 KR KR1020197028838A patent/KR102609223B1/ko active IP Right Grant
- 2018-03-01 TW TW107106885A patent/TWI765977B/zh active
- 2018-03-01 KR KR1020237041166A patent/KR20230169420A/ko not_active Application Discontinuation
- 2018-03-01 EP EP18761308.8A patent/EP3589990A4/en active Pending
- 2018-03-01 JP JP2019547501A patent/JP7134988B2/ja active Active
- 2018-03-01 WO PCT/US2018/020525 patent/WO2018160886A1/en unknown
- 2018-06-12 US US16/006,331 patent/US10317529B2/en active Active
-
2022
- 2022-08-31 JP JP2022137836A patent/JP7392067B2/ja active Active
-
2023
- 2023-11-22 JP JP2023198014A patent/JP2024023372A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20190131050A (ko) | 2019-11-25 |
| US10884126B2 (en) | 2021-01-05 |
| JP2020512544A (ja) | 2020-04-23 |
| CN110537124A (zh) | 2019-12-03 |
| EP3589990A4 (en) | 2021-01-20 |
| US10317529B2 (en) | 2019-06-11 |
| CN114114209A (zh) | 2022-03-01 |
| US20180259645A1 (en) | 2018-09-13 |
| JP2024023372A (ja) | 2024-02-21 |
| TW201835603A (zh) | 2018-10-01 |
| US20180299552A1 (en) | 2018-10-18 |
| JP7134988B2 (ja) | 2022-09-12 |
| JP2022172248A (ja) | 2022-11-15 |
| CN110537124B (zh) | 2021-12-07 |
| WO2018160886A1 (en) | 2018-09-07 |
| EP3589990A1 (en) | 2020-01-08 |
| TWI765977B (zh) | 2022-06-01 |
| KR102609223B1 (ko) | 2023-12-06 |
| JP7392067B2 (ja) | 2023-12-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102609223B1 (ko) | 라이더를 위한 정확한 광검출기 측정 | |
| US11209544B2 (en) | Accurate photo detector measurements for LIDAR | |
| US20230273320A1 (en) | Processing system for lidar measurements | |
| US20220043118A1 (en) | Processing time-series measurements for lidar accuracy | |
| US20200341144A1 (en) | Independent per-pixel integration registers for lidar measurements | |
| CN108885264B (zh) | 对象的实时位置感测 | |
| JP2022546591A (ja) | Ｌｉｄａｒ画像の処理 | |
| WO2020139380A1 (en) | Three-dimensional light detection and ranging system using hybrid tdc and adc receiver | |
| US20220043156A1 (en) | Configurable memory blocks for lidar measurements | |
| US11486984B2 (en) | Three-dimensional light detection and ranging system using hybrid TDC and ADC receiver |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A107 | Divisional application of patent | ||
| E902 | Notification of reason for refusal |