[发明专利]光检测和测距(LIDAR)成像系统和方法

说明书

本申请公开了光检测和测距(LIDAR)成像系统和方法。一种成像系统，被配置为基于多个反射光信号形成目标的图像。该成像系统可包括被配置为向目标发射多个光信号的光发射组件。多个光信号中的每个具有不同于该多个光信号中的其它光信号的特有特性。光检测器组件被配置为接收并检测从目标反射的多个光信号，并基于该多个光信号中的各个的特有特性区分该多个光信号中的各个光信号。

技术领域

本公开的实施例总体涉及将长距离目标成像的系统和方法，诸如光检测和测距(LIDAR)系统和方法。

背景技术

LIDAR代表可用于检测目标的表面特征，诸如地表上各区域的感测方法。通常的LIDAR系统包括激光器、扫描器和检测器。激光器发射用来测量相对于特定目标的各区域的距离的光脉冲。扫描器在目标表面上移动光脉冲。光脉冲反射离开目标并由检测器接收。在检测器接收的反射光脉冲用来生成关于目标的表面形状和区域的三维信息。

通常的LIDAR系统包括将发射的光脉冲在包括目标的所关注区域上移动的单个扫描器。确定每个反射的光脉冲的飞行时间，以及光脉冲被扫描的角度。飞行时间和扫描角的组合用来生成所关注区域内的目标的三维图像。

通常，扫描器包括单光束转向元件和光学元件。LIDAR系统在发射随后的激光脉冲之前接收反射的激光脉冲。具体地，已知的LIDAR系统包括发射激光脉冲的激光发射器。在发射器发射随后的激光脉冲之前，检测器首先接收初始发射的激光脉冲。LIDAR系统监测从发射到检测的时间以确定反射所发射的激光的目标的距离。然而，如所提到，已知的LIDAR系统操作以使得在任一时间仅单个激光束在传播中(即，在发射和检测之间)。

使用飞行时间作为从发射器到目标的距离度量的已知系统通常受到激光脉冲从发射器发射、传播到目标并从目标反射回到检测器以被记录所花费的时间的限制。在初始激光脉冲和随后激光脉冲之间的时间延迟限制系统性能。例如，如果目标在200英尺之外，则激光脉冲从发射器传播到目标和返回到检测器花费的时间为约400纳秒。这样，系统能够采样目标的最快频率为约2.5MHz。如果例如成像帧包括1000×1000像素，则帧速率约为每秒2.5帧。如果成像帧为250×250像素，则帧速率提高到约每秒40帧，但处于降低的空间分辨率。随着目标进一步远离，帧速率和空间分辨率的降低甚至更大。

发明内容

需要基于反射的光信号形成三维图像的更快且更有效的成像系统和方法。需要维持高的帧速率和空间分辨率的成像系统。需要在成像系统的传播时间中具有提高的帧速率和分辨率的成像系统和方法。

考虑这些需要，本公开的某些实施例提供一种被配置为基于多个反射光信号形成目标的图像的成像系统。成像系统可包括被配置为向目标发射多个光信号的光发射组件。多个光信号中的每个具有不同于多个光信号中的其它光信号的特有特性。光检测器组件被配置为接收并检测从目标反射的多个光信号，并基于多个光信号中的每个的特有特性区分多个光信号中的各个。在至少一个实施例中，成像系统可以是被配置为基于多个反射激光信号形成目标图像的光检测和测距(LIDAR)系统。

在至少一个实施例中，特有特性包括特有波长。在至少一个其它实施例中，特有特性包括特有的信息包大小。

光发射组件可在多个光信号中的第一信号由光检测器组件接收之前发射多个光信号中的各个。在至少一个实施例中，在光发射组件和光检测器组件之间的途中不同时存在具有相同的特有特性的两个光信号。

多个光信号中的每个光信号可从光发射组件沿共同光轴发射。发射器组件可被配置为将多个光信号多路复用为共同光束。

光发射组件可包括多个光发射器。多个光发射器中的每个可被配置为发射多个光信号中的相应光信号。

光检测器组件可包括多个光检测器。多个光检测器中的每个可被配置为接收多个光信号中的相应光信号。