[发明专利]用于LIDAR的准确光检测器测量

说明书

一种光测距系统可包含激光装置和具有光传感器的成像装置。所述激光装置以激光脉冲辐射照射场景，所述激光脉冲辐射从所述场景中的对象反射。所述反射可以取决于反射表面形状和反射率而极大地变化。由光传感器测得的信号可以用根据不同反射信号的曲线设计的若干匹配滤波器进行滤波。可以识别最佳匹配滤波器，且因此可以获得关于所述反射表面的信息和准确测距信息。可以通过允许不同检测间隔的权重而以经译码脉冲发出所述激光脉冲辐射。其它增强包含使激光脉冲交错且改变像素传感器的光检测器的操作状态，以及使用包含处理电路和光传感器的传感器芯片的高效信号处理。

相关申请的交叉引用

本申请案要求2017年3月1日提交的标题为“使用经译码光脉冲的对象检测的系统和方法(System And Method Of Object Detection Using Coded Optical Pulses)”的第62/465,310号美国临时申请案和2017年12月7日提交的标题为“用于光检测和测距(Lidar)的准确光检测器测量(Accurate Photo Detector Measurements For Lidar)”的第62/596,002号美国临时申请案的优先权且是以上案的非临时申请，以上案的全部内容出于所有目的以引用的方式并入本文中。

背景技术

光检测和测距(Light Detection And Ranging，LIDAR)系统用于对象检测和测距，例如，用于例如汽车、卡车、船等交通工具。LIDAR系统还用于移动应用(例如，用于面部辨识)、家庭娱乐(例如，捕获用于视频游戏输入的手势捕获)和增强现实。LIDAR系统通过用来自激光的脉冲照射一个地景，并且接着测量光子行进到对象且在反射之后返回的时间来测量到对象的距离，所述时间如LIDAR系统的接收器所测量。分析检测到的信号以检测背景光当中的反射信号脉冲的存在。可以基于从脉冲的发射到对应反射脉冲的接收的飞行时间来确定到对象的距离。

可能难以在所有条件下提供达到几厘米的稳健距离准确性，特别是在LIDAR系统的经济成本下。例如单光子雪崩二极管(single photon avalanche diode，SPAD)等有前景的新型检测器技术是有吸引力的，但当用以测量飞行时间和其它信号特性时具有显著缺陷，特别是在广泛的环境条件和目标距离方面由于其有限的动态范围而具有显著缺陷。

LIDAR系统将得益于在变化的现实世界条件下检测反射激光脉冲且测量其飞行时间的较准确方法。基于SPAD的LIDAR系统需要新型方法来克服其固有缺陷，然后才能成为用于经济的长程准确3D成像的可行选项。还希望两个或更多个LIDAR装置极为接近地工作而不彼此干扰。还希望LIDAR系统以高效节能方式操作而不会牺牲准确性。

发明内容

各种实施例可以解决LIDAR系统的上述问题。举例来说，光检测和测距接收器中的一组匹配滤波器可以被调谐以使得每一滤波器匹配于一组预期信号曲线(脉冲形状)中的一个，使得对于分析的每一信号曲线，可以识别最佳拟合滤波器。预期信号曲线中的每一个可以标称地来自同一模板信号曲线，但由于由数字化过程施加的失真、外部环境因素或这两者而不同。在例如光检测和测距的主动照明传感器中，模板信号可以对应于来自传感器的传出照明(大体上是脉冲或脉冲序列)的时间形状。将恰当匹配滤波器应用于返回信号可以改进正确地检测反射信号的概率、在时间上定位反射信号的准确性，或确定反射信号的其它性质，这又可以产生关于信号从其反射的目标的信息。