[发明专利]用于Lidar系统的自适应发射器和接收器

说明书

提供了一种用于自适应控制的Lidar系统和方法。Lidar系统包括：发射器(111)阵列，每个发射器可单独寻址和控制以发射多脉冲序列，发射器的至少一个子集被激活以根据发射模式并行发射多脉冲序列；光电传感器(121)阵列，每个光电传感器可单独寻址，至少一个光电传感器子集能够根据感测模式接收光脉冲，每个光电传感器子集被配置为探测返回的返回光脉冲，并生成表示输出信号，所述输出信号表示与光脉冲的至少一个子集相关联的光能量；以及一个或多个处理器，电耦合到发射器阵列和光电传感器阵列，并被配置为基于一个或多个实时条件生成发射模式和感测模式。

背景技术

光探测和测距(Lidar)技术可用于通过测量到物体的距离来获取环境的三维信息。Lidar系统可以至少包括被配置为发射光脉冲的光源和被配置为接收返回光脉冲的探测器。返回光脉冲或光束可以称为回波光束。基于发射光脉冲和探测到返回光脉冲之间的时间间隔(即飞行时间)，可以获得距离。光脉冲可以由激光发射器产生，然后通过透镜或透镜组件聚焦。返回光脉冲可以由位于激光发射器附近的探测器接收。返回光脉冲可以是物体表面的散射光。

存在几种类型的Lidar系统。与光束扫描类型的Lidar相比，固态Lidar系统可不具有运动机械部件。一些固态Lidar系统不是在场景中旋转，而是对它们打算用光捕获的场景的整个部分进行闪光，并感测反射光。在这样的系统中，发射器可以包括发射器阵列(例如，表面发射器激光二极管)，它们都同时发射光以照亮场景。当整个场景同时被照亮，Lidar系统的接收设备的传感器像素阵列可用于并行捕获信号，就像相机一样。传感器像素之间可能发生串扰，因为多路反射尤其是相邻像素的反射可能没有被隔离。此外，当前的闪光Lidar系统可能需要大功率才能运行，因为所有发射器或探测器都同时被激活，并且它们需要大量处理能力来同时处理来自所有像素探测器的信号。发射的大量光还会引起不希望的杂散光量，这可能会在接收端产生噪声，从而降低感测信号的信噪比并引起图像模糊或盲区。例如，近场障碍物反射的激光脉冲回波信号会因探测器饱和而淹没在杂散光的延迟基座中，可能无法确定近场障碍物的位置信息，引起测量盲区。

发明概述

现需要一种具有更高光测距精度和能量效率的用于三维测量的Lidar系统。进一步需要具有更高的动态范围和信噪比(SNR)的基于表面发射器或传感器阵列的Lidar系统。本申请所提供的Lidar系统可以通过采用动态可配置的发射模块和探测模块来满足上述需求。

本申请的Lidar系统的发射模块可以包括发射器阵列，例如VCSEL(垂直腔面发射激光器)或VECSEL(垂直外腔面发射激光器)阵列，发射器阵列的每个发射器可以单独寻址或控制。在一些实施例中，发射模块可以是动态配置的，以适应不同的距离范围。例如，通过改变由对应于像素的单个发射器发射的激光脉冲能量，可以在像素级配置发射模块。在某些情况下，发射模块可以在Lidar系统工作期间按图像帧或按距离测量进行动态配置或调整。

可单独寻址的发射器可以使得发射器阵列中的发射器子集被激活，以根据时间维度和空间域(例如，二维阵列平面，xy方向)中的激发模式或发射模式并行激发光脉冲。通过这种发射模式与探测模块的感测模式同步，可以建立发射器阵列和探测器的预期信号位置之间的映射，可以仅使能那些预期可感知信号的探测器。

本申请的Lidar系统的探测模块可以包括具有更高的动态范围的光电传感器，使得Lidar系统能够以高成像分辨率和更长的测量范围进行成像。光电传感器可以将光转换为电信号。光电传感器可以对应于测距测量中分辨率的特定像素。在本公开的一些实施例中，光电传感器可以包括多个光电探测器，例如单光子雪崩二极管(SPADs)。探测模块可以在像素级或亚像素级进行配置，和/或可以按每帧图像或按每次距离测量进行调整。