[发明专利]多光谱测距/成像传感器阵列和系统

说明书

多光谱传感器阵列可以包含测距传感器通道(例如，LIDAR传感器通道)和环境光传感器通道的组合，所述环境光传感器通道被调谐成检测具有通道专有属性(例如，颜色)的环境光。所述传感器通道可以被布置和隔开，以提供视野的多光谱图像，其中来自不同传感器的多光谱图像彼此固有地对准以限定多光谱图像像素的阵列。可以提供各种光学元件以促进成像操作结合了多光谱传感器阵列的光测距/成像系统可以在旋转和/或静态模式下操作。

本申请是申请日为2019年8月8日、申请号为201980064450.8、发明名称为“多光谱测距/成像传感器阵列和系统”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请要求以下四个临时申请的利益：2018年8月9日提交的美国申请第62/716,900号；2018年9月4日提交的美国申请第62/726,810号；2018年10月11日提交的美国申请第62/744,540号以及2019年7月23日提交的美国申请第62/877,778号。这些临时申请中的所有四个临时申请的公开内容通过引用并入本文。

背景技术

本公开总体上涉及光学成像系统，并且具体地说，涉及具有被调谐到不同光特性或属性的多个传感器通道并包含可用于测距的传感器通道的传感器系统。

光学成像、检测和测距(LIDAR)系统通过使用脉冲激光照射目标并使用传感器测量反射脉冲来测量到目标的距离。然后可以使用飞行时间测量结果对目标进行数字3D表示。LIDAR系统可用于各种需要使用3D深度图像的应用，包含考古学、地理学、地质学、林业、测绘、建筑、医学成像和军事应用等。自动驾驶车辆还可以将LIDAR用于障碍物检测和避让以及车辆导航。

在如车辆导航等应用中，深度信息(例如，到环境中物体的距离)是非常有用的，但是不足以避让危险并安全地导航。还必须识别特定的物体，例如，交通信号、车道标记、可能与车辆的行驶路径相交的运动物体等。因此，如自动驾驶车辆等系统可以既包含LIDAR系统又包含另一成像系统，如可见光相机，所述可见光相机可以捕获环境光，包含来自环境中物体的反射光以及来自环境中可能存在的任何光源的直接光。每个成像系统(LIDAR和可见光)独立提供含有深度或光谱数据的图像。对于某些应用，有益的是，例如通过执行图像配准以识别同一物体在不同图像中的位置，使不同图像彼此对准。图像配准可能是一项复杂且计算量大的任务。例如，不同的成像系统可能具有不同的分辨率和/或帧边界，并且独立构造和/或独立控制的成像系统之间的对准可能不准确。

发明内容

本文描述的本发明的某些实施例涉及在同一传感器阵列(可以是例如单片ASIC传感器阵列)中结合了多种传感器通道类型，包含深度通道(例如，LIDAR传感器通道)以及一个或多个不同的环境光传感器通道的多光谱传感器阵列。由于不同类型的通道位于同一传感器阵列中，因此所述通道可以固有地彼此高精度对准。不同的通道可以被调谐(例如，使用光学滤波器)成对具有特定属性的光敏感，所述特定属性如特定波长范围(根据需要可以是宽带或窄带)、特定偏振属性(例如，在某些方向上线性极化、圆形极化等)等。所述传感器阵列可以与成像光学器件组合使用，以生成含有对应于每种通道类型的像素数据的图像。借助于所述传感器阵列中的通道对准，从同一传感器阵列中的不同传感器类型产生的图像彼此“固有地”配准。即，在所述传感器阵列的设计中建立了不同类型像素(或通道)之间的空间关系，并且所述空间关系可用于将来自不同传感器类型的像素数据映射到视野内的同一像素位置上。

在一些实施例中，一些或所有通道可以具有通道专用(或通道类型专用)的补偿性微光学器件，这取决于阵列中通道的位置和/或通道被调谐到的特定波长范围。可以使用这种微光学器件以例如补偿色差、焦平面曲率或体成像光学器件的其它光学属性。

在一些实施例中，可以将不同的环境光传感器通道调谐到不同的重叠波长带(例如，使用具有重叠通带的光学滤波器)，并且可以使用算术逻辑电路基于重叠波长带中的测量结果来确定各种波长带中的光强度。