CN112083435B - Lidar***、用于lidar***的方法以及用于lidar***的接收器 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及LIDAR***、用于LIDAR***的方法以及具有第一和第二转换元件的用于LIDAR***的接收器。接收器包括多个检测元件。每个检测元件包括将光转换为电信号的一个或多个构件。每个检测元件响应于激光脉冲提供模拟检测信号。接收器的至少一个第一转换元件响应于第一模拟检测信号提供第一数字检测信号。第一转换元件使用第一数目的比特表示第一模拟检测信号。接收器的至少一个第二转换元件响应于第二模拟检测信号提供第二数字检测信号。第二转换元件使用第二数目的比特表示第二模拟检测信号。第二数目大于第一数目。接收器的处理模块使用第一数字检测信号确定LIDAR***的目标区域中的物体的至少第一参数以及使用第二数字检测信号确定物体的第二参数。

Description

LIDAR***、用于LIDAR***的方法以及用于LIDAR***的接 收器
技术领域
本申请涉及光检测和测距(LIDAR)应用。更具体地，本发明涉及一种LIDAR***、一种用于LIDAR***的方法以及一种用于 LIDAR***的接收器，接收器具有转换元件，该转换元件响应于模拟检测信号而提供数字检测信号。模拟信号由检测元件响应于由LIDAR ***的发射器发射的激光脉冲来提供，该检测元件具有将光转换成电信号的构件。
背景技术
LIDAR***利用激光照射目标区域中的物体，并且利用传感器测量经反射的光。激光的飞行时间与LIDAR***和目标区域中的物体之间的距离相关。感测到的光的强度允许确定物体的反射率。经反射的激光通常由光电二极管感测，光电二极管的电流被放大并且被提供用于转换到数字域中。在采集原始传感器数据之后，应用信号处理以便获得3D点云。
通常，例如为了检测汽车应用中的车道标记，多比特模数转换器被用于信号振幅分析。高采样率被用于精确的距离分辨率，例如，1.5 GHz的采样率被用于10cm的距离分辨率。LIDAR***中的模数转换器的数目、它们的分辨率和采样率影响LIDAR***所使用的计算资源和功率损耗。
发明内容
期望具有一种灵活的方法，该方法用于将在LIDAR***中感测到的信号转换成其数字表示以进行进一步处理。
本公开的示例提供一种用于光检测和测距(LIDAR)***的接收器。接收器包括多个检测元件。每个检测元件包括一个或多个构件，该一个或多个构件被配置为将光转换为电信号。每个检测元件被配置为响应于由LIDAR***的发射器发射的激光脉冲来提供模拟检测信号。接收器包括至少一个第一转换元件，至少一个第一转换元件被配置为响应于由多个检测元件中的至少一个检测元件提供的第一模拟检测信号来提供第一数字检测信号。第一转换元件被配置为使用第一数目的比特来表示第一模拟检测信号。接收器包括至少一个第二转换元件，至少一个第二转换元件被配置为响应于由多个检测元件中的至少一个检测元件提供的第二模拟检测信号来提供第二数字检测信号。第二转换元件被配置为使用第二数目的比特来表示第二模拟检测信号。比特的第二数目大于比特的第一数目。接收器包括处理模块，处理模块被配置为至少使用第一数字检测信号来确定LIDAR***的目标区域中的物体的第一参数，以及使用第二数字检测信号来确定物体的第二参数。
本公开的示例提供一种用于操作光检测和测距(LIDAR)***的接收器的方法。方法包括以下步骤：响应于由LIDAR***的发射器发射的激光脉冲，由多个检测元件中的每个检测元件提供模拟检测信号，每个检测元件包括被配置为将光转换为电信号的一个或多个构件。方法还包括以下步骤：响应于由多个检测元件中的至少一个检测元件提供的第一模拟检测信号，由至少一个第一转换元件提供第一数字检测信号。第一转换元件使用第一数目的比特来表示第一模拟检测信号。方法还包括以下步骤：响应于由多个检测元件中的至少一个检测元件提供的第二模拟检测信号，由至少一个第二转换元件提供第二数字检测信号。第二转换元件使用第二数目的比特来表示第二模拟检测信号。比特的第二数目大于比特的第一数目。方法还包括以下步骤：由处理模块至少使用第一数字检测信号来确定LIDAR***的目标区域中的物体的第一参数，以及使用数字检测信号来确定物体的第二参数。
在LIDAR***的接收器中使用利用不同数目的比特来表示相应模拟检测信号的双重(two-fold)转换元件，可以有利地允许平衡在处理复杂性和功率损耗方面的工作量以及在用于确定LIDAR***的目标区域中的物体的一个或多个特定参数的比特的数目方面的数字转换的分辨率。本公开的示例可以允许使用转换元件，该转换元件的分辨率大多数足够对应于用以确定期望参数(诸如，检测、测距或反射率)所需的分辨率。处理资源的使用和功率损耗可以被有利地改进。
换言之，根据本公开的示例，混合体系结构(例如1比特/ADC 体系结构)可以处理检测/测距和反射率测量之间的冲突要求：一方面，可以实现用于测距的精细时间分辨率和用于检测(但是低的振幅分辨率)的过采样/平均化(例如，在同一目标上发射激光脉冲若干次以改进信噪比)，并且另一方面，可以实现用以测量反射率的高振幅分辨率(但是较低的时间分辨率和平均化)。
附图说明
随后将通过附图描述本公开的示例，其中，
图1示出了根据一个示例的用于LIDAR***的接收器的示意框图；
图2示出了根据一个示例的LIDAR***的示意框图；
图3示出了根据一个示例的用于操作LIDAR***的接收器的方法流程图；
图4示出了根据一个示例的用于LIDAR***的接收器的示意框图；
图5示出了根据一个示例的LIDAR***的1D扫描；
图6示出了根据一个示例的LIDAR***的接收器；
图7示出了LIDAR***的接收器的不同示例。
图8包括图8(a)和图8(b)至图8(f)，根据一个示例，图8 (a)示意性地示出了1比特处理链，并且图8(b)至图8(f)示出了描绘1比特处理链内的示例性信号图；
图9包括图9(a)和图9(b)至图9(f)，根据一个示例，图9 (a)示意性地示出了多比特的处理链，并且图9(b)至图9(f)示出了示出多处理链的个体处理元件的示例性信号图；
图10示意性地示出了根据一个示例的与低通(LP)滤波器相关联的示例性信号；
图11示出了根据一个示例的用于接收器的示例性时序图；
图12示出了根据一个示例的用于接收器的另一示例性时序图；
图13示出了根据一个示例的用于接收器的另一示例性时序图；
图14示出了根据一个示例的用于接收器的另一示例性时序图；
图15示出了根据一个示例的LIDAR***的示例性目标区域(场景)；
图16包括图16(a)和图16(b)，根据一个示例，图16(a) 示出了具有目标兴趣点(POI)的部分点云轮廓，图16(b)图示了利用两个ADC的快速POI扫描。
具体实施方式
图1示意性地示出了用于LIDAR***的接收器100。接收器响应于从LIDAR***(未示出)的目标中的物体反射的光110，并且提供物体的第一参数112a和物体的第二参数112b。接收器100包括多个检测元件115。每个检测元件响应于接收到经反射的激光脉冲110来提供模拟检测信号120a、120b、120c、120d。信号120a、120b和120d 分别由将光110转换成电信号的单个构件125a、125b、125c提供。信号120c由彼此连接(例如，并联)的两个构件130a和130b提供。
接收器100包括另外三个第一转换元件140a、140b、140c。转换元件140a响应于向转换元件140a提供的模拟检测信号120a来提供第一数字检测信号142a；转换元件140b响应于模拟检测信号120b 提供第一数字检测信号142b；转换元件140c响应于模拟检测信号120d提供第一数字检测信号142c。数字检测信号142a、142b、142c 具有第一分辨率(即，使用第一数目的比特来表示模拟检测信号)。根据一个示例，第一分辨率可以是1比特，并且转换元件140a、140b、 140c可以是比较器。
接收器100包括另外两个第二转换元件150a、150b。转换元件 150a响应于模拟检测信号120b提供第二数字检测信号152a；转换元件150b响应于模拟检测信号120c提供第二数字检测信号152b。第二转换元件150a、150b使用第二数目的比特来表示相应的模拟检测信号。换言之，第二转换元件150a、150b具有第二分辨率。根据一个示例，第二分辨率可以是8比特，并且转换元件150a、150b可以是多比特的模数转换器。
显然，图1中的检测元件与转换元件之间的具体连接是出于说明性目的，并且在其他示例中可以变化。在示例中，接收器可以包括诸如多路复用器的开关，多路复用器允许选择性地将检测元件125a、 125b、125c、130a、130b中的每个检测元件的输出信号切换到第一转换元件140a、140b、140c中的一个第一转换元件、切换到第二转换元件150a，150c中的一个第二转换元件、或者切换到两者。
另外，接收器100包括处理模块160。处理模块160使用第一数字检测信号142a、142b、142c确定LIDAR***的目标区域中的物体的第一参数112a。而且，处理模块160使用第二数字检测信号152a、 152b确定LIDAR***的目标区域中的物体的第二参数112b。根据一个示例，第一参数112a可以是检测参数或测距参数，并且处理模块使用1比特数字检测信号142a、142b、142c来确定第一参数。第二参数112b可以是反射率参数，并且其可以由处理模块160使用8比特数字检测信号152a、152b来确定。
根据本公开的一个示例，第一转换元件可以是使用一个比特来表示第一数字检测信号的比较器，和/或第二转换元件可以是使用两个或更多个比特来表示第一数字检测信号的模数转换器。该示例可以有利地允许通过使用比较器在硅资源和功率损耗方面以低工作量确定某些参数(诸如检测和测距)，和/或通过使用模数转换器以较高的工作量以较高的分辨率确定某些参数(诸如反射率)。
根据本公开的一个示例，第一模拟检测信号和第二模拟检测信号可以由多个检测元件中的同一检测元件提供。该示例可以有利地允许例如根据待确定的参数通过使用两个不同的分辨率对由相同检测元件提供的信号进行数字化。
根据本公开的一个示例，第一转换元件的数目可以小于多个检测元件的数目，并且接收器还可以包括至少一个第一多路复用器，该至少一个第一多路复用器被耦合到检测元件的第一子集，并且被配置为将第一子集中的检测元件中的一个检测元件的模拟检测信号切换到第一转换元件，检测元件的第一子集包括多个检测元件中的两个或更多个检测元件。该示例可以有利地允许在检测元件之间共享转换元件，而不是每个检测元件都具有一个单独的转换元件。
根据本公开的一个示例，第二转换元件的数目可以小于多个检测元件的数目，并且接收器还可以包括至少一个第二多路复用器，至少一个第二多路复用器被耦合到检测元件的第二子集，并且被配置为将第二子集中的检测元件中的一个检测元件的模拟检测信号切换到第二转换元件，检测元件的第二子集包括多个检测元件中的两个或更多个检测元件。该示例可以有利地允许在检测元件之间共享转换元件，而不是每个检测元件都具有一个单独的转换元件。
根据本公开的一个示例，检测元件的第一子集和检测元件的第二子集可以包括多个检测元件中的相同检测元件。该示例可以有利地允许例如根据待确定的参数通过使用两个不同的分辨率对由相同检测元件提供的信号进行数字化。
根据本公开的一个示例，第二多路复用器可以被配置为：针对在测量时段期间向目标区域中的位置发射的多个激光脉冲中的每个激光脉冲，将检测元件中的、被第二多路复用器耦合至的一个不同检测元件的模拟检测信号切换到第二转换元件。该示例可以有利地允许在检测元件之间共享转换元件。
根据本公开的一个示例，第一多路复用器可以被配置为：针对在测量时段期间向目标区域中的位置发射的多个激光脉冲中的每个激光脉冲，将检测元件中的、被第一多路复用器耦合至的、所选择的一个检测元件或所选择的多个检测元件的模拟检测信号切换到第一转换元件。该示例可以有利地允许在检测元件之间灵活地共享第一转换元件。
根据本公开的一个示例，第二多路复用器可以被配置为：针对在测量时段期间向目标区域中的位置发射的多个激光脉冲中的每个激光脉冲，将检测元件中的、被第二多路复用器耦合至的、所选择的一个检测元件或所选择的多个检测元件的模拟检测信号切换到第二转换元件。该示例可以有利地允许在检测元件之间灵活地共享第二转换元件。
根据本公开的一个示例，接收器还可以包括选择模块，选择模块被配置为：使用在LIDAR***的目标区域中的感兴趣区，选择检测元件中的、待由第一多路复用器和/或第二多路复用器切换的所选择的一个检测元件或所选择的多个检测元件。该示例可以有利地允许将可用的转换元件集中到目标区域中的所选择区。
根据本公开的一个示例，选择模块可以被配置为使用第一和/或第二数字检测信号中的先前数字信号来确定感兴趣区。该示例可以有利地允许使用关于以往获得的关于目标区域的可用知识来确定感兴趣区。
根据本公开的一个示例，处理模块可以被配置为：使用针对在测量时段期间向目标区域中的位置发射的多个激光脉冲而获得的、检测元件中所选择的检测元件的第一数字检测信号和/或第二数字检测信号的平均。该示例可以有利地允许使用可用的检测元件用于平均化，从而可以导致改进的信噪比。
根据本公开的一个示例，在测量时段期间被发射的多个激光脉冲可以包括：针对LIDAR***的单个角度设置发射的两个或更多个或全部的激光脉冲。该示例可以有利地允许针对LIDAR***的单个空间设置使用本文描述的任何优点(诸如多路复用、平均化)。
根据本公开的一个示例，第二多路复用器可以被配置为：在与向目标区域中的位置发射的单个激光脉冲相关联的测量持续时间期间，将检测元件中的、被第二多路复用器耦合至的、所选择的检测元件的模拟检测信号切换到第二转换元件。该示例可以有利地允许以精细的时间粒度增强检测元件之间的多路复用和共享转换元件。
根据本公开的一个示例，接收器还可以包括选择模块，选择模块被配置为：使用第一和/或第二数字检测信号中的先前数字检测信号、和/或第一数字检测信号和/或多个第二转换元件，选择检测元件中所选择的检测元件。该示例可以有利地允许使用关于以往关于目标区域的可用知识、以较低的分辨率被执行的当前测量以及关于具有较高分辨率的可用检测元件的信息，来用于关于多路复用的决策。
根据本公开的一个示例，第二参数可以是反射率参数，并且处理模块可以被配置为将第一数字检测信号用于确定反射率参数。该示例可以有利地允许通过使用以较低分辨率获得的信息(例如关于潜在反射物体的位置)来增强反射率参数的确定。
根据本公开的一个示例，第一参数可以是检测参数和/或测距参数，并且处理模块可以被配置为将第二数字检测信号用于确定检测参数和/或测距参数。该示例可以有利地允许通过使用以较高分辨率转换元件获得的信息来增强检测参数和/或测距参数的确定。
根据本公开的一个示例，接收器还可以包括在第二转换元件上游的至少一个模拟低通滤波器，该模拟低通滤波器被配置为：在将第二模拟检测信号供应至第二转换元件之前，对第二模拟检测信号进行低通滤波。该示例可以有利地允许降低第二转换元件的本底噪声和/或采样频率。
根据本公开的一个示例，处理模块可以被配置为通过使用模拟低通滤波器的逆传递函数，来至少部分地补偿由模拟低通滤波器引入的在第二转换元件的第二数字检测信号中的修改。该示例可以有利地允许减少低通滤波器对所确定的参数的影响。
根据本公开的一个示例，接收器还可以包括在第二转换元件下游的至少一个数字低通滤波器，该数字低通滤波器被配置为对由第二转换元件提供的第二数字检测信号进行低通滤波。该示例可以有利地允许减少噪声以确定第二参数。
根据本公开的一个示例，处理模块可以被配置为通过使用数字低通滤波器的逆传递函数，来至少部分地补偿由数字低通滤波器引入的在第二转换元件的第二数字检测信号中的修改。该示例可以有利地允许减少低通滤波器对所确定的参数的影响。在示例中，处理模块可以被配置为至少部分地补偿仅由数字低通滤波器引入的延迟。
根据本公开的一个示例，第一转换元件的采样率可以高于第二转换元件的采样率。该示例可以有利地允许节省资源(诸如硅资源和/ 或计算能力)。
根据本公开的一个示例，处理模块可以被配置为：使用针对在测量时段期间向目标区域中的位置发射的多个激光脉冲而获得的第一数字检测信号的平均。该示例可以有利地允许改进信噪比和/或使得能够检测利用低数目的比特进行数字化的信号中的峰。
图2示意性地示出了LIDAR***200。LIDAR***200包括具有激光器215和偏转器220的发射器210。偏转器220将激光器215 的激光束225朝向LIDAR***200的目标区域中的不同位置230a、 230b偏转。激光束225被LIDAR***200的目标区域的不同位置 230a、230b中的一个或多个物体反射。在LIDAR***200中所包括的接收器235获得经反射的激光束225。接收器235可以包括本文描述的任何特征、功能和细节。这些特征、功能和细节可以被单独使用或组合使用以限定LIDAR***的接收器。
图3示出了用于操作LIDAR***的接收器的方法300的流程图。方法300包括步骤310：由多个检测元件中的每个检测元件，响应于由LIDAR***的发射器发射的激光脉冲，提供模拟检测信号，每个检测元件包括被配置为将光转换为电信号的一个或多个构件。此外，方法300包括步骤320：由至少一个第一转换元件，响应于由多个检测元件中的至少一个检测元件提供的第一模拟检测信号，提供第一数字检测信号，其中第一转换元件使用第一数目的比特来表示第一模拟检测信号。方法300还包括步骤330：由至少一个第二转换元件，响应于由多个检测元件中的至少一个检测元件提供的第二模拟检测信号，来提供第二数字检测信号，其中第二转换元件使用第二数目的比特来表示第二模拟检测信号，比特的第二数目大于比特的第一数目。另外，方法300包括步骤340：由处理模块至少使用第一数字检测信号来确定LIDAR***的目标区域中的物体的第一参数，以及使用数字检测信号来确定物体的第二参数。
方法300可以可选地由本文公开的任何特征、功能和细节(并且相对于装置)来补充。方法300可以可选地由这种特征、功能和细节单独地或组合地补充。
图4示意性地示出了用于LIDAR***的接收器400。接收器400 包括以上结合图1描述的若干个元件。以上已经被描述的接收器的那些元件具有相关联的相同附图标记，并且不再被描述。
接收器400包括第一多路复用器460。第一多路复用器460被耦合到检测元件的子集，即，被耦合到提供第一模拟检测信号120b和 120d的那些检测元件。第一多路复用器460提供输出信号462，该输出信号462被提供给第一转换元件140b。第一多路复用器460选择性地将信号120b和120d中的一个信号切换到转换元件140b。
另外，接收器400包括第二多路复用器470，第二多路复用器470 被耦合到检测元件的子集，即，被耦合到提供第二模拟检测信号120b 和120c的那些检测元件。第二多路复用器470提供输出信号472，该输出信号472被提供给第二转换元件150a。第二多路复用器470选择性地将信号120b和120c中的一个信号切换到转换元件150a。
显然，图4中的检测元件、多路复用器和转换元件之间的具体连接是出于说明的目的，并且在其他示例中可以改变。通常，在示例中，可以提供多路复用器，该多路复用器允许选择性地将每个检测元件的模拟检测信号切换到具有第一分辨率的第一模数转换器、或切换到具有第二分辨率的第二模数转换器、或切换到两者。
图5示出了示例性的1D扫描LIDAR***500。***500包括发射器510和接收器520。发射器510利用激光束535(例如，竖直激光束)照射场景530的一部分。在一个示例中，激光束535可以具有 905nm的波长。被场景530中的物体反射的经反射的激光束535在接收器520处被获得并且被处理以获得场景530的数字表示。
发射器510包括多个条形激光器540。激光器540的个体光束由透镜***545聚焦，并且由作为偏转器的一个示例的1D MEMS镜550 偏转。发射器由控制器(未示出)控制，该控制器使1D MEMS镜550 实现振荡并且采取关于轴线555的不同的角度位置，使得场景530被(例如，水平地)扫描。激光器540由控制器(未示出)控制，使得脉冲激光束535照射场景530。根据一个示例，激光器的个体脉冲可以具有大约几纳秒(例如10ns)的持续时间。
接收器520包括光学器件560和2D检测器阵列565。光学器件 560将从场景530反射的光聚焦在2D检测器阵列565上。2D检测器阵列565将接收到的光转换成电信号。2D检测器阵列565以及诸如滤波器、放大器等的模拟电路装置是本发明的检测元件的示例。检测器阵列565可以包括多个雪崩光电二极管，雪崩光电二极管也可以被称为APD并且可以被布置在2D阵列中。2D阵列沿竖直方向(即，沿竖直激光束535延伸的方向)的不同个体元件对应于场景530中的不同的竖直位置(即，不同的视场)。2D阵列565沿水平方向(即，不同的列)的不同个体元件被用于镜550的不同角度位置范围(即，用于场景530的不同水平截面)。
2D检测器阵列565被连接到处理模块(未示出)。处理模块获得由2D检测器阵列565提供的电信号，并且使用模拟和数字信号以及数据处理，以提供场景530的数字表示。场景的数字表示包含多个点，诸如检测、测距和反射率的参数可以被分配给该多个点。更具体地，针对镜550的个体角度位置，激光脉冲被发射，并且由2D检测器阵列565提供的电信号被捕获并且进行采样达预定时间段，以便获得被目标区域中的物体反射的光。根据一个示例，捕获时间可以具有大约几微秒(例如，2μs)的持续时间。由2D检测器阵列565提供的电信号的数字表示经历数字信号处理，该数字信号处理可以包括平均化和阈值匹配。
图6示出了结合图5描述的LIDAR***500的接收器的示例。注意，以上已经被描述的接收器520的那些元件具有相关联的相同附图标记，并且不再被描述。
图6中所示的接收器600包括模拟部分605，模拟部分605具有 2D检测器阵列565和输出615。2D检测器阵列的元件连接到输出615。跨阻放大器(TIA)专用集成电路(ASIC)包括多路复用器610、TIA 通道630和多路复用器640。阵列565的元件经由输出615连接到多路复用器610，使得可以实现阵列565的元件与TIA通道630之间的多路复用。模拟部分605的输出615分别连接到TIA ASIC 625的输入，每个TIA ASIC 625包括多个TIA通道630。TIA通道630提供电压，该电压与由阵列565的元件向TIA通道630提供的电流相对应(例如，成比例)。TIA通道630的输出被提供给TIA ASIC 625的输出 635。TIA通道630的输出还被提供给多路复用器640。多路复用器 640的输出被提供给TIA ASIC 625的输出645。
TIA ASIC 625的输出635被提供给比较器650。每个比较器650 将提供给它的输入信号转换为输入信号的1比特数字表示。更具体地，每个比较器650将其输入与阈值进行比较，并且如果输入大于或等于阈值，则提供例如值为1的数字输出信号，并且如果输入低于阈值，则提供例如值为0的不同的数字输出信号。由比较器650提供的数字信号由1比特处理链处理，每个1比特处理链包括平均化元件655、匹配的滤波器元件660、检测元件665和测距元件670。1比特处理通道对应于水平1D扫描LIDAR***的竖直视场(FoV)，但是，还可以设想竖直1D扫描LIDAR***。下面结合图8描述1比特处理链的操作。
TIA ASIC 625的输出645被分别提供给模数转换器(ADC)675。每个ADC 675将提供给它的输入信号转换成输入信号的多比特表示。用于表示输入信号的比特的数目(即，ADC的输出比特的数目)还被称为ADC的分辨率。根据一个示例，ADC 675可以具有8比特的分辨率。由ADC 675提供的数字信号由ADC处理链处理，每个处理链包括缓冲器元件680、低通元件685和反射率元件690。可以可选地另外提供低通元件685a(或作为低通元件685的备选)。下面结合图9和图10描述多比特处理链的操作。
多比特处理链和1比特处理链可以可选地彼此连接。在一个示例中，可以可选地将检测元件665的输出提供给反射率元件690。在该示例中，通过知道何时检测到反射来允许减小反射率测量的带宽，这改进了反射率测量的信噪比和准确性。基于1比特链中的直方图(例如，在检测元件665中)可以知道何时检测到反射。
在另一示例中，多比特数据可以被考虑用于检测和/或测距(例如在检测元件665和/或测距元件670中)。来自1比特路径和多比特路径的数据可以(例如，在平均化之后)被组合(合并)。在一个示例中，被考虑用于测距/检测的数据可以被定义为avg(1比特数据)+权重*(多比特数据)，其中avg()是指平均化操作，权重是预定的或动态的权重系数，并且多比特数据是指多比特处理链中的ADC数据或其他任何数据。
测距元件670和反射率元件690的输出被提供给点云生成元件 695。元件655、660、665、670、680、685、690和695可以被统称为(或单独地称为)处理模块698。可以通过现场可编程门阵列(FPGA) 或微控制器(μC)来实现数字信号处理元件(诸如，图6的655、660、 665、670、680、685、690和695)。然而，应当理解，还可以设想针对元件655、660、665、670、680、685、690和695中的每个元件的不同实现(例如，通过ASIC或信号处理器)。
尽管1比特数模转换被用于图6的包括检测和测距元件665、670 的处理链中，但是不同数目的比特可以被用于数字化输出信号635。不过，相对于用于包括反射率元件690的处理链的比特的数目，使用较少数目的比特用于包括检测和测距元件665、670的处理链通常是有利的：具有较少数目的比特的模数转换使用较少的资源(例如，消耗较少的功率、使用较少的硅面积等)，并且仍然可以允许确定期望的参数(诸如检测/测距)。
在图6中，三个重叠的块指示可以使用一个或多个对应块。(多个)TIA ASIC中的多路复用器可以被分成分段。组件可以被不同地分布在集成电路上。关于低通滤波器685和685a是可选的，即，在实际情况下，将提供低通滤波器685或低通滤波器685a，而不是提供二者。
图7示出了结合图5描述的LIDAR***500的接收器的不同示例。注意，以上结合图5和图6已经描述的接收器的那些元件具有相关联的相同附图标记，并且不再进行描述。根据图7，接收器700包括具有较低分辨率的Y个第一转换器750和具有较高分辨率的X个第二转换器775，其中Y和X是正整数。通常，Y可以大于X。第一转换器可以是具有1比特分辨率的比较器，并且转换器775可以是具有8比特分辨率的ADC。
图7中所示的接收器700包括2D检测器阵列565，2D检测器阵列可以包括K×L个检测器元件。阵列565中的每多个M个元件的信号被提供给电路725a、725b中的一个电路(例如，ASIC)，每个电路包括多个M个TIA通道。电路725a、725b中的每个电路包括第一多路复用器，使得M个输入信号723a、723b中的Y个输入信号分别被切换给Y个输出信号727a、727b。然后Y个信号727a、Y个信号727b(或两者都)被提供给Y个比较器通道750(对应于图6中的1 比特比较器650)。电路725a、725b可以向输出727a和727b提供多路复用。
电路725a、725b中的每个电路还包括第二多路复用器，使得M 个输入信号723a、723b中的X个输入信号分别被切换到X个输出信号729a、729b。信号729a、729b都可以在低通滤波器元件751中被低通滤波并且被提供给X个ADC通道(对应于图6中的ADC 675)。
Y个通道比较器块750和X个通道ADC块775的输出被提供给 FPGA 797，FPGA 797具有相应数字信号处理(DSP)通道。FPGA 797 的输出被提供给微控制器799。FPGA 797和微控制器799可以单独地或共同地实现以上结合图6中的框655、660、665、670、680、685、 690和695描述的功能。
图8包括图8(a)和图8(b)至图8(f)，图8(a)示意性地示出了单个通道的1比特处理链，以及图8(b)至图8(f)示出了描绘1比特处理链内的示例性信号的示图。注意，以上已经结合图5 至图7描述的接收器的那些元件具有相关联的相同附图标记，并且不再被描述。
图8(a)中所示的处理链包括APD 565、TIA 630、比较器650、平均化元件655、匹配的滤波器/限幅器(slicer)元件660和测距/反射率元件670。平均化元件655被配置为计算由响应于在测量时段中发射的多个激光脉冲或冲击(shot)而接收的模拟检测信号得到的平均值。
图8(b)示出了多个波形，每个波形说明了APD 565元件的输出电流。这些波形从时刻0延伸到时刻2μs，时刻2μs对应于结合图 5讨论的LIDAR***的捕获时间。本底噪声在大约最低的所示纵坐标和5μA的电流之间可见。在t1表示的时刻处，电流约为11μA的峰可见。每个波形示出了针对图5所示的镜550的个体角度位置进行的多次测量中的一次测量。
图8(c)示出了针对镜550的个体角度位置的测量的多个波形，图8(c)的每个波形对应于图8(b)中的一个波形。每个波形示出了TIA 630的输出电压。与图8(b)所示的波形相似，图8(c)所示的波形显现了在大约最低的所示纵坐标和略低于0.2V的电压之间的本底噪声。在t1时刻的峰具有约为0.7V的值。
图8(d)示出了针对镜550的个体角度位置的测量的多个波形，图8(d)的每个波形对应于图8(b)和图8(c)中的一个波形。图 8(d)示出了比较器650的输出。由于比较器650是1比特比较器，所以比较器650的输出仅取值为0或1。在t1时刻，由于平均化导致的波形行为的变化可见。
图8(e)示出了在框655中的平均化之后作为比较器650的输出的波形。再次在t1时刻，峰可见。图8(f)示出了在匹配的滤波器/ 限幅器元件660中进行滤波之后的图8(e)的波形。图8(e)另外示出了与图8(f)的波形进行比较的阈值线810，以便检测测距参数 (即从LIDAR***到LIDAR***的目标区域中的物体的距离)。
通过使用阈值线810从元件660和/或670的本底噪声中界定值约为1的峰。该峰的时刻t1大约为0.35μs，是LIDAR***500的发射器510的激光脉冲发射和LIDAR***500的接收器的反射的激光脉冲的检测之间的时间。该时间对应于光以光速传播大约为100m的距离。因此，物体和LIDAR***之间的所检测的距离大约等于50m。
相对于使用多比特处理链，通过使用1比特处理链确定检测和/ 或测距参数可以是有利的。相对于多比特处理链，1比特处理链使用较少的资源(诸如硅资源(例如，FPGA资源))以及功率损耗。另外，相对于使用多比特处理链时的性能，通过使用1比特处理链确定检测和/或测距的性能通常仅不显著地劣化。
图9包括图9(a)和图9(b)至图9(f)，图9(a)示意性地示出了单个通道的多比特处理链，以及图9(b)至图9(f)示出了示出图9(a)的多处理链的个体处理元件的示例性信号图。以上已经结合图5至图8描述的接收器的那些元件具有相关联的相同附图标记，并且不再被描述。
图9(a)中所示的处理链包括APD 565、TIA 630、模数转换器 675、平均化元件902、匹配的滤波器/限幅器元件905和测距/反射率元件690。平均化元件902是可选的，并且可以被配置为计算由响应于在测量时段中发射的多个激光脉冲或冲击而接收的模拟检测信号得到的平均值。
与上述图8(b)类似，图9(b)示出了多个波形，每个波形都图示了APD 565的元件的输出电流。这些波形的长度为2μs，是以上结合图5讨论的LIDAR***的示例性的捕获时间。图9(b)中所示的多个波形中的每个波形来自结合图5讨论的针对镜550的个体角度位置的测量(备选地，根据模拟)。图9(b)具有在较低的所示纵坐标与大约为5μA的电流之间的本地噪声。在t1表示的时刻，在图9 (b)中峰可见。该峰的电流值约为11μA。
与上述图8(c)类似，图9(c)示出了多个电压波形，每个波形均示出了响应于根据图9(b)中所示的波形的APD 565元件的输入电流来提供的TIA 630的输出电压。与图9(b)所示的电流波形相似，图9(c)所示的波形具有发生于最低的所示纵坐标和约为0.2V 的电压之间的本底噪声。在t1时刻的峰的电压约为0.7V。
与上述图8(d)类似，图9(d)示出了元件675中的模数转换的输出。图9(d)所示的示例性模数转换具有8比特的分辨率。数字表示通常可以采取介于0到255之间的值，而图9(d)中的示图的纵坐标被限制为大约140。在t1时刻的峰具有大约130的值。注意，相对于图8(d)，图9(d)中的峰具有振幅信息(即，上述的值130)，而图8(d)中，1比特转换的波形仅采取两个值0或1中的一个。因此，由多比特处理链提供的数字化数据适合于确定例如LIDAR***的目标区域中的物体的反射率参数。
图9(e)示出了作为平均化元件902的输出的波形。可选地，对镜550的给定角度位置的若干个激光脉冲执行平均化。平均化可以是完全平均化或简化平均化，完全平均化的采样率对应于1比特链的元件655中的平均化的采样率，简化平均化的采样率低于元件655的采样率。
图9(e)中，在t1时刻，峰可见。图9(f)示出了在匹配的滤波器/限幅器元件905中进行处理之后的图9(e)的波形。图9(e)另外示出了阈值线910，阈值线910允许多比特处理链从t1时刻的峰中界定本底噪声。在示例中，t1时刻的示例性峰值130可以对应于10％的反射率。
在一些示例中，与以上结合图8和图9讨论的1比特处理链中的处理相比，可以以较低的采样率来执行图9中所示的多比特处理链中的处理。这可以有利地节省资源(诸如硅资源和/或计算能力)。
图10示意性地示出了与以上结合图6讨论的低通(LP)滤波器 685、685a相关联的示例性信号。图10(a)示出了针对1比特处理链的示例性波形；图10(b)示出了针对多比特处理链的对应波形。图10(a)和图10(b)中的波形被描绘为随时间的独立变量；图10 (a)和图10(b)中的纵坐标涉及信号振幅。
图10(a)中的波形包括在t1时刻的信号峰1010。信号峰可以对应于测得的来自LIDAR***的目标区域中的物体的反射。基于图10 (a)所示的测得的信号，检测元件665和/或测距元件670基于所确定的信号峰的时间(即，基于时刻t1)，来确定目标区域中的物体的距离。如以上结合图8所描述的那样确定该距离。
图10(b)中的波形包括信号峰1020。信号峰1020是通过使用滤波器元件685、685a进行低通滤波的结果。滤波改变原始信号的振幅(在图10(b)中通过使用名称“A_LP”象征性地表示)，和/或引入时间延迟或相位滞后(在图10(b)中通过使用名称“t_LP”象征性地表示)。在示例中，通过例如在反射率元件695中的信号处理来(至少部分地)补偿LP元件685中的信号变更。更具体地，可以使用LP滤波器的逆变换来处理经滤波的信号。
尽管LP滤波器元件685被描述为位于ADC 675下游的数字滤波器，但是低通滤波可以替代地或附加地位于模拟域中。在示例中，模拟低通滤波器685a可以位于ADC 675的上游(例如，分别在多路复用器645a、645b与ADC 645a、645b之间的信号路径中)。注意，同样在LP滤波器的模拟实现的情况下，对由模拟滤波器引入的信号变更的补偿可以在数字域中实现(例如，类似于以上结合数字LP滤波器元件685所描述的)。
数字LP滤波器的使用允许经济的实施方式并且简化配置(例如，例如在通过LIDAR***的控制器中实现的软件的LIDAR***的操作期间，滤波器可以被禁用和/或其截止频率可以被改变)。模拟LP滤波器的使用可以允许降低针对ADC的采样频率要求。模拟和数字滤波的组合可以针对LIDAR***的具体要求，在性能、成本等方面达到最佳。
现在参考图11至图14描述时序图，该时序图示出了如何将来自一些检测元件的模拟检测信号施加到第一和第二转换器的示例。将信号或通道施加到相应转换器可以通过相应地切换多路复用器来实现。在图11至图14中，沿箭头1105所示的水平方向是时间的前进方向。箭头1105下方的数字-3、-2、-1、0、1等表示以任意单位的前进时间。时间范围1110示出了针对第一角度(即，镜550的第一角度位置) 的时序，而时间范围1115示出了针对第二角度(即，镜550的第二角度位置)的时序。例如，在时间范围1110和1115属于同一帧的情况下，第一角度可以与第二角度不同。备选地，在时间范围1110和 1115属于不同帧的情况下，第一角度和第二角度可以对应于镜550 的同一机械位置。
每个时间范围1110和1115进一步被分成时间子范围1110a、 1110b、1110c、1110d和1115a、1115b、1115c、1115d。图11至图 14中的弯曲双线指示，为了清楚起见未示出所有子范围。每个子范围对应于LIDAR***的单个激光脉冲的捕获时间。换言之，每个时间子范围包括由发射器510进行的激光脉冲的发射(例如，达10ns)和由接收器520进行的反射光的对应捕获(例如，达2μs)。每个子范围可以被认为与一次激光冲击相关联。
如结合图11至图14所使用的，术语通道表示相应的TIA通道，在TIA通道中源自一个检测元件的检测信号被放大。例如，CH1表示经由第一TIA通道从第一检测元件接收的信号，CH2表示经由第二 TIA通道从第二检测元件接收的信号，并且CHi表示经由第i个TIA 通道从第i个检测元件接收的信号。
在图11至图14的左侧部分中，指示了相应检测元件(即，通道) 的信号被施加至的转换器。在所示的示例中，具有较低分辨率的第一转换器是比较器，而具有较高分辨率的第二转换器是ADC。如以上所指示的，根据本公开的示例的接收器可以包括Y个第一转换器(诸如比较器)以及X个第二转换器(诸如ADC)。在本公开的示例中，Y大于X。
相应地，图11至图14示出了在每个时间子范围中哪个检测信号被施加到哪个转换器。例如，在图11中，在子范围1110a中，通道 CH1被施加到第一ADC(如在1120所指示的)；在子范围1110b中，通道CH2被施加到第一ADC(如在1135所指示的)。
图11示出了具有X个ADC和Y个比较器的接收器的示例的示意性多路复用方案。根据所示示例，每个时间范围1110、1115被细分为Y/X个子范围1110a至1110d、1115a至1115d。在每个子范围中，不同的通道被施加到每个ADC，即，通道CH1至CH Y/X被施加到第一ADC(如线1120所示)，通道CH(X/Y)+1至CH 2Y/X被施加到第二ADC(如线1125所示)，依此类推。最后，通道CH Y-X+1 至CH Y被施加到第X ADC(如线1130所示)。因此，对于较高分辨率的转换器(即，ADC)，每个通道只存在一次冲击。如图11的线1140、1145和1150所示，在所有子范围1110a至1110d(以及同样地1115a至1115d)期间，相同的通道被施加到每个比较器。在所示的示例中，第一通道被施加到第一比较器(如在1155a、1155b、1155c 和1155d所示)。因此，在所示的示例中，每个通道都存在Y/X次冲击，以用于比较器的平均化。可以在下一个时间范围1115中重复该模式。
在图11的示例中，被施加到每个ADC的通道在时间范围的每个子范围(照射)内变化。在该时间范围期间被施加到比较器的通道在该时间范围内被平均化。在示例中，比较器的数目可以对应于TIA通道的数目。ADC的数目可以是两个，而比较器的数目可以是32个。在其他示例中，该比率可以不同。每个范围的子范围的数目以及因此每个比较器的被平均化的冲击的数目取决于Y与X的比率。
注意，多路复用模式不限于图11的行1120、1125和1130中所示的那些。相反，可以使用例如基于LIDAR***的任何感兴趣区(例如从先前帧或当前帧的处理知道了目标区域中的物体)的多路复用模式。设想的模式包括在每个时间子范围内使用不同的通道，以便获得针对最大可能数目通道的反射率。设想的模式包括使用针对若干时间子范围的同一通道，以便允许对该通道进行平均化并且改进该通道的信噪比。上述多路复用方案的任何混合形式都被认为在本发明的范围内。
参考图7以上所讨论的，注意，通常还设想针对1比特通道的多路复用。如上所述，通过使用电路725a、725b，信号723a、723b可以被切换到比较器通道750。如上所述的针对多比特通道设想的任何多路复用模式也可以被用于1比特通道。区或感兴趣区的选择性使用、在目标区域中扫描最可能的位置和/或通道平均化可以被应用。
图12示出了以上结合图6和图7描述的接收器600或接收器700 的示例性时间图。注意，以上已经被描述的那些元件具有相关联的相同附图标记，并且不再被描述。
图12示出了根据本公开的示例的示例性多路复用方案。在不同的子范围期间，不同的通道被施加到相应的ADC。其中通道针对第一角度而被施加到相应ADC的模式可以不同于其中通道针对第二角度被施加到相应ADC的模式。例如，如在1205a和1205b所示，针对LIDAR***的镜550的第一角度(即，针对时间范围1110)，通道CH2被施加到子范围1110a和1110b中的第一ADC。如1205c所示，通道CH3可以被施加到子范围1110d中的第一ADC。如在1215a、 1215b和1215c所示，通道CH3可以在时间范围1110的所有子范围期间被施加到第二ADC。如在1215d、1215e和1215f所示，通道CH7 可以在子范围1110a期间被施加到第X ADC，通道CH8可以在子范围1110b期间被施加到第X ADC，并且通道CH11可以在子范围1110d 期间被施加到第X ADC。如在1220a、1225a、1225c、1230a、1230b 和1230d所示，针对第二角度，不同的通道(诸如通道CH1和CH Y) 可以被施加到ADC。因此，图12示出了通道可以以任意的和选择性的方式被施加(即，被多路复用或切换)到相应的ADC。
以上结合图11描述了关于图12的行1140、1145、1150的时间图，并且不再对其描述。
图13示出了根据本公开的接收器的示例的示例性时间图，其中使用了完全平均化。以上已经被描述的那些元件具有相关联的相同附图标记，并且不再被描述。
如在图13中的线1120和在1305a、1305b、1305c、1305d所示的，在所有子范围1110a、1110b、1110c和1110d期间，被施加到第一ADC的通道保持相同。在所示的示例中，存在与图13中的每个通道相关联的针对每个通道的16次冲击(如由1#至16#所指示的)。在这些冲击期间所接收的信号可以被平均化。类似的行为在行1120 和1125的剩余块中被示出。更具体地，在所示的示例中，通道CH2 在第一时间范围1110中被施加到第一ADC，通道CH6在时间范围 1110中被施加到ADC2，通道CH4在时间范围1115中被施加到第一 ADC，并且通道CHY在时间范围1115中被施加到第二ADC。换言之，多路复用仅发生在对应于镜555的个体角度的时间范围的边界处，而不是在针对个体角度的测量的时间段期间。针对单个通道执行多个测量允许例如在数字域中平均化，并且从而改进信噪比。换言之，图 13中所示的时间图示出了为了性能使用平均化而不是多路复用。在图 13所示的示例中，使用平均化因子16。在其他示例中，可以使用其他平均化因子用于(多个)高分辨率通道。例如，两个高分辨率通道可以利用1/2的平均化被多路复用到同一转换器。可以基于较早检测的检测结果来选择用于完全平均化的高分辨率通道。例如，在较早检测中指示目标的通道可以被选择用于全高分辨率平均化，以便获得关于目标的附加信息。
图12中的示例示出了基于先验知识(例如，来自先前帧)的ROI (感兴趣区)的潜在实现。图13中的示例将全部的ADC处理能力集中在一个通道上。图11中的示例将全部的ADC处理能力分配在所有通道之中。图12中的示例是介于另外两种方法之间的中间解决方案。它将全部的ADC处理能力分配到所选择的数目的通道上。
图14示出了根据本公开的接收器的示例性时间图。以上已经被描述的那些元件具有相关联的相同附图标记，并且不再被描述。
图14示出了时间范围1110的一部分，时间范围1110对应于以上结合图11至13所描述的LIDAR***的镜550的第一角度位置。在图14中，示出了时间子范围1110a、1110b以及时间子范围1110c 的一部分。以上已经被描述的那些元件具有相关联的相同附图标记，并且不再被描述。
在图14所示的时间图中，多路复用发生在比子范围1110a、1110b、 1110c的时间粒度更精细的时间粒度处。换言之，在与LIDAR***的单个激光脉冲相关联的捕获时间(测量持续时间)期间，不同的通道被施加到ADC 675。例如，框1405、1410和1415图示了：“CH1”被施加到第一ADC 675达约捕获时间的1/3(时间子范围1110b的 1/3)，“CH3”被施加到第一ADC达约捕获时间的1/3，并且“CHY”被施加到第一ADC达捕获时间的1/3。框1420、1425和1430图示了：“CH5”被施加到第X ADC达约捕获时间的1/2(时间子范围1110b 的1/3)，“CHY”被施加到第二ADC达较短时间，并且因此，“CH3”被施加到第二ADC达约捕获时间的1/3。
注意，多路复用器640通常可以将不同的通道在任何时刻切换到相应的ADC 675。如上所述的捕获时间(时间子范围1110b)的分数旨在用于说明目的。
在单个激光脉冲的捕获时间期间切换ADC输入允许大数目(例如，最大数目)的平均化，这转而可以导致改进的测距/反射率性能。
图15示出了LIDAR***500的示例性目标区域(场景)。示例性目标区域针对LIDAR***500作为自动传感器的可能应用。目标区域包括具有车道标记的道路、站在道路的边缘的两个人、位于道路另一边缘的球以及与道路邻近的绿化带。通过使用箭头1505来标识由LIDAR***500的激光照射的区域的水平尺寸；通过使用箭头1510 来标识被照射区域的竖直尺寸。
整个被照射区域被竖直条覆盖，其中三个竖直条被示例性地指定为1515。每个竖直条表示针对镜550的特定角度位置的竖直激光束 535。图15中的竖直条表示通过使用1比特处理被扫描和评估的区域，以便在没有反射率测量的情况下提供检测和/或测距参数。
图15中示出了被照射区域的部分，其中三个部分被示例性地指定为1520。那些部分限定了感兴趣区(ROI)，针对该区的反射率测量通过使用多比特处理而被执行。例如，由于ADC 675的数目比2D 阵列535沿竖直方向(如以上结合图5所描述的)上的个体元件数目低x倍，因此可以通过使用ADC 675来扫描竖直照射区域的1/x(即，竖直FoV的1/x)，以便确定反射率参数。在示例中，可以针对竖直 FoV的2/x执行1/2平均化。在另一示例中，可以针对竖直FoV的 1/x执行完全平均化(假设x个ADC)。
在示例中，LIDAR***500的选择模块确定ROI，并且选择适当的多路复用。更具体地，选择模块确定：针对镜的哪个角度位置，由多路复用器640在哪个时刻将哪个TIA通道切换到ADC 675。换言之，选择模块确定用于多路复用器的时序计划，这可能与以上结合图11和图14进行说明的任何计划类似。
选择模块可以基于LIDAR***500的任何预定参数(诸如将某些角度确定为ROI的设置)来确定ROI。备选地或附加地，选择模块可以使用关于由LIDAR***500获得的被照射场景的任何先前知识来动态地确定ROI。先前知识可以包括对先前帧/扫描评估的任何结果。备选地或附加地，先前知识可以包括从1比特处理链获得的对当前帧/扫描评估的任何结果。
图16包括16(a)和16(b)。图16(a)示出了具有目标兴趣点(POI)的部分点云轮廓；图16(b)图示了利用两个ADC的快速 POI扫描。
图16(a)示出了4个信号波形A1610、B 1615、C 1620和D1625，每个波形对应于LIDAR***500的捕获时间。场景包括4个目标，即目标1 1630、目标2 1635、目标3 1640和目标4 1645。1比特扫描子***给出针对目标POI的(例如，部分)点云的轮廓。图16(a) 还示出了通道CH1 1650和CH2 1655。目标4 1645的一部分被目标2 部分遮挡(例如，隐藏或模糊)。
图16(b)图示了例如由选择模块计划的用于ADC 675的附加扫描(或多个扫描)，来对(例如，部分)点云中的POI(或ROI)进行采样。在(例如，实时)测量期间，多路复用器640在像素和像素之间快速切换。换言之，选择模块在针对单个激光脉冲的单个捕获时间期间，利用关于预期的到达时间的知识，改变多比特处理链(ADC 通道)。(例如，先验)知识可以从1比特(或多个)通道的评估中获得，或从先前(多个)帧中获得。ADC 675捕获轮廓窗口中的信号峰以估计元件690中的反射率。点云像素飞行时间(ToF)被提供(发射)给反射率参数(或备选地，振幅)。图16(b)示出了由选择模块分别为多路复用器640和ADC 675计划的捕获窗口1660和1665。箭头1670示出了针对一个多路复用器640的切换模式。选择模块还可以考虑可用ADC的数目，并且由于在当前帧中可用ADC的数目不足，因而计划在下一行程(例如，下一帧)中待被扫描的窗口。
应当理解，本发明的接收器、LIDAR***和方法不限于根据上述示例的1D振荡镜。而是，还可以用其他方式(例如，用闪光LIDAR，用2D镜LIDAR等)来应用本发明。换言之，在本专利申请中对1D 振荡镜LIDAR的引用仅旨在用于说明目的。
在下文中，描述了本公开的其他示例。以下描述的示例可以构成备选方案或可以被考虑加入上述方面。
在下文中，描述了相对于使用32个通道和16倍过采样的具体实现的体系结构。注意，本发明可以被用于不同的用例。
该***可以被分成：
-具有8比特处理链以及未过采样的2个通道，
-具有1比特处理链以及16次过采样的32个通道
1比特处理可能在相同的FoV冲击16次。在该时间期间，2通道的ADC可以被用于切换32个通道，并且记录每个FoV的一次冲击。即，尽管高分辨率(ADC)可以在并行通道上使用最小值来记录每帧的至少一次照冲击，但是1比特信号链可以利用完全并行性来执行尽可能多的平均化，。
可以(单独地或组合地)实现以下衍生方案：
-8比特/1比特数据流可以被合并并且被用于测距/检测，以增强性能；
-1比特转换器和多路复用可以利用外部组件来实现；
-与ADC相比，1比特处理可以利用更高的采样率来实现；
-高分辨率(ADC)通道也可以执行过采样(但是与1比特体系结构相比有所减少)；
-高分辨率通道可以采用附加的低通滤波器来进一步降低带宽。这将降低噪声水平，并且使反射率测量更加准确(减少的增益可以在后处理中得到补偿)。
尽管已经在装置的上下文中描述了一些方面，但是显然，这些方面也表示了对相对应方法的描述，其中框或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法的上下文中描述的方面也表示对相对应装置的对应框、项或特征的描述。方法步骤中的一些或全部可以由 (或使用)硬件装置(例如，微处理器、可编程计算机或电子电路) 来执行。在一些示例中，最重要的方法步骤中的一个或多个步骤可以由这种装置执行。
取决于某些实现要求，本公开的示例可以以硬件或软件来实现。该实现可以使用数字存储介质(例如，软盘、DVD、蓝光光盘、CD、 ROM、PROM、EPROM、EEPROM或闪速存储器)来执行，上述数字存储介质具有存储在其上的、与可编程计算机***协作(或能够协作)的电子可读控制信号，以便执行相应的方法。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。
通常，本公开的示例可以被实现为具有程序代码的计算机程序产品，当计算机程序产品在计算机上运行时，该程序代码可操作用于执行方法之一。程序代码可以例如被存储在机器可读的载体上。
其他示例包括存储在机器可读载体上的、用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。
因此，换言之，本公开的示例是一种计算机程序，该计算机程序具有当计算机程序在计算机上运行时用于执行本文描述的方法之一的程序代码。
因此，所公开方法的另一示例是数据载体(或数字存储介质或计算机可读介质)，该数据载体包括记录在其上的用于执行本文所述方法之一的计算机程序。数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形的和/或非瞬态的。
因此，所公开方法的另一示例是表示用于执行本文描述的方法之一的计算机程序的数据流或信号序列。数据流或信号序列例如可以被配置为经由数据通信连接(例如经由互联网)来被传输。
另一示例包括处理装置(例如计算机)或可编程逻辑设备，其被配置为(或适于)执行本文描述方法之一。
另一示例包括计算机，该计算机具有安装在其上的、用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。
本公开的另一示例包括如下的装置或***：其被配置为将用于执行本文描述的方法之一的计算机程序(例如，电子地或光学地)传输到接收器。接收器可以是例如计算机、移动设备、存储器设备等。该装置或***可以例如包括用于将计算机程序传输到接收器的文件服务器。
在一些示例中，可编程逻辑设备(例如现场可编程门阵列)可以被用于执行本文描述的方法的一些或全部功能。在一些示例中，现场可编程门阵列可以与微处理器协作以执行本文描述的方法之一。通常，方法优选地由任何硬件装置来执行。
本文描述的装置可以使用硬件装置、或使用计算机、或者使用硬件装置和计算机的组合来实现。
本文描述的装置或本文描述的装置的任何部件可以至少部分地以硬件和/或软件来实现。
本文描述的方法可以使用硬件装置、或使用计算机、或使用硬件装置和计算机的组合来执行。
本文描述的方法或本文描述的装置的任何部件可以至少部分地由硬件和/或软件执行。
上述示例仅是用于说明本发明的原理。应当理解，对于本领域其他技术人员而言，本文描述的布置和细节的修改和变化将是显而易见的。因此，本发明的意图仅由所附专利权利要求书的范围限制，而不受通过本文示例的描述和解释所呈现的具体细节的限制。

Claims (23)

1.一种用于光检测和测距LIDAR***(200、500)的接收器(100、235、400、520、600、700)，所述接收器包括：
多个检测元件(115、565)，每个检测元件包括一个或多个构件(125a、125b、125c、130a、130b)，所述一个或多个构件(125a、125b、125c、130a、130b)被配置为将光(110)转换为电信号，每个检测元件被配置为：响应于由所述LIDAR***(200、500)的发射器(210、510)发射的激光脉冲，提供模拟检测信号(120a、120b、120c、120d)；
至少一个第一转换元件(140a、140b、140c、650)，被配置为：响应于由所述多个检测元件(115、565)中的至少一个检测元件提供的第一模拟检测信号(120a、120b、120d)，提供第一数字检测信号(142a、142b、142c)，其中所述第一转换元件(140a、140b、140c、650)被配置为使用第一数目的比特表示所述第一模拟检测信号(120a、120b、120d)；
至少一个第二转换元件(150a、150b、675)，被配置为：响应于由所述多个检测元件(115、565)中的至少一个检测元件提供的第二模拟检测信号(120b、120c)，提供第二数字检测信号(152a、152b)，其中所述第二转换元件(150a、150b、675)被配置为使用第二数目的比特表示所述第二模拟检测信号(120b、120c)，比特的所述第二数目大于比特的所述第一数目；以及
处理模块(160、698)，被配置为：使用所述第一数字检测信号(142a、142b、142c)确定所述LIDAR***(200、500)的目标区域中的物体的至少第一参数(112a)，以及使用所述第二数字检测信号(152a、152b)确定所述物体的第二参数，其中所述第一参数(112a)是检测参数和/或测距参数，并且所述第二参数(112b)是反射率参数；其中所述处理模块(160、698)还被配置为：将所述第一数字检测信号(142a、142b、142c)用于确定所述反射率参数，以及将所述第二数字检测信号(152a、152b)用于确定所述检测参数和/或所述测距参数。
2.根据权利要求1所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述第一转换元件(140a、140b、140c、650)是使用一个比特表示所述第一数字检测信号(142a、142b、142c)的比较器，和/或所述第二转换元件(150a、150b、675)是使用两个或更多个比特表示所述第二数字检测信号(152a、152b)的模数转换器。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述第一模拟检测信号(120a、120b、120d)和所述第二模拟检测信号(120b、120c)由所述多个检测元件(115)中的相同检测元件提供。
4.根据权利要求1所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述第一转换元件(140a、140b、650)的数目小于所述多个检测元件(115)的数目，并且
所述接收器还包括至少一个第一多路复用器(460)，所述至少一个第一多路复用器(460)被耦合至检测元件的第一子集，所述检测元件的第一子集包括所述多个检测元件(115)中的两个或更多个检测元件，并且所述至少一个第一多路复用器(460)被配置为将所述第一子集中的所述检测元件中的一个检测元件的所述模拟检测信号(120b、120d)切换到所述第一转换元件(140b)。
5.根据权利要求1所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述第二转换元件(150a、150b、675)的数目小于所述多个检测元件(115)的数目，并且
所述接收器还包括至少一个第二多路复用器(470、640)，所述至少一个第二多路复用器(470、640)被耦合至检测元件(115)的第二子集，所述检测元件的第二子集包括所述多个检测元件中的两个或更多个检测元件，并且所述至少一个第二多路复用器被配置为将所述第二子集中的所述检测元件中的一个检测元件的所述模拟检测信号(120b、120c)切换到所述第二转换元件(150a、675)。
6.根据权利要求4或5所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述检测元件的第一子集和所述检测元件的第二子集包括所述多个检测元件(115)中的相同检测元件。
7.根据权利要求5所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述第二多路复用器(470、640)被配置为：针对在测量时段期间向所述目标区域中的位置发射的多个激光脉冲中的每个激光脉冲，将所述检测元件中的、被所述第二多路复用器(470、640)耦合至的一个不同检测元件的所述模拟检测信号(120b、120c)切换到所述第二转换元件(150a、675)。
8.根据权利要求4所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述第一多路复用器(460)被配置为：针对在测量时段期间向所述目标区域中的位置发射的多个激光脉冲中的每个激光脉冲，将所述检测元件中的、被所述第一多路复用器(460)耦合至的、所选择的一个检测元件或所选择的多个检测元件的所述模拟检测信号(120b、120d)切换到所述第一转换元件(140b)。
9.根据权利要求5所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述第二多路复用器(470、640)被配置为：针对在测量时段期间向所述目标区域中的位置发射的多个激光脉冲中的每个激光脉冲，将所述检测元件中的、被所述第二多路复用器(470、640)耦合至的、所选择的一个检测元件或所选择的多个检测元件的所述模拟检测信号(120b、120c)切换到所述第二转换元件(150a、675)。
10.根据权利要求8或9中任一项所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述接收器还包括选择模块，所述选择模块被配置为：使用在所述LIDAR***(200、500)的所述目标区域中的感兴趣区，选择所述检测元件中的、待由所述第一多路复用器(460)和/或所述第二多路复用器(470、640)切换的、所述所选择的一个检测元件或所选择的多个检测元件。
11.根据权利要求10所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述选择模块被配置为：使用所述第一数字检测信号(142a、142b、142c)和/或所述第二数字检测信号(152a、152b)中的先前数字检测信号来确定所述感兴趣区。
12.根据权利要求8或9中任一项所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述处理模块被配置为：使用针对在所述测量时段期间向所述目标区域中的所述位置发射的所述多个激光脉冲而获得的、所述检测元件中的所述所选择的多个检测元件的所述第一数字检测信号(142a、142b、142c)和/或所述第二数字检测信号(152a、152b)的平均。
13.根据权利要求7至9中任一项所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
在所述测量时段期间被发射的所述多个激光脉冲包括：针对所述LIDAR***的单个角度设置发射的两个或更多个或全部的激光脉冲。
14.根据权利要求5所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述第二多路复用器(470、640)被配置为：在与向所述目标区域中的位置发射的单个激光脉冲相关联的测量持续时间期间，将所述检测元件中的、被所述第二多路复用器(470、640)耦合至的、所选择的检测元件的所述模拟检测信号(120b、120c)切换到所述第二转换元件。
15.根据权利要求14所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述接收器还包括选择模块，所述选择模块被配置为：使用所述第一数字检测信号和/或所述第二数字检测信号中的先前数字检测信号，和/或所述第一数字检测信号(142a、142b)和/或多个所述第二转换元件(150a、675)，选择所述检测元件中的所述所选择的多个检测元件。
16.根据权利要求1或2中任一项所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述接收器(100、235、400、520、600、700)还包括在所述第二转换元件(675)上游的至少一个模拟低通滤波器(685a)，所述模拟低通滤波器(685a)被配置为：在向所述第二转换元件(150a、150b、675)提供所述第二模拟检测信号之前，对所述第二模拟检测信号(120b、120c)进行低通滤波。
17.根据权利要求16所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述处理模块(160、698)被配置为：通过使用所述模拟低通滤波器(685a)的逆传递函数，至少部分地补偿由所述模拟低通滤波器(685a)引入的、在所述第二转换元件(150a、150b、675)的所述第二数字检测信号(152a、152b)中的修改。
18.根据权利要求1或2中任一项所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述接收器还包括在所述第二转换元件(675)下游的至少一个数字低通滤波器(685)，所述数字低通滤波器(685)被配置为：对由所述第二转换元件(150a、150b、675)提供的所述第二数字检测信号(152a、152b)进行低通滤波。
19.根据权利要求18所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述处理模块(160、698)被配置为：通过使用所述数字低通滤波器(685)的逆传递函数，至少部分地补偿由所述数字低通滤波器(685)引入的、在所述第二转换元件(150a、150b、675)的所述第二数字检测信号(152a、152b)中的修改。
20.根据权利要求1或2中任一项所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述第一转换元件(140a、140b、140c、650)的采样率高于所述第二转换元件(150a、150b、675)的采样率。
21.根据权利要求1或2中任一项所述的接收器(100、235、400、520、600、700)，其中：
所述处理模块(160、698)被配置为：使用针对在测量时段期间向所述目标区域中的位置发射的多个激光脉冲而获得的所述第一数字检测信号的平均值。
22.一种LIDAR***(200、500)，包括：
发射器(210、510)，所述发射器包括激光器(215、540)和偏转器(220、550)，所述偏转器(220、550)被配置为将由所述激光器(215、540)输出的激光束(225)偏转到所述目标区域的不同位置；以及
根据前述权利要求中任一项所述的接收器(100、235、400、520、600、700)。
23.一种用于操作光检测和测距LIDAR***(200、500)的接收器(100、235、400、520、600、700)的方法(300)，所述方法(300)包括：
通过多个检测元件(115、565)中的每个检测元件，响应于由所述LIDAR***(200、500)的发射器(210、510)发射的激光脉冲，提供(310)模拟检测信号(120a、120b、120c、120d)，每个检测元件包括一个或多个构件(125a、125b、125c、130a、130b)，所述一个或多个构件(125a、125b、125c、130a、130b)被配置为将光(110)转换成电信号；
通过至少一个第一转换元件(140a、140b、140c、650)，响应于由所述多个检测元件(115、565)中的至少一个检测元件提供的第一模拟检测信号(120a、120b、120d)，提供(320)第一数字检测信号(142a、142b、142c)，其中所述第一转换元件(140a、140b、140c、650)使用第一数目的比特表示所述第一模拟检测信号(120a、120b、120d)；
通过至少一个第二转换元件(150a、150b、675)，响应于由所述多个检测元件(115、565)中的至少一个检测元件提供的第二模拟检测信号(120b、120c)，提供(330)第二数字检测信号(152a、152b)，其中所述第二转换元件(150a、150b、675)使用第二数目的比特表示所述第二模拟检测信号(120b、120c)，比特的所述第二数目大于比特的所述第一数目；以及
通过处理模块(160、698)，使用所述第一数字检测信号(142a、142b、142c)来确定所述LIDAR***的目标区域中的物体的至少第一参数(112a)，并且使用所述第二数字检测信号(152a、152b)来确定所述物体的第二参数(112b)，其中所述第一参数(112a)是检测参数和/或测距参数，并且所述第二参数(112b)是反射率参数；其中所述处理模块(160、698)还被配置为：将所述第一数字检测信号(142a、142b、142c)用于确定所述反射率参数，以及将所述第二数字检测信号(152a、152b)用于确定所述检测参数和/或所述测距参数。
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