Title:
Hybrides Flash-Lidar-System
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Verbesserte Systeme und Verfahren mit Flash-Lichtdetektion und -entfernungsmessung (vorliegend auch als „Flash-LIDAR“ bezeichnet) zum Bestimmen der Entfernung zu einem Zielobjekt, das in einem Sichtfeld angeordnet ist. Ein Flash-LIDAR-System kann ein Array von Illuminatoren, ein Array von Lichtdetektoren und einen Signalprozessor/eine Steuerung beinhalten sowie ein Sichtfeld aufweisen, in dem ein Zielobjekt angeordnet sein kann. Das Flash-LIDAR-System kann das Sichtfeld effektiv in mehrere Segmente unterteilen und es kann erzielt werden, dass jeder Illuminator im Illuminatorarray einem spezifischen Segment des Sichtfelds entspricht. Das Flash-LIDAR-System kann auch das Lichtdetektorarray effektiv in mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren unterteilen. Wie die jeweiligen Illuminatoren im Illuminatorarray kann erzielt werden, dass jede Teilmenge von Lichtdetektoren im Lichtdetektorarray einem spezifischen Segment des Sichtfelds entspricht.





Inventors:
Weinberg, Harvey, Mass. (Sharon, US)
Application Number:
DE102017111571A
Publication Date:
11/30/2017
Filing Date:
05/26/2017
Assignee:
Analog Devices, Inc (Mass., Norwood, US)
International Classes:
G01S17/10; G01S7/481; G01S7/483; G01S7/497; G01S17/89
Attorney, Agent or Firm:
Fleuchaus & Gallo Partnerschaft mbB, 81369, München, DE
Claims:
1. Flash-LIDAR-System mit einem Sichtfeld, das dazu konfiguriert ist, zumindest einen Teil eines Zielobjekts einzuschließen, wobei das System Folgendes umfasst:
ein Flash-Illuminatorarray einschließlich mehrerer Illuminatoren;
ein Flash-Detektorarray einschließlich mehrerer Lichtdetektoren, wobei das Flash-Detektorarray in mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren unterteilt ist; und
einen Signalprozessor/eine Steuerung,
wobei das Sichtfeld in mehrere Segmente unterteilt ist,
wobei die mehreren Illuminatoren funktionsfähig sind, entsprechende jeweilige Segmente des Sichtfelds zu beleuchten, wobei die mehreren Illuminatoren ferner funktionsfähig sind, einen oder mehrere Lichtstrahlimpulse nacheinander zu den entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds zu übertragen,
wobei die mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren als Reaktion auf den einen oder die mehreren Lichtstrahlimpulse, der bzw. die nacheinander durch die jeweiligen Illuminatoren übertragen wird bzw. werden, funktionsfähig sind, einen oder mehrere reflektierte Lichtstrahlimpulse von den mehreren jeweiligen Segmenten des Sichtfelds zu empfangen, und
wobei der Signalprozessor/die Steuerung funktionsfähig ist, eine verstrichene Zeit zwischen der Übertragung des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse durch die jeweiligen Illuminatoren und dem Empfang des einen oder der mehreren reflektierten Lichtstrahlimpulse an den jeweiligen Teilmengen von Lichtdetektoren zu bestimmen, um einen Abstand zum Zielobjekt zu erhalten.

2. System nach Anspruch 1, ferner umfassend:
mehrere steuerbare Medien oder Einrichtungen mit steuerbaren Brechungswinkeln, wobei jeder von zumindest manchen der mehreren Illuminatoren funktionsfähig ist, den einen oder die mehreren Lichtstrahlimpulse über ein jeweiliges bzw. eine jeweilige der mehreren steuerbaren Medien oder Einrichtungen zu den entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds zu übertragen.

3. System nach einem der Ansprüche 1–2, wobei der Signalprozessor/die Steuerung ferner funktionsfähig ist, den Brechungswinkel jedes steuerbaren Mediums oder jeder steuerbaren Einrichtung zu steuern, so dass der eine oder die mehreren Lichtstrahlimpulse, die durch die mehreren Illuminatoren übertragen werden, zu den entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds gerichtet wird bzw. werden.

4. System nach einem der Ansprüche 2–3, wobei die mehreren steuerbaren Medien oder Einrichtungen ein Lithiumniobat(LiNbQ3)-Kristallmedium und/oder eine Flüssigkristall-Wellenleitereinrichtung beinhalten.

5. System nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die mehreren Illuminatoren funktionsfähig sind, den einen oder die mehreren Lichtstrahlimpulse nacheinander zu den entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds in einer vorbestimmten Abfolge von Segmenten zu übertragen.

6. System nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die mehreren Illuminatoren funktionsfähig sind, den einen oder die mehreren Lichtstrahlimpulse nacheinander zu den entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds in einer zufälligen Reihenfolge von Segmenten zu übertragen.

7. System nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Signalprozessor/die Steuerung ferner funktionsfähig ist, die Übertragung des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse zu den entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds zu steuern, indem eine zufällige Zeitverzögerung zwischen einer oder mehreren sukzessiven Übertragungen des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse eingefügt wird.

8. System nach einem der Ansprüche 1–7, wobei jede der mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren eine vorbestimmte Anzahl von Lichtdetektoren beinhaltet und wobei das System ferner eine Menge von Multiplexer-/Transimpedanz-Verstärker-Paaren, die gleich der vorbestimmten Anzahl von Lichtdetektoren in jeder Teilmenge ist, beinhaltet.

9. System nach Anspruch 8, wobei entsprechende Lichtdetektoren über die mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren hinweg mit Stromeingängen der jeweiligen Multiplexer-/Transimpedanz-Verstärker-Paare gekoppelt sind.

10. System nach Anspruch 9, wobei der Signalprozessor/die Steuerung ferner funktionsfähig ist, erste Steuersignale an die jeweiligen Multiplexer-/Transimpedanz-Verstärker-Paare bereitzustellen, so dass die entsprechenden Lichtdetektoren an den Stromeingängen der mehreren Multiplexer-/Transimpedanz-Verstärker-Paare ausgewählt werden.

11. System nach Anspruch 10, wobei der Signalprozessor/die Steuerung ferner funktionsfähig ist, zweite Steuersignale an die jeweiligen Multiplexer-/Transimpedanz-Verstärker-Paare bereitzustellen, so dass Verstärker-Verstärkungen, die durch die jeweiligen Multiplexer-/Transimpedanz-Verstärker-Paare bereitgestellt werden, gesteuert werden.

12. System nach Anspruch 11, wobei der Signalprozessor/die Steuerung mit Spannungsausgängen der jeweiligen Multiplexer-/Transimpedanz-Verstärker-Paare gekoppelt ist, wobei der Signalprozessor/die Steuerung ferner funktionsfähig ist, die verstrichene Zeit zwischen der Übertragung des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse durch die jeweiligen Illuminatoren und dem Empfang des einen oder der mehreren reflektierten Lichtstrahlimpulse an den jeweiligen Teilmengen von Lichtdetektoren basierend auf Spannungen, die an den jeweiligen Spannungsausgängen der Multiplexer-/Transimpedanz-Verstärker-Paare bereitgestellt werden, zu bestimmen.

13. Verfahren zum Betreiben eines Flash-LIDAR-Systems mit einem Sichtfeld, das dazu konfiguriert ist, zumindest einen Teil eines Zielobjekts einzuschließen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Bereitstellen des Flash-LIDAR-Systems einschließlich eines Flash-Illuminatorarrays mit mehreren Illuminatoren, eines Flash-Detektorarrays mit mehreren Lichtdetektoren und eines Signalprozessors/einer Steuerung, wobei das Flash-Detektorarray in mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren unterteilt ist und das Sichtfeld in mehrere Segmente unterteilt ist;
Beleuchten, durch die mehreren Illuminatoren, von entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds, indem ein oder mehrere Lichtstrahlimpulse nacheinander zu den entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds übertragen wird bzw. werden;
als Reaktion auf den einen oder die mehreren Lichtstrahlimpulse, der bzw. die nacheinander durch die jeweiligen Illuminatoren übertragen wird bzw. werden, Empfangen, durch die mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren, eines oder mehrerer reflektierter Lichtstrahlimpulse von den mehreren jeweiligen Segmenten des Sichtfelds; und
Bestimmen, durch den Signalprozessor/die Steuerung, einer verstrichenen Zeit zwischen der Übertragung des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse durch die jeweiligen Illuminatoren und dem Empfang des einen oder der mehreren reflektierten Lichtstrahlimpulse an den jeweiligen Teilmengen von Lichtdetektoren, um einen Abstand zum Zielobjekt zu erhalten.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Übertragen des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse ein nacheinander Übertragen des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse zu den entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds in einer vorbestimmten Abfolge von Segmenten beinhaltet.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13–14, wobei das Übertragen des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse ein nacheinander Übertragen des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse zu den entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds in einer zufälligen Reihenfolge von Segmenten beinhaltet.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13–15, ferner umfassend:
Steuern, durch den Signalprozessor/die Steuerung, der Übertragung des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse zu den entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds hin, indem eine zufällige Zeitverzögerung zwischen eine oder mehrere sukzessive Übertragungen des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse eingefügt wird.

17. Verfahren zum Kalibrieren eines Flash-LIDAR-Systems, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
Bereitstellen des Flash-LIDAR-Systems einschließlich eines Flash-Illuminatorarrays mit mehreren Illuminatoren, eines Flash-Detektorarrays mit mehreren Lichtdetektoren und eines Signalprozessors/einer Steuerung;
nacheinander Übertragen, durch die mehreren Illuminatoren, eines oder mehrerer Lichtstrahlimpulse zu einem Kalibrationsreflektor hin, wobei der Kalibrationsreflektor eine im Wesentlichen gleichförmige Reflektoroberfläche aufweist;
als Reaktion auf den einen oder die mehreren Lichtstrahlimpulse, die nacheinander durch die jeweiligen Illuminatoren übertragen werden, Empfangen, an den mehreren Lichtdetektoren, eines oder mehrerer reflektierter Lichtstrahlimpulse vom Kalibrationsreflektor;
Messen, durch den Signalprozessor/die Steuerung, von mehreren Lichtintensitätspegeln an den mehreren jeweiligen Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays und
Herleiten, durch den Signalprozessor/die Steuerung, von mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren am Flash-Detektorarray basierend auf den gemessenen Lichtintensitätspegeln, wobei jede Teilmenge von Lichtdetektoren beim Empfangen von weiteren reflektierten Lichtstrahlimpulsen als Reaktion auf weitere übertragene Lichtstrahlimpulse von einem jeweiligen Illuminator verwendet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Herleiten der mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren am Flash-Detektorarray Herleiten der mehreren Teilmengen beinhaltet, so dass jeder Lichtdetektor in einer jeweiligen Teilmenge einen gemessenen Lichtintensitätspegel aufweist, der gleich mindestens einem vorbestimmten Lichtintensitätspegel ist.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17–18, wobei das Herleiten der mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren am Flash-Detektorarray Herleiten eines Bereichs von mindestens einer Teilmenge von Lichtdetektoren beinhaltet, so dass dieser kleiner als ein Gesamtbereich des Flash-Detektorarrays ist, in dem mindestens ein Lichtdetektor einen gemessenen Lichtintensitätspegel aufweist, der gleich mindestens einem vorbestimmten Lichtintensitätspegel ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17–19, wobei das Herleiten der mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren am Flash-Detektorarray Herleiten eines Bereichs von mindestens einer Teilmenge von Lichtdetektoren beinhaltet, so dass dieser größer als ein Gesamtbereich des Flash-Detektorarrays ist, in dem mindestens ein Lichtdetektor einen gemessenen Lichtintensitätspegel aufweist, der gleich mindestens einem vorbestimmten Lichtintensitätspegel ist.

Description:
GEBIET DER OFFENBARUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Flash-LIDAR-Systeme und -Verfahren und insbesondere Flash-LIDAR-Systeme und -Verfahren, die ein segmentiertes Sichtfeld einsetzen und das Sichtfeld unter Verwendung von Randomisierung der Beleuchtungszeit und/oder der Beleuchtungsrichtung in Segmenten abtasten können.

HINTERGRUND

Systeme und Verfahren mit Flash-Lichtdetektion und -entfernungsmessung (vorliegend auch als „Flash-LIDAR“ bezeichnet) sind bekannt, die eine Beleuchtungsquelle zum Richten von gepulsten Lichtstrahlen zu einem Zielobjekt innerhalb eines Sichtfelds und ein Lichtdetektorarray zum Empfangen von Licht, das vom Zielobjekt reflektiert wird, einsetzen. Für jeden zum Zielobjekt gerichteten gepulsten Lichtstrahl kann das Lichtdetektorarray reflektiertes Licht, das einem Rahmen von Daten entspricht, empfangen. Des Weiteren kann der Abstand oder die Entfernung zum Zielobjekt unter Verwendung von einem oder mehreren Rahmen von Daten erhalten werden, indem die verstrichene Zeit zwischen einer Übertragung des gepulsten Lichtstrahls durch die Beleuchtungsquelle und einem Empfang des reflektierten Lichts am Lichtdetektorarray bestimmt wird. Derartige Flash-LIDAR-Systeme und -Verfahren sind bei zahlreichen und vielfältigen Kraftfahrzeug-, Industrie- und Militäranwendungen eingesetzt worden.

Ein herkömmliches Flash-LIDAR-System kann eine Beleuchtungsquelle, ein Lichtdetektorarray und eine Steuerung beinhalten. Die Beleuchtungsquelle kann einen einzelnen Illuminator (z.B. einen Laser) oder ein Array von Illuminatoren beinhalten und das Lichtdetektorarray kann ein Array von Pixelempfängerelementen (z.B. Photodioden) beinhalten. Bei einem typischen Betriebsmodus kann die Steuerung die Beleuchtungsquelle betreiben, so dass ein oder mehrere gepulste Lichtstrahlen erzeugt wird bzw. werden, und die gepulsten Lichtstrahlen in eine oder mehrere Richtungen lenken, um ein Sichtfeld mit einem darin angeordneten Zielobjekt zu beleuchten. Die Steuerung kann zum Beispiel die gepulsten Lichtstrahlen lenken, indem der Illuminator oder das Array von Illuminatoren bewegt wird. Alternativ dazu kann das Flash-LIDAR-System einen beweglichen Spiegel beinhalten und die Steuerung kann den Spiegel bewegen, um die durch den einen oder die mehreren Illuminatoren erzeugten gepulsten Lichtstrahlen über das Sichtfeld auf eine Rasterabtastungsweise zu streichen. Das Flash-LIDAR-System kann alternativ dazu konfiguriert sein, eine Vielzahl von linear angeordneten Illuminator-/Lichtdetektorpaaren zu beinhalten, und die Steuerung kann die Illuminator-/Lichtdetektorpaaranordnung bis zu 360 Grad drehen, um das Sichtfeld zu beleuchten und Licht, das vom Zielobjekt reflektiert wird, zu empfangen. Während es das Sichtfeld beleuchtet und das reflektierte Licht empfängt, kann das Flash-LIDAR-System einen Rahmen von Daten für jeden gepulsten Lichtstrahl, der durch die Beleuchtungsquelle erzeugt wird, erhalten und Abstandsinformationen, die die Entfernung zum Zielobjekt betreffen, unter Verwendung der Rahmen von Daten bestimmen.

KURZDARSTELLUNG DER OFFENBARUNG

Gemäß der vorliegenden Anmeldung werden verbesserte Systeme und Verfahren mit Flash-Lichtdetektion und -entfernungsmessung (vorliegend auch als „Flash-LIDAR“ bezeichnet) zum Bestimmen der Entfernung zu einem in einem Sichtfeld angeordneten Zielobjekt offenbart. Bei einem Aspekt kann ein Flash-LIDAR-System ein Array von Illuminatoren, ein Array von Lichtdetektoren und einen Signalprozessor/eine Steuerung beinhalten sowie ein Sichtfeld aufweisen, in dem ein Zielobjekt angeordnet sein kann. Das Flash-LIDAR-System kann das Sichtfeld effektiv in mehrere Segmente unterteilen und kann jedes Segment des Sichtfelds nacheinander mit einem oder mehreren gepulsten Lichtstrahlen unter Verwendung eines jeweiligen Illuminators im Illuminatorarray beleuchten. Jeder Illuminator im Illuminatorarray kann einem spezifischen Segment des Sichtfelds entsprechen und kann zum selektiven Beleuchten seines entsprechenden Segments des Sichtfelds unter Steuerung des Signalprozessors/der Steuerung verwendet werden. Der Signalprozessor/die Steuerung kann die jeweiligen Illuminatoren im Illuminatorarray steuern, so dass das Sichtfeld unter Verwendung von Randomisierung der Beleuchtungszeit und/oder der Beleuchtungsrichtung in Segmenten abgetastet wird. Das Flash-LIDAR-System kann auch das Array von Lichtdetektoren effektiv in mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren unterteilen. Wie die jeweiligen Illuminatoren im Illuminatorarray kann jede Teilmenge von Lichtdetektoren im Lichtdetektorarray einem spezifischen Segment des Sichtfelds entsprechen. Wenn die jeweiligen Illuminatoren das Sichtfeld in Segmenten abtasten und jedes Segment mit einem oder mehreren gepulsten Lichtstrahlen beleuchten, kann jede Teilmenge von Lichtdetektoren Licht, das von mindestens einem Teil eines in ihrem entsprechenden Segment des Sichtfelds angeordneten Zielobjekts reflektiert wird, empfangen. Nachdem das Sichtfeld in Segmenten abgetastet und Licht, das in zumindest manchen der Segmente vom Zielobjekt reflektiert wird, empfangen worden ist, kann der Signalprozessor/die Steuerung für jedes Segment einen Rahmen von Daten für jeden gepulsten Lichtstrahl, der vom Segment empfangen wird, erhalten und unter Verwendung der Rahmen von Daten, die für die jeweiligen Segmente erhalten werden, Abstandsinformationen, die die Entfernung zum Zielobjekt betreffen, bestimmen. Durch das effektive Unterteilen seines Sichtfelds in mehrere Segmente, das Erhalten eines Rahmens von Daten für jeden gepulsten Lichtstrahl, der von einem jeweiligen Segment empfangen wird, und das Bestimmen von Abstandsinformationen, die die Entfernung zum Zielobjekt betreffen, unter Verwendung der Rahmen von Daten, die für die jeweiligen Segmente erhalten werden, kann das offenbarte Flash-LIDAR-System seinen Betriebsbereich vorteilhaft verbessern. Darüber hinaus kann das offenbarte Flash-LIDAR-System durch Abtasten des Sichtfelds in Segmenten unter Verwendung von Randomisierung der Beleuchtungszeit und/oder der Beleuchtungsrichtung vorteilhaft eine verbesserte Störresistenz bereitstellen.

Bei bestimmten Ausführungsformen ist ein Flash-LIDAR-System offenbart, das ein Sichtfeld aufweist, das dazu konfiguriert ist, zumindest einen Teil eines Zielobjekts einzuschließen. Das Flash-LIDAR-System beinhaltet ein Flash-Illuminatorarray einschließlich mehrerer Illuminatoren, ein Flash-Detektorarray einschließlich mehrerer Lichtdetektoren und einen Signalprozessor/eine Steuerung. Das Flash-Detektorarray ist in mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren unterteilt und das Sichtfeld ist in mehrere Segmente unterteilt. Die mehreren Illuminatoren sind funktionsfähig, entsprechende jeweilige Segmente des Sichtfelds zu beleuchten und nacheinander einen oder mehrere Lichtstrahlimpulse zu den jeweiligen entsprechenden Segmenten des Sichtfelds zu übertragen. Die mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren sind als Reaktion auf den einen oder die mehreren Lichtstrahlimpulse, der bzw. die nacheinander durch die jeweiligen Illuminatoren übertragen wird bzw. werden, funktionsfähig, einen oder mehrere reflektierte Lichtstrahlimpulse von den mehreren jeweiligen Segmenten des Sichtfelds zu empfangen. Der Signalprozessor/die Steuerung ist funktionsfähig, eine verstrichene Zeit zwischen der Übertragung des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse durch die jeweiligen Illuminatoren und dem Empfang des einen oder der mehreren reflektierten Lichtstrahlimpulse an den jeweiligen Teilmengen von Lichtdetektoren zu bestimmen, um einen Abstand zum Zielobjekt zu erhalten.

Bei bestimmten weiteren Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Betreiben eines Flash-LIDAR-Systems offenbart, wobei das Flash-LIDAR-System ein Sichtfeld aufweist, das dazu konfiguriert ist, zumindest einen Teil eines Zielobjekts einzuschließen. Das Verfahren beinhaltet Bereitstellen des Flash-LIDAR-Systems einschließlich eines Flash-Illuminatorarrays mit mehreren Illuminatoren, eines Flash-Detektorarrays mit mehreren Lichtdetektoren und eines Signalprozessors/einer Steuerung. Das Flash-Detektorarray ist in mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren unterteilt und das Sichtfeld ist in mehrere Segmente unterteilt. Das Verfahren beinhaltet ferner Beleuchten, durch die mehreren Illuminatoren, von entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds, indem ein oder mehrere Lichtstrahlimpulse nacheinander zu den entsprechenden jeweiligen Segmenten des Sichtfelds übertragen wird bzw. werden. Das Verfahren beinhaltet noch ferner als Reaktion auf den einen oder die mehreren Lichtstrahlimpulse, der bzw. die nacheinander durch die jeweiligen Illuminatoren übertragen werden, Empfangen, durch die mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren, eines oder mehrerer reflektierter Lichtstrahlimpulse von den mehreren jeweiligen Segmenten des Sichtfelds. Das Verfahren beinhaltet auch Bestimmen, durch den Signalprozessor/die Steuerung, einer verstrichenen Zeit zwischen der Übertragung des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse durch die jeweiligen Illuminatoren und dem Empfang des einen oder der mehreren reflektierten Lichtstrahlimpulse an den jeweiligen Teilmengen von Lichtdetektoren, um einen Abstand zum Zielobjekt zu erhalten.

Bei bestimmten zusätzlichen Ausführungsformen ist ein Verfahren zum Kalibrieren eines Flash-LIDAR-Systems offenbart. Das Verfahren beinhaltet Bereitstellen des Flash-LIDAR-Systems einschließlich eines Flash-Illuminatorarrays mit mehreren Illuminatoren, eines Flash-Detektorarrays mit mehreren Lichtdetektoren und eines Signalprozessors/einer Steuerung. Das Verfahren beinhaltet ferner nacheinander Übertragen, durch die mehreren Illuminatoren, eines oder mehrerer Lichtstrahlimpulse zu einem Kalibrationsreflektor hin, der eine im Wesentlichen gleichförmige Reflektoroberfläche aufweist. Das Verfahren beinhaltet noch ferner als Reaktion auf den einen oder die mehreren Lichtstrahlimpulse, die nacheinander durch die jeweiligen Illuminatoren übertragen werden, Empfangen, an den mehreren Lichtdetektoren, eines oder mehrerer reflektierter Lichtstrahlimpulse vom Kalibrationsreflektor und Messen, durch den Signalprozessor/die Steuerung, von mehreren Lichtintensitätspegeln an den mehreren jeweiligen Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays. Das Verfahren beinhaltet auch Herleiten, durch den Signalprozessor/die Steuerung, von mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren am Flash-Detektorarray basierend auf den gemessenen Lichtintensitätspegeln. Jede Teilmenge von Lichtdetektoren besteht zur Verwendung beim Empfangen von weiteren reflektierten Lichtstrahlimpulsen als Reaktion auf weitere übertragene Lichtstrahlimpulse von einem jeweiligen Illuminator.

Andere Merkmale, Funktionen und Aspekte der vorliegenden Anmeldung werden aus der folgenden Ausführlichen Beschreibung ersichtlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die begleitenden Zeichnungen, die in dieser Spezifikation aufgenommen sind und einen Teil dieser bilden, veranschaulichen eine oder mehrere vorliegend beschriebene Ausführungsformen und erläutern zusammen mit der Ausführlichen Beschreibung diese Ausführungsformen. In den Zeichnungen:

ist 1a ein Diagramm eines beispielhaften Systems mit Flash-Lichtdetektion und -entfernungsmessung („Flash-LIDAR“), das in einem Kraftfahrzeug implementiert ist, gemäß der vorliegenden Anmeldung;

ist 1b ein Timing-Diagramm, das beispielhafte Lichtstrahlimpulse veranschaulicht, die durch das Flash-LIDAR-System von 1a übertragen werden können;

ist 1c ein Timing-Diagramm, das einen beispielhaften reflektierten Lichtstrahlimpuls veranschaulicht, der durch das Flash-LIDAR-System von 1a empfangen werden kann;

ist 1d ein Blockdiagramm des Flash-LIDAR-Systems von 1a;

ist 2a ein Diagramm eines beispielhaften segmentierten Sichtfelds des Flash-LIDAR-Systems von 1a;

ist 2b ein Diagramm eines beispielhaften Arrays von Illuminatoren, das im Flash-LIDAR-System von 1a enthalten ist;

ist 2c ein Diagramm eines beispielhaften Arrays von Lichtdetektoren, das im Flash-LIDAR-System von 1a enthalten ist;

sind 2d2i Diagramme, die ein beispielhaftes Szenario des Verwendens des Flash-LIDAR-Systems von 1a veranschaulichen;

sind 2j und 2k Diagramme, die ein erstes beispielhaftes Szenario des Abtastens des Sichtfelds von 2a in Segmenten veranschaulichen;

sind 2l und 2m Diagramme, die ein zweites beispielhaftes Szenario des Abtastens des Sichtfelds von 2a in Segmenten veranschaulichen;

ist 3a ein Schaltplan eines beispielhaften Transimpedanz-Verstärkers, der im Flash-LIDAR-System von 1a enthalten ist;

ist 3b ein Schaltplan von beispielhaften Multiplexer-/Transimpedanz-Verstärker-Paaren, die im Flash-LIDAR-System von 1a enthalten sind;

ist 3c ein Schaltplan von beispielhaften Signalverarbeitungs-/Steuerschaltkreisen, die im Flash-LIDAR-System von 1a enthalten sind;

ist 4 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens des Betreibens des Flash-LIDAR-Systems von 1a;

ist 5 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens des Kalibrierens des Arrays von Lichtdetektoren von 2c und des Herleitens von mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren im Array von Lichtdetektoren;

ist 6 ein Diagramm, das ein erstes beispielhaftes Szenario des Kalibrierens des Arrays von Lichtdetektoren von 2c veranschaulicht;

sind 7a7d Diagramme, die ein zweites beispielhaftes Szenario des Kalibrierens des Arrays von Lichtdetektoren von 2c veranschaulichen; und

ist 8 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens einer anfänglichen Kalibration des Arrays von Lichtdetektoren von 2c.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Verbesserte Systeme und Verfahren mit Flash-Lichtdetektion und -entfernungsmessung (vorliegend auch als „Flash-LIDAR“ bezeichnet) sind zum Bestimmen der Entfernung zu einem in einem Sichtfeld angeordneten Zielobjekt offenbart. Bei einer Ausführungsform ist ein Flash-LIDAR-System offenbart, das ein Array von Illuminatoren, ein Array von Lichtdetektoren und einen Signalprozessor/eine Steuerung beinhalten kann sowie ein Sichtfeld, in dem ein Zielobjekt angeordnet sein kann, aufweist. Das Flash-LIDAR-System kann das Sichtfeld effektiv in mehrere Segmente unterteilen und es kann erzielt werden, dass jeder Illuminator im Illuminatorarray einem spezifischen Segment des Sichtfelds entspricht. Das Flash-LIDAR-System kann auch das Lichtdetektorarray effektiv in mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren unterteilen. Wie die jeweiligen Illuminatoren im Illuminatorarray kann erzielt werden, dass jede Teilmenge von Lichtdetektoren im Lichtdetektorarray einem spezifischen Segment des Sichtfelds entspricht.

Die offenbarten Flash-LIDAR-Systeme und -Verfahren können zumindest manche der Nachteile von herkömmlichen Flash-LIDAR-Systemen und -Verfahren vermeiden, die während des Betriebs typischerweise aufgefordert werden, ein gesamtes Sichtfeld mit einem oder mehreren gepulsten Lichtstrahlen zu beleuchten und jegliches Licht, das von einem Zielobjekt als Reaktion auf das Beleuchten des gesamten Sichtfelds reflektiert wird, zu empfangen. Für derartige herkömmliche Flash-LIDAR-Systeme und -Verfahren erhöht sich jedoch der Gesamtbereich des Sichtfelds exponentiell, wenn sich der Abstand oder die Entfernung zum Zielobjekt erhöht, wodurch die Beleuchtungsdichte am Zielobjekt verringert und die Reichweite des Systems eingeschränkt wird.

Um die Reichweite von Flash-LIDAR-Systemen und -Verfahren zu verbessern, können die Illuminatoren des offenbarten Flash-LIDAR-Systems das Sichtfeld in Segmenten abtasten, indem jeder der kleineren Bereiche der jeweiligen Segmente selektiv mit einem oder mehreren gepulsten Lichtstrahlen beleuchtet wird. Jede Teilmenge von Lichtdetektoren des offenbarten Flash-LIDAR-Systems kann dann funktionsfähig sein, Licht zu empfangen, das von zumindest einem Teil eines Zielobjekts, das in seinem entsprechenden Segment des Sichtfelds angeordnet ist, reflektiert wird. Nachdem das Sichtfeld in Segmenten abgetastet und Licht, das vom Zielobjekt in zumindest manchen der Segmente reflektiert wird, empfangen worden ist, kann der Signalprozessor/die Steuerung des offenbarten Flash-LIDAR-Systems einen Rahmen von Daten für jeden reflektierten gepulsten Lichtstrahl, der vom Zielobjekt in einem jeweiligen Segment empfangen wird, erhalten. Unter Verwendung der Rahmen von Daten kann der Signalprozessor/die Steuerung dann Abstandsinformationen, die die Entfernung zum Zielobjekt betreffen, bestimmen. Durch das effektive Unterteilen des Sichtfelds in mehrere Segmente, das Erhalten eines Rahmens von Daten für jeden reflektierten gepulsten Lichtstrahl, der vom Zielobjekt in einem jeweiligen Segment empfangen wird, und das Bestimmen von Abstandsinformationen, die die Entfernung zum Zielobjekt betreffen, unter Verwendung der Rahmen von Daten kann das offenbarte Flash-LIDAR-System die Verringerung der Beleuchtungsdichte am Zielobjekt vorteilhaft mindern, wenn sich der Abstand oder die Entfernung zum Zielobjekt erhöht, wodurch sein Betriebsbereich verbessert wird.

1a bildet eine veranschaulichende Ausführungsform eines beispielhaften Flash-LIDAR-Systems 109, das in einem Kraftfahrzeug 100 implementiert ist, gemäß der vorliegenden Anmeldung ab. Es wird angemerkt, dass das Flash-LIDAR-System 109 vorliegend unter Bezugnahme auf eine Kraftfahrzeuganwendung für Veranschaulichungszwecke beschrieben wird und das Flash-LIDAR-System 109 alternativ dazu in beliebigen anderen geeigneten Kraftfahrzeug-, Industrie- oder Militäranwendungen eingesetzt werden kann. Wie in 1a dargestellt, kann das Flash-LIDAR-System 109 ein Flash-Illuminatorarray 110 und ein Flash-Detektorarray 120 beinhalten. Das Flash-Illuminatorarray 110 kann zum Beispiel mehrere Infrarot(IR)-Leuchtdioden (LEDs), mehrere Laserdioden oder mehrere beliebige andere geeignete Illuminatoren beinhalten. Des Weiteren kann das Flash-Detektorarray 120 mehrere Pixelempfängerelemente (z.B. Photodioden) oder mehrere beliebige andere geeignete Lichtdetektoren beinhalten.

Bei einem beispielhaften Betriebsmodus, während das Kraftfahrzeug 100 fährt oder auf einer Straße 102 oder einer beliebigen anderen geeigneten Oberfläche geparkt ist, kann das Flash-Illuminatorarray 110 einen oder mehrere Lichtstrahlimpulse 106 übertragen, die von der Vorderseite 100F des Kraftfahrzeugs 100 zu einem Zielobjekt 105 (z.B. einer Mauer) gerichtet werden, wodurch ein zweidimensionales Sichtfeld 108, das zumindest einen Teil des Zielobjekts 105 einschließt, beleuchtet wird. Für jeden der zum Zielobjekt 105 gerichteten Lichtstrahlimpulse 106 kann das Flash-Detektorarray 120 mindestens einen reflektierten Lichtstrahlimpuls 107, der mindestens einem Rahmen von Daten entspricht, empfangen. Unter Verwendung eines oder mehrerer derartiger Rahmen von Daten kann der Abstand oder die Entfernung 101 vom Flash-LIDAR-System 109 zum Zielobjekt 105 erhalten werden, indem die verstrichene Zeit zwischen der Übertragung des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse 106 durch das Flash-Illuminatorarray 110 und dem Empfang des einen oder der mehreren reflektierten Lichtstrahlimpulse 107 am Flash-Detektorarray 120 bestimmt wird.

1b bildet eine beispielhafte Reihe von Lichtstrahlimpulsen 106 ab, die durch das Flash-Illuminatorarray 110 des Flash-LIDAR-Systems 109 übertragen werden können. Wie in 1b dargestellt, weist jeder der Lichtstrahlimpulse 106 eine vorbestimmte Amplitude 103 und Pulsbreite 161 auf. Des Weiteren kann die Reihe von Lichtstrahlimpulsen 106 eine Periode 162 (z.B. von Zeit „0“ zu Zeit „1“; siehe 1b) zwischen den jeweiligen Lichtstrahlimpulsen 106 definieren. Jeder der Lichtstrahlimpulse 106, die durch das Flash-Illuminatorarray 110 übertragen werden, kann zumindest teilweise vom Zielobjekt 105 reflektiert werden, so dass ein reflektierter Lichtstrahlimpuls, wie etwa der Lichtstrahlimpuls 107 (siehe 1c), erzeugt wird. Es wird angemerkt, dass sich ein übertragener Lichtstrahlimpuls (wie etwa der Lichtstrahlimpuls 106) mit der zurückgelegten Entfernung von seiner Übertragungsquelle zerstreuen oder abschwächen kann. Ein übertragenes elektromagnetisches Signal kann sich zum Beispiel mit dem Quadrat seiner Entfernung von seinem Sender abschwächen. Gleichermaßen kann sich ein reflektierter Lichtstrahlimpuls (wie etwa der Lichtstrahlimpuls 107) mit der zurückgelegten Entfernung von seinem Reflexionspunkt, der unter Bezugnahme auf das Flash-LIDAR-System 109 (siehe 1a) dem durch das Sichtfeld 108 eingeschlossenen Teil des Zielobjekts 105 entsprechen kann, zerstreuen oder abschwächen.

1c bildet einen beispielhaften Lichtstrahlimpuls ab, der dem durch den Lichtstrahlimpuls 106 erzeugten reflektierten Lichtstrahlimpuls 107 entspricht, der durch das Flash-Illuminatorarray 110 zur Zeit 0 (siehe 1b) übertragen werden kann und letztlich vom Zielobjekt 105 zwischen Zeit 0 und Zeit 1 (siehe auch 1c) reflektiert werden kann. Es wird angemerkt, dass ein anderer (nicht dargestellter) reflektierter Lichtstrahlimpuls wie der Lichtstrahlimpuls 107 von 1c durch den Lichtstrahlimpuls 106, der durch das Flash-Illuminatorarray 110 zur Zeit 1 (siehe 1b) übertragen wird, erzeugt werden kann und letztlich vom Zielobjekt 105 zu einem Zeitpunkt nach Zeit 1 reflektiert werden kann. Wie in 1c dargestellt, weist der Lichtstrahlimpuls 107 eine resultierende Amplitude 104 und Pulsbreite 171 auf. Der Lichtstrahlimpuls 107 kann zum Beispiel ein Infrarot-Lichtstrahlimpuls sein, der sich mit dem Quadrat der zurückgelegten Entfernung von seinem Reflexionspunkt (z.B. dem Teil des Zielobjekts 105, das durch das Sichtfeld 108 eingeschlossen wird) zerstreuen oder abschwächen kann. Die Amplitude 104 des reflektierten Lichtstrahlimpulses 107 kann daher kleiner als die Amplitude 103 des übertragenen Lichtstrahlimpulses 106 sein. Es wird angemerkt, dass die verstrichene Zeit zwischen der Übertragung des Lichtstrahlimpulses 106 durch das Flash-Illuminatorarray 110 und dem Empfang seines entsprechenden reflektierten Lichtstrahlimpulses 107 am Flash-Detektorarray 120 vorliegend auch als die „Laufzeit“ des Lichtstrahlimpulses 106, 107 bezeichnet wird.

1d bildet eine veranschaulichende Ausführungsform des Flash-LIDAR-Systems 109 von 1a ab. Wie in 1d dargestellt, kann das Flash-LIDAR-System 109 das Flash-Illuminatorarray 110, das Flash- Detektorarray 120 und einen Signalprozessor/eine Steuerung 130 beinhalten. Der Signalprozessor/die Steuerung 130 kann (1) einen oder mehrere Illuminatoren des Flash-Illuminatorarrays 110 über eine Steuerleitung 112 zum Abtasten des Sichtfelds 108 mit einem oder mehreren übertragenen Lichtstrahlimpulsen 106 steuern, (2) die Übertragung der Lichtstrahlimpulse 106 mit dem Empfang von einem oder mehreren reflektierten Lichtstrahlimpulsen 107 am Flash-Detektorarray 120 über eine Steuerleitung 114 synchronisieren, (3) einen Rahmen von Daten für jeden der reflektierten Lichtstrahlimpulse 107, die am Flash-Detektorarray 120 empfangen werden, über eine Datenleitung 116 erhalten und (4) unter Verwendung von einem oder mehreren derartiger Rahmen von Daten die Laufzeit der übertragenen/reflektierten Lichtstrahlimpulse 106, 107 bestimmen, um Abstandsinformationen, die die Entfernung 101 von Flash-LIDAR-System 109 zum Zielobjekt 105 betreffen, zu erhalten.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Flash-LIDAR-System 109 das zweidimensionale Sichtfeld 108 effektiv in mehrere Segmente unterteilen und es kann erzielt werden, dass jeder Illuminator des Flash-Illuminatorarrays 110 ein entsprechendes Segment des Sichtfelds 108 beleuchtet. Das Sichtfeld 108 kann zum Beispiel effektiv in mehrere Segmente 108a108f (siehe 2a) des Gesamtbereichs des Sichtfelds 108 oder eine beliebige andere geeignete Mehrzahl von Segmenten des Sichtfelds 108 unterteilt werden. Des Weiteren kann das Flash-Illuminatorarray 110 mehrere Illuminatoren 110a110f (siehe 2b) beinhalten, die zum Beleuchten der entsprechenden mehreren jeweiligen Segmente 108a108f des Sichtfelds 108 verwendet werden können. Bei bestimmten Ausführungsformen kann jeder der mehreren Illuminatoren 110a110f des Flash-Illuminatorarrays 110 eine Beleuchtungseinrichtung oder mehr als eine derartige Beleuchtungseinrichtung beinhalten.

Das Flash-LIDAR-System 109 kann auch das Flash-Detektorarray 120 effektiv in mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren unterteilen, wobei jede Teilmenge von Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays 120 zum Empfangen eines oder mehrerer reflektierter Lichtstrahlimpulse von einem entsprechenden Segment des Sichtfelds 108 verwendet werden kann. Das Flash-Detektorarray 120 kann zum Beispiel effektiv in mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren 120a120f (siehe 2c) unterteilt werden, die zum Empfangen von reflektierten Lichtstrahlimpulsen von den entsprechenden mehreren jeweiligen Segmenten 108a108f des Sichtfelds 108 verwendet werden können. Des Weiteren kann jede der mehreren Teilmengen 120a120f am Flash-Detektorarray 120 hergeleitet werden, so dass sie eine Gruppe von einem oder mehreren Lichtdetektoren beinhaltet, wie etwa die in der Teilmenge 120a enthaltenen Lichtdetektoren 120a1120a9, die in der Teilmenge 120b enthaltenen Lichtdetektoren 120b1120b9, die in der Teilmenge 120c enthaltenen Lichtdetektoren 120c1120c9, die in der Teilmenge 120d enthaltenen Lichtdetektoren 120d1120d9, die in der Teilmenge 120e enthaltenen Lichtdetektoren 120e1120e9 und die in der Teilmenge 120f enthaltenen Lichtdetektoren 120f1120f9 (siehe 2d2i). Wie in den 2b und 2c veranschaulicht, kann die Gesamtanzahl von Lichtdetektoren (z.B. Photodioden), die in den mehreren Teilmengen 120a120f des Flash-Detektorarrays 120 enthalten sind, die Gesamtanzahl von Illuminatoren (z.B. IR-LEDs) 110a110f des Flash-Illuminatorarrays 110 überschreiten.

Das offenbarte Flash-LIDAR-System 109 wird ferner unter Bezugnahme auf das folgende veranschaulichende Beispiel und die 2d2i verstanden. Bei diesem Beispiel kann der Signalprozessor/die Steuerung 130 des Flash-LIDAR-Systems 109 die jeweiligen Illuminatoren 110a110f des Flash-Illuminatorarrays 110 steuern, so dass der Gesamtbereich des Sichtfelds 108 in Segmenten abgetastet wird, indem die kleineren Bereiche der jeweiligen Segmente 108a108f des Sichtfelds 108 nacheinander mit jeweiligen übertragenen Lichtstrahlimpulsen 106a106f beleuchtet werden. Jede Teilmenge 120a, 120b, 120c, 120d, 120e oder 120f des Flash-Detektorarrays 120 kann dann funktionsfähig sein, einen reflektierten Lichtstrahlimpuls 107a, 107b, 107c, 107d, 107e oder 107f nacheinander vom Teil des Zielobjekts 105, das durch seine entsprechenden Segmente 108a, 108b, 108c, 108d, 108e oder 108f des Sichtfelds 108 eingeschlossen wird, zu empfangen.

Bei diesem Beispiel steuert der Signalprozessor/die Steuerung 130 die Illuminatoren 110a110f, die jeweiligen Segmente 108a108f der Reihe nach selektiv zu beleuchten, angefangen mit dem Segment 108a und fortfahrend zum Segment 108f. Bei bestimmten Ausführungsformen kann das Flash-LIDAR-System 109 geeignete Optiken und/oder bewegliche Spiegel beinhalten sowie eine geeignete Positionierung der Illuminatoren 110a110f des Flash-Illuminatorarrays 110 implementieren, um jeden der übertragenen Lichtstrahlimpulse 106a106f zu seinem entsprechenden Segment des Sichtfelds 108 zu richten. Bei bestimmten weiteren Ausführungsformen kann das Flash-Illuminatorarray 110 derart konfiguriert sein, dass erzielt werden kann, dass jeder der übertragenen Lichtstrahlimpulse 106a106f durch ein Medium oder eine Einrichtung (z.B. ein Lithiumniobat(LiNbO3)-Kristallmedium, eine Flüssigkristall-Wellenleitereinrichtung) mit einem steuerbaren Brechungswinkel, der durch den Signalprozessor/die Steuerung 130 gesteuert werden kann, läuft, so dass der übertragene Lichtstrahlimpuls zu seinem entsprechenden Segment des Sichtfelds 108 gerichtet wird. Auf diese Weise kann das Flash-LIDAR-System 109 vorteilhaft im Wesentlichen ohne bewegliche Teile implementiert werden.

Wie in 2d dargestellt, kann der Illuminator 110a des Flash-Illuminatorarrays 110 ein Abtasten des Gesamtbereichs des Sichtfelds 108 starten, indem ein oder mehrere Lichtstrahlimpulse 106a zum Beleuchten des kleineren Bereichs des Segments 108a übertragen wird bzw. werden. Wie vorliegend beschrieben, kann das zweidimensionale Sichtfeld 108 zumindest einen Teil des Zielobjekts 105 (z.B. eine Mauer) einschließen. Bei diesem Beispiel kann der Teil des Zielobjekts 105, der durch das Sichtfeld 108 eingeschlossen wird, einen Gesamtbereich des Sichtfelds 108 füllen und daher können die durch den Illuminator 110a übertragenen Lichtstrahlimpulse 106a auf das Zielobjekt 105 durchgehend über den kleineren Bereich des Segments 108a einfallen. Für jeden Lichtstrahlimpuls 106a, der auf den Teil des Zielobjekts 105, der durch das Segment 108a eingeschlossen wird, einfällt, können die in der Teilmenge 120a des Flash-Detektorarrays 120 enthaltenen Lichtdetektoren 120a1120a9 jeweils einen reflektierten Lichtstrahlimpuls 107a, der einem Rahmen von Daten entspricht, empfangen. Es wird angemerkt, dass zur Klarheit der Veranschaulichung dargestellt wird, dass nur die Lichtdetektoren 120a1120a4 und 120a7 in der Teilmenge 120a des Flash-Detektorarrays 120 reflektierte Lichtstrahlimpulse 107a empfangen und dass die verbleibenden Lichtdetektoren 120a5, 120a6, 120a8 und 120a9 in der Teilmenge 120a auch reflektierte Lichtstrahlimpulse 107a auf eine ähnliche Weise empfangen können.

Anschließend an die Übertragung der Lichtstrahlimpulse 106a durch den Illuminator 110a des Flash-Illuminatorarrays 110 und den Empfang der reflektierten Lichtstrahlimpulse 107a an der Teilmenge 120a des Flash-Detektorarrays 120 kann der Illuminator 110b einen oder mehrere Lichtstrahlimpulse 106b übertragen, so dass der Bereich des Segments 108b des Sichtfelds 108 beleuchtet wird, wie in 2e dargestellt ist. Da der Teil des Zielobjekts 105, der durch das Sichtfeld 108 eingeschlossen wird, den Gesamtbereich des Sichtfelds 108 füllen kann, können die durch den Illuminator 110b übertragenen Lichtstrahlimpulse 106b auf das Zielobjekt 105 durchgehend über den kleineren Bereich des Segments 108b einfallen. Für jeden Lichtstrahlimpuls 106b, der auf den Teil des Zielobjekts 105, der durch das Segment 108b eingeschlossen wird, einfällt, können die in der Teilmenge 120b des Flash-Detektorarrays 120 enthaltenen Lichtdetektoren 120b1120b9 jeweils einen reflektierten Lichtstrahlimpuls 107b, der einem Rahmen von Daten entspricht, empfangen. Es wird angemerkt, dass zur Klarheit der Veranschaulichung dargestellt wird, dass nur die Lichtdetektoren 120b1120b4 und 120b7 in der Teilmenge 120b des Flash-Detektorarrays 120 reflektierte Lichtstrahlimpulse 107b empfangen und dass die verbleibenden Lichtdetektoren 120b5, 120b6, 120b8 und 120b9 in der Teilmenge 120b auch reflektierte Lichtstrahlimpulse 107b auf eine ähnliche Weise empfangen können.

Gleichermaßen, anschließend an die Übertragung der Lichtstrahlimpulse 106b durch den Illuminator 110b des Flash-Illuminatorarrays 110 und den Empfang der reflektierten Lichtstrahlimpulse 107b an der Teilmenge 120b des Flash-Detektorarrays 120, kann der Illuminator 110c einen oder mehrere Lichtstrahlimpulse 106c übertragen, so dass der Bereich des Segments 108c des Sichtfelds 108 beleuchtet wird, wie in 2f dargestellt ist. Derartige durch den Illuminator 110c übertragene Lichtstrahlimpulse 106c können auf das Zielobjekt 105 durchgehend über den Bereich des Segments 108c einfallen. Für jeden Lichtstrahlimpuls 106c, der auf den Teil des Zielobjekts 105, der durch das Segment 108c eingeschlossen wird, einfällt, können die in der Teilmenge 120c des Flash-Detektorarrays 120 enthaltenen Lichtdetektoren 120c1120c9 jeweils einen reflektierten Lichtstrahlimpuls 107c, der einem Rahmen von Daten entspricht, empfangen. Es wird angemerkt, dass zur Klarheit der Veranschaulichung dargestellt wird, dass nur die Lichtdetektoren 120c1120c4 und 120c7 in der Teilmenge 120c des Flash-Detektorarrays 120 reflektierte Lichtstrahlimpulse 107c empfangen und dass die verbleibenden Lichtdetektoren 120c5, 120c6, 120c8 und 120c9 in der Teilmenge 120c auch reflektierte Lichtstrahlimpulse 107b auf eine ähnliche Weise empfangen können.

Anschließend an die Übertragung der Lichtstrahlimpulse 106c durch den Illuminator 110c des Flash-Illuminatorarrays 110 und den Empfang der reflektierten Lichtstrahlimpulse 107c an der Teilmenge 120c des Flash-Detektorarrays 120 kann der Illuminator 110d einen oder mehrere Lichtstrahlimpulse 106d übertragen, so dass der Bereich des Segments 108d beleuchtet wird, wie in 2g dargestellt ist. Derartige durch den Illuminator 110d übertragene Lichtstrahlimpulse 106d können auf das Zielobjekt 105 durchgehend über den Bereich des Segments 108d einfallen. Für jeden Lichtstrahlimpuls 106d, der auf den Teil des Zielobjekts 105, der durch das Segment 108d eingeschlossen wird, einfällt, können die in der Teilmenge 120d des Flash-Detektorarrays 120 enthaltenen Lichtdetektoren 120d1120d9 jeweils einen reflektierten Lichtstrahlimpuls 107d, der einem Rahmen von Daten entspricht, empfangen. Es wird angemerkt, dass zur Klarheit der Veranschaulichung dargestellt wird, dass nur die Lichtdetektoren 120d1120d4 und 120d7 in der Teilmenge 120d des Flash-Detektorarrays 120 reflektierte Lichtstrahlimpulse 107d empfangen und dass die verbleibenden Lichtdetektoren 120d5, 120d6, 120d8 und 120d9 in der Teilmenge 120d auch reflektierte Lichtstrahlimpulse 107d auf eine ähnliche Weise empfangen können.

Gleichermaßen, anschließend an die Übertragung der Lichtstrahlimpulse 106d durch den Illuminator 110d des Flash-Illuminatorarrays 110 und den Empfang der reflektierten Lichtstrahlimpulse 107d an der Teilmenge 120d des Flash-Detektorarrays 120, kann der Illuminator 110e einen oder mehrere Lichtstrahlimpulse 106e übertragen, so dass der Bereich des Segments 108e beleuchtet wird, wie in 2h dargestellt ist. Derartige durch den Illuminator 110e übertragene Lichtstrahlimpulse 106e können auf das Zielobjekt 105 durchgehend über den Bereich des Segments 108e einfallen. Für jeden Lichtstrahlimpuls 106e, der auf den Teil des Zielobjekts 105, der durch das Segment 108e eingeschlossen wird, einfällt, können die in der Teilmenge 120e des Flash-Detektorarrays 120 enthaltenen Lichtdetektoren 120e1120e9 jeweils einen reflektierten Lichtstrahlimpuls 107e, der einem Rahmen von Daten entspricht, empfangen. Es wird angemerkt, dass zur Klarheit der Veranschaulichung dargestellt wird, dass nur die Lichtdetektoren 120e1120e4 und 120e7 in der Teilmenge 120e des Flash-Detektorarrays 120 reflektierte Lichtstrahlimpulse 107e empfangen und dass die verbleibenden Lichtdetektoren 120e5, 120e6, 120e8 und 120e9 in der Teilmenge 120e auch reflektierte Lichtstrahlimpulse 107e auf eine ähnliche Weise empfangen können.

Anschließend an die Übertragung der Lichtstrahlimpulse 106e durch den Illuminator 110e des Flash-Illuminatorarrays 110 und den Empfang der reflektierten Lichtstrahlimpulse 107e an der Teilmenge 120e des Flash-Detektorarrays 120 kann der Illuminator 110f einen oder mehrere Lichtstrahlimpulse 106f übertragen, so dass der Bereich des Segments 108f beleuchtet wird, wie in 2i dargestellt ist. Derartige durch den Illuminator 110f übertragene Lichtstrahlimpulse 106f können auf das Zielobjekt 105 durchgehend über den Bereich des Segments 108f einfallen. Für jeden Lichtstrahlimpuls 106f, der auf den Teil des Zielobjekts 105, der durch das Segment 108f eingeschlossen wird, einfällt, können die in der Teilmenge 120f des Flash-Detektorarrays 120 enthaltenen Lichtdetektoren 120f1120f9 jeweils einen reflektierten Lichtstrahlimpuls 107f, der einem Rahmen von Daten entspricht, empfangen. Es wird angemerkt, dass zur Klarheit der Veranschaulichung dargestellt wird, dass nur die Lichtdetektoren 120f1120f4 und 120f7 in der Teilmenge 120f des Flash-Detektorarrays 120 reflektierte Lichtstrahlimpulse 107f empfangen und dass die verbleibenden Lichtdetektoren 120f5, 120f6, 120f8 und 120f9 in der Teilmenge 120f auch reflektierte Lichtstrahlimpulse 107f auf eine ähnliche Weise empfangen können.

Es wird ferner angemerkt, dass der Signalprozessor/die Steuerung 130 des Flash-LIDAR-Systems 109 damit fortfahren kann, die jeweiligen Illuminatoren 110a110f des Flash-Illuminatorarrays 110 zum Abtasten des Sichtfelds 108 in der gleichen Abfolge von Segmenten 108a bis 108f oder in einer beliebigen anderen geeigneten Abfolge oder Reihenfolge der Segmente 108a108f zu steuern. Der Signalprozessor/die Steuerung 130 kann zum Beispiel die Illuminatoren 110a110f steuern, so dass die jeweiligen Segmente 108a108f selektiv beleuchtet werden, angefangen mit dem Segment 108a und nacheinander fortfahrend mit dem Segment 108e und dem Segment 108c (siehe 2j) und dann mit dem Segment 108d, dem Segment 108b und dem Segment 108f (siehe 2k), wodurch der Gesamtbereich des Sichtfelds 108 in Segmenten selektiv beleuchtet wird.

Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Signalprozessor/die Steuerung 130 die jeweiligen Illuminatoren 110a110f des Flash-Illuminatorarrays 110 zum Abtasten des Sichtfelds 108 in Segmenten unter Verwendung von Randomisierung der Beleuchtungsrichtung steuern. Insbesondere kann der Signalprozessor/die Steuerung 130 die Illuminatoren 110a110f steuern, so dass die Segmente 108a108f des Sichtfelds 108 selektiv beleuchtet werden, indem die übertragenen Lichtstrahlimpulse 106a106f zufällig zu den jeweiligen Segmenten 108a108f gerichtet werden. Der Signalprozessor/die Steuerung 130 kann zum Beispiel die Illuminatoren 110a, 110c, 110d steuern, den Lichtstrahlimpuls 106d, den Lichtstrahlimpuls 106a und den Lichtstrahlimpuls 106c nacheinander zufällig zu dem Segment 108d, dem Segment 108a bzw. dem Segment 108c zu richten, wie in 2l dargestellt ist. Der Signalprozessor/die Steuerung 130 kann ferner die Illuminatoren 110b, 110e, 110f steuern, den Lichtstrahlimpuls 106f, den Lichtstrahlimpuls 106b und den Lichtstrahlimpuls 106e nacheinander zufällig zu dem Segment 108f, dem Segment 108b bzw. dem Segment 108e zu richten, wie in 2m dargestellt ist, wodurch der Gesamtbereich des Sichtfelds 108 in Segmenten selektiv beleuchtet wird.

Der Signalprozessor/die Steuerung 130 kann nicht nur die jeweiligen Illuminatoren 110a110f des Flash-Illuminatorarrays 110 zum Abtasten des Sichtfelds 108 in Segmenten unter Verwendung von Randomisierung der Beleuchtungsrichtung steuern, sondern kann auch die jeweiligen Illuminatoren 110a110f zum Abtasten des Sichtfelds 108 in Segmenten unter Verwendung von Randomisierung der Beleuchtungszeit steuern. Insbesondere kann der Signalprozessor/die Steuerung 130 die Illuminatoren 110a110f steuern, so dass die Segmente 108a108f des Sichtfelds 108 selektiv beleuchtet werden, während eine zufällige Verzögerungszeit zwischen sukzessiven Übertragungen der jeweiligen Lichtstrahlimpulse 106a106f eingefügt wird. Unter Bezugnahme auf 2l kann der Signalprozessor/die Steuerung 130 zum Beispiel die Illuminatoren 110a, 110c und 110d steuern, eine erste zufällige Verzögerungszeit von 4 Mikrosekunden zwischen der Übertragung des Lichtstrahlimpulses 106d, der das Segment 108d beleuchtet, und der Übertragung des Lichtstrahlimpulses 106a, der das Segment 108a beleuchtet, einzufügen und eine zweite zufällige Verzögerungszeit von 10 Mikrosekunden zwischen der Übertragung des Lichtstrahlimpulses 106a und der Übertragung des Lichtstrahlimpulses 106c, der das Segment 108c beleuchtet, einzufügen. Des Weiteren, unter Bezugnahme auf 2m, kann der Signalprozessor/die Steuerung 130 die Illuminatoren 110b, 110e und 110f steuern, eine dritte zufällige Verzögerungszeit von 7 Mikrosekunden zwischen der Übertragung des Lichtstrahlimpulses 106c und der Übertragung des Lichtstrahlimpulses 106f, der das Segment 108f beleuchtet, einzufügen, eine vierte zufällige Verzögerungszeit von 12 Mikrosekunden zwischen der Übertragung des Lichtstrahlimpulses 106f und der Übertragung des Lichtstrahlimpulses 106b, der das Segment 108b beleuchtet, einzufügen und eine fünfte zufällige Verzögerungszeit von 9 Mikrosekunden zwischen der Übertragung des Lichtstrahlimpulses 106b und der Übertragung des Lichtstrahlimpulses 106e, der das Segment 108e beleuchtet, einzufügen. Durch das Abtasten des Sichtfelds 108 in Segmenten unter Verwendung von Randomisierung der Beleuchtungsrichtung und/oder der Beleuchtungszeit kann das Flash-LIDAR-System 109 vorteilhaft eine verbesserte Störresistenz bereitstellen.

Wie vorliegend beschrieben, kann jede Teilmenge 120a, 120b, 120c, 120d, 120e oder 120f des Flash-Detektorarrays 120 funktionsfähig sein, einen reflektierten Lichtstrahlimpuls 107a, 107b, 107c, 107d, 107e oder 107f vom Teil des Zielobjekts 105, der durch sein entsprechendes Segment 108a, 108b, 108c, 108d, 108e oder 108f des Sichtfelds 108 eingeschlossen wird, nacheinander zu empfangen. Es wird angemerkt, dass eine Ladung an einer parasitären Kapazität, die mit mindestens einem Pixelempfängerelement (z.B. einer Photodiode) in einer oder mehreren jeweiligen Teilmengen 120a120f assoziiert ist, möglicherweise entladen werden muss, bevor das Pixelempfängerelement genaue Informationen an den Signalprozessor/die Steuerung 130 bereitstellen kann. Eine derartige parasitäre Kapazität Cp, die mit dem Lichtdetektor 120a1 assoziiert ist, ist in 3a veranschaulicht. Wie in 3a dargestellt, ist ein Ausgang des Lichtdetektors 120a1 über einen Multiplexer (MUX) 301 (siehe auch 3b) mit einem Transimpedanz-Verstärker 311, der funktionsfähig sein kann, ein Stromsignal I1 (durch den Lichtdetektor 120a1 als Reaktion auf einen darauf einfallenden Lichtstrahlimpuls 107 erzeugbar) in ein entsprechendes Spannungssignal V1 umzuwandeln, verbindbar. Es ist anzumerken, dass die Amplitude des Stromsignals I1 allgemein eine Funktion der Intensität des auf den Lichtdetektor 120a1 einfallenden Lichtstrahlimpulses 107 ist. Bei bestimmten Ausführungsformen kann der Transimpedanz-Verstärker 311 einen Operationsverstärker 320, einen Rückkopplungswiderstand Rf sowie einen oder mehrere Schalter SW1, SW2 beinhalten.

Wie vorliegend ferner beschrieben wird, kann der Signalprozessor/die Steuerung 130 des Flash-LIDAR-Systems 109 die jeweiligen Illuminatoren 110a110f des Flash-Illuminatorarrays 110 zum Abtasten des Sichtfelds 108 in Segmenten steuern, indem die jeweiligen Segmente 108a108f des Sichtfelds 108 nacheinander selektiv mit jeweiligen übertragenen Lichtstrahlimpulsen 106a106f beleuchtet werden. Bei bestimmten Ausführungsformen, wenn jedes der Segmente 108a108f selektiv beleuchtet wird, kann der Signalprozessor/die Steuerung 130 eine vorbestimmte oder zufällige Verzögerungszeit (z.B. mindestens eine Mikrosekunde oder Dutzende von Mikrosekunden) zwischen der Übertragung von einem der Lichtstrahlimpulse 106a106f und der Übertragung des nächsten der Lichtstrahlimpulse 106a106f einfügen. Während einer oder mehrerer derartiger vorbestimmter oder zufälliger Verzögerungszeiten kann der Signalprozessor/die Steuerung 130 mindestens einen der Schalter SW1, SW2 des Transimpedanz-Verstärkers 311 betätigen, um eine jegliche Ladung an der parasitären Kapazität Cp, die mit dem Lichtdetektor 120a1 assoziiert ist, zu entladen. Der Signalprozessor/die Steuerung 130 kann auch bewirken, dass jegliche Ladung bzw. Ladungen an parasitären Kapazitäten, die mit den verbleibenden Lichtdetektoren 120a2120a9, 120b1120b9, 120c1120c9, 120d1120d9, 120e1120e9, 120f1120f9 des Flash-Detektorarrays 120 assoziiert sind, auf eine ähnliche Weise entladen werden. Auf diese Weise kann das Flash-LIDAR-System 109 gewährleisten, dass die Lichtdetektoren in jeder Teilmenge 120a120f des Flash-Detektorarrays 120 genaue Informationen (z.B. Rahmen von Daten) bereitstellen, wenn sie dazu durch den Signalprozessor/die Steuerung 130 aufgefordert werden.

3b bildet mehrere beispielhafte Multiplexer-/Transimpedanz-Verstärker-Paare 130a ab, die im Flash-LIDAR-System 109 von 1a enthalten sein können. Wie in 3b dargestellt, beinhalten die mehreren Multiplexer-/Transimpedanz-Verstärker-Paare 130a den MUX 301, die Multiplexer (MUXs) 302309, den Transimpedanz-Verstärker 311 und Transimpedanz-Verstärker 312319. Der MUX 301 ist mit dem Transimpedanz-Verstärker 311 gekoppelt, der MUX 302 ist mit dem Transimpedanz-Verstärker 312 gekoppelt und so weiter bis zum MUX 309, der mit dem Transimpedanz-Verstärker 319 gekoppelt ist. Es wird angemerkt, dass jeder der Transimpedanz-Verstärker 312319 wie der Transimpedanz-Verstärker 311 konfiguriert sein kann. Der Transimpedanz-Verstärker 311 kann funktionsfähig sein, das Stromsignal I1 (durch den Lichtdetektor 120a1, 120b1, ... oder 120f1 als Reaktion auf einen darauf einfallenden Lichtstrahlimpuls 107 erzeugbar) in ein entsprechendes Spannungssignal V1 umzuwandeln, der Transimpedanz-Verstärker 312 kann funktionsfähig sein, ein Stromsignal I2 (durch den Lichtdetektor 120a2, 120b2, ... oder 120f2 als Reaktion auf einen darauf einfallenden Lichtstrahlimpuls 107 erzeugbar) in ein entsprechendes Spannungssignal V2 umzuwandeln und so weiter bis zum Transimpedanz-Verstärker 319, der funktionsfähig sein kann, ein Stromsignal I9 (durch den Lichtdetektor 120a9, 120b9, ... oder 120f9 als Reaktion auf einen darauf einfallenden Lichtstrahlimpuls 107 erzeugbar) in ein entsprechendes Spannungssignal V9 umzuwandeln.

Des Weiteren sind Ausgänge der jeweiligen Lichtdetektoren 120a1, 120b1, 120c1, 120d1, 120e1, 120f1 jeweils über den MUX 301 mit dem Transimpedanz-Verstärker 311 verbindbar, Ausgänge der jeweiligen Lichtdetektoren 120a2, 120b2, 120c2, 120d2, 120e2, 120f2 sind jeweils über den MUX 302 mit dem Transimpedanz-Verstärker 312 verbindbar und so weiter bis zu den Ausgängen der jeweiligen Lichtdetektoren 120a9, 120b9, 120c9, 120d9, 120e9, 120f9, die jeweils über den MUX 309 mit dem Transimpedanz-Verstärker 319 verbindbar sind. Der Signalprozessor/die Steuerung 130 kann Steuersignale Sel1, Sel2, ..., Sel9 an die jeweiligen MUXs 301, 302, ..., 309 bereitstellen, um auszuwählen, welche Ausgänge der jeweiligen Lichtdetektoren mit den Transimpedanz-Verstärkern 311, 312, ..., 319 verbunden werden sollen. Durch das Einfügen einer vorbestimmten oder zufälligen Verzögerungszeit zwischen der Übertragung der Lichtstrahlimpulse 106a106f und durch das Betätigen von mindestens einem der Schalter SW1, SW2 der jeweiligen Transimpedanz-Verstärker 311319 während einer oder mehrerer derartiger vorbestimmter oder zufälliger Verzögerungszeiten, so dass eine jegliche Ladung an einer parasitären Kapazität Cp, die mit den jeweiligen Lichtdetektoren 120a1, 120b1, ..., 120f1, 120a2, 120b2, ..., 120f2, ..., 120a9, 120b9, ..., 120f9 assoziiert ist, entladen wird, kann das Flash-LIDAR-System 109 vorteilhaft gewährleisten, dass die Lichtdetektoren in jeder Teilmenge 120a120f des Flash-Detektorarrays 120 genaue Informationen an den Signalprozessor/die Steuerung 130 bereitstellen. Darüber hinaus kann die Anzahl von Transimpedanz-Verstärkern, die zum Betreiben des Flash-LIDAR-Systems 109 benötigt werden, durch Multiplexen der jeweiligen Lichtdetektoren 120a1, 120b1, ..., 120f1, 120a2, 120b2, ..., 120f2, ..., 120a9, 120b9, ..., 120f9 in die jeweiligen MUXs 301, 302, ..., 309 vorteilhaft verringert werden.

3c bildet beispielhafte Signalverarbeitungs-/Steuerschaltkreise 130b ab, die im Flash-LIDAR-System 109 von 1a enthalten sein können. Derartige Signalverarbeitungs-/Steuerschaltkreise 130b sind im US-Patent mit der Nr. 9,086,275, eingereicht am 21. Juli 2015, mit dem Titel SYSTEM AND METHOD FOR LIDAR SIGNAL CONDITIONING beschrieben, dessen Offenbarung hiermit unter Bezugnahme in ihrer Vollständigkeit aufgenommen wird. Wie in 3c dargestellt, können die Signalverarbeitungs-/Steuerschaltkreise 130b ein Schaltnetzwerk beinhalten, das aus einem Schalter 330 und einem analogen bidirektionalen Multiplexer (MUX) 332, mehreren analogen Speicherelementen (z.B. Kondensatoren) 334.1, 334.2, ..., 334.n, einer Steuerung 338, einem Analog-Digital(A-D)-Wandler 336, einem Prozessor 340 und einem Speicher 342 besteht. Es wird angemerkt, dass die Signalverarbeitungs-/Steuerschaltkreise 130b in 3c mit Bezug auf das Spannungssignal V1, das an einem Ausgang des Transimpedanz-Verstärkers 311 (siehe 3b) bereitgestellt wird, gezeigt werden und dass entsprechende Signalverarbeitungs-/Steuerschaltkreise zum Bearbeiten der Spannungssignale V2, V3, ..., V9, die durch die jeweiligen Transimpedanz-Verstärker 312, 313, ..., 319 erzeugt werden, bereitgestellt werden können.

Bei einem beispielhaften Betriebsmodus kann die Steuerung 338 ein Steuersignal Sel0 über eine Steuerleitung 342 an den Schalter 330 bereitstellen, um den Ausgang des Spannungssignals V1 zur Verbindung mit dem analogen bidirektionalen MUX 332 auszuwählen. Nachdem der Ausgang des Spannungssignals V1 mit dem analogen bidirektionalen MUX 332 verbunden worden ist, kann die Steuerung 338 ein oder mehrere weitere Steuersignale über eine Steuerleitung 344 bereitstellen, so dass bewirkt wird, dass der analoge bidirektionale MUX 332 sequenziell jedes der analogen Speicherelemente 334.1, 334.2, ..., 334.n mit dem Ausgang des Spannungssignals V1 koppelt. Der analoge bidirektionale MUX 332 kann mehrere sequenzielle Abtastwerte zu aufeinanderfolgenden Zeiten des Spannungssignals V1 durch sukzessives Koppeln des Ausgangs des Spannungssignals V1 mit jedem der analogen Speicherelemente 334.1, 334.2, ..., 334.n erhalten. Der Ausgang des Spannungssignals V1 kann zum Beispiel mit dem analogen Speicherelement 334.1 für einen ersten Zeitraum (z.B. einige wenige Mikrosekunden oder Dutzende von Mikrosekunden) gekoppelt werden und dann mit dem analogen Speicherelement 334.2 für einen zweiten Zeitraum (z.B. einige wenige Mikrosekunden oder Dutzende von Mikrosekunden) gekoppelt werden und so weiter, bis der Ausgang des Spannungssignals V1 sukzessive mit jedem der analogen Speicherelemente 334.1, 334.2, ..., 334 für einen entsprechenden Zeitraum gekoppelt worden ist, wodurch den analogen Speicherelementen 334.1, 334.2, ..., 334.n ermöglicht wird, mehrere sequenzielle Abtastwerte des Spannungssignals V1 zu erhalten und zu speichern.

Nachdem mehrere sequenzielle Abtastwerte des Spannungssignals V1 erhalten und gespeichert worden sind, kann die Steuerung 338 ein weiteres Steuersignal Sel0 über die Steuerleitung 342 an den Schalter 330 bereitstellen, um den analogen bidirektionalen MUX 332 mit dem A-D-Wandler 336 zu verbinden. Die Steuerung 338 kann auch ein oder mehrere weitere Steuersignale über die Steuerleitung 344 bereitstellen, so dass bewirkt wird, dass der analoge bidirektionale MUX 332 jedes der analogen Speicherelemente 334.1, 334.2, ..., 334.n individuell mit dem A-D-Wandler 336 koppelt. Unter Steuerung der Steuerung 338 (über die Steuerleitung 346) kann der A-D-Wandler 336 die an jedem analogen Speicherelement 334.1, 334.2, ..., 334.n gespeicherte Spannung von analoger Form in digitale Form umwandeln und die Spannungen in digitaler Form an den Prozessor 340 für eine nachfolgende Verarbeitung und/oder an den Speicher 342 zur Speicherung bereitstellen. Derartige digitalisierte Spannungen, die von den durch die jeweiligen Transimpedanz-Verstärker 311319 erzeugten Spannungssignalen V1–V9 abgeleitet werden, können mehrere Rahmen von Daten bilden, aus denen der Prozessor 340 die verstrichene Zeit zwischen der Übertragung des einen oder der mehreren Lichtstrahlimpulse 106 durch das Flash-Illuminatorarray 110 und dem Empfang des einen oder der mehreren reflektierten Lichtstrahlimpulse 107 am Flash-Detektorarray 120 bestimmen und somit den Abstand oder die Entfernung 101 zum Zielobjekt 105 erhalten kann.

Nach dem Verarbeiten der durch die jeweiligen Transimpedanz-Verstärker 311319 erzeugten Spannungssignale V1–V9 kann die Steuerung 338 ein anderes Steuersignal Sel0 über die Steuerleitung 342 an den Schalter 330 bereitstellen, um den analogen bidirektionalen MUX 332 mit einem Massepotential 348 zu verbinden. Des Weiteren kann die Steuerung 338 auch ein oder mehrere zusätzliche Steuersignale über die Steuerleitung 344 bereitstellen, so dass bewirkt wird, dass der analoge bidirektionale MUX 332 jedes der analogen Speicherelemente 334.1, 334.2, ..., 334.n individuell mit dem Massepotential 348 koppelt, wodurch jedem analogen Speicherelement 334.1, 334.2, ..., 334.n ermöglicht wird, seine akkumulierte Ladung auf Masse zu entladen. Auf diese Weise können die analogen Speicherelemente 334.1, 334.2, ..., 334.n zum Bearbeiten einer neuen Menge von durch die jeweiligen Transimpedanz-Verstärker 311, 312, ..., 319 erzeugten Spannungssignalen V1, V2, ..., V9 vorbereitet werden.

Ein Verfahren zum Verwenden des Flash-LIDAR-Systems 109 ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Wie bei Block 402 abgebildet, wird das Flash-LIDAR-System 109 einschließlich des Flash-Illuminatorarrays 110 mit mehreren Illuminatoren, des Flash-Detektorarrays 120 und des Signalprozessors/der Steuerung 130 bereitgestellt. Das Flash-LIDAR-System 109 weist das zweidimensionale Sichtfeld 108 auf, das zumindest einen Teil des Zielobjekts 105 einschließt. Wie bei Block 404 abgebildet, wird das zweidimensionale Sichtfeld 108 effektiv in mehrere Segmente unterteilt. Jeder Illuminator des Flash-Illuminatorarrays 110 ist funktionsfähig, ein entsprechendes Segment des Sichtfelds 108 zu beleuchten. Wie bei Block 406 abgebildet, wird das Flash-Detektorarray 120 effektiv in mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren unterteilt. Jede Teilmenge von Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays 120 ist funktionsfähig, einen oder mehrere reflektierte Lichtstrahlimpulse von einem entsprechenden Segment des Sichtfelds 108 zu empfangen. Wie bei Block 408 abgebildet, wird bzw. werden ein oder mehrere Lichtstrahlimpulse durch die mehreren Illuminatoren nacheinander zu den mehreren jeweiligen Segmenten des Sichtfelds 108 übertragen. Wie bei Block 410 abgebildet, als Reaktion auf den einen oder die mehreren Lichtstrahlimpulse, der bzw. die nacheinander durch die jeweiligen Illuminatoren übertragen wird bzw. werden, wird bzw. werden ein oder mehrere Lichtstrahlimpulse, die vom Zielobjekt 105 von den mehreren Segmenten des Sichtfelds 108 reflektiert werden, an den mehreren Teilmengen von jeweiligen Lichtdetektoren empfangen. Wie bei Block 412 abgebildet, wird die verstrichene Zeit zwischen der Übertragung des einen oder der mehreren durch die jeweiligen Illuminatoren übertragenen Lichtstrahlimpulse und dem Empfang des einen oder der mehreren an den jeweiligen Teilmengen von Lichtdetektoren empfangenen Lichtstrahlimpulse bestimmt, um den Abstand oder die Entfernung zum Zielobjekt zu erhalten.

Um ferner die Genauigkeit der Informationen, die durch die Pixelempfängerelemente (z.B. Photodioden) des Flash-Detektorarrays 120 im Flash-LIDAR-System 109 bereitgestellt werden, zu gewährleisten, kann der Signalprozessor/die Steuerung 130 funktionsfähig sein, die Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays 120 zu kalibrieren und mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren am Flash-Detektorarray 120 basierend auf den Lichtdetektorkalibrationen herzuleiten (oder eine vorherige Herleitung dieser anzupassen). Ein veranschaulichendes Verfahren des Kalibrierens der Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays 120 und des Herleitens der mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Beim Verfahren von 5 wird das Zielobjekt 105 (siehe 1d) mit einem Kalibrationsreflektor, der eine im Wesentlichen gleichförmige Reflektoroberfläche aufweist, ersetzt. Wie bei Block 502 abgebildet (siehe 5), wird bzw. werden ein oder mehrere Lichtstrahlimpulse 106 durch einen jeweiligen Illuminator des Flash-Illuminatorarrays 110 (siehe 1d) zum Kalibrationsreflektor gerichtet. Wie bei Block 504 abgebildet, wird bzw. werden ein oder mehrere Lichtstrahlimpulse 107, die vom Kalibrationsreflektor reflektiert werden, am Flash-Detektorarray 120 (siehe 1d) empfangen. Wie bei Block 506 abgebildet, wird der Lichtintensitätspegel, der an jedem Lichtdetektor des Flash-Detektorarrays 120 detektiert wird, durch den Signalprozessor/die Steuerung 130 (siehe 1d) gemessen. Wie bei Block 508 abgebildet, werden Informationen bezüglich den Lichtintensitätspegeln, die an den jeweiligen Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays 120 detektiert werden, durch den Signalprozessor/die Steuerung 130 im Speicher gespeichert. Wie bei Block 510 abgebildet, werden die in den Blöcken 502, 504, 506 und 508 gezeigten Arbeitsabläufe wiederholt, bis jeder Illuminator 110a, 110b, 110c, 110d, 110e, 110f des Flash-Illuminatorarrays 110 einen oder mehrere Lichtstrahlimpulse 106 nacheinander zum Kalibrationsreflektor gerichtet hat. Wie bei Block 512 abgebildet, werden mehrere Teilmengen von Lichtdetektoren durch den Signalprozessor/die Steuerung 130 am Flash-Detektorarray 120 basierend auf den Lichtintensitätspegeln, die durch die jeweiligen Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays 120 detektiert werden, hergeleitet.

Bezüglich des Blocks 512 (siehe 5) kann jede Teilmenge von Lichtdetektoren am Flash-Detektorarray 120 basierend darauf hergeleitet werden, dass jeder Lichtdetektor in der Teilmenge einen vorbestimmten Lichtintensitätspegel, der aus einem oder mehreren durch einen entsprechenden Illuminator des Flash-Illuminatorarrays 110 erzeugten Lichtstrahlimpulsen resultiert, detektiert hat. Bei bestimmten Ausführungsformen können die mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren derart am Flash-Detektorarray 120 hergeleitet werden, dass der Bereich jeder Teilmenge kleiner als der Bereich des Flash-Detektorarrays 120 ist, in dem Lichtdetektoren zumindest den vorbestimmten Lichtintensitätspegel detektierten. Wie zum Beispiel in 6 dargestellt, kann der hergeleitete Bereich der Teilmenge 120b (siehe auch 2e) kleiner als ein Bereich 602 des Flash-Detektorarrays 120 sein, in dem Lichtdetektoren (wie etwa die Lichtdetektoren 120a3, 120a6, 120a9, 120c1, 120c4, 120c7, 120d3, 120e1, 120e2, 120e3 und 120f1; siehe 2d) mindestens den vorbestimmten Lichtintensitätspegel, der aus den durch den Illuminator 110b erzeugten Lichtstrahlimpulsen 106b resultiert, detektierten.

Bei bestimmten weiteren Ausführungsformen können die mehreren Teilmengen von Lichtdetektoren am Flash-Detektorarray 120 so hergeleitet werden, dass der Bereich jeder Teilmenge größer als der Bereich des Flash-Detektorarrays 120 ist, in dem Lichtdetektoren mindestens den vorbestimmten Lichtintensitätspegel detektierten. Wie zum Beispiel in 7a dargestellt, kann der hergeleitete Bereich der Teilmenge 120a (siehe auch 2d) größer als ein Bereich 702 des Flash-Detektorarrays 120 sein, in dem Lichtdetektoren (wie etwa die Lichtdetektoren 120a1, 120a2, 120a4 und 120a5; siehe 7a) mindestens den vorbestimmten Lichtintensitätspegel, der aus den durch den Illuminator 110a erzeugten Lichtstrahlimpulsen 106a resultiert, detektierten. Gleichermaßen kann der hergeleitete Bereich der Teilmenge 120a größer als ein Bereich 704 (siehe 7b) des Flash-Detektorarrays 120 sein, in dem Lichtdetektoren (wie etwa die Lichtdetektoren 120a5, 120a6, 120a8 und 120a9; siehe 7b) mindestens den vorbestimmten Lichtintensitätspegel detektierten; der hergeleitete Bereich der Teilmenge 120a kann größer als ein Bereich 706 (siehe 7c) des Flash-Detektorarrays 120 sein, in dem Lichtdetektoren (wie etwa die Lichtdetektoren 120a2, 120a3, 120a5 und 120a6; siehe 7c) mindestens den vorbestimmten Lichtintensitätspegel detektierten; und der hergeleitete Bereich der Teilmenge 120a kann größer als ein Bereich 708 (siehe 7d) des Flash-Detektorarrays 120 sein, in dem Lichtdetektoren (einschließlich der Lichtdetektoren 120a4, 120a5, 120a7 und 120a8; siehe 7d) mindestens den vorbestimmten Lichtintensitätspegel detektierten. Auf diese Weise kann eine zuweilen fehlerbehaftete mechanische Kalibration des Flash-Detektorarrays 120 im Flash-LIDAR-System 109 vorteilhaft vermieden werden.

Im Fall, dass die Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays 120 nicht gut mit den Illuminatoren des Flash-Illuminatorarrays 110 spektral übereinstimmen oder in der Empfindlichkeit variieren, kann auch eine anfängliche Kalibration der Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays 120 durchgeführt werden. Ein veranschaulichendes Verfahren einer derartigen anfänglichen Kalibration ist im Folgenden unter Bezugnahme auf 8 beschrieben. Beim Verfahren von 8 wird das Zielobjekt 105 wiederum mit einem Kalibrationsreflektor, der eine im Wesentlichen gleichförmige Reflektoroberfläche aufweist, ersetzt. Des Weiteren wird das Flash-Illuminatorarray 110 mit einem gleichförmigen Illuminator ersetzt, der das gesamte Sichtfeld 108, das zumindest einen Teil des Kalibrationsreflektors einschließt, gleichförmig beleuchten kann. Wie bei Block 802 abgebildet (siehe 8), wird bzw. werden ein oder mehrere Lichtstrahlimpulse durch den gleichförmigen Illuminator zum Kalibrationsreflektor gerichtet. Wie bei Block 804 abgebildet, wird bzw. werden ein oder mehrere Lichtstrahlimpulse, der bzw. die vom Kalibrationsreflektor reflektiert wird bzw. werden, am Flash-Detektorarray 120 empfangen, wodurch ein Gesamtbereich des Flash-Detektorarrays 120 beleuchtet wird. Wie bei Block 806 abgebildet, wird der an jedem Lichtdetektor des Flash-Detektorarrays 120 detektierte Lichtintensitätspegel durch den Signalprozessor/die Steuerung 130 gemessen. Wie bei Block 808 abgebildet, werden Informationen bezüglich der Lichtintensitätspegel, die an den jeweiligen Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays 120 detektiert werden, durch den Signalprozessor/die Steuerung 130 im Speicher gespeichert. Wie bei Block 810 abgebildet, wird eine effektive gleichförmige Detektionsempfindlichkeit über den Gesamtbereich des Flash-Detektorarrays 120 hinweg unter Verwendung der Lichtintensitätspegel, die durch die jeweiligen Lichtdetektoren des Flash-Detektorarrays 120 detektiert werden, erhalten.

Bezüglich des Blocks 810 (siehe 8) kann eine derartige effektive gleichförmige Detektionsempfindlichkeit über den Gesamtbereich des Flash-Detektorarrays 120 bei bestimmten Ausführungsformen durch den Signalprozessor/die Steuerung 130 erhalten werden, indem eine Softwareanpassung der durch die jeweiligen Lichtdetektoren detektierten Lichtintensitätspegel durchgeführt wird. Bei bestimmten weiteren Ausführungsformen kann eine derartige gleichförmige Detektionsempfindlichkeit über den Gesamtbereich des Flash-Detektorarrays 120 durch den Signalprozessor/die Steuerung 130 erhalten werden, indem die Verstärkung eines oder mehrerer der Transimpedanz-Verstärker 301309 (über ein oder mehrere Steuersignale Adj1, Adj2, ..., Adj9; siehe 3b) angepasst wird. Es wird angemerkt, dass eine beliebige andere geeignete Technik zum Erhalten einer gleichförmigen Detektionsempfindlichkeit über das Flash-Detektorarray 120 hinweg eingesetzt werden kann.

Es versteht sich, dass verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung zumindest teilweise in einer beliebigen herkömmlichen Computerprogrammierungssprache implementiert werden können. Manche Ausführungsformen können zum Beispiel in einer prozeduralen Programmiersprache (z.B. „C“) oder in einer objektorientierten Programmiersprache (z.B. „C++“) implementiert werden. Andere Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung können als vorprogrammierte Hardwareelemente (z.B. anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), Digitalsignalprozessoren (DSPs)) oder andere verwandte Komponenten implementiert werden.

Bei einer alternativen Ausführungsform können die offenbarten Systeme, Vorrichtungen und Verfahren als ein Computerprogrammprodukt zur Verwendung mit einem Computersystem implementiert werden. Eine derartige Implementierung kann eine Reihe von Computeranweisungen, die entweder auf einem greifbaren Medium befestigt ist, wie etwa einem nicht flüchtigen computerlesbaren Medium (z.B. einer Diskette, CD-ROM, ROM oder einer Festplatte), beinhalten. Die Reihe von Computeranweisungen kann die gesamte oder einen Teil der zuvor vorliegend besprochenen Funktionalität bezüglich der offenbarten Systeme verkörpern.

Fachleute sollten zu würdigen wissen, dass derartige Computeranweisungen in einer Vielzahl von Programmierungssprachen zur Verwendung mit vielen Computerarchitekturen oder Betriebssystemen geschrieben werden können. Des Weiteren können derartige Anweisungen in einer beliebigen Speichereinrichtung, wie etwa Halbleiterspeichereinrichtungen, magnetischen, optischen oder anderen Speichereinrichtungen, gespeichert werden und können unter Verwendung einer beliebigen Kommunikationstechnologie, wie etwa optischer, infraroter und Mikrowellenkommunikationstechnologie oder anderer Übertragungstechnologien, übertragen werden.

Unter anderem kann ein derartiges Computerprogrammprodukt als ein entfernbares Medium mit begleitender gedruckter oder elektronischer Dokumentation (z.B. eingeschweißter Software) verteilt werden, mit einem Computersystem vorgeladen werden (z.B. auf einer System-ROM oder Festplatte) oder von einem Server oder elektronischen Forum über ein Netzwerk (z.B. das Internet oder World Wide Web) verteilt werden. Manche Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung können als eine Kombination von sowohl Software (z.B. ein Computerprogrammprodukt) als auch Hardware implementiert werden. Noch andere Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung können als vollständig Hardware oder vollständig Software implementiert werden.

Es ist beabsichtigt, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung lediglich beispielhaft sind. Zahlreiche Variationen und Modifikationen werden Fachleuten ersichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass alle derartigen Variationen und Modifikationen im Schutzumfang der wie in beliebigen angehängten Ansprüchen definierten vorliegenden Anmeldung liegen.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • US 9086275 [0053]