阅读说明：本技术 用于编码和译码LiDAR的方法和系统 (method and system for encoding and decoding LiDAR ) 是由 李义民 鲍君威 张锐 于 2018-01-05 设计创作，主要内容包括：本公开描述了一种用于对用于LiDAR扫描的光脉冲进行编码的系统和方法。该系统包括序列生成器、光源、调制器、光检测器、相关器和微处理器。序列生成器生成序列码,调制器将该序列码编码为来自光源的光脉冲。编码的光脉冲照射对象的表面,在其中检测来自编码的光脉冲的散射光。相关器将散射光与序列码相关,该序列码输出与接收光脉冲的时间相关联的峰值。微处理器配置成基于峰的幅度是否超过阈值来确定光脉冲的发射和接收之间的时间差。微处理器基于时间差计算到对象的表面的距离。(The present disclosure describes a system and method for encoding light pulses for LiDAR scanning. The system includes a sequence generator, a light source, a modulator, a light detector, a correlator, and a microprocessor. The sequence generator generates a sequence code that the modulator encodes into optical pulses from the optical source. The encoded light pulses illuminate the surface of the object, where scattered light from the encoded light pulses is detected. The correlator correlates the scattered light with a sequence code that outputs a peak value associated with the time at which the light pulse was received. The microprocessor is configured to determine a time difference between transmission and reception of the light pulse based on whether the amplitude of the peak exceeds a threshold. The microprocessor calculates the distance to the surface of the object based on the time difference.)

用于编码和译码LiDAR的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年1月5日提交的标题为“METHOD AND SYSTEM FOR ENCODING ANDDECODING LiDAR”的美国临时专利申请No.62/442,758的优先权，其内容通过引用以其整体特此并入。

技术领域

本公开总体上涉及光检测和测距（LiDAR），并且更具体地涉及用于编码和译码LiDAR系统的技术。

背景技术

LiDAR系统可以用于测量对象和系统之间的距离。具体地，系统可以发射信号（例如，使用光源）、记录返回信号（例如，使用光检测器）并且通过计算返回信号和发射信号之间的延迟来确定距离。

发明内容

下文呈现一个或多个示例的简化发明内容以便提供对本公开的基本理解。本发明内容不是对所有设想示例的彻底的综述，并且不旨在确定所有示例的关键的或决定性元件或者描述任何或所有示例的范围。其目的是要以简化的形式呈现一个或多个示例的一些构思作为以下呈现的更具体的描述的开头。

根据一些实施例，一种光检测和测距（LiDAR）扫描系统，其包括：光源，其中光源配置成发射光脉冲以照射对象的表面；调制器，其可操作以响应于来自序列生成器的信号而对光脉冲进行编码；光检测器，其配置成检测来自光脉冲的对象的表面的散射光；相关器，其电耦合到光检测器，其中相关器配置成将散射光与序列码相关并且输出与接收光脉冲的时间相关联的峰值，以及微处理器，其电耦合到光源和相关器，其中微处理器配置成：确定峰值的幅度是否超过阈值；根据峰的幅度超过阈值的确定：确定发射光脉冲的时间与接收光脉冲的时间之间的时间差；并且基于时间差计算到对象的表面的距离。

根据一些实施例，一种用于光检测和测距（LiDAR）扫描检测的方法，该方法包括：利用序列码编码来自光源的光脉冲；发射光脉冲以照射对象的表面；在检测器处检测来自对象的照射表面的散射光；将检测的散射光与序列码相关，所述序列码输出与接收光脉冲的时间相关联的峰值；确定峰值的幅度是否超过阈值；根据峰的幅度超过阈值的确定：确定发射光脉冲的时间与接收光脉冲的时间之间的时间差；并且基于时间差计算到对象的表面的距离。

根据一些实施例，一种计算机实现的方法包括：在具有光源和光检测器的光检测和测距（LiDAR）系统中：使用光源发射具有第一数量的脉冲信号的第一脉冲群信号和具有第二数量的脉冲信号的第二脉冲群信号，其中第一数量与第二数量不同；使用光检测器接收具有第三数量的脉冲信号的返回脉冲群信号；基于第三数量的脉冲信号确定返回脉冲群信号是对应于第一脉冲群信号还是第二脉冲群信号；根据返回脉冲群信号对应于第一脉冲群信号的确定，基于返回脉冲群信号和发射的第一脉冲群信号确定第一距离；并且根据返回脉冲群信号对应于第二脉冲群信号的确定，基于返回脉冲群信号和发射的第二脉冲群信号确定第二距离。

根据一些实施例，一种光检测和测距（LiDAR）扫描系统包括：光源，其中光源配置成发射具有第一数量的脉冲信号的第一脉冲群信号和具有第二数量的脉冲信号的第二脉冲群信号，其中第一数量与第二数量不同；光检测器，其配置成检测具有第三数量的脉冲信号的返回脉冲群信号；微处理器，其电耦合到光源和光检测器，其中微处理器配置成基于第三数量的脉冲信号确定返回脉冲群信号是对应于第一脉冲群信号还是第二脉冲群信号；根据返回脉冲群信号对应于第一脉冲群信号的确定，基于返回脉冲群信号和发射的第一脉冲群信号确定第一距离；并且根据返回脉冲群信号对应于第二脉冲群信号的确定，基于返回脉冲群信号和发射的第二脉冲群信号确定第二距离。

附图说明

为了更好地理解各种所描述的方面，应当结合以下附图对下面的描述做出参考，其中贯穿附图，相同的参考标号指代对应的部分。

图1图示了附连到车辆的多个LiDAR系统。

图2图示了用于区分延迟的光脉冲的示例性LiDAR系统。

图3图示了用于区分来自不同光源的光脉冲的示例性LiDAR系统。

图4A图示了重叠区中的编码LiDAR系统的四个编码序列。

图4B图示了用于在其它序列之间区分编码序列的相关性。

图5A图示了具有噪声和变化的衰减的散射光的编码信号。

图5B图示了具有噪声和变化的衰减的散射光的编码信号的相关性。

图6图示了用于编码和译码LiDAR系统的示例性过程。

图7A图示了根据本公开的一些实施例的用于将返回的散射光与发射的脉冲信号相关的示例性LiDAR系统。

图7B图示了根据本公开的一些实施例的由LiDAR系统发射的脉冲信号的示例性集合。

具体实施方式

为了确定对象的范围，LiDAR系统利用光脉冲照射对象，并检测对应于光脉冲的散射光。将光脉冲与不对应于光脉冲的散射光相关联可能使得LiDAR系统解释对象的存在，即使那里不存在物理对象。例如，来自由相同LiDAR系统或由接近于LiDAR系统的第二LiDAR系统发射的另一个脉冲的散射光可能错误地与原始脉冲光配对，所述原始脉冲光可能被不正确地解释为对象。当前技术典型地通过比较捕获帧的相邻样本来后处理样本以校正“假”对象，其至多是近似。因此，挑战是要在光脉冲与来自光脉冲的对应的散射光的配对方面改进。

以下结合附图阐述的具体实施方式旨在作为对各种配置的描述，而不旨在代表其中可实践本文中描述的构思的唯一配置。出于提供对各种构思的透彻的理解的目的，具体实施方式包括特定细节。然而，对于本领域技术人员而言将显而易见的是，这些构思可以在没有这些特定细节的情况下被实践。在一些实例中，以框图的形式示出熟知的结构和部件以免使这样的构思模糊不清。

现在将参考装置和方法的各种元件来呈现LiDAR系统和过程的示例。这些装置和方法将在以下具体实施方式中描述，并通过各种框、部件、电路、步骤、过程、算法等（统称为“元件”）在附图中图示。这些元件可以使用电子硬件、计算机软件或其任意组合来实现。这样的元件是实现为硬件还是软件取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束。

在以下对示例的描述中，对形成其部分的附图做出参考，并且在其中借助于图示来示出可以被实践的特定的示例。要理解的是，在不脱离所公开的示例的范围的情况下，可以使用其它的示例并做出结构上的改变。

尽管以下描述使用术语“第一”、“第二”等来描述各种元件，但这些元件不应受术语的限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个进行区分。例如，在不脱离各种所描述的实施例的范围的情况下，第一脉冲信号可以被称为第二脉冲信号，并且类似地，第二脉冲信号可以被称为第一脉冲信号。第一脉冲信号和第二脉冲信号两者都是脉冲信号，但它们可能不是相同的脉冲信号。

在本文中各种描述的实施例的描述中使用的术语仅出于描述特定的实施例的目的，而不旨在限制。如在各种描述的实施例和所附权利要求的描述中使用的那样，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文以其它方式清楚地指示。也将理解的是，如本文中使用的术语“和/或”指代且涵盖一个或多个相关联的列出项目的任何和所有可能的组合。还将理解的是，当在此说明书中使用时，术语“包括”、“其包括”、“包含”和/或“其包含”指定规定的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其分组的存在或添加。

取决于上下文，术语“如果”可选地解释成意指“当……时”或“在......时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于上下文，短语“如果其被确定”或“如果检测到[规定的条件或事件]”可选地解释成意指“在确定时”或“响应于确定”或“在检测到[规定的条件或事件]时”或“响应于检测[规定的条件或事件]”。

图1图示了附连到车辆100的多个LiDAR系统102A-102F。如图1中描绘的那样，车辆100具有被定向以扫描车辆100的前部区104A的第一LiDAR系统102A、被定向以扫描车辆100的后部区104B的第二LiDAR系统102B、被定向以扫描车辆100的乘客侧区104C的第三LiDAR系统102C、被定向以扫描车辆100的驾驶员侧区104D的第四LiDAR系统102B、被定向以扫描车辆100的前部乘客侧角落区104E的第五LiDAR系统102E以及被定向以扫描车辆100的前部驾驶员侧角落区104F的第六LiDAR系统102F。

在这个示例中，车辆100的第五LiDAR系统102E覆盖对应于前部区104A和乘客侧区104C之间的未扫描区域的“盲点”（例如，未由LiDAR系统扫描的区域）。因此，第五LiDAR系统102E具有在第一重叠区106AE处与前部区104A重叠的前部乘客侧角落区104E，以及在第二重叠区106EC处与乘客侧区104C重叠的前部乘客侧角落区104E。同样地，车辆100的第六LiDAR系统102F覆盖对应于前部区104A和驾驶员侧区104D之间的未扫描区域的“盲点”（例如，未由LiDAR系统扫描的区域）。因此，第六LiDAR系统102F具有在第三重叠区106AF处与前部区104A重叠的前部驾驶员侧角落区106AF，以及在第四重叠区106FD处与驾驶员侧区104D重叠的前部驾驶员侧角落区104F。

重叠区可以提供附加的分辨率，因为每个重叠区可以在来自多于一个LiDAR系统的每个相应的重叠区内对对象进行测距。例如，第一LiDAR系统102A可以对位于第一重叠区106AE中的对象的表面进行测距，且第五LiDAR系统102E可以对位于第一重叠区106AE中的对象的相邻表面进行测距。因此，在两个LiDAR系统可以同时对在相同区域中的对象进行测距的情况下，第一重叠区106AE可以被过扫描。

过扫描重叠区（例如，第一重叠区106AE、第二重叠区106EC、第三重叠区106AF、第四重叠区106FD等）也可以引起一个或多个LiDAR系统之间干扰。例如，第一LiDAR系统102A可以在与第五LiDAR系统102E对位于第一重叠区106AE中的对象的表面进行测距基本上相同的位置并且基本上同时地对位于第一重叠区106AE中的对象的表面进行测距。在这样的实例中，来自第一LiDAR系统102A的散射光脉冲可以在第五LiDAR系统102E处被错误地检测到。同样地，来自第五LiDAR系统102E的散射光脉冲可以在第一LiDAR系统102A处被错误地检测到。

在一些实例中，来自第一LiDAR系统102A的散射光脉冲可以干扰来自第五LiDAR系统102E的散射光脉冲。即，第一LiDAR系统102A可以检测两个散射光脉冲，且可能难以区分哪个散射光脉冲对应于从第一LiDAR系统102A发射的光脉冲。在检测到多个散射光脉冲时区分哪个散射光脉冲对应于发射的光脉冲的一种方法是实现“第一个到达”区分，其将第一个检测到的散射光与发射的光脉冲相关联。此方法中的推理是，到达的第一个光脉冲传播最短距离，其对应于正确的发射的光脉冲。然而，来自相邻的LiDAR系统的散射光脉冲可能干扰此方法。例如，来自第五LiDAR系统102E的散射光脉冲可以在从第一LiDAR系统102A发射的散射光脉冲之前到达第一LiDAR系统102A。因此，选择“第一个到达”（例如，在这个实例中，来自第五LiDAR系统102E的散射光脉冲）方法针对对象生成比其实际所处更近的范围。

在检测到多个散射光脉冲时区分哪一个散射光脉冲对应于发射的光脉冲的另一个方法是实现“最强”区分，其将最亮的检测到的散射光脉冲与发射的光脉冲相关联。此方法中的推理是，光源和检测器的对准收集了比与检测器随机对准的第二光源更强的光脉冲。因此，到达的最强（例如，最亮）光脉冲对应于发射的光脉冲。例如，起源于第五LiDAR系统102E的散射光脉冲可以在起源于第一LiDAR系统102A的散射光脉冲之后并且以比起源于第一LiDAR系统102A的散射光脉冲更高的强度到达第一LiDAR系统102A。在这样的实例中，选择“最强”（例如，在这个实例中，来自第五LiDAR系统102E的散射光脉冲）方法针对对象生成比其实际所处更远的范围。

为了在检测到多个光脉冲时准确区分哪一个散射光脉冲对应于发射的光脉冲，图1中描绘的每一个LiDAR系统（例如，102A-102F）包括调制器，其可操作以响应于来自序列生成器的信号对发射的光脉冲进行编码。即，根据序列码调制每一个发射的光脉冲，所述序列码在图1中被表示为针对每一个扫描区（例如，区104A-104F）的图案。在一些示例中，序列码是伪随机位序列（PRBS）码。例如，PRBS码可以具有对应于PRBS-5码的2⁵-1位、PRBS码可以具有对应于PRBS-31码的2³¹-1位等。应当领会的是，PRBS码可以大于2⁵-1。例如，PRBS码可以具有对应于PRBS-6码的2⁶-1位，PRBS码可以具有对应于PRBS-7码的2⁷-1位，PRBS码可以具有对应于PRBS-8码的2⁸-1位，PRBS码可以具有对应于PRBS-9码的2⁹-1位等。还应当领会的是，PRBS码可以小于2⁵-1。例如，PRBS码可以具有对应于PRBS-4码的2⁴-1位，PRBS码可以具有对应于PRBS-3码的2³-1位等。

如在图1的图案区（例如，104A-104F）中描绘的那样，每一个LiDAR系统对发射的光脉冲进行编码，当检测到多个散射光脉冲时，这有助于区分对应于发射的光脉冲的散射光脉冲。例如，起源于第五LiDAR系统102E的散射光脉冲可以在从第一LiDAR系统102A发射的散射光脉冲之前到达第一LiDAR系统102A。源自起源于第一LiDAR系统102A和第五LiDAR系统102E的散射光脉冲的散射光脉冲与第一LiDAR系统102A的序列码相关。因为起源于第一LiDAR系统102A的散射光脉冲与第一LiDAR系统102A的序列码之间的相关性高于起源于第五LiDAR系统102E的散射光脉冲与第一LiDAR系统102A的序列码之间的相关性，所以第一LiDAR系统102A正确地识别较晚到达的散射光脉冲（例如，起源于第一LiDAR系统102A的散射光脉冲）。

在另一个示例中，起源于第五LiDAR系统102E的散射光脉冲可以在起源于第一LiDAR系统102A的散射光脉冲之后以比起源于第一LiDAR系统102A的散射光脉冲更高的强度到达第一LiDAR系统102A。起源于第一LiDAR系统102A的散射光脉冲和起源于第五LiDAR系统102E的散射光脉冲与第一LiDAR系统102A的序列码相关。因为起源于第一LiDAR系统102A的散射光脉冲与第一LiDAR系统102A的序列码之间的相关性高于起源于第五LiDAR系统102E的散射光脉冲与第一LiDAR系统102A的序列码之间的相关性，所以第一LiDAR系统102A正确地识别具有较低强度的散射光脉冲（例如，起源于第一LiDAR系统102A的散射光脉冲）。

图2图示了用于区分延迟的光脉冲的示例性LiDAR系统200。LiDAR系统200包括光源210、光检测器230以及电处理和计算设备（诸如微控制器）240。如图2中描绘的那样，光源210配置成发射照射对象250的第一表面252的光214的脉冲。在本文中描述的示例中，光源210是激光二极管。在一些示例中，光源210可以是白炽灯、荧光灯等。此外，光源210可以具有可见光谱中的一个或多个波长、红外光谱中的一个或多个波长或紫外光谱中的一个或多个波长。

在图2中描绘的示例中，光源210具有内部调制器212，其可操作以响应于来自序列生成器244的信号而对光214的脉冲进行编码。在一些实例中，内部调制器212配置成根据通断键控调制到激光二极管光源210的注入电流。代替使用内部调制器212，调制器可以在光源外部。例如，如在图2中描绘为选项的那样，调制器可以是位于光源210和对象250的光学路径中的光电调制器220。在一些示例中，光电调制器220可以是马赫-曾德耳（Mach-Zehnder）调制器。

如图2中描绘的那样，光检测器230位于散射光216的脉冲的光学路径中。光检测器230配置成检测起源于光214的脉冲的从对象250的第一表面252扩散或散射的散射光216的脉冲。光检测器230可以包括光电传感器232、孔口掩模234和会聚透镜236。会聚透镜236配置成朝着光电传感器232处的聚焦区定向脉冲散射光。会聚透镜236可以由诸如高指数玻璃、塑料等的任何透明材料制造。透镜236在大区域范围内定向散射光216的脉冲，其增加在光电传感器232处收集的散射光216的脉冲的量。掩模234配置成过滤光电传感器232附近的散射光216的脉冲，其相对于散射光216的直达脉冲的光学路径是倾斜地成角度的，使得只有基本上平行于散射光216的直达脉冲的路径的光可以到达光电传感器232。

在一些实例中，来自光214的脉冲的光可以从第一表面252分散并且“折回”离开第二表面254，并被定向沿着基本上平行于散射光216的直达脉冲的路径的光学路径。然而，这样的折回散射光218的脉冲需用的额外距离使折回散射光218的脉冲与散射光216的脉冲的较直达路径延迟。因此，折回散射光218滞后于散射光216的直达脉冲。光电传感器232可以是光电二极管、雪崩光电二极管、光电倍增管等。在一些示例中，光电传感器232包括面对光入射表面的相对表面的反射镜，其将光反射回到光电传感器232的吸收区。

应当领会的是，LiDAR系统200检测散射光216的脉冲和折回散射光218两者，并且LiDAR系统200将散射光216的脉冲和折回散射光218两者相关联为由LiDAR系统200发射的有效脉冲。在一些示例中，根据本文中所描述的方法，LiDAR系统200基于在脉冲中编码的序列码将散射光216和折回散射光218的脉冲相关联为由LiDAR系统200发射的有效脉冲。在存在一个或多个有效脉冲的情况下，因为折回散射光218滞后于散射光216的直达脉冲，所以LiDAR系统200将“第一个到达”归因为散射光214的脉冲并且将剩余的归因为折回散射光218的脉冲。

在图2中所描绘的示例中，光检测器230包括模数（A/D）转换器238。A/D转换器238可以是集成电路，其配置成将来自检测器（例如，光电传感器232）的对所吸收的散射光216的模拟电响应转换为数字电信号。此外，使A/D转换器238基本上在光电传感器232处可以减少损耗（例如，线路损耗），这可以增加信号完整性。

图2中所描绘的示例包括电耦合到计算机可读介质/存储器248、光源210、光检测器230、光电传感器232、可选光调制器224和可选光电调制器220的电处理和计算设备（诸如微处理器）240。LiDAR系统200中的微处理器240可以执行软件。软件应被宽泛地解释成意指指令、指令集合、代码、代码段、程序代码、程序、子程序、软件部件、应用、软件应用、软件包、例程、子例程、对象、可执行文件（executable）、执行线程、过程、函数等，无论其被称为软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其它。

微处理器240包括时间/时钟242、序列生成器244和相关器246。如图2中所描绘的那样，微处理器240电耦合到光源210和相关器246。因此，光源210可以触发计时器/时钟242以标记发射光214的脉冲的时间。同样地，相关器246可以标记检测到光的脉冲的时间。在一些示例中，计时器/时钟模块242配置成标记与时间戳一起发射或接收的每个光214的脉冲。时间戳是编码的日期和时间。时间戳的示例包括“月-日-年@时：分：秒，”“月-日-年@时：分：秒，”“年-日-月@时：分：秒，”“1234567890（Unix时间），”等。计时器/时钟模块308还可以将光214的脉冲与散射光216的脉冲配对，并确定时间差。在一些示例中，时间/时钟242是嵌入在微处理器240内的模块。

序列生成器244配置成生成序列码。序列生成器244电耦合到相关器246、光源210（例如，内部调制器212），并且可选地耦合到光电调制器220。在一些示例中，序列生成器244是嵌入在微处理器240内的模块。在一些示例中，序列码是伪随机位序列（PRBS）码。

相关器246电耦合到光检测器230。相关器246配置成将散射光216的脉冲与序列码相关，其测量散射光216的脉冲与序列码之间的相似性。为了高相似性，相关器246输出散射光216的脉冲和序列码对准的峰值。峰值的位置与接收到散射光216的脉冲的时间相关联。为了电域中的相关性，相关器246访问来自A/D转换器238的数字电信号，其对应于散射光216的电表示。如图2中描绘的那样，A/D转换器238电耦合到光检测器230。

如图2中描绘的那样，代替使电域中的散射光216的脉冲相关的相关器246，LiDAR系统200可以包括光调制器224，所述光调制器224使光域中的散射光216的脉冲相关。如图2中描绘的那样，光调制器224位于散射光216的光学路径中。在这种实例中，散射光216的脉冲与序列码光学地相关。在一些实例中，光调制器224配置成实现四波混频。

在一些示例中。微处理器240还配置成确定来自散射光216与序列码之间的相关性的峰值的幅度是否超过阈值。在一些示例中，阈值在来自相关器246的输出的平均值以上至少一个标准偏差。根据峰的幅度超过阈值的确定，微处理器240还配置成确定发射光214的脉冲的时间和接收散射光216的脉冲的时间之间的时间差。基于该时间差，微处理器240配置成计算到对象250的表面的距离（例如，到第一表面252的距离）。在一些示例中，微处理器240还配置成基于峰值的幅度来确定对象250的表面（例如，第一表面252）的反射率。

如图2中描绘的那样，计算机可读介质/存储器248电耦合到微处理器，并且为时间标记、序列码、时间戳、距离确定等提供存储。

图3图示了用于区分来自不同光源的光脉冲的示例性LiDAR系统200’。LiDAR系统200’可以是图2的LiDAR系统200，其从第二光源310接收散射光316的不同的脉冲而不是接收折回散射光218的脉冲。如图3中描绘的那样，LiDAR系统200’描绘了来自第二光源310的光314的不同的脉冲，其照射对象250的第三表面352，该第三表面352接近第一表面252。来自光314的不同脉冲的一些光可从第三表面352分散，并被定向沿着基本上平行于散射光216的直达脉冲的路径的光学路径，并被光检测器230检测。

在该示例中，相关器246将起源于光源310的散射光318的不同的脉冲与码序列相关，并且也将起源于光源210的散射的218脉冲与码序列相关。相关性结果指示，与散射光318的不同的脉冲的相关性相比，散射的218脉冲的相关性更高。因此，LiDAR系统200’将光314的不同的脉冲与散射的218脉冲正确地相关联。

虽然图3图示了区分起源于不同光源（即，光源210和310）的散射光，但应当领会的是，本文中描述的对脉冲信号进行编码的方法可用于在起源于相同源的散射光之间区分。例如，LiDAR系统可以分别利用不同的序列码（例如，PRBS码）来对多个发射的脉冲信号进行编码。在接收散射光时，LiDAR系统可以执行译码以将散射光与具有相同编码信息的特定发射的脉冲信号相关。因此，即使来自多个发射的脉冲信号的散射光以与它们的对应脉冲信号从LiDAR系统发射的顺序不同的顺序到达光检测器，系统仍然可以唯一地识别每个散射光脉冲。还应当领会的是，这种方法可以与其它方法结合使用以分析散射光，诸如在2017年1月5日提交的标题为“HIGH RESOLUTION LiDAR USING HIGH FREQUENCY PULSE FIRING”的美国临时专利申请No.62/442,912，以及2017年12月28日提交的标题为“HIGH RESOLUTIONLiDAR USING HIGH FREQUENCY PULSE FIRING”的美国非临时专利申请15/857,563中描述的那些，其内容通过引用以其整体特此并入。

图4A图示了用于编码的LiDAR系统的四个编码序列。编码序列402具有在上升沿412或下降沿414处转变的逻辑电平“1”410和逻辑电平“0”416。应当领会的是，由于序列码是生成的逻辑位序列而不是信号，因此在每个序列码（例如，编码序列402、第一序列404、第二序列406、第三序列408等）上不存在噪声。如图4A中描绘的那样，编码序列402是对应于31位（例如，2⁵-1）的PRBS-5码。

图4B图示了用于在其它序列（例如，第一序列404、第二序列406、第三序列408等）之间区分编码序列402的相关性。在这个示例中，相关器246将序列码（例如，编码序列402）与编码序列402、与第一序列404、与第二序列406、以及与第三序列408相关。如图4B中描绘的那样，序列码（例如，编码序列402）和编码序列402之间的相关性生成了峰值418，该峰值418比来自其它序列（例如，第一序列404、第二序列406和第三序列408）的相关性峰高得多。这意味着，如果编码序列402是用于第一LiDAR系统102A（图1）的序列码，并且第一序列404是用于第五LiDAR系统102E（图1）的序列码，则第一LiDAR系统102A可以在第一重叠区106AE内正确地区分来自第一LiDAR系统102A与第五LiDAR系统102E的散射光脉冲。

应当领会的是，第二序列406可以是用于第二LiDAR系统102B（图1）的序列码，第三序列408可以是用于第三LiDAR系统102C（图1）的序列码，并且可以生成用于第四LiDAR系统102D（图1）和第六LiDAR系统102F（图1）的其它序列码。

图4B还描绘了阈值420。在一些示例中，微处理器240基于相关性输出的统计来确定阈值420。例如，在一些实例中，阈值420在来自相关器246的输出的平均值以上至少一个标准偏差。

图5A图示了具有噪声530和变化的衰减（例如，0dB衰减502A、20dB衰减502B、20dB衰减502C）的散射光216的编码信号。在该示例中，光214的脉冲利用编码序列402被编码。因此，光214的脉冲利用在上升沿412或下降沿414处转变的逻辑电平“1”410和逻辑电平“0”416被编码。如图5A中描绘的那样，用于0dB衰减502A的光214的脉冲类似于图4A的编码序列402，其不具有噪声项（例如，噪声530）。光214的脉冲中的噪声530可以是热噪声（例如，来自调制期间的晶体管）、光噪声（例如，背景辐射）等。如图5A中描绘的那样，在20dB衰减502B处的光214的脉冲在噪声项（例如，噪声530）上看起来稍微可见，而在30dB衰减502C处的光214的脉冲在噪声项（例如，噪声530）上看起来对肉眼而言几乎不可辨别。

图5B图示了具有噪声530和变化的衰减（例如，0dB衰减502A、20dB衰减502B、20dB衰减502C）的散射光216的编码信号的相关性。在该示例中，相关器246将图5A的0dB衰减502A、20dB衰减502B和30dB衰减502C处的光214的脉冲与编码序列402（图4）相关。如图5B中描绘的那样，在0dB衰减504A处的相关性、在20dB衰减504B处的相关性和在30dB衰减504C处的相关性中的每个分别具有峰值418A、峰值418B和峰值418C。在0dB衰减504A处的相关性基本上类似于图4B中的编码序列402的相关性，而在20dB衰减504B处的相关性具有看起来类似的峰值418B，但是其大致上比在0dB衰减504A处的相关性的峰值418A小一个数量级（例如，是其1/10）。在30dB衰减504C处的相关性具有峰值418C，其大致上是在20dB衰减504B处的相关性的峰值418B的三分之一。

要注意的是，因为峰值418A、418B、418C随着衰减而减小，所以要设想的是，微处理器240可以配置成基于峰值418的幅度来确定对象250的表面（例如，第一表面252）的反射率。

应当领会的是，即使在30dB的衰减502C（图5A）处，在其中散射光216的脉冲对肉眼而言看起来几乎不可辨别，但相关性仍然可以将峰418C与噪声530区分，如图5B中描绘的那样。还应当领会的是，峰418A、418B和418C的位置位于时间索引0处，这有助于与时间/时钟242同步以确定时间差。

图6图示了用于编码和译码LiDAR系统（例如，LiDAR系统200、LiDAR系统200’等）的示例性过程600。过程600可由设置或包括在车辆中的系统执行。该系统可以是LiDAR系统200或200’（图2和图3）。在框602处，过程600生成序列码。序列生成器244（图2和3）可以是嵌入在微处理器240内的模块。在一些示例中，序列码是伪随机位序列（PRBS）码。例如，PRBS码可以具有对应于PRBS-5码的2⁵-1位。序列生成器244将序列码提供给光源210（例如，内部调制器212）和相关器246。

在框604处，过程600利用序列码对来自光源的光脉冲进行编码。例如，如图2和3中描绘的那样，光源210是具有内部调制器212的二极管激光器，该内部调制器212可操作以响应于来自序列生成器244的信号对光214的脉冲进行编码。在一些示例中，对光214的脉冲进行编码包括根据通断键控调制到激光二极管光源210的注入电流。例如，内部调制器212可以配置成根据通断键控调制到激光二极管光源210的注入电流。在一些实例中，调制器是外部调制器，诸如位于光源210和对象250的光学路径中的光电调制器220。光电调制器220可以是马赫-曾德耳调制器。在一些示例中，对光214的脉冲进行编码是经由位于光源210的光学路径中的马赫-曾德耳调制器对光214的脉冲进行调制。在一些示例中，对光214的脉冲进行编码包括经由电光调制器在光域中对光214的脉冲进行调制。

在框606处，过程600发射光脉冲以照射对象的表面。即，光源210（图2和3）可以发射照射对象250的第一表面252的光214的脉冲。结果，来自光脉冲214的一些光可从第一表面252分散，并被定向沿着基本上平行于直达散射光216的路径的光学路径。

在框608处，过程600在检测器（例如，检测器230）处检测来自对象的被照射表面的散射光。即，检测器230可以检测从第一表面252分散并定向到光检测器230的散射光216的脉冲。光检测器230可包括光电传感器232、孔口掩模234和会聚透镜236，以协助聚集更多的散射光脉冲（例如，散射光238的脉冲）。特别地，会聚透镜236朝着光电传感器232处的聚焦区聚集并定向散射光脉冲（例如，散射光238的脉冲）。在一些实例中，散射光脉冲（例如，散射光238的脉冲）包括起源于光脉冲214的编码的散射光238的脉冲、起源于折回离开一个或多个表面的分散的光脉冲214的折回散射光218以及起源于不同的光314的脉冲的不同的散射的光318的脉冲。在一些示例中，光电传感器232是光电二极管，诸如雪崩光电二极管。在一些示例中，检测器是光电倍增管。在一些示例中，检测散射光包括将检测到的散射光238的脉冲转换成数字电信号。

在框610处，过程600将检测到的散射光脉冲与序列码相关，该序列码输出与接收光脉冲的时间相关联的峰值。例如，相关器246接收来自信号生成器244的序列码以及来自检测器230的A/D转换器238的转换的数字电信号。相关器246然后将转换的数字电信号与序列码相关。该相关性生成位于时间索引0处的峰值418（例如，图4B的峰418），其有助于与时间/时钟242同步以确定时间差。

在框612处，过程600确定至少一个峰值的幅度是否超过阈值。例如，微处理器240可配置成确定来自散射光216与序列码之间的相关性的峰值418的幅度是否超过阈值418。例如，微处理器会确定图4B中所描绘的峰118超过阈值420，而其余相关性的峰不超过阈值420。在一些示例中，阈值在来自相关器的输出的平均值以上至少一个标准偏差。例如，微处理器240可以求相关器246的输出的平均值和标准偏差，然后将阈值设定成平均值加标准偏差。在一些示例中，微处理器在记录来自一个收发循环的相关器的输出之后做出确定。

在框614处，根据峰的幅度超过阈值的确定，过程600确定发射光脉冲的时间和接收光脉冲的时间之间的时间差。例如，时间/时钟242可以将光214的脉冲与散射的光216的脉冲配对并确定时间差。在一些示例中，时间/时钟242使用时间标记（例如，时间戳）。在一些实例中，启动光214的脉冲可以触发时间标记，并且时间索引零处的相关性可以触发时间标记。

在框616处，过程600基于时间差计算到对象的表面的距离。例如，微处理器240可以将时间差乘以光速除以2，以生成到对象250的距离。例如，在0.8微秒的时间差的情况下，微处理器240会将到对象250的距离计算为大约120米远（例如，0.8e-6*2.9979e8/2）。在计算距离之后，计算器模块310可以将值存储到计算机可读介质/存储器248。

在可选框618处，根据峰的幅度超过阈值的确定，过程600基于峰的幅度确定对象的表面的反射率。例如，光214的脉冲照射对象250的表面（例如，第一表面252），其中光分散并且一些散射光218被定向到检测器230。对于高反射表面，散射光218的大部分（例如，百分比）被定向到检测器230，而对于低反射表面，散射光218的大部分（例如，百分比）被定向到检测器230。因为相关性峰418的幅度随着衰减而减小（图5B），并且衰减与表面的反射率成比例，所以设想的是，微处理器240可以配置成基于峰值418的幅度来确定对象250的表面（例如，第一表面252）的反射率。图7A图示了根据本公开的一些实施例的用于将返回的散射光与发射的脉冲信号相关的示例性LiDAR系统。在所描绘的示例中，LiDAR系统700包括发射器702和接收器704。发射器702使用光源在两个不同时间发射第一脉冲群信号706和第二脉冲群信号708。脉冲群信号可以包括一群一个或多个脉冲，该脉冲以相对小的时间间隔被分隔开。因此，脉冲群信号可以具有一个或多个峰。在所描绘的示例中，第一脉冲群信号706包括单个脉冲并且因此包括一个峰，而第二脉冲群信号708包括两个脉冲并且因此包括两个峰。在所描绘的示例中，第一脉冲群信号706中的脉冲信号和第二脉冲群信号708中的脉冲信号与相同的波长相关联。在一些示例中，脉冲群信号706和708在其它特性方面不同，所述方面诸如脉冲宽度、脉冲形状和/或脉冲群内的脉冲重复周期。

第一脉冲群信号706和第二脉冲群信号708被时间间隔分离。时间间隔被设定得足够大，使得两个群信号彼此不重叠。如描绘的那样，脉冲群信号706和708的发射之间的时间间隔大于脉冲群信号708内的两个脉冲之间的时间间隔。这改进了来自脉冲群信号706和708的散射光被识别为两个不同的群信号的可能性。此外，应当理解的是，在一些示例中，期望将脉冲群信号内的脉冲之间的时间间隔设定得尽可能小，只要在其已经被散射之后系统仍可以辨明该群中的峰的数量。这还帮助来自多个群信号的散射光在被散射之后被识别为多个不同的（例如，不重叠的）脉冲群信号。

接收器704使用光检测器接收第一返回脉冲群信号712和第二返回脉冲群信号714。对于每个返回脉冲群信号，系统关于其对应于哪个发射脉冲群信号做出确定。例如，系统识别第二返回脉冲群信号714内的两个脉冲（或峰），并因此确定第二返回脉冲群信号714对应于第二脉冲群信号708。因此，系统基于发射脉冲群信号708的时间和接收脉冲群信号714的时间确定距离。

此外，系统识别第一返回脉冲群信号712内的一个脉冲（或峰），并因此确定第一返回脉冲群信号712对应于第一脉冲群信号706。因此，系统基于发射脉冲群信号706的时间和接收脉冲群信号712的时间来确定距离。

应当领会的是，LiDAR系统700可以将返回脉冲群信号712和714与相应的发射信号相关，不管接收返回脉冲群信号712和714的顺序如何。例如，如果第一脉冲群信号706被相对遥远的对象散射，而第二脉冲群信号708被相对靠近的对象散射，则返回脉冲群信号714（对应于第二脉冲群信号708）可以在返回脉冲群信号712之前被接收。然而，系统仍然可以基于在返回脉冲群信号714中识别的峰的数量正确地将返回脉冲群信号714与较晚发射的脉冲群信号708相关。

区分起源于相同源的散射光的上述方法改进了LiDAR系统的分别率。在不能正确地使以不同于发射其对应的光脉冲的顺序的顺序接收的散射光相关的常规系统中，系统可能需要确保散射光以相同顺序到达，例如，通过发射信号然后在发射下一信号之前等待光脉冲向LiDAR被设计用于的最远距离往返传播所需用的最大时间。使用上述方法，系统不需要等待发送两个连续信号之间的最大飞行时间。例如，发射第一脉冲群信号706和发射第二脉冲群信号708之间的时间可以小于光脉冲按系统的设计规范到达最远的对象的往返飞行时间。因此，系统能够以较高频率发射脉冲信号，因而在不减小检测范围的情况下在视场中生成较高的分辨率。

图7B图示了根据本公开的一些实施例的由LiDAR系统发射的脉冲信号的示例性集合。如描绘的那样，脉冲信号的集合包括第一多个脉冲群信号，该第一多个脉冲群信号包括脉冲群信号706和724；以及第二多个脉冲群信号，该第二多个脉冲群信号包括脉冲群信号708、720、722和726。

在一些实施例中，第一多个脉冲群信号用于检测相对遥远的对象，而第二多个脉冲群信号用于检测相对靠近的对象。这种系统消除了对具有用于多个种子激光器的电子器件（以便在不减小LiDAR系统的检测范围的情况下增加检测的点的密度）的需要。如描绘的那样，第一多个脉冲群信号（例如，706、724）具有比第二多个脉冲群信号（例如，708、720、722、726）更高的幅度。信号706和724的较高的幅度允许那些信号被用于对较远的对象进行测距。此外，第一多个的信号706和724被时间间隔t₁分离。在一些示例中，时间间隔t₁可以是光脉冲向LiDAR系统被设计用于的最远距离往返传播所需用的最大时间；因此，系统可以使用“第一个到达”方法在第一多个的信号之间进行区分。此外，第二多个的信号708和720被时间间隔t₂分离。根据上述方法，系统可以基于每个散射光中的峰的相应的数量来在对应于第一多个的信号的散射光与对应于第二多个的信号的散射光之间进行区分。

在一些示例中，第一多个的每个脉冲群信号与相邻的脉冲群信号由相同的时间间隔t₁分离，并且第二多个的每个脉冲群信号与相邻的脉冲群信号由相同的时间间隔t₂分离。t₁和t₂之间的比率被配置使得没有一个第一多个脉冲群信号与第二多个脉冲群信号中的任何一个重叠。

虽然图7B图示了区分起源于相同源的散射光，但是应当领会的是，该方法可以用于在来自不同源的光脉冲之间进行区分。例如，第一LiDAR系统可以配置成发射包括706和724的第一多个脉冲群信号，而第二LiDAR系统可以配置成发射包括708、720、722和726的第二多个脉冲群信号。对于每个散射光，第一LiDAR系统可以识别散射光内的脉冲（和/或峰）的数量，并且确定散射光是起源于第一LiDAR系统还是第二LiDAR系统。

在以下项目中阐述示例性方法、非瞬态计算机可读存储介质、系统和电子设备：

1. 一种光检测和测距（LiDAR）扫描系统，包括：

光源，其中光源配置成发射光脉冲以照射对象的表面；

调制器，其可操作以响应于来自序列生成器的信号而利用序列码对光脉冲进行编码；

光检测器，其配置成检测起源于光脉冲的来自对象的表面的散射光脉冲；

相关器，其电耦合到光检测器，其中相关器配置成将散射光脉冲与序列码相关，并输出与接收散射光脉冲的时间相关联的峰值，以及

微处理器，其电耦合到光源和相关器，其中所述微处理器配置成：

确定峰值的幅度是否超过阈值；

根据峰的幅度超过阈值的确定：

确定发射光脉冲的时间和接收光脉冲的时间之间的时间差；以及

基于时间差计算到对象的表面的距离。

2. 根据项目1所述的LiDAR扫描系统，其中光源是激光二极管光源。

3. 根据项目2所述的LiDAR扫描系统，其中调制器配置成根据通断键控调制到激光二极管的注入电流。

4. 根据项目1-3中任一个所述的LiDAR扫描系统，其中调制器是位于光脉冲的光学路径中的光电调制器。

5. 根据项目1-4中任一个所述的LiDAR扫描系统，其中调制器是位于光脉冲的光学路径中的马赫-曾德耳调制器。

6. 根据项目1-5中任一个所述的LiDAR扫描系统，其中检测器是光电二极管。

7. 根据项目1-6中任一个所述的LiDAR扫描系统，其中检测器是光电倍增管。

8. 根据项目1-7中任一个所述的LiDAR扫描系统，其中检测器还包括模数转换器，所述模数转换器配置成将检测的散射光脉冲转换成电数字信号。

9. 根据项目1-8中任一个所述的LiDAR扫描系统，其中相关器是嵌入在微处理器内的模块。

10. 根据项目1-9中任一个所述的LiDAR扫描系统，其中相关器是配置成实现四波混频的光调制器。

11. 根据项目1-10中任一个所述的LiDAR扫描系统，其中序列生成器是嵌入在微处理器内的模块。

12. 根据项目1-11中任一个所述的LiDAR扫描系统，其中序列码是伪随机位序列码。

13. 根据项目12所述的LiDAR扫描系统，其中伪随机位序列码是PRBS-5。

14. 根据项目1-13中任一个所述的LiDAR扫描系统，其中阈值在来自相关器的输出的平均值以上至少一个标准偏差。

15. 根据项目1-14中任一个所述的LiDAR扫描系统，其中根据峰的幅度超过阈值的确定，微处理器还配置成基于峰值的幅度来确定对象的表面的反射率。

16. 一种用于光检测和测距（LiDAR）扫描检测的方法，所述方法包括：

利用序列码对来自光源的光脉冲进行编码；

发射光脉冲以照射对象的表面；

在检测器处检测来自对象的照射的表面的散射光脉冲；

将检测的散射光脉冲与序列码相关，所述序列码输出与接收散射光脉冲的时间相关联的峰值；

确定峰值的幅度是否超过阈值；

根据峰的幅度超过阈值的确定：

确定发射光脉冲的时间与接收散射光脉冲的时间之间的时间差；以及

基于时间差计算到对象的表面的距离。

17. 根据项目16所述的方法，其中根据峰的幅度超过阈值的确定还包括基于峰的幅度确定对象的表面的反射率。

18. 根据项目16-17中任一个所述的方法，其中光源是激光二极管。

19. 根据项目18所述的方法，其中对光脉冲进行编码包括根据通断键控调制到激光二极管的注入电流。

20. 根据项目16-19中任一个所述的方法，其中对光脉冲进行编码包括经由位于光脉冲的光学路径中的电光调制器在光域中调制光脉冲。

21. 根据项目16-20中任一个所述的方法，其中对光脉冲进行编码包括经由位于光脉冲的光学路径中的马赫-曾德耳调制器调制光脉冲。

22. 根据项目16-21中任一个所述的方法，其中检测器是光电二极管。

23. 根据项目16-22中任一个所述的方法，其中检测器是光电倍增管。

24. 根据项目16-23中任一个所述的方法，其中检测散射光脉冲包括将检测的散射光脉冲转换成电数字信号。

25. 根据项目16-24中任一个所述的方法，其中序列码是伪随机位序列码。

26. 根据项目18所述的方法，其中伪随机位序列码是PRBS-5。

27. 根据项目16-26中任一个所述的方法，其中阈值在来自相关器的输出的平均值以上至少一个标准偏差。

28. 根据项目16-27中任一个所述的方法，其中根据峰值的幅度超过阈值的确定，基于峰值的幅度确定对象的表面的反射率。

29. 一种计算机实现的方法，包括：在具有光源和光检测器的光检测和测距（LiDAR）系统中：

使用光源发射具有第一数量的脉冲信号的第一脉冲群信号和具有第二数量的脉冲信号的第二脉冲群信号，其中第一数量不同于第二数量；

使用光检测器接收具有第三数量的脉冲信号的返回脉冲群信号；

基于第三数量的脉冲信号确定返回脉冲群信号是对应于第一脉冲群信号还是第二脉冲群信号；

根据返回脉冲群信号对应于第一脉冲群信号的确定，基于返回脉冲群信号和发射的第一脉冲群信号确定第一距离；以及

根据返回脉冲群信号对应于第二脉冲群信号的确定，基于返回脉冲群信号和发射的第二脉冲群信号确定第二距离。

30. 根据项目29所述的方法，其中第一数量是一。

31. 根据项目29-30中任一个所述的方法，其中第一脉冲群信号中的脉冲信号和第二脉冲群信号中的脉冲信号与相同的波长相关联。

32. 根据项目29-31中任一个所述的方法，其中在发射第一脉冲群信号和发射第二脉冲群信号之间的时间小于光脉冲按系统的设计规范到达最远的对象的往返飞行时间。

33. 根据项目29-32中任一个所述的方法，还包括：

发射包括第一脉冲群信号的第一多个脉冲群信号，其中第一多个的每个脉冲群信号与第一多个的相邻脉冲群信号由第一时间间隔分离；

发射包括第二脉冲群信号的第二多个脉冲群信号，其中第二多个的每个脉冲群信号与第二多个的相邻脉冲群信号由第二时间间隔分离，并且其中第一时间间隔不同于第二时间间隔。

34. 根据项目33所述的方法，其中第一多个的脉冲群信号与第一幅度相关联，并且其中第二多个的脉冲群信号与不同于第一幅度的第二幅度相关联。

35. 一种光检测和测距（LiDAR）扫描系统，包括：

光源，其中光源配置成发射具有第一数量的脉冲信号的第一脉冲群信号和具有第二数量的脉冲信号的第二脉冲群信号，其中第一数量不同于第二数量；

光检测器，其配置成检测具有第三数量的脉冲信号的返回脉冲群信号；

微处理器，其电耦合到光源和光检测器，其中微处理器配置成基于第三数量的脉冲信号确定返回脉冲群信号是对应于第一脉冲群信号还是第二脉冲群信号；

根据返回脉冲群信号对应于第一脉冲群信号的确定，基于返回脉冲群信号和发射的第一脉冲群信号确定第一距离；以及

根据返回脉冲群信号对应于第二脉冲群信号的确定，基于返回脉冲群信号和发射的第二脉冲群信号确定第二距离。

理解的是，所公开的过程和/或流程图中的框的特定顺序或层次是示例性方法的图示。基于设计偏好，理解的是，可以重新布置过程和/或流程图中的框的特定顺序或层次。此外，一些框可以被组合或省略。所附方法权利要求以样本顺序呈现各种块的元件，并且不意味着限于所呈现的特定顺序或层次。

提供先前描述以使得任何本领域的技术人员能够实践本文中描述的各种方面。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言将是容易地显而易见的，并且本文中定义的一般原理可以应用于其它方面。因此，权利要求不旨在限于本文中所示出的方面，而是要符合与语言权利要求一致的全部范围，其中除非特别说明，否则以单数对元件的参考不旨在意指“一个且仅一个”，而是“一个或多个”。本文中使用词语“示例性”以用于意指“充当示例、实例或说明”。本文中描述为“示例性”的任何方面不一定解释为比其它方面更优选或有利。除非另外特别说明，否则术语“一些”指代一个或多个。诸如“A、B或C中的至少一个”、“A、B或C中的一个或多个”、“A、B和C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”以及“A、B、C或其任意组合”的组合包括A、B和/或C的任何组合，并且可以包括A的倍数、B的倍数或C的倍数。特别地，诸如“A、B或C中的至少一个”、“A、B或C中的一个或多个”、“A、B和C中的至少一个”、“A、B和C中的一个或多个”以及“A、B、C或其任何组合”的组合可以仅为A、仅为B、仅为C、A和B、A和C、B和C、或者A和B和C，其中任何这样的组合可以包含A、B或C中的一个或多个成员。对于本领域普通技术人员而言已知的或较晚变得已知的贯穿本公开描述的各种方面的元件的所有结构上的和功能上的等同物明确地通过引用并入本文中并且旨在由权利要求涵盖。此外，本文中所公开的内容都不旨在奉献给公众，不管这种公开是否在权利要求中明确地记载。词语“模块”、“机构”、“元件”、“设备”等可以不是词语“装置”的替代。因此，除非使用短语“用于……的装置”明确地记载元件，否则权利要求元件都不基于35 U.S.C.§112（f）来解释。