本公開的實(shí)施例總體涉及將長(zhǎng)距離目標(biāo)成像的系統(tǒng)和方法，諸如光檢測(cè)和測(cè)距(lidar)系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

lidar代表可用于檢測(cè)目標(biāo)的表面特征，諸如地表上各區(qū)域的感測(cè)方法。通常的lidar系統(tǒng)包括激光器、掃描器和檢測(cè)器。激光器發(fā)射用來(lái)測(cè)量相對(duì)于特定目標(biāo)的各區(qū)域的距離的光脈沖。掃描器在目標(biāo)表面上移動(dòng)光脈沖。光脈沖反射離開目標(biāo)并由檢測(cè)器接收。在檢測(cè)器接收的反射光脈沖用來(lái)生成關(guān)于目標(biāo)的表面形狀和區(qū)域的三維信息。

通常的lidar系統(tǒng)包括將發(fā)射的光脈沖在包括目標(biāo)的所關(guān)注區(qū)域上移動(dòng)的單個(gè)掃描器。確定每個(gè)反射的光脈沖的飛行時(shí)間，以及光脈沖被掃描的角度。飛行時(shí)間和掃描角的組合用來(lái)生成所關(guān)注區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)的三維圖像。

通常，掃描器包括單光束轉(zhuǎn)向元件和光學(xué)元件。lidar系統(tǒng)在發(fā)射隨后的激光脈沖之前接收反射的激光脈沖。具體地，已知的lidar系統(tǒng)包括發(fā)射激光脈沖的激光發(fā)射器。在發(fā)射器發(fā)射隨后的激光脈沖之前，檢測(cè)器首先接收初始發(fā)射的激光脈沖。lidar系統(tǒng)監(jiān)測(cè)從發(fā)射到檢測(cè)的時(shí)間以確定反射所發(fā)射的激光的目標(biāo)的距離。然而，如所提到，已知的lidar系統(tǒng)操作以使得在任一時(shí)間僅單個(gè)激光束在傳播中(即，在發(fā)射和檢測(cè)之間)。

使用飛行時(shí)間作為從發(fā)射器到目標(biāo)的距離度量的已知系統(tǒng)通常受到激光脈沖從發(fā)射器發(fā)射、傳播到目標(biāo)并從目標(biāo)反射回到檢測(cè)器以被記錄所花費(fèi)的時(shí)間的限制。在初始激光脈沖和隨后激光脈沖之間的時(shí)間延遲限制系統(tǒng)性能。例如，如果目標(biāo)在200英尺之外，則激光脈沖從發(fā)射器傳播到目標(biāo)和返回到檢測(cè)器花費(fèi)的時(shí)間為約400納秒。這樣，系統(tǒng)能夠采樣目標(biāo)的最快頻率為約2.5mhz。如果例如成像幀包括1000×1000像素，則幀速率約為每秒2.5幀。如果成像幀為250×250像素，則幀速率提高到約每秒40幀，但處于降低的空間分辨率。隨著目標(biāo)進(jìn)一步遠(yuǎn)離，幀速率和空間分辨率的降低甚至更大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

需要基于反射的光信號(hào)形成三維圖像的更快且更有效的成像系統(tǒng)和方法。需要維持高的幀速率和空間分辨率的成像系統(tǒng)。需要在成像系統(tǒng)的傳播時(shí)間中具有提高的幀速率和分辨率的成像系統(tǒng)和方法。

考慮這些需要，本公開的某些實(shí)施例提供一種被配置為基于多個(gè)反射光信號(hào)形成目標(biāo)的圖像的成像系統(tǒng)。成像系統(tǒng)可包括被配置為向目標(biāo)發(fā)射多個(gè)光信號(hào)的光發(fā)射組件。多個(gè)光信號(hào)中的每個(gè)具有不同于多個(gè)光信號(hào)中的其它光信號(hào)的特有特性。光檢測(cè)器組件被配置為接收并檢測(cè)從目標(biāo)反射的多個(gè)光信號(hào)，并基于多個(gè)光信號(hào)中的每個(gè)的特有特性區(qū)分多個(gè)光信號(hào)中的各個(gè)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，成像系統(tǒng)可以是被配置為基于多個(gè)反射激光信號(hào)形成目標(biāo)圖像的光檢測(cè)和測(cè)距(lidar)系統(tǒng)。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，特有特性包括特有波長(zhǎng)。在至少一個(gè)其它實(shí)施例中，特有特性包括特有的信息包大小。

光發(fā)射組件可在多個(gè)光信號(hào)中的第一信號(hào)由光檢測(cè)器組件接收之前發(fā)射多個(gè)光信號(hào)中的各個(gè)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，在光發(fā)射組件和光檢測(cè)器組件之間的途中不同時(shí)存在具有相同的特有特性的兩個(gè)光信號(hào)。

多個(gè)光信號(hào)中的每個(gè)光信號(hào)可從光發(fā)射組件沿共同光軸發(fā)射。發(fā)射器組件可被配置為將多個(gè)光信號(hào)多路復(fù)用為共同光束。

光發(fā)射組件可包括多個(gè)光發(fā)射器。多個(gè)光發(fā)射器中的每個(gè)可被配置為發(fā)射多個(gè)光信號(hào)中的相應(yīng)光信號(hào)。

光檢測(cè)器組件可包括多個(gè)光檢測(cè)器。多個(gè)光檢測(cè)器中的每個(gè)可被配置為接收多個(gè)光信號(hào)中的相應(yīng)光信號(hào)。

光發(fā)射組件可包括多個(gè)濾光器，其被配置為過(guò)濾多個(gè)光信號(hào)，以使得多個(gè)光信號(hào)中的每個(gè)表現(xiàn)出特有特性。在至少一個(gè)實(shí)施例中，光發(fā)射組件和光檢測(cè)器組件中的一者或兩者可包括多個(gè)二色鏡。多個(gè)二色鏡中的每個(gè)可被配置為反射特定波長(zhǎng)的光。

光發(fā)射組件可包括色散組合器，其被配置為沿共同光軸重新導(dǎo)向多個(gè)光信號(hào)。在至少一個(gè)其它實(shí)施例中，光發(fā)射組件可包括激光源、激光增益介質(zhì)、全反射器和部分反射器。全反射器相對(duì)于部分反射器是可移動(dòng)的以改變?nèi)瓷淦骱筒糠址瓷淦髦g的間隔距離。改變間隔距離使特有特性變化。

光檢測(cè)器組件可包括色散元件或衍射元件。色散元件和衍射元件中的每個(gè)可被配置為將多個(gè)光信號(hào)中的每個(gè)轉(zhuǎn)向到相應(yīng)的檢測(cè)器。

本公開的某些實(shí)施例提供一種被配置為基于多個(gè)反射光信號(hào)形成目標(biāo)圖像的成像方法。成像方法可包括向目標(biāo)發(fā)射多個(gè)光信號(hào)，其中，多個(gè)光信號(hào)中的每個(gè)具有不同于該多個(gè)光信號(hào)中的其它光信號(hào)的特有特性，檢測(cè)從目標(biāo)反射的多個(gè)光信號(hào)，并基于多個(gè)光信號(hào)中的每個(gè)的特有特性區(qū)分多個(gè)光信號(hào)中的每個(gè)。

附圖說(shuō)明

圖1示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的成像系統(tǒng)的示意框圖。

圖2示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的成像系統(tǒng)的示意圖。

圖3示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的光發(fā)射組件的示意圖。

圖4示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的光發(fā)射組件的示意圖。

圖5示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的光檢測(cè)器組件的示意圖。

圖6示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的光檢測(cè)器組件的示意圖。

圖7示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的用多個(gè)光信號(hào)將目標(biāo)成像的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

某些實(shí)施例的以上概述和以下詳述將在結(jié)合附圖閱讀時(shí)被更好地理解。如本文所使用，以單數(shù)形式敘述并且以單詞“一”或“一個(gè)”為前導(dǎo)的元件或步驟應(yīng)理解為并不排除多個(gè)元件或步驟。進(jìn)一步地，引用的“一個(gè)實(shí)施例”并不旨在解釋為排斥同樣結(jié)合有所敘述特征的另外實(shí)施例的存在。此外，除非以相反方式明確陳述，否則“包括”或“具有”有特定條件的一個(gè)要素或多個(gè)要素的實(shí)施例可包括不具有該條件的額外要素。

本公開的某些實(shí)施例提供一種成像系統(tǒng)，其可包括被配置為發(fā)射多個(gè)光信號(hào)(諸如脈沖激光)的光發(fā)射組件。每個(gè)光信號(hào)可具有與其它光信號(hào)相比是特有的特性。在至少一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)光信號(hào)可以以特定波長(zhǎng)發(fā)射。例如，第一光信號(hào)可以以第一波長(zhǎng)發(fā)射，而第二光信號(hào)可以以與第一波長(zhǎng)不同的第二波長(zhǎng)發(fā)射。成像系統(tǒng)還可包括接收從目標(biāo)反射的光信號(hào)的光檢測(cè)器組件。光檢測(cè)器組件被配置為基于特有特性區(qū)別所接收的光信號(hào)。例如，光檢測(cè)器組件可被配置為基于不同波長(zhǎng)區(qū)別所接收的光信號(hào)。這樣，多個(gè)光信號(hào)中的每個(gè)可在光檢測(cè)器組件接收反射光信號(hào)中的至少一個(gè)之前發(fā)射。在光檢測(cè)器組件接收具有第一特有(unique，唯一)特性的第一光信號(hào)之后，發(fā)射器組件可然后向目標(biāo)發(fā)射具有第一特有特性的第一光信號(hào)中的另一個(gè)，即使具有不同特有特性的其它光信號(hào)可能仍在光發(fā)射組件和光檢測(cè)器組件之間的途中(例如，在傳播中)。

目標(biāo)可以距成像系統(tǒng)有顯著距離。例如，目標(biāo)可以是長(zhǎng)距離目標(biāo)，該長(zhǎng)距離可以是距成像系統(tǒng)幾百英尺、英里或更多。目標(biāo)可以是天然或人造結(jié)構(gòu)。例如，目標(biāo)可以是地貌特征，諸如平原、山丘、山脈、水體、天然界標(biāo)或地層等。作為另一例子，目標(biāo)可以是人造物體，諸如建筑物、交通工具、道路、鐵路的一部分、界碑等。

本公開的某些實(shí)施例提供可發(fā)射多個(gè)不同光信號(hào)(諸如激光脈沖)的三維成像系統(tǒng)(諸如lidar系統(tǒng))。不同光信號(hào)可被多路復(fù)用為共同光束。不同光信號(hào)在被一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器接收時(shí)，可通過(guò)它們的特定波長(zhǎng)差被區(qū)分。

在至少一個(gè)實(shí)施例中，代替使用發(fā)射具有相同特性的光信號(hào)的單個(gè)光源，單個(gè)光源可用來(lái)生成具有多個(gè)不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。在至少一個(gè)其它實(shí)施例中，多個(gè)光源可用來(lái)生成具有不同波長(zhǎng)的多個(gè)光信號(hào)。所發(fā)射的光信號(hào)可相對(duì)于單個(gè)光軸對(duì)齊。與已知系統(tǒng)相比，光信號(hào)可在時(shí)間(和距離)上更緊密地分開，由此提供具有提高的幀速率和分辨率的更快系統(tǒng)。

本公開的某些實(shí)施例提供一種成像系統(tǒng)，其可包括至少一個(gè)光源，以及控制單元(諸如定時(shí)電路)，其被配置為記錄脈沖開始和返回時(shí)間。一個(gè)或多個(gè)光源被配置為生成多個(gè)不同光信號(hào)(諸如激光脈沖)，每個(gè)光信號(hào)可具有將其與其它光信號(hào)區(qū)分開的至少一個(gè)特有特性(諸如特有波長(zhǎng))。光信號(hào)可被多路復(fù)用為共同光束。一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器可被配置為基于一個(gè)或多個(gè)特有特性區(qū)別所接收的光信號(hào)。

圖1示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的成像系統(tǒng)100的示意框圖。成像系統(tǒng)100包括光發(fā)射組件102和光檢測(cè)器組件104?？刂茊卧?06可以可操作地耦接到光發(fā)射組件102和光檢測(cè)器組件104，諸如通過(guò)一個(gè)或多個(gè)有線和/或無(wú)線連接?？刂茊卧?06可被配置為控制光發(fā)射組件102和光檢測(cè)器組件104的操作。例如，控制單元106可包括被配置為控制光信號(hào)(諸如脈沖激光)從光發(fā)射組件102的發(fā)射的定時(shí)電路?？蛇x地，代替與光發(fā)射組件102和光檢測(cè)器組件104分離并不同于它們的控制單元，光發(fā)射組件102和光檢測(cè)器組件104中的一者或兩者可包括被配置為控制成像系統(tǒng)100的操作的控制單元。成像系統(tǒng)100可以是三維(3d)成像系統(tǒng)，諸如lidar系統(tǒng)。

光發(fā)射組件102可包括被配置為發(fā)射多個(gè)光信號(hào)108、110和112(諸如脈沖激光)的一個(gè)或多個(gè)光源，諸如一個(gè)或多個(gè)激光源。每個(gè)光信號(hào)108、110和112具有相對(duì)于其它光信號(hào)108、110和112是特有的至少一個(gè)特性。例如，每個(gè)光信號(hào)108、110和112可以以特有波長(zhǎng)發(fā)射。這樣，第一光信號(hào)108可以以第一波長(zhǎng)發(fā)射。第二光信號(hào)110可以以不同于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)發(fā)射。第三光信號(hào)112可以以不同于第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)的第三波長(zhǎng)發(fā)射。因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)不同，所以第一光信號(hào)108、第二光信號(hào)110和第三光信號(hào)112中的每個(gè)可具有不同顏色。例如，第一光信號(hào)108可以是藍(lán)光信號(hào)，第二光信號(hào)110可以是黃光信號(hào)，以及第三光信號(hào)112可以是紅光信號(hào)。在至少一個(gè)其它實(shí)施例中，光信號(hào)108、110和112的波長(zhǎng)可變化，使得光信號(hào)中的每個(gè)可以具有類似顏色的不同深淺度。例如，第一光信號(hào)108可以是暗紅色，第二光信號(hào)110可以是中間紅色，以及第三光信號(hào)112可以是亮紅色。

在至少一個(gè)其它實(shí)施例中，光信號(hào)108、110和112中的每個(gè)可在信息包大小、長(zhǎng)度等方面不同。例如，第一光信號(hào)108可以是單個(gè)光信息包(例如，單個(gè)激光脈沖)。第二光信號(hào)110可以是兩個(gè)單獨(dú)的光信息包(例如，間隔小于1納秒的兩個(gè)激光脈沖)。第三光信號(hào)112可以是三個(gè)單獨(dú)的光信息包(例如，間隔小于1納秒的三個(gè)激光脈沖)。在至少一個(gè)其它實(shí)施例中，第一光信號(hào)108可以是在第一持續(xù)時(shí)間內(nèi)延續(xù)的光發(fā)射(例如，持續(xù)1納秒的激光發(fā)射)。第二光信號(hào)110可以是在比第一持續(xù)時(shí)間更短或更長(zhǎng)的第二持續(xù)時(shí)間內(nèi)延續(xù)的光發(fā)射(例如，持續(xù)2納秒的激光發(fā)射)。第三光信號(hào)112可以是在比第一持續(xù)時(shí)間和第二持續(xù)時(shí)間更短或更長(zhǎng)的第三持續(xù)時(shí)間內(nèi)延續(xù)的光發(fā)射(例如，持續(xù)3納秒的激光發(fā)射)。

光發(fā)射組件102可被配置為發(fā)射比所示更多或更少的光信號(hào)。應(yīng)理解，圖1所示的光信號(hào)108、110和112僅是示例性的。在至少一個(gè)實(shí)施例中，光發(fā)射組件102可被配置為發(fā)射六個(gè)或更多個(gè)光信號(hào)，每個(gè)光信號(hào)具有至少一個(gè)特有特性。

光檢測(cè)器組件104可包括一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)器，其被配置為接收從目標(biāo)114反射的分別代表光信號(hào)108、110和112的光信號(hào)108’、110’和112’。光檢測(cè)器組件104被配置為基于光信號(hào)108’、110’和112’的特有特性區(qū)別和區(qū)分光信號(hào)108’、110’和112’。例如，光檢測(cè)器組件104接收光信號(hào)108’，并識(shí)別其具有第一特有特性(諸如第一波長(zhǎng))。光檢測(cè)器組件104接收第二光信號(hào)110’，并識(shí)別其具有不同于第一特有特性的第二特有特性(諸如第二波長(zhǎng))，并因此能夠區(qū)別第二光信號(hào)110’與第一光信號(hào)108’。類似地，光檢測(cè)器組件104接收第三光信號(hào)112’，并識(shí)別其為具有不同于第一特有特性和第二特有特性兩者的第三特有特性(諸如第三波長(zhǎng))，并因此能夠?qū)⒌谌庑盘?hào)112’與第一光信號(hào)108’和第二光信號(hào)110’區(qū)分開。

在操作中，光發(fā)射組件102被配置為向目標(biāo)114發(fā)射多個(gè)光信號(hào)108、110和112(每個(gè)具有至少一個(gè)特有特性)。例如，控制單元106可操作光發(fā)射組件102以向目標(biāo)114發(fā)射光信號(hào)108、110和112。光信號(hào)108、110和112可從光發(fā)射組件102沿相同光軸發(fā)射，并可在3d成像系統(tǒng)(諸如lidar系統(tǒng))中被操控和被引導(dǎo)。

光發(fā)射組件102可在光檢測(cè)器組件104檢測(cè)到反射的光信號(hào)108’、110’和112’中的任一個(gè)(或至少一個(gè))之前，發(fā)射光信號(hào)108、110和112。例如，光發(fā)射組件102不需要等待到反射光信號(hào)108’由光檢測(cè)器組件104檢測(cè)就發(fā)射光信號(hào)110。

在光檢測(cè)器組件104接收反射光信號(hào)108’時(shí)或之后，控制單元106可然后操作光發(fā)射組件102發(fā)射與初始發(fā)射的光信號(hào)108具有相同的特有特性的隨后的光信號(hào)108。類似地，在光檢測(cè)器組件104接收反射光信號(hào)110’時(shí)或之后，控制單元106可然后操作光發(fā)射組件102以發(fā)射與初始發(fā)射的光信號(hào)110具有相同的特有特性的隨后的光信號(hào)110。進(jìn)一步地，在光檢測(cè)器組件104接收反射光信號(hào)112’時(shí)或之后，控制單元106可然后操作光發(fā)射組件102以發(fā)射與初始發(fā)射的光信號(hào)112具有相同的特有特性的隨后的光信號(hào)112。這樣，控制單元106可基于特定光信號(hào)是否在光發(fā)射組件102和光檢測(cè)器組件104之間的途中(例如，在傳播中)，控制所發(fā)射的光信號(hào)108、110和112的定時(shí)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，具有相同特有特性的多個(gè)光信號(hào)可以不同時(shí)在傳播中(即，在光發(fā)射組件102和光檢測(cè)器組件104之間的途中)。以此方式，控制單元106可基于每個(gè)光信號(hào)108、110和112的特有特性準(zhǔn)確確定目標(biāo)114距光發(fā)射組件102的距離，而不存在可能由具有相同特性的多個(gè)光信號(hào)以其他方式導(dǎo)致的干擾。

如上所述，控制單元106可用來(lái)控制成像系統(tǒng)100的操作。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“控制單元”、“單元”、“中央處理單元”、“cpu”、“計(jì)算機(jī)”等可包括任何基于處理器的或基于微處理器的系統(tǒng)，其包括使用以下裝置的系統(tǒng)：微控制器、精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(risc)、專用集成電路(asic)、邏輯電路以及包括能夠執(zhí)行本文所述功能的硬件、軟件或其組合的任何其它電路或處理器。此些僅是示例性的，并因此不旨在以任何方式限制此類術(shù)語(yǔ)的定義和/或意義。例如，控制單元106可以是或可包括被配置為控制成像系統(tǒng)100的操作的一個(gè)或多個(gè)處理器。

控制單元106被配置為執(zhí)行存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)元件(諸如一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器)中的一組指令以便處理數(shù)據(jù)。例如，控制單元106可包括或耦接到一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)元件也可根據(jù)期望或需要存儲(chǔ)數(shù)據(jù)或其它信息。存儲(chǔ)元件可以是信息源或處理機(jī)內(nèi)的物理存儲(chǔ)器元件的形式。

該組指令可包括各種命令，其指示控制單元106作為處理機(jī)執(zhí)行特定操作，諸如本文所述的主題的各種實(shí)施例的方法和過(guò)程。該組指令可以是軟件程序的形式。軟件可為各種形式，諸如系統(tǒng)軟件或應(yīng)用軟件。進(jìn)一步地，軟件可以是單獨(dú)程序的集合、在較大程序內(nèi)的程序子集或程序的一部分的形式。軟件也可包括面向?qū)ο缶幊痰男问降哪K化編程。處理機(jī)對(duì)輸入數(shù)據(jù)的處理可響應(yīng)于用戶命令，或響應(yīng)于先前處理的結(jié)果，或響應(yīng)于由另一處理機(jī)做出的請(qǐng)求。

本文中的實(shí)施例的圖示可示出一個(gè)或多個(gè)控制或處理單元，諸如控制單元106。應(yīng)理解，處理或控制單元可表示可實(shí)施為具有執(zhí)行本文所述操作的相關(guān)聯(lián)指令(例如，存儲(chǔ)在有形和非暫時(shí)性計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，諸如計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器、rom、ram等上的軟件)的硬件的電路、電路系統(tǒng)或其部分。硬件可包括被硬連線以執(zhí)行本文所述功能的狀態(tài)機(jī)電路系統(tǒng)?？蛇x地，硬件可包括電子電路，其包括和/或連接到一個(gè)或多個(gè)基于邏輯的裝置，諸如微處理器、處理器、控制器等。可選地，控制單元106可表示處理電路系統(tǒng)，諸如現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(fpga)、專用集成電路(asic)、一個(gè)或多個(gè)微處理器等中的一個(gè)或多個(gè)。在各種實(shí)施例中的電路可被配置為執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)算法以執(zhí)行本文所述的功能。該一個(gè)或多個(gè)算法可包括本文所公開的實(shí)施例的方面，無(wú)論是否在流程圖或方法中明確標(biāo)示。

如本文所用，術(shù)語(yǔ)“軟件”和“固件”是可互換的，并且包括存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中以用于由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的任何計(jì)算機(jī)程序，該存儲(chǔ)器包括ram存儲(chǔ)器、rom存儲(chǔ)器、eprom存儲(chǔ)器、eeprom存儲(chǔ)器和非易失性ram(nvram)存儲(chǔ)器。上面的存儲(chǔ)器類型僅是示例性的，并因此不限制可用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)程序的存儲(chǔ)器的類型。

圖2示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的成像系統(tǒng)100的示意圖。光發(fā)射組件102可包括多個(gè)光發(fā)射器(諸如脈沖激光發(fā)射器)200、202、204、206、208和210。每個(gè)光發(fā)射器200、202、204、206、208和210被配置為生成并發(fā)射具有特有特性的光信號(hào)。例如，光發(fā)射器200可發(fā)射具有對(duì)應(yīng)于第一顏色的第一波長(zhǎng)的第一光信號(hào)212。第二光發(fā)射器202可發(fā)射具有對(duì)應(yīng)于第二顏色的第二波長(zhǎng)的第二光信號(hào)214。第二波長(zhǎng)和第二顏色不同于第一波長(zhǎng)和第一顏色。第三光發(fā)射器204可發(fā)射具有對(duì)應(yīng)于第三顏色的第三波長(zhǎng)的第三光信號(hào)216。第三波長(zhǎng)和第三顏色不同于第一波長(zhǎng)和第二波長(zhǎng)以及第一顏色和第二顏色。第四光發(fā)射器206可發(fā)射具有對(duì)應(yīng)于第四顏色的第四波長(zhǎng)的第四光信號(hào)218。第四波長(zhǎng)和第四顏色不同于第一波長(zhǎng)、第二波長(zhǎng)和第三波長(zhǎng)以及第一顏色、第二顏色和第三顏色。第五光發(fā)射器208可發(fā)射具有對(duì)應(yīng)于第五顏色的第五波長(zhǎng)的第五光信號(hào)220。第五波長(zhǎng)和第五顏色不同于第一波長(zhǎng)、第二波長(zhǎng)、第三波長(zhǎng)和第四波長(zhǎng)以及第一顏色、第二顏色、第三顏色和第四顏色。第六光發(fā)射器210可發(fā)射具有對(duì)應(yīng)于第六顏色的第六波長(zhǎng)的第六光信號(hào)222。第六波長(zhǎng)和第六顏色不同于第一波長(zhǎng)、第二波長(zhǎng)、第三波長(zhǎng)、第四波長(zhǎng)和第五波長(zhǎng)以及第一顏色、第二顏色、第三顏色、第四顏色和第五顏色。

可選地，代替特有特性為不同波長(zhǎng)，特有特性可以是各種其它類型的特性。例如，特有特性可表示光信息包突發(fā)、大小、持續(xù)時(shí)間等的差異。

光發(fā)射組件102也可包括與光發(fā)射器200-210相關(guān)聯(lián)的多個(gè)反射器230。反射器230可被配置為反射發(fā)射的光信號(hào)212-222并將它們沿光軸232對(duì)準(zhǔn)向目標(biāo)114。反射器230可用來(lái)將分離的和不同的光信號(hào)212-222多路復(fù)用在沿共同光軸232的共同光束路徑上。如所提到，光信號(hào)212-222中的每個(gè)可調(diào)諧成不同波長(zhǎng)(并因此不同顏色)。反射器230可以是或可包括用來(lái)沿共同光軸232發(fā)射光信號(hào)212-222的多個(gè)二色分束器。

發(fā)射的光信號(hào)212-222可穿過(guò)反射器236(諸如反射鏡)的孔234而朝向目標(biāo)114。發(fā)射的光信號(hào)212-222以反射光信號(hào)212’、214’、216’、218’、220’和222’反射離開目標(biāo)114。反射光信號(hào)212’-222’反射離開反射器236而朝向光檢測(cè)器組件104。

光檢測(cè)器組件104可包括分光器子組件240，該分光器子組件240具有多個(gè)二色鏡242、244、246、248、250和252，每個(gè)二色鏡與相應(yīng)的檢測(cè)器254、256、258、260、262和264相關(guān)聯(lián)并對(duì)準(zhǔn)。每個(gè)檢測(cè)器254-264被配置為檢測(cè)與特定反射光信號(hào)212’-222’相關(guān)聯(lián)的光的特定波長(zhǎng)。每個(gè)二色鏡242-252被配置為僅將特定波長(zhǎng)光信號(hào)反射向相應(yīng)檢測(cè)器254-264，同時(shí)允許其它光信號(hào)從其通過(guò)。例如，二色鏡242被配置為反射光信號(hào)212’(并允許其它光信號(hào)從其通過(guò))，而檢測(cè)器254被配置為檢測(cè)光信號(hào)212’。其它二色鏡244-252和檢測(cè)器256-264被類似地調(diào)諧到特定光波長(zhǎng)。光檢測(cè)器組件104也可包括被配置為將反射光信號(hào)212’-222’聚焦到相應(yīng)檢測(cè)器254-264的透鏡270。另選地，光檢測(cè)器組件104可以不包括透鏡270。

二色鏡242-252可各自具有反射陷波(notch)或反射帶。反射光信號(hào)可反射通過(guò)二色鏡242-252的線性路徑，使得每個(gè)二色鏡242-252將特定波長(zhǎng)的光反射到特定檢測(cè)器254-264中。

可選地，代替二色鏡，分光器子組件240可包括調(diào)諧到特定波長(zhǎng)的一個(gè)或多個(gè)濾光器。每個(gè)特定檢測(cè)器254-264可與相應(yīng)的濾光器相關(guān)聯(lián)。

控制單元106確定每個(gè)檢測(cè)器254-264何時(shí)接收相應(yīng)的反射光信號(hào)。在控制單元106確定特定的反射光信號(hào)已由相應(yīng)檢測(cè)器檢測(cè)之后，控制單元106可操作光發(fā)射組件102以發(fā)射相關(guān)聯(lián)的光信號(hào)。例如，當(dāng)控制單元106確定檢測(cè)器254已接收反射光信號(hào)212’時(shí)，控制單元106可使光發(fā)射器200發(fā)射另一個(gè)光信號(hào)212。

光信號(hào)212-222中的每個(gè)可在不同時(shí)間發(fā)射。例如，光信號(hào)222可首先發(fā)射，之后是光信號(hào)220，之后是光信號(hào)218，之后是光信號(hào)216，之后是光信號(hào)214，以及之后是光信號(hào)212。光信號(hào)212-222中的全部可同時(shí)在傳播中(即，在發(fā)射器組件102和光檢測(cè)器組件104之間的途中)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，具有相同的特有特性的多個(gè)光信號(hào)可以不同時(shí)在傳播中。例如，兩個(gè)光信號(hào)212可以不同時(shí)在傳播中以便減小可能的信號(hào)干擾和模糊。

另選地，代替具有分離的和不同的發(fā)射器的光發(fā)射組件102，光發(fā)射組件102可包括被配置為生成多個(gè)光信號(hào)212-222的單個(gè)發(fā)射器。在至少一個(gè)實(shí)施例中，單個(gè)發(fā)射器可調(diào)制輸出以生成不同的光信號(hào)212-222。而且，另選地，光檢測(cè)器組件104可包括被配置為在接收到反射信號(hào)212’-222’時(shí)識(shí)別不同特性的單個(gè)檢測(cè)器。

圖3示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的光發(fā)射組件102的示意圖。光發(fā)射組件102可包括色散組合器300(諸如光楔、衍射光柵等)，其被配置為接收光信號(hào)212-222(該光信號(hào)中的每個(gè)可以以不同角度入射至色散組合器300)，并且沿共同光軸232將光信號(hào)212-222中的每個(gè)重新導(dǎo)向。光發(fā)射器200-210中的每個(gè)可相對(duì)于特定進(jìn)入角對(duì)準(zhǔn)到色散組合器300中。

圖4示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的光發(fā)射組件102的示意圖。在該實(shí)施例中，光發(fā)射組件102可包括被配置為發(fā)射光信號(hào)401到激光增益介質(zhì)402(諸如氣體、等離子體等)中的光源400。全反射器404和部分反射器406可在容納激光增益介質(zhì)402的空腔的相對(duì)側(cè)。全反射器404和部分反射器406中的一者或兩者可以可操作地耦接到致動(dòng)器408(諸如馬達(dá))，其被配置為將全反射器406相對(duì)于部分反射器408移動(dòng)。例如，全反射器404可在箭頭a的方向上沿光軸232移動(dòng)，以改變?nèi)菁{激光增益介質(zhì)402的空腔的大小。通過(guò)改變空腔的距離，光信號(hào)401的波長(zhǎng)改變，由此產(chǎn)生不同的光信號(hào)212-222。反射器404和406可振蕩或通過(guò)其它方式以設(shè)定的頻率和位移移動(dòng)。在這種移動(dòng)期間，激光增益介質(zhì)402被激勵(lì)并且光信號(hào)401從其中發(fā)射。所得的光信號(hào)的波長(zhǎng)取決于反射器404和406之間的間距420。當(dāng)間距420改變(諸如光信號(hào)401的脈沖之間的距離改變)時(shí)，所得的激光脈沖的特定波長(zhǎng)因此改變。這樣，圖4所示的光發(fā)射組件102被配置為生成具有特定的、可重復(fù)的和不同的波長(zhǎng)的一連串激光脈沖。

作為例子，反射器404和406之間的1.00微米間隔距離可生成具有第一波長(zhǎng)的光信號(hào)。隨著間隔距離420增大到1.01微米，所得的光信號(hào)具有不同于第一波長(zhǎng)的第二波長(zhǎng)。

圖5示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的光檢測(cè)器組件104的示意圖。光檢測(cè)器組件104可包括色散元件500(諸如棱鏡)以及多個(gè)檢測(cè)器502、504、506、508、510和512。每個(gè)檢測(cè)器502-512定位在源自色散元件500的色散光路徑的焦點(diǎn)。色散元件500將所接收的光信號(hào)212’-222’色散到位于各個(gè)位置的檢測(cè)器502-512。光檢測(cè)器組件104也可包括透鏡520，其將光信號(hào)聚焦到色散元件500。另選地，光檢測(cè)器組件104可以不包括透鏡520。

圖6示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的光檢測(cè)器組件104的示意圖。光檢測(cè)器組件104可包括衍射元件600，諸如相柵、振幅光柵、全息光學(xué)元件等。衍射元件600被配置為衍射并轉(zhuǎn)向特定光信號(hào)212’-222’至特定的相關(guān)檢測(cè)器602、604、606、608、610和612。

圖7示出了根據(jù)本公開的實(shí)施例的用多個(gè)光信號(hào)將目標(biāo)成像的方法的流程圖。控制單元106(圖1和圖2所示)可根據(jù)圖7的流程圖操作成像系統(tǒng)100(圖1和圖2所示)。

方法開始于700，在該步驟中，在第一時(shí)間向要被成像的目標(biāo)發(fā)射具有第一特有特性(諸如第一特定波長(zhǎng))的第一光信號(hào)(諸如第一脈沖激光)。在702，在第一時(shí)間之后的第二時(shí)間向目標(biāo)發(fā)射具有不同于第一特有特性的第二特有特性的第二光信號(hào)。在第一光信號(hào)和第二光信號(hào)中的任一個(gè)由檢測(cè)器組件檢測(cè)之前，第一光信號(hào)和第二光信號(hào)可均在發(fā)射器組件和檢測(cè)器組件之間的途中。

在704，確定第一信號(hào)是否已從目標(biāo)反射并由檢測(cè)器組件檢測(cè)。如果沒有檢測(cè)到第一信號(hào)，那么方法進(jìn)行到706，其中該方法抑制發(fā)射另一個(gè)第一信號(hào)。然后方法返回704。然而，如果檢測(cè)到第一信號(hào)，則方法從704進(jìn)行到708，其中，基于第一信號(hào)的傳播時(shí)間記錄到目標(biāo)的距離。

在710，確定第二信號(hào)是否已從目標(biāo)反射并由檢測(cè)器組件檢測(cè)。如果沒有檢測(cè)到第二信號(hào)，那么方法進(jìn)行到712，其中該方法抑制發(fā)射另一個(gè)第二信號(hào)。然后方法返回710。然而，如果檢測(cè)到第二信號(hào)，則方法從710進(jìn)行到714，其中，基于第二信號(hào)的傳播時(shí)間記錄到目標(biāo)的距離。

在716，確定是否需要來(lái)自目標(biāo)的更多數(shù)據(jù)。例如，可需要更多數(shù)據(jù)以形成圖像和/或確認(rèn)目標(biāo)的實(shí)時(shí)位置。如果需要更多數(shù)據(jù)，則方法從716返回700。然而，如果不需要更多數(shù)據(jù)，則方法從716進(jìn)行到718，其中形成圖像。

顯然，方法可包括對(duì)多于兩個(gè)光信號(hào)的發(fā)射和檢測(cè)。例如，本公開的實(shí)施例可發(fā)射和檢測(cè)三、四、五、六、七或更多個(gè)光信號(hào)，每個(gè)信號(hào)可包括不同于其它信號(hào)的特有特性。

如上所述，本公開的實(shí)施例提供用來(lái)基于反射光信號(hào)將目標(biāo)成像的快速且有效的成像系統(tǒng)，諸如lidar系統(tǒng)。本公開的實(shí)施例提供維持高幀速率和空間分辨率的成像系統(tǒng)和方法。

盡管各種空間和方向術(shù)語(yǔ)，諸如頂部、底部、下部、中間、側(cè)向、水平、垂直、前面等可用來(lái)描述本公開的實(shí)施例，但應(yīng)理解，此類術(shù)語(yǔ)僅關(guān)于附圖所示的取向使用。該取向可顛倒、旋轉(zhuǎn)或以其它方式改變，使得上部為下部，并且反之亦然，水平變?yōu)榇怪保鹊取?/p>

如本文所用，“被配置為”執(zhí)行任務(wù)或操作的結(jié)構(gòu)、限制或元件以對(duì)應(yīng)于該任務(wù)或操作的方式被特定結(jié)構(gòu)化地形成、構(gòu)建或適配。為清楚且避免疑問，僅能夠經(jīng)修改以執(zhí)行任務(wù)或操作的對(duì)象不“被配置為”執(zhí)行如本文所用的任務(wù)或操作。

應(yīng)理解，上面描述旨在說(shuō)明而非限制。例如，上述實(shí)施例(和/或其方面)可彼此組合使用。另外，可做出許多修改以使特定情況或材料適應(yīng)本公開的各種實(shí)施例的教導(dǎo)而不背離它們的范圍。盡管本文所述的材料的尺寸和類型旨在定義本公開的各種實(shí)施例的參數(shù)，但實(shí)施例絕不是限制性的并且為示例性實(shí)施例。許多其它實(shí)施例將對(duì)閱讀上述描述的本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。因此，本公開的各種實(shí)施例的范圍應(yīng)參考所附權(quán)利要求書以及與此權(quán)利要求書的主題的等同形式的完整范圍確定。在所附權(quán)利要求書中，術(shù)語(yǔ)“包括”和“其中”用作相應(yīng)術(shù)語(yǔ)“包含”和“在其中”的簡(jiǎn)明英語(yǔ)等同形式。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”和“第三”等僅用作標(biāo)記，并且不旨在對(duì)它們的對(duì)象強(qiáng)加編號(hào)要求。進(jìn)一步地，所附權(quán)利要求書的限制并未以手段加功能的格式書寫，并且不旨在基于35u.s.c.§112(f)被解釋，除非并且直到此權(quán)利要求書限制在進(jìn)一步結(jié)構(gòu)的功能空白的陳述之后明確使用短語(yǔ)“用于…的手段”。

該書面描述使用例子以公開包括最優(yōu)模式的本公開的各種實(shí)施例，而且使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本公開的各種實(shí)施例，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何所結(jié)合方法。本公開的各種實(shí)施例的可取得專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可包括對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員發(fā)生的其它例子。如果此類其它例子具有不與權(quán)利要求書的文字語(yǔ)言不同的結(jié)構(gòu)元件，或如果例子包括沒有與權(quán)利要求書的文字語(yǔ)言的實(shí)質(zhì)性不同的等效結(jié)構(gòu)元件，則該例子旨在處于權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。