[发明专利]光检测和测距LiDAR读出集成电路、LiDAR系统及其操作方法

说明书

本申请涉及光检测和测距LiDAR读出集成电路、LiDAR系统及其操作方法。LiDAR系统可包括激光器和由从目标场景反射的激光触发的单光子雪崩二极管(SPAD)阵列。该LiDAR系统可以使用SPAD阵列来汇编原始直方图数据。直方图有效峰值检测器可用于对原始直方图数据进行过滤以仅提取超过阈值的有效直方图峰值信号。该直方图有效峰值检测器可包括原始直方图总和计数器、非零竖条计数器、背景噪声基底生成器、求和电路、比较器和门控电路，其全部由定序电路控制。通过过滤掉原始直方图中的噪声信号同时仅传输有效峰值信号，可以显著降低整个LiDAR系统中的不同芯片之间的数据传输速率要求。

技术领域

本发明整体涉及成像系统，并且更具体地涉及基于LiDAR(光探测和测距)的成像系统。

背景技术

LiDAR成像系统利用光(通常是相干激光脉冲)照亮目标，并且测量从目标反射的返回时间以确定到目标的距离，并且测量光强度以生成场景的三维图像。该LiDAR成像系统包括直接飞行时间电路和照射目标的激光器。飞行时间电路可确定激光脉冲(例如，已被目标反射)的飞行时间，从而确定到目标的距离。在直接飞行时间LiDAR系统中，针对形成图像传感器的单光子雪崩二极管(SPAD)像素阵列中的每个像素确定该距离。

常规的直接飞行时间LiDAR系统使用时间相关技术，在该技术中汇编了时间戳的直方图(histogram)，其中每个时间戳表示检测事件。此类检测事件可能是由于每个激光脉冲的飞行时间、环境光、串扰、后寄生脉冲、电子噪声或其他噪声源引起的。通过多次重复该测量，某些时间戳更频繁地出现。这表示相关性，其在直方图中转换为具有更高计数数目(频率)的时间值。传输完整的(原始)直方图数据需要极高速的信道并且消耗大量的功率。本文的实施方案就是在这种背景下出现的。

发明内容

本申请涉及光检测和测距LiDAR读出集成电路、LiDAR系统及其操作方法。LiDAR系统可以具有降低的芯片间数据速率。

根据第一方面，提供一种光检测和测距LiDAR读出集成电路，包括：原始直方图存储器，所述原始直方图存储器被配置为存储至少包含飞行时间时间戳信息的原始直方图数据；直方图有效峰值检测电路，所述直方图有效峰值检测电路被配置为通过监视所述原始直方图数据中的非零竖条的数目来对所述原始直方图数据进行过滤以输出对应的有效直方图计数；以及高速缓存，所述高速缓存被配置为接收并存储从所述直方图有效峰值检测电路输出的所述有效直方图计数。

根据第二方面，提供一种操作光探测和测距LiDAR系统的方法，所述方法包括：汇编至少包括飞行时间时间戳信息的原始直方图数据；对所述原始直方图数据中的非零竖条的数目进行计数；基于所述非零竖条的数目对所述原始直方图数据进行过滤以获得有效直方图计数；以及经由芯片间数据路径将所述有效直方图计数传送到数字信号处理器。

根据第三方面，提供一种系统，包括：传感器裸片，所述传感器裸片具有单光子雪崩二极管阵列；读出裸片，所述读出裸片被配置为从所述传感器裸片接收飞行时间时间戳信息，其中所述读出裸片包括：原始直方图存储器，所述原始直方图存储器被配置为存储基于所接收的飞行时间时间戳信息而汇编的原始直方图数据；以及直方图有效峰值检测电路，所述直方图有效峰值检测电路被配置为对所述原始直方图数据进行过滤以输出对应的有效直方图计数，并被进一步配置为输出背景噪声基底值；以及处理器，所述处理器被配置为从所述读出裸片接收所述有效直方图计数以及所述背景噪声基底值。

附图说明

图1A是根据一些实施方案的包括LiDAR成像系统的例示性系统的示意图。

图1B是根据一些实施方案的具有LiDAR成像系统的例示性车辆的示意图。

图2是根据一些实施方案的示出例示性单光子雪崩二极管(SPAD)像素的电路图。

图3是根据一些实施方案的例示性SPAD像素阵列的电路图。