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TW201835603A - 用於光達之準確光偵測器量測 - Google Patents

用於光達之準確光偵測器量測 Download PDF

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TW201835603A TW107106885A TW107106885A TW201835603A TW 201835603 A TW201835603 A TW 201835603A TW 107106885 A TW107106885 A TW 107106885A TW 107106885 A TW107106885 A TW 107106885A TW 201835603 A TW201835603 A TW 201835603A
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中中 徐
安格斯 帕卡拉
馬克 弗萊奇特爾
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美商奧斯特公司
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Abstract

一光測距系統可包括一雷射裝置及具有光感測器之一成像裝置。該雷射裝置用反射離開一場景中之物體的雷射脈衝輻射照明該場景。該等反射可視反射表面形狀及反射率而極大地改變。可用根據不同反射信號之分佈而設計之許多匹配濾波器對由光感測器量測到的信號進行濾波。可識別一最佳匹配濾波器，且因此可獲得關於反射表面及準確測距資訊的資訊。該雷射脈衝輻射可藉由允許對不同偵測間隔加權而以經寫碼脈衝射出。其他增強包括使雷射脈衝交錯及改變一像素感測器之光偵測器之一操作狀態，以及使用包括處理電路及光感測器之一感測器晶片的高效率信號處理。

Description

用於光達之準確光偵測器量測
光偵測及測距(光達)系統係用於物件偵測及測距，例如，用於諸如汽車、卡車、船等之載具。光達系統亦用於行動應用(例如，用於面部辨識)、家庭娛樂(例如，用於捕捉視訊遊戲輸入之示意動作捕捉)及擴增實境中。光達系統藉由用來自雷射之脈衝輻照風景，接著量測光子行進至物件且在反射後返回的時間來量測至物件之距離，如藉由光達系統之接收器所量測。分析偵測到信號以偵測背景光中存在反射信號脈衝。至物件之距離可基於自傳輸脈衝至接收到對應反射脈衝之飛行時間來判定。 在所有條件下，可難以提供降至幾個cm之穩固距離準確度，特別在光達系統之經濟成本下。如單光子突崩二極體(single photon avalanche diode，SPAD)之有前景的新偵測器技術具有有吸引力，但在用以特別在因受限制動態範圍所致的大範圍環境條件及目標距離中量測飛行時間及其他信號特性時具有明顯缺點。 光達系統將受益於在變化之現實世界條件下偵測反射的雷射脈衝及量測其飛行時間的更準確方法。基於SPAD之光達系統需要新方法以克服該等系統之固有缺點，之後成為經濟、長程、準確之3D成像的可行選項。亦需要兩個或更多個光達裝置緊密近接地工作而彼此不干擾。進一步需要光達系統以能量高效率方式操作，而不會犧牲準確度。
各種實施例可解決關於光達系統的以上問題。舉例而言，光達接收器中之一組匹配濾波器可經調諧，以使得每一濾波器匹配於一組預期信號分佈(脈衝形狀)中之一者，以使得對於經分析之每一信號分佈，可識別最佳適合濾波器。預期信號分佈中之每一者可標稱地形成相同的模板信號分佈，但由於藉由數位化程序、外部環境因素或其兩者強加之失真而不同。在如光達之主動式照明感測器中，模板信號可對應於來自感測器之傳出照明的時間形狀(通常為脈衝或脈衝之序列)。將恰當匹配濾波器應用於傳回信號可改良正確地偵測反射信號之機率、在時間上定位反射信號之準確度或判定反射信號的其他性質，此又可得到關於信號反射自之目標的資訊。 因此，一些實施例可校正SPAD誘發之失真且同時提供對信號及目標性質的較佳理解。單光子突崩二極體(SPAD)可視信號功率及被稱為「堆積」之效應的時間分佈而對光信號強加一變化位準之失真。在一堆積情境中，全部充當單一像素之許多SPAD可在大功率反射信號脈衝的前邊緣被觸發，由此使可在反射信號的後邊緣觸發的SPAD之數目減小，此係因為像素內的增加百分比之SPAD在其初始觸發之後卡在停滯時間狀態下。在較弱信號情境中，更均勻數目個SPAD在反射的信號脈衝之持續時間中觸發，且反射的脈衝形狀被更準確地數位化。藉由運行各自經調諧至不同程度之信號堆積的多個匹配濾波器分佈，最佳匹配於接收到信號之濾波器分佈可達成更一致的信號偵測且估計反射脈衝之更準確接收時間。更精確之時間估計可直接改良距離(測距)量測之準確度。可藉由使用第二組的具有最佳匹配接收到信號之分佈的內插濾波器來獲得另外準確度。 作為另一實例，傳輸之脈衝可經寫碼，以使得累積信號(例如，已觸發光偵測器之直方圖)具有具需要性質(例如，自相關性質)的型樣。累積信號可對應於多個脈衝列、一或多個脈衝中之每一者，其中每一脈衝列可對應於一不同時間間隔(例如，脈衝列經傳輸且在傳輸下一脈衝列之前被偵測到)。寫碼可藉由將不同權重(例如，正及負)指派給在不同時間間隔期間所發送之脈衝列來實現。此等加權可導致累積信號為巴克碼(Barker code)或更複雜之正交碼。此等經寫碼脈衝可減少來自相鄰光測距系統之干擾，此係因為各自可使用不同碼。且，某些碼可提供偵測接收到脈衝之時間位置的高準確度，例如，使用提供具負旁瓣之正峰值的匹配濾波器。 作為另一實例，不同脈衝列可彼此偏移。舉例而言，一脈衝列可相對於前一脈衝列偏移(例如，小於累積信號之時間解析度) (例如，用於交錯)，由此提供一增大的時間解析度。當累積信號為由不同脈衝列中之數位化信號組成的直方圖時，該等偏移可使脈衝交錯，以使得該等偏移被記錄至直方圖之不同時間區間中。此交錯允許在時間區間開始時偵測到的一脈衝與在時間區間結束時偵測到的一脈衝之間的區分，從而導致增大的時間解析度。 作為另一實例，光感測器之一組光偵測器(例如，SPAD)的操作可回應於先前偵測到光子之經判定強度位準而變化。該經判定強度位準可用作某些未來量測(例如，旋轉光達系統之在時間上接近或類似的角位置)之估計。在各種實施中，操作狀態之變化可改良功率使用(例如，藉由將預期不提供有用信號之光偵測器斷開或減少電力)或改良光偵測器的動態範圍(例如，藉由改變衰減位準，以使得光偵測器提供有用信號)。舉例而言，不同光偵測器可具有用於偵測光子之不同敏感度位準，例如，一些光偵測器可比其他光偵測器更頻繁地偵測到光子。若(例如，一背景光源)接收到一強信號，則高度敏感之光偵測器(例如，提供強信號位準，諸如絕對響應度或相對於其他附近光偵測器高的響應度之光偵測器)可斷開；此等光偵測器將始終觸發，且因此其信號將不對應於自一物件反射的偵測到脈衝。類似地，具有弱敏感度之光偵測器可在信號微時斷開，例如，因此，對於弱信號，光偵測器不會觸發。以此方式，可藉由減少針對特定時間及/或位置不會提供有意義信號之光偵測器的操作來節約能量，且偵測器可擴大其無失真動態範圍。 作為另一實例，單一積體電路可包括光感測器，以及信號處理組件。舉例而言，該積體電路之時序電路可判定偵測到光子時的時間，且直方圖電路可累積量測之多個偵測時間間隔中的偵測到光子之數目。 本發明之此等及其他實施例將在下文中詳細地描述。舉例而言，其他實施例係針對與本文中所描述之方法相關聯的系統、裝置及電腦可讀取媒體。可參考以下詳細描述及隨附圖式來獲得對本發明之實施例的性質及優勢的較佳理解。
相關申請案之交叉參考 本申請案主張以下臨時申請案的優先權且係以下臨時申請案的非臨時申請案：2017年3月1日申請之題為「System And Method Of Object Detection Using Coded Optical Pulses」的美國臨時申請第62/465,310號，及2017年12月7日申請之題為「Accurate Photo Detector Measurements For Lidar」的美國臨時申請案第62/596,002號，該等申請案之全部內容係以引用的方式併入本文中用於所有目的。 術語 術語「測距 」特別在用於用於量測環境或輔助載具操作之方法及裝置的情況下時可指判定自一個地點或位置至另一地點或位置之距離或距離向量。「光測距 」可指一類型之測距方法，其利用電磁波來執行測距方法或功能。因此，「光測距裝置」可指用於執行光測距方法或功能之裝置。「光達 (Lidar 或 LIDAR) 」可指一類型之光測距方法，其藉由用脈衝式雷射光照明目標且在此後用感測器量測反射脈衝來量測至目標之距離。因此，「光達裝置 」或「光達系統 」可指用於執行光達方法或功能之一類型之光測距裝置。「光測距系統 」可指包含例如光達裝置的至少一個光測距裝置之系統。該系統可進一步包含成各種配置之一或多個其他裝置或組件。 「脈衝列 」可指在一起傳輸之一或多個脈衝。脈衝列之發射及偵測可被稱作「射擊 (shot) 」。射擊可在「偵測時間間隔 」(或「偵測間隔 」)中發生。 「量測 」可包括在各自持續一偵測時間間隔之N次射擊中射出且偵測到的N個多個脈衝列。整個量測可在一量測時間間隔(或僅「量測間隔 」)中，量測時間間隔可相等一量測之N偵測間隔或更長，例如，當暫停發生在偵測間隔之間時。 「光感測器 」可將光轉換成電信號。光感測器可包括複數個「光偵測器 」，例如，單光子突崩二極體(SPAD)。光感測器在測距量測中可對應於特定像素解析度。 「直方圖 」可指表示隨時間推移、如在時間區間中離散化之一系列值的任何資料結構。直方圖可具有指派給每一時間區間之值。舉例而言，直方圖可儲存在一或多個偵測間隔中之每一者中的一特定時間區間期間被激發之光偵測器之數目的計數器。作為另一實例，直方圖可對應於類比信號在不同時間之數位化。光偵測器在其正生成信號且該等信號係在產生直方圖時使用時可處於「有效操作 」中。直方圖可包括信號(例如，脈衝)及雜訊。因此，直方圖可被視為信號及雜訊依據光子時間數列或光子通量之組合。原始/數位化直方圖(或累積之光子時間數列)可含有在記憶體中數位化但未濾波之信號及雜訊。「經濾波直方圖 」可指在原始直方圖通過濾波器之後的輸出。 射出信號/脈衝可指未失真之「標稱」、「理想」或「模板」脈衝或脈衝列。反射信號/脈衝可指來自物件之反射雷射脈衝且可能失真。數位化信號/脈衝(或原始信號)可指儲存於記憶體中的來自對偵測間隔之一或多個脈衝列之偵測的數位化結果，且因此可等效於直方圖之一部分。偵測到信號/脈衝可指記憶體中之偵測到信號的位置。偵測到脈衝列可指由匹配濾波器發現之實際脈衝列。預期的信號分佈可指由在反射信號中具有特定失真之特定射出信號產生的數位化信號之形狀。 本發明大體上係關於物件偵測及測距之領域，且更特定言之，係關於飛行時間光學接收器系統用於諸如即時三維製圖及物件偵測、追蹤及/或分類的應用之使用。各種改良可用本發明之各種實施例來實現。此等改良可為增加之準確度、減小之雜訊及增加的能量效率。為了增加準確度，一些實施例可考慮作為基本操作特性(例如，停滯時間及寄生脈衝(脈衝))之結果的量測資料中之非線性失真。舉例而言，實施例可考慮在連續時間區間中偵測到不同速率之光子。舉例而言，在偵測到光子之後，單光子突崩二極體(SPAD)具有SPAD不能偵測新光子之一段停滯時間(例如，1至100 ns)。因此，強脈衝可導致光感測器之許多SPAD同時激發，但接著已激發SPAD之數目可在停滯時間期間減小，從而產生數位化信號中不同於正常脈衝之分佈。光子偵測之速率的此等變化可在判定接收到反射脈衝之精確時間時產生誤差。舉例而言，判定光脈衝之接收時間可為困難的，此係因為信號可由於大致方形脈衝而失真，由此使判定自物件之距離變得困難。此等不同速率之光子偵測亦可在其他類型之光偵測器中發生。為了解決此等不同分佈，實施例可使用具有不同分佈的濾波器，且選擇一最佳匹配濾波器(例如，用於判定反射脈衝之精確接收時間，而非僅僅判定數位化信號之峰值)。 為了減少(例如，來自背景光或來自因附近光達裝置所致之干擾的)雜訊，實施例可在不同偵測時間間隔中傳輸不同的經寫碼脈衝型樣(脈衝列)。不同的經寫碼脈衝型樣可經指派不同權重，由此提供可具有所需性質之累積信號的可易於識別之型樣。舉例而言，第一傳輸脈衝列在五個時間單元(時間區間)中可具有{1,1,0,0,1}之脈衝型樣。第二傳輸脈衝列可具有{0,0,1,1,0}之脈衝型樣。第一脈衝列可用+1加權且第二脈衝列可用-1加權，由此為給定量測提供具有型樣{1,1,-1,-1,1}之累積信號。可使用更複雜的加權方案，例如，非整數權重及不同維度上之加權。另外，不同的脈衝型樣可藉由添加延遲來達成，例如，{1, 1, 0,0}可變為{0,1, 1, 0}之不同脈衝型樣。 為了進一步提高準確度，尤其當信號脈衝僅佔用單一直方圖區間時(例如，至比時間區間之解析度高的解析度)，量測程序可使連續脈衝列交錯(例如，針對每一連續脈衝列有相同偏移)，由此確保不同脈衝列之數位化脈衝的累積直方圖跨越多於一個時間區間。以此方式，能夠判定第一脈衝係在時間區間之開頭、中間或結尾時接收。舉例而言，量測解析度(例如，時間區間之寬度)可為1 ns，且十個連續脈衝列可各自相對於前一脈衝列延遲100皮秒。因此，若兩個連續時間區間具有大約相同的偵測值(例如，在第一時間區間中偵測到5個脈衝且在第二時間區間中偵測到5個脈衝)，則第一脈衝將具有到達第一時間區間之中間的前邊緣。 為了提高能量效率及減少堆積誘發的失真，光偵測器之一集合之操作可基於先前偵測到的光子之強度位準而變化。對於某些未來量測(例如，旋轉光達系統之在時間上接近或類似的角位置)能夠估計該經判定強度位準將再次發生。作為實例，操作狀態之變化可改良功率使用(例如，藉由將預期不提供有用信號之光偵測器斷開或減少電力)或改良光偵測器的動態範圍(例如，藉由改變衰減位準，以使得光偵測器提供有用信號)。舉例而言，光感測器之不同光偵測器(例如，SPAD)可在不同照明環境中不同地操作。舉例而言，在具有明顯背景光或指向將反射強信號的高反射性表面之法線的方向上，敏感性光偵測器能夠使其功率位準減小(例如，斷開)，否則該等光偵測器將快速地激發，由此幾乎不提供測距資訊或耗用大量電力。具有低敏感度之光偵測器的操作狀態之變化可在其他環境中進行。舉例而言，在具有弱信號之方向上，此等弱光偵測器很可能永不激發，且因此此等弱光偵測器之衰減位準可減小，由此使光偵測器能夠在低光通量環境中偵測光子。 其他益處(例如，成本及大小)能夠藉由使光感測器(例如，SPAD之每一集合)及信號處理組件在同一積體電路上來實現。舉例而言，積體電路之時序電路可判定當偵測到光子時的時間，且直方圖電路可將在量測之多個偵測時間間隔中偵測到的脈衝之值累積。SPAD或類似光偵測器之使用可提供將所有此等電路組合在單一積體電路上的能力。 以下章節引入說明性汽車光達系統，繼之以用以藉由光測距系統來偵測信號的實例技術之描述，接著將更詳細地描述不同實施例。I . 說明性汽車光達系統 圖1A至圖1B展示根據一些實施例之汽車光測距裝置，在本文中亦被稱作光達系統。在此選取光達系統之汽車應用僅用於說明目的，且本文中所描述之感測器可用於例如船、飛機、火車等的其他類型之載具中，以及3D深度影像有用的多種其他應用中，諸如醫療成像、行動電話、擴增實境、大地測量、空間資訊、考古學、地理、地質學、地形學、地震學、林業、大氣壓物理學、雷射引導、空中雷射條帶測繪(ALSM)以及雷射測高法。根據一些實施例，例如掃描光達系統101及/或固態光達系統103之光達系統可安裝在載具105的頂上，如圖1A及圖1B中所示。 圖1A中所示之掃描光達系統101可使用掃描架構，其中可圍繞在外部現場或在載具105外地場景內的一或多個視場110來掃描光達光源107及/或偵測器電路109的定向。在掃描架構之情況下，射出光111可如所示地在周圍環境中掃描。舉例而言，定位於光達系統101中之一或多個光源(諸如紅外線或近紅外線脈衝式IR雷射，未圖示)的輸出光束可經掃描，例如旋轉，以照明載具周圍之場景。在一些實施例中，由旋轉箭頭115表示之掃描可藉由機械方式，例如藉由將光發射體安裝至旋轉塔或平台來實施。在一些實施例中，掃描可經由其他機械方式，諸如經由使用檢流計來實施。亦可使用基於晶片之操控技術，例如，藉由使用利用一或多個基於MEMS之反射器的微晶片，基於MEMS之反射器例如數位微鏡(digital micromirror，DMD)裝置、數位光處理(digital light processing，DLP)裝置及其類似者。在一些實施例中，掃描可經由非機械方式實現，例如藉由使用電子信號操控一或多個光學相控陣列。 對於靜止架構，如圖1B中所示之固態光達系統103，一或多個固態光達子系統(例如，103a及103b)可安裝至載具105。每一固態光達單元可面向一不同方向(可能在單元之間具有部分及/或不重疊的視場)，以便捕捉大於每一單元自身能夠捕捉的複合視場。 在掃描或靜止架構任一者中，場景內之物件可反射自光達光源射出的光脈衝之部分。一或多個反射部分接著行進返回光達系統且可由偵測器電路偵測到。舉例而言，反射部分117可由偵測器電路109偵測到。偵測器電路可與發射體安置於同一殼體中。掃描系統及靜止系統之態樣並非互斥的，且因此可組合地使用。舉例而言，圖1B中之個別光達子系統103a及103b可使用諸如光學相控陣列的可操縱發射體，或複合單元可經由機械方式整體地旋轉，由此掃描光達系統前方的整個場景，例如，自視場119至視場121。 圖2說明根據一些實施例之旋轉光達系統200的更詳細方塊圖。更特定言之，圖2視情況說明可使用旋轉電路板上之旋轉致動器的旋轉光達系統，其可自靜止電路板接收(以及傳輸)電力及資料。 光達系統200可與使用者介面215之一或多個執行個體互動。使用者介面215之不同執行個體可改變且可包括例如具監視器、鍵盤、滑鼠CPU以及記憶體的電腦系統；汽車中之觸控螢幕；具觸控螢幕的手持型裝置；；或任何其他適當的使用者介面。使用者介面215可侷限於安裝有光達系統200之物件，但亦可為遠端操作的系統。舉例而言，至/來自光達系統200之命令及資料可經由蜂巢式網路(LTE等)、個人區域網路(藍芽、紫蜂等)、區域網路(WiFi、IR等)或諸如網際網路之廣域網路來投送。 硬體及軟體之使用者介面215可向使用者呈現來自裝置之光達資料，但亦可允許使用者利用一或多個命令控制光達系統200。實例命令可包括啟動或撤銷啟動光達系統、指定光偵測器曝光位準、偏壓、取樣持續時間及其他操作參數(例如，射出脈衝型樣及信號處理)、指定諸如亮度之光發射體參數的命令。另外，命令可允許使用者選擇用於顯示結果之方法。使用者介面可顯示光達系統結果，該等結果可包括例如單框快照影像、不斷地更新的視訊影像及/或一些或所有像素之其他光量測的顯示。在一些實施例中，使用者介面215可追蹤物件與載具之距離(鄰近度)，且有可能提供警報至駕駛員或提供此追蹤資訊以用於分析駕駛員之表現。 在一些實施例中，光達系統可與載具控制單元217通信，且與載具之控制相關聯的一或多個參數可基於接收之光達資料加以修改。舉例而言，在完全自主載具中，光達系統可提供汽車周圍之環境的即時3D影像以幫助導航。在其他情況下，光達系統可用作進階駕駛員輔助系統(ADAS)之部分或安全系統之部分，其可提供3D影像資料至任何數目個不同系統，例如，自適應性巡航控制、自動停車、駕駛員嗜眠監測、盲點監測防撞系統等。當載具控制單元217通信地耦接至光測距裝置210時，警報可提供至駕駛員，或可追蹤物件之鄰近度的追蹤。 圖2中所示之光達系統200包括光測距裝置210。光測距裝置210包括測距系統控制器250、光傳輸(Tx)模組240及光感測(Rx)模組230。測距資料可由光測距裝置藉由將來自光傳輸模組240之一或多個光脈衝249傳輸至在光測距裝置周圍之視場中的物件而產生。傳輸光之反射部分239接著在某一延遲時間之後由光感測模組230偵測到。基於該延遲時間，可判定至反射表面之距離。亦可使用其他測距方法，例如，持續波、都卜勒及其類似者。 Tx模組240包括可為發射體之一維或二維陣列的發射體陣列242，及Tx光學系統244，該兩者在一起時可形成微型光學發射體通道之陣列。發射體陣列242或個別發射體係雷射源之實例。Tx模組240進一步包括處理器245及記憶體246。在一些實施例中，可使用一脈衝寫碼技術，例如，巴克碼及其類似者。在此等情況下，記憶體246可儲存指示應何時傳輸光之脈衝碼。在一個實施例中，該等脈衝碼儲存為儲存於記憶體中的整數之序列。 Rx模組230可包括可為例如光感測器之一維或二維陣列的感測器陣列236。每一光感測器(剛才亦稱作感測器)可包括例如SPAD或其類似者的光偵測器之集合，或感測器可為單光子偵測器(例如，APD)。類似Tx模組240，Rx模組230包括Rx光學系統237。Rx光學系統237及感測器陣列236連在一起可形成微型光學接收器通道之陣列。每一微型光學接收器通道量測對應於周圍空間之不同視場中之影像像素的光。舉例而言，作為光感測模組230及光傳輸模組240之幾何組態的結果，感測器陣列236之每一感測器(例如，SPAD之集合)可對應於發射體陣列242之一特定發射體。 在一個實施例中，Rx模組230之感測器陣列236係製造為單一基板上之單塊裝置的部分(使用例如CMOS技術)，該裝置包括光子偵測器之一陣列及用於對來自陣列中的個別光子偵測器(或偵測器群組)之原始直方圖進行信號處理之ASIC 231兩者。作為信號處理之一實例，對於每一光子偵測器或光子偵測器之群組，ASIC 231之記憶體234 (例如，SRAM)可累積連續時間區間中的偵測到光子之計數，且此等時間區間連在一起可用以重建反射光脈衝之時間數列(即，光子的計數對時間)。聚集的光子計數之此時間數列在本文中被稱作強度直方圖(或僅稱作直方圖)。ASIC 231可實施匹配濾波器及峰值偵測處理以及時地識別傳回信號。另外，ASIC 231可(例如，藉由處理器238)實現某些信號處理技術，諸如多分佈匹配濾波，以幫助恢復受可由於SPAD飽和及中止而發生的脈衝形狀失真影響較小之光子時間數列。在一些實施例中，此濾波之全部或部分可藉由可以FPGA體現之處理器258執行。 在一些實施例中，Rx光學系統237亦可為與ASIC相同的單體結構之部分，具有用於每一接收器通道層之單獨基板層。舉例而言，孔隙層、準直透鏡層、光學濾波器層及光偵測器層可在切割之前在晶圓級堆疊且接合。孔隙層可藉由將不透明基板放在透明基板上或藉由用不透明膜塗層透明基板而形成。在另外其他實施例中，Rx模組230之一或多個組件可在該單體結構外部。舉例而言，孔隙層可實施為具有針孔之單獨金屬片。 在一些實施例中，自ASIC輸出之光子時間數列經發送至測距系統控制器250以供進一步處理，例如，資料可由測距系統控制器250之一或多個編碼器編碼，接著作為資料封包發送至使用者介面215。測距系統控制器250可以多種方式實現，包括例如藉由使用諸如FPGA、ASIC或ASIC之部分的可程式化邏輯裝置、使用具記憶體254之處理器258及前述各者的某一組合。測距系統控制器250可與靜止基礎控制器合作或獨立於基礎控制器而操作(經由預先程式化之指令)，以藉由發送包括開始及停止光偵測且調整光偵測器參數的命令來控制光感測模組230。類似地，測距系統控制器250可藉由發送命令或轉送來自基礎控制器之命令來控制光傳輸模組240，該等命令包括開始及停止光發射控制及可調整其他光發射體參數(例如，脈衝碼)之控制項。在一些實施例中，測距系統控制器250具有一或多個有線介面或連接器以用於與光感測模組230及光傳輸模組240交換資料。在其他實施例中，測距系統控制器250經由諸如光通信鏈路之無線互連件與光感測模組230及光傳輸模組240通信。 電動馬達260係例如Tx模組240及或Rx模組230之系統組件需要旋轉時所需的可選組件。系統控制器250控制電動馬達260且可開始旋轉、停止旋轉及改變旋轉速度。II . 偵測反射脈衝 光感測器可以多種方式配置以用於偵測反射脈衝。舉例而言，光感測器可配置成陣列，且每一光感測器可包括光偵測器(例如，SPAD)之陣列。下文亦描述了在偵測間隔期間傳輸的不同型樣之脈衝(脈衝列)。A. 飛行時間量測及偵測器 圖3說明藉由實施例可改良之典型光達系統的操作。雷射產生短持續時間之光脈衝310。橫軸為時間，且豎軸為功率。藉由半高全寬(full-width half maximum，FWHM)特性化之實例雷射脈衝持續時間為幾奈秒，其中單一發射體之峰值功率為約幾瓦，如在下文之圖式中所見。使用側發射體雷射或光纖雷射之實施例可具有高得多的峰值功率，而具小直徑VCSEL之實施例可具有數十毫瓦至數百毫瓦的峰值功率。 用於傳輸脈衝之開始時間315不必與脈衝的前邊緣重合。如所示，光脈衝310的前邊緣在開始時間315之後。吾人可能想要前邊緣在不同型樣之脈衝係在不同時間傳輸的情形中不同，此將在下文針對經寫碼脈衝更詳細地描述。 光學接收器系統可在雷射啟動之同時，即在開始時間開始偵測接收光。在其他實施例中，光學接收器系統可在稍後時間、在脈衝之開始時間之後的一已知時間啟動。光學接收器系統最初偵測背景光330，且在某一時間之後偵測雷射脈衝反射320。光學接收器系統可將偵測到的光強度與一臨限值比較，以識別雷射脈衝反射320。該臨限值可區分背景光與對應於雷射脈衝反射320之光。 飛行時間340係發送的脈衝與接收的脈衝之間的時間差。該時間差可藉由自雷射脈衝反射320之接收時間(例如，亦相對於開始時間量測)減去脈衝之傳輸時間(例如，相對於開始時間量測)來量測。至目標之距離可判定為飛行時間與光速之乘積的一半。 來自雷射裝置之脈衝在不同時間自場景中之物件反射，且像素陣列偵測輻射反射之脈衝。B. 使用陣列雷射及光感測器陣列偵測物件 圖4根據一些實施例展示光測距系統之光傳輸及偵測程序的說明性實例。圖4展示一光測距系統(例如，固態或及/或掃描)，其收集該系統周圍之空間或場景的三維距離資料。圖4係用於突出發射體與感測器之間的關係的理想化圖式，且因此未展示其他組件。 光測距系統400包括光發射體陣列402及光感測器陣列404。光發射體陣列402包括光發射體之陣列，例如，VCSEL及其類似物之陣列，諸如發射體403及發射體409。光感測器陣列404包括光感測器之陣列，例如，感測器413及415。光感測器可為像素化光感測器，其針對每一像素使用諸如單光子突崩二極體(SPAD)及其類似物的分散光偵測器之一集合。然而，各種實施例可部署任何類型之光子感測器。 每一發射體可與其相鄰者略微偏移且可經組態以自其相鄰發射體傳輸光脈衝至不同視場中，由此照明僅與該發射體相關聯的各別視場。舉例而言，發射體403射出照明光束405 (由一或多個光脈衝形成)至圓形視場407中(為清楚起見，誇示該圓形視場之大小)。同樣地，發射體409射出照明光束406 (亦稱作發射體通道)至圓形視場410中。雖然為了避免複雜情況在圖4中未示出，但每一發射體射出對應照明光束至其對應視場中，從而導致視場之2D陣列被照亮(在此實例中，21個不同視場)。 由發射體照亮之每一視場可被視為由測距資料生產的對應3D影像中之像素或光點。每一發射體通道可為每一發射體特有的且與其他發射體通道不重疊，即，發射體之集合與不重疊視場之集合之間存在一對一映射。因此，在圖4之實例中，系統可取樣3D空間中之21個不同點。點之更密集取樣可藉由具有發射體之更密集陣列或藉由隨時間掃描發射體光束的角位置，以使得一個發射體可取樣空間中之若干點來達成。如上所述，掃描可藉由旋轉整個發射體/感測器總成來實現。 每一感測器可與其相鄰者略微偏移，且如同上文所述之發射體，每一感測器可發現感測器前面的場景之不同視場。此外，每一感測器之視場實質上與各別發射體通道之視場重合、例如重疊，且大小與各別發射體通道之視場相同。 在圖4中，對應發射體-感測器通道之間的距離被相對於至視場中之物件的距離誇示。實務上，至視場中之物件的距離比對應發射體-感測器通道之間的距離大得多，且因此，自發射體至物件之光路徑近似平行於自物件回至感測器的反射光之路徑(即，光幾乎係「背反射」的)。因此，在系統400前面的距離有一範圍，在該範圍中，個別感測器及發射體之視場重疊。 因為發射體之視場與其各別感測器之視場重疊，所以每一感測器通道理想地可偵測來源於其各別發射體通道的理想地無串擾之反射照明光束，即不會偵測到來自其他照明光束之反射光。因此，每一光感測器可對應於一各別光源。舉例而言，發射體403射出照明光束405至圓形視場407中，且某一照明光束自物件408反射。理想地，反射光束411僅由感測器413偵測到。因此，發射體403及感測器413共用同一視場，例如視場407，且形成發射體-感測器對。同樣地，發射體409及感測器415形成共用視場410之發射體-感測器對。雖然發射體-感測器對在圖4中示出為處在其各別陣列中之相同相對位置中，但任何發射體可視系統中所使用的光學件之設計而與任何感測器成對。 在測距量測期間，來自分散在光達系統周圍之空間周圍的不同視場的反射光由各種感測器進行收集且進行處理，從而產生每一各別視場中之任何物件的範圍資訊。如上所述，可使用飛行時間技術，其中光發射體射出精確時序之脈衝，且該等脈衝之反射由各別感測器在某一經過時間之後偵測到。接著使用射出與偵測之間的經過時間及已知光速來計算至反射表面之距離。在一些實施例中，額外資訊可由感測器獲得以判定除範圍以外的反射表面之其他性質。舉例而言，脈衝之都卜勒移位可藉由感測器量測且用以計算感測器與反射表面之間的相對速度。脈衝強度可用以估計目標反射率，且脈衝形狀可用以判定目標是否為硬質或漫射材料。 在一些實施例中，光達系統可由發射體及感測器通道之相對大2D陣列組成且作為固態光達操作，即無需掃描發射體及/或感測器之定向，光達系統即可獲得範圍資料之訊框。在其他實施例中，發射體及感測器可經掃描，例如繞著一軸線旋轉，以確保發射體及感測器之集合的視場取樣周圍空間的全360度區域(或某一有用分率的360度區域)。自掃描系統在例如某一預定義時間段中收集到的範圍資料接著可經後處理而變成資料之一或多個訊框，其可接著經進一步處理而變成一或多個深度影像或3D點雲。深度影像及/或3D點雲可經進一步處理而變成供3D地圖及導航應用使用的地圖圖塊。C. 光感測器中之多個光偵測器 圖5根據本發明之實施例展示感測器陣列及相關聯電子設備的各種級。陣列510展示各自對應於不同像素之光感測器515。陣列510可為一交錯陣列。在此特定實例中，陣列510係18x4個光感測器。陣列510可用以達成高解析度(例如，72x1024)，此係因為該實施經受掃掠。 陣列520展示陣列510之一部分的放大視圖。如可見，每一光感測器515由複數個光偵測器525組成。來自一像素之光偵測器的信號一起有助於針對該像素之量測。 在一些實施例中，每一像素具有眾多單光子突崩二極體(SPAD)單元，該等SPAD單元使像素本身之動態範圍增大。每一SPAD可具有用於偏壓、中止及再充電之一類比前端電路。SPAD通常以高於崩潰電壓之一偏置電壓偏置。適合的電路感測突崩電流的前邊緣，產生與突崩堆積同步之標準輸出脈衝，藉由將偏壓降低至崩潰電壓之下來中止突崩，且恢復光二極體至操作位準。 SPAD可經定位，以便使其局部區域中之填充因數達到最大，或可使用微透鏡陣列，其允許像素層級下之高光學填充因數。因此，成像器像素可包括SPAD之陣列以提高像素偵測器之效率。漫射體可用以擴散穿過孔隙且由微透鏡準直之射線。漫射體可用來擴散經準直射線，其方式為屬於同一像素之所接收某一輻射。 圖5進一步展示偵測光子532之特定光偵測器530(例如，SPAD)。回應於偵測，光偵測器530產生電荷載子(電子或電洞)之突崩電流534。臨限電路540藉由比較突崩電流534與一臨限值來調節該突崩電流。當偵測到光子且光偵測器530正常工作時，突崩電流534上升超出比較器臨限值，且臨限值電路540產生指示SPAD電流突崩之準確時間的時間上準確之二進位信號545，此亦為對光子到達之準確量測。電流突崩與光子到達之相關性可以奈秒之解析度發生，由此提供高時序解析度。二進位信號545的上升邊緣可由像素計數器550鎖存。 二進位信號545、突崩電流534及像素計數器550係可由一或多個SPAD所組成之光感測器提供的資料值之實例。該等資料值可根據來自複數個光偵測器中之每一者的各別信號判定。可比較該等各別信號中之每一者與一臨限值，以判定一對應光探測器是否已觸發。突崩電流534係類比信號之一實例，且因此該等各別信號可為類比信號。 像素計數器550可使用二進位信號545來對用於給定像素的如藉由週期性信號560所控制在一特定時間區間(例如，1 ns、2 ns、3 ns等之時間窗)期間已經由一或多個光子觸發的光偵測器之數目計數。像素計數器550可針對給定量測儲存用於複數個時間區間中之每一者的計數器。關於每一時間區間的計數器之值可自零開始且基於指示偵測到光子之二進位信號545而遞增。計數器在像素之任何光偵測器提供此信號時可遞增。 週期性信號560可藉由鎖相迴路(PLL)或延遲鎖定迴路(DLL)或產生時脈信號之任何其他方法產生。週期性信號560與像素計數器550之配合可充當時間至數位轉換器(TDC)，其係用於辨識事件及提供該等事件發生之時間的數位表示的裝置。舉例而言，TDC可輸出每一偵測到光子或光學脈衝之到達時間。量測時間可為兩個事件(例如，開始時間與偵測到的光子或光學脈衝)之間的經過時間，而非絕對時間。週期性信號560可為在一組包含像素計數器550之記憶體之間切換的相對快速時脈。記憶體中之每一暫存器可對應於一個直方圖區間，且時脈可以取樣間隔在直方圖區間之間切換。因此，當各別信號大於該臨限值時，指示一觸發之一二進位值可被發送至直方圖電路。該直方圖電路可跨複數個光偵測器聚集二進位值，以判定在一特定時間區間期間所觸發的光偵測器之一數目。 可相對於一開始信號，例如在圖3之開始時間315量測時間區間。因此，用於在開始信號之後的時間區間之計數器可具有對應於背景信號，例如背景光330之低值。最後一個時間區間可對應於給定脈衝列之偵測時間間隔(亦稱作射擊)的結束，此將在下一個章節中進一步描述。自開始時間起的週期性信號560之循環數目可充當在突崩電流534的上升邊緣指示偵測到光子時的時戳。該時戳對應於像素計數器550中之特定計數器的時間區間。此操作不同於在光二極體(例如，關於突崩光二極體(APD))之後的簡單類比至數位轉換器(ADC)。時間區間之計數器中之每一者可對應於一直方圖，此將在下文更詳細地描述。因此，儘管APD係增益受限制的用於輸入光學信號之線性放大器，但SPAD係針對在時間窗中發生之觸發事件提供是/否之二元輸出的觸發裝置。D. 脈衝列 測距亦可藉由使用經定義為含有一或多個脈衝之脈衝列來實現。在脈衝列內，脈衝之數目、脈衝之寬度及脈衝之間的時間持續(統稱為脈衝型樣)可基於許多因素來選取，該等因素中之一些包括：1-最大雷射工作循環。工作循環係雷射啟動之時間之一部分。對於脈衝式雷射，此可藉由如上文所解釋的FWHM及在給定時段期間所射出的脈衝之數目來判定。 2-眼安全極限。此係藉由裝置在不傷害碰巧看著光達系統之方向的旁觀者之眼的情況下能夠射出的最大輻射量來判定。 3-電力消耗。此係發射體為了照明場景消耗的電力。 作為實例，脈衝列中之脈衝之間的間距可為約單個數字或數10個奈秒。 多個脈衝列可在一次量測之時間跨度期間射出。每一脈衝列可對應於一不同時間間隔，例如，一後續脈衝串不射出，直至用於偵測前一脈衝列之反射脈衝的時間極限期滿。 對於給定發射體或雷射裝置，脈衝列之射出之間的時間判定最大可偵測範圍。舉例而言，若脈衝列A在時間 t 0 = 0ns 射出，且脈衝列B在時間 t 1 = 1000ns 射出，則吾人不能將在 t 1 之後偵測到的反射脈衝列指派給脈衝列A，此係因為該等反射脈衝列更可能為來自脈衝列B之反射。因此，脈衝列之間的時間及光速界定了系統之範圍的最大界限： Rmax =c × ( t 1 -t 0 )/2 射擊(射出與偵測脈衝列)之間的時間可為約1 µs，以允許整個脈衝列有足夠時間進行至近似150公尺外之遠距離物件，接著返回。III . 來自光偵測器之直方圖信號 光達系統之一種操作模式係時間相關單光子計數(time-correlated single photon counting，TCSPC)，其基於對週期性信號中之單個光子計數。此技術對於適合光達系統中之低位準週期性輻射作用良好。此時間相關計數可由圖5之週期性信號560來控制且使用時間區間，如關於圖5所論述。A. 產生直方圖 週期性信號之頻率可指定時間解析度，信號之資料值係在該時間解析度內量測。舉例而言，對於每一光感測器，可每個週期性信號循環獲得一個量測值。在一些實施例中，該量測值可為在該循環期間所觸發的光偵測器之數目。週期性信號之時間段對應於時間區間，其中每一循環為不同的時間區間。 圖6展示根據本發明之實施例的直方圖600。橫軸對應於如相對於開始時間615所量測的時間區間。如上所述，開始時間615可對應於脈衝列之開始時間。可考慮一脈衝列之第一脈衝的上升邊緣與脈衝列及偵測時間間隔的中任一者或兩者的開始時間之間的任意偏移，其中判定待用於飛行時間量測之接收時間。豎軸對應於已觸發SPAD之數目。在某些實施例中，豎軸可對應於APD之後的ADC之輸出。舉例而言，APD可展現諸如恆定最大信號之傳統飽和效應，而非SPAD的基於停滯時間之效應。一些效應可針對SPAD及APD兩者發生，例如，極斜表面之脈衝拖尾可針對SPAD及APD兩者發生。 針對時間區間中之每一者的計數器對應於直方圖600中之不同條柱。早期時間區間處之計數器相對低且對應於背景雜訊630。在某一點，偵測到反射脈衝620。對應計數器大得多且可高於辨別背景與偵測到脈衝之一臨限值。反射脈衝620 (在數位化之後)經展示對應於四個時間區間，此可由具類似寬度之雷射脈衝，例如當時間區間各自為1 ns時的4 ns脈衝，引起。但，如下文更詳細地描述，時間區間之數目可例如基於雷射脈衝之入射角中的特定物件之性質改變。 對應於反射脈衝620之時間區間的時間位置可用以例如相對於開始時間615判定接收時間。如下文更詳細地描述，匹配濾波器可用以識別一脈衝型樣，由此有效地增大信號雜訊比，但亦可用以更準確地判定接收時間。在一些實施例中，判定接收時間之準確度可小於單一時間區間之時間解析度。舉例而言，對於1 ns之時間區間，該解析度將對應於約15 cm。然而，可希望具有僅幾公分之準確度。 因此，偵測到的光子可導致直方圖之特定時間區間基於其相對於例如如開始時間615所指示的開始信號之到達時間而遞增。開始信號可為週期性的，以使得在量測期間發送多個脈衝列。每一開始信號可經同步至雷射脈衝列，其中多個開始信號導致多個脈衝列在多個偵測間隔中傳輸。因此，對於每一偵測間隔，時間區間(例如，在開始信號之後200至201 ns)將發生。直方圖可累積該等計數，其中特定時間區間之計數對應於跨多次射擊在該特定時間區間中發生的所有量測到的資料值之總和。當偵測到的光子基於此技術而直方圖化時，此產生信號雜訊比根據所進行之射擊之數目的平方根大於單一脈衝列情況的傳回信號。 圖7根據本發明之實施例展示針對選定像素的直方圖在多個脈衝列中之累積。圖7展示三個偵測到的脈衝列710、720及730。每一偵測到的脈衝列對應於傳輸之脈衝列，其具有隔開相同時間量之兩個脈衝的相同型樣。因此，每一偵測到的脈衝列具有相同的脈衝型樣，如具有一明顯值之兩個時間區間所示。為了易於說明，未展示其他時間區間之計數器，但其他時間區間可具有相對低的非零值。 在第一偵測到的脈衝列710中，時間區間712及714之計數器相同。此可由相同數目個光偵測器在兩個時間區間期間偵測到光子引起。或，在其他實施例中，近似相同數目個光子在兩個時間區間期間被偵測到。在其他實施例中，多於一個連續時間區間可具有連續非零值；但為了易於說明，已展示個別非零時間區間。 時間區間712及714分別地在開始時間715之後458 ns及478 ns發生。其他偵測到的脈衝列之所顯示計數器相對於其各別開始時間在相同的時間區間發生。在此實例中，開始時間715經標識為在時間0發生，但實際時間係任意的。第一偵測到的脈衝列之第一偵測間隔可為1 µs。因此，自開始時間715量測到的時間區間之數目可為1,000。之後，此第一偵測間隔結束，可傳輸且偵測新的脈衝列。不同時間區間之開始及結束可由一時脈信號來控制，該時脈信號可為充當時間至數位轉換器(TDC)的部分電路，例如，如圖5中所描述。 對於第二偵測到的脈衝列720，開始時間725在例如1 µs處，第二脈衝列可在此時射出。此單獨偵測間隔可發生，使得在第一偵測間隔開始時傳輸的任何脈衝可能已經被偵測到，且因此對在第二時間間隔中偵測到的脈衝造成混淆。舉例而言，若射擊之間沒有額外時間，則電路可能混淆200 m處的回向反射性停車標誌與50 m處的反射性小得多之物件(假設約1 us之射擊週期)。脈衝列710及720之兩個偵測時間間隔可為相同長度且與各別開始時間的關係相同。時間區間722及724在與時間區間712及714相同的相對時間458 ns及478 ns處發生。因此，當累積步驟發生時，可添加對應計數器。舉例而言，可添加時間區間712及722處之計數器值。 對於第三偵測到的脈衝列730，開始時間735在例如2 µs處，第三脈衝串可在此時射出。時間區間732及734在相對於其各別開始時間735 458 ns及478 ns處發生。即使射出脈衝具有相同功率，不同時間區間處之計數器亦可具有不同值，例如，歸因於離開物件之光脈衝的散射製程程序之隨機性質。 直方圖740展示時間區間742及744處的來自三個偵測到脈衝列之計數器之累積，該等時間區間亦對應於458 ns及478 ns。直方圖740可具有較少數目個時間區間，該等時間區間例如由於丟棄開始或結尾處之時間區間在各別偵測間隔期間量測到，或具有小於一臨限值的值。在一些實施中，視脈衝列之型樣而定，約10至30個時間區間可具有明顯值。 作為實例，在一量測期間射出以建立單一直方圖的脈衝列之數目可為約1至40 (例如，24)，但亦可高得多，例如，50、100或500。一旦量測完成，即可重設直方圖之計數器，且一組脈衝列可射出以執行一新量測。在各種實施例中且視各別持續時間中之偵測間隔的數目而定，可每25、50、100或500 µs執行量測。在一些實施例中，量測間隔可重疊，例如，使得給定直方圖對應於脈衝列之特定滑動窗。在此類實例中，記憶體可存在以用於儲存各自對應於一不同時間窗的多個直方圖。應用於偵測到脈衝之權重對於每一直方圖可相同，或此等權重可獨立地受控制。B. 來自像素偵測器之實例信號分佈 在各種條件下，不同位準之反射或環境輻射可到達光偵測器(例如，SPAD)。此可影響光偵測器感知反射輻射時的效率及準確度，且因此影響光達系統偵測場景中之物件及重建場景時的效能。在正常條件下且對於來自許多表面之反射，在給定時間段中偵測一個光子東機率遠小於一。因此，在光達系統中，在某些時間區間期間不存在光子，且在一些其他區間中存在小信號。然而，當大量輻射照射在光感測器(例如，諸如SPAD之光偵測器的集合)上時，來自光學脈衝的數位化成直方圖之脈衝最初可為極高的，接著減小，而非在脈衝(假設矩形形狀)之持續時間中具有較均勻的值。舉例而言，對於具有五個時間區間之寬度的給定光學脈衝，幾乎所有光偵測器可在第一時間區間中激發。此效應可被稱作堆積且可在諸如SPAD的具有停滯時間之二進位計數光偵測器中發生，在該等停滯時間期間，光偵測器不能偵測另一光子。 高位準之堆積在大量光子擊中像素且在小部分之脈衝寬度內導致像素中之大部分SPAD激發且進入其停滯時間時發生。結果，脈衝中之光子的剩餘部分不被像素捕捉，且SPAD不能及時恢復以考慮真正的光學分佈及信號之量值。在此等情形下，不知道光達系統中之反射輻射的真正量及分佈。此等問題可由於大量輻射反射離開場景中之高反射性物件或高位準之背景輻射兩者而產生。 根據一些實施例，由像素中之光偵測器之一集合輸出的原始直方圖(例如，一或多個脈衝列中的直方圖之計數器)將根據數位化信號之一或多個預期或可能分佈進行濾波。不同分佈濾波器可用於不同位準之堆積。堆積之位準可對應於不同速率之光子在連續時間區間中由光感測器偵測到。在一些實施中，分佈濾波器可經儲存，且用以識別分佈類型。類型可用以更準確地判定時間，由此更準確地判定距離或用於判定如脈衝寬度的其他信號性質。 圖8根據本發明之實施例展示自光感測器輸出的三種不同類型之數位化信號分佈。在一些實施例中，光感測器可為SPAD之集合。分佈可儲存於直方圖中，該直方圖可如上所述地判定。在三個輪廓中，橫軸對應於時間區間，且豎軸對應於在一特定時間區間期間自光感測器輸出之資料值(例如，數個激已發SPAD)。此等實例類型包括無堆積(或低堆積)之信號、中等堆積的信號及高堆積的信號。實務上，可存在許多(K個)不同分佈。 不同類型之數位化信號分佈使不同速率之光子被偵測到。偵測到高速率光子可對應於在一初始時間區間觸發的光偵測器之一數目大於在一稍後時間區間期間觸發的光偵測器。一低速率對應於在一初始時間區間觸發的光偵測器之一數目與在一稍後時間區間期間觸發的光偵測器大致相同。 低堆積分佈810具有相對陡峭之升高及落下且在此等兩個區間之間保持相當平坦，觀察到某一雜訊位準除外。此係自表面反射的少數光子之特性。低堆積分佈對應於正常活動。舉例而言，當SPAD處在其停滯時間中時，自物件反射回之光子在同一SPAD不嘗試多次觸發的幾個時間區間中可足夠少。在彼情況下，反射回之方形脈衝係由SPAD之集合(例如，16或32個)數位化以建立直方圖中之方形分佈。舉例而言，當每個像素存在32個SPAD時，四個SPAD可在任何給定時間激發，以及約四個SPAD不斷地激發。因此，即使已經激發之SPAD將處在其停滯時間中，其他SPAD將仍可用。因此，在5-ns脈衝之持續時間中，小於一半的SPAD可激發。 中等堆積分佈820具有一陡峭升高，繼之以隨著時間推移回到背景位準之穩定降低。未截止且因此可用於偵測光子的SPAD之數目更快速地下降，此係因為光通量很高。中等堆積分佈820可由相對大量之光子在時間區間內在短時間持續時間中照射在SPAD上造成。此可由背景輻射導致或更一般地因來自相對反射性表面之雷射反射所致。作為一實例，若10個SPAD在第一奈秒中觸發，則存在在下一個時間區間中可偵測光子的少於10個SPAD。因此，數位化脈衝在彼像素之直方圖中向下傾斜，即使像素上之實際光通量850係以虛線展示的方形脈衝。 高堆積分佈830指示繼之以信號之快速降低的極陡峭升高。高堆積可在所有SPAD在初始奈秒或更少時間中被觸發時發生。此產生一大尖峰；然後，緊接著，無額外激發發生，即使脈衝持續另一5 ns。高位準之堆積可由來自極反射性表面的大位準之反射信號引起，尤其接近且垂直於來自雷射源之輻射發射之軸線的表面，從而導致反射直線返回成像裝置。 不同信號之豎軸的比例尺可在不同分佈之間改變，且已簡單地用大致相同之比例尺展示以用於說明。如上文所提及，根據本發明實施例，可考慮更多分佈。且，除SPAD之外，其他光二極體可使形狀偏斜。舉例而言，回反射器可使APD飽和。APD可削剪來自回反射器之強脈衝，此將具有兩種效應：提供平坦頂部至記憶體中之數位化信號，及增大信號之有效半高全寬的二次效應，此係因為信號之真正最大值不可量測。C. 偵測不同信號分佈時的問題 匹配濾波器可用以偵測偵測到脈衝之較準確位置，例如，在計算直方圖與匹配濾波器的廻旋之後，其中廻旋之最大值對應於直方圖中的脈衝之位置。匹配濾波器係用以在不相關雜訊存在下偵測已知信號之最佳濾波器。舉例而言，返回參看圖3，背景光330最佳可由具有匹配數位化雷射脈衝反射320之形狀的匹配濾波器排斥。 低堆積分佈最緊密地類似射出之雷射脈衝的形狀。因此，吾人可自然地使用匹配雷射脈衝之形狀的匹配濾波器。此濾波器可在數位化信號具有低堆積分佈時提供最高準確度。但是，當數位化信號具有不同堆積(偵測速率)時，準確度減小。 在堆積存在之情形中，經濾波信號在時間上移位例如至一較早時間。舉例而言，將濾波器應用於高堆積分佈之廻旋結果將使脈衝之在峰值處，但峰值之位置係脈衝的前邊緣。換言之，在高堆積情形中，所有數位化信號在脈衝的前邊緣之左側。若寬度類似於射出脈衝之矩形匹配於偵測到的高堆積脈衝之寬度，則矩形之最佳匹配比在匹配於實際光通量850的情況下發生更早。 幾個區間之移位(例如，自5 ns脈衝之中心向左2.5 ns)可導致約37 cm之誤差，此對於大多數3D感測應用係不可接受的誤差。此情況對於自汽車之牌照反射的光可能發生，其中自汽車之其餘部分反射的光可具有低堆積。此可使牌照看起來比汽車之其餘部分更接近，此可導致自主車輛之決策進行或針對車輛之警報/警告的問題。 在下文所描述之實施例中，不同分佈濾波器可用以補償由堆積或其他預期因素強加之失真。舉例而言，替代僅使用類似射出脈衝之匹配濾波器分析原始直方圖，可使用各自具有不同分佈的多個匹配濾波器，只要該等濾波器之功率全部經正規化至同一濾波器「功率」(定義為濾波器分接頭之均方根)，以使得該等濾波器之輸出全部可以直接地進行比較。舉例而言，僅一或兩個時間區間寬之匹配濾波器可用以判定高堆積分佈是否存在。若來自此高堆積濾波器之輸出提供比低堆積濾波器高的最大值(例如，藉由濾波器與原始直方圖之廻旋判定)，則可使用高堆積濾波器來計算接收時間。在稍後章節中提供其他細節。D. 關於匹配濾波器之準確度及某些脈衝型樣的限制 如上文所提及，匹配濾波器可用以判定偵測到脈衝之時間位置(接收時間)。接收時間接著可用以判定脈衝之總飛行時間，其接著可轉譯成距離。然而，來自光感測器之數位化信號的量測準確度(例如，時間區間之解析度)可限制所量測距離的準確度。需要具有小於時間區間之寬度的解析度。為達成此目標，吾人首先需要識別在時間區間之時間解析度內的最佳匹配。然而，由於雜訊，最佳匹配可恰在之前或恰在之後發生。 為了解決此等問題且為了減少干擾，各種脈衝型樣就針對給定脈衝功率的旁瓣回應及濾波器回應之時間「銳度」而言優於其他。一個問題係如何達成此等經寫碼脈衝，但首先描述經寫碼脈衝之益處。 圖9根據本發明之實施例展示用於將匹配濾波器應用於原始直方圖的一系列位置。該系列位置可被視為當濾波器滑動(移動)穿過原始直方圖時的滑動位置。原始直方圖902描繪單一像素之偵測到脈衝圍繞的相對較小時間窗。濾波器904對應於數位化脈衝之形狀。為了易於呈現，直方圖902及濾波器904均具有理想化形狀。圖9之左側的一系列圖展示濾波器904相對於直方圖902之不同位置。在每一連續圖中，濾波器904移位一個時間區間。 由濾波器904應用於直方圖902產生的經濾波輸出顯示在圖9的右側。條形圖展示每一位置處的濾波器904與直方圖902之間的重疊位準。經濾波輸出910對應於濾波器904與直方圖902之間的重疊僅為一個時間區間的第一位置。經濾波輸出910之豎軸以重疊量之任意單位計，例如，濾波器904及直方圖902的對應值之乘法乘積的總和。經濾波輸出910之值在對應於濾波器904之中心的時間區間展示。此可在脈衝之中心將偵測到時實現。在其他實施例中，經濾波輸出之值可在對應於濾波器之最左邊區間的時間展示。此可在將偵測到脈衝之上升邊緣時實現。中心及上升邊緣之值可自另一者導出。界定第一濾波器分接頭(基本上為上升邊緣)之位置可更容易，例如，當脈衝列中之脈衝具有不同寬度時。不同寬度可由不同傳輸寬度造成或歸因於不同的偵測到強度，例如，如圖8中所描述。 經濾波輸出920對應於重疊為兩個時間區間之第二位置，且因此所得值多達經濾波輸出910中的兩倍。該值經展示顯示不同於經濾波輸出910之一時間區間，此係因為濾波器904已向右移位一個時間區間。經濾波輸出930對應於重疊為三個時間區間的第三位置。經濾波輸出940對應於重疊為四個時間區間的第四位置。經濾波輸出950對應於重疊為五個時間區間的安全位置。容易看到，第五位置係最高的，因為對應於濾波器904與直方圖902之間的完美重疊。 最終經濾波輸出990展示具有濾波器904與直方圖902之間的某一位準之重疊的9個位置中之每一者處的值。此經濾波輸出可經分析以識別一最大值對應於偵測到脈衝之接收時間。在各種實施中，此時間可直接記錄或經修改(例如，識別前邊緣將在何處)以作為飛行時間量測之部分。 圖10A至圖10C根據本發明之實施例展示不同的經寫碼脈衝類型產生的匹配濾波器回應(經濾波輸出)之類型。在圖10A中，經寫碼脈衝1010係藉由光學傳輸器接通(ON)持續5個時間區間間隔而形成。匹配濾波器回應1015很寬(跨越多個時間區間)且具有漸進梯度，從而使得難以偵測一匹配、量測該匹配之幅值及準確地判定時間。匹配濾波器回應1015與圖9之最終經濾波輸出990類似的形式。 在圖10B中，經寫碼脈衝1020係藉由將光學傳輸器接通斷開5次而形成且具有准許更精確的範圍判定之較高頻率分量。圖10A及圖10B之經寫碼脈衝具有相同功率，此係因為兩者接通持續5個時間區間間隔。圖10B中之匹配濾波器回應1025具有多個旁瓣，從而使得難以在雜訊存在時使用。 圖10C展示對應於作為巴克碼之一實例的序列{1,1,1,-1,1}的經寫碼脈衝1030，在雷達中使用該等經寫碼脈衝以產生匹配濾波器回應，其具有最小或甚至純粹的負旁瓣，同時保持時間上緊密的濾波器峰值。在圖10C中，匹配濾波器回應1035展示時間區間上的最佳地匹配經寫碼脈衝之陡峭峰值。具有匹配濾波器回應1035之峰值量值的時間區間可用以計算反射的經寫碼脈衝之接收時間。 峰值量值具有其他用途。舉例而言，匹配濾波器回應1035之峰值量值可用以計算反射的經寫碼脈衝之幅值。匹配濾波器回應1035之峰值量值取決於(1)反射的經寫碼脈衝之幅值的平方及(2)濾波器之寬度及量值。若所有濾波器具有相同功率，則該等濾波器可無需縮放而直接進行比較。對於給定濾波器，相對幅值係由峰值量值之平方根給出。反射的經寫碼脈衝之幅值可用於區分不同類型的反射物件或估計目標反射率之絕對值。 儘管已知此等碼具有所需性質，但不清楚如何達成光脈衝之此編碼。在電應用中，可存在負電壓，但光脈衝不存在負光子。在射頻(RF)中，技術使用一個信號相對於參考信號之負相位，例如，使用二元相移鍵控(binary phase shift keying，BPSK)。但是，此等相位差並非光脈衝之實際選項。如下所述，一些實施例可基於偵測時間間隔而將權重指派給不同脈衝，例如，哪個脈衝列。舉例而言，當累積成直方圖時，第1脈衝列可具有不同於第2脈衝列之權重。IV . 基於偵測間隔對脈衝寫碼 一光測距系統(亦稱作一經寫碼脈衝光學接收器系統)可傳輸多個光脈衝，其中每一經寫碼脈衝具有由光強度形成的嵌入式正值脈衝碼。該系統可藉由創建不同時間區間處之偵測到反射光的強度直方圖來判定背景光存在情況下的光學脈衝之時間位置及/或幅值。對於每一時間區間，該系統將一加權值加至取決於偵測到光之強度的強度直方圖。該等加權值可為正或負且具有變化之量值。 藉由選擇正值脈衝碼之不同組合及應用不同權重，該系統可偵測適合於標準數位信號處理演算法的正值及負值碼。此方法產生高信號雜訊比，同時維持反射光脈衝之量測的時間位置之低不確定性。A. 用於不同脈衝列之不同權重 圖11係說明根據本發明之實施例的經寫碼脈衝光學系統(CPOS)之操作的例示性示意圖1100。首先在脈衝時間間隔1160 (亦稱作偵測間隔)期間傳輸經寫碼脈衝1110，且在脈衝時間間隔1165期間在脈衝時間間隔1160之後的一時間傳輸經寫碼脈衝1120。經寫碼脈衝係藉由打開或關閉光傳輸器之光傳輸而形成。經寫碼脈衝1110可表示為序列0,1,0,1,1,0，其中1意謂光傳輸器打開(即，傳輸光)且0意謂光傳輸器關閉。序列數字給出相繼光取樣間隔處之開/關值。經寫碼脈衝1120具有一不同脈衝碼至經寫碼脈衝1110。經寫碼脈衝1120可表示為序列0,0,1,0,0,1。該等經寫碼脈衝係二進位的，此係因為該等經寫碼脈衝具有打開狀態或關閉狀態。光傳輸模組(光傳輸器)及光感測模組(光接收器)可經同步以同時開始且在同一個脈衝時間間隔期間作用。對於經寫碼脈衝1110，同步可由於開始信號1101而發生。對於經寫碼脈衝1120，同步可由於開始信號1102而發生。開始信號1101及1102可被視為一共同開始信號，時間係自該共同開始信號量測。 光感測模組偵測背景光1150及反射的經寫碼脈衝1130及1140。接收的經寫碼脈衝1130係傳輸之脈衝碼1110之反射。接收的經寫碼脈衝1140係傳輸之脈衝碼1120之反射。光感測模組數位化接收的光強度且針對稱作時間區間或直方圖區間的每一光取樣間隔產生一光強度。在此特定實例中，例如為了形成直方圖，脈衝列之間的光傳輸間隔與光感測模組之光取樣間隔相同。然而，光傳輸模組處的光傳輸間隔可不同於光接收器系統之光取樣間隔。 時間區間1155對應於當光接收器系統在偵測背景光1150時的光取樣間隔。時間區間1135對應於當光接收器系統在首先偵測經寫碼脈衝1110時的光取樣間隔。時間區間1145對應於當光接收器系統在首先偵測經寫碼脈衝1120時的光取樣間隔。CPOS (經由乘法)將一脈衝權重應用於接收的數位化光強度，以獲得加權資料值1175。在此實例中，CPOS在脈衝時間間隔1160期間應用一脈衝權重+1，且在脈衝時間間隔1165期間應用一脈衝權重-1。因此，時間區間1135之加權光強度值為正且時間區間1145之加權光強度值為負。 如較早章節中所描述，光感測模組可維持每個時間區間具有一個累積值的強度直方圖。光感測模組最初將強度直方圖累積值設定為零。在脈衝時間間隔1160及1165期間，光感測模組將該等加權光強度值添加至強度直方圖之對應時間區間中的現有值。因此，對於脈衝時間間隔1160處之第一經寫碼脈衝，該等強度直方圖值經設定等於該等加權光強度值，此係因為直方圖中之所有值自零開始。對於脈衝時間間隔1165處之第二經寫碼脈衝，該等加權光強度值將自現有強度直方圖值減去。在脈衝時間間隔1165期間，該兩個脈衝時間間隔之背景光強度趨於彼此抵消且減小強度直方圖中之值的量值。結果為直方圖1170。 CPOS可藉由視需要重複經寫碼脈衝來改良其偵測及測距準確度。舉例而言，光強度直方圖可累積來自類型1的2個經寫碼脈衝及類型2的2個經寫碼脈衝之結果。經寫碼脈衝類型之次序(即，類型1,2,1,2或1,1,2,2)常常對偵測及測距準確度影響極小。在一個實施例中，該等經寫碼脈衝類型係交替的。 圖12根據本發明之實施例展示兩種二進位經寫碼脈衝強度1210及1220及其差，該差提供具有正值及負值的經寫碼脈衝列1230。當自脈衝列1210之時間數列函數減去脈衝列1220之時間數列函數時，此產生時間數列函數1230。CPOS可使用匹配濾波器來偵測強度直方圖中之數位化脈衝。B. 減小的干擾及更高的正交位準 圖11及圖12展示傳輸兩種類型之二進位經寫碼脈衝的一簡單實例，脈衝權重為(+1, -1)且其偵測到反射經組合以模擬發送正值及負值的經寫碼脈衝(可稱其為匹配碼)之效應。在已選擇合適的匹配碼之後，CPOS將正值及負值匹配碼分成兩個正值經寫碼脈衝，其中第一經寫碼脈衝具有匹配碼的正分量且第二經寫碼脈衝具有匹配碼的負分量。 在一些應用中，可存在緊密接近的作用中之不同光測距系統的多個CPOS，例如，各別陣列中之不同的發射體/感測器對。一個CPOS可偵測自第二CPOS傳輸的經寫碼脈衝之反射且報告錯誤結果。在此情況下，為每一CPOS指派避免干擾的不同匹配碼組合係有利的。在一些實施例中，可改為使用偽隨機脈衝列，且偽隨機脈衝列亦提供不同測距裝置之間或同一測距裝置的不同像素發射體之間的串擾之低機率。 此外，程式碼可在超出僅正及負加權之多個維度中定義。舉例而言，不同畫面可在具有權重之Y方或X方向分量的2D向量空間中經指派權重。替代儲存帶符號數字，直方圖可經調整以儲存每一時間區間中的2D向量，且向量加法可用以將向量加權碼累積至每一時間區間中。舉例而言，脈衝列可利用正Y權重發送，且下一脈衝列可利用負Y權重發送，但兩者在X方向上具有零權重。因此，權重可在較高維度中，且可在兩個方向上具有值，非零值。舉例而言，碼可為{+Y, -Y, +Y, +X, -X}，且可使用對應匹配濾波器。背景雜訊可以如上文關於一維實例所描述的類似方式在此多維實例中大體上消除(例如，零平均)，例如，只要相等數目個脈衝列在同一維度中具有正值及負值。 在較高維度情況下，一個系統之經寫碼脈衝可為唯一的(或至少不大可能由另一系統使用)，且因此更易於與其他經寫碼脈衝區分，由此減少來自其他系統之串擾。相應地，為了減少干擾，實施例可藉由組合多個類型之正值經寫碼脈衝與多維向量脈衝權重以產生多維匹配碼來支援高級碼。舉例而言，正交相位碼係相差90度之相位差的碼。具有脈衝權重(+1, -1)之較早碼實例可被視為具有一個維度中的180度之相位差的2個碼。關於正交相位碼，脈衝權重可為([+1,0], [-1,0], [0,+1], [0,-1])，且該等加權光強度值及強度直方圖值係2維向量。關於量值1脈衝權重，所要的2維匹配碼將藉由針對每一向量維度選擇正及負分量而分解成4個正值脈衝碼。在一些實施例中，該等脈衝權重可在多於兩個維度中。可使用各種較高維度脈衝碼，從而更易於將唯一脈衝碼指派給多個CPOS。相應地，該等權重可為兩個或更多個維度中之向量。 除不同維度外，經寫碼脈衝可具有不同值，例如不同於僅0或1。在圖11及圖12之實例中，傳輸的脈衝碼值由對應於光傳輸器打開或關閉之0及1值構成。CPOS亦支援具有諸如0、½及1之值的多值非整數脈衝碼。此等非整數脈衝碼可藉由諸如以下各者之方法產生：a)改變光傳輸器光的強度；及b)以比光取樣間隔快的頻率傳輸開/關光脈衝。相應地，自脈衝碼導出之匹配碼可包括多值的正或負整數或非整數數字。舉例而言，CPOS將權重+1應用於脈衝碼(1, 1, 1)、(1, 1, 0)及(1, 0, 0)且產生(3, 2, 1)之匹配碼。 來自其他光測距系統之干擾可使用額外技術來減少。舉例而言，不同系統可發出不同頻率/波長範圍中之光脈衝。接收器光學系統可使用使相對窄範圍(例如，2 nm、1 nm、0.5 nm、0.25 nm或更小的光譜寬度)中之光通過的濾波器(例如，作為每個像素包括一個光圈的微型光學件之部分)。關於此等微型光學件之其他細節可在美國專利公開案2017/0289524及2017/0219426中發現。 若一不同系統發出在此系統之濾波器之光譜範圍外的光，則此其他光不會到達此系統之感測器。不同可能類型之發射體(例如，雷射)及對應濾波器的數目可取決於發射體的傳輸光譜有多窄及濾波器之光譜範圍有多窄。在一些實施中，裝置(例如，載具、電話、檢驗設備)之不同型號或隊伍可經指派不同的光譜範圍，由此減小靠近系統之干擾裝置的可能性或數目。 另外或實情為，其他技術可具有同一系統的具有不同光譜範圍之不同通道。舉例而言，圖4中之發射體403可發出不同於鄰近於發射體403之發射體的光譜範圍中之光。而且，感測器413之濾波器可使在對應於由發射體403射出之光之範圍內的光通過，但不同於用於相鄰感測器之濾波器。以此方式，來自其他通道之串擾可減小。C. 系統組件 圖13展示根據本發明之實施例的經寫碼脈衝光學系統(CPOS) 1310。CPOS 1310可為圖2之光測距裝置210，其中圖13之對應裝置可能具有與圖2中之彼等裝置類似的能力。CPOS 1310可與使用者介面1315相互作用，該使用者介面可為圖2之使用者介面215。使用者介面1315 (例如，硬體及軟體)可指定匹配碼及其他操作參數。使用者介面1315可顯示CPOS結果，該等CPOS結果可包括偵測到物件之3維圖及特定物件之距離值。 系統控制器1320可藉由發送命令來控制光感測模組1330 (亦稱作光接收器系統)，該等命令包括：a)清除強度直方圖累積值；b)指定脈衝權重及其他操作參數(例如，脈衝時間間隔及光取樣間隔)；c)開始光偵測；d)發送該等強度直方圖累積值。系統控制器1320可使用用以發送經寫碼命令的命令匯流排及用於發送及接收資料值的資料匯流排。在一些實施例中，系統控制器1320可發送指示光偵測應何時開始的0或1開始信號，且發送指示待應用於強度值之權重(正或負一)的0或1極性信號。 系統控制器1320可藉由發送命令來控制光傳輸模組1340 (亦稱作光傳輸器)，該等命令包括：a)指定脈衝碼及其他操作參數；b)開始具有指定脈衝碼之脈衝列的傳輸。 系統控制器1320可包括用於執行使用匹配碼1324之匹配濾波器的數位信號處理器(DSP) 1322，該匹配碼可儲存於圖2之記憶體254中。可儲存多於一個匹配碼(濾波器)以及不同層級之濾波器，如稍後章節中更詳細地描述。DSP 1322可以多種方式實施，該等方式包括：a)針對DSP操作特殊化之處理器；b)使用FPGA內之可程式化邏輯區塊；及c)ASIC內之邏輯。在一替代性實施例中，DSP 1322及匹配碼1324可為光感測模組1330之部分。匹配碼1324定義待匹配之範本時間數列函數。在一個實施例中，匹配碼1324係儲存於記憶體中之一系列數值。匹配碼1324可以共軛時間反轉格式儲存以易於匹配濾波器使用。 光感測模組1330含有脈衝權重1332、直方圖1334、感測器陣列1336以及算術邏輯單元(arithmetic-logic-unit，ALU) 1338。脈衝權重1332可作為整數或浮點數字之序列而儲存於暫存器或其他記憶體胞元。在一替代性實施例中，脈衝權重限於在每一維度中具有正或負單位值(即，+1或‑1)，且脈衝權重係作為位元型樣實施於暫存器或記憶體中。強度直方圖1334可實施為每個時間區間具有一或多個記憶體胞元的記憶體(例如，圖2之記憶體234)。感測器陣列1336偵測光的光子且針對每一時間區間產生數位化強度值。 在一些實施例中，ALU 1338將來自感測器陣列1336之數位化光強度乘以適當脈衝權重1332且將結果加至直方圖1334之適當記憶體胞元。在其他實施例中，光感測模組1330可將偵測到的光強度加至強度直方圖之適當記憶體胞元/自強度直方圖之適當記憶體胞元減去偵測到的光強度。在此實施例中，ALU 1338無需乘法器即可實施加法及減法。 光傳輸模組1340含有脈衝碼1344及能夠傳輸光的發射體陣列1342 (例如，一或多個雷射二極體)。脈衝碼1344指示光應何時傳輸。脈衝碼1344可作為整數之序列儲存於記憶體(例如，圖2之記憶體246)中。 直方圖1334之維度(例如，時間區間之數目)可匹配應用需求。在各種實施中，直方圖1334可含有1024個12位元記憶體胞元，當脈衝時間間隔(偵測間隔)係1024 ns時，光取樣間隔係1 ns，且兩種類型之脈衝碼各自傳輸12次。光1 ns行進30 cm，因此1 ns之光取樣間隔表明30 cm或15 cm (考慮到往返時間時)之標稱範圍準確度。除了經改良的偵測準確度之外，藉由重複經寫碼脈衝12次來累積較長時段上的結果亦引起經改良的範圍準確度。 偵測光持續1024 ns意謂CPOS可偵測已行進多達307.2 m之反射光。若CPOS打算緊接在第一經寫碼脈衝之後傳輸第二經寫碼脈衝，則來自第一經寫碼脈衝的遠距離反射可被錯誤理解為來自第二經寫碼脈衝的反射。CPOS可藉由在經寫碼脈衝之間暫停以允許經寫碼脈衝之能量耗散來避免此問題。可執行各種暫停量，例如與偵測間隔相同的量，或更大或更小。傳輸2種不同類型的脈衝碼12次及在經寫碼脈衝之間暫停1024 ns需要48 × 1024 ns，近似50 µs。若反射光之物件在50 µs中已移動相當大距離，則範圍準確度可能受損，但此並非對於大多數物價要關注的。甚至以每小時100 km移動之汽車在50 µs中僅移動1.4 mm。D. 寫碼脈衝之方法 圖14係說明根據本發明之實施例的在光學量測系統中使用經寫碼脈衝之方法1400的流程圖。光學量測系統可為光測距系統。方法1400可使用多個經寫碼脈衝來偵測來自目標之反射脈衝的時間位置。在即時3維應用中，方法140可針對多個方向連續地重複。方法1400可藉由本文中所描述之光學量測系統中之任一者來實施。 在1410處，一經寫碼脈衝光學系統(CPOS)執行一初始化。舉例而言，CPOS可回應於用於開始、停止及改變參數之使用者介面命令。CPOS可初始化一光傳輸器以指示參數，例如，脈衝碼、光功率位準及各種時間間隔(例如，針對偵測間隔、偵測間隔之間的用於暫停的間隔及總量測時間間隔)。CPOS可初始化一光感測模組以指示參數，諸如脈衝時間間隔及光取樣間隔。CPOS亦可清除例如直方圖1334中之直方圖值。 在1420處，作為一光學量測之部分，自一光源(例如，一雷射)傳輸一脈衝列。可傳輸該脈衝列以作為為了量測所傳輸的N個脈衝列之部分。該N個脈衝列可自一物件反射，由此允許至該物件之一測距量測。該N個脈衝列中之每一者可包括來自該光源(例如，VCSEL)的一或多個脈衝且對應於由一開始信號觸發之一不同時間間隔。舉例而言，圖11展示分別地觸發時間間隔1160及1165之開始信號1101及1102。 在一些實施例中，CPOS可等待一指定時間以允許一先前脈衝列(經寫碼脈衝傳輸)耗散。CPOS接著可傳輸一量測之N個脈衝列的下一脈衝列，其中N個脈衝列形成一碼。一旦量測完成，例如N個脈衝列中的最後一個已耗散(例如，在針對任何反射預期的預定時間之後)，CPOS接著可使用適當脈衝碼開始第一/下一次經寫碼脈衝傳輸。N可為大於1之整數，例如，2、3、4、5或更大。 在1430處，可例如回應於觸發待傳輸之脈衝列的開始信號而開始光學偵測。因此，CPOS可在其開始經寫碼脈衝傳輸的同時開始光偵測。作為光學偵測之部分，可藉由該光學量測系統之一光感測器(例如，對應於一像素)來偵測一脈衝列，由此在複數個時間點產生資料值。在一些實施例中，該光感測器係光偵測器(例如，SPAD)之一集合。該等資料值可呈各種形式，例如，在一時間點(例如，在直方圖之時間區間內)觸發的SPAD之數目之計數。作為另一實例，該等資料值可為來自在一類比光感測器(例如，APD)之後的ADC之數位化值。兩種實例可對應於強度。總計，可偵測到N個脈衝列。此外，該程序可針對光學量測裝置之每一光感測器單獨地執行。 在1440處，將一權重指派給對應於該脈衝列之該時間間隔內的時間點處之該等資料值，由此獲得加權值。該經指派權重可來自脈衝權重1332。可為該N個脈衝列中之每一者指派一權重。用於不同脈衝列之此等權重中的一些可與其他脈衝列相同。在一些實施例中，該N個脈衝列中的至少兩個經指派不同權重且具有不同脈衝型樣。舉例而言，圖12展示具有不同權重之兩個脈衝型樣。該兩個脈衝列可具有一定相似性(例如，脈衝之部分可重疊)，但至少存在一個脈衝列打開且另一脈衝列關閉的一些時間。此等不同脈衝型樣可具有一類似形狀，但具有不同延遲，例如，{1, 0, 1, 1, 0}具有與{0, 1, 0, 1, 1}類似的非零值形狀，但由於藉由第二信號相對於第一信號之延遲可達成之偏移，該等脈衝型樣係不同的脈衝型樣。 相應地，CPOS可偵測光且產生每一光取樣間隔之數位化強度值。對於每一光取樣間隔，CPOS可將一脈衝權重應用於該數位化強度值且將結果加至強度直方圖之適當時間區間。 在1450處，CPOS測試其是否已發送所需數目個經寫碼脈衝。若CPOS已發送所需數目個經寫碼脈衝，則其在區塊1460繼續，否則，其循環回至區塊1420。 在1460處，判定複數個時間區間中的對應於該等加權值之一直方圖。如上所述，可藉由跨複數個時間間隔累積一特定時間區間內的時間點處之加權值來判定該特定時間區間處的該直方圖之一計數器。舉例而言，直方圖1170係跨兩個時間間隔累積且包括加權資料值1175之時間區間。 在1470處，使用該直方圖偵測對應於該N個脈衝列之一信號。舉例而言，CPOS可判定該直方圖是否具有匹配該匹配碼(濾波器)之值的序列。CPOS可報告該匹配碼是否被發現及匹配之幅度。匹配可允許相對於雜訊或來自其他光源之干擾偵測所要信號。 作為一實例，圖9之技術可用以偵測該信號。一濾波器可包括待應用於一直方圖之時間區間之一窗的值之集合。可使該濾波器滑動跨越該直方圖以計算一經濾波直方圖，該經濾波直方圖具有對應於分佈濾波器相對於該直方圖之不同滑動位置的計數器。該經濾波直方圖之該等計數器中之每一者可對應於一特定滑動位置處的分佈濾波器與該直方圖之一重疊。可識別該經濾波直方圖之該等計數器之一最大值，由此允許偵測，例如，當該最大值高於一臨限值時。針對該等計數器之該最大值的該特定滑動位置可對應於接收時間，其可用於測距量測。關於使用濾波器之其他細節及技術係描述於本文中且可與方法1400一起使用。 在一些實施例中，該信號可為由該N個脈衝列自一物件反射導致的一反射信號，例如，當該光學量測系統經組態以執行測距量測時。在其他實施例中，該信號可為一通信信號，例如，當該光源處於一個位置且該等光感測器處於一不同位置時。此組態可用於通信用途。舉例而言，一微波傳輸塔可將資料傳輸至一接收塔。所傳輸資料可包括經寫碼脈衝，該等經寫碼脈衝可幫助減少如可由雜訊或來自其他源之干擾導致的資料接收中之錯誤。接收塔可識別脈衝列且藉由選擇兩個脈衝列之間的一任意時間作為第一時間區間之開始時間來產生一直方圖。接著可應用一匹配濾波器(例如，藉由滑動跨越該直方圖)；且若發現足夠匹配，則可偵測到該通信信號。可藉由經濾波直方圖所獲得之最大值來量測足夠匹配。作為一另外實施例，系統可以用以偵測通信信號之類似方式偵測來自另一CPOS之干擾信號。若量測到干擾，則一些實施可改變傳輸碼，例如，干擾碼類似於目前正使用的碼。 在1480處，可判定至該物件之一距離。舉例而言，可判定相對於該開始信號的對應於該N個脈衝列之一接收時間。可使用該接收時間來判定至該物件之一距離。該接收時間可自該等脈衝列之傳輸時間偏移，但可考慮此偏移。因此，CPOS可報告偵測到偏移的時間。該距離可對應於該接收時間與該開始信號之一開始時間之間的一往返時間，且因此該距離可用時間來表示。 偵測到信號可用於除測距以外的用途。舉例而言，偵測到信號之品質可用以量測物件之反射率。舉例而言，若偵測到信號具有高強度，則系統可判定物件具有高反射率。關於通信及干擾量測之實施係在上文論述。為了偵測來自另一光源之干擾，偵測到信號可來自由干擾光源傳輸的脈衝列之另一集合。 一般而言，實施例可傳輸具有N+1個唯一權重之N+1個唯一碼以以產生N維向量空間直方圖。舉例而言，替代位元子(bin)保持帶符號數字，位元子可藉由傳輸至少兩個唯一碼：一個正且一個負而保持1-D向量(例如，等效於帶符號數字)。為了儲存2-D向量(例如，在極座標或笛卡爾座標中)，系統可傳輸至少三個唯一碼，該等唯一碼可用三個不同極角加權且加在一起為單一2-D向量。N-D向量(用保持全部在單一「位元子」內的N個單獨數字定義)，可需要N+1個不同碼，各自在進行向量求和時以不同角度加權(換言之，使其權重之分量正交於所有其他權重)。藉由提高維度，可使用類似於用於RF通信中之正交相位碼或分碼多重存取(CDMA)的更高級寫碼技術。在此情況下可使用N維匹配濾波器。 如上文所提及，方法1400可用以減少通道之間的干擾。舉例而言，作為複數個光學量測之部分，可針對光源及光感測器的複數個通道重複方法1400。該複數個光學量測在時間上可重疊，例如，實質上同時地執行。因此，每一通道可同時執行量測。為了減少干擾，該等碼對於通道中的至少一些可不同。舉例而言，該複數個通道之至少兩個通道的N個脈衝列之脈衝型樣可不同，由此導致不同通道的不同直方圖型樣。另外或實情為，指派給該複數個通道之至少兩個通道的該N個脈衝列之權重可不同的，由此導致不同通道的不同直方圖型樣。V. 使用不同分佈濾波器之匹配濾波 如上文關於圖8所描述，由偵測到脈衝產生之信號可視脈衝反射自之物件的類型而變化。如圖8中所示，對應於來自高反射性物件之一個脈衝(例如，經寫碼脈衝型樣之第一脈衝)的所得信號之部分(例如，在多個偵測間隔上累積之直方圖)可在開始處具有陡峭尖峰，接著快速地減小。此行為可在使用SPAD時產生，此係因為在SPAD可偵測另一光子之前，在SPAD偵測到光子之後存在停滯時間(例如，10 ns至20 ns)。相比之下，反射自標準物件之脈衝的直方圖之一部分可相對類似正方形，由此類似於實際所傳輸脈衝。因此，即使使用經寫碼脈衝型樣來增加區分來自背景之反射脈衝的能力，亦可能由於偵測到信號之不同形狀，例如由於偵測到不同強度之脈衝而產生其他問題。偵測到信號可比所傳輸脈衝寬度長，例如，拖尾脈衝可在脈衝自傾斜表面反射時發生。 以上行為可藉由每個像素(即，每個像素感測器)使用更多SPAD或其他光偵測器來緩和，使得甚至在中等光通量下，一些SPAD將激發，但始終會有一些SPAD在作用中。然而，在極高光通量下，將存在大多數或所有SPAD將激發之情形，且像素感測器不能緊接著偵測許多光子，此係因為大多數所有SPAD斷開。 為了進一步說明，假設SPAD具有20 ns之停滯時間，但來自反射脈衝之高光通量為每10 ns 1個光子。SPAD之輸出將僅指示每20 ns之光子。作為另一實例，在反射光之強50 ns脈衝大情況下，每個SPAD可激發(記錄)，接著斷開20 ns。在20 ns之後，SPAD將重新接通，再次記錄，再一次斷開、接通。因此，50 ns脈衝看上去像三個短尖峰。偵測到信號之此變化可致使經寫碼脈衝全部丟失，造成關於目標之數目的混淆，或至少不準確地判定50 ns脈衝之接收時間。為了解決此問題，可使用不同的匹配濾波器來識別SPAD之不同衰退/回應/堆積。 因此，實施例可使用對應於不同類型之信號分佈(例如，無/低堆積、中等堆積及高堆積)的濾波器。匹配程序可判定來自像素感測器之光偵測器的信號之類型，由此允許更好地判定接收時間以用於執行用以判定至物件之距離的飛行時間計算。在一些實施例中，可執行多層濾波，例如，粗略濾波器可識別值之窗以用於執行更精細的分析，如藉由使用(例如，對應於匹配粗略濾波器之)內插濾波器之子集在窗中內插信號可實現。此改進將稍後描述。A. 濾波器分佈至原始直方圖之應用 ( 及正規化 ) 在一些實施例中，分佈濾波器可應用於原始直方圖。分佈濾波器通常可對應於標稱雷射脈衝，但是分佈濾波器可修改成較短、較長，或基於目標或偵測器對標稱脈衝之預期影響而應用不同形狀或變形，例如，隨圖8中之不同偵測到信號改變。較短分佈可對應於較高堆積情形，且較長分佈可對應於脈衝擊中傾斜表面的情形，由此使反射脈衝在時間上拖尾(例如，雷射脈衝之一側(例如，左邊)由於傾斜表面而比雷射脈衝之另一側(例如，右邊)更接近)。原始直方圖之總高度可由於光通量變得拖尾而減小。作為其他實例，雲或葉子亦可致使拖尾脈衝。可藉由模擬不同失真源及將其效果應用於標稱脈衝分佈來達成產生濾波器分佈。替代地，濾波器分佈可藉由現場進行直方圖量測及保存發生在直方圖中之數位化脈衝分佈作為濾波器分佈來憑經驗推導出。 因此，不同分佈可說明因物件之定向所致的不同脈衝寬度，以及反射之光的強度(例如，由於停滯時間之效應，如關於圖8所解釋)。兩種效應導致不同速率之光子在連續時間區間中由光感測器偵測到。 在一些實施例中，分佈濾波器係基於歸一化交叉相關之技術而設計，根據該技術，最高值將由緊密匹配大多數輸入信號之形狀的濾波器傳回。因此，在一些實施例中，三個不同濾波器分佈係基於具有如下文的圖8及圖15中所見之無堆積、中等堆積及高堆積的數位化信號之分佈而設計。圖15亦展示拖尾濾波器(smeared filter)。為了說明不同分佈濾波器之應用，在下文針對實例中之一或多個脈衝列，假定單一脈衝。 圖15根據本發明之實施例展示應用於原始直方圖1510的複數個分佈濾波器。圖15展示可應用於未知信號以判定偵測到信號之分佈形狀、其位置及產生偵測到信號的脈衝之接收時間的各種濾波器。在此實例中，射出脈衝具有5個時間區間之寬度。原始直方圖1510可大得多；為了易於說明，僅顯示了一部分。 原始直方圖1510具有具一明顯值、具體而言計數器1512的一個時間區間1515。此形狀對應於高堆積。實際信號形狀之類型係系統未知的，且因此可應用各種濾波器分佈。反射脈衝1517展示接收之實際脈衝(5個時間區間)，即使時間區間1515由於最後四個時間區間中之停滯時間而係具可量測信號之唯一時間區間。反射脈衝1517對應於擊中光感測器之實際光通量，但是並非全部反射脈衝被實際上偵測到。在其他實例中，反射脈衝1517可以更長(例如，由於傾斜表面或至物件之相對距離增加)或更短(例如，至物件之相對距離減小)。 高堆積濾波器1520具有具非零值之一個時間區間且類似於圖8之高堆積分佈830。高堆積濾波器1520可應用於原始直方圖1510以產生具有具明顯值之單一時間區間的高濾波器輸出1525，其中時間區間對應1515中之時間，如藉由對準時間區間與原始直方圖1510及高濾波器輸出1525所展示。如可預期的，高堆積濾波器1520提供最佳匹配，如峰值1522(即，高濾波器輸出1525之最大值)高於其他濾波器輸出之最大值所證明。 中等堆積濾波器1530具有類似於圖8之中等堆積分佈820的形狀。中等堆積濾波器1530可應用於原始直方圖1510以產生具有具明顯值之多個時間區間的中等濾波器輸出1535。給定時間區間處的經濾波輸出之值可在對應於濾波器之最左邊(第一)區間的時間展示。此可在將偵測到脈衝之上升邊緣時實現。中等濾波器輸出1535具有相對於中等堆積濾波器1530反相的形狀，此係因為最右分接頭1531係與計數器1512重疊之第一分接頭。向右之每一移動提供更多重疊，此係因為分接頭濾波器增加。但是，中等濾波器輸出1535之峰值1532低於峰值1522。 低堆積濾波器1540具有類似於圖8之低堆積分佈810的形狀，其類似於5個時間區間之射出脈衝。低堆積濾波器1540可應用於原始直方圖1510以產生具有具明顯值之多個時間區間的低濾波器輸出1545。低濾波器輸出1545中之最大值低於峰值1522。峰值難以識別，此係因為經濾波輸出係平坦的。但是，如稍後(圖16)將描述，可應用額外濾波層，例如，當第一層為粗略濾波層時。因此，存在使用可類似於低堆積濾波器1540之初始粗略濾波器，接著將第二層級濾波器應用於粗略濾波器輸出的一些實施例。 拖尾濾波器1550具有對應於比射出脈衝長的反射脈衝之形狀(9個時間區間對比5個時間區間)。如同其他濾波器，拖尾濾波器1550可應用於原始直方圖1510以產生拖尾濾波器輸出1555。此可用於偵測由於至目標的高入射角或由於目標係類似襯套或在極端情況下一片煙霧之漫射介質而使脈衝寬度在時間上拖尾之目標。濾波器1520、1530、1540以及1550可各自具有對應於不同的數位化信號分佈之預期信號分佈。 由於高濾波器輸出1525之峰值1522係來自所有各種濾波器輸出的全域最大值，因此選擇時間區間1515作為反射脈衝之時間位置。匹配濾波器電路可能不知道僅一個時間區間具有明顯值，恰好高濾波器輸出1525之時間區間1515具有其他濾波器中之任一者的最高值。視需要，射出脈衝之中心可使用射出脈衝之寬度，例如，藉由將寬度的一半加至時間區間1515之時間來判定。 若數位化信號具有中等堆積，則中等濾波器輸出可具有最高值，此係因為大多數重疊將在濾波器與原始直方圖完全重疊時發生。並且，中等濾波器輸出之峰值亦將處於時間區間1515。類似地，若數位化信號具有低堆積，則低濾波器輸出1545將具有最高值，且針對拖尾數位化信號對於拖尾濾波器1550類似。 為了確保對應於正確濾波器輸出之全域最大值，各種濾波器之功率可經正規化。舉例而言，如所示，高堆積濾波器1520中之一個分接頭具有比其他濾波器中之任一者高的值。類似地，中等堆積濾波器1530中之最高分接頭高於低堆積濾波器1540中之分接頭，低堆積濾波器中之分接頭高於拖尾濾波器1550中之分接頭。在一些實施例中，各組濾波器分接頭之均方根相等。在另一實施例中，每一濾波器之總積分面積可相等，由此迫使該等值在更多分接頭經添加時減小。 因此，在比較個別經濾波信號之前，此等個別信號可經正規化。在一個實施例(如所示)中，正規化比較係藉由執行使用正規化濾波器之交叉相關(匹配濾波器)來進行。為了創建正規化濾波器，可計算各組濾波器分接頭之均方根，接著將整個濾波器除以能量的平方根。可使用除平方根之外的其他函數。 在其他實施例中，正規化比較係藉由首先應用非正規化濾波器，接著將結果(即，濾波器輸出)除以濾波器能量之平方根來進行。此後一實施例在計算上可較簡單。在多個經濾波信號之正規化比較之後，最大值對應於最佳匹配。以此方式，根據實施例，可獲得關於反射表面之性質的資訊(例如，表面之角度、反射性如何及物件之相對速度)。 作為產生濾波器輸出之部分，滑動步長可為一個時間區間，如圖15中所示。在其他實施例中，可使用較小步長。舉例而言，可每隔0.1、0.2或0.5之時間區間來判定重疊值(例如，來自具原始直方圖之廻旋濾波器)。B. 分佈濾波器至經濾波直方圖之應用 在一些實施例中，不同分佈濾波器可應用於例如藉由初始粗略濾波器產生之經濾波信號。此初始粗略濾波器可跨原始直方圖應用以識別對應於反射脈衝之直方圖的區段(即，與背景光區分)。所得濾波器輸出具有針對不同數位化信號分佈的不同輪廓。1. 不同分佈濾波器之間的比較 圖16根據本發明之實施例展示不同第二層級分佈濾波器至來自第一層級濾波器之經濾波輸出的應用。圖16具有三行及五列。該三個行為無堆積1610、中等堆積1620及高堆積1630。該等列對應於：(A)原始直方圖，(B)在第一濾波器層級應用的粗略濾波器輸出(例如，來自單一方形濾波器)，(C)在第二濾波器層級應用的無堆積濾波器輸出，(D)在第二濾波器層級應用的中等堆積濾波器輸出，以及(E)在第二濾波器層級應用的高堆積濾波器輸出。 無堆積信號1611、中等堆積信號1621及高堆積信號1631分別對應於低堆積分佈810、中等堆積分佈820及高堆積分佈830。像素上之實際光通量1650係以虛線展示之方形脈衝。 在圖16中，單一方形濾波器應用於原始直方圖中之每一者。方形濾波器可具有射出脈衝之寬度。此方形濾波器可被視為粗略的，因為方形濾波器係在第一層級應用(即，直接應用於原始直方圖)且解析度可為單一時間區間之大小(例如，滑動步長為一個時間區間)。不同的濾波器輸出由不同的原始直方圖輸入產生。濾波器輸出係藉由針對方形濾波器之不同位置判定方形濾波器與信號之重疊來判定。 粗略的無堆積濾波器輸出1612具有例如類似於圖9之最終經濾波輸出990的三角形形狀。經濾波直方圖上之水平軸線對應於方形濾波器之給定位置。但是，濾波器輸出1612相對於無堆積信號1611之實際時間位置未必與其在水平軸線上之相對位置有關。若產生濾波器輸出以偵測反射脈衝之上升邊緣(例如，時間區間處之經濾波值對應於濾波器的最左邊位置)，則濾波器輸出1612之峰值將對應於無堆積信號1611的上升邊緣。此外，濾波器輸出1612之寬度大於無堆積信號1611之寬度(例如，9個區間對比5個區間)。因此，水平軸線上之標度對於兩個曲線圖不同，但當時間區間之值切斷粗略濾波器之中心時，線1617可對應於偵測到脈衝之中心，如在圖9中。 粗略的中等堆積濾波器輸出1622針對第一部分隨著每一時間步長增大，例如，類似於中等濾波器輸出1535。時間1627 (例如，對應於偵測到脈衝之中心)處的減小由方形濾波器的前邊緣穿過中等堆積信號1621中之峰值產生。 粗略的高堆積濾波器輸出1632類似方形脈衝，例如，類似於低堆積濾波器輸出1545，此係因為方形濾波器在此第一層級可被視為低堆積濾波器。高堆積信號1631可近似為單一時間區間具有高於臨限值之明顯值，類似於原始直方圖1510。線1637說明與平坦頂部濾波器回應相關聯之不明確性。濾波器回應之最大值可容易沿著粗略的高堆積濾波器輸出1632之平坦頂部發生在任何位置，伴隨雜訊添加。 列C至E對應於第二層級濾波器經應用於列B中之方形濾波器輸出。每一列對應於不同的第二層級濾波器應用於列B中之各別方形濾波器輸出。三個不同第二層級濾波器具有大致對應於列B中之輸出之分佈的分佈。因此，第二層級濾波器可被視為具有列B中所示之分佈的不同分佈濾波器。對應於基本數位化信號的第二層級濾波器(即，藉由為與對應濾波器輸出類似之形狀)將提供最佳匹配，且因此用以判定接收時間。 在列C中，分佈濾波器輸出1613係藉由將無堆積分佈濾波器應用於濾波器輸出1612產生。在此實例中，無堆積分佈濾波器在形狀上類似於濾波器輸出1612本身(但是指數升高及衰退，例如高斯，更高)，且不類似於低堆積濾波器1540。此等分佈濾波器不同，此係因為此等分佈濾波器係在不同層級應用：一個直接應用於原始直方圖且其他應用於第一層級濾波器輸出。由於濾波器輸出1612基本上與本身廻旋，因此分佈濾波器輸出1613係對稱的且可具有時間與濾波器輸出1612基本上相同的峰值。 分佈濾波器輸出1623係藉由將無堆積分佈濾波器(基本上濾波器輸出1612)應用於粗略的中等濾波器輸出1622產生。粗略的中等濾波器輸出1622之不對稱形狀導致分佈濾波器輸出1623之不對稱形狀。而且，由於無堆積分佈濾波器並不完全匹配粗略的中等濾波器輸出1622，因此分佈濾波器輸出1623之峰值小於分佈濾波器輸出1613之最大值1616。 分佈濾波器輸出1633係藉由將無堆積分佈濾波器應用於粗略的高堆積濾波器輸出1632產生。粗略的高堆積濾波器輸出1632之大體上對稱的形狀提供分佈濾波器輸出1633之對稱形狀。而且，由於無堆積分佈濾波器並不完全匹配粗略的高堆積濾波器輸出1632，因此分佈濾波器輸出1633之峰值小於最大值1616。 在列D中，中等堆積分佈濾波器經應用於列B中之各種濾波器輸出。中等堆積分佈濾波器具有與粗略的中等濾波器輸出1622類似之形狀。因此，濾波器輸出1624具有相對於濾波器輸出1614 (無堆積)及濾波器輸出1634 (高堆積)之最大值。 在列E中，高堆積分佈濾波器經應用於列B中之各種濾波器輸出。高堆積分佈濾波器具有與粗略的高堆積濾波器輸出1632類似之形狀(即，基本上方形濾波器)。因此，濾波器輸出1635具有相對於濾波器輸出1615 (無堆積)及中等輸出1625 (中等堆積)之最大值。2. 最大窗查找器 - 中等堆積實例 在一些實施例中，第一層級濾波器可識別用於執行第二層級濾波之特定窗。第一層級濾波器可對整個原始直方圖應用，因為其不準確地知道會在何處偵測到反射脈衝。可識別濾波器輸出之最大值的位置，且可使用第二層級之分佈濾波器來分析圍繞該最大值之窗。藉由僅在此最大窗中應用分佈濾波器可節省記憶體、時間及計算努力之節約。因此，藉由將此等濾波器中之每一者應用於最大窗結果及比較其以找到哪一個具有最高值，吾人可發現哪個堆積情境最佳地接近真實信號。 圖17係說明根據本發明之實施例的使用應用於中等堆積信號之兩個層級之濾波器之程序流程的圖。第一層級濾波器(例如，方形濾波器)可應用於中等堆積信號以獲得中等堆積濾波器輸出1710，其可看上去像粗略的中等濾波器輸出1622。作為獲得中等堆積濾波器輸出1710之部分，第一層級濾波器可在原始直方圖上滑動，且可識別濾波器輸出中之最大值。可選擇圍繞此最大值之窗，其中窗將包括中等堆積濾波器輸出1710之相關部分，由此獲得選定的最大窗1720。 一旦選擇了最大窗1720，即可選擇複數個第二層級分佈濾波器。選擇哪些第二層級分佈濾波器可取決於經濾波輸出之性質(例如，非零值之型樣，諸如其寬度)，以及所用的第一層級濾波器之性質(例如，非零值之型樣，諸如其寬度)。所選的第二層級分佈濾波器接著可應用於選定的最大窗1720內之濾波器輸出資料。 在此實例中，選擇三個第二層級分佈濾波器1722至1726，例如以對應於預期信號分佈，或更精確地對應用於此等信號分佈之經濾波輸出。低堆積分佈濾波器1722提供最左邊的第二層級濾波器輸出，中等堆積分佈濾波器1724提供中間的第二層級濾波器輸出，且高堆積分佈濾波器1726提供最右的第二層級濾波器輸出。由於最初原始直方圖具有中等堆積及選定的最大窗1720，因此選定信號1732將為中間第二層級輸出。 在一些實施例中，可針對給定形狀選擇多於一個分佈濾波器。舉例而言，可使用多個中等堆積分佈濾波器，各自相對於彼此具有微小變化，視何時在時間區間內接收到反射脈衝之上升邊緣而定。分佈濾波器之此集合可有效地內插偵測到的原始直方圖，從而以比時間區間之寬度更細的解析度識別反射脈衝之接收時間。接下來章節提供關於此內插之其他細節。C. 內插 在一些實施例中，內插器執行直方圖區間之間的內插。數位內插通常係藉由零填充及將有限脈衝回應(finite impulse response，FIR)或無限脈衝回應(infinite impulse response，IIR)濾波器應用於資料來進行。在其他實施中，使用更精確且經濟的方案。在此等實施例中，內插器使用如根據上文所識別的信號形狀之先驗知識。因此，內插器可應用許多匹配濾波器，其中之每一者對應小於1個直方圖區間之內插偏移。作為一例示性實施，內插器藉由每個分佈應用10個不同的匹配濾波器來進行此處理，該等匹配濾波器中之每一者對應不同的內插偏移。 因此，數位信號處理器(DSP)方案中之區塊可包括內插器，其可使用內插濾波器。內插濾波器可為第一層級濾波器或第二層級濾波器。內插濾波器可以比時間區間之寬度更大的精確度提供關於偵測到脈衝之接收時間的資訊。作為內插之一實例，假設方形反射脈衝之上升邊緣完全在時間區間的中間到達(例如，一奈秒時間區間中之500 ps)，其中偵測到脈衝寬3 ns。由於上升邊緣在時間區間之中間到達，因此將在第一時間區間中而非在接下來的兩個時間區間中偵測到多達約一半的光子通量。第四時間區間亦將具有多達約一半的偵測到通量，此係因為下降邊緣將落在第四時間區間的中間。因此，原始直方圖在四個連續時間區間中可具有四個值{5, 10, 10, 5)。「10」指示在區間中偵測到全部光通量，且「5」指示在區間中偵測到全部通量之一半。 前置及後置區間中之值的比可用以判定上升邊緣之位置。舉例而言，若前置區間具有值4且訓練區間具有值6，則上升邊緣可在前置區間中之600 ps處(例如，100.6 ns)。實務上，原始直方圖之特定值可不具有此理想值，例如，歸因於雜訊及偵測程序之隨機性質。因此，替代計算此比，可使用不同的內插濾波器。舉例而言，若前置區間在100 ns與101 ns之間，則針對100.1 ns、100.2 ns、100.3 ns等可存在內插濾波器。在此實例中，最佳匹配濾波器可識別接收時間在100 ps內。當內插濾波器應用作為第二層級濾波器時，此等內插濾波器可執行比用於粗略濾波器多的位元之定點乘法。 內插濾波器之不同集合可用於不同分佈。舉例而言，內插濾波器之一個集合可用於高堆積分佈，且內插濾波器之一不同集合可用於中等堆積分佈，諸如此類。集合中之每一內插濾波器可具有考慮當濾波器在時間上滑動時脈衝分佈中之微小量化移位的略微不同分佈。為了內插10x (例如，當時間區間之寬度為1時，0.1準確度)，可使用10個內插濾波器。在2區間矩形脈衝(例如，高堆積分佈)之簡單情況下，內插濾波器可為(10,0)、(9,1)、(8,2)、(7,3)、(6,4)、(5,5)、(4,6)、(3,7)、(2,8)、(1,9)。此等內插濾波器中之每一者可應用於信號以識別最佳擬合以達成降至區間之1/10的內插範圍的信號。熟習此項技術者將瞭解，此等內插濾波器至多於兩個時間區間之脈衝的應用，以及更複雜的脈衝形狀及長度。此外，相繼脈衝列(例如，同一脈衝型樣之相繼脈衝列)可彼此偏移(例如，交錯區間之1/10)以確保原始直方圖佔用多於一個時間區間，如稍後章節中將更詳細地描述。1. 內插濾波器至原始直方圖之應用 圖18根據本發明之實施例展示不同內插濾波器至原始直方圖之應用。圖18展示應用於原始直方圖1810之四個內插濾波器，原始直方圖係回應於3-ns反射脈衝1817而產生。原始直方圖1810 (標記為H)具有相對於時間區間1812移位-1/4之時間區間的上升邊緣1815。內插濾波器中之每一者可具有對應時間區間中之值的不同型樣以提供內插，例如非零值之不同型樣。 零移位內插濾波器1820包含具相同值的三個分接頭。零移位內插濾波器1820與H廻旋以提供零移位輸出1825。廻旋程序可提供具明顯值的J+K-1個時間區間，其中J為內插濾波器之分接頭的數目且K為具明顯值(例如，高於背景臨限值)之原始直方圖之時間區間的數目。 在每一時間步，可判定兩個分佈之間的廻旋(例如，重疊)，且所得值可用於對應於第一內插分接頭之位置的時間區間。在此實例中，峰值1827在最左邊內插分接頭與時間區間1812重合時發生，此係因為此等三個時間區間具有比時間區間1811高的值。-3/4移位內插濾波器1830具有高於後置分接頭的前置分接頭，此係因為¾之時間區間將包括具上升邊緣1831之反射脈衝。廻旋提供具峰值1837的經濾波輸出1835，該峰值低於峰值1827，此係因為零移位比-3/4移位更接近-1/4之實際移位。 -1/4移位內插濾波器1840具有低於後置分接頭的前置分接頭，此係因為¼之時間區間可包括具上升邊緣1841之反射脈衝。廻旋提供具峰值1847之經濾波輸出1845，該峰值係所有經濾波輸出中最高的，此係因為‑1/4移位與上升邊緣1815之實際移位相同。 -1/2移位內插濾波器1850具有相等的前置分接頭及後置分接頭，此係因為1/2之每一對應時間包括反射脈衝，此時其具有上升邊緣1851。廻旋提供具峰值1857之經濾波輸出1855，該峰值約等於峰值1857，此係因為與零移位相比，零移位與-1/4之實際移位距離相同。 圖18之實例假設無堆積濾波器，但特定分佈可能不知道。在此情況下，各種分佈濾波器可應用於原始直方圖，其中每一分佈具有不同寬度。此等分佈濾波器可各自為粗略的濾波器，此係因為此第一階段之目的為識別哪個分佈最佳地匹配數位化信號。此等不同分佈濾波器或其輸出可經正規化，如本文中所描述。視哪個分佈濾波器最佳匹配而定，在內插階段中可應用彼類型(例如，高堆積)之內插濾波器。具有最佳匹配之初始粗略濾波器可為內插濾波器之集合中之一者，例如，對應於上升邊緣中之特定移位(例如，對於方向粗略濾波器之定向)。 將內插濾波器應用於原始直方圖在偵測雜訊內之信號方面可比應用於濾波器輸出(例如，內插濾波器為第二層級濾波器)更有效，此係因為濾波器可更好地匹配直方圖中之多種信號形狀，但其可在計算上代價大，此係因為脈衝之位置可能不知道。在此例子中，內插濾波器中之每一者可在整個原始直方圖上應用。然而，在一個實施中，第一內插之峰值位置可用以指定其他內插濾波器應在何處應用。在其他實施例中，可首先應用一或多個粗略的濾波器分佈(例如，如本文中所描述)以獲得對直方圖運行內插濾波器(此可用以找到圍繞反射脈衝之窗)之益處的大部分，接著可應用該等內插濾波器。2. 經濾波直方圖之應用 在一些實施例中，相對於直接應用於原始直方圖，內插濾波器可應用於濾波器輸出。舉例而言，返回參看圖16，當第二層級濾波器經應用以提供各種第二層級濾波器輸出時，可應用多於一個第二層級濾波器。因此，可存在多於一個高堆積第二層級濾波器。在圖16中，高堆積第二層級濾波器標稱地類似粗略的高堆積濾波器輸出1632。但是，替代單一方向濾波器，可使用多個(例如，10個)內插濾波器，各自具有對應於反射脈衝之上升邊緣之不同位置的不同分佈，例如，類似於圖18。經內插脈衝之數目可取決於所要之準確度。 因此，若原始高堆積信號具有一個時間區間具大值，但下一個時間區間具有較小但相當大的值(例如，由於強脈衝之上升邊緣靠近第一時間區間之末端到達)，則經濾波輸出端可並非完全方形的。舉例而言，對於5區間方形濾波器，可有四個相等高度之時間區間，每一側有兩個較小的時間區間—最左邊的時間區間大於最遠的右邊時間區間，由於原始直方圖具有較大的第一區間。若吾人僅使用一5區間方形濾波器作為第二層級濾波器，則最大值可看上去與僅一個時間區間具有明顯值(即，下一個時間區間基本為零，例如，小於背景)的實例相同，此將不如使用多個內插濾波器準確。 內插濾波器可使用6個分接頭，其中第一及最後一個方塊不同，例如，使得在指定解析度內，經濾波輸出將準確地匹配最佳匹配經內插濾波器。舉例而言，使用針對第一及最後一個分接頭之不同組合的20個內插濾波器可提供50 ps之準確度。最大值將視原始直方圖中之兩個時間區間的相對比而略微移位；計算此比係判定上升邊緣之位置的另一方式，即，在粗略濾波器已用以識別用於分析的原始直方圖之部分之後。 在一些實施例中，單一第二層級分佈濾波器可用於分佈中之每一者，例如，圖16中所示之3個分佈。提供最大值之分佈濾波器接著可用以選擇對應內插濾波器供使用，例如，其方式類似於初始粗略濾波器可用以選擇哪些內插濾波器將應用於原始直方圖，但在此，內插濾波器(對應於最佳匹配粗略濾波器)係第二層級濾波器。因此，不需要使用針對每一分佈之所有內插濾波器。3. 選擇濾波器 如上一章節中所提及，作為在所有量測中將所有內插器濾波器分佈應用於量測到的直方圖之替代方案，僅使用特定內插濾波器。由於某些內插濾波器與某些粗略濾波器相關聯或共同地屬於一集合，一個濾波器之最佳匹配可用以選擇哪些內插(或額外內插)濾波器將使用。在各種實施中，當此等內插濾波器對應於例如最佳匹配粗略濾波器、最前面的N個最佳匹配粗略濾波器(例如，2個或更多個)、代表特定集合(例如，高堆積內插集合)之最佳匹配內插濾波器、最佳的N個匹配內插濾波器或匹配超過臨限值之任何濾波器時，可選擇該等內插濾波器。 在其他實施中，可基於量測結果，諸如原始直方圖中之最大值及/或濾波器輸出中之最大值來選擇內插濾波器之集合。作為一個實例，藉由比較此等兩個數字之比，有可能判定可靠地識別某些層級之堆積的臨限值。舉例而言，若原始直方圖中之最大值等於多分接頭粗略濾波器之最大輸出，則此可指示極強堆積，此係因為所有光學能量含於單一直方圖區間中。此簡單比方法係用於選擇哪個內插濾波器供應用之計算上高效率的替代方法。 在使用濾波器輸出之最大值作為選擇準則的其他實施例中，可實施額外檢查。舉例而言，若每個像素有多個SPAD且其中大多數激發，則系統可假設堆積已發生。堆積之程度(與原始直方圖中之最大值相關)可與偵測到的光子之數目直接相關。為了利用此關係，關於原始直方圖或粗略濾波器輸出中之最大值的一臨限值或多個臨限值可判定哪些堆積分佈將使用。 舉例而言，高於第一臨限值之最大值可指示恰應使用高堆積內插濾波器。低於第一臨限值之最大值可指示應使用低及中等(中間)堆積內插濾波器。第二臨限值可指示當最大值高於第二臨限值時的中等及高堆積內插濾波器之使用且指示當最大值低於第二臨限值時的低堆積內插濾波器之使用。此等臨限值之值可基於除關於感測器操作所在之環境的靜態或即時知識以外的裝置之當前操作設定點來判定。4. 變化形式 內插可以額外方式執行。舉例而言，分佈函數(例如，高斯)可具有類似於經濾波輸出(或視當執行內插時而定，原始直方圖)之寬度的寬度。緩慢地(例如，100 ps步長)移動此分佈函數將提供原始直方圖或經濾波直方圖之中心的近似。此將不需要10分接頭濾波器用於每一分佈，但是可能需要每奈秒多於一個濾波器值。此等分佈可以對稱或不對稱，例如，在其內具有不同分佈。可使用不同寬度之分佈，此可提供優於使用具有單一分佈之不同型樣的多個分接頭濾波器的益處。D. 多個粗略濾波器與內插濾波器之組合 如上所述，粗略濾波器可應用於原始直方圖以提供濾波器輸出，且具有最佳匹配分佈之內插濾波器可應用於濾波器輸出。在一些實施例中，可應用多個粗略濾波器，且可使用對應於最佳匹配之內插濾波器。由於內插濾波器對應於最佳匹配分佈，因此該等內插濾波器可為經設計以識別堆積之類型且由此更精確地識別場景中之物件的範圍及性質之數位信號處理(DSP)方案之部分。 圖19係說明根據本發明之實施例的使用多個粗略濾波器之兩層級濾波方案的圖。直方圖資料1910對應於原始直方圖，其可使用多個脈衝列來判定。 根據一些實施例，為了估計數位化信號之形狀，多個匹配的粗略濾波器首先應用於原始直方圖，在圖19中經標記為匹配濾波器1至N。此等粗略濾波器中之每一者可提供濾波器輸出，標記為經濾波分佈1至N。在一些實施例中，應用巴克碼匹配濾波器。此濾波器使用巴克碼作為濾波器分接頭且執行原始直方圖與此等分接頭之交叉相關。根據本實施例，可存在N個不同的匹配濾波器。因此，來自每一量測之直方圖資料可用N個不同的匹配濾波器來濾波。粗略濾波器之數目對應於給定環境中預期或可能的(例如，基於物件之類型)且基於來自光感測模組之分佈形狀的不同分佈之數目。 在下一步驟中，最大窗查找器1940可識別匹配的經濾波輸出信號之最大值。可保存圍繞該索引之值的窗。若使用了多個粗略匹配濾波器，則僅考慮具最大值之正規化匹配濾波器。記錄具最大值之粗略匹配濾波器。 最大窗經傳遞至內插器以執行精細內插。藉由具有最大值之粗略匹配濾波器來判定待使用之內插濾波器。因此，總共可存在N*M個內插器濾波器，其中N係應用於每一量測的粗略匹配濾波器之數目，且M係用於每一粗略濾波器的精細內插濾波器之數目。在各種實施例中，內插濾波器可應用於原始直方圖或應用於對應於最佳匹配的經濾波分佈。E. 經寫碼脈衝及分佈濾波器 匹配濾波器(包括不同分佈濾波器)亦可組合先前章節中所描述之經寫碼脈衝使用。以下為具有匹配脈衝型樣之分接頭型樣的粗略濾波器之實例。而且，亦描述最大窗查找器之操作。1. 粗略濾波器 圖20根據本發明之實施例展示由經寫碼脈衝產生之原始直方圖、匹配濾波器及對應的濾波器輸出。原始直方圖2010表示無或低堆積，但具有一定雜訊之情況。原始直方圖2010對應長度3之巴克碼的{+1, +1, -1}型樣。0至16之各種時間區間中之值係介於-2與2之間的值。負值可藉由將一負權重指派給在偵測間隔之一特定部分期間偵測到的脈衝來達成。在所示之實例中，原始直方圖2010僅具有整數值，即，-2、-1、0、1或2。 匹配濾波器2020具有匹配預期脈衝型樣{+1 +1 -1}之濾波器分接頭。然而，分接頭僅具有值+1、0及-1。匹配濾波器2020針對每一時間區間具有一個分接頭2022。交叉相關係在直方圖輸入資料與濾波器分接頭2022之間執行。匹配濾波器2020可構成粗略濾波器。 濾波器輸出2030展示輸入信號(原始直方圖2010)與濾波器分接頭2022之交叉相關，由此獲得經粗略濾波的信號。如在濾波器輸出2030中可見，交叉相關函數中存在一中心正峰值。此將來自直方圖之所有三個脈衝的所有功率組合成單一的大脈衝。另外，輸入直方圖與匹配濾波器之交叉相關得到如濾波器輸出2030中所見的三角形形狀。濾波器輸出2030之豎軸上的標度藉由基本上提供當匹配濾波器2020處於準確地匹配原始直方圖2010之型樣的滑動時間步長時的原始直方圖2010之時間區間中的資料值之總和來說明交叉相關態樣。 在一些實施例中，當原始直方圖2010及匹配濾波器2020之值為整數時，無需浮點操作即可執行交叉相關。可使用更加高效率之定點修改。而且，在此實例中，由於匹配濾波器2020僅具有值-1、0或+1。由於可對整個直方圖(例如，1,000個時間區間)應用粗略濾波器，因此使此第一層級濾波器高效率實施可為重要的。 此粗略濾波器允許識別信號在粗略標度上在何處。此在不發出單一雷射脈衝時可為有用的，此係因為額外脈衝可另外增加計算要求。匹配濾波器之應用可將脈衝重組成單一信號，其對應於輸出2030中的時間區間15處之峰值。 圖20說明使用經寫碼脈衝之益處。原始直方圖2010係相當弱的信號，例如，由於時間區間中之值大且由於由雜訊引起之變化。當匹配濾波器精確地匹配直方圖輸入時，所得信號變得更強，如濾波器輸出2030中之明確最大值所證明。而且，旁波瓣為負，此係巴克碼之一性質。2. 最大窗查找器 如圖19中所示，DSP方案中之接下來區塊可為最大窗查找器。此區塊之用途係找到濾波器輸出之最大值且保存此最大值圍繞的值以用於內插及/或應用不同的分佈濾波器。最大窗查找器可識別每一匹配濾波器中之最大值且根據個別最大值來判定全域最大值。 在一些實施例中，為了比較不同的濾波器輸出，匹配濾波器可經正規化，例如，如本文中所描述。舉例而言，正規化可將個別最大值除以分接頭之數目。此可提供在匹配濾波器中擷取之平均功率且可減小相對於具較少分接頭的濾波器不恰當地選取具較多分接頭的濾波器之可能性，即使當具較少分接頭的濾波器係輸入形狀之更好匹配時。在濾波器輸出直接彼此進行比較之實施例中，濾波器分佈中之每一者的濾波器功率可經正規化，使得該比較不偏。 圖21展示根據本發明之實施例的最大開窗程式結果2100。最大值在時間區間(索引) 15處發現，且圍繞最大索引保存11個值之窗2110。此等11個值可保存且用於第二層級濾波中，第二層級濾波可涉及內插及/或不同的分佈濾波器。舉例而言，低堆積分佈濾波器、中等堆積分佈濾波器及高堆積分佈濾波器可應用於窗2110之時間區間中的11個值。此等分佈濾波器之最佳匹配接著可用以選擇用於以大於一個時間區間之解析度識別接收時間的內插濾波器之一集合，如本文中所描述。以此方式，對此等11個值執行精細內插比將內插濾波器(可能針對不同分佈)之整個集合用於整個原始直方圖在計算上更便宜且更快。內插器濾波器分接頭之值可為任何實數值，而非限於僅值+1、0及-1。3. 針對不同物件之多個粗略分佈濾波器 使用本文中所解釋之該等技術可使光達系統更有效地偵測某些物件。舉例而言，已知街道指示牌具有強反射。此可導致由SPAD組成之感測器中的高堆積。使用恰當的匹配濾波器及對應內插可極大地改良偵測及此等表面之恰當範圍估計。同樣，來自傾斜表面之輻射反射可能拖尾且展開，藉由此等實施例，輻射反射亦可更好地偵測且具有更好的估計範圍。 圖22根據本發明之實施例展示具有不同寬度之多個粗略分佈濾波器的應用。不同粗略分佈之輸出可用以識別哪些第二層級濾波器將使用。圖22根據實施例示意性地展示對應於雷射脈衝自三種不同類型之表面的反射的特定情境及對應處理。如所示，粗略分佈濾波器中之每一者具有不同數目個具有非零值的連續時間區間。 在圖22中，脈衝列2210中之連續雷射脈衝相隔時間間隔t1 ，且該等連續雷射脈衝具有特定的明確界定之脈衝形狀。當此等脈衝自不同表面反射且反射信號係藉由像素感測器處之SPAD量測時，所得的偵測到信號視該等脈衝反射自的物件而具有不同分佈，即使所有脈衝在最初脈衝列中具有相同的間距時間t1 。 低堆積數位化信號2222表示弱傳回信號，其係自遠處物件反射或自低反射率表面反射之一指示。此兩種情境可藉由飛行時間計算來進一步區分。反射信號與脈衝列2210具有相同間距t1 ，且具有偵測到的脈衝寬度t2 。弱匹配濾波器2224具有對應於弱傳回信號之寬度。弱濾波器輸出2226對應弱匹配濾波器2224至低堆積數位化信號2222之應用。所得形狀類似於圖22中所示之形狀。 高堆積數位化信號2232表示強傳回信號，其係自附近之物件反射或自高反射率表面反射之一指示。再一次，此等兩種情境可藉由飛行時間計算來進一步區分。反射信號與脈衝列2210具有相同間距t1 ，但具有脈衝寬度t3 ，其小於t2 。此情況由於大量反射輻射導致SPAD處之高堆積而發生。結果，出自SPAD之數位化信號分佈具有典型的陡峭升高及快速降低，此使半高全寬(FWHM)變小。強匹配濾波器2234具有適合於計算與高堆積數位化信號2032之交叉相關的分佈。強濾波器輸出2236在曲線圖之中間具有獨特峰值，其方式類似於弱濾波器輸出2226，但是在中間具有一不同形狀。 拖尾數位化信號2242表示拖尾傳回信號，其係來自相對於雷射輻射之光軸之傾斜表面的反射之一指示。反射信號與脈衝列2210共用相同間距t1 ，且具有脈衝寬度t4 ，其大於t2 。此可由於來自傾斜表面之反射輻射由於閉合邊緣更接近且遠處邊緣離開偵測器更遠而經過較長時段才到達SPAD發生。結果，出自SPAD之數位化信號分佈散開，此使持續時間變大。拖尾匹配濾波器2244具有合適的散開分佈以用於計算與拖尾數位化信號2242之交叉相關。拖尾濾波器輸出2246具有在曲線圖中間之獨特峰值，其與如所示的前述兩種其他情況相比散開更多，但將展現比濾波器2224及2234高的峰值及準確的位置估計。粗略匹配濾波器2224、2234及2244可對應於與射出脈衝列2210對應之預期信號分佈。 應注意，即使在此處論述了三種分佈，但本發明實施例之該等技術可涵蓋與多個類型之反射及對應情境相關聯的多個分佈。本文中所描述之內插濾波器中之任一者可具有各種大小，例如，至多寬17個區間。對於拖尾情況，所有17個區間可為非零。 在一些實施例中，此等不同的粗略匹配濾波器2224、2234及2244可用以判定與交叉之最佳匹配。此等濾波器之各種寬度可基於發射脈衝之寬度來選擇，且因此可大於或小於發射脈衝。方形濾波器之寬度及其最佳匹配位置可識別脈衝之上升邊緣的位置。在此點處停止僅可得到1 ns準確度，但此與由使用僅一個粗略分佈濾波器產生之誤差相比仍可為更好的。為了更高的準確度，可使用寬度類似於最佳匹配之粗略濾波器的內插濾波器。在一些實施例中，對應之內插濾波器可即時地載入至記憶體中以供應用於當前原始直方圖。 使用多個匹配濾波器之原因可為雙重的：1)避開SPAD對變化之信號功率的非線性回應，及2)更好地偵測在時域中拖尾之脈衝(其對應於在實體實體中亦拖尾之脈衝，諸如高角度之表面或漫射表面)。識別拖尾脈衝之能力係輸出至光達系統之稍後階段或終端使用者例如用於將物件分類的有用特徵。舉例而言，若系統提供主幹具有非拖尾點且樹冠具有指示漫射葉之許多拖尾脈衝之資訊，則樹形點之集合可更好地分類為樹。 另外，與傳統系統相比，使用針對拖尾脈衝調諧之匹配濾波器允許更遠地偵測高角度表面(如路面)，此係因為拖尾濾波器擷取較高分率之信號能量。此可為重要的，此係因為擊中汽車前面的遠方路面之脈衝始終以極高角度擊中且此使該等脈衝在時間上顯著拖尾。沒有一組經調諧濾波器用以最佳地偵測拖尾脈衝，光達系統可關於可充分識別之道路的範圍受限制。對在遠距離處之物件的此偵測可在需要由自駕駛載具或簡單地由警報系統做出決策時提供獨特優點。 如上文所提及，多個第一層級(第一階段)粗略濾波器之單獨使用可提供增加之準確度。舉例而言，在時間上拖尾10x，但用1x寬之標稱濾波器濾波的脈衝將具有經濾波峰值及低於無拖尾脈衝10x之信號雜訊比(SNR)。此可具有不能正確地被偵測且不能傳遞至第二層級濾波器的高機率—可改為傳遞隨機雜訊尖峰。若第二個第一層級濾波器係與經調諧以偵測10x拖尾脈衝之分接頭並聯(或串聯)地使用，則經濾波SNR可自10x減小至sqrt(10)x，即僅為無拖尾情況下的SNR之3.16x。F. 系統組件 圖23展示根據本發明之實施例的濾波光學系統2310。圖23之元件可以類似於圖13之元件的方式操作，且包括來自圖13之組件，但為了清楚起見。可省略來自圖13之一些組件。舉例而言，濾波光學系統2310可為與圖13之CPOS 1310相同的系統之部分。濾波光學系統2310可與使用者介面硬體2315互動，該使用者介面硬體可為圖2之使用者介面215及/或圖13之使用者介面1315。使用者介面硬體2315可在其他操作參數中指定將使用之匹配濾波器。使用者介面1315可顯示濾波結果，其可包括偵測到物件之3維圖及關於特定物件的距離值。 系統控制器2320可以類似於圖13之系統控制器1320的方式例如藉由控制光感測模組2330及光傳輸模組2340來執行。光傳輸模組2340可含有脈衝碼2344及能夠傳輸光的發射體陣列2342 (例如，一或多個雷射二極體)。系統控制器2320可包括用於分析自光感測模組2330接收之資料的DSP 2322。 光感測模組2330含有一或多個粗略濾波器2332、直方圖2334、感測器陣列2336以及最大窗查找器2338。感測器陣列2336偵測光的光子且針對每一時間區間例如基於時間至數位轉換器產生數位化強度值。來自感覺陣列2336之資料值可儲存於直方圖1334中，例如其中每個時間區間有一個記憶體胞元。直方圖2334可針對給定量測時間間隔而產生，接著在新的量測時間間隔中被清除。在一些實施例中，可針對不同的重疊量測時間間隔來計算多個直方圖，例如，在來自特定偵測間隔之資料值可能有助於多個直方圖的情況下，各自針對包括特定偵測間隔之不同重疊量測時間間隔。 粗略濾波器2332可作為整數或浮點數字之序列而儲存於暫存器或其他記憶體胞元。舉例而言，當使用多個粗略濾波器時，每一粗略濾波器可與指示對應於該粗略濾波器之寬度或分佈的標記相關聯。光感測模組之處理器可例如基於直方圖2334中之資料值來選擇哪些粗略濾波器將使用。舉例而言，直方圖2334中之最大值可指示哪個(哪些)將使用，如本文中所描述。 最大窗查找器2338可分析一或多個粗略濾波器之一或多個輸出，如本文中所描述。最大窗查找器2338或另一處理模組可例如基於每一濾波器輸出之最大值來判定哪個粗略濾波器最佳地匹配。在一些實施例中，光感測模組2330可輸出最佳匹配之濾波器輸出中(例如，藉由最大窗查找器2338識別之窗中)的某些值及窗。 DSP 2322可使用內插濾波器來分析經識別窗內之濾波器輸出。在一些實施例中，光感測模組可指示哪個粗略濾波器最佳地匹配，例如，因此某些內插濾波器可用於(例如，載入至快取記憶體中)分析當前濾波器輸出。不同內插濾波器可用於不同量測間隔期間的不同濾波器輸出，例如，此係因為不同物件將反射對應脈衝。在其他實施例中，內插濾波器2324及DSP 2322可為光感測模組之部分(例如，與感測器陣列2336在同一晶片上)。因此，光感測模組2330可視情況併有額外DSP及內插濾波器2324。在另一實施例中，光感測模組2330可包括全部的測距系統控制器功能性。G. 使用分佈濾波器之方法 圖24係說明根據本發明之實施例的使用光測距系統之分佈濾波器來執行測距之方法2400的流程圖。光測距系統可為亦偵測物件之光達系統之部分。方法2400係關於單一脈衝而描述，可同樣地應用於量測時間間隔中之一脈衝列及複數個脈衝列。如同方法1400，方法2400及其他方法可用於除測距外之其他用途，例如，用於通信用途或偵測干擾信號。 在區塊2410處，自光測距系統之一光源(例如，一雷射或發光二極體)傳輸一脈衝。該脈衝可自一物件反射，使得該脈衝可在光測距系統處偵測到。作為實例，光源可為光感測模組2340、發射體陣列2342或發射體陣列2342中之任何特定發射體。本文中提供了雷射之類型之實例。 在區塊2420處，藉由光測距系統之一像素之一光感測器來偵測該脈衝的光子。作為偵測之結果，可在複數個時間點產生資料值。舉例而言，像素光感測器之光偵測器(例如，SPAD)可提供指示當接收到光子時的時間之數位信號。在其他實施例中，光感測器可為提供類比信號之APD或其他光感測器，類比信號可轉換為對應於該等資料值之二進位值(例如，按0至255之標度)。 在區塊2430處，在複數個時間區間中判定對應於該等資料值之一直方圖。一特定時間區間(例如，100 ns至101 ns)處的該直方圖之一計數器可對應於該特定時間區間內之一或多個時間點處的一或多個資料值。舉例而言，該等資料值可為指示已在光感測器之一特定光偵測器處接收到光子的正信號。此正信號可在一時間區間期間在不同時間接收。 在區塊2440處，將複數個分佈濾波器應用於該直方圖。每一分佈濾波器可對應於不同速率之光子在連續時間區間中由光感測器偵測到。在各種實施中，不同分佈濾波器可對應於高堆積分佈、中等堆積分佈及低/無堆積分佈。在一些實施例中，分佈濾波器之應用可直接對直方圖執行。在其他實施例中，初始粗略濾波器可應用於直方圖以提供一初始濾波器輸出，且該等分佈濾波器可應用於該初始濾波器輸出。在此例子中，該等分佈濾波器仍被應用於直方圖。 可以各種方式來判定不同的分佈濾波器。舉例而言，可執行測試量測以識別偵測到信號中之不同分佈。此等量測可在各種條件下對各種物件執行，使得可識別分佈濾波器之代表性集合。在其他實施例中，可執行模擬以判定會發生的分佈之類型。 在區塊2450處，將該複數個分佈濾波器中之一第一分佈濾波器識別為最佳地匹配該直方圖。舉例而言，該等分佈濾波器與該直方圖之間的交叉相關函數(例如，重疊函數)可如本文中所描述地使用以判定最佳匹配濾波器之特定滑動時間步長下的最大值。 在一些實施中，該複數個分佈濾波器中之每一者可在一直方圖上滑動。舉例而言，一實施例可執行使分佈濾波器滑動跨越該直方圖以計算一經濾波直方圖，該經濾波直方圖具有對應於分佈濾波器相對於該直方圖之不同滑動位置(例如，不同時間步長)的計數器。該經濾波直方圖之該等計數器中之每一者可對應於一特定滑動位置處的分佈濾波器與該直方圖之一重疊。可識別該經濾波直方圖之最大值。以此方式，可針對複數個經濾波直方圖獲得複數個最大值。接著，可根據該複數個最大值來判定一全域最大值。此全域最大值對應於第一分佈濾波器及脈衝之接收時間(例如，分佈濾波器之滑動位置大於提供之全域最大值)。 在區塊2460處，使用該第一分佈濾波器之一經濾波輸出來判定該脈衝之一接收時間。在各種實施中，該接收時間可對應於該脈衝的前置邊緣、該脈衝之中間或該脈衝的後置邊緣。可相對於一偵測間隔之一開始時間來量測該接收時間，例如，根據發射該脈衝時的時間。 在區塊2470處，使用該接收時間來判定至該物件之一距離。該距離可基於自該脈衝之傳輸至該脈衝之偵測的一經過時間來判定。此經過時間為距離之一實例。在其他實施例中，此經過時間可使用光速轉換為實際距離。VI. 交錯脈衝 如上所述，內插濾波器可用以提供增加之準確度。舉例而言，不同的內插濾波器可對應於上升邊緣之不同時間位置(例如，在1 ns時間區間內變化了100 ps之時間位置)。但是，問題可由於導致高堆積之強脈衝產生，高堆積可導致僅一個時間區間具有任何明顯值。在此例子中，內插不會有幫助，此係因為兩個或更多個時間區間之相對高度不能用以內插上升邊緣之更精確時間。 作為一解決方案，脈衝列可交錯，以使得偵測到脈衝在不同時間到達，例如，具相同脈衝型樣之不同脈衝列相對於彼此有延遲。若交錯之量延伸超出一時間區間(例如，針對1-ns時間區間的1 ns之交錯)，則至少兩個時間區間將具有明顯值，當上升邊緣恰好在時間區間開始處時除外。一旦多於一個時間區間具有明顯值，即可執行內插。然而，此等內插分佈接著會需要考慮由交錯產生之信號形狀。A. 對於極高的堆積分佈不能內插 圖25A展示通常用於光達系統中以照明場景之單一方形脈衝2510。視表面(例如，定向及光滑度)而定，反射脈衝可具有不同形狀。詳言之，當自相對垂直於傳出脈衝之光軸的平坦且光滑之表面反射時，反射信號之形狀將極類似於傳出雷射脈衝列。 圖25B展示具某一雜訊之反射脈衝2520。反射脈衝2520可具有低於射出脈衝2510之強度，但強度之位準可變化。該脈衝之強度(幅值)之位準對於平坦且光滑之表面而言可更大，特別在該脈衝垂直於表面時。在此等情形下，高堆積信號可發生。如上文所解釋，來自此表面之強反射可導致偵測器(例如，SPAD)中之堆積。因而，SPAD處之信號可具有具陡峭上升邊緣及快速衰減之高堆積分佈。 圖25C根據本發明之實施例展示在反射脈衝2535之上升邊緣處偵測到的高堆積信號2530。高堆積信號2530並不類似真正的反射信號，真正的反射信號更像方形脈衝。當堆積與高堆積信號2530一樣嚴重時，判定真正信號位置變得愈來愈困難，且使用具停滯時間之偵測器(如SPAD)之系統特別地易受堆積影響。舉例而言，所得直方圖在此情況下可能僅由經填充之一單一時間區間及所有其他空白之區間構成，其並不類似來自反射脈衝2535著急哦傳入光子信號。 圖26根據本發明之實施例展示所得直方圖2640中之SPAD信號2630。類似於高堆積信號2530，SPAD信號2630快速地升高且幾乎快速地下降。直方圖2640展示至接收到對應反射脈衝之時間的四個時間區間之計數器。時間區間2644具有極小值，該等值僅可歸因於背景雜訊。時間區間之負值可由應用於在一或多個偵測間隔中偵測到的資料值之負權重產生，例如，如本文中針對經寫碼脈衝所描述。 直方圖2640之主要特性係作為唯一明顯值的時間區間2642。在此情況下，直方圖2640不能經內插，此係因為沒有關於SPAD信號2630之上升邊緣2633發生在時間區間2642中之何處的資訊。 即使使用了多個脈衝列，在不同偵測間隔期間發送，但相對於開始信號出於大約同一時間的兩個對應脈衝亦可提供類似的直方圖。因此，兩個脈衝之累積直方圖可能相同。一個脈衝可引入兩個脈衝列之間的小於時間區間之寬度的延遲，但此延遲仍可導致類似問題。 圖27A及圖27B展示不同脈衝列中之相對於彼此延遲，從而產生僅一個區間具有明顯值之直方圖的脈衝的兩個例子。水平軸線對應於時間區間；時間區間之開始及結束係藉由散列標示分界。展示了針對五個不同時間區間之計數器。如所顯示，計數器之條柱僅佔用時間區間之部分。因此，條柱並不對應於時間區間之全寬。 在圖27A中，實信號2702展示第一脈衝列之脈衝之偵測到信號。虛信號2704展示第二脈衝列之脈衝之偵測到信號。在一些實施例中，此等偵測到信號可對應於自一組SPAD獲得之信號。任何時刻處之特定值可對應於在一時刻被觸發的SPAD之總數。信號2702及2704均在時間區間3到達，且在時間區間4開始之前降至接近零點，此係因為基本上所有SPAD由於強信號而在啟動之後進入其停滯時間。即使虛信號2704在實信號2702之後發生，但僅時間區間3具有在兩個脈衝列之兩個偵測間隔中累積之任何明顯值。 在圖27B中，實脈衝及虛脈衝經互換。實信號2754發生在虛信號2752之後。同樣，兩個信號僅明顯地有助於時間區間3。因此，在兩個直方圖中，時間區間3係唯一經填充區間，一些雜訊除外。在此等情形下，內插不會對解析度有更好的幫助。圖27A及圖27B亦說明，即使兩個信號係在不同時間接收，但偵測電路之解析度不能區分該兩個信號。B. 用於針對高堆積信號之內插的交錯脈衝 作為一實例，成像偵測器電子設備之解析度為1 ns。實施例可使用內插以得到更高準確度。然而，如上所述，高堆積信號可導致問題。然而，雷射脈衝調變可為更精細解析度。舉例而言，可在0.1 ns內產生兩個相異的連續雷射脈衝。如圖27及圖28中示出，兩個脈衝之間的某一偏移將未必允許在所有情況下之更精細解析度。 在一些實施例中，為了達成更高解析度，若干個相同雷射脈衝可按照成像偵測器之解析度之一分數在時間上交錯。此交錯可導致不同脈衝之上升邊緣跨至少兩個時間區間。一旦多於一個時間區間具有明顯值，即可執行內插。 在一些實施例中，若干個雷射脈衝彼此在0.1 ns內交錯。當來自此等不同雷射脈衝列之反射到達SPAD時，SPAD在每一脈衝的前置邊緣之後可經歷高堆積。然而，因為該等脈衝在時間上交錯，所以脈衝群組的前置邊緣將落入不同的直方圖區間中。交錯的連續雷射脈衝有效地充當引入雜訊，其係已知的且可用以增加成像劑之時間解析度。 此有效地減小TDC中之量化雜訊之效應，此限制直方圖之解析度。藉由平均化具已知偏移之多個量測結果，根據實施例，吾人可達成比TDC區間寬度更精細的時間解析度。 圖28A及圖28B根據本發明之實施例展示交錯不同脈衝列之射出脈衝，以使得偵測到的高堆積脈衝跨多個時間區間之實例。圖28A及圖28B展示不同偵測間隔中之偵測到脈衝及對應直方圖。具體言之，每一圖展示四個偵測間隔中之跨兩個時間區間的信號。直方圖展示具明顯值之兩個時間區間。 在圖28A中，行2810對應於直方圖2830中之時間區間3。行2820對應於直方圖2830中之時間區間4。每一列對應於不同偵測間隔2801至2804。因此，脈衝中之每一者射出且在射出下一個偵測間隔的下一脈衝之前偵測到。該等脈衝中之每一者自先前偵測間隔之一脈衝偏移。在此實例中，偏移為約¼之時間區間，但可執行其他偏移。此外，偏移不必為均勻的，例如，可在¼偏移之前執行½偏移，如在偵測間隔2802中之脈衝列發生在偵測間隔2801中之脈衝列之前的情況下可能發生的。 行2810及2820中之信號之位置反映直方圖2830。由於在行2810中偵測到更多脈衝，時間區間3因此具有較高值，此提供時間區間3之放大視圖。但是，由於一個脈衝在行2820內，因此時間區間4仍具有明顯值。當直方圖2830經內插時，時間區間3及4中之值的之間的近似3:1比將指示偵測間隔2801中之第一脈衝(在此實例中零偏移)在時間區間3中之約¼ns處發生，即，當時間區間具有1 ns之寬度時。若第一脈衝(或更一般地，具零偏移之脈衝)之上升邊緣在½ns處發生，則時間區間3及4將大致相等，此係因為兩個時間區間具有兩個脈衝。若時間區間3係具明顯值之唯一時間區間，則上升邊緣之接收時間可在時間區間3之開始時。 在圖28B中，行2860對應於直方圖2880中之時間區間3。行2870對應於直方圖2880中之時間區間4。每一列對應於不同偵測間隔2851至2854。由於三個脈衝在時間區間4中，因此直方圖2880在時間區間4中的值比在時間區間3中的高。直方圖2880中之時間區間3及4之計數器的近似比1:3 (考慮了某一雜訊)指示偵測間隔中之脈衝在時間區間3中約¾ns處發生。因此，雷射脈衝按照成像偵測器解析度之分率之交錯可用以獲得信號之更高解析度。更高解析度又可用以更好地識別至表面之範圍(距離)，雷射脈衝自該表面反射且照射SPAD。 在其他實施例中，不同偵測間隔中的不同偏移之數目可為10，其中不同偏移相差時間區間之寬度的0.1倍。在此實例中，對於1 ns時間區間，雷射脈衝偏移100 ps。雷射脈衝可為若干時間區間寬(例如，圖18A及圖28B中之5個時間區間寬)，但上升邊緣相對於彼此交錯。C. 交錯之脈衝列的內插 如上文所論述，當脈衝列交錯時，脈衝之上升邊緣可以不同方式計算。為了說明此情況下，當兩個時間區間具有明顯值時，針對交錯之內插與針對未交錯之內插形成對比。 當無交錯經執行且假設偵測到脈衝之FWHM係0.2 ns時，當兩個時間區間具有相等值時，可判定偵測到脈衝之上升邊緣在第一時間區間中之0.9 ns處。當具有值相等之兩個分接頭的內插濾波器係最佳匹配(即，相對於具有值不等之分接頭的其他內插濾波器)時，可判定兩個時間區間具有大約相等值之事實。因此，內插可使用FWHM及時間區間值之知識來判定第一脈衝之上升邊緣。舉例而言，在第一區間中之0.7 ns的具0.6 FWHM之偵測到脈衝在第一及第二區間中可具有相等值。無需判定時間區間值之比，此係因為最佳匹配濾波器將自動地提供正確，例如，給出FWHM之知識。每一匹配濾波器可具有與之相關聯的預定時間，例如，如下所述。 當使用10個不同偏移執行交錯且假設偵測到脈衝之FWHM係0.2 ns時，當兩個時間區間具有相等值時，可判定偵測到脈衝之上升邊緣在第一時間區間中之0.45 ns處。由於存在10個脈衝及0.2 ns之寬度，則總整合時間係2 ns。在偏移為0.1 ns且在0.45 ns處開始之情況下，總共5個完整脈衝可有助於每一時間區間，由此得到直方圖中之兩個時間區間的相等值。對應於特定內插濾波器之時間可儲存於記憶體中且在最佳匹配內插濾波器經識別時來擷取。 作為交錯之較容易實例，若考慮脈衝之寬度為0.1 ns，則(8,2)之最佳匹配內插濾波器將指示上升邊緣在第一時間區間中之0.2 ns處(或至少在0.2 ns之100 ps)開始。若(10, 0)為最佳匹配內插濾波器，則第一脈衝之上升邊緣在第一100 ps中發生。若(5,5)為最佳匹配內插濾波器，則上升邊緣在第一時間區間之500 ps處開始。因此，內插之精確方法可取決於交錯脈衝型樣之數目(例如，畫面之數目)及交錯(抖動)之增量。D. 用於交錯脈衝之方法 圖29係說明根據本發明之實施例的在光測距系統中使用交錯脈衝來執行測距之方法2900的流程圖。方法2900可將脈衝列之脈衝交錯，以便提供大於光感測模組之時序電路的解析度的精確度，即使當接收到信號強，以使得自光感測器產生高堆積信號時。 在區塊2910處，作為一測距量測之部分，自一光源(例如，一雷射)傳輸N個脈衝列。該等脈衝列可具有如本文中所描述之經寫碼型樣。區塊2910的態樣可以與圖14之區塊1420及/或圖24之區塊2410類似的方式來實施。該N個脈衝列可自一物件反射，其中反射部分之偵測可用以判定至該物件之一距離。該N個脈衝列中之每一者可包括來自該光源的一或多個脈衝，且每一脈衝列可對應於由一開始信號觸發之一不同時間間隔。舉例而言，VCSEL可發射兩個脈衝之第一脈衝列，其中發射可藉由一開始信號，例如開始信號1101，來觸發。第一脈衝列可為第一偵測時間間隔之部分，其可偵測第一脈衝列之反射部分。接著，作為第二偵測時間間隔之部分(第二偵測時間間隔仍為同一量測之部分)，同一VCSEL可發射藉由一開始信號(例如，開始信號1102)觸發的第二脈衝列。該開始信號可為一週期性信號。 在區塊2920處，藉由該光測距系統之一像素之一光感測器來偵測該N個脈衝列的光子，由此在複數個時間點產生資料值。區塊2920可以與圖24之區塊2420及/或圖14之區塊1430及1440類似的方式執行。 在區塊2930處，在複數個時間區間中判定對應於該等資料值之一直方圖。區塊2930的態樣可以與圖24之區塊2430及/或圖14之區塊1460類似的方式執行。一特定時間區間處的該直方圖之一計數器可對應於該特定時間區間內之一或多個時間點處的一或多個資料值。為了說明，時間點可對應於行2810中之對應於偵測間隔2801至2803的三個不同偵測到信號的三個不同時間。針對其他方法，不同脈衝列之脈衝可在時間區間之同一時間點達到，或由於雜訊而在不同時間點到達。然而，在一些實施例中，，不同時間點可為例如如上所述使射出脈衝列交錯之結果。 作為提供增加之精確度之部分，N個脈衝列可相對於彼此具有變化的偏移。舉例而言，N個脈衝列可自對應偵測時間間隔之開始信號偏移不同量。替代地，執行偵測器直方圖化之時脈可自對應偵測時間間隔之開始信號偏移不同量。因此，不論傳輸器或接收器是否進行時間交錯，均實現相同效應，且具有此等偏移之脈衝列可以任一方式實現。 該N個脈衝列中的至少兩個可偏移小於時間區間之寬度，例如，當直方圖具有1 ns寬之區間時，兩個脈衝列可偏移小於1 ns。此等兩個脈衝列可具有相同型樣，例如，使得對應脈衝之上升邊緣偏移之量與該等脈衝列之偏移相同。經指派權重(例如，用於寫碼脈衝列，如本文中所描述)可具有相同正負號(即，正或負面)且在同一方向上(例如，當更高維度寫碼方案被用於更複雜正交時)。 脈衝列中之一些不可相對於一或多個其他脈衝列偏移。因此，量測可包括除N個脈衝列以外之其他脈衝。在其他實施中，N個脈衝列可為測距量測之所有脈衝列。舉例而言，可有10個交錯偏移(例如，相差100 ps)，但可有總共20個脈衝列用於量測中，其中兩個脈衝列以偏移中之每一者射出(例如，相對於開始信號之相同移位)。 在一些實施例中，N個脈衝列之相繼脈衝列可偏移相同的時間偏移T。舉例而言，第一脈衝列可相對於開始信號偏移零，第二脈衝列可相對於開始信號偏移T，且第三脈衝列可相對於開始信號偏移2T，諸如此類，由此具有偏移T之相繼脈衝列。自第一脈衝列與最後一個脈衝列之總時間跨度可等於時間區間之寬度，例如，N*T可等於該寬度。在各種實施中，時間偏移T在時間區間之寬度的0.5與0.01之間，例如，時間區間之寬度的0.1。此實例為10個偏移乘以100皮秒以達成1 ns寬度，由此具有具直方圖明顯值之兩個時間區間，當初始上升邊緣恰在第一時間區間之開始處時除外。 在區塊2940處，判定相對於該開始信號的對應於該N個脈衝列之一接收時間。該接收時間可使用例如內插濾波器之匹配濾波器來判定。因此，判定該接收時間可包括將一匹配濾波器應用於該直方圖以獲得一經濾波直方圖，及使用該經濾波直方圖之一最大值及時間偏移T來判定該接收時間。匹配濾波器與特定時間之間的對應性可基於N個脈衝列中之交錯型樣來判定。該接收時間可對應於相對於該開始信號具有一最小移位之一脈衝之一上升邊緣。 在區塊2950處，可使用該接收時間來判定至該物件之一距離。作為實例，區塊2950可以與圖24之區塊2470類似的方式或藉由本文中所描述之任何技術執行。VII . 不同增益之感測器 SPAD飽和度及堆積/中止可以許多方式影響光達系統之效能。此等包括對SPAD之動態範圍的管理，以及SPAD功率管理。此等問題在由來自雷射脈衝之高位準反射或尤其太陽之高位準背景輻射造成的高信號條件下特別重要。 在使用經分組以相當於單一像素之多個光偵測器(例如，SPAD)的實施例中，此等問題可藉由基於不同SPAD之動態範圍對其分類來解決，且由此提供不同信號位準。因此，不同SPAD可需要更多或更少的光子被觸發(激發)且產生正信號以包括於直方圖中。一旦經分類(例如，藉由如電路所設定)，實施例即可修改在某些條件下具有某些動態範圍之SPAD的操作狀態。舉例而言，SPAD敏感度在高光通量下可減小。作為另一實例，具有強信號位準之SPAD之功率位準可減小，例如，斷開。作為另一實例，僅來自某些SPAD之信號可在建置直方圖時使用，因此有效地斷開彼等SPAD。可對具有弱信號位準(即，低敏感度)之SPAD執行類似操作，例如，在低光通量下增大動態範圍或減小功率。A. 具有變化之信號位準之偵測器的配置 圖30A根據本發明之實施例展示形成單一像素光感測器之16個光偵測器3002(例如，SPAD)的常規配置3000。在一些情形中，例如，當光通量達到某些位準，例如，過低或過高時，改變光偵測器3002之操作狀態可為有益的。各種配置可用於各種環境中，例如，將使用不同衰減位準(即，不同動態範圍)、不同功率位準(例如，斷開)及/或至偵測到信號之不同權重(例如，設定成零以指定哪些光偵測器信號對直方圖沒有幫助)。此外，不同設置可用於光偵測器之不同子集。因此，針對感測器之光偵測器之操作狀態的特定配置可使用例如在極短時間內的一個或若干個循環中自光探測器本身偵測到的資料值來設定。 在一些實施例中，為了增強光達系統之動態範圍，像素之光偵測器可設定為具有(或經識別為自然地具有)不同衰減位準。光偵測器之分類可為動態的，例如，當一或多個光偵測器之操作狀態藉由改變衰減位準而改變時。此改變可基於背景光之偵測到信號(例如，因明亮背景光源，諸如太陽或街燈所致)或來自高反射性物件之反射脈衝而發生。 圖30B根據本發明之實施例展示具有不同衰減位準之16個光偵測器的配置3010。光偵測器3012回應於偵測到光子而具有高信號位準。光偵測器3014係衰減的，且因此回應於偵測到光子而提供弱信號位準。因此，當存在低光通量時，無或很少光偵測器3014可觸發。高及低之分類係相對於彼此而言，且因此不必與任何絕對範圍相關聯。 在一些實施例中，所有16個光偵測器可經啟用。以此方式，當背景光不過高(例如，在背景臨限值之下)時，光偵測器3012可偵測低位準之光脈衝。但是，當背景光過高或反射脈衝過強時，光偵測器3012可始終激發，由此不提供使用資料。在此等情形下，該等信號可忽略(例如，藉由不將該等信號包括於直方圖中)。儘管光偵測器3012可不適用於此高通量情形下，但光偵測器3014可偵測低位準之光脈衝，且因此在高背景或強反射脈衝中不會總是激發。因此，整個光感測器之動態範圍可藉由使用不同動態範圍之光偵測器而有效地大於任何一個光偵測器。作用中操作之動態變化(例如，來自哪些光偵測器之哪些信號被用於直方圖)可允許高及低光通量下的乾淨信號(clean signal)。 圖30C根據本發明之實施例展示具有不同衰減位準及不同作用中操作的16個光偵測器之配置3020。在各種實施例中，作用中操作之不同位準可藉由不同功率位準(例如，開或關)或對直方圖之不同貢獻位準(例如，設定用於某些光偵測器之權重為0)指定。舉例而言，光偵測器3022可由於功率或貢獻位準而停用。此可在光偵測器3022具有高動態範圍(回應於偵測到光子之高信號位準)且系統預期接收高光通量(例如，基於一或多個先前量測結果)時實現。 光偵測器3014係衰減的，且因此回應於偵測到光子而提供弱信號位準。當存在低光通量時，無或很少光偵測器3014可觸發。高及低之分類係相對於彼此而言，且因此不必與任何絕對範圍相關聯。 在一些實施例中，在強信號存在之情況下，可採用配置3020之衰減型樣。此情形可由於極高環境輻射或極高反射信號而發生。此情況可能發生之一種情境係成像器直接查看太陽。來自光偵測器本身之信號可用作設定此組態之一指示。舉例而言，當在先前量測期間在所有光偵測器中存在高堆積時，此組態可經啟用。 因此，若存在敏感性係其他偵測器的100之一的某些偵測器，則系統在高光通量環境(例如，停止標誌或亮光源)下可基本上忽略該等敏感性偵測器，此係因為敏感之偵測器(例如，光偵測器3022)將飽和且堆積，其中不敏感之偵測器(例如，光偵測器3024)可堆積。此等實施例可與分佈濾波器一樣有價值，此係因為可達成較高動態範圍以用於更準確地估計信號強度。B. 針對不同方向之配置 在一些實施例中，光達系統識別不同方向且將此等不同方向與特定輻射範圍(光通量)關聯。因此，光達系統可動態調整光偵測器之操作狀態，其中不同光偵測器可具有操作狀態之不同設定，如不同配置中所指定。 此等實施例之應用的一個實例為當載具於在特定方向上有來自太陽之強輻射時在下午晚些時候或晚上早些時候期間在道路上移動時。光達系統可動態地調整每一光偵測器之操作狀態(例如，開/關組態、衰減位準/增益控制，或對直方圖之貢獻位準)。 圖31根據本發明之實施例展示不同照明條件下處於不同角度之像素感測器之不同偵測器配置的圖。圖31展示在由偵測器配置3120至3170包圍之中心的載具3110上之光達系統3111。該等配置中之不同操作狀態由不同標記來展示，如圖30A至圖30C中所使用。偵測器3112經啟用且處於高信號位準。偵測器3114經啟用且處於弱信號位準(即，低敏感度)。偵測器3122被停用。 偵測器配置3120至3170中之每一者相對於光達系統3111處於不同角度。為了易於說明，僅展示了六個不同角度，但可存在更多角度。舉例而言，每一角度對應於所對的32弧分或總體360º水平(或4π球面度立體角)之約0.5º。在一些實施中，每一角度可對應於在一個或幾個量測間隔期間發生之旋轉的量。可執行初始量測(例如，在量測之一個或幾個初始偵測間隔期間)以判定光通量，接著可指定針對偵測器中之每一者的操作狀態之設置以達成特定配置。當如在偵測器配置3120中直接地看著強光源3105 (例如，太陽)時，光達系統使所有偵測器例如在初始偵測間隔之後停用，在初始偵測間隔中，許多偵測器繼續激發。一些偵測器(例如，某些SPAD)可在其每次激發時使用一些電力，且此等偵測器在高背景光下可一直激發。用於停用所有偵測器之臨限準則可由在同一時間區間內觸發的像素之偵測器之臨限數目/百分比(例如，60%、70%、80%、90%或100%)來指定。準則可需要同一偵測間隔期間的多個時間區間(例如，2、3、5、10、20等)中之此大量觸發。詳言之，當大量觸發由於強背景光源引起時，具大量觸發之時間區間的數目會很大。當由高反射性物件引起時(例如，當偵測到型樣與射出脈衝型樣匹配時)，具大量觸發之時間區間的數目會下降，且因此停用可需要較少數目個時間區間。 在其他實施例中，偵測器3122上之信號位準可改變，以便使背景光通量大體上降至臨限值之下，以使得偵測反射雷射脈衝的時間區間具有可辨別之較高計數。在一些實施中，動態範圍需要改變至、但不消除所有敏感度的範圍(例如，SPAD之偏壓電壓)可在若干個偵測間隔中判定。舉例而言，信號位準之敏感度可遞增地(或以二進位或其他搜尋樹方式)減小以識別移除雜訊與保持信號之折中方案。此搜尋可實施針對像素感測器之不同SPAD之不同設置(SPAD之每一子組具有不同設置)，由此允許同時搜尋並行地執行。 偵測器配置3170及3130以直接指向光源3105之角度偏心。作為實例，此等角度可與偵測器配置3120之角度相差0.1º、0.2º、0.3º、0.4º或0.5º。當總光通量較小時，弱偵測器3114可經啟用。在一些實施例中，可針對多次旋轉保持特定角度處之設置，接著再次檢查設置(例如，在稍後量測之初始偵測間隔中)。因此，當光達系統係一旋轉光達時，一旦特定角度處之設置(例如，如由編碼器判定)經判定，該設置即可在光測距裝置返回至相同角度時再使用。編碼器可識別光測距系統之角位置，其可用以識別，當光測距系統處於針對光偵測器之特定設置可標記之初始角位置時，強度位準經判定。 偵測器配置3160及3140處於顯著不同於直接指向光源3105之角度的角度，且因此所有偵測器可經啟用，但一些偵測器仍處於弱設置下例如以提供較大的動態範圍，此係因為(例如，反射離開其他物件之)背景光的量仍可影響設定在強信號位準(即，高敏感度)之偵測器。偵測器配置3150可在與光源3105相反之方向上指向，且因此所有偵測器可經啟用且設定為具有強信號位準。 在一些實施例中，當光達系統偵測在以指向光源3105之角度進入視場中之物件時，光達系統可更改SPAD增益(衰減/信號位準)之型樣以針對物件之偵測達到最佳。舉例而言，當另一載具在一方向上移動而阻擋直接日光時，系統可增大沿著物件之放出視角的SPAD之增益。 在一些實施例中，可藉由調整光達系統中之雷射源之強度來強化功率節省。舉例而言，系統可選擇不在偵測到極高環境輻射之方向上照明。替代地，當偵測到低環境輻射時，可降低雷射源之強度。此外，在高背景通量下，可結合偵測器之衰減位準的降低來增加雷射源之強度，使得仍可偵測到反射脈衝，而背景光不導致累積直方圖中之明顯信號。C. 其他配置 圖32根據本發明之實施例展示周邊上之光偵測器3222具有不同於中心區域中之光偵測器3212的操作狀態的配置3200。光偵測器3222可以各種方式具有不同於光偵測器3212之設置。作為實例，光偵測器3222可使功率位準減小、被忽略(例如，當累積直方圖之資料值時)，或具有弱信號位準。 對於光偵測器3222使功率位準減小之設置，偵測器之功率位準的變化可節省電力消耗。舉例而言，如同圖32中所示之組態的組態可用以將應用於一個像素中之SPAD之電力節省75%。此配置可允許中心光偵測器3212繼續檢查光通量是否仍然過高，接著一旦光通量減小，光偵測器3222即可經啟用。使此等停用光偵測器在周邊且經啟用光偵測器在中心區域中之配置係使該中心區域受到更多照射，且因此若光通量在中心區域中足夠低，則該光通量對於周邊而言將足夠低。 對於光偵測器3222具有減小之信號位準的設置，配置3200將使一些偵測器具有高信號位準及一些偵測器具有低信號位準，如關於上文所述之其他配置亦發生。此混合配置可使動態範圍增大(例如，一數量級)。當存在高光通量時，敏感性偵測器將偵測到過多光且飽和。然而，衰減之偵測器將接收足夠光以產生可偵測信號。在此情形中，系統可忽略高信號偵測器，且僅使用衰減之偵測器。當突出通量係由高反射性物件造成時，此可達到偵測矩形脈衝而非高堆積脈衝。替代地，當強偵測器係以符合一脈衝型樣之方式觸發，而弱偵測器未被觸發時，弱偵測器可斷開或其他減小之功率位準。 為了判定將使用何種設置及配置，可使用在初始偵測間隔期間偵測到的資料值。此偵測間隔可涉及射出雷射脈衝或不涉及射出雷射脈衝(例如，僅偵測背景)。當使用射出脈衝串時，可獲得關於一物件的資訊，例如，物件之反射性如何及表面之相對定向。當滿足臨限準則時，稍後偵測間隔可使某些偵測器(例如，未衰減之偵測器)斷開或使其他功率位準減小，如上文所提及。D. 系統組件 圖33展示根據本發明之實施例的可組態光學系統3310。圖33之元件可以與圖13及圖23之元件類似的方式操作，且可包括此等組件。系統控制器3320可以與其他測距系統控制器類似的方式執行，例如，藉由控制光感測模組3330及光傳輸模組3340。光傳輸模組3340可含有強度調變器3344及能夠傳輸光的發射體陣列3342 (例如，一或多個雷射二極體)。強度調變器3344可導致射出脈衝之光通量的變化，例如，歸因於偵測到光之量，如上所述。強度調變器3344亦可在測距系統控制器3320中。 光感測模組3330含有一或多個偵測器配置3332、直方圖3334、感測器陣列3336以及偵測器控制器3338。偵測器控制器3338可分析來自偵測間隔之資料值(例如，藉由查看直方圖3334之中間值)，且判定應將設置之哪個配置用於感測器陣列3336之各種像素的偵測器之操作狀態。在一些實施中，偵測器配置3332可儲存某些設置，該等設置可在偵測到的資料值具有某些性質(例如，指示來自背景光或反射性物件之高通量)時選擇。偵測器配置3332可針對當可組態光學系統3310旋轉時的各種或所有角度儲存。E. 組態偵測器之方法 圖34係說明根據本發明之實施例的使用可組態光測距系統來執行測距之方法3400的流程圖。方法3400之態樣可經由關於本文中所描述之其他方法所描述的技術來實施。 在區塊3410處，藉由該光測距系統之一像素之一光感測器來偵測光子，由此在複數個時間區間產生初始資料值。該光感測器可包含複數個光偵測器(例如，SPAD)。此等初始資料值可如上所述地經分析以判定用於該複數個光偵測器之操作狀態的設置之一配置。在一些實施例中，該等初始資料值可藉由傳輸來自一光源(例如，一雷射)之一初始脈衝而獲得，其中該等初始資料值可用以判定在自一物件反射之後的一接收時間。 在區塊3420處，基於該等初始資料值來判定該等偵測到光子之一強度位準。在各種實施例中，該強度位準可對應於同時被激發之光偵測器的數目、在指定時間段中不斷地激發的穩定數目、在指定時間段中激發的平均數目及其類似者。該強度位準可藉由與光偵測器在同一晶片或不同晶片上之一控制器(例如，偵測器控制器3338)來分析。該控制器可判定光偵測器之設置的新或保存配置。 在區塊3430處，自該光測距系統之一光源傳輸一第一脈衝。該第一脈衝可自一物件反射，使得可判定至該物件之一距離。 在區塊3440處，在偵測該第一脈衝的光子之前，基於該經判定強度位準來改變光偵測器之一集合的一操作狀態。如本文中所描述，根據各種實施例，該操作狀態可為功率位準、貢獻位準(例如，偵測到信號是否用於測距量測中)及衰減位準。在各種實施中，此等變化可由該經判定強度位準高於或低於一臨限值引起。光偵測器之集合可為該複數個光偵測器之全部或一些。 該已改變操作狀態可維持一指定時間量(例如，當光測距系統旋轉時，再次回到同一角度之下一次旋轉)。舉例而言一編碼器可指定一特定角位置，且操作設定之一特定配置可針對該角位置指定。該第一傳輸脈衝可在系統返回至該角位置時發送。在一些實施例中，該指定時間量係相對於脈衝列之一數目而定義。 在區塊3450處，藉由根據該已改變操作狀態而處於有效操作中之光偵測器來偵測該第一脈衝的光子，由此在該複數個時間區間產生第一資料值。該等已改變光偵測器中之一些不可被供電及/或不可被計數，且因此不處於有效操作中。不對來自光偵測器之資料值計數可由對哪些光偵測器之哪些信號被用以在該複數個時間區間產生該等第一資料值的判定引起(例如，當存在高光通量時不對強光偵測器計數，如藉由信號位準高於一臨限值所判定)。 在一些實施例中，當該經判定強度位準高於一臨限值時，光偵測器之集合的衰減位準增加。當該經判定強度位準低於一低臨限值時，光偵測器之集合的衰減位準可減小。在僅衰減位準改變之例子中，所有光偵測器可處於有效操作中。 在區塊3460處，使用該複數個時間區間處的該等第一資料值來判定對應於該第一脈衝的一接收時間。舉例而言，可產生一直方圖，且可使用匹配濾波器，如本文中所描述。 在區塊3470處，使用該接收時間來判定至該物件之一距離。該距離可以例如如本文中所描述之各種方式來判定。 在一些實施例中，光感測器可包含分類為具有弱信號位準的光偵測器之第一集合及分類為具有強信號位準的光偵測器之第二集合。任一集合可在各種情形下改變。舉例而言，當該經判定強度位準高於一高臨限值時，第二集合之光偵測器中之一或多者的功率位準可減小(例如，斷開)。作為另一實例，當該經判定強度位準低於一低臨限值時，第一集合之光偵測器中之一或多者的功率位準可減小(例如，斷開)。分類可為動態的(例如，如藉由系統針對給定偵測間隔設定)或持久的(例如，設定為分鐘、小時、天等)或甚至永久的。 光偵測器之多於兩個分類可對於像素同時存在。舉例而言，除了已改變光偵測器之第一集合或光偵測器之第二集合中的一者之操作狀態以外，第三集合之光偵測器之操作狀態亦可基於該經判定強度位準(例如，指示中間敏感度之中間強度位準)。VIII. 具具有 SPAD 之感測器晶片之實例晶片組 藉由感測器陣列偵測到的信號之資料值可追蹤至小時間區間，例如每1 ns或500 ps。為達成此速度，可使用突崩光二極體(avalanche photodiode，APD)。由於APD係直接經由類比電流或電壓輸出強度之類比裝置，因此APD可使用轉換跟隨在APD處接收到的光子之數目的類比電壓流之標準類比至數位轉換器(ADC)。但是，APD不能提供精巧設計，此係因為當前技術不能經濟地將多個APD放在同一晶片中。相比之下，SPAD可以高良率及低成本放在同一晶片上。 實施例藉由創造一定製晶片來克服使用SPAD時的困難，該定製晶片包括時序電路、直方圖電路及其他信號處理電路以及SPAD，由此允許快速處理自SPAD產生之信號。時序電路及直方圖電路可實現對由SPAD產生之二進位信號的捕捉。時序電路及直方圖電路可被視為部分電路，其係包含諸如特殊應用積體電路(ASIC)、場可程式化閘陣列(FPGA)或CPU之積體電路的較大電路之部分。針對CPU，積體電路可包括儲存程式碼之記憶體。當使用ASIC或FPGA時，該時序電路及該直方圖電路在該光測距系統之操作期間係專用電路。針對FPGA，組態邏輯可對閘程式化，以使得特定組態具有在該等閘經組態後專用於其各別功能之時序電路及直方圖。 此外，針對單一SPAD，存在可量測光通量的上限，例如，如藉由SPAD之停滯時間控制，但亦存在用以捕捉來自SPAD之信號的時序電路之極限。此加上SPAD之固有二進位瞬時動態範圍。視時序電路(例如，時間至數位轉換器，TDC)之解析度而定，SPAD可每時間區間僅記錄一個光子。因此，動態範圍受到最小時間區間限制且並非固有地停滯時間問題。為解決此問題，實施例可每個「像素」使用多個SPAD。 圖35根據本發明之實施例展示光測距系統之精巧光學系統3510。圖35之元件可以與圖13、圖23及圖33之元件類似的方式操作，且可包括此等組件。測距系統控制器3520可以與其他測距系統控制器類似的方式執行，例如，藉由控制光感測模組3530及光傳輸模組3540。光傳輸模組3540可包括能夠傳輸雷射脈衝之雷射源3542 (例如，雷射二極體之發射體陣列)。 光感測模組3530包括一感測器積體電路(例如，ASIC或FPGA)，該感測器積體電路包含濾波器3532、直方圖電路3534、感測器陣列3536以及時序電路3538。感測器陣列3536可包括複數個光感測器，該複數個光感測器中之每一者包括複數個光偵測器(例如，SPAD)。舉例而言，可使用圖5中之此等陣列。 時序電路3538可提供信號至直方圖電路3534，使得直方圖電路3534可判定哪個計數器將回應於來自感測器陣列3536之信號遞增。直方圖電路3534可包括感測陣列3536之每一像素感測器的直方圖。作為實例，感測器陣列3536可提供具有其對應哪個像素之識別符的信號，或此對應性可為固線式的。 感測器信號可指示直方圖之計數器應遞增多少。舉例而言，來自光感測器之每一偵測器(例如，SPAD)的信號可指示是否基於該信號使直方圖之計數器遞增。因此，感測器陣列3536之該複數個光偵測器可經組態以在由光子觸發時輸出二進位信號，從而指示已偵測到一或多個光子。時序電路3538可經組態以基於該等二進位信號來判定偵測到光子時的時間。 直方圖電路3534可以經組態以判定及儲存各自對應於在一時間區間期間所觸發的光感測器之一數目的計數器。因此，可產生可用於判定自一物件反射的來自雷射源之一或多個脈衝之一接收時間的一直方圖。 感測積體電路3531之開窗電路3537可經組態以將一或多個匹配濾波器3532應用於直方圖，以識別接收時間駐存所在之時間窗。感測積體電路3531亦可包括內插電路3539，其經組態以在該時間窗內將複數個內插濾波器應用於直方圖或直方圖的經濾波輸出。在一些實施中，最佳匹配內插濾波器可以小於時間區間之寬度的準確度來識別接收時間。在其他實施例中，該內插電路可為測距系統控制器3520之部分，其駐存在與該感測器積體電路通信地耦接之第二積體電路上。 在一些實施例中，一旋轉馬達(例如，圖2之馬達260)連接至該雷射源及該感測器積體電路以用於使該雷射源及該感測器積體電路旋轉。雷射源3542可在其自身的積體電路上且可包含複數個雷射裝置(例如，垂直空腔表面發射雷射(vertical-cavity surface-emitting laser，VCSEL))。IX . 額外實施例 儘管本文中所揭示之一些實施例已集中於光測距在汽車使用狀況之3D感測情況下的應用，但本文中所揭示之系統可用於任何應用中而不背離本發明之範疇。舉例而言，系統可具有小或甚至微型的外觀尺寸，例如，對於固態光測距系統而言，該等外觀尺寸實現許多額外使用狀況。舉例而言，系統可用於諸如行動電話、平板電腦、膝上型電腦、桌上型PC之裝置內或其他周邊器件及/或使用者界面裝置內的3D攝影機及/或深度感測器中。舉例而言，一或多個實施例可在行動裝置內使用以支援面部辨識及面部追蹤能力、眼睛追蹤能力及/或用於物件之3D掃描。其他使用狀況包括用於行動裝置中之強化及虛擬實境應用的向前深度攝影機。 其他應用包括一或多個系統在諸如飛機、直升機、無人機及其類似物之空中載具上的使用。此等實例可提供3D感測及深度成像以輔助導航(自發的或其他)及/或產生3D圖以供稍後分析，例如，支援地球物理、建築及/或考古分析。 系統亦可安裝至諸如建築物、牆壁、桿、橋、支架及其類似物之靜止物件及結構。在此等情況下，系統可用以監視室外區域，諸如製造設施、裝配線、工業設施、工地、開採地點、道路、軌道、橋等。另外，系統可安裝在室內且用以監視建築內的人及或物件之移動，諸如倉庫內之庫存的移動或辦公樓、機場、火車站內的人員、行李或貨物的移動等。如一般熟習此項技術者利用本發明之益處將理解，光測距系統之許多不同應用係可能的，且因而，本文中所提供之實例係僅出於說明目的而提供且不應解釋成將此等系統之使用僅限於明確揭示之該等實例。X . 電腦系統 本文中提及之任何電腦系統或電路可利用任何適合數目個子系統。該等子系統可經由系統匯流排75連接。作為實例，子系統可包括輸入/輸出(I/O)裝置、系統記憶體、儲存裝置以及網路配接器(例如乙太網路、Wi-Fi等)，其可用以連接電腦系統其他裝置(例如，引擎控制單元)。系統記憶體及/或儲存裝置可體現電腦可讀媒體。 電腦系統可包括例如藉由外部界面、藉由內部界面或經由可移除式儲存裝置連接在一起的複數個相同組件或子系統，該等可移除式儲存裝置可自一個組件移除且連接至另一組件。在一些實施例中，電腦系統、子系統或設備可經網路通信。 實施例之態樣可使用硬體電路(例如，特殊應用積體電路或場可程式化閘陣列)及/或使用電腦軟體利用一般可程式化處理器以模組化或整合方式以控制邏輯之形式實施。如本文中所用，處理器可包括單核處理器、同一個積體晶片上之多核處理器或單一電路板或網路硬體以及專用硬體上之多個處理單元。基於本文中所提供之揭示內容及教示，一般熟習此項技術者將知道及瞭解使用硬體及硬體與軟體組合來實施本發明之實施例的其他方式及/或方法。 本申請案中所描述之任何軟體組件或功能可實施為待由處理器使用任何適合之電腦語言(諸如，Java、C、C++、C#、Objective-C、Swift)或腳本語言(諸如Perl或Python)使用(例如)習知或物件導向技術來執行的軟體程式碼。軟體程式碼可作為一系列指令或命令儲存於電腦可讀媒體上以用於儲存及/或傳輸。適合的非暫時性電腦可讀媒體可包括隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、磁性媒體(諸如硬碟機或軟碟機)，或光學媒體，諸如光盤(CD)或DVD (數位化通用光碟)、快閃記憶體，及其類似物。電腦可讀取媒體可為此類儲存或傳輸裝置之任何組合。 此等程式亦可使用適用於經由符合多種協定之有線、光學及/或無線網路(包括網際網路)傳輸的載波信號來編碼及傳輸。因而，電腦可讀取媒體可使用以此類程式編碼的資料信號建立。以程式碼編碼之電腦可讀取媒體可與相容裝置一起封裝或與其他裝置分開提供(例如，經由網際網路下載)。任何此等電腦可讀媒體可駐存在單一電腦產品(例如硬碟機、CD或整個電腦系統)上或其內，且可存在於系統或網路內之不同電腦產品上或其內。電腦系統可包括用於向使用者提供本文中所提及之任何結果的監視器、列印機或其他適合顯示器。 本文所描述之任何方法可完全或部分地用電腦系統來進行，該電腦系統包括可經組態以執行該等步驟之一或多個處理器。因此，實施例可針對經組態以執行本文中所描述之任何方法之步驟的電腦系統，潛在地用不同組件執行各別步驟或各別步驟組。雖然以帶編號步驟之形式呈現，但本文中之方法的步驟可同時或在不同時間或以不同次序執行。另外，此等步驟之部分可與其他方法之其他步驟的部分一起使用。另外，步驟之全部或部分可視情況存在。另外，任何方法之任何步驟可利用用於執行此等步驟的模組、單元、電路或其他構件來執行。 可在不脫離本發明之實施例之精神及範疇的情況下以任何適合方式來組合特定實施例之特定細節。然而，本發明之其他實施例可針對與各個別態樣或此等個別態樣之特定組合相關的特定實施例。 已出於說明及描述之目的呈現本發明之實施例的上文描述。該描述並不意欲為窮舉的或將本發明限制於所描述之精確形式，且鑒於以上教示，許多修改及變化為可能的。 除非特別指示相反，否則「一(a/an)」或「該(the)」之敍述意欲意謂「一或多個(種)」。除非有相反的特定說明，否則「或」之使用意欲意謂「包括性或」，而非「互斥性或」。提及「第一」組件不一定需要提供第二組件。此外，除非有明確陳述，否則提及「第一」或「第二」組件不會將所提及組件限於特定位置。術語「基於」意欲意謂「至少部分地基於」。 本文中所提及之所有專利、專利申請案、公開案及描述均以全文引用之方式併入用於所有目的。不承認任一者為先前技術。
101‧‧‧掃描光達系統
103‧‧‧固態光達系統
103a‧‧‧固態光達子系統
103b‧‧‧固態光達子系統
105‧‧‧載具
107‧‧‧光達光源
109‧‧‧偵測器電路
110‧‧‧視場
111‧‧‧射出光
115‧‧‧旋轉箭頭
117‧‧‧反射部分
119‧‧‧視場
121‧‧‧視場
200‧‧‧旋轉光達系統
210‧‧‧光測距裝置
215‧‧‧使用者介面
217‧‧‧載具控制單元
230‧‧‧光感測(Rx)模組
231‧‧‧ASIC
234‧‧‧記憶體
236‧‧‧感測器陣列
237‧‧‧Rx光學系統
238‧‧‧處理器
239‧‧‧反射部分
240‧‧‧光傳輸(Tx)模組
242‧‧‧發射體陣列
244‧‧‧Tx光學系統
245‧‧‧處理器
246‧‧‧記憶體
249‧‧‧光脈衝
250‧‧‧測距系統控制器
254‧‧‧記憶體
258‧‧‧處理器
260‧‧‧電動馬達
310‧‧‧光脈衝
315‧‧‧開始時間
320‧‧‧雷射脈衝反射
330‧‧‧背景光
340‧‧‧飛行時間
400‧‧‧光測距系統
402‧‧‧光發射體陣列
403‧‧‧發射體
404‧‧‧光感測器陣列
405‧‧‧照明光束
406‧‧‧照明光束
407‧‧‧圓形視場
408‧‧‧物件
409‧‧‧發射體
410‧‧‧圓形視場
411‧‧‧反射光束
413‧‧‧感測器
415‧‧‧感測器
510‧‧‧陣列
515‧‧‧光感測器
520‧‧‧陣列
525‧‧‧光偵測器
530‧‧‧光偵測器
532‧‧‧光子
534‧‧‧突崩電流
540‧‧‧臨限電路
545‧‧‧二進位信號
550‧‧‧像素計數器
560‧‧‧週期性信號
600‧‧‧直方圖
615‧‧‧開始時間
620‧‧‧反射脈衝
630‧‧‧背景雜訊
710‧‧‧偵測到的脈衝列
712‧‧‧時間區間
714‧‧‧時間區間
715‧‧‧開始時間
720‧‧‧偵測到的脈衝列
722‧‧‧時間區間
724‧‧‧時間區間
725‧‧‧開始時間
730‧‧‧偵測到的脈衝列
732‧‧‧時間區間
734‧‧‧時間區間
735‧‧‧開始時間
740‧‧‧直方圖
742‧‧‧時間區間
744‧‧‧時間區間
810‧‧‧低堆積分佈
820‧‧‧中等堆積分佈
830‧‧‧高堆積分佈
850‧‧‧實際光通量
902‧‧‧原始直方圖
904‧‧‧濾波器
910‧‧‧經濾波輸出
920‧‧‧經濾波輸出
930‧‧‧經濾波輸出
940‧‧‧經濾波輸出
950‧‧‧經濾波輸出
990‧‧‧最終經濾波輸出
1010‧‧‧經寫碼脈衝
1020‧‧‧經寫碼脈衝
1030‧‧‧經寫碼脈衝
1015‧‧‧匹配濾波器回應
1025‧‧‧匹配濾波器回應
1035‧‧‧匹配濾波器回應
1100‧‧‧示意圖
1101‧‧‧開始信號
1102‧‧‧開始信號
1110‧‧‧經寫碼脈衝
1120‧‧‧經寫碼脈衝
1130‧‧‧反射的經寫碼脈衝
1140‧‧‧反射的經寫碼脈衝
1135‧‧‧時間區間
1145‧‧‧時間區間
1155‧‧‧時間區間
1150‧‧‧背景光
1160‧‧‧脈衝時間間隔
1165‧‧‧脈衝時間間隔
1170‧‧‧直方圖
1175‧‧‧加權資料值
1210‧‧‧二進位寫碼脈衝強度
1220‧‧‧二進位寫碼脈衝強度
1230‧‧‧經寫碼脈衝列
1310‧‧‧經寫碼脈衝光學系統(CPOS)
1315‧‧‧使用者介面
1320‧‧‧測距系統控制器
1322‧‧‧數位信號處理器(DSP)
1324‧‧‧匹配碼
1330‧‧‧光感測模組
1332‧‧‧脈衝權重
1334‧‧‧直方圖
1336‧‧‧感測器陣列
1338‧‧‧算術邏輯單元(ALU)
1340‧‧‧光傳輸模組
1342‧‧‧發射體陣列
1344‧‧‧脈衝碼
1400‧‧‧方法
1410‧‧‧區塊
1420‧‧‧區塊
1430‧‧‧區塊
1440‧‧‧區塊
1450‧‧‧區塊
1460‧‧‧區塊
1470‧‧‧區塊
1480‧‧‧區塊
1510‧‧‧原始直方圖
1512‧‧‧計數器
1515‧‧‧時間區間
1517‧‧‧反射脈衝
1520‧‧‧高堆積濾波器
1522‧‧‧峰值
1525‧‧‧高濾波器輸出
1530‧‧‧中等堆積濾波器
1531‧‧‧最右分接頭
1532‧‧‧峰值
1535‧‧‧中等濾波器輸出
1540‧‧‧低堆積濾波器
1545‧‧‧低濾波器輸出
1550‧‧‧拖尾濾波器
1555‧‧‧拖尾濾波器輸出
1610‧‧‧無堆積
1611‧‧‧無堆積信號
1612‧‧‧粗略的無堆積濾波器輸出
1613‧‧‧分佈濾波器輸出
1614‧‧‧濾波器輸出
1615‧‧‧濾波器輸出
1616‧‧‧最大值
1617‧‧‧線
1620‧‧‧中等堆積
1621‧‧‧中等堆積信號
1622‧‧‧粗略的中等堆積濾波器輸出
1623‧‧‧分佈濾波器輸出
1624‧‧‧濾波器輸出
1625‧‧‧中等輸出
1627‧‧‧時間
1630‧‧‧高堆積
1631‧‧‧高堆積信號
1632‧‧‧粗略的高堆積濾波器輸出
1633‧‧‧分佈濾波器輸出
1634‧‧‧濾波器輸出
1635‧‧‧濾波器輸出
1637‧‧‧線
1650‧‧‧實際光通量
1710‧‧‧中等堆積濾波器輸出
1720‧‧‧選定的最大窗
1722‧‧‧低堆積分佈濾波器
1724‧‧‧中等堆積分佈濾波器
1726‧‧‧高堆積分佈濾波器
1732‧‧‧選定信號
1810‧‧‧原始直方圖
1811‧‧‧時間區間
1812‧‧‧時間區間
1815‧‧‧上升邊緣
1817‧‧‧3-ns反射脈衝
1820‧‧‧零移位內插濾波器
1825‧‧‧零移位輸出
1827‧‧‧峰值
1830‧‧‧-3/4移位內插濾波器
1831‧‧‧上升邊緣
1835‧‧‧經濾波輸出
1837‧‧‧峰值
1840‧‧‧-1/4移位內插濾波器
1841‧‧‧上升邊緣
1845‧‧‧經濾波輸出
1847‧‧‧峰值
1850‧‧‧-1/2移位內插濾波器
1851‧‧‧上升邊緣
1855‧‧‧經濾波輸出
1857‧‧‧峰值
1910‧‧‧直方圖資料
1940‧‧‧最大窗查找器
2010‧‧‧原始直方圖
2020‧‧‧匹配濾波器
2030‧‧‧濾波器輸出
2022‧‧‧分接頭
2100‧‧‧最大開窗程式結果
2110‧‧‧窗
2210‧‧‧脈衝列
2222‧‧‧低堆積數位化信號
2224‧‧‧弱匹配濾波器
2226‧‧‧弱濾波器輸出
2232‧‧‧高堆積數位化信號
2234‧‧‧強匹配濾波器
2236‧‧‧強濾波器輸出
2242‧‧‧拖尾數位化信號
2244‧‧‧拖尾匹配濾波器
2246‧‧‧拖尾濾波器輸出
2310‧‧‧濾波光學系統
2315‧‧‧使用者介面硬體
2320‧‧‧測距系統控制器
2322‧‧‧數位信號處理器(DSP)
2324‧‧‧內插濾波器
2330‧‧‧光感測模組
2332‧‧‧粗略濾波器
2334‧‧‧直方圖
2336‧‧‧感測器陣列
2338‧‧‧最大窗查找器
2340‧‧‧光傳輸模組
2342‧‧‧發射體陣列
2344‧‧‧脈衝碼
2400‧‧‧方法
2410‧‧‧區塊
2420‧‧‧區塊
2430‧‧‧區塊
2440‧‧‧區塊
2450‧‧‧區塊
2460‧‧‧區塊
2470‧‧‧區塊
2510‧‧‧單一方形脈衝
2520‧‧‧反射脈衝
2530‧‧‧高堆積信號
2535‧‧‧反射脈衝
2630‧‧‧SPAD信號
2633‧‧‧上升邊緣
2640‧‧‧直方圖
2642‧‧‧時間區間
2644‧‧‧時間區間
2702‧‧‧實信號
2704‧‧‧虛信號
2752‧‧‧虛信號
2754‧‧‧實信號
2801‧‧‧偵測間隔
2802‧‧‧偵測間隔
2803‧‧‧偵測間隔
2804‧‧‧偵測間隔
2810‧‧‧行
2820‧‧‧行
2830‧‧‧直方圖
2851‧‧‧偵測間隔
2852‧‧‧偵測間隔
2853‧‧‧偵測間隔
2854‧‧‧偵測間隔
2860‧‧‧行
2870‧‧‧行
2880‧‧‧直方圖
2900‧‧‧方法
2910‧‧‧區塊
2920‧‧‧區塊
2930‧‧‧區塊
2940‧‧‧區塊
2950‧‧‧區塊
3000‧‧‧常規配置
3002‧‧‧光偵測器
3010‧‧‧配置
3012‧‧‧光偵測器
3014‧‧‧光偵測器
3020‧‧‧配置
3022‧‧‧光偵測器
3024‧‧‧光偵測器
3105‧‧‧強光源
3110‧‧‧載具
3111‧‧‧光達系統
3112‧‧‧偵測器
3114‧‧‧偵測器
3120‧‧‧偵測器配置
3122‧‧‧偵測器
3130‧‧‧偵測器配置
3140‧‧‧偵測器配置
3150‧‧‧偵測器配置
3160‧‧‧偵測器配置
3170‧‧‧偵測器配置
3200‧‧‧配置
3212‧‧‧光偵測器
3222‧‧‧光偵測器
3310‧‧‧可組態光學系統
3320‧‧‧測距系統控制器
3330‧‧‧光感測模組
3332‧‧‧偵測器配置
3334‧‧‧直方圖
3336‧‧‧感測器陣列
3338‧‧‧偵測器控制器
3340‧‧‧光傳輸模組
3342‧‧‧發射體陣列
3344‧‧‧強度調變器
3400‧‧‧方法
3410‧‧‧區塊
3420‧‧‧區塊
3430‧‧‧區塊
3440‧‧‧區塊
3450‧‧‧區塊
3460‧‧‧區塊
3470‧‧‧區塊
3510‧‧‧精巧光學系統
3520‧‧‧測距系統控制器
3530‧‧‧光感測模組
3531‧‧‧感測積體電路
3532‧‧‧濾波器
3534‧‧‧直方圖電路
3536‧‧‧感測器陣列
3537‧‧‧開窗電路
3538‧‧‧時序電路
3539‧‧‧內插電路
3540‧‧‧光傳輸模組
3542‧‧‧雷射源
t1‧‧‧時間間隔/間距
圖1A及圖1B展示根據一些實施例之汽車光測距裝置，在本文中亦被稱作光達系統。 圖2展示用於實施各種實施例的例示性光達裝置之方塊圖。 圖3說明藉由實施例可改良之典型光達系統的操作。 圖4根據一些實施例展示光測距系統之光傳輸及偵測程序的說明性實例。 圖5根據本發明之實施例展示感測器陣列及相關聯電子設備的各種級。 圖6展示根據本發明之實施例的直方圖。 圖7根據本發明之實施例展示針對選定像素的直方圖在多個脈衝列中之累積。 圖8根據本發明之實施例展示自光感測器輸出的三種不同類型之數位化信號分佈。 圖9根據本發明之實施例展示用於將匹配濾波器應用於原始直方圖的一系列位置。 圖10A至圖10C根據本發明之實施例展示不同的經寫碼脈衝類型產生的匹配濾波器回應(經濾波輸出)之類型。 圖11係說明根據本發明之實施例的經寫碼脈衝光學系統(CPOS)之操作的例示性示意圖。 圖12根據本發明之實施例展示兩種二進位經寫碼脈衝強度及其差，該差提供具有正值及負值的經寫碼脈衝列。 圖13展示根據本發明之實施例的經寫碼脈衝光學系統(CPOS)。 圖14係說明根據本發明之實施例的在光學量測系統中使用經寫碼脈衝之方法1400的流程圖。 圖15根據本發明之實施例展示應用於原始直方圖的複數個分佈濾波器。 圖16根據本發明之實施例展示不同第二層級分佈濾波器至來自第一層級濾波器之經濾波輸出的應用。 圖17係說明根據本發明之實施例的使用應用於中等堆積信號之兩個層級之濾波器之程序流程的圖。 圖18根據本發明之實施例展示不同內插濾波器至原始直方圖之應用。 圖19係說明根據本發明之實施例的使用多個粗略濾波器之兩層級濾波方案的圖。 圖20根據本發明之實施例展示由經寫碼脈衝產生之原始直方圖、匹配濾波器及對應的濾波器輸出。 圖21展示根據本發明之實施例的最大開窗程式結果。 圖22根據本發明之實施例展示具有不同寬度之多個粗略分佈濾波器的應用。 圖23展示根據本發明之實施例的濾波光學系統。 圖24係說明根據本發明之實施例的使用光測距系統之分佈濾波器來執行測距之方法的流程圖。 圖25A展示通常用於光達系統中以照明場景之單一方形脈衝。圖25B展示具某一雜訊之反射脈衝。圖25C根據本發明之實施例展示在反射脈衝之上升邊緣處偵測到的高堆積信號。 圖26根據本發明之實施例展示所得直方圖中之SPAD信號。 圖27A及圖27B展示不同脈衝列中之相對於彼此延遲，從而產生僅一個區間具有明顯值之直方圖的脈衝的兩個例子。 圖28A及圖28B根據本發明之實施例展示交錯不同脈衝列之射出脈衝，以使得偵測到的高堆積脈衝跨多個時間區間之實例。 圖29係說明根據本發明之實施例的在光測距系統中使用交錯脈衝來執行測距之方法的流程圖。 圖30A根據本發明之實施例展示形成單一像素光感測器之16個光偵測器3002(例如，SPAD)的常規配置。圖30B根據本發明之實施例展示具有不同衰減位準之16個光偵測器的配置。圖30C根據本發明之實施例展示具有不同衰減位準及不同作用中操作的16個光偵測器之配置。 圖31根據本發明之實施例展示不同照明條件下處於不同角度之像素感測器之不同偵測器配置的圖。 圖32根據本發明之實施例展示周邊上之光偵測器具有不同於中心區域中之光偵測器的操作狀態的配置。 圖33展示根據本發明之實施例的可組態光學系統。 圖34係說明根據本發明之實施例的使用可組態光測距系統來執行測距之方法的流程圖。 圖35根據本發明之實施例展示光測距系統之精巧光學系統。

Claims (75)

  1. 一種使用一光學量測系統之方法，該方法包含： 作為一光學量測之部分，自一光源傳輸N個脈衝列，該N個脈衝列中之每一者包括來自該光源的一或多個脈衝且對應於由一開始信號觸發的一不同時間間隔，且其中N為大於1之一整數； 藉由該光學量測系統之一光感測器來偵測該N個脈衝列的光子，由此在複數個時間點產生資料值； 針對該N個脈衝列中之每一者，將一權重指派給對應於該脈衝列之該時間間隔內的時間點處之該等資料值，由此獲得加權值，其中該N個脈衝列中的至少兩個經指派不同權重且具有不同脈衝型樣； 判定複數個時間區間中的對應於該等加權值之一直方圖，其中一特定時間區間處的該直方圖之一計數器係藉由跨複數個時間間隔累積該特定時間區間內之時間點處的該等加權值來判定；及 使用該直方圖偵測對應於該N個脈衝列之一信號。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含： 判定相對於該開始信號的對應於該N個脈衝列之一接收時間。
  3. 如請求項2之方法，其中判定該接收時間包括： 使一濾波器滑動跨越該直方圖以計算一經濾波直方圖，該經濾波直方圖具有對應於該濾波器相對於該直方圖之不同滑動位置的計數器，其中該經濾波直方圖之該等計數器中之每一者對應於一特定滑動位置處的該濾波器與該直方圖之一重疊； 識別該經濾波直方圖之該等計數器之一最大值，該等計數器之該最大值的該特定滑動位置對應於該接收時間。
  4. 如請求項2之方法，其中該光學量測系統係一光測距系統，且其中該N個脈衝列自一物件反射，該方法進一步包含： 使用該接收時間來判定至該物件之一距離。
  5. 如請求項4之方法，其中該距離對應於該接收時間與該開始信號之一開始時間之間的一往返時間。
  6. 如請求項1之方法，其中該至少兩個脈衝列由於相對於該開始信號在不同時間具有脈衝而具有不同脈衝型樣。
  7. 如請求項1之方法，其中該等權重係兩個或更多個維度中之向量。
  8. 如請求項1之方法，其中一第一權重為正且一第二權重為負。
  9. 如請求項1之方法，其中直方圖電路判定該直方圖，且其中該直方圖電路及該光感測器在同一積體電路上。
  10. 如請求項1之方法，其進一步包含： 作為複數個測距量測之部分，針對光源及光感測器的複數個通道執行如請求項1之方法，其中該複數個測距量測在時間上重疊。
  11. 如請求項10之方法，其中該複數個通道之至少兩個通道的該N個脈衝列之該等脈衝型樣不同，由此導致不同通道的不同直方圖型樣。
  12. 如請求項10之方法，其中指派給該複數個通道之至少兩個通道的該N個脈衝列之權重不同，由此導致不同通道的不同直方圖型樣。
  13. 一種光測距系統，其包含： 一光源，其經組態以提供脈衝； 一感測器積體電路，其包括： 複數個光感測器，各自包括複數個光偵測器，該複數個光偵測器在由光子觸發時經組態以輸出二進位信號，從而指示已偵測到該等光子， 時序電路，其經組態以基於該等二進位信號來判定偵測到光子時的時間；及 直方圖電路，其經組態以判定及儲存各自對應於在一時間區間期間所觸發的光感測器之一數目的計數器，由此形成可用於判定自一物件反射的來自該光源之一或多個脈衝之一接收時間的一直方圖。
  14. 如請求項13之光測距系統，其中複數個光偵測器包含單光子突崩二極體(SPAD)。
  15. 如請求項13之光測距系統，其中該感測器積體電路進一步包括： 一開窗電路，其經組態以將一或多個匹配濾波器應用於該直方圖以識別一時間窗，該接收時間存在於該時間窗內。
  16. 如請求項15之光測距系統，其中該感測器積體電路進一步包括： 一內插電路，其經組態以在該時間窗內將複數個內插濾波器應用於該直方圖，其中一最佳匹配內插濾波器以小於該時間區間之一寬度的一準確度識別該接收時間。
  17. 如請求項15之光測距系統，其進一步包含： 一第二積體電路，其可通信地與該感測器積體電路耦接且包括： 一內插電路，其經組態以在該時間窗內將複數個內插濾波器應用於該直方圖，其中一最佳匹配內插濾波器以小於該時間區間之一寬度的一準確度識別該接收時間。
  18. 如請求項13之光測距系統，其中該時序電路及該直方圖電路在該光測距系統之操作期間係專用電路。
  19. 如請求項18之光測距系統，其中該感測器積體電路包含一特殊應用積體電路(ASIC)。
  20. 如請求項18之光測距系統，其中該感測器積體電路包含一場可程式化閘陣列(FPGA)。
  21. 如請求項13之光測距系統，其進一步包含： 一旋轉馬達，其連接至該光源及該感測器積體電路且使該光源及該感測器積體電路旋轉。
  22. 如請求項13之光測距系統，其中該光源包括一積體電路上的複數個雷射裝置，且其中該複數個雷射裝置係垂直空腔表面發射雷射(VCSEL)。
  23. 一種使用一光測距系統執行測距之方法，該方法包含： 自該光測距系統之一光源傳輸一脈衝，該脈衝自一物件反射； 藉由該光測距系統之一像素之一光感測器來偵測該脈衝的光子，由此在複數個時間點產生資料值； 在複數個時間區間中判定對應於該等資料值之一直方圖，其中一特定時間區間處的該直方圖之一計數器對應於該特定時間區間內之一或多個時間點處的一或多個資料值； 將複數個分佈濾波器應用於該直方圖，每一分佈濾波器對應於一不同速率之光子在連續時間區間中由該光感測器偵測到； 識別該複數個分佈濾波器之一第一分佈濾波器為最佳地匹配該直方圖； 使用該第一分佈濾波器之一經濾波輸出來判定該脈衝之一接收時間；及 使用該接收時間來判定至該物件之一距離。
  24. 如請求項23之方法，其中該光測距系統包括對應於複數個像素及複數個光源的複數個光感測器，其中每一者光感測器對應於一各別光源。
  25. 如請求項23之方法，其中自該光源傳輸該脈衝包含：傳輸一第一脈衝列，該第一脈衝列包括複數個脈衝，其中該第一脈衝列之不同脈衝對應於該直方圖的不同時間區間。
  26. 如請求項25之方法，其中該複數個分佈濾波器中之每一者包括對應於該第一脈衝列中之該複數個脈衝的許多分接頭。
  27. 如請求項25之方法，其進一步包含： 作為產生該直方圖之一量測之部分，傳輸一系列脈衝列，該系列脈衝列包括該第一脈衝列，其中該系列脈衝列中之每一者對應於複數個時間間隔之一不同時間間隔且由一開始信號觸發；及 跨該複數個時間間隔累積該等時間區間內之時間點處的該等資料值以產生該直方圖。
  28. 如請求項27之方法，其中該系列脈衝列包括： 具有對應於時間區間之一第一集合之一第一脈衝型樣的一或多個脈衝列之一第一集合，及 具有對應於時間區間之一第二集合之一第二脈衝型樣的一或多個脈衝列之一第二集合， 其中累積該等資料值包括： 將一第一權重指派給該第一集合之一或多個脈衝列的該等資料值，由此獲得第一加權值；及 將一第二權重指派給該第二集合之一或多個脈衝列的該等資料值，由此獲得第二加權值，其中該第一權重不同於該第二權重。
  29. 如請求項28之方法，其中該第一權重為正且該第二權重為負，且其中該直方圖形成一巴克碼。
  30. 如請求項23之方法，其中識別一最佳匹配分佈濾波器包括： 針對該複數個分佈濾波器中之每一者： 使該分佈濾波器滑動跨越該直方圖以計算一經濾波直方圖，該經濾波直方圖具有對應於該分佈濾波器相對於該直方圖之不同滑動位置的計數器，其中該經濾波直方圖之該等計數器中之每一者對應於一特定滑動位置處的該分佈濾波器與該直方圖之一重疊； 識別該經濾波直方圖之一最大值，由此獲得複數個經濾波直方圖的複數個最大值；及 根據該複數個最大值判定一全域最大值，該全域最大值對應於該第一分佈濾波器及該脈衝之該接收時間。
  31. 如請求項30之方法，其中該複數個分佈濾波器係粗略濾波器，且其中該第一分佈濾波器之該經濾波輸出包含包括該全域最大值發生所在之一時間區間的一時間窗，且其中使用該第一分佈濾波器之該經濾波輸出判定該脈衝之該接收時間包括： 識別對應於該第一分佈濾波器的複數個內插濾波器； 在該時間窗內將該複數個內插濾波器應用於該直方圖，其中該複數個內插濾波器中之每一者具有對應時間區間中之值的一不同型樣； 識別在該時間窗內最佳匹配該直方圖之一第一內插濾波器；及 基於該第一內插濾波器之值的該型樣來判定該接收時間。
  32. 如請求項30之方法，其中該複數個分佈濾波器係粗略濾波器，且其中該第一分佈濾波器之該經濾波輸出包含一經濾波直方圖及包括該全域最大值發生所在之一時間區間的一時間窗，且其中使用該第一分佈濾波器之該經濾波輸出判定該脈衝之該接收時間包括： 識別對應於該第一分佈濾波器的複數個內插濾波器； 在該時間窗內將該複數個內插濾波器應用於該經濾波直方圖，其中該複數個內插濾波器中之每一者具有對應時間區間中之值的一不同型樣； 識別在該時間窗內最佳匹配該經濾波直方圖之一第一內插濾波器；及 基於該第一內插濾波器之值的該型樣來判定該接收時間。
  33. 如請求項32之方法，其中使用該接收時間來判定至該物件之該距離包括：判定基於該第一內插濾波器的值之該型樣而判定的該接收時間與該脈衝之一傳輸時間之間的一差。
  34. 如請求項32之方法，其中該複數個分佈濾波器係第二層級分佈濾波器，且其中將該複數個分佈濾波器應用於該直方圖包括： 將一第一層級濾波器應用於該直方圖以獲得一經濾波直方圖；及 將該等第二層級分佈濾波器應用於該經濾波直方圖以獲得複數個經濾波輸出。
  35. 如請求項23之方法，其中該複數個分佈濾波器中之每一者具有不同數目個具有非零值的連續時間區間。
  36. 如請求項35之方法，其中具有該等非零值的連續時間區間之該不同數目對應於一接收脈衝之一寬度，且其中該複數個分佈濾波器中之至少一者的一寬度對應於該接收脈衝反射自的一類型之物件。
  37. 如請求項35之方法，該複數個分佈濾波器中之每一者包括複數個內插濾波器，其中該複數個內插濾波器中之每一者具有非零值之一不同型樣，由此允許以小於一時間區間之一時間單位的一解析度來判定該接收時間。
  38. 如請求項23之方法，其中該光感測器包含複數個光偵測器，且其中該直方圖之每一計數器對應於該複數個光偵測器中有多少在該特定時間區間內之一時間點期間被觸發。
  39. 如請求項38之方法，其中不同速率之光子由該光感測器偵測到由於一光偵測器在經觸發之後的一停滯時間而發生，其中該光偵測器在該停滯時間內不偵測光子，該停滯時間比一時間區間長。
  40. 如請求項39之方法，其中偵測到一高速率之光子對應於在一初始時間區間期間觸發的光偵測器之一數目大於在一稍後時間區間期間觸發的光偵測器，且其中一低速率對應於在一初始時間區間觸發的光偵測器之一數目與在一稍後時間區間期間觸發的光偵測器大致相同。
  41. 如請求項38之方法，其中該複數個光偵測器包含單光子突崩二極體(SPAD)。
  42. 如請求項38之方法，其中該等資料值係根據來自該複數個光偵測器中之每一者的各別信號而判定，該方法進一步包含： 比較該等各別信號中之每一者與一臨限值，以判定一對應光偵測器是否已觸發；及 當該各別信號大於該臨限值時，將指示一觸發之一二進位值發送至直方圖電路，該直方圖電路跨該複數個光偵測器聚集二進位值以判定在一特定時間區間期間所觸發的光偵測器之一數目。
  43. 如請求項42之方法，其中該等各別信號係類比信號。
  44. 一種使用一光測距系統執行測距之方法，該方法包含： 作為一測距量測之部分，自一光源傳輸N個脈衝列，該N個脈衝列中之每一者包括來自該光源的一或多個脈衝且對應於由一開始信號觸發之一不同時間間隔，其中該N個脈衝列自一物件反射，且其中N為大於1之一整數； 藉由該光測距系統之一像素之一光感測器來偵測該N個脈衝列的光子，由此在複數個時間點產生資料值； 在複數個時間區間中判定對應於該等資料值之一直方圖，其中一特定時間區間處的該直方圖之一計數器對應於該特定時間區間內之一或多個時間點處的一或多個資料值，其中該N個脈衝列相對於彼此具有變化的偏移，且其中該N個脈衝列中的至少兩個偏移小於一時間區間之一寬度； 判定相對於該開始信號的對應於該N個脈衝列之一接收時間；及 使用該接收時間來判定至該物件之一距離。
  45. 如請求項44之方法，其中該N個脈衝列中之每一者具有一相同型樣之一或多個脈衝。
  46. 如請求項44之方法，其中該N個脈衝列係該測距量測之該等脈衝列的全部。
  47. 如請求項44之方法，其中該N個脈衝列之連續脈衝列以一時間偏移T偏移。
  48. 如請求項47之方法，其中N乘以該時間偏移T等於一時間區間之該寬度。
  49. 如請求項47之方法，其中判定該接收時間包括： 將一匹配濾波器應用於該直方圖以獲得一經濾波直方圖；及 使用該經濾波直方圖之一最大值及該時間偏移T來判定該接收時間。
  50. 如請求項49之方法，其中該時間偏移T在該時間區間之該寬度的0.5與0.01之間。
  51. 如請求項50之方法，其中該時間偏移T係該時間區間之該寬度的0.1。
  52. 一種使用一光測距系統執行測距之方法，該方法包含： 藉由該光測距系統之一像素之一光感測器來偵測光子，由此在複數個時間區間產生初始資料值，其中該光感測器包含複數個光偵測器； 基於該等初始資料值來判定該等偵測到光子之一強度位準； 自該光測距系統之一光源傳輸一第一脈衝，該第一脈衝自一物件反射； 在偵測該第一脈衝的光子之前，基於該經判定強度位準來改變該等光偵測器之一集合的一操作狀態； 藉由根據該已改變操作狀態而處於有效操作中之光偵測器來偵測該第一脈衝的光子，由此在該複數個時間區間產生第一資料值； 使用該複數個時間區間處的該等第一資料值來判定對應於該第一脈衝的一接收時間；及 使用該接收時間來判定至該物件之一距離。
  53. 如請求項52之方法，其中該集合之光偵測器係該複數個光偵測器的全部。
  54. 如請求項52之方法，其中該操作狀態係該集合之光偵測器的一功率位準或一衰減位準。
  55. 如請求項52之方法，其中藉由指定哪些光偵測器的哪些信號將用於在該複數個時間區間產生該等第一資料值來改變該集合之光偵測器的該操作狀態，由此指定哪些光偵測器處在有效操作中。
  56. 如請求項52之方法，其中該經判定強度位準高於一高臨限值，且其中基於該經判定強度位準來改變該集合之該等光偵測器的該操作狀態包括： 增加該集合之光偵測器之一衰減位準。
  57. 如請求項52之方法，其中該經判定強度位準低於一低臨限值，且其中基於該經判定強度位準來改變該集合之該等光偵測器的該操作狀態包括： 降低該集合之光偵測器之一衰減位準。
  58. 如請求項52之方法，其中該光感測器包含： 分類為具有低敏感度的一第一集合之光偵測器，及 分類為具有高敏感度的一第二集合之光偵測器，其中該第一集合之光偵測器或該第二集合之光偵測器的該操作狀態基於該經判定強度位準而改變，而另一者不改變。
  59. 如請求項58之方法，其中基於該經判定強度位準來改變該第一集合之光偵測器的該操作狀態包括： 在該經判定強度位準高於一高臨限值時，減小該第二集合之光偵測器中之一或多者的一功率位準。
  60. 如請求項59之方法，其中該經判定強度位準係一明亮背景光源之一結果。
  61. 如請求項59之方法，其中減小該第二集合之光偵測器中之該一或多者的該功率位準包括：斷開該第二集合之光偵測器中之該一或多者。
  62. 如請求項58之方法，其中基於該經判定強度位準來改變該第一集合之光偵測器的該操作狀態包括： 在該經判定強度位準低於一低臨限值時，減小該第一集合之光偵測器中之一或多者的一功率位準。
  63. 如請求項62之方法，其中減小該第一集合之光偵測器中之該一或多者的該功率位準包括：斷開該第一集合之光偵測器中之該一或多者。
  64. 如請求項58之方法，其中該光感測器包含分類為具有一中間敏感度的一第三集合之光偵測器，該方法進一步包含： 在偵測該第一脈衝的光子之前，除了已改變該第一集合之光偵測器或該第二集合之光偵測器中之一者的該操作狀態之外，亦基於該經判定強度位準來改變該第三集合之光偵測器的該操作狀態。
  65. 如請求項52之方法，其中提供該等初始資料值的該等偵測到光子對應於背景光。
  66. 如請求項52之方法，其進一步包含： 自該光測距系統之該光源傳輸一初始脈衝，該初始脈衝自該物件反射，其中提供該等初始資料值的該等偵測到光子對應於該初始脈衝， 其中使用該複數個時間區間處的該等第一資料值及該等初始資料值來判定該第一脈衝及該初始脈衝的該接收時間。
  67. 如請求項66之方法，其中由於該物件係反射性的，因此該經判定強度位準高於一高臨限值，該方法進一步包含： 回應於該經判定強度位準高於一高臨限值，減少該集合之光偵測器的該操作狀態。
  68. 如請求項52之方法，其中該改變的操作狀態維持一指定時間量。
  69. 如請求項68之方法，其中該指定時間量係相對於脈衝列之一數目而定義。
  70. 如請求項52之方法，其中該光測距系統旋轉且包括一編碼器以識別該光測距系統之角位置，該方法進一步包含： 識別該強度位準係在該光測距系統處於一初始角位置時判定，其中在該光測距系統在一或多次旋轉之後返回至該初始角位置時傳輸該第一脈衝。
  71. 如請求項52之方法，其進一步包含： 基於該經判定強度位準來改變來自該光源的一或多個射出脈衝之一強度。
  72. 一種電腦產品，其包含儲存複數個指令之一電腦可讀取媒體，該複數個指令用於控制一電腦系統執行如請求項1至12及23至71中任一項之方法的操作。
  73. 一種系統，其包含： 如請求項72之電腦產品；及 用於執行儲存於電腦可讀取媒體上之指令的一或多個處理器。
  74. 一種系統，其包含用於執行如請求項1至12及23至71中任一項之方法的構件。
  75. 一種系統，其包含經組態以執行如請求項1至12及23至71中任一項之方法的一或多個處理器。
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