光焱科技 胜焱电子科技 Enlitech
Previous slide
Next slide
Tell us more, we’ll
Enlighten Your Ideas!

2023 IISW:三星研究团队提出提升环境光容忍度的高效移动应用LiDAR系统

重点摘要

  1. 作者们提出了一款适用于移动应用的 LiDAR 系统,具有高效节能并能容忍高环境光线。
  2. 该系统使用 940nm 扫描激光源和 192×144 的 SPAD 阵列接收器,并具有芯片内的时间相关直方图。
  3. 一个适应性的单通直方图架构可在返回的激光脉冲较弱时保持在粗略分辨率模式,以节省能源。
  4. 新颖的信号处理方法允许超越粗略存储单元大小的深度分辨率。
  5. 该系统可以以 30 帧每秒的速度测量深度影像,范围最高达 10 米,范围误差为 1%,并仅消耗 12 毫瓦的光学功率。
  6. 模拟显示该系统在能源效率、环境光线容忍度、范围和分辨率之间取得了良好的平衡。
  7. 作者得出结论,该系统适用于移动深度感测应用。

研究背景

光达(Light Detection and Ranging,LiDAR)传感器已经成为增强现实、自动驾驶车辆和监视等应用中重要的深度感知工具。在不同的LiDAR方法中,直接飞行时间(dToF)由于对多径干扰的免疫和与视觉系统的易集成而具有优势。然而,设计一个能平衡功率效率、环境光容忍度、范围和分辨率的dToF系统具有挑战性。增加激光功率或减小直方图的存储格大小通常会提高性能,但也会增加功耗和内存要求。

研究成果

在这项工作中,作者们提出了一种针对移动应用优化的dToF LiDAR系统。该系统使用940纳米的扫描激光源和一个192×144的单光子雪崩二极管(SPAD)阵列接收器,具有内置直方图记录。一个重要特征是自适应的单通道直方图架构,在返回的信号较弱时以粗略分辨率模式运作,以节省功耗。新颖的信号处理方法,包括脉冲碰撞恢复和条件峰值增强滤波,有助于改善范围分辨率,超越粗略直方图存储格大小。系统的模拟表明,在10米范围内,可以达到1%的范围精度,每秒30帧的运作,且仅消耗12毫瓦的光功率。

研究方法

系统设计:

  • 采用扫描式LiDAR架构,搭配940纳米激光源发射器和192×144单光子雪崩二极管(SPAD)接收器阵列。
  • SPAD阵列具有灵活的地址方案,以配合扫描模式并避免信号遗失。
  • 内置处理,包括计数电路和时-数转换器(TDC),以实现实时直方图建立。

自适应直方图:

  • 单通过直方图架构,根据信号强度从粗糙分辨率自适应到细致分辨率。
  • 与双通过方法相比,能节省能量,避免丢弃弱信号。

信号处理:

  • 脉冲碰撞恢复算法,以恢复由于脉冲合并而丢失的信号。
  • 条件FIR滤波,以准确增强直方图峰值。

性能评估:

  • 使用蒙特卡罗模拟来估计不同条件下的测量误差。
  • 评估了范围、精度、帧率和功耗等关键指标。

结论

自适应的单通道直方图记录相对于在有限光功率预算下的双通道方法,提供了更优越的性能。通过恢复脉冲碰撞丢失的信号并准确增强峰值,这些处理方法有助于最大化范围分辨率。该系统在功率效率、环境光容忍度、范围和分辨率方面取得了良好的平衡。根据模拟结果,该系统非常适合需要低功耗的移动深度感知应用。

关键字:LiDAR, SPAD, dToF

Figure 1.本研究提出了一个具有940nm红外发射器(TX)和可寻址SPAD阵列接收器(RX)的LiDAR系统。

Figure 5.传感器芯片(RX)架构

原文连结:

Loading

发表回复