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用于光发射深度 传感器的提前-滞后脉冲计数

阅读：322发布：2020-05-14

专利汇可以提供用于光发射深度传感器的提前-滞后脉冲计数专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本文公开了用于光发射深度传感器诸如扫描深度传感器和LIDAR的方法和设备。该方法、设备和系统公开了在光感测像素阵列上跟踪反射光脉冲的光束。该跟踪可动态更新光束的位置，或反射光脉冲在阵列的某个像素处的预期在中心时间。在像素处的预期在中心时间之前和之后的时间段内检测到的反射脉冲的计数用于检测对光束位置或定时的初始估计中的偏移。，下面是用于光发射深度传感器的提前-滞后脉冲计数专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种操作光发射深度传感器的方法，所述方法包括：
将发射光脉冲序列发射到视场中；
确定在第一时间段内在所述光感测像素阵列的光感测像素处检测到的所检测光脉冲的第一数量；
确定在所述第一时间段之后的第二时间段内在所述光感测像素处检测到的所检测光脉冲的第二数量；以及
基于所述第一数量和所述第二数量来调节所述光发射深度传感器的操作；
其中：
在所述第一时间段和所述第二时间段中的至少一个时间段内在所述光感测像素处检测到的所检测光脉冲包括来自所述视场中的对象的所述发射光脉冲序列的多个反射。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间段的第一持续时间和所述第二时间段的第二持续时间各自为所述发射光脉冲序列的脉冲重复间隔的固定倍数。
3.根据权利要求2所述的方法，其中调节所述光发射深度传感器的操作包括改变所述发射光脉冲序列的所述反射在所述光感测像素处的预期在中心时间。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
形成在所述第一时间段和所述第二时间段两者内检测到的光脉冲的飞行时间值的直方图；以及
基于所述直方图来估计与所述对象的一部分的距离。
5.根据权利要求4所述的方法，进一步包括基于检测到第一所检测光脉冲的第一时间与在所述光感测像素处的预期在中心时间的接近度，对与所述直方图中的第一所检测光脉冲对应的第一飞行时间值进行加权。
6.根据权利要求4所述的方法，进一步包括确定所述距离高于第一阈值并且低于第二阈值，
其中当所估计的距离高于所述第一阈值并且低于所述第二阈值时，执行所述调节所述光发射深度传感器的操作。
7.根据权利要求1所述的方法，进一步包括激活所述光感测像素以用于在时间间隔期间检测所述光脉冲的所述第一数量和所述光脉冲的所述第二数量，所述时间间隔包含所述发射光脉冲序列的所述反射在被激活的光感测像素处的预期在中心时间。
8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括估计所述发射光脉冲序列的所述反射在所述阵列处被接收的方式的失真。
9.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述光感测像素是第一光感测像素；
所述光感测像素阵列包括相邻于所述第一光感测像素的第二光感测像素；并且所述光脉冲的发射序列被发射到所述视场中，以使得所述发射光脉冲序列的所述反射在所述第一光感测像素处被接收并且随后在所述第二光感测像素处被接收。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
确定在第三时间段内在所述第二光感测像素处检测到的所检测光脉冲的第三数量；以及
确定在第四时间段内在所述第二光感测像素处接收到的所述反射光脉冲的第四数量，所述第四时间段位于所述第三时间段之后；
其中调节所述光发射深度传感器的操作进一步基于所述第三数量和所述第四数量。
11.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述光发射深度传感器的操作包括调节所述第一时间段的第一持续时间或所述第二时间段的第二持续时间中的至少一者。
12.根据权利要求1所述的方法，其中调节所述光发射深度传感器的操作包括调节以下各项中的一者：改变光源发射所述发射光脉冲序列的方向，和改变所述发射光脉冲序列的所述反射被引导到所述阵列上的方式。
13.一种电子设备，所述电子设备包括：
电子定时控制系统；
至少一个光发射器，所述至少一个光发射器与所述电子定时控制系统可操作地相关联；以及
光感测像素阵列，所述光感测像素阵列与所述电子定时控制系统可操作地相关联；
其中所述电子定时控制系统被配置为：
提供第一组定时控制信号，所述第一组定时控制信号使得所述至少一个光发射器将光脉冲序列发射到视场中；
激活所述光感测像素阵列的光感测像素以检测光脉冲；
提供第二组定时控制信号，所述第二组定时控制信号使得：
计数器在所述第一时间段内对由所述光感测像素检测到的光脉冲的第一数量进行计数，所述第一时间段位于所发射的光脉冲序列的反射在所述被激活的光感测像素处的预期到达时间之前；并且
所述计数器在第二时间段内对由所述光感测像素检测到的光脉冲的第二数量进行计数，所述第二时间段位于所述预期到达时间之后；
以及
基于所述第一数量和所述第二数量来调节所述电子设备的操作。
14.根据权利要求13所述的电子设备，其中所发射的光脉冲序列是根据线扫描模式被发射到所述视场中的，并且所发射的光脉冲序列的一组所述反射被引导跨过所述光感测像素阵列的一行。
15.根据权利要求13所述的电子设备，其中调节所述电子设备的所述操作包括对在被激活的光感测像素处的所述预期到达时间应用校正。
16.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述校正是使用反馈回路确定的。
17.根据权利要求13所述的电子设备，其中所述电子定时控制系统还被配置为：
基于在所述第一时间段内检测到的所检测光脉冲和在所述第二时间段内检测到的所检测光脉冲来形成飞行时间值的直方图；以及
基于所述直方图来确定与所述视场中的对象的一部分的距离。
18.根据权利要求13所述的电子设备，其中调节所述电子设备的操作包括调节所述第一时间段的第一持续时间或所述第二时间段的第二持续时间中的至少一者。
19.根据权利要求13所述的电子设备，其中所述光感测像素阵列中的至少一个光感测像素包括单光子雪崩二极管。
20.一种操作光发射深度传感器的方法，所述方法包括：
在计数时间段内将光脉冲序列发射到视场中；
在阵列光感测像素的光感测像素的子阵列处，接收与来自所述视场中的对象的所发射光脉冲的子集的反射相对应的反射光脉冲；
对于所述子阵列中的光感测像素中的每一者，在所述计数时间段内对接收到的被检测光脉冲的相应数量进行计数，所述被检测光脉冲包括所述反射光脉冲；以及基于被检测光脉冲的所述相应数量来调节所述光发射深度传感器的操作。
21.根据权利要求20所述的方法，其中调节所述光发射深度传感器的操作包括调节以下各项中的至少一者：将所述光脉冲序列发射到所述视场中，或将所述反射光脉冲引导到光感测像素的所述子阵列上。

说明书全文

用于光发射深度传感器的提前-滞后脉冲计数

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本专利合作条约专利申请要求2017年7月13日提交的名称为“Early-Late Pulse Counting for Scanning Depth Sensors”(用于光发射深度传感器的提前-滞后脉冲计数)的美国临时专利申请62/532,291的优先权，本专利申请的内容据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

[0003] 本公开总体涉及光检测器和光发射深度传感器，其包括光感测像素(诸如具有单光子雪崩二极管的像素)阵列。此类光发射深度传感器可用于电子设备；示例包括特定类型的检测和测距系统。

背景技术

[0004] 各种设备，包括诸如移动电话、平板电脑和个人数字助理的个人电子设备，可采用对象感测和范围检测系统。这些设备和其他设备产生对实时三维(3D)成像方法、设备和系统的需要，这些方法、设备和系统通常被称为光检测和测距(LIDAR)系统。

[0005] 在一些LIDAR系统中，通过测量从系统发射光脉冲(即，空间和时间受限电磁波)与随后检测来自对象的光脉冲的反射之间的飞行时间(TOF)来检测到对象的范围。反射光脉冲可在光感测像素(诸如具有单光子雪崩二极管(SPAD)的像素)阵列上被接收。所检测的反射光脉冲的TOF可被测量以推断与对象的距离。重复该过程并改变发射光脉冲的来源或方向允许确定场景或视场中的各种对象的距离。所确定的与对象的距离的精确度可与反射光脉冲的强度、反射脉冲的位置在阵列上定位的准确性等相关。发明内容

[0006] 本发明内容提供用于以简化形式介绍一系列概念，这些概念在下文的具体实施方式中进一步描述。本发明内容并非意图识别要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不意图用作确定要求保护的主题的范围的辅助手段。

[0007] 本文公开了涉及使用光发射深度传感器和系统进行对象检测和范围(或距离)确定的一类光检测和测距系统的方法和设备。此类系统可包括光检测和测距(LIDAR)系统，该系统使用从装置发射光脉冲与接收来自视场(FOV)中的一个或多个对象的发射光脉冲的反射之间的飞行时间(TOF)的测量。反射光脉冲可聚焦到光感测像素阵列上。在一些情况下，光感测像素包括检测少量反射光(甚至包括单个光子)的单光子雪崩二极管(SPAD)。

[0008] 本文所述的一些实施方案涉及操作光发射深度传感器以将光脉冲序列发射到视场中并接收来自FOV中的一个或多个对象的光脉冲的反射的方法。发射光脉冲序列通过脉冲重复间隔序列(PRI)发生，其中在每个PRI中发射一个光脉冲。反射光脉冲可照射到光感测像素阵列上并被光感测像素检测。该方法的一些方面涉及在一个光感测像素处在多个PRI内来测量多个TOF，以估计到FOV中的对象的一部分的距离。光发射深度传感器可测量多个所接收到的反射脉冲的飞行时间(TOF)，以统计地估计与对象的一部分的距离。在一些实施方案中，可形成所测量的多个TOF的直方图以检测最有可能的飞行时间，从该飞行时间可估计与对象的该部分的距离。

[0009] 在该方法的另一个方面，在一些实施方案中，光脉冲的发射序列横跨FOV进行扫描或扫掠，并且对应的反射光脉冲进行扫掠或被导向穿过阵列。在附加和/或另选的实施方案中，发射光脉冲可沿固定方向被发射到FOV中。

[0010] 在该方法的另一个方面，发射光脉冲的发射可被调节，以在特定光感测像素已被激活的时间期间协调或同步反射光脉冲的到达时间。在一些实施方案中，可按如下方式确定调节是否有用或需要。

[0011] 在特定光感测像素(或仅“像素”)处，可在第一时间段(在一些实施方案中称为提前时间段)内对检测到的光脉冲(其可为背景光脉冲或反射光脉冲)的第一数量进行计数，其中第一时间段位于反射光脉冲在该特定像素处的预期在中心时间或其他到达时间之前。如本文所定义，在中心时间是指在特定光感测像素的被激活时间段的中心或中点处或附近的时间。在特定像素的激活时间段内，可激活像素以检测多个(数千个，在一些实施方案中)脉冲重复间隔中的每一个脉冲重复间隔期间的光脉冲。在一些实施方案中，在中心时间可被配置为使得反射光脉冲在像素处被以最高强度接收到。这样做可产生具有更强的TOF值指示的直方图。然后，可在第二时间间隔(在一些实施方案中称为滞后时间段)期间对检测到的光脉冲(其可为背景光脉冲或另外的反射光脉冲)的第二数量进行计数，其中第二时间间隔在特定像素处的反射光脉冲的预期在中心时间或其他到达时间之后。然后可基于第一数量和第二数量(诸如通过找到差值)对光发射深度传感器的操作进行调节。

[0012] 在附加和/或另选的实施方案中，第一时间段和第二时间段可各自跨越相应数量的脉冲重复间隔；即，提前时间段和滞后时间段中的每一者可跨越发射脉冲之间的时间间隔的倍数。在确定TOF时，在更接近预期在中心时间的时间所接收的反射脉冲可被赋予更多权重。可对光发射深度传感器的操作进行的调节包括改变反射脉冲在像素处的预期在中心时间，调节第一时间段的持续时间和/或第二时间段的持续时间，调节发射光脉冲的方向，调节反射光脉冲如何被聚焦在阵列上，调节哪些像素与某些场景位置相关联，等等。

[0013] 本公开还描述了一种具有光发射器、光感测像素阵列和电子定时控制系统的电子设备。电子定时控制系统可被配置为提供使得光发射器将光脉冲序列发射到视场中的第一组定时信号，并且提供激活信号以激活阵列的光感测像素从而检测与来自视场中的对象的发射光脉冲的反射相对应的反射光脉冲。电子设备还可具有时间到数字转换器(TDC)以获得所检测的反射光脉冲的TOF。

[0014] 在一些实施方案中，电子定时控制系统还可被配置为在第一时间段内获取所检测光脉冲(其可包括背景光脉冲和反射光脉冲两者)的第一数量的计数，其中第一时间段位于反射光脉冲在像素处的预期在中心时间或其他到达时间之前。电子定时控制系统还可被配置为在第二时间段内获取所检测光脉冲(其可包括背景光脉冲和反射光脉冲)的第二数量的计数，其中第二时间段位于反射光脉冲在像素处的预期在中心时间或其他到达时间之后。第一数量和第二数量可通过计数器(诸如向上-向下计数器)来获得，该计数器可以是电子定时控制系统的部件或单独的部件。电子定时控制系统还可被配置为基于第一数量和第二数量之间的差值来调节电子设备的操作。

[0015] 附加和/或另选的实施方案可包括以下任何特征部、元件或操作。电子设备可针对光脉冲的发射序列使用线扫描模式。电子设备可使用反馈回路，该反馈回路至少使用第一数字和第二数字之间的差值来对预期在中心时间或者第一时间段或第二时间段应用校正。阵列的光感测像素可包括单光子雪崩二极管(SPAD)。

[0016] 本公开还描述了操作包括光感测像素阵列的光发射深度传感器的另一种方法。该方法的操作包括将光脉冲发射到视场中，以及接收与来自视场中的对象的发射光脉冲相对应的反射光脉冲。该方法可包括在计数时间段内对在阵列的光感测像素的子阵列上接收到的反射光脉冲的相应数量进行计数，以及基于相应数量之间的差值来调节光发射深度传感器的操作。该调节包括改变反射光脉冲被引导到光感测像素阵列上的方式，将光脉冲的发射调节到视场中，修改反射光脉冲在阵列的某个位置处的预期在中心时间或其他到达时间。附图说明

[0017] 本公开通过下面结合附图的具体描述将更易于理解，其中类似的附图标记表示类似的结构元件。

[0018] 图1示出了根据一个实施方案的一般检测和测距系统的框图。

[0019] 图2示出了根据一个实施方案的检测和测距系统中的光发射器和光感测像素的扩展视图。

[0020] 图3示出了根据一个实施方案的多个发射光脉冲的曲线图，和由光感测像素检测到的多个反射脉冲的飞行时间的测量的对应直方图。

[0021] 图4示出了根据一个实施方案的使用光发射深度传感器的光检测和测距(LIDAR)系统的线扫描操作的部件和操作，以及对视场的扫描。

[0022] 图5A示出了根据一个实施方案的用于扫描光发射深度传感器的光感测像素阵列。

[0023] 图5B示出了根据一个实施方案的在线扫描操作期间多个反射光脉冲的强度在光感测像素阵列中的一行像素上的移位。

[0024] 图5C示出了根据一个实施方案的一个像素处的到达反射光脉冲的强度的曲线图。

[0025] 图5D示出了根据一个实施方案的光感测像素阵列中的一个光感测像素处的到达反射光脉冲的光脉冲强度相对于脉冲重复间隔(PRI)的曲线图。

[0026] 图6示出了根据一个实施方案的光感测像素阵列和相关联电路的框图。

[0027] 图7示出了根据一个实施方案的用于扫描光感测像素阵列的时序图。

[0028] 图8示出了根据一个实施方案的到达反射光脉冲的强度相对于被细分为提前子集和滞后子集的PRI数量的曲线图。

[0029] 图9示出了根据一个实施方案的所检测光脉冲相对于时间的时序图，以及针对反射光脉冲在光感测像素阵列中的像素上的强度的对应扫掠。

[0030] 图10示出了根据一个实施方案的针对光束位置相对于在光感测像素处的预测在中心时间或其他到达时间的偏移，提前反射光脉冲和滞后反射光脉冲的计数之间的差值的曲线图。

[0031] 图11示出了根据一个实施方案的用于更新预测光束位置的反馈回路。

[0032] 图12示出了根据一个实施方案的操作基于光的范围检测系统的方法的流程图。

[0033] 图13示出了根据一个实施方案的用于从多个像素获得直方图和提前-滞后数据的电路的框示意图。

[0034] 图14示出了根据一个实施方案的使用像素阵列来确定光束位置的两种情况。

[0035] 图15示出了根据一个实施方案的用于操作基于光的范围检测系统的方法的流程图。

[0036] 附图中的交叉影线或阴影的用途通常被提供以阐明相邻元件之间的边界并还有利于附图的易读性。因此，存在或不存在无交叉影线或阴影均不表示或指示对特定材料、材料属性、元件比例、元件尺寸、类似图示元件的共同性或在附图中所示的任何元件的任何其他特性、性质、或属性的任何偏好或要求。

[0037] 此外，应当理解，各个特征部和元件(以及其集合和分组)的比例和尺寸(相对的或绝对的)以及其间呈现的界限、间距和位置关系在附图中被提供，以仅用于促进对本文所述的各个实施方案的理解，并因此可不必要地被呈现或示出以进行缩放并且并非旨在指示对所示的实施方案的任何偏好或要求，以排除结合其所述的实施方案。

具体实施方式

[0038] 现在将具体地参考在附图中示出的代表性实施方案。应当理解，以下公开内容不旨在将实施方案限制于一个优选实施方案。相反，其旨在涵盖可被包括在由所附权利要求限定的所述实施方案的实质和范围内的另选形式、修改形式和等同形式。

[0039] 本文所述的实施方案涉及在视场中检测对象并确定其范围或距离的光发射深度传感器。光发射深度传感器通过将光脉冲(诸如激光脉冲)发射到视场中并确定直至在光检测器上接收到反射脉冲所经过的时间来操作。光检测器可使用光感测像素阵列来检测反射光脉冲。第一类型的光发射深度传感器使用有限数量(在一些实施方案中，仅一个)的光发射器，其通过改变光脉冲的发射方向横跨视场进行扫描或扫掠。第二类型的光发射深度传感器使用沿不同固定方向发射其相应光脉冲的多个光发射器。

[0040] 第一类型的光发射深度传感器可在整个视场中通过线扫描(例如，水平线扫描或竖直线扫描)来扫描视场的一部分。然后可将反射光脉冲集中或聚焦在相应地横跨阵列进行移动的反射光脉冲的光束中。然后可监测阵列中位于反射光脉冲的光束照射在阵列上的位置处的光感测像素，以检测光脉冲。所检测光脉冲可以是背景(即，噪声)光脉冲或反射光脉冲。可结合光脉冲的发射和/或反射光脉冲的光束在像素处的预期到达时间或位置来监测像素。通过使某些光感测像素的激活与反射光脉冲的预期到达时间或位置同步，不需要立即激活阵列中的所有光感测像素，可减小功率消耗，可限制像素电路之间的干扰，并且可获得其他优点。可通过小心地同步和/或协调反射光脉冲在何时或从何处照射到阵列上以及何时/哪些像素被监测，来增强距离确定的精确度。

[0041] 其他类型的光发射深度传感器使用多个光发射器，诸如激光脉冲发射器。光发射器中的每一者可沿固定方向将发射光脉冲序列引导到视场中。然后可如上所述执行对发射光脉冲的反射的检测，以在视场中沿该固定方向检测对象的一部分。

[0042] 下面参考图1-图15来论述这些实施方案和其他实施方案。然而，本领域的技术人员将容易地理解，本文相对于这些附图所给出的详细描述仅出于说明性目的，而不应被理解为是限制性的。

[0043] 图1示出了一般检测和测距系统100的一个示例的框图。检测和测距系统100包括光发射器102、可包括光感测像素阵列的光检测器104(下文简称为“检测器”)，和处理设备108。光发射器102和光检测器104各自表示一个或多个光发射器和一个或多个光检测器。光发射器102和检测器104可为单个发射器/检测器单元114(例如，包含在单个集成电路(IC)、片上系统(SOC)等上)的一部分，如虚线所示，或者可为系统中的独立单元。光发射器102被定位成朝对象(或“目标”)106发射光，而检测器104被定位成检测从场景和/或对象106反射的光。

[0044] 处理设备108可操作地连接到光发射器102和检测器104。处理设备108可以是单个发射器/检测器单元114的一部分，或者可以是一个独立单元或一组单元。单个发射器/检测器单元114可包括电子定时控制系统，该电子定时控制系统可协调对光的发射和反射光的接收的定时。

[0045] 处理设备108可使得光发射器102朝对象106发射光(发射光由箭头110表示)。然后可由检测器104检测从对象106和/或场景反射的光(反射光由箭头112表示)。处理设备108接收来自检测器104的输出信号并且处理输出信号以确定与反射光、对象106和/或场景相关联的一个或多个特征。处理设备108可使用发射光和反射光的一个或多个特征来获得对对象106的存在和范围(距离)的估计。

[0046] 另选地，系统100可为电子设备的一部分，其中FOV的照明不被扫描，而是沿固定方向(诸如通过多个发射器)被照明。在此类系统(例如，固定模式系统)中，可发射多个光脉冲中的一者或多者(例如，可发射多个同时的光脉冲)，并且每个发射的光脉冲可沿所选择的方向被引导或分配。例如，在面部识别系统中，可为第一组同时发射选择多个方向。然后可使用各种反射脉冲来检测用户的区别性面部特征。对于第二组发射光脉冲而言，可重新选择并改变方向。

[0047] 图2示出了具有光发射器200(或仅“发射器”)和光检测器202(或仅“检测器”)的系统的部件的简化视图，诸如可在光发射深度传感器中找到。在例示的实施方案中，发射器200和检测器202被设置在公共基板或支撑结构204上，但这不是必需的。在其他实施方案中，发射器200和检测器202可被定位在单独的基板上。透明或半透明的覆盖层206可定位在发射器200和检测器202上方。覆盖层206可为滤色器，该滤色器可过滤除了发射器200所发射的激光的波长处或附近的波长之外的大多数波长。

[0048] 在此类系统(其中检测器202具有包括用于检测光的SPAD的像素)的实施方案中，可通过将SPAD置于反向偏置状态(诸如通过伴随晶体管或其他电路)来激活SPAD。具体地，在反向偏置的雪崩区域中操作SPAD。当一个或多个光子进入SPAD时，产生迁移至电极的电荷载流子。通过这样做，它们导致级联或“雪崩”，该级联或“雪崩”增加电荷载流子的数量，从而导致可测量的电流尖峰。包围电路(也称为模拟前端)可放大电流尖峰并传输指示对一个或多个光子的接收的信号。为了节省能量并防止或减少误报接收信号，当二极管的光检测操作不是预期的或不被期望时，二极管可被去激活(例如，被偏置远离反向击穿区域)。

[0049] 虽然检测器202可使用SPAD技术，但本文所公开的实施方案可使用其他光感测像素技术，诸如NMOS、PMOS或CMOS光感测像素。为简单地进行论述，检测器202在下文中将被描述为SPAD像素。

[0050] 发射器200可以是在给定时间段内朝对象或FOV发射光208的激光器或其他合适的光源。在一些实施方案中，诸如在使用线扫描系统的那些实施方案中，发射器200在FOV检测周期内重复发射光脉冲。透射光脉冲的波形可为基本上对称的钟形曲线形状(例如高斯形状)，但其他分布诸如泊松分布也是可能的。发射光脉冲通常为空间和时间受限电磁波，并且其强度可通过例如其坡印亭矢量的量值来指定。激光脉冲可被视为包括单个频率的多个光子。

[0051] 当对象210或214处于视场中时，理想的是，发射光脉冲可从对象反射，并且相应的反射光脉冲212和216可照射在检测器202上。然而，在真实世界条件下，发射光脉冲或光子中的一些或全部可被完全反射离开检测器，可被对象或大气吸收，或者可被以其他方式阻止返回到检测器。反射光脉冲212和216的波形可为发射光脉冲波形的衰减或失真，并且可在强度上减小，但仍可为空间和时间受限电磁波脉冲，并且可包括多个光子。

[0052] 在理想的反射和接收条件下，检测器202将针对每个发射光脉冲检测一个反射光脉冲。发射光脉冲的发射与反射光脉冲的检测之间的飞行时间(TOF)可用于使用“距离＝TOF*c/2”来确定与对象210和214的距离，其中c是光的速度。与对象210(或对象214)的距离通常远大于发射器200和检测器202之间的分隔距离，因此对于该计算而言，后一距离是忽略不计的。

[0053] 然而，在实践中，理想情况并非总是如此。不仅反射光脉冲可被反射离开检测器，发射光脉冲也可被对象完全吸收。另外，反射光脉冲的强度可减小，使得其无法触发由检测器的任何光感测像素进行的检测。照射在光感测像素上的反射光脉冲的强度可对应于照射在光感测像素上的反射光脉冲中的光子的数量。反射光脉冲的波形可表示光感测像素检测该反射光脉冲的概率。另外，检测器202可由环境背景光的脉冲触发。因此，可使用在光感测像素处检测多个光脉冲的统计方法来改善对象检测和距离确定，如现在将描述的。

[0054] 图3示出了可如何使用发射光脉冲序列来通过光发射深度传感器对FOV中的对象进行检测和测距(即，确定与该对象的距离)。如果根据对来自发射光脉冲序列的反射光脉冲的多次检测对对象进行检测和测距，则可改善对对象的范围的确定的精确度，并拒绝假检测。下面说明了基于多个测量的统计或飞行时间的估计的一种距离计算方法。本领域的技术人员将认识到本公开范围内的变型。

[0055] 图3的顶部曲线图300的顶部线示出了包括沿着时间轴302的发射光脉冲310A-310D的发射器输出。光脉冲由被称为脉冲重复间隔(PRI)304的时间间隔分开。在每个PRI
304内，发射光脉冲通常在PRI 304的一小部分内持续发生。在一些实施方案中，PRI具有大约30ns至40ns的值，尽管这不是必需的。因此，对于FOV中距离为1米的对象，TOF将为大约
6ns。可针对特定应用来选择PRI 304，使得在最大期望检测距离处往返于对象的TOF将小于PRI 304，因此允许将每个发射光脉冲与反射光脉冲的每个检测相关。

[0056] 图3的顶部曲线图的第二行示出了，在每个PRI 304内，计数过程可由时间到数字转换器(TDC)来实现。TDC作为离散时间时钟运行，该时钟从每个PRI 304的开始周期性地对离散时间间隔312的数量进行计数。TDC可被包括作为电子定时控制系统的一部分，或者可以是与电子定时控制系统可操作地联接的单独部件。TDC可与每个PRI的开始同步以启动每个周期性计数。在一些实施方案中，每个PRI 304被分成相等持续时间的离散时间子间隔。在其他实施方案中，离散时间子间隔的持续时间无需相等。在所示的实施方案中，其中每个PRI被细分为N个时间子间隔，每个时间子间隔的持续时间将为PRI的持续时间除以N。

[0057] 图3的顶部曲线图的第三行示出了作为时间函数的单个SPAD像素对反射光脉冲的检测。在所示的示例中，在第一PRI和第二PRI期间，不检测对应的反射光脉冲。这可由于空气或覆盖层206吸收反射光脉冲，反射光脉冲的方向不正确，SPAD像素中的雪崩触发不足，其相关模拟前端电路中的误差，或其他来源而发生。

[0058] 在第三PRI期间，检测反射光脉冲316。因为对象在最大检测距离内，所以反射光脉冲316是发射光脉冲310B的反射。TOF1 314A通过TDC获得，如下所述。在第五显示PRI期间，检测另一个反射光脉冲320，该反射光脉冲为发射脉冲310D的反射并且具有相应的TOF2 318A。

[0059] 图3中的底图显示了一个直方图，其给出了在多个PRI的序列期间检测到的反射光脉冲的飞行时间的测量的计数。水平轴线306示出了被细分为N个连续的离散时间间隔312的单个PRI的持续时间，每一个持续时间为PRI/N。竖直轴线308为保持在N个存储器位置(或“分箱”)的块中的计数的数量，每个分箱对应于离散时间间隔312中的相应一个。TDC可包括定时器和电路，该定时器和电路用于对与特定离散时间子间隔相对应的分箱的计数器进行快速寻址和递增，其中在特定离散时间子间隔期间，由SPAD像素检测光脉冲。在所示的示例中，在第三PRI期间，当检测到反射光脉冲316时，TDC测量TOF1 314A并递增直方图中的相应分箱中的对应计数314B。在第五PRI期间，当检测到反射光脉冲320时，TDC测量TOF2 318A并递增直方图中的相应分箱中的对应计数318B。

[0060] 在大量PRI中，可检测到多个光脉冲，这些光脉冲不是发射光脉冲的反射，而是由背景光或SPAD像素的其他假雪崩触发而产生的。甚至对发射光脉冲的实际反射的检测也可显示统计变化。这由在分箱314B中被计数的TOF1 314A和在分箱318B中被计数的第二TOF2 318A来指示。然而，在大量PRI中，发射光脉冲的实际反射的TOF的统计变化可取消，并且可在直方图中产生峰322。峰322可高于不是由于发射光脉冲的反射而产生的所检测光脉冲的背景噪声水平324。然后可将对应于峰322的离散时间子间隔作为TOF并用于获取与对象的范围。

[0061] 结合图2-图3论述的操作涉及单个发射器和单个光感测像素。然而，如前所述，在使用扫描的系统中，发射光脉冲被发射到FOV的一部分中，并且在一些实施方案中，通过FOV的一部分被扫掠或扫描。然后，反射光脉冲将不总是被单个光感测像素接收。如现在将解释的，结合图2-图3所述的操作可适用于使用光感测像素阵列(诸如SPAD像素阵列)来检测和测距。

[0062] 图4示出了使用光发射深度传感器400的检测和测距系统的扫描类型的部件和操作。光发射深度传感器400具有可使用单光子雪崩二极管(SPAD)的光感测像素阵列406(或仅“阵列”和“像素”)。在其他实施方案中，阵列406可使用基于其他技术的光感测像素。

[0063] 所示的特定示例使用线扫描操作402来检测对象的存在并确定对象的范围。执行线扫描操作402的系统包括光发射深度传感器400。光发射深度传感器400包括光发射器404和阵列406(例如，基于SPAD的像素阵列)。光发射器404重复发射由不发射光的时间段分隔的光脉冲序列418。每个光脉冲之间的时间段被称为脉冲重复间隔(PRI)。

[0064] 总体来讲，光脉冲序列418在本文中被称为发射光束410。发射光束410被引导或导向视场(FOV)412(或其一部分)，使得一次仅照明FOV412的一个区段414(例如，一行)。在FOV检测周期期间逐段扫描FOV412的所需部分。FOV检测周期是扫描FOV的整个所需部分所需要的时间段。

[0065] 反射离开FOV 412中的对象和/或场景的光可由将光引导到阵列406上的透镜416接收。阵列406可被配置作为矩形阵列。由于发射光束410为光脉冲序列418，因此反射光可由反射光脉冲的序列构成。如将结合图5A-图5D更详细所述，阵列406中的像素的区段可通过一系列线扫描操作来检测反射光脉冲。每个线扫描操作扫描或读出像素阵列的一个区段中的像素(例如，一列中的两个或三个像素)。当针对一个区段的像素的线扫描操作完成时，可扫描另一区段的像素。在一个实施方案中，下一区段的像素包括先前线扫描操作中的一些像素。在另一个实施方案中，下一区段的像素包括来自先前线扫描操作中的像素的不同像素。该过程可重复，直到已扫描所有像素。

[0066] 在一个实施方案中，光束转向元件408(例如，反射镜)被定位在发射器404的光学路径中，以将光发射器404发射的发射光束410引导至FOV 412。光束转向元件408被配置为控制发射光束410的传播角度和路径，使得一次仅照明FOV 412的一个区段414。

[0067] 在其他实施方案中，诸如先前所提及的固定方向系统，发射光束410可以不同的方式产生和/或转向。例如，光发射器404可包括多个发射器，使得每个发射器朝FOV 412的不同区段发射光。

[0068] 电子定时控制系统(未示出)可在发射每个光脉冲期间去激活阵列中的一些或全部光感测像素，以防止光感测像素饱和或产生假信号。在一些实施方案中，电子定时控制系统然后可将一组定时控制信号发送至光发射器404，以启动或控制光脉冲序列的发射。电子定时控制系统可随后在没有光被发射时向阵列中的一个或多个所选择的像素发送激活信号，使得仅被激活的像素被配置为检测发射光脉冲的反射。

[0069] 图5A示出了示例性阵列500，其包括光感测像素，每行具有H多个像素(其中行在页面上显示为从底部到顶部取向)并且每列具有V多个像素(其中列被显示为在整个页面上取向)。各个光感测像素可使用SPAD检测器，如上所述。阵列500可为光发射深度传感器的一部分，其中发射光脉冲在FOV上方被扫掠，诸如通过结合图4所论述的线扫描系统。光脉冲的发射序列然后可从FOV中的对象反射并形成横跨阵列500进行扫掠的反射脉冲光束。

[0070] 图5A示出了阵列500中的光感测像素的由交叉阴影线指示的子集504。光感测像素的子集504包括在反射光脉冲的光束跨阵列500的一次扫描期间由该光束形成的路径502上的那些光感测像素。由于诸如可由透镜416引起的失真或缺陷，光束的路径502可能不是直的。在一些情况下，路径502可以是至少大约已知的，诸如通过光发射深度传感器的初始校准和同步。

[0071] 对于用发射光束横跨FOV进行扫掠的光发射深度传感器，反射光脉冲的光束可以在多行像素上方从右到左逐步移动，如箭头506所示，其中光束在每个步骤内横跨每行(即，竖直地)进行扫掠。当光束的遍历模式已知时，仅需要激活在光束的预期位置中的那些光感测像素，以接收和检测反射光脉冲。这可允许阵列500减少功率使用，但需要对光束的路径进行定时和位置确定。

[0072] 在一些实施方案中，可通过在阵列500之外进行的处理，来提供对光束在阵列500上的路径502的时间和位置的近似确定。例如，当光发射深度传感器与图4的线扫描系统一起使用时，光束转向元件408(例如，反射镜)的位置和关于透镜416的信息可用于获得对光束将照射到阵列500上的位置的估计。虽然此类外部提供的估计在一些应用和实施方案中可能已足够，但如果能够更准确地确定扫掠光束在特定像素处的到达时间，则可获得与对象的距离的更大精确度。此外，此类外部提供的对路径502的时间和位置的估计可随着对设备的使用而变得有偏差。这可由于部件公差漂移或由于破坏性外部事件(诸如设备的跌落)而发生。

[0073] 除了更准确地确定扫掠光束在特定像素位置处的到达时间之外，还可改变光发射深度传感器的操作，以校正对光束的位置和光束在连续光感测像素处的到达时间的初始估计中的误差。例如，如果透镜416具有缺陷或安装有问题(或在跌落事件期间移位)，则光束的预期路径502可能与初始估计不同。然后可应用补偿。

[0074] 图5B示出了反射光脉冲(包括反射光脉冲510和512)的一系列强度，在光束穿过阵列500的某一行时，在三个连续的光感测像素之间移位位置。在该示例中，期望使用像素N来获得TOF信息506，如上文结合图4所述。为此，像素N将在可预期反射光脉冲降落或照射到该像素上的时间内被激活。因此，在整个线扫描操作中，像素N的激活应当与发射光脉冲的整个序列的对应部分同步。

[0075] 图5C示出了图5B所示的反射光脉冲在穿过像素N时的所接收强度的曲线图。在空间上仅部分地照射到像素N上的反射光脉冲(诸如光脉冲510)仅以小强度518照射到像素N上。当反射光脉冲序列穿过像素N时，更多的光(例如，撞击SPAD的到达光子的数量)以更大的强度520照射到像素N上。当光束直接和/或居中地照射在像素N上时，反射光脉冲以最大强度522照射在像素N上。然后，当光束继续朝向像素N+1横跨行进行扫掠时，所接收到的反射光脉冲照射在像素N上的强度开始下降。

[0076] 图5D示出了在像素N处接收的所接收反射光脉冲强度530(竖直轴线)相对于发射光脉冲的PRI计数(水平轴线)的曲线图。图5D指示PRI数量与接收相应反射光脉冲的像素的协调和/或同步可针对该像素产生更强的直方图峰322信号。该协调需要知道反射光脉冲在像素处的预期在中心时间，即，光束的反射光脉冲被预期直接照射到光感测像素上以产生最大接收强度的时间(诸如根据PRI计数测量的时间)。现在将描述用于获得此类协调的方法和设备。

[0077] 图6示出了具有另外的相关联电路的光感测像素阵列600的具体实施方案的框图。出于论述的目的，阵列600的尺寸被认为是H多行乘V多列。出于要描述的操作的速度和效率的目的，相关联的电路可与阵列600集成，但这不是要求。

[0078] 水平穿过阵列600的反射光脉冲的光束的路径502连同该路径上的光感测像素的子集504如结合图5A所论述。相关联的处理电路被配置为并行处理大小为V的多个列。在所示的示例中，并行处理三行中的像素。该光束可被预期最初水平地扫掠并被预期同时(以一定角度)照射穿过三行。相对于图5B所论述的光束到达特定像素处的定时适用于单个列和三个相邻行内的三个像素612中的每一个像素。这允许在光束的水平扫掠期间在三个像素612上同时执行下文所论述的提前-滞后计算。然后可以使用该计算的平均值。在光束随后横跨后续(竖直移位的)行扫掠时，三个所选择的像素可来自相对于像素612竖直移位的相邻行。在一些实施方案中，随后选择的三个像素可仅仅是从像素612向下移位一行，从而允许对每个像素执行不止一次的操作。这可允许改进光束跟踪的范围检测和/或校正。本领域的技术人员将认识到，可使用除了三个之外的其他数量。

[0079] 与阵列600相关联的是前端电路602，该电路可对每个光感测像素的输出进行检测、放大、缓冲，或执行其他操作。在一些实施方案中，此类电路通常包括模拟部件，诸如放大晶体管或缓冲晶体管。前端电路可包括如上所述的时间到数字转换器，该时间到数字转换器在每个PRI内确定在对应像素处产生输出脉冲的离散时间间隔。

[0080] 相关联的前端电路602可包括或关联电子定时控制系统，该电子定时控制系统自身可与外部锁相回路604相关联。电子定时控制系统可提供与光感测像素相对应的定时信息，诸如每个PRI的开始时间或者下文所论述的提前或滞后时间段的开始时间。电子定时控制系统还可向光感测像素提供激活信号。由电子定时控制系统提供的激活信号可将所选择的一组像素(诸如被光束扫掠的某个行中的像素)配置为能够接收反射光脉冲。例如，激活信号可使得与SPAD相关联的控制晶体管将SPAD置于反向偏置的雪崩区域。

[0081] 前端电路602可与提前-滞后检测器606和存储器608相关联，该存储器可被配置为记录光束所扫掠的路径502中的每个像素形成的直方图。在光束的每次扫掠结束时，通过读出电路610处理结果。该结果可用于确定对象的范围，并且如果需要，可用于操作的调节。在该示例中，提前-滞后检测器606将在光束的单次扫掠期间分析H×3像素。在其他实施方案中，列数和行数均可不同。线扫描操作中的行数可以是阵列600中的行数。

[0082] 图7示出了在扫描FOV的一部分期间使用阵列600的光发射深度传感器的时序图700。在第一数量的区段中扫描FOV(例如，图7中示出了400个区段或行，但在不同实施方案中可使用其他数量的区段)，一个区段针对阵列600中的每一行。对所有区段的扫描发生在具有帧时间(图7中示出了30ms的帧时间，但其他实施方案可使用不同的帧时间)的帧内。消隐间隔702可发生在每个帧结束时以用于读出和其他操作，诸如移动光束转向元件408(例如，反射镜)以进行下一扫描。

[0083] 对于在每个区段中进行的测量，可按恒定PRI发射光脉冲序列。对于第三区段704，相应的PRI在图7的第二行中示出。在所示的示例中，PRI(每一个持续时间为40ns)被从1到N枚举，其中第N个PRI 706后跟消隐间隔。如上文结合图5B所示，在一些实施方案中，在扫描第三区段期间，可改变发射光脉冲的方向，使得在理想情况下，反射光脉冲横跨像素阵列(理想地，阵列600的一列)移动。在其他实施方案中，可使用其他技术诸如调节阵列前方的透镜，使得反射光脉冲横跨像素阵列移动。

[0084] 如图7中的第三行所示，在第三区段的扫描时间708期间，TDC电路为在扫描时间期间被分析的像素的每个组(例如，H×3子阵列)创建直方图。同样在第三扫描时间期间，其他像素被激活(例如，使其准备好接收光脉冲)，并且以其他方式准备好进行下一扫描，如行710中所示。同样在第三扫描时间期间，读出电路610可传输上一扫描的结果，如行712中所示。以这种方式，可通过使操作流水线化来实现效率。

[0085] 图8示出了在理想情况下，在图7的第三扫描中照射到特定像素上的反射光脉冲的强度802的曲线图800。当光束横跨一行中的像素扫掠时，在这种理想的构型中，预期光束将在第3000个PRI居中地并直接地降落到第二像素上。在此之前，预期反射脉冲中的一些将照射到第一像素上。在此之后，光束的反射光脉冲移位到第三像素上。第3000个PRI的时间被称为反射光脉冲在第二像素处的预期在中心时间。

[0086] 因此，为了使用上文结合图3论述的方法来创建在第二像素处接收到的反射光脉冲的TOF值的直方图，位于预期在中心时间之前的第一时间段(提前时间段)和位于预期在中心时间之后的第二时间段(滞后时间段)将被选择。在已准确知道预期在中心时间的理想情况下，可以选择长度与预期在中心时间相等的提前时间段和滞后时间段。提前时间段和滞后时间段无需覆盖强度图802的曲线图的整个宽度，而是可仅覆盖反射脉冲的强度被预期高于某个水平的时间段。在其他实施方案中，提前时间段和滞后时间段可覆盖强度802的曲线图的整个宽度的大部分或全部，但在直方图的形成中或在从直方图确定TOF时，具有更靠近预期在中心时间的时间接近度的反射光脉冲可被赋予更多权重。

[0087] 在一些实施方案中，本文所述的基于在中心时间的方法可容易地适应于另一到达时间，诸如反射光脉冲的预期到达的分布已知的偏离中心时间或分割时间点。例如，在某个偏离中心时间，可预期25％的反射光脉冲将在该偏离中心时间之前到达，并且75％的反射光脉冲将在该偏离中心时间之后到达。如下文所论述的，与预期分布的偏离也可提供用于调节光发射深度传感器的操作的可用信息。

[0088] 该理想情况假定准确了解预期在中心时间。如先前所述，光感测像素阵列外部的源可提供对光束的位置和/或预期在中心时间的初始估计，但这些估计可能不完全准确。现在将描述多个实施方案，该实施方案使用在围绕预期在中心时间的提前时间段和滞后时间段内接收到的反射光脉冲的计数之间的差值，来提高预期在中心时间的精确度。这种改善的精确度可用于增强光束的同步和光感测像素的激活。

[0089] 图9示出了所接收的反射光脉冲和所计数的数量相对于时间轴线900上所示的时间的相关曲线图910。在图9中，附图的底部行示出了在光束的单次扫掠期间反射光脉冲横跨三个相邻像素的理想移动。关于此类移动的细节结合图5B进行了呈现。

[0090] 图9中的顶部曲线图示出了在像素N(目标像素)处接收到的脉冲相对于时间轴线910的示例。预期在中心时间908已被初始估计，诸如通过阵列外部的源。围绕预期在中心时间908的时间被三个停留时间间隔906A-906C横跨。每个停留时间间隔覆盖固定数量的PRI；
在所示的示例中，每个停留时间间隔包括2083个PRI。第一停留时间间隔906A在行904中覆盖从PRI计数(CNT)的开始起的初始2083个PRI。第二停留时间间隔906B被划分为在预期在中心时间908之前和之后具有(几乎)相等数量(1041)的PRI。第三停留时间906C覆盖从第二停留时间间隔906B的结束到结束的最终2083个PRI。

[0091] 图9中相对于时间的第二曲线图示出了每个停留时间间隔中的PRI计数。该计数针对每个停留时间间隔重新开始。图9中相对于时间的顶部曲线图示出了在像素N处接收到的反射光脉冲的实际序列。在实际情况中，并非所有发射脉冲都必然产生在像素N处检测到的反射脉冲。

[0092] 图9中相对于时间的第三曲线图示出了向上-向下CNT(计数)914。向上-向下CNT 914记录在像素N处检测到的光脉冲的数量在光脉冲实际被检测到时的初始增加计数。所检测光脉冲可以是所需的反射光脉冲或背景/噪声光脉冲。计数增加从第一停留时间间隔
906A的开始而开始，并且继续穿过第二停留时间间隔906B的前一半，到预期在中心时间908处结束。由于在一些PRI中可能不会发生像素N对光脉冲的检测，因此该计数可在多个PRI中保持恒定，如计数具有值4的间隔的较大持续时间所指示的。

[0093] 在预期在中心时间908之后，对于在像素N处检测到的每个光脉冲，向上-向下CNT 914中的值减小一。在一些实施方案中，计数减小时间段的持续时间可等于计数增加时间段的持续时间。在所示的示例中，这是停留时间间隔中的PRI数量的1.5倍。应当指出的是，在像素N处检测到的脉冲的数量的单独计数可被保持在单独的存储器位置，该单独的存储器位置用于在中心时间908之前检测到的光脉冲的数量和在计数减小时间段内检测到的光脉冲的数量。因此，存在位于预期在中心时间之前的第一时间段(提前时间段)，在该时间段内，在像素N处检测到的所检测光脉冲的第一数量E被计数；以及位于预期在中心时间之后的第二时间段(滞后时间段)，在该时间段内，在像素N处检测到的反射脉冲的第二数量L被计数。当提前时间段和滞后时间段跨越大量PRI时，由E和L记录的统计上显著数量的所检测光脉冲可能更有可能来自反射光脉冲。

[0094] 第一数量E和第二数量L之间在统计上较大的差值(或它们的差值E-L)指示预期在中心时间最初是不正确的。例如，较大的第二计数数量L指示更多的反射光脉冲是在滞后时间段被检测到的。由此可以推断，移位脉冲波在提前时间段内更多地照射在像素N-1上，并且在滞后时间段内仅更多地被移位到像素N上。

[0095] 图10示出了曲线图1000，其中在提前时间段内的计数和在滞后时间段内的计数之间的差值(即，E-L的值)随着光束相对于该光束在预期在中心时间在光感测像素处被正确居中时的偏移而变化。水平轴线表示任意单位，具体取决于偏移量。在所示的试验性测量中，偏移测量光束相对于该光束在测量像素上被直接居中时的角度(以千分之一弧度为单位)。由于测量中的缺陷，曲线图1000被示出为具有标准偏离误差条1010。

[0096] 然后，第一数量E和第二数量L之间在统计上较大的差值可被用作整体调节光发射深度传感器的一项或多项操作的指示符。调节包括调节光脉冲的发射方向或取向，或者改变聚焦机构，使得反射脉冲围绕预期在中心时间对称地横跨被激活的像素进行扫掠。可使用的其他调节包括针对其他像素改变预期在中心时间，或者改变提前时间段或滞后时间段的开始时间或持续时间。还可进行其他调节。

[0097] 调节操作的一种方法是使用所测量的E-L值作为反馈，以更新为像素提供的光束的预期在中心时间。这相当于相对于扫掠时间来更新光束在阵列上的预期位置。在其他实施方案中，调节可在用于每个像素的提前时间段和滞后时间段的开始处使用更新选择。

[0098] 在一些情况下，使用E值和L值(或它们的差值)来调节光发射深度传感器的操作可能不是有利的。像素的TOF值的直方图可表明对象离发射器非常近或非常远。在前一种情况下，由于光脉冲在光感测像素(诸如SPAD像素)充电时到达，所接收的反射光脉冲的数量可能存在较大的统计变化。在后一种情况下，在提前时间段和滞后时间段中的每一者内所接收到的反射光脉冲可能非常少，使得它们之间的差值可能在统计上无效。因此，仅当所确定的距离超过第一阈值距离并且在第二阈值距离内时，才可应用对光发射深度传感器的操作的调节。

[0099] 因为可针对光束的扫掠中的每个像素对E值和L值进行连续计数，所以可使用针对一个像素的所检测到的偏移作为反馈来调节(例如)提供给在扫描中较晚的另一像素的预期在中心时间。该调节还可包括改变提前时间段或滞后时间段的持续时间或开始时间，改变反射光在阵列上的聚焦，或其他操作。

[0100] 图11示出了反馈回路1100，该反馈回路可用于提供对光束在其他像素处的位置和/或预期在中心时间的动态更新的估计。

[0101] 获得针对第一像素的初始预测光束位置(等同地，预期在中心时间)。在框1104中，确定E-L差值。在一些实施方案中，针对多个像素获得E-L测量并取平均值1106。然后，可使E-L平均值通过低通滤波器1108进行平滑以去除噪声。然后将低通滤波器的输出乘以增益1110，并且作为闭环反馈1112提供给输入预测。在初始沉降之后，经更新的预测光束位置将更准确地跟踪扫掠过程中的实际光束位置。

[0102] 图12为方法1200的流程图，该方法可由光发射深度传感器用于对视场中的一个或多个对象进行检测和测距。光发射深度传感器可包括光发射器诸如脉冲激光发射器，和光感测像素阵列。其他部件可包括用于发射光的控制机构，以及用于将反射光脉冲从视场中的对象引导到阵列上的另一个控制机构。

[0103] 在阶段1202处，光脉冲序列被光发射器发射到视场中。发射可遵循线扫描模式，并且可由通过脉冲重复间隔分开的激光脉冲组成。

[0104] 在阶段1204处，来自对象的一部分的光脉冲的反射在光感测像素阵列的某个像素处被接收到。该像素可由光发射深度传感器激活，使得在预期在中心时间，在该预期在中心时间之前和之后在该像素处接收到的反射光脉冲的数量大致相等。在预期在中心时间，所接收到的反射光脉冲可具有最大强度。

[0105] 在阶段1206处，在位于预期在中心时间之前的第一时间段内，对在像素处接收到的反射脉冲的第一数量进行计数。该第一数量可包括由除了发射光脉冲的反射之外的光脉冲生成的背景脉冲。另选地，第一数量可以是在去除所测量的背景水平的脉冲之后所检测光脉冲的数量。

[0106] 在阶段1208处，在位于预期在中心时间之后的第二时间段内，对在像素处接收到的反射脉冲的第二数量进行计数。该第二数量可包括通过除了发射脉冲的反射之外的其他方式生成的背景脉冲，或者可以是在去除所测量的背景水平的脉冲之后的脉冲的数量。

[0107] 在阶段1210处，基于第一数量和第二数量，或第一数量和第二数量之间的差值，可对光发射深度传感器的操作进行调节。

[0108] 图13示出了可与上述方法和设备一起使用的示例性电路1300的框图。三个光感测像素——1302、1304和1306——可来自相同的列但邻近的行，如上所述，以实现处理的重叠。这三个光感测像素可接收可控的提前/滞后计数范围值1308。用于每个光感测像素的E-L向上-向下计数器1312由外部信号触发，以控制计数的方向以及是否在该光感测像素的直方图中登记计数。在计数时间段结束时，这三个光感测像素的直方图1310可用于确定TOF。为了存储器效率，每个光感测像素的直方图可通过可用于存储E-L差值的一个存储器分箱来扩展。

[0109] 图14示出了另一组实施方案，该实施方案针对可如何使用光检测器中的光感测像素阵列来检测反射光脉冲在光发射深度传感器中的预期位置中的偏移。可实现该实施方案的系统的示例包括线扫描系统诸如LIDAR系统，以及具有沿固定方向发射光脉冲的多个发射器的系统。图14示出了使用光感测像素的2×2子阵列来检测偏移的实施方案。此类2×2子阵列可以是光发射深度传感器内的光感测像素的全阵列的一部分。对于本领域的技术人员将显而易见的是，本文所述的方法和系统可应用于其他尺寸(诸如3×3、4×4)的子阵列，或可应用于具有不同行和列尺寸的子阵列。

[0110] 2×2子阵列在光束接收的理想情况1402中示出，并且在非理想情况1404中示出。2×2子阵列可以是专用于检测反射光束的偏移的子阵列。例如，2×2子阵列可位于全阵列的边缘上，其中线扫描系统中的反射光束在全阵列的某个列(或行)中开始遍历。这可允许在反射光束遍历全阵列之前校正反射光束的任何检测到的偏移。除此之外和/或另选地，当反射光束在整个阵列中移动时，可从全阵列中动态地选择2×2子阵列，以便为光发射深度传感器系统的操作提供持续调节。

[0111] 在理想情况1402下，在预期的时间，反射脉冲1406的光束被引导为照射2×2子阵列的中心。就3×3子阵列而言，在理想情况下，在预期的时间，反射脉冲的光束可被引导为照射中心光感测像素。在包括多个PRI的计数时间间隔内，对由每个光感测像素检测到的反射光脉冲的相应数量进行计数。在理想情况下，由于反射光脉冲的光束被正确地定位在阵列的中心处，因此所检测反射光脉冲1410的数量应几乎相等，其中与精确数量的偏离在预期的统计变化内。

[0112] 在不理想情况1404下，在光束被预期处于阵列中心的预期时间，反射脉冲1408的光束实际上被引导至偏离阵列中心的位置。因此，光感测像素的所检测到的反射光脉冲1412的计数对相等性的偏离量超过可由统计变化解释的量。因此，可确定光束的偏移并进行调节。调节包括但不限于修改发射光束的方向，改变透镜(诸如透镜416)的聚焦控制机构，或调节关于每个光感测像素的计数时间段的定时。

[0113] 在一些实施方案中，诸如在使用多个发射光束的那些实施方案中，可为每个所接收的光束激活多个不同的像素子阵列。例如，在一些实施方案中，可在感测期间从全阵列中选择多个M×N活动子阵列，其中活动子阵列由具有非活动像素的Y×N尺寸和M×X尺寸的子阵列分隔。如果活动子阵列的光感测像素中所接收光脉冲的数量的预期分布已检测到与预期的偏离，则可对光感测深度传感器进行整体调节。除此之外和/或另选地，可通过控制电路调节全阵列内所选择的活动子阵列的位置，使得活动子阵列与所接收的光束更好地对准。

[0114] 图15是方法1500的流程图，该方法用于确定到达光感测像素(诸如基于SPAD的像素，或基于其他技术的那些像素)的全阵列的反射光脉冲光束的偏移。

[0115] 在该方法的阶段1502处，从全阵列的光感测像素中选择光感测像素的一个(或多个)子阵列。如上所述，所选择的光感测像素子阵列可以是用于确定反射光脉冲光束的偏移的专用子阵列，或者可以动态选择。

[0116] 在阶段1504处，在计数时间段内，对在每个像素中检测到的光脉冲的数量进行计数。在一些实施方案中，计数可对一些检测到的光脉冲进行加权，以提供比其他检测到的光脉冲更大的计数。一些实施方案可减去所检测到的光脉冲的背景量，使得每个像素的计数更准确地估计所接收的反射光脉冲的数量。

[0117] 在阶段1506处，对在计数时间段内获得的计数进行比较，以确定反射脉冲的光束的位置是否存在偏移。如果确定无偏移，则不需要应用任何校正。但是，当发现偏移时，可应用补偿校正。例如，可对发射器发出脉冲的方向进行改变，或者可对接收系统进行改变。

[0118] 为了说明的目的，前述描述使用具体命名以提供对所述实施方案的彻底理解。然而，对于本领域的技术人员而言将显而易见的是，实践所述实施方案不需要这些具体细节。因此，出于举例说明和描述的目的，呈现了对本文所述的具体实施方案的前述描述。它们并非旨在是穷举性的或将实施方案限制到所公开的精确形式。对于本领域的普通技术人员而言将显而易见的是，根据上述教导内容，许多修改和变型是可能的。

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