特表 2024-527440 レーザーレーダーのためのデータ処理方法及びレーザーレーダー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-24

(54)【発明の名称】レーザーレーダーのためのデータ処理方法及びレーザーレーダー

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/4865 20200101AFI20240717BHJP

【ＦＩ】

G01S7/4865

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024525756

(86)(22)【出願日】2022-03-17

(85)【翻訳文提出日】2024-01-15

(86)【国際出願番号】 CN2022081303

(87)【国際公開番号】W WO2023284317

(87)【国際公開日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】202110806406.9

(32)【優先日】2021-07-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519434972

【氏名又は名称】上海禾賽科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】Ｈｅｓａｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ．２ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ，Ｎｏ．４６８ ＸｉｎＬａｉ Ｒｏａｄ，Ｊｉａｄｉｎｇ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ，Ｓｈａｎｇｈａｉ，Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】▲許▼ ▲帥▼▲騎▼

(72)【発明者】

【氏名】▲楊▼ 晋

(72)【発明者】

【氏名】章 洪燕

(72)【発明者】

【氏名】向 少▲卿▼

【テーマコード（参考）】

5J084

【Ｆターム（参考）】

5J084AA05

5J084AD01

5J084AD03

5J084BA03

5J084BA36

5J084BA40

5J084CA03

5J084CA32

5J084EA04

(57)【要約】

初期探知ウィンドウを用いてｋ回の探知走査を行い、第１組の探知データとしてｋ回の探知走査の結果を取得し、ここでｋが整数であり、ｋ≧１であるステップＳ１０１と、第１組の探知データに基づいて、エコーパルス到達時刻の初期探知ウィンドウにおける位置を確定するステップＳ１０２と、エコーパルスの位置に応じて探知ウィンドウを調整し、調整した探知ウィンドウがエコーパルスの位置を含むとともに初期探知ウィンドウよりも小さくなるようにするステップＳ１０３と、調整した探知ウィンドウを用いてｎ回の探知走査を行い、第２組の探知データとしてｎ回の探知走査の結果を取得し、ここでｎが整数であり、ｎ≧１であるステップＳ１０４と、第１組の探知データ及び第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定するステップＳ１０５と、を含む、レーザーレーダーのためのデータ処理方法（１００）を提供する。レーザーレーダー及びコンピュータ可読記憶媒体を更に提供する。これにより、障害物のデータのみを精密に記憶し、元の信号を圧縮するとともに元の信号の波形を保存し、比較的少ない記憶空間を使用する上で、より高精度のレンジング能力が得られる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザーレーダーのためのデータ処理方法であって、前記データ処理方法は、
初期探知ウィンドウを用いてｋ回の探知走査を行い、第１組の探知データとして前記ｋ回の探知走査の結果を取得し、ここでｋが整数であり、ｋ≧１であるステップＳ１０１と、
前記第１組の探知データに基づいて、エコーパルス到達時刻の前記初期探知ウィンドウにおける位置を確定するステップＳ１０２と、
エコーパルスの位置に応じて探知ウィンドウを調整し、前記調整した探知ウィンドウが前記エコーパルスの位置を含むとともに前記初期探知ウィンドウよりも小さくなるようにするステップＳ１０３と、
前記調整した探知ウィンドウを用いてｎ回の探知走査を行い、第２組の探知データとして前記ｎ回の探知走査の結果を取得し、ここでｎが整数であり、ｎ≧１であるステップＳ１０４と、
前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データに基づいて、又は前記第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定するステップＳ１０５と、
を含む、データ処理方法。

【請求項2】

前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データは、探知走査において取得した時間情報及び前記時間情報に対応する強度情報を含み、前記ステップＳ１０２は、
前記第１組の探知データに基づいて第１のヒストグラムを生成するステップと、
前記第１のヒストグラムにおいて、振幅の最大値に対応する時刻を前記エコーパルスの位置として確定し、又は振幅が予め設定した閾値を超えた時間範囲を前記エコーパルスの位置として確定するステップと、
を更に含む、請求項１に記載のデータ処理方法。

【請求項3】

前記ステップＳ１０３は、前記エコーパルスの位置を中心として、前記探知ウィンドウを調整するステップを更に含む、請求項１に記載のデータ処理方法。

【請求項4】

前記初期探知ウィンドウの範囲は、前記レーザーレーダーの予め設定した最大探知距離に関連し、前記ステップＳ１０４は、前記調整した探知ウィンドウの範囲外の探知データを記憶しないか、又は前記調整した探知ウィンドウの範囲外に受信ユニットをオフにし、探知を実行しないステップを更に含む、請求項１に記載のデータ処理方法。

【請求項5】

前記ステップＳ１０５は、前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定し、且つ前記第２組の探知データに基づいて、前記目標物の距離及び／又は反射率を校正するステップを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のデータ処理方法。

【請求項6】

前記第１組の探知データ及び第２組の探知データは、第１の記憶方式又は第２の記憶方式によって記憶され、ここで前記第１の記憶方式は、第１の時間精度で前記時間情報の重みに応じて記憶することを含み、前記第２の記憶方式は、前記レーザーレーダーの時間分解能に応じて記憶することを含み、ここで前記第１の時間精度は、前記時間分解能のｍ倍であり、且つｍ＞１である、請求項１に記載のデータ処理方法。

【請求項7】

前記第１組の探知データは、前記第１の記憶方式に従って記憶され、前記第２組の探知データは、前記第２の記憶方式に従って記憶される、請求項６に記載のデータ処理方法。

【請求項8】

前記重みは、第１の重み及び第２の重みを含み、前記第１の重みは、前記時間情報とその一方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、前記第２の重みは、前記時間情報とその他方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、前記第１の記憶方式は、第１の時間精度で、それぞれ前記第１の重み及び第２の重みに応じて前記強度情報を記憶することを含む、請求項６又は請求項７に記載のデータ処理方法。

【請求項9】

前記ｋ回の探知走査及びｎ回の探知走査はともに、３次元環境中の１点に対する１回の探知を完成し、ｋ＞ｎである、請求項１から４のいずれか一項に記載のデータ処理方法。

【請求項10】

複数回の探知走査を実行するために３次元環境にレーザーパルスを発射できるように設定される発射ユニットと、
前記レーザーパルスが目標物において反射されたエコーパルスを受信し、且つ前記エコーパルスを電気信号に変換するように設定される受信ユニットと、
探知データを確定するために、前記発射ユニット及び前記受信ユニットに結合された時間デジタル変換器と、
前記時間デジタル変換器に結合されており、前記探知データを記憶するように設定されるメモリと、
前記時間デジタル変換器及びメモリに結合された処理ユニットであって、
前のｋ回の探知走査について、初期探知ウィンドウ内の第１組の探知データを取得して記憶し、ここでｋが整数であり、ｋ≧１であるステップＳ２０１と、
前記第１組の探知データに基づいて、エコーパルス到達時刻の前記初期探知ウィンドウにおける位置を確定するステップＳ２０２と、
エコーパルスの位置に応じて探知ウィンドウを調整し、前記調整した探知ウィンドウが前記エコーパルスの位置を含むとともに前記初期探知ウィンドウよりも小さくなるようにするステップＳ２０３と、
後のｎ回の探知走査について、前記調整した探知ウィンドウ内の第２組の探知データを取得して記憶し、ここでｎが正数であり、ｎ≧１であるステップＳ２０４と、
前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データに基づいて、又は前記第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定するステップＳ２０５と、の操作を実行する処理ユニットと、
を備える、レーザーレーダー。

【請求項11】

前記探知データは、探知走査ごとに取得した時間情報及び前記時間情報に対応する強度情報を含み、前記ステップＳ２０２は、
前記第１組の探知データに基づいて第１のヒストグラムを生成するステップと、
前記第１のヒストグラムにおいて、振幅の最大値に対応する時刻を前記エコーパルスの位置として確定し、又は振幅が予め設定した閾値を超えた時間範囲を前記エコーパルスの位置として確定するステップと、を更に含む、請求項１０に記載のレーザーレーダー。

【請求項12】

前記ステップＳ２０３は、前記エコーパルスの位置を中心として、前記探知ウィンドウを調整するステップを含む、請求項１０に記載のレーザーレーダー。

【請求項13】

前記初期探知ウィンドウの範囲は、前記レーザーレーダーの予め設定した最大探知距離に関連し、前記ステップＳ２０４は、前記調整した探知ウィンドウの範囲外の探知データを記憶しないか、又は前記調整した探知ウィンドウの範囲外に前記受信ユニットをオフにし、探知を実行しないステップを更に含む、請求項１０に記載のレーザーレーダー。

【請求項14】

前記ステップＳ２０５は、前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定し、且つ前記第２組の探知データに基づいて、前記目標物の距離及び／又は反射率を校正するステップを含む、請求項１０から１３のいずれか一項に記載のレーザーレーダー。

【請求項15】

前記第１組の探知データ及び第２組の探知データは、第１の記憶方式又は第２の記憶方式によって記憶され、ここで前記第１の記憶方式は、第１の時間精度で前記時間情報の重みに応じて記憶することを含み、前記第２の記憶方式は、前記レーザーレーダーの時間分解能に応じて記憶することを含み、ここで前記第１の時間精度は、前記時間分解能のｍ倍であり、且つｍ＞１である、請求項１０に記載のレーザーレーダー。

【請求項16】

前記第１組の探知データは、前記第１の記憶方式に従って記憶され、前記第２組の探知データは、前記第２の記憶方式に従って記憶される、請求項１５に記載のレーザーレーダー。

【請求項17】

前記重みは、第１の重み及び第２の重みを含み、前記第１の重みは、前記時間情報とその一方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、前記第２の重みは、前記時間情報とその他方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、前記第１の記憶方式は、第１の時間精度で、それぞれ前記第１の重み及び第２の重みに応じて前記強度情報を記憶することを含む、請求項１５又は請求項１６に記載のレーザーレーダー。

【請求項18】

前記受信ユニットは、単一光子アバランシェダイオードアレイを含み、前記探知データは、前記単一光子アバランシェダイオードアレイが光子によって励起される時間及び励起された単一光子アバランシェダイオードの数を含む、請求項１０から１３のいずれか一項に記載のレーザーレーダー。

【請求項19】

プロセッサによって実行されると、請求項１から９のいずれか一項に記載のデータ処理方法が実施されるコンピュータ実行可能コマンドが記憶されている、コンピュータ可読記憶媒体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、光電探知分野に関し、特にレーザーレーダーのためのデータ処理方法及びレーザーレーダーに関する。

【背景技術】

【0002】

レーザーレーダーは、レーザービームを発して目標の位置、速度等の特徴量を探知するレーダーシステムであり、レーザー技術と光電探知技術を組み合わせた先進的な探知方式である。レーザーレーダーは分解能が高く、秘匿性が高く、アクティブ干渉防止性能が高く、低空探知性能に優れ、小型且つ軽量である等の強みがあるため、自動運転、交通通信、無人航空機、知能ロボット、資源探査等の分野に広く用いられている。

【0003】

レーザーレーダーは、通常、複数の探知チャネルを含み、それぞれの探知チャネルは、例えば、１つ又は複数のレーザー及び１つ又は複数の探知器を備え、１つのレーザーが探知レーザービームを発すると、その探知視野に対応する探知器は、予め設定した時間ウィンドウ内にオン又はアクティブ化され、エコーを探知できる状態になる。エコーが完全に探知されることを確保できるために、通常、時間ウィンドウを大きく設定し、例えば、レーザーレーダーの最大探知距離に応じて時間ウィンドウを設定する。しかし、実際の作動中に、探知器は非常に狭い時間範囲内にのみエコーを受信し、当該時間範囲の時間ウィンドウに占める割合が少ないため、当該時間ウィンドウのほとんどの時間において、探知器は有効なエコーではなく、周囲の雑音又は干渉信号を受信した。受信したエコー、周囲の雑音及び干渉信号は、いずれも信号処理回路によってサンプリングされ、記憶される。したがって、既存のレーザーレーダーの記憶及びレンジング方法では、非常に大きな容量を持つメモリが必要となり、且つ極めて多くの記憶空間が消費される。特に遠距離探知能力を向上させるために、１フレームの点群を取得するのに、繰り返して測定する回数を増加させなければならず、このようにして記憶空間への要求も高まっている。

【0004】

背景技術部分の内容は、開示者に知られている技術に過ぎず、当然ながら、本分野の従来技術を代表するものではない。

【発明の概要】

【0005】

従来技術の少なくとも１つの欠点を鑑みて、本発明は、
初期探知ウィンドウを用いてｋ回の探知走査を行い、第１組の探知データとして前記ｋ回の探知走査の結果を取得し、ここでｋが整数であり、ｋ≧１であるステップＳ１０１と、
前記第１組の探知データに基づいて、エコーパルス到達時刻の前記初期探知ウィンドウにおける位置を確定するステップＳ１０２と、
エコーパルスの位置に応じて探知ウィンドウを調整し、前記調整した探知ウィンドウが前記エコーパルスの位置を含むとともに前記初期探知ウィンドウよりも小さくなるようにするステップＳ１０３と、
前記調整した探知ウィンドウを用いてｎ回の探知走査を行い、第２組の探知データとして前記ｎ回の探知走査の結果を取得し、ここでｎが整数であり、ｎ≧１であるステップＳ１０４と、
前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データに基づいて、又は前記第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定するステップＳ１０５と、を含む、レーザーレーダーのためのデータ処理方法を提供する。

【0006】

本発明の一態様によれば、ここで前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データは、探知走査において取得した時間情報及び前記時間情報に対応する強度情報を含み、前記ステップＳ１０２は、
前記第１組の探知データに基づいて第１のヒストグラムを生成するステップと、
前記第１のヒストグラムにおいて、振幅の最大値に対応する時刻を前記エコーパルスの位置として確定し、又は振幅が予め設定した閾値を超えた時間範囲を前記エコーパルスの位置として確定するステップと、を更に含む。

【0007】

本発明の一態様によれば、ここで前記ステップＳ１０３は、前記エコーパルスの位置を中心として、前記探知ウィンドウを調整するステップを更に含む。

【0008】

本発明の一態様によれば、ここで前記初期探知ウィンドウの範囲は、前記レーザーレーダーの予め設定した最大探知距離に関連し、前記ステップＳ１０４は、前記調整した探知ウィンドウの範囲外の探知データを記憶しないか、又は前記調整した探知ウィンドウの範囲外に受信ユニットをオフにし、探知を実行しないステップを更に含む。

【0009】

本発明の一態様によれば、ここで前記ステップＳ１０５は、前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定し、且つ前記第２組の探知データに基づいて、前記目標物の距離及び／又は反射率を校正するステップを含む。

【0010】

本発明の一態様によれば、前記第１組の探知データ及び第２組の探知データは、第１の記憶方式又は第２の記憶方式によって記憶され、ここで前記第１の記憶方式は、第１の時間精度で前記時間情報の重みに応じて記憶することを含み、前記第２の記憶方式は、前記レーザーレーダーの時間分解能に応じて記憶することを含み、ここで前記第１の時間精度は、前記時間分解能のｍ倍であり、且つｍ＞１である。

【0011】

本発明の一態様によれば、ここで前記第１組の探知データは、前記第１の記憶方式に従って記憶され、前記第２組の探知データは、前記第２の記憶方式に従って記憶される。

【0012】

本発明の一態様によれば、ここで前記重みは、第１の重み及び第２の重みを含み、前記第１の重みは、前記時間情報とその一方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、前記第２の重みは、前記時間情報とその他方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、前記第１の記憶方式は、第１の時間精度で、それぞれ前記第１の重み及び第２の重みに応じて前記強度情報を記憶することを含む。

【0013】

本発明の一態様によれば、ここで前記ｋ回の探知走査及びｎ回の探知走査はともに、３次元環境中の１点に対する１回の探知を完成し、ｋ＞ｎである。

【0014】

本発明は、
複数回の探知走査を実行するために３次元環境にレーザーパルスを発射できるように設定される発射ユニットと、
前記レーザーパルスが目標物において反射されたエコーパルスを受信し、且つ前記エコーパルスを電気信号に変換するように設定される受信ユニットと、
探知データを確定するために、前記発射ユニット及び前記受信ユニットに結合された時間デジタル変換器と、
前記時間デジタル変換器に結合されており、前記探知データを記憶するように設定されるメモリと、
前記時間デジタル変換器及びメモリに結合された処理ユニットであって、
前のｋ回の探知走査について、初期探知ウィンドウ内の第１組の探知データを取得して記憶し、ここでｋが整数であり、ｋ≧１であるステップＳ２０１と、
前記第１組の探知データに基づいて、エコーパルス到達時刻の前記初期探知ウィンドウにおける位置を確定するステップＳ２０２と、
エコーパルスの位置に応じて探知ウィンドウを調整し、前記調整した探知ウィンドウが前記エコーパルスの位置を含むとともに前記初期探知ウィンドウよりも小さくなるようにするステップＳ２０３と、
後のｎ回の探知走査について、前記調整した探知ウィンドウ内の第２組の探知データを取得して記憶し、ここでｎが正数であり、ｎ≧１であるステップＳ２０４と、
前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データに基づいて、又は前記第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定するステップＳ２０５と、の操作を実行する処理ユニットと、を備える、レーザーレーダーを更に提供する。

【0015】

本発明の一態様によれば、ここで前記探知データは、探知走査ごとに取得した時間情報及び前記時間情報に対応する強度情報を含み、前記ステップＳ２０２は、
前記第１組の探知データに基づいて第１のヒストグラムを生成するステップと、
前記第１のヒストグラムにおいて、振幅の最大値に対応する時刻を前記エコーパルスの位置として確定し、又は振幅が予め設定した閾値を超えた時間範囲を前記エコーパルスの位置として確定するステップと、を更に含む。

【0016】

本発明の一態様によれば、ここで前記ステップＳ２０３は、前記エコーパルスの位置を中心として、前記探知ウィンドウを調整するステップを含む。

【0017】

本発明の一態様によれば、ここで前記初期探知ウィンドウの範囲は、前記レーザーレーダーの予め設定した最大探知距離に関連し、前記ステップＳ２０４は、前記調整した探知ウィンドウの範囲外の探知データを記憶しないか、又は前記調整した探知ウィンドウの範囲外に前記受信ユニットをオフにし、探知を実行しないステップを更に含む。

【0018】

本発明の一態様によれば、ここで前記ステップＳ２０５は、前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定し、且つ前記第２組の探知データに基づいて、前記目標物の距離及び／又は反射率を校正するステップを更に含む。

【0019】

本発明の一態様によれば、前記第１組の探知データ及び第２組の探知データは、第１の記憶方式又は第２の記憶方式によって記憶され、ここで前記第１の記憶方式は、第１の時間精度で前記時間情報の重みに応じて記憶することを含み、前記第２の記憶方式は、前記レーザーレーダーの時間分解能に応じて記憶することを含み、ここで前記第１の時間精度は、前記時間分解能のｍ倍であり、且つｍ＞１である。

【0020】

本発明の一態様によれば、ここで前記第１組の探知データは、前記第１の記憶方式に従って記憶され、前記第２組の探知データは、前記第２の記憶方式に従って記憶される。

【0021】

本発明の一態様によれば、ここで前記重みは、第１の重み及び第２の重みを含み、前記第１の重みは、前記時間情報とその一方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、前記第２の重みは、前記時間情報とその他方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、前記第１の記憶方式は、第１の時間精度で、それぞれ前記第１の重み及び第２の重みに応じて前記強度情報を記憶することを含む。

【0022】

本発明の一態様によれば、ここで前記受信ユニットは、単一光子アバランシェダイオードアレイを含み、前記探知データは、前記単一光子アバランシェダイオードアレイが光子によって励起される時間及び励起された単一光子アバランシェダイオードの数を含む。

【0023】

本発明は、更に、プロセッサによって実行されると、上記のデータ処理方法が実施されるコンピュータ実行可能コマンドが記憶されている、コンピュータ可読記憶媒体に関する。

【0024】

本発明の技術的解決手段では、障害物のデータのみを精密に記憶することにより、元の信号を圧縮するとともに、元の信号のパルス波形を保存することができ、比較的少ない記憶空間を基礎に、より高精度のレンジング能力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

本開示の一部を構成する図面は、本開示を更に理解するために提供されるものであり、本開示の例示的な実施例及びその説明は本開示を解釈するためのものであり、本開示を不当に限定するものではない。図面の説明を次に記載する。

【図1】レーザーレーダーの複数回の探知走査プロセスにおける単一光子アバランシェダイオードのトリガー模式図である。

【図2】レーザーレーダーが複数回探知走査して累積してなるヒストグラムである。

【図3】本発明の一実施例のデータ処理方法のフローチャートである。

【図4】本発明の一実施例のレーザーレーダーの探知モジュールを示す図である。

【図5】従来技術によるデータ記憶方法の模式図である。

【図6】本発明の好ましい一実施例の記憶方式の模式図である。

【図7】本発明の好ましい一実施例の記憶方式の模式図である。

【図8】本発明の一実施例の記憶効果の模式図である。

【図9】本発明の一実施例のデータ処理方法の模式図である。

【図10】本発明の一実施例のレーザーレーダーのモジュール図である。

【図11】本発明の一実施例のデータ処理方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下において、いくつかの例示的な実施例のみを簡単に説明する。当業者であれば認識できるように、本発明の趣旨又は範囲から逸脱することなく、説明された実施例を様々な方式で修正することが可能である。したがって、図面及び説明は、限定的なものではなく、実質的に例示的なものであると考えられる。

【0027】

本発明の記述では、理解すべきところとして、用語の「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」、「逆時計回り」等で示す方位又は位置関係は、図面に基づくものであり、本発明を容易に説明し記述を簡略化するためのものに過ぎず、記載される装置又は素子は必ず特定の方位を有したり、特定の方位で構成、操作されたりすることを明示又は暗示するものではないため、本発明を限定するものと理解してはならない。また、用語の「第１」、「第２」は、目的を説明するためのものに過ぎず、相対的重要性を明示又は暗示したり、説明される技術的特徴の数を暗示したりするものと理解してはならない。したがって、「第１」、「第２」と限定される特徴は１つ又は複数の前記特徴を含むことを明示又は暗示することが可能である。本発明の記述では、明確且つ具体的に限定しない限り、「複数」は２つ又は２つ以上を意味する。

【0028】

本発明の記述では、説明すべきところとして、別に明確に規定、限定しない限り、用語の「取り付ける」、「連結する」、「接続する」を広義的に理解すべきである。例えば、固定的に接続してもよく、取り外し可能に接続してもよく、又は、一体的に接続してもよい。機械的に接続してもよく、電気的に接続してもよく、又は、相互に通信してもよい。直接接続してもよく、更に中間媒介を介して間接的に接続してもよく、２つの素子の内部の連通又は２つの素子の相互作用の関係であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて上記用語の本発明での具体的な意味を理解してもよい。

【0029】

本発明においては、別に明確に規定、限定しない限り、第１特徴が第２特徴の「上」又は「下」にあるというのは、第１と第２特徴が直接接触する場合を含んでもよいし、第１と第２特徴が直接接触せず、それらの間の別の特徴を介して接触する場合を含んでもよい。また、第１特徴が第２特徴の「上」、「上方」及び「上面」にあるというのは、第１特徴が第２特徴の真上及び斜め上方にある場合を含み、又はただ第１特徴の水平高さが第２特徴より高いことを意味する。第１特徴が第２特徴の「下」、「下方」及び「下面」にあるというのは、第１特徴が第２特徴の真上及び斜め上方にある場合を含み、又はただ第１特徴の水平高さが第２特徴より低いことを意味する。

【0030】

以下の開示は、本発明の異なる構造を実現するために、非常に多くの異なる実施形態又は例を提供する。本発明の開示を簡略化するために、以下において、特定の例の部品及び配置を説明する。当然ながら、それらは例示的なものに過ぎず、本発明を制限することを目的とするものではない。また、本発明は、異なる例において参照数字及び／又は参照アルファベットを重複することができ、このような重複は簡略化及び明確化のためのものであり、それ自体は検討された各種の実施形態及び／又は配置の間の関係を示すものではない。なお、本発明は各種の特定のプロセス及び材料の例を提供するが、当業者であれば、他のプロセスの応用及び／又は他の材料の使用を想到し得る。

【0031】

単一光子アバランシェダイオード（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｄｉｏｄｅ，ＳＰＡＤ）は、ガイガーモードの状態で作動し、単一光子検出を実行できるアバランシェフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ，ＡＰＤ）である。光子検出プロセスは、具体的には以下のとおりである。アバランシェフォトダイオードに所定の逆方向バイアスＶｂｉａｓを印加し、エネルギーを持つ光子がＰ－Ｎ接合に入射し、エネルギーが共有結合での電子に伝達され、電子が共有結合から逸脱して、光生成キャリアとも呼ばれる電子正孔対を形成する。逆方向バイアスＶｂｉａｓが十分に大きい場合、空乏層の光生成キャリアは十分に高い運動エネルギーを得ることができ、更に格子と衝突する時に、共有結合を破壊してより多くの電子正孔対を生成することができ、当該プロセスは、衝突電離とも呼ばれる。新たなキャリアはまた新たな衝突電離を発生させ続け、このように連鎖効果が生じ、キャリアのアバランシェ増幅効果をもたらし、更にｍＡレベルのような検出できるほど大きなパルス電流が得られ、これにより、単一光子の検出が実現される。光子検出効率（Ｐｈｏｔｏｎ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ＰＤＥ）は、ＳＰＡＤの重要なパラメータであり、光子がＳＰＡＤに入った後にアバランシェを励起し且つ検出され得る平均確率を特徴づけ、以下の式１で表すことができる。
ＰＤＥ＝ε_ｇｅｏ＊ＱＥ＊ε_{ｔｒｉｇｇｅｒ} （式１）
式中、ε_ｇｅｏは幾何学的曲線因子、ＱＥは量子効率、即ち電子正孔対を生成する確率、ε_{ｔｒｉｇｇｅｒ}は電子正孔対がアバランシェを更に励起する確率を特徴づける。

【0032】

また、ＰＤＥはＳＰＡＤが単一光子信号を探知する能力も表し、探知された光子の数／入射された光子の総数として表すことができる。

【0033】

レーザーレーダーの探知プロセスにおいて、単一光子アバランシェダイオードＳＰＡＤ（ｓ）で構成された探知器アレイを例とする場合、ＳＰＡＤはガイガーモードで作動し、単一光子によってアバランシェ効果がトリガーされ得るため、周囲の光・騒音によって影響されやすい。一方、レーザーレーダーの一般的な探知光波長帯に対するＳＰＡＤ（ｓ）の光子検出効率ＰＤＥが低く、１回の探知で取得する信号強度が比較的に弱い。

【0034】

信号対雑音比を高めるために、ＳＰＡＤｓアレイを用いたレンジング装置では、通常、時間相関単一光子計数法（ＴＣＳＰＣ，Ｔｉｍｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ｃｏｕｎｔｉｎｇ）によりレンジングを行う。光子時間情報を測定する基本的な考え方は、光子を１つのランダムイベントとしてみなし、光子に対して複数のサイクルの測定を繰り返して統計することである。

【0035】

図１に示すように、任意の１点に対して、１回の探知（点群における１点の距離及び反射率等のデータ情報を取得する）プロセスにおいて、探知時間ウィンドウ（ＳＰＡＤは予め設定した時間ウィンドウ内にのみ作動モード、即ち光子によってアバランシェ効果がトリガーされ得る状態になり、当該時間ウィンドウは「探知時間ウィンドウ」と呼ばれる）内にいくつかのトリガー（図１では２回のトリガー）のみが発生し、且つ目標物から反射されたエコー信号によってトリガーされたか、周囲の光・騒音によってトリガーされたかを区別できない場合がある。レーザーレーダーの遠距離探知性能及び信号対雑音比を向上させるために、図１に示すように、レーザーレーダーは同じ視野範囲内の任意の１つの目標物の点に対して行う１回の探知（又は測定）プロセスにおいて、複数回の繰り返し探知走査（ｓｗｅｅｐ，繰り返し回数が４００～５００回に達することができ、それ以上の回数又はそれ以下の回数であってもよい）を行うことができ、複数回の探知走査（ｓｗｅｅｐ）の結果を累積すると、ヒストグラムが得られ、当該ヒストグラムに対して更なる計算及び処理を行うことにより、距離が測定され、更にレーザーレーダー点群内の１点の距離及び反射率情報が取得される。

【0036】

各回の探知走査では、レーザーレーダーのコントローラーは発光時刻ｔ１に発光端の光源が探知用の光パルスを発射するようにトリガーして制御し、且つ当該発光時刻ｔ１を記録し、当該光パルスが外界の障害物にあたると、障害物によって反射され且つレーザーレーダーに戻し、受信端の光電探知器によって時刻ｔ２に受信される。光電探知器がＳＰＡＤ（ｓ）アレイである場合、ＳＰＡＤは周囲の光によりアバランシェがトリガーされる可能性もある。ＳＰＡＤが光子を受信すると、アバランシェ電気信号を生成し、時間デジタル変換器ＴＤＣに伝送し、ＴＤＣにより、ＳＰＡＤがトリガーされた時間信号及び同じ時刻ｔ２にトリガーされたＳＰＡＤの数信号（これは、１つの画素に複数のＳＰＡＤｓが含まれる場合のことであり、１つの画素に１つのＳＰＡＤしか有さない場合、この数信号がなくなり、トリガーされたかトリガーされていないかの２つの状態しかない）を出力し、後続のメモリはＳＰＡＤのトリガー時間ｔ２から発光時刻ｔ１を引いたタイムスタンプｔｉｍｅｓｔａｍｐ（図１及び２の横軸に示す時間情報に相当する）及び当該タイムスタンプｔｉｍｅｓｔａｍｐでのトリガー数（以下、ｃｎｔと略称する）信号を記憶する。

【0037】

探知走査ごとに取得したトリガー数ｃｎｔをタイムスタンプｔｉｍｅｓｔａｍｐに応じてメモリにおける対応する位置に記憶し、あるタイムスタンプｔｉｍｅｓｔａｍｐに対応する位置において新たなトリガー数ｃｎｔが到達する場合、記憶された元の値と新たなトリガー数ｃｎｔを加算して当該位置に更新し、複数回探知走査して累積すると、メモリ内に保存されたデータはヒストグラムを構成し、図２に示すように、ヒストグラムは、複数回の探知走査の統計で示された、時間軸における異なるタイムスタンプｔｉｍｅｓｔａｍｐに対応するトリガー数ｃｎｔの合計を反映しており、このように、ヒストグラムを用いて重心を算出する等の操作によりエコーパルスに対応する飛行時間を取得し、そしてレンジング結果を得る。

【0038】

したがって、上記実施例によれば、レーザーレーダーによる１つの視野範囲内の各点の距離又は反射率情報の１回の測定において、レーザーレーダーは実際に複数回の探知走査（複数の発光から受信までのサイクル）を実行しており、走査の数は数十回から数百回であってもよく、１つの時間帯内に１つの視野範囲内の任意の１点に対して複数回の走査を行い、複数回の走査において探知器が同じ時間情報に受信した強度情報の曲線を重ね合わせて前記強度情報－時間情報曲線とする。例えば、図１に示すように、１回目、２回目、…、ｉ回目の走査において、各回の走査では非常に限られた数のエコー又は光子のみが受信されているが、ｉ回の走査の探知結果を累積すると、当該視野範囲で１回の飛行時間に測定された光子数のヒストグラムが得られ、図２に示すように、ここで横座標のスケールは時間情報であり、時間軸におけるスケール幅は、通常、レーザーレーダーにおける時間デジタル変換器の分解能、つまりレーザーレーダーの探知時間の分解能に相当する。

【0039】

本発明の文脈では、「測定」（又は「探知」）と「探知走査」（又は「走査」）を区別している。具体的には、１回の「測定」は、レーザーレーダーの１つの探知期間内（即ち１フレームの点群を生成する期間内）において、ある視野範囲に対して飛行時間の測定を行い、１フレームの点群図における１つ又は複数（１列又は複数列又は１ブロック）の「点」を生成し、すべての視野範囲の測定が終わると、１フレームの完全な点群を得ることに相当する。一方、「探知走査」とは、１つの測定プロセスにおいて、１つの探知チャネル内のレーザーが１回の発光を完了し、探知器が対応する受信を完了するプロセスを指す。１回の「測定」は１回の「探知走査」を含んでもよく、同じ目標点に対する複数回、例えば、数百回の「探知走査」を含んでもよい。

【0040】

以下において、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を説明する。本明細書に記載された好ましい実施例は本発明を説明及び解釈するためのものに過ぎず、本発明を限定するものではないことを理解すべきである。

【0041】

本発明は、レーザーレーダーのためのデータ処理方法に関し、図３に示すように、前記データ処理方法１００は、以下のステップＳ１０１～ステップＳ１０５を含む。

【0042】

ステップＳ１０１では、初期探知ウィンドウを用いてｋ回の探知走査（ｓｗｅｅｐ）を行い、第１組の探知データとしてｋ回の探知走査の結果を取得し、ここでｋは整数であり、ｋ≧１である。

【0043】

図４は、本発明の一実施例に係る探知モジュール２２を示し、レーザーレーダーに適用可能である。探知モジュール２２は、複数の探知ユニット２２１－１、２２１－２……２２１－ｎを備える。それぞれの探知ユニット（１つの画素に対応する）は複数の（例えば、図示の９個であり、３個、４個、……であってもよく、具体的にはｐ個を含んでもよく、ｐは≧１の正の整数である）ＳＰＡＤ（ｓ）を備え、各探知ユニットのＳＰＡＤ（ｓ）の出力端はＴＤＣに接続され、各探知ユニットの探知ウィンドウ（即ちＳＰＡＤが入射された光子を検知できる時間帯）の範囲は個別に調整可能であり、即ち各探知ユニットがアクティブ状態（ＳＰＡＤはガイガーモードであり、即ちＳＰＡＤに降伏電圧よりも大きい逆方向バイアスを印加し、ＳＰＡＤが光子を受信するとアバランシェ効果をトリガーできるようにする）又は非アクティブ状態（光子によってアバランシェをトリガーすることができない状態）になることを個別に制御することができる。

【0044】

光子が探知ユニット２２１－１、２２１－２、……及び２２１－ｎに入射されると、ＳＰＡＤはトリガーされて電気信号が生成される。それぞれの探知ユニットはＴＤＣに結合され、ＴＤＣは光子の到達時間を確定することができる。ＴＤＣに接続されたデータ処理装置（図５では図示せず）は、探知レーザービームの発光時間を取得又は提供することができ、このため、ＴＤＣは、光子の到達時間と探知レーザービームの発光時間との間の時間差を時間情報として確定し、且つメモリに記憶することができる。

【0045】

図４に示す探知ユニット２２を例として、ｋ回の探知走査プロセスにおいて取得した第１組の探知データは、探知走査ごとに取得した時間情報及び前記時間情報に対応する強度情報を含み、ここで前記時間情報は、探知ユニットにおける１つ又は複数のＳＰＡＤのトリガー時刻ｔｉｍｅｓｔａｍｐであり、即ちレーザーから発光した時間とＳＰＡＤがトリガーされた時間との間の時間差であり、前記強度情報は、当該トリガー時間にトリガーされたＳＰＡＤの数であり、即ちトリガーされたＳＰＡＤの数によって光信号の強度を特徴づける。前記第１組の探知データは、例えば、図１に示すように、そのうち、探知走査ごとにも、ＳＰＡＤのトリガー時刻及び毎回トリガーされたＳＰＡＤの数を知ることができる。

【0046】

初期探知ウィンドウの範囲は、例えば、レーザーレーダーの予め設定した最も遠い探知距離に関連し、例えば、最も遠い探知距離に対応する時間に等しくまたはやや小さくなるように設定することができ、又はメモリの容量に関連する。本発明の一実施例によれば、光子トリガーが存在するトリガー時刻の範囲は、図２における初期探知ウィンドウＷｉｎ－ＯＲｉに示すように、初期探知ウィンドウと見なしてもよい。

【0047】

本発明では、各回の測定は、例えば、ｋ＋ｎ回の探知走査を含む。ｋ＋ｎの値は、最後の探知結果に影響を与え、例えば、所定の範囲内で、ｋ＋ｎの値が大きいほど、探知結果の精度は高くなるが、必要な計算量及び記憶空間も大きくなる。

【0048】

図５の実施例では、ＳＰＡＤを例として時間情報及び強度情報について説明しているが、当業者であれば容易に理解するように、本発明はこれらに限定されず、他のタイプの光電探知器を採用してもよく、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ、シリコン光電子増倍管ＳｉＰＭ等を含むが、これらに限定されない。異なる光電探知器に対して、異なるパラメータを用いて強度情報を特徴づけることができる。例えば、光電探知器がＳＰＡＤアレイである場合、対応する時間情報と同時にトリガーされたＳＰＡＤの数を強度情報として用いることができる。光電探知器がＳｉＰＭである場合、対応する時間情報での出力レベル／電流強度を光信号強度情報として用いることができる。

【0049】

ステップＳ１０２では、第１組の探知データに基づいて、エコーパルス到達時刻の初期探知ウィンドウにおける位置を確定する。

【0050】

具体的には、図１に示す方式に従って、ｋ回の探知走査を実行して第１組の探知データを取得し、第１組の探知データに基づいて第１のヒストグラムを生成する。図２に示すように、第１のヒストグラムからエコーパルスの到達時刻をおおよそ確定し、且つ周囲の光によるトリガー時刻と区別することができる。

【0051】

本発明の一実施例によれば、第１のヒストグラムでは、振幅又はトリガー数の最大値に対応する時刻を、エコーパルス到達時刻の初期探知ウィンドウにおける位置として確定する。又は、図２におけるウィンドウＷｉｎ－Ｍｏｄに示すように、振幅又はトリガー数が予め設定した閾値（図２における破線に示すように）を超えた時間範囲を、エコーパルス到達時刻の初期探知ウィンドウにおける位置として確定する。本発明では、ステップＳ１０２で確定したエコーパルスの位置は、「おおよその位置」と呼ばれてもよい。これは、今回の測定では、前のｋ回の探知走査のみが実行され、まだ終了しておらず、前のｋ回の探知走査の探知結果に基づいてエコーパルスのおおよその位置が確定されたからである。

【0052】

ステップＳ１０３では、エコーパルスの位置に応じて探知ウィンドウを調整し、調整した探知ウィンドウがエコーパルスの位置を含むとともに初期探知ウィンドウよりも小さくなるようにする。

【0053】

ステップＳ１０２でエコーパルスのおおよその位置を確定した後、今回の測定の次の走査プロセスにおいても、エコーパルスは、通常、当該おおよその位置又はその付近に位置する。したがって、ステップＳ１０３では、当該おおよその位置に基づいて探知ウィンドウを調整することができ、これにより、次の走査プロセスにおいて初期探知ウィンドウの範囲全体に受信及びデータ処理を行う必要がなくなり、調整した小さな探知ウィンドウ内に受信及びデータ処理を行うだけでよい。探知ウィンドウを調整する場合、エコーパルスの当該おおよその位置が調整した探知ウィンドウ内にあると同時に、調整した探知ウィンドウが初期の探知ウィンドウよりも小さくなり得ることを確保する必要がある。

【0054】

ステップＳ１０２で確定したエコーパルスの位置は、１つの具体的なトリガー時刻であることがあり、１つの時間範囲であることもある。エコーパルスの位置が１つ又は複数のトリガー時刻である場合、各トリガー時刻を中心として、１つの予め設定したウィンドウを重ね合わせ、即ち、トリガー時刻前後の一定の時間帯を、調整した探知ウィンドウとすることができる。

【0055】

好ましくは、トリガー時刻を中心としなくてもよく、重ね合わせる予め設定したウィンドウが当該トリガー時刻を含めばよい。エコーパルスの位置が１つ又は複数の時間範囲である場合、当該時間範囲を、調整した探知ウィンドウとすることができる。又は、代替的に、各時間範囲を中心として、１つの予め設定したウィンドウを重ね合わせ、即ち、時間範囲及びその前後の一定の時間帯を、調整した探知ウィンドウとすることができる。又は、トリガー時刻を中心としなくてもよく、重ね合わせる予め設定したウィンドウが当該時間範囲を含めばよい。本発明の一実施例によれば、エコーパルスの位置が１つ又は複数の時間範囲である場合、当該時間範囲をそれぞれ左及び右に一定の比率、例えば、１０％又は２０％伸長させ、調整した探知ウィンドウとすることができる。

【0056】

ステップＳ１０４では、調整した探知ウィンドウを用いてｎ回の探知走査を行い、第２組の探知データとしてｎ回の探知走査の結果を取得し、ここでｎは整数であり、ｎ≧１である。

【0057】

ステップＳ１０３で探知ウィンドウを調整した後、今回の測定における残りのｎ回の探知走査について、調整した探知ウィンドウを用いて測定し、第２組の探知データを取得する。前記第２組の探知データは、例えば、探知走査ごとに取得した時間情報及び前記時間情報に対応する強度情報を含む。

【0058】

本発明の好ましい一実施例によれば、ｋ回の探知走査及びｎ回の探知走査はともに、３次元環境中の１点に対する１回の測定を完成する。つまり、１回の測定を完成するために、ｋ回の探知走査を実行して第１組の探知データとして記憶してから、ｎ回の探知走査を実行して第２組の探知データとして記憶する必要がある。レンジング精度を向上させるために、好ましくはｋ＞ｎであり、即ち、ｋ≦ｎの場合に対して、レンジングの精度を向上させることができる。

【0059】

本発明の好ましい一実施例によれば、ｎ回の探知走査において、調整した探知ウィンドウの範囲外の探知データに対して、一定の措置を講じることができ、例えば、計算量及び記憶空間を低減するために、調整した探知ウィンドウの範囲を超えたデータを記憶しない。なぜなら、エコーパルスのおおよその位置を確定して探知ウィンドウを調整した場合、探知ウィンドウの範囲外の探知データを周囲の雑音又は干渉信号として扱うことに対して、これらのデータを記憶しないことにより、探知効率及び信号対雑音比を高めることができるからである。又は、システムの電力消費を低減するために、調整した探知ウィンドウの範囲外に受信ユニット（例えば、光電探知器又はＴＤＣ等）をオフにし、探知を実行しない。

【0060】

ステップＳ１０５では、第１組の探知データ及び第２組の探知データに基づいて、又は第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定する。

【0061】

具体的には、第１組の探知データ及び第２組の探知データに基づいて、図２と類似する第２のヒストグラムを生成し、これにより、第２のヒストグラムからエコーパルスの飛行時間を算出して、目標物の距離を確定することができ、目標物の反射率を確定することもできる。又は、代替的に、第２組の探知データにより生成したヒストグラムのみに基づいてエコーパルスの飛行時間を算出して、目標物の距離を確定することもできる。

【0062】

本発明の好ましい一実施例によれば、第１組の探知データ及び第２組の探知データに基づいて目標物の距離及び反射率を確定し、そして第２組の探知データに基づいて目標物の距離及び反射率を校正する。２組の探知データを組み合わせて用いることにより、目標物のより精確な情報を取得する。例えば、第１組の探知データに基づいて目標物のおおよその位置を確定してから、第２組のデータに基づいて校正して、より精確な位置を取得する。

【0063】

また、例えば、２組の探知データを組み合わせて、目標物の精確な位置を取得する。更に、例えば、２組の探知データを組み合わせて、目標物のおおよその位置を取得してから、第２組のデータに基づいて校正する。当業者であれば、１回の探知を２組又は複数組の探知走査に分け、前の走査データを用いて、後の探知走査のパラメータを指導又は調整し、更に２組又は複数組の探知データを取得し、そして２組又は複数組の探知データに基づいて目標物の距離を確定することが理解可能であり、これらは全て本発明の保護範囲内のものとする。

【0064】

以上に記載されている実施例において、各回の測定は、例えば、ｋ＋ｎ回の探知走査を含み、ｋ＋ｎ回の探知走査を、前のｋ回の探知走査と後のｎ回の探知走査との２組に分け、ここで前のｋ回の探知走査によってエコーパルスのおおよその位置を取得することができ、そして当該おおよその位置を用いて後のｎ回の探知走査を指導する。具体的には、当該おおよその位置に基づいて後のｎ回の探知走査の探知ウィンドウを調整し、これにより、後のｎ回の探知走査プロセスにおいて、初期探知ウィンドウ全体に信号の受信及び出力処理を実行する必要がなくなり、調整した探知ウィンドウに信号の受信及び／又はデータ処理を実行するだけでよく、このため、レーザーレーダーの電力消費、記憶量及びデータ処理量を節約することができる。

【0065】

いくつかのレーザーレーダーの時間デジタル変換器ＴＤＣにおいて、時間分解能の時間スケールごとに１つの対応する記憶位置を必要とし、複数回の探知走査で取得したすべてのトリガーされたＳＰＡＤの数ｃｎｔは、いずれも時刻に対応する記憶位置に記憶され、一方、ＴＤＣの時間分解能がピコ秒ｐｓレベルに達し得るため、非常に大きな空間のあるレジスタを必要とする。

【0066】

図５は従来技術によるデータ記憶方法を示す。ここで、トリガー時刻ｔｉｍｅｓｔａｍｐごとに、メモリＲ１、Ｒ２、…、Ｒ１６のように、１つのメモリが設けられている。以下において、図４及び図５を参照しながら当該記憶方法を詳細に説明する。

【0067】

図４は本発明の一実施例のレーザーレーダーの探知モジュールを示す。探知モジュール２２は複数の探知ユニットを備え、図４では探知ユニット２２１－１、２２１－２及び２２１－ｎと示される。各探知ユニットは複数の（例えば、図示の９個であり、３個、４個、……であってもよく、具体的にはｐ個を含んでもよく、ｐは≧１の正の整数である）単一光子アバランシェダイオードＳＰＡＤを備え、各探知ユニットの単一光子アバランシェダイオードの出力端は時間デジタル変換器（ｔｉｍｅ ｔｏ ｄｉｇｉｔａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ，ＴＤＣ）に接続され、各探知ユニットの探知ウィンドウ（即ちＳＰＡＤが入射された光子を検知できる時間帯）の範囲は個別に調整可能であり、即ち各探知ユニットがアクティブ状態（ＳＰＡＤはガイガーモードであり、即ちＳＰＡＤに降伏電圧よりも大きい逆方向バイアスを印加し、ＳＰＡＤが光子を受信するとアバランシェ効果をトリガーできるようにする）又は非アクティブ状態（光子によってアバランシェをトリガーすることができない状態）になることを個別に制御することができる。光子が探知ユニット２２１－１、２２１－２及び２２１－ｎに入射されると、単一光子アバランシェダイオードＳＰＡＤはトリガーされて電気信号が生成される。

【0068】

各探知ユニットは時間デジタル変換器ＴＤＣに結合され、時間デジタル変換器ＴＤＣは、光子の到達時間を確定することができる。ＴＤＣに接続されたデータ処理装置（図示せず）は探知光の発光時間を取得し、光子の到達時間と探知光の発光時間との時間差を確定し、結果をメモリに記憶することができる。

【0069】

図４に示す探知モジュール２２を例として、複数のＳＰＡＤの出力端は同じＴＤＣに接続され、１つのマクロ画素（ｐｉｘｅｌ）とし、時間情報はマクロ画素における１つ又は複数の単一光子アバランシェダイオードＳＰＡＤがトリガーされた時間であり、強度情報は当該トリガー時間にトリガーされた単一光子アバランシェダイオードＳＰＡＤの数であり、即ちトリガーされた単一光子アバランシェダイオードＳＰＡＤの数により光信号の強度を特徴づける。

【0070】

図４の実施例では、単一光子アバランシェダイオードＳＰＡＤを例として説明しているが、当業者であれば容易に理解するように、本発明はこれらに限定されず、他のタイプの光電探知器を採用してもよく、アバランシェフォトダイオードＡＰＤ、シリコン光電子増倍管ＳｉＰＭ等を含むが、これらに限定されない。

【0071】

図４に示す探知モジュール２２によれば、１回の探知走査について、レーザーレーダーのコントローラーは、ＳＰＡＤに高圧を供給するように一部（１行又は１列又は任意の関心のある形状）のマクロ画素をストローブさせ、そして、同期信号を送信して発光端のレーザーに発光できることを知らせ、発光端のレーザーは時刻ｔ_ａ（ａはａ回目の探知走査を表す）に探知用の光パルスを発射し、当該光パルスが外界の障害物に当たると、障害物によって反射され且つレーザーレーダーに戻し、受信端の光電探知器によって受信され得る。

【0072】

光電探知器がＳＰＡＤ（Ｓ）アレイである場合、ＳＰＡＤが光子を受信すると、アバランシェ電気信号を生成し、ＴＤＣに伝送し、ＴＤＣにより、ＳＰＡＤがトリガーされた時間信号ｔ_１ａ及び同じ時刻にトリガーされたＳＰＡＤの数信号ｃｎｔ_１ａ（ここで１ａは即ちａ回目の探知走査の１回目のトリガーを表す）を出力し、減算プログラムを経てｔ_１ａ－ｔ_ａのトリガー時刻ｔｉｍｅｓｔａｍｐ_１ａ（以下、ｔｐ_１ａと略称する）を算出し、ｔｐ_１ａ及び当該トリガー時刻でのトリガー数ｃｎｔ_１ａ信号を伝送してメモリに記憶する。１つのマクロ画素には複数のＳＰＡＤが含まれ、且つＳＰＡＤはデッドタイム後に再び探知可能であり、このため、１回の探知走査において、別の時刻にまたＳＰＡＤのトリガーが発生することがあり、メモリはこのトリガーのｔｐ_２ａ及びｃｎｔ_２ａ（２ａは即ちａ回目の探知走査の２回目のトリガーを表す）を記憶する。１回の探知走査における複数回のトリガーは、いずれも時間情報に基づいて記憶する必要がある。

【0073】

次回の探知走査ｂにおいて、レーザーレーダーのコントローラーは予め設定したプログラムに従って、再び信号を送信して発光端がｔ_ｂ時刻に探知光パルスを発射するように制御する。ＳＰＡＤが光子を受信すると、アバランシェ電気信号をＴＤＣに伝送し、ＴＤＣにより、ＳＰＡＤがトリガーされた時間信号ｔ_１ｂ及び同じ時刻にトリガーされたＳＰＡＤの数信号ｃｎｔ_１ｂ（ｂ回目の探知の１回目のトリガー）を出力し、後続のメモリがＳＰＡＤのトリガー時間ｔ_１ｂ－ｔ_ｂのトリガー時刻ｔｉｍｅｓｔａｍｐ_１ｂ（以下、ｔｐ_１ｂと略称する）及び当該トリガー時刻でのトリガー数ｃｎｔ_１ｂ信号を記憶する。１つのマクロ画素には複数のＳＰＡＤが含まれ、且つＳＰＡＤはデッドタイム後に再び探知可能であり、このため、１回の探知走査において、別の時刻にまたＳＰＡＤのトリガーが発生することがあり、メモリはこのトリガーのｔｐ_２ｂ及びｃｎｔ_２ｂを記憶する。

【0074】

何百回の探知走査において、探知走査ごとに取得したトリガー数ｃｎｔをトリガー時刻ｔｉｍｅｓｔａｍｐに応じてメモリにおける対応する位置に記憶し、同じトリガー時刻ｔｉｍｅｓｔａｍｐに対応する位置において新たなトリガー数ｃｎｔが到達する場合、記憶された元の値と新たなトリガー数ｃｎｔを加算して当該位置に更新し、ｎ回探知走査して累積すると、メモリ内には１つのヒストグラムが保存されており、図２に示すように、ヒストグラムは、時間軸における異なるトリガー時刻ｔｉｍｅｓｔａｍｐに対応するトリガー数ｃｎｔの合計を反映しており、このように、ヒストグラムを用いて重心又は立ち上がり時間を算出する等の操作により、距離算出のための飛行時間としてエコーに対応する時間情報を取得し、点群での１点を生成する。

【0075】

図５のデータ記憶方法において、横座標は時間ｔであり、横座標のスケール間隔はＴＤＣの時間分解能であり、時間スケールごとに１つの記憶位置Ｒ（レジスタ）が対応している。例えば、ある探知走査ａでは、時間スケール０にＳＰＡＤのトリガーが発生し、発光時間及びＴＤＣから伝送されたトリガー時間に基づいてトリガー時刻ｔｐ_１（トリガー時間－今回の発光時間）及びトリガー数情報ｃｎｔ_１ａを算出し、ｃｎｔ_１ａをｔｐ_１時刻に対応する記憶位置Ｒ１に記憶し、時間スケール４にＳＰＡＤのトリガーが発生した場合、時間情報ｔｐ_５及びｃｎｔ_５ａを取得し、ｃｎｔ_５ａをｔｐ_５に対応する記憶位置Ｒ５に記憶する。別の探知走査ｂにおいても、時間スケール４にＳＰＡＤのトリガーが発生した場合、時間情報ｔｐ_５及びｃｎｔ_５ｂを取得し、ｃｎｔ_５ｂも記憶位置Ｒ５に対応し、この時ｃｎｔ_５ａを読み出してから、ｃｎｔ_５ｂとｃｎｔ_５ａを加算した値をＲ５に更新する。ａはａ回目の探知走査を表し、ｂはｂ回目の探知走査を表し、数字は対応する時間スケール及び対応する記憶位置を表す。記憶位置Ｒは時間スケールと一対一に対応し、メモリはトリガー数ｃｎｔのみを記憶し、データ処理回路はデータを読み出す時に記憶位置に基づいてトリガー数ｃｎｔに対応する時間を知ることができる。

【0076】

図２及び図５を参照してわかるように、１つのヒストグラムは複数回の探知走査（４００～５００回）のデータを累積して得られたものであり、数百回の探知走査の結果をヒストグラムとなるように累積し、点群における１点を得るプロセスにおいて、ある時間スケールに対応する記憶位置に記憶されているのは、当該時刻にトリガーが発生したすべてのトリガー数ｃｎｔを加算した合計である。１回の探知走査ではすべての時間スケールにもＳＰＡＤのトリガーが発生するわけではないが、図１に示すように、１つのヒストグラムにおけるデータは複数回の探知結果を累積してなるものであり、時間スケールのそれぞれにも、ある１回の探知走査プロセスにおいてＳＰＡＤのトリガーが発生する可能性があり、メモリは対応するデータを受信する。したがって、１つのＴＤＣは、時間スケールのそれぞれにも１つの対応する記憶位置を必要とし、複数回の探知走査で取得したすべてのトリガー数ｃｎｔは、いずれも時刻に対応する記憶位置に記憶され、ｔｐの時間間隔、即ちＴＤＣの分解能がｐｓレベルに達し、非常に大きな空間のあるレジスタを必要とする。

【0077】

このような記憶及びレンジング方法では、トリガー時刻ｔｉｍｅｓｔａｍｐの精度単位がｐｓレベルであるため、長いｔｏｆ探知が必要である場合、１つの完全なヒストグラムを記憶するのに非常に大きなメモリを消費し、極めて大きな記憶空間を消費する必要がある。特に遠距離探知能力を向上させるために、探知の時間及び繰り返し探知走査の回数を増加させる必要があり、記憶空間への要求も高まっている。

【0078】

本開示の一実施例によれば、「加重合計」のデータ記憶方法を採用し、レンジング精度を保持したまま元の信号を圧縮し、ヒストグラムを記憶するのに必要な記憶空間を大幅に低減した。目標物のおおよその範囲を確定した後、ズームイン測定によって、目標物の観測を維持する上でヒストグラムを生成するのに必要な計算量を低減し、システムの電力消費を低下させることができる。

【0079】

図６では、横座標は飛行時間であり、横座標の時間スケールの間隔は、例えば、レーザーレーダーの時間分解能であり、例えば、ＴＤＣの時間分解能は、ピコ秒ｐｓレベルに達することができる。図６に示すように、レーザーレーダーの時間分解能を基礎として第１の時間スケールが設定され、図６におけるＡ及びＡ＋１に示すように、隣接する２つの第１の時間スケールの間に１６個のレーザーレーダーの時間分解能の間隔が跨る。時刻ｘに光子を探知した（例えば、図４に示す受信ユニット２２における１つの探知ユニット中の１つ又は複数のＳＰＡＤがトリガーされた）場合、前記時刻ｘの重みに応じて探知した強度値を記憶する。時刻ｘは、当該時刻とその左側の隣接する第１の時間スケールＡとの時間間隔がｘ倍の時間分解能であることを表す。

【0080】

当業者であれば容易に理解するように、レーザーレーダーの時間分解能が小さく、第１の時間スケールの間隔が大きいため、レーザーレーダーの時間分解能に対応する時間スケールは、「細かいスケール」と呼ばれてもよく、第１の時間スケールは、「粗いスケール」と呼ばれてもよい。

【0081】

図６に示すように、前記時刻ｘの重みは、第１の重み及び第２の重みを含み、第１の重みは前記時刻ｘとその一方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、第２の重みは前記時刻ｘとその他方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられる。第１の重み及び第２の重みを確定した後、第１の時間精度で、それぞれ前記第１の重み及び第２の重みに応じて前記強度情報を記憶する。

【0082】

本発明の好ましい一実施例によれば、前記第１の重みは前記時刻ｘとその左側の隣接する第１の時間スケールＡとの間の時間間隔に関連付けられ、第１の重みは、例えば、（１６－ｘ）となり、前記第２の重みは前記時刻ｘとその右側の隣接する第１の時間スケールＡ＋１との間の時間間隔に関連付けられ、第２の重みは、例えば、ｘとなる。このため、時刻ｘを、その隣接する２つの粗いスケール（Ａ，Ａ＋１）での重みで置き換えて表し、ここでｘの粗いスケールＡでの重みは（１６－ｘ）となり、粗いスケールＡ＋１での重みはｘとなり（ｘは当該時刻にＡから離れた距離を特徴づける）、このように当該時刻ｘの細かいスケールに等価する。換言すれば、スケールｘそのものを記憶するのではなく、ｘを重みとして、細かいスケールでのデータを隣接する２つの粗いスケールに対応するアドレスに記憶することにより、スケールｘの値を表す。このプロセスは、式を用いて次のように表す。
Ａ＊（１６－ｘ）＋（Ａ＋１）＊ｘ＝Ａ＊１６＋ｘ （式２）
式２において、等号の左側は、粗いスケールで記憶した、粗いスケールの開始値及び終了値に重みを加えた和であり、等号の右側は、トリガー時刻の具体的な値である。粗いスケール＋重みの記憶方法によりトリガー時刻の具体的な値を特徴づけることができる。

【0083】

同様に、トリガーで取得した信号が、トリガー時刻の他に、トリガーの数又は強度等の情報を示すトリガー数ｃｎｔも含む場合、粗いスケールＡに追加された強度情報はｃｎｔ＊（１６－ｘ）となり、粗いスケールＡ＋１に追加された強度情報はｃｎｔ＊ｘとなり、複数回の走査においてそれぞれ加算すればよい。図７を参照しながら詳細に説明する。細かいスケールは時間デジタル変換器ＴＤＣの時間分解能を表す。あるトリガー時刻ｔｉｍｅｓｔａｍｐに対して、その粗いスケールの開始値はＡであり、その細かいスケールはその粗いスケールにおける対応する０～１５の細かい尺度のｘスケールにある。

【0084】

図７を参照すると、粗いスケールごとに１つのレジスタが割り当てられ、横座標の粗いスケールの間隔は１６倍のＴＤＣ分解能であり、粗いスケールごとに１つのレジスタが対応する。ある探知走査ａのプロセスでは、時間スケール０にＳＰＡＤのトリガーが発生し、時間情報ｔｐ_１（対応するｘ_１ａ＝０）及びトリガー数情報ｃｎｔ_１ａを取得し、それぞれ粗いスケールＡに対応するレジスタＡにｃｎｔ_１ａ＊（１６－ｘ_１ａ）を記憶し、粗いスケールＡ＋１に対応するレジスタＡ＋１にｃｎｔ_１ａ＊ｘ_１ａを記憶する。別の時間スケール５に時間情報ｔｐ_６（対応するｘ_６ａ＝５）及びトリガー数情報ｃｎｔ_６ａを取得し、粗いスケールＡに対応するレジスタＡ内に記憶されたデータを読み出し、ｃｎｔ_６ａ＊（１６－ｘ_６ａ）を加算してからレジスタＡに記憶し、粗いスケールＡ＋１に対応するレジスタＡ＋１のデータを読み出し、ｃｎｔ_６ａ＊ｘ_６ａを加算してからレジスタＡ＋１に再度記憶する。１つの粗いスケール時間（細かいスケール０～１５）内において、すべてのトリガー数情報ｃｎｔに重みを加え、元のデータと合計した後、記憶位置Ａ及びＡ＋１に対応するレジスタ内に記憶する。次の粗いスケール時間内のトリガー数情報ｃｎｔに重みを加えてから粗いスケールＡ＋１及びＡ＋２に対応するレジスタに記憶する。例えば、時刻２′にＳＰＡＤのトリガーが発生し、時間情報ｔｐ_３′及びｃｎｔ_３ａ′を取得した場合、粗いスケールＡ＋１に対応するレジスタＡ＋１内に記憶されたデータにｃｎｔ_３ａ′＊（１６－ｘ_３ａ′）を加算し、粗いスケールＡ＋２に対応するレジスタＡ＋２内にｃｎｔ_３ａ′＊ｘ_３ａ′を記憶する。

【0085】

次回の探知走査ｂのプロセスにおいて、受信された信号ｔｐ_２及びｃｎｔ_２ｂは、それぞれ粗いスケールＡ及びＡ＋１に重みｃｎｔ_２ｂ＊（１６－ｘ_２ｂ）及びｃｎｔ_２ｂ＊ｘ_２ｂが割り当てられ、それぞれ元の記憶データと合計した後、粗いスケールＡ及びＡ＋１に対応するレジスタに記憶する。１つのヒストグラムは複数回の走査のデータを累積して得られたものであり、いくつかの走査において、時刻０～１５に対応してトリガーが発生したすべてのトリガー数ｃｎｔは、いずれも粗いスケールＡ及びＡ＋１に対応するレジスタに記憶されている。

【0086】

粗いスケールと細かいスケールの比較関係は図８に示すとおりである。細かいスケールごとにデータを記憶する１つのレジスタを必要とする解決手段に対して、本発明の実施例は加重合計の記憶方法を採用しており、図８の０～ｎ＋１の粗いスケールに対応してレジスタを設けるだけでよく、必要とされるレジスタの数は元の１／１６に低減され、各レジスタが記憶するビット幅が増加し、占める空間が大きくなるが、割り当てる記憶位置が大幅に低減されるため、加重合計のデータ記憶方法では記憶空間全体を元の１／１０の範囲に低減することができる。

【0087】

図６～図８の実施例では、隣接する第１の時間スケール（粗いスケール）の時間間隔はレーダー探知データの時間分解能（細かいスケール）の１６倍であり、即ち１６を重みとしてデータを圧縮する。当業者であれば容易に理解するように、本発明はこれらに限定されず、ここでの重みは任意の大きな正の整数であってもよく、好ましくは２^ｍであり、ｍは正の整数であり、これによりＦＰＧＡ又はＡＳＩＣにおいて容易に実現できる。

【0088】

上記実施例では、前記第１の重みは（１６－ｘ）であり、前記第２の重みはｘであるが、本発明はこれらに限定されず、前記第１の重みがｘであり、前記第２の重みが（１６－ｘ）であるようにしてもよく、又は前記第１の重みが１－（ｘ／ｎ）であり、前記第２の予め設定した重みがｘ／ｎであるようにしてもよく、第１の重みが前記時刻ｘとその一方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、第２の重みが前記時刻ｘとその他方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられればよい。

【0089】

図５～図８に示す記憶方法は、上記データ処理方法１００における第１組の探知データ及び第２組の探知データの記憶に適用可能である。

【0090】

本発明の好ましい一実施例によれば、第１組の探知データ及び第２組の探知データは第１の記憶方式又は第２の記憶方式によって記憶される。具体的には、第１の記憶方式は、第１の時間精度（即ち、図６における粗いスケールに対応する精度）で時間情報の重みに応じて記憶することを含み、第１の時間精度はレーザーレーダーの時間分解能の倍数とすることができ、例えば、ｍ倍とし、且つｍは１よりも大きい整数である。所定の範囲内で、ｍの値が小さいほど、探知結果の精度が高くなり、必要とされる計算量及び記憶空間も大きくなる。第２の記憶方式は、レーザーレーダーの時間分解能（即ち、図５における細かいスケール）に基づいて記憶することを含む。レーザーレーダーの時間分解能、即ちＴＤＣの時間分解能は、ＴＤＣの作動時に識別できる最小の時間間隔である。つまり、測定される一定の時間帯を時間間隔が小さな基準信号で表し、基準信号の時間間隔は測定精度であり、その値が小さいほど、ＴＤＣの時間分解能が高くなる。

【0091】

第１の記憶方式は第１の時間精度で記憶し、第２の記憶方式は第２の時間精度で記憶し、第１の時間精度は第２の時間精度よりも低いため、第１の記憶方式は第２の記憶方式に対してより少ない記憶空間を使用する。

【0092】

本発明の好ましい一実施例によれば、第１組の探知データは第１の記憶方式に従って記憶され、第２組の探知データは第２の記憶方式に従って記憶される。第１の記憶方式は第２の記憶方式に対してより少ない記憶空間を使用するため、第１組の探知データのデータ量がより少なく、計算量がより少なく、第１組の探知データに基づいて取得した目標物の位置もおおよそのものである。

【0093】

本発明の好ましい一実施例によれば、第１の記憶方式は重みにも関し、前記重みは第１の重み及び第２の重みを含み、第１の重みは時間情報とその一方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、第２の重みは時間情報とその他方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられる。

【0094】

図９は本発明の一実施例のデータ処理方法の模式図を示す。ここで図（ａ）の座標系の横軸は時間であり、各時間スケールの間隔はＴであり、縦軸はトリガーしたＳＰＡＤの数（強度情報に対応）であり、示される波形は、ｋ＝３００である場合、即ち前の３００回の探知走査を実行して累積してなるヒストグラムに対応する。図（ｂ）の座標系の横軸も時間であり、各時間スケールの間隔はＴ’であり、縦軸はＳＰＡＤのトリガー数であり、示される波形は、ｎ＝１００である場合、即ち後の１００回の探知走査を実行して累積してなるヒストグラムに対応する。図（ａ）の座標系の１つのスケールは、図（ｂ）の座標系の１６個のスケールを含んでもよく、これは、１つの高精度のトリガー時刻ｔｐの値は、その２進数が多くのビット幅を占めることを示し、図（ａ）でそれが圧縮され、記憶した単位時間は図（ｂ）の１６倍であるからである。図面では４ｂｉｔのビット幅で記憶して例示するが、実際のビット幅は、システムの要求に応じて他の任意の値に置き換えてもよい。

【0095】

４ｂｉｔビット幅の粗いスケールは１６個の細かいスケールを含み、図８に示す粗いスケールと細かいスケールの比較関係を参照されたい。縦軸から見れば、図（ａ）は、加重合計のデータ記憶方法を採用して圧縮されたヒストグラムであり、図（ｂ）は、すべてのＳＰＡＤのトリガー数を加算して生成した生データのヒストグラムである。図（ａ）では、図（ｂ）における１６個の細かいスケールを１つの粗いスケールとして寄せ集め、Ａ個目からＡ＋１個目の粗いスケールでのｘ個目の細かいスケールに到達する光子のトリガー時刻及びＳＰＡＤのトリガー数に対して異なる（加重合計）記憶方法を採用する。

【0096】

具体的には、前の３００回の探知走査を実行する時に、メモリはいずれも加重合計の方法に従って第１組の探知データを記憶し、探知データはトリガー時刻ｔｐ及びトリガー数ｃｎｔを含み、例えば、１つの探知ユニットには９個のＳＰＡＤｓが対応する場合、ｃｎｔ∈（０,９）であり、つまり最大で合計９個のＳＰＡＤが励起され、最低では１つのＳＰＡＤも励起されない。３００回の走査の後に、メモリ内のデータを読み出し、初期のヒストグラムを得ることができ、図９の（ａ）に示すように、このヒストグラムの時間分解能が低く、０．８ｎｓである。次に初期のヒストグラムから、エコーパルスの可能なおおよその位置を取得することができる。縦座標に対して、ある閾値を設定することができ、当該閾値を超えた対応する横座標の時間範囲を、エコーパルスの対応するおおよその位置として確定する。又は、閾値を設定せず、最大値をエコーパルスの可能なおおよその位置として直接使用する。

【0097】

エコーパルスのおおよその位置を取得した後、後続の探知走査の探知ウィンドウを調整し、調整した探知ウィンドウ内に、図５に示す方式に従って探知情報を累積して記憶する。

【0098】

具体的には、図９を参照すると、図（ａ）に示すように、前の３００回の探知走査の結果によれば、エコーのおおよその位置の座標が１００～１０３の間であり、具体的な時間が１００×０．８ｎｓ～１０３×０．８ｎｓ内であることを確定でき、このため、後の１００回の探知走査において、１００×０．８ｎｓ～１０３×０．８ｎｓの範囲内にズームイン（ｚｏｏｍ ｉｎ）を実行し、この時間範囲内のデータ（トリガー時刻ｔｐに基づいてウィンドウの範囲内にあるか否かを判断する）に対して、図５に示す方式に従ってより精密な時間スケールでデータを記憶し、即ちｃｎｔ値を累積して保存し、元の信号のヒストグラムを生成することができ、具体的には図５を参照すると、横座標は時間ｔであり、横座標のスケール間隔はＴＤＣの時間分解能であり、時間スケールごとに１つの記憶位置Ｒ（レジスタ）が対応している。例えば、ある１回の探知では、時刻０にＳＰＡＤのトリガーが発生し、ＴＤＣは時間情報ｔｐ１及びトリガー数情報ｃｎｔ１を伝送し、ｃｎｔ１をｔｐ１時刻に対応する記憶位置Ｒ１に記憶し、時刻１５にＳＰＡＤのトリガーが発生した場合、ＴＤＣは時間情報ｔｐ１６及びｃｎｔ１６を伝送し、ｃｎｔ１６をｔｐ１６に対応する記憶位置Ｒ１６に記憶する。１つのヒストグラム（点群における１点に対応）は１００回の探知走査のデータを累積して得られたものであり、１００回の探知走査において、時刻０にトリガーが発生したすべてのｃｎｔの合計はＲ１に記憶され、１つのＴＤＣは、時間スケールのそれぞれにも１つの対応する記憶位置を必要とし、１００回の探知走査で取得したすべてのｃｎｔ情報はいずれも時刻に対応する記憶位置に記憶される。

【0099】

次に前の３００回の探知走査で取得した加重合計のヒストグラムと後の１００回の探知走査で取得したヒストグラムとを重ね合わせ、セントロイド法又は前縁法を採用して、飛行時間ｔｏｆ、目標物距離及び目標物反射率等の情報を確定する。そして、好ましくは、後の１００回の探知走査において記憶した元のパルス信号の一部のヒストグラムを用いて、飛行時間ｔｏｆ、目標物距離及び目標物反射率等の情報を校正する。

【0100】

図９の実施例では、前の３００回の探知走査のデータを加重合計して記憶し、目標物のおおよその位置情報を確定し、次に調整した探知ウィンドウ内に、後の１００回の探知走査のデータを精密に記憶し、更に目標物情報を校正する。他の変化実施例があってもよく、例えば、前の３００回の探知走査のデータを加重合計して記憶し、目標物のおおよその位置を確定し、次に調整した探知ウィンドウ内に、後の１００回の探知走査のデータを精密に記憶し、目標物の情報を確定する。更に、又は、４００回の探知走査のデータを加重合計して記憶し、目標物のおおよその情報を確定し、そのうち後の１００回の探知走査のデータを同時に精密に記憶し、最後に目標物のおおよその情報を校正する。当業者であれば、１回の探知を２組又は複数組の探知走査に分け、異なる組に対して異なる記憶方法を採用することが理解可能であり、これらは全て本発明の保護範囲内のものとする。

【0101】

以上から、本発明で設計した加重合計のデータ記憶方法により、レンジング精度を保持したまま元の信号を圧縮し、ヒストグラムを記憶するのに必要な記憶空間を大幅に低減した。且つズームインによって後続の処理に移行するトリガー時刻を制限し、不要な計算量を低減し、システムの電力消費を低減することができる。更に、加重合計のＦＰＧＡ実現又はＩＣ実現における計算量がトリガー数によって決められるため、目標物のおおよその範囲を確定した後続の測定において、ズームイン測定では目標物の観測を維持する上でヒストグラムを生成するのに必要な演算を低減し、更にシステムの電力消費を低減することができる。

【0102】

本発明は、レーザーレーダーを更に提供し、図１０に示すように、レーザーレーダー１０は、
複数回の探知走査を実行するために３次元環境にレーザーパルスを発射できるように設定される発射ユニット１１と、
前記レーザーパルスが目標物において反射されたエコーパルスを受信し、且つ前記エコーパルスを電気信号に変換するように設定される受信ユニット１２と、
探知データを確定するために、前記発射ユニット１１及び前記受信ユニット１２に結合された時間デジタル変換器１３と、
前記時間デジタル変換器１３に結合されており、前記探知データを記憶するように設定されるメモリ１４と、
前記時間デジタル変換器１３及びメモリ１４に結合された処理ユニット１５であって、図１１に示すフローチャートに従って、方法２００を以下のステップＳ２０１～ステップＳ２０５で実行する処理ユニット１５と、を備える。

【0103】

ステップＳ２０１では、前のｋ回の探知走査について、初期探知ウィンドウ内の第１組の探知データを取得して記憶し、ここでｋは整数であり、ｋ≧１である。

【0104】

ステップＳ２０２では、前記第１組の探知データに基づいて、エコーパルス到達時刻の前記初期探知ウィンドウにおける位置を確定する。

【0105】

ステップＳ２０３では、エコーパルスの位置に応じて探知ウィンドウを調整し、前記調整した探知ウィンドウが前記エコーパルスの位置を含むとともに前記初期探知ウィンドウよりも小さくなるようにする。

【0106】

ステップＳ２０４では、後のｎ回の探知走査について、前記調整した探知ウィンドウ内の第２組の探知データを取得して記憶し、ここでｎは正数であり、ｎ≧１である。

【0107】

ステップＳ２０５では、前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定する。

【0108】

本発明の一実施例によれば、ここで前記探知データは、探知走査ごとに取得した時間情報及び前記時間情報に対応する強度情報を含み、前記ステップＳ２０２は、
前記第１組の探知データに基づいて第１のヒストグラムを生成するステップと、
前記第１のヒストグラムにおいて、振幅の最大値に対応する時刻又は振幅が予め設定した閾値を超えた時間範囲を、前記エコーパルス到達時刻の前記初期探知ウィンドウにおける位置として確定するステップと、を更に含む。

【0109】

本発明の一実施例によれば、ここで前記ステップＳ２０３は、前記エコーパルス到達時刻の前記初期探知ウィンドウにおける位置を中心として、前記探知ウィンドウを調整するステップを更に含む。

【0110】

本発明の一実施例によれば、ここで前記初期探知ウィンドウの範囲は前記レーザーレーダー１０の予め設定した最大探知距離に関連し、前記ステップＳ２０４は、前記調整した探知ウィンドウの範囲外の探知データを記憶しないか、又は前記調整した探知ウィンドウの範囲外に前記受信ユニット１２をオフにし、探知を実行しないステップを更に含む。

【0111】

本発明の一実施例によれば、ここで前記ステップＳ２０５は、前記第１組の探知データ及び前記第２組の探知データに基づいて、目標物の距離及び／又は反射率を確定し、且つ前記第２組の探知データに基づいて校正するステップを更に含む。

【0112】

本発明の一実施例によれば、前記第１組の探知データ及び第２組の探知データは、第１の記憶方式又は第２の記憶方式によって記憶され、ここで前記第１の記憶方式は、第１の時間精度で前記時間情報の重みに応じて記憶することを含み、前記第２の記憶方式は、前記レーザーレーダーの時間分解能に応じて記憶することを含み、ここで前記第１の時間精度は、前記時間分解能のｍ倍であり、且つｍ＞１である。

【0113】

本発明の一実施例によれば、ここで前記第１組の探知データは、前記第１の記憶方式に従って記憶され、前記第２組の探知データは、前記第２の記憶方式に従って記憶される。

【0114】

本発明の一実施例によれば、ここで前記重みは、第１の重み及び第２の重みを含み、前記第１の重みは、前記時間情報とその一方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、前記第２の重みは、前記時間情報とその他方の隣接する第１の時間スケールとの間の時間間隔に関連付けられ、前記第１の記憶方式は、第１の時間精度で、それぞれ前記第１の重み及び第２の重みに応じて前記強度情報を記憶することを含む。

【0115】

本発明の一実施例によれば、ここで前記受信ユニットは、単一光子アバランシェダイオードアレイを含み、前記探知データは、前記単一光子アバランシェダイオードアレイが光子によって励起される時間及び励起された単一光子アバランシェダイオードの数を含む。

【0116】

本発明は、更に、プロセッサによって実行されると、上記のデータ処理方法が実施されるコンピュータ実行可能コマンドが記憶されている、コンピュータ可読記憶媒体に関する。

【0117】

最後に説明すべきことは、以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するためのものではなく、上記実施例を参照して本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、依然として上記各実施例に記載された技術的解決手段を修正し、又はその一部の技術的特徴に対して同等な置換を行うことができる点である。本発明の趣旨及び原則内になされた任意の修正、同等な置換、改良等は、全て本発明の保護範囲内に含まれるものとする。

【符号の説明】

【0118】

１０ レーザーレーダー
１１ 発射ユニット
１２ 受信ユニット
１３ 時間デジタル変換器
１４ メモリ
１５ 処理ユニット
２２ 探知ユニット
２２ 受信ユニット

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【国際調査報告】