从光子计数到场景感知：单光子激光雷达技术发展现状与趋势摘要：单光子激光雷达以光子级探测灵敏度突破了传统线性激光雷达在作用距离与弱回波条件下的性能边界，正在从实验室走向遥感测绘、智能驾驶与消费电子的规模化应用。当前该领域的技术演进呈现出两条相互交织的主线：在器件与芯片层面，SPAD阵列的CMOS集成化推动接收机从分立组件走向单芯片dToF系统，无直方图测距、可变直方图分辨率与抗干扰设计成为芯片架构创新的焦点；在系统与算法层面，TCSPC体制在高通量条件下的死时间与pile-up畸变，以及强背景噪声下的信号提取，驱动着从硬件时间滤波到计算重建算法的协同优化。本文从探测体制、核心器件、系统优化与典型应用四个维度梳理单光子激光雷达的技术现状，并着重分析其从“测距传感器”向“多维场景感知传感器”演进的趋势与尚待解决的关键问题。关键词：单光子激光雷达；SPAD阵列；时间相关单光子计数；直接飞行时间；计算成像1 引言激光雷达的探测灵敏度取决于接收端对微弱光回波的响应能力。传统线性模式激光雷达以PIN光电二极管或线性雪崩光电二极管（APD）为探测器，其测距性能受限于回波光功率与探测器噪声之间的信噪比约束；在远距离、低反射率目标或复杂衰减环境下，这一约束往往成为系统作用距离的硬边界。单光子探测体制的引入改变了这一局面：以单光子雪崩二极管（SPAD）为代表的盖革模式探测器，能够在单光子级别对回波事件作出响应，将激光雷达的探测灵敏度推进至光子计数域。这一灵敏度跃升的意义并不止于“看得更远”。当探测器能够记录每一个光子到达的时刻，激光雷达所获取的信息从“回波强度对应的距离”扩展为“光子到达时间的统计分布”，信号处理的对象随之从连
从光子计数到场景感知：单光子激光雷达技术发展现状与趋势摘要：单光子激光雷达以光子级探测灵敏度突破了传统线性激光雷达在作用距离与弱回波条件下的性能边界，正在从实验室走向遥感测绘、智能驾驶与消费电子的规模化应用。当前该领域的技术演进呈现出两条相互交织的主线：在器件与芯片层面，SPAD阵列的CMOS集成化推动接收机从分立组件走向单芯片dToF系统，无直方图测距、可变直方图分辨率与抗干扰设计成为芯片架构创新的焦点；在系统与算法层面，TCSPC体制在高通量条件下的死时间与pile-up畸变，以及强背景噪声下的信号提取，驱动着从硬件时间滤波到计算重建算法的协同优化。本文从探测体制、核心器件、系统优化与典型应用四个维度梳理单光子激光雷达的技术现状，并着重分析其从“测距传感器”向“多维场景感知传感器”演进的趋势与尚待解决的关键问题。关键词：单光子激光雷达；SPAD阵列；时间相关单光子计数；直接飞行时间；计算成像1 引言激光雷达的探测灵敏度取决于接收端对微弱光回波的响应能力。传统线性模式激光雷达以PIN光电二极管或线性雪崩光电二极管（APD）为探测器，其测距性能受限于回波光功率与探测器噪声之间的信噪比约束；在远距离、低反射率目标或复杂衰减环境下，这一约束往往成为系统作用距离的硬边界。单光子探测体制的引入改变了这一局面：以单光子雪崩二极管（SPAD）为代表的盖革模式探测器，能够在单光子级别对回波事件作出响应，将激光雷达的探测灵敏度推进至光子计数域。这一灵敏度跃升的意义并不止于“看得更远”。当探测器能够记录每一个光子到达的时刻，激光雷达所获取的信息从“回波强度对应的距离”扩展为“光子到达时间的统计分布”，信号处理的对象随之从连
