使用旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的目標(biāo)檢測的制作方法
【專利說明】使用旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的目標(biāo)檢測
[0001] 背景
[0002] 1.技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體涉及使用照射和感知的空間目標(biāo)檢測領(lǐng)域，且更具體地，涉及使用同 步執(zhí)行器機(jī)構(gòu)達(dá)到相同的目的。
[0004] 2.相關(guān)技術(shù)討論
[0005] 包含湖、海、海洋、溪流、河和其他水體的海洋環(huán)境對在各種照明條件和各種可視 條件下在這些環(huán)境中航行的船舶提出了特殊的挑戰(zhàn)。例如，在海洋環(huán)境中的各種類型的半 浸水的或漂浮的諸如冰山、鯨魚、自船上落下的半浸水的金屬船舶集裝箱、從水面微微凸起 的水下大石頭、原木及類似的障礙物或目標(biāo)，對船體和船用螺旋槳造成潛在的威脅。在低照 度和差的可視條件下，諸如夜晚、在暴風(fēng)雨或大雨期間，該潛在威脅將增加。另外，諸如浮標(biāo) 或航海標(biāo)志等的目標(biāo)的檢測以及自船上落水的人員的檢測對于在船舶上嘗試定位該目標(biāo) 或人員的個人來說存在挑戰(zhàn)，因為出現(xiàn)在水面上的這些目標(biāo)和人員的表面積很小。由于以 上原因，在海洋環(huán)境中定位很小的目標(biāo)和人員的任務(wù)在低照度和差的可視條件下變得更困 難。另外，很小的目標(biāo)和人員通常是雷達(dá)或熱成像器（如近紅外、中紅外或遠(yuǎn)紅外成像器） 不可檢測的。本文中的術(shù)語"目標(biāo)"或"對象"是指在海洋環(huán)境中的半浸水的或漂浮的障礙 物、目標(biāo)或人員。目標(biāo)可以包含冰山、鯨魚、半浸水的金屬船舶集裝箱、從低潮的水面上微微 凸起的水下大石頭、原木、浮標(biāo)、人員及類似物。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)諸如卡普蘭的編號為6, 693, 561，題目為"在海洋環(huán)境中寬范圍搜索對象 的系統(tǒng)和方法（System for and method of wide searching for targets in a marine environment) "的美國專利涉及在海洋環(huán)境中搜索對象的系統(tǒng)和方法，其包括發(fā)射器裝置、 包含接收器裝置的處理器和指示器。發(fā)射器裝置被安裝在諸如海洋船舶上、飛機(jī)上或海邊 機(jī)構(gòu)的水面之上的目標(biāo)上。發(fā)射器裝置向水中的第一區(qū)和第二區(qū)發(fā)射第一束和第二束光輻 射。第一束具有第一波長特性，其具有從紫外線到藍(lán)光范圍（300-475納米）的波長，且第 一束可以進(jìn)入水中的第一區(qū)并在其中被折射為從中通過的折射束。第二束具有第二波長特 性，其具有紅外范圍（650-1500納米）的波長，且第二束可以作為自水中的第二區(qū)反射的反 射束。處理器可操作的用于識別海洋環(huán)境中的對象的位置。接收器裝置可操作的用于分別 檢測被折射束和/或反射束碰撞的任何對象反射的返回對象的反射光，以尋找被識別的對 象。
[0007] 另一個現(xiàn)有技術(shù)可以被使用，諸如因巴爾等人的編號為7, 379, 164,題目為"激光 選通相機(jī)成像系統(tǒng)和方法（Laser gated camera imaging system and method) "的美國 專利涉及門控相機(jī)成像系統(tǒng)和方法，利用激光裝置用于對對象生成長持續(xù)時間的激光脈沖 束。相機(jī)接收從對象反射的脈沖的光反射能量。除激光脈沖完成穿越鄰接系統(tǒng)的區(qū)并返回 相機(jī)所用的時間外，相機(jī)門控至少還在激光裝置在其包含激光脈沖的末端的實質(zhì)的整體中 產(chǎn)生激光脈沖所用的時間長度內(nèi)被同步設(shè)置為"關(guān)"。然后相機(jī)門控在其后的"開"時間長 度內(nèi)被設(shè)置為"開"，直到激光脈沖從對象反射回來并被相機(jī)接收。激光脈沖的寬度實質(zhì)上 至少相當(dāng)于"開"的時間長度。
[0008] 目標(biāo)檢測所需的其他類型的環(huán)境可能是運(yùn)輸環(huán)境、空中環(huán)境（空對空或空對地目 標(biāo)檢測）以及陸地環(huán)境（地對空或地對地目標(biāo)檢測）。在這些環(huán)境中，目標(biāo)可以是行人、運(yùn) 載工具或任何類型的期望目標(biāo)。
[0009] 這兩個例子和基于雷達(dá)和/或熱的系統(tǒng)相對于所提出的方法不夠簡單且不具有 優(yōu)越的檢測能力。
[0010] 發(fā)明簡述
[0011] 依據(jù)所公開的技術(shù)，提供了用于在低照度條件下、低照度且惡劣的天氣條件下 (如雨、雪和霧）和高照度條件下（如周圍的光線）檢測目標(biāo)的系統(tǒng)。系統(tǒng)包含光源、傳 感器、諸如旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的執(zhí)行器和處理器。處理器與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)（即掃描）、光源和傳感器 相耦合。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)提供光源和傳感器相對彼此的受控運(yùn)動。移動光源對景物生成連續(xù) 光。傳感器至少對光源產(chǎn)生的光的波長敏感。傳感器基于節(jié)拍空間同步（tempo spatial synchronization)接收來自特定的景物容積（視野深度）的反射光。處理器使旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、 光源和傳感器同步。傳感器至少在由光源產(chǎn)生的反射光從照射的特定的景物容積（視野深 度）返回所用的時間長度內(nèi)被暴露于光中。
[0012] 在傳感器視野范圍內(nèi)和所照射的景物的特定容積（視野深度）內(nèi)，至少自水體的 表面凸起的單一目標(biāo)將反射比水反射的光信號更強(qiáng)的光信號。
[0013] 本發(fā)明的這些、另外的、和/或其他的方面和/或優(yōu)點：在隨后的詳述中被說明； 可能能夠從詳述中推理得到；和/或可通過本發(fā)明的實踐獲知。
[0014] 附圖簡述
[0015] 根據(jù)其中與附圖聯(lián)合做出的各個實施方案的詳細(xì)描述，本發(fā)明將更容易理解，在 附圖中：
[0016] 圖1是依據(jù)本發(fā)明的一些實施方案構(gòu)建和操作的系統(tǒng)的操作的原理示意圖；
[0017] 圖2A-2E是光通過空間對著目標(biāo)傳播、且從目標(biāo)反射的依據(jù)本發(fā)明的一些實施方 案的原理不意圖；
[0018] 圖3A-3C是光通過空間對著多個目標(biāo)傳播、且從多個目標(biāo)反射的依據(jù)本發(fā)明的一 些實施方案的原理示意圖；
[0019] 圖4是依據(jù)本發(fā)明的一些實施方案構(gòu)建和操作的系統(tǒng)的操作的原理示意圖；以及
[0020] 圖5A-5C是依據(jù)本發(fā)明的一些實施方案的光源輸出定向相對于傳感器單元定向 的原理示意圖。
[0021] 詳細(xì)描述
[0022] 在詳細(xì)解釋本發(fā)明的至少一個實施方案前，應(yīng)理解本發(fā)明不將其應(yīng)用限制于下面 描述中說明或附圖中說明的組件的構(gòu)造和排列的細(xì)節(jié)。本發(fā)明以適用于其他實施方案或以 各種方式被實踐或被實施。并且，應(yīng)理解本文提到的措辭和術(shù)語是出于描述的目的而不應(yīng) 被看作是限制。
[0023] 依據(jù)本發(fā)明，所公開的技術(shù)提供使用基于傳感器和主動照射同步原理的電-光技 術(shù)，用于對象或目標(biāo)檢測的方法和系統(tǒng)。因此，術(shù)語"對象"或"目標(biāo)"指通常的任何目標(biāo)， "光源"指任何適合發(fā)射電磁能量輻射的源（即任何已知波長的光子）且"傳感器"指任何 收集電磁能量輻射（即任何已知波長的光子）以提供信號（如像素、1維像素陣列、2維像 素陣列等）的裝置。該"傳感器"可能基于CMOS成像器傳感器、電荷耦合器件（CXD)、光電 二極管、混合焦平面陣列（Hybrid FPA)、光電倍增管（包含圖像增強(qiáng)器）等。
[0024] 相應(yīng)地，作為累加的視野深度的功能，所公開的技術(shù)通過改變光源的照射參數(shù)、通 過以到對象的距離的方式改變傳感器的狀態(tài)、通過以到對象的距離的方式改變旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的 狀態(tài)、以及通過其他因素來提供在傳感器中操縱信號捕捉。傳輸?shù)幕虬l(fā)射的光源照射指連 續(xù)波（CW)或可能指脈沖光源。依據(jù)一個實施方案，系統(tǒng)被安裝在移動的平臺上，例如，被安 裝在諸如船、游艇、汽車、飛機(jī)等運(yùn)載工具上。所公開的技術(shù)不限于移動平臺的實施方案。
[0025] 現(xiàn)在參考圖1，其是依據(jù)所公開的技術(shù)的一些實施方案構(gòu)建和操作的系統(tǒng)的操作 原理示意圖，其總體用10表示。
[0026] 系統(tǒng)10包含光源單元11、傳感器單元13、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)單元12和控制器單元（處理 器）14。光源單元11產(chǎn)生連續(xù)波（即正弦波以檢測相位偏移）或脈沖（單一 /系列連續(xù) 脈沖）形式的光束17。光源單元11對景物發(fā)射光束17。光束17照射景物中的潛在對象 15。傳感器單元13接收來自對象15的反射光源束17。傳感器單元13可能具有單一狀態(tài)； 在"連續(xù)"狀態(tài)期間傳感器13連續(xù)地接收到達(dá)光。旋轉(zhuǎn)（掃描）機(jī)構(gòu)單元12相對彼此移 位光源單元11和傳感器單元13以在傳感器單元13中累加通過光源單元11照射的特定的 景物容積（視野深度）。控制器單元（處理器）14控制并同步旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)單元12、光源單元 11和傳感器單元13的移位操作。
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