使用旋转系统的目标检测的制作方法
【专利说明】使用旋转系统的目标检测
[0001] 背景
[0002] 1.技术领域
[0003] 本发明总体涉及使用照射和感知的空间目标检测领域，且更具体地，涉及使用同 步执行器机构达到相同的目的。
[0004] 2.相关技术讨论
[0005] 包含湖、海、海洋、溪流、河和其他水体的海洋环境对在各种照明条件和各种可视 条件下在这些环境中航行的船舶提出了特殊的挑战。例如，在海洋环境中的各种类型的半 浸水的或漂浮的诸如冰山、鲸鱼、自船上落下的半浸水的金属船舶集装箱、从水面微微凸起 的水下大石头、原木及类似的障碍物或目标，对船体和船用螺旋桨造成潜在的威胁。在低照 度和差的可视条件下，诸如夜晚、在暴风雨或大雨期间，该潜在威胁将增加。另外，诸如浮标 或航海标志等的目标的检测以及自船上落水的人员的检测对于在船舶上尝试定位该目标 或人员的个人来说存在挑战，因为出现在水面上的这些目标和人员的表面积很小。由于以 上原因，在海洋环境中定位很小的目标和人员的任务在低照度和差的可视条件下变得更困 难。另外，很小的目标和人员通常是雷达或热成像器（如近红外、中红外或远红外成像器） 不可检测的。本文中的术语"目标"或"对象"是指在海洋环境中的半浸水的或漂浮的障碍 物、目标或人员。目标可以包含冰山、鲸鱼、半浸水的金属船舶集装箱、从低潮的水面上微微 凸起的水下大石头、原木、浮标、人员及类似物。
[0006] 现有技术诸如卡普兰的编号为6, 693, 561，题目为"在海洋环境中宽范围搜索对象 的系统和方法（System for and method of wide searching for targets in a marine environment) "的美国专利涉及在海洋环境中搜索对象的系统和方法，其包括发射器装置、 包含接收器装置的处理器和指示器。发射器装置被安装在诸如海洋船舶上、飞机上或海边 机构的水面之上的目标上。发射器装置向水中的第一区和第二区发射第一束和第二束光辐 射。第一束具有第一波长特性，其具有从紫外线到蓝光范围（300-475纳米）的波长，且第 一束可以进入水中的第一区并在其中被折射为从中通过的折射束。第二束具有第二波长特 性，其具有红外范围（650-1500纳米）的波长，且第二束可以作为自水中的第二区反射的反 射束。处理器可操作的用于识别海洋环境中的对象的位置。接收器装置可操作的用于分别 检测被折射束和/或反射束碰撞的任何对象反射的返回对象的反射光，以寻找被识别的对 象。
[0007] 另一个现有技术可以被使用，诸如因巴尔等人的编号为7, 379, 164,题目为"激光 选通相机成像系统和方法（Laser gated camera imaging system and method) "的美国 专利涉及门控相机成像系统和方法，利用激光装置用于对对象生成长持续时间的激光脉冲 束。相机接收从对象反射的脉冲的光反射能量。除激光脉冲完成穿越邻接系统的区并返回 相机所用的时间外，相机门控至少还在激光装置在其包含激光脉冲的末端的实质的整体中 产生激光脉冲所用的时间长度内被同步设置为"关"。然后相机门控在其后的"开"时间长 度内被设置为"开"，直到激光脉冲从对象反射回来并被相机接收。激光脉冲的宽度实质上 至少相当于"开"的时间长度。
[0008] 目标检测所需的其他类型的环境可能是运输环境、空中环境（空对空或空对地目 标检测）以及陆地环境（地对空或地对地目标检测）。在这些环境中，目标可以是行人、运 载工具或任何类型的期望目标。
[0009] 这两个例子和基于雷达和/或热的系统相对于所提出的方法不够简单且不具有 优越的检测能力。
[0010] 发明简述
[0011] 依据所公开的技术，提供了用于在低照度条件下、低照度且恶劣的天气条件下 (如雨、雪和雾）和高照度条件下（如周围的光线）检测目标的系统。系统包含光源、传 感器、诸如旋转机构的执行器和处理器。处理器与旋转机构（即扫描）、光源和传感器 相耦合。旋转机构提供光源和传感器相对彼此的受控运动。移动光源对景物生成连续 光。传感器至少对光源产生的光的波长敏感。传感器基于节拍空间同步（tempo spatial synchronization)接收来自特定的景物容积（视野深度）的反射光。处理器使旋转机构、 光源和传感器同步。传感器至少在由光源产生的反射光从照射的特定的景物容积（视野深 度）返回所用的时间长度内被暴露于光中。
[0012] 在传感器视野范围内和所照射的景物的特定容积（视野深度）内，至少自水体的 表面凸起的单一目标将反射比水反射的光信号更强的光信号。
[0013] 本发明的这些、另外的、和/或其他的方面和/或优点：在随后的详述中被说明； 可能能够从详述中推理得到；和/或可通过本发明的实践获知。
[0014] 附图简述
[0015] 根据其中与附图联合做出的各个实施方案的详细描述，本发明将更容易理解，在 附图中：
[0016] 图1是依据本发明的一些实施方案构建和操作的系统的操作的原理示意图；
[0017] 图2A-2E是光通过空间对着目标传播、且从目标反射的依据本发明的一些实施方 案的原理不意图；
[0018] 图3A-3C是光通过空间对着多个目标传播、且从多个目标反射的依据本发明的一 些实施方案的原理示意图；
[0019] 图4是依据本发明的一些实施方案构建和操作的系统的操作的原理示意图；以及
[0020] 图5A-5C是依据本发明的一些实施方案的光源输出定向相对于传感器单元定向 的原理示意图。
[0021] 详细描述
[0022] 在详细解释本发明的至少一个实施方案前，应理解本发明不将其应用限制于下面 描述中说明或附图中说明的组件的构造和排列的细节。本发明以适用于其他实施方案或以 各种方式被实践或被实施。并且，应理解本文提到的措辞和术语是出于描述的目的而不应 被看作是限制。
[0023] 依据本发明，所公开的技术提供使用基于传感器和主动照射同步原理的电-光技 术，用于对象或目标检测的方法和系统。因此，术语"对象"或"目标"指通常的任何目标， "光源"指任何适合发射电磁能量辐射的源（即任何已知波长的光子）且"传感器"指任何 收集电磁能量辐射（即任何已知波长的光子）以提供信号（如像素、1维像素阵列、2维像 素阵列等）的装置。该"传感器"可能基于CMOS成像器传感器、电荷耦合器件（CXD)、光电 二极管、混合焦平面阵列（Hybrid FPA)、光电倍增管（包含图像增强器）等。
[0024] 相应地，作为累加的视野深度的功能，所公开的技术通过改变光源的照射参数、通 过以到对象的距离的方式改变传感器的状态、通过以到对象的距离的方式改变旋转机构的 状态、以及通过其他因素来提供在传感器中操纵信号捕捉。传输的或发射的光源照射指连 续波（CW)或可能指脉冲光源。依据一个实施方案，系统被安装在移动的平台上，例如，被安 装在诸如船、游艇、汽车、飞机等运载工具上。所公开的技术不限于移动平台的实施方案。
[0025] 现在参考图1，其是依据所公开的技术的一些实施方案构建和操作的系统的操作 原理示意图，其总体用10表示。
[0026] 系统10包含光源单元11、传感器单元13、旋转机构单元12和控制器单元（处理 器）14。光源单元11产生连续波（即正弦波以检测相位偏移）或脉冲（单一 /系列连续 脉冲）形式的光束17。光源单元11对景物发射光束17。光束17照射景物中的潜在对象 15。传感器单元13接收来自对象15的反射光源束17。传感器单元13可能具有单一状态； 在"连续"状态期间传感器13连续地接收到达光。旋转（扫描）机构单元12相对彼此移 位光源单元11和传感器单元13以在传感器单元13中累加通过光源单元11照射的特定的 景物容积（视野深度）。控制器单元（处理器）14控制并同步旋转机构单元12、光源单元 11和传感器单元13的移位操作。
[002