使用LIDAR的运动估计制造技术

一种跟踪对象的运动的技术涉及使用经配置以在其中使用单个扫描运动来移动对象的时间段内跟踪所述对象的LIDAR系统。可使用所述LIDAR系统执行所述对象的跟踪，而排除可见成像硬件(例如，视频摄像机硬件)。因此，所述LIDAR系统可经配置以在完全黑暗中操作、在阳光下操作等。与常规系统相比，所述LIDAR系统可更不易受所述对象的运动影响。因此，在一些实施方案中，在无例如视频的情况下，仅从LIDAR测量确定所述对象(110)的所述运动。

Motion Estimation Using LIDAR

A technique for tracking the motion of an object involves a LIDAR system configured to track the object within a time period in which a single scanning motion is used to move the object. The LIDAR system can be used to perform tracking of the object, excluding visible imaging hardware (e.g., video camera hardware). Therefore, the LIDAR system can be configured to operate in complete darkness, in sunlight, etc. Compared with conventional systems, the LIDAR system is less susceptible to the motion of the object. Therefore, in some implementations, in the absence of video, the motion of the object (110) is determined only from LIDAR measurements.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用LIDAR的运动估计相关申请案本申请案主张2017年6月5日申请的标题为“使用LIDAR的运动估计(EstimationofMotionUsingLIDAR)”的第15/613,974号美国申请案的优先权并是其接续申请案，所述申请案主张2016年6月7日申请的标题为“使用LIDAR的运动估计(EstimationofMotionUsingLIDAR)”的第62/346,866号美国临时专利申请案的优先权。本申请案还主张2016年6月7日申请的标题为“使用LIDAR的运动估计(EstimationofMotionUsingLIDAR)”的第62/346,866号美国临时专利申请案的优先权。
此描述涉及用于使用光检测及测距(LIDAR)的运动估计的系统及方法。
技术介绍
在一些已知系统中，结合视频系统使用激光检测及测距(LIDAR)系统来跟踪对象。一些此类已知系统可为复杂的且难以使用。另外，在一些此类已知系统中，视频系统可需要光以便检测待跟踪的对象。因此，存在对解决现有技术的缺点且提供其它崭新且创新特征的系统、方法及设备的需要。附图说明图1是说明其中可执行本文描述的改进技术的电子环境内的实例LIDAR系统的框图。图2A是说明在图1中说明的电子环境内跟踪的实例对象的图。图2B是说明在图1中说明的电子环境内跟踪的实例对象的图。图2C是说明在图1中说明的电子环境内跟踪的另一实例对象的图。图2D是说明在图1中说明的电子环境内跟踪的另一实例对象的图。图2E是说明在图1中说明的电子环境内进一步跟踪的另一实例对象的图。图3是说明用于使用单个组扫描来计算对象速度及旋转速度的实例方法的流程图。图4是说明在图1中说明的电子环境内的随时间的对象的实例扫描的图。图5是说明来自在图4中说明的扫描的对象位移的实例取样的图。图6是说明来自在图5中说明的取样的对象位移的实例内插的图。图7是说明在图1中说明的电子环境内确定对象速度及旋转速度的初始估计的实例方法的流程图。图8是说明精细化通过图7中说明的过程确定的对象速度及旋转速度的初始估计的实例方法的流程图。具体实施方式图1是说明其中执行跟踪对象的运动的改进技术的实例电子环境100的图。电子环境100包含LIDAR系统120，所述LIDAR系统120经配置以在其中使用单个扫描运动来移动对象110的时间段内跟踪对象110。使用LIDAR系统120，可在消除可见成像硬件(例如，视频摄像机硬件)的情况下执行对象110的跟踪。因此，LIDAR系统120可经配置以在完全黑暗中操作、在阳光下操作等。与常规系统相比，LIDAR系统120可更不易受对象110的运动影响。因此，在一些实施方案中，在无例如视频的情况下，仅从LIDAR测量确定对象110的运动。在本文中假定对象110为一些未知形状的刚性主体。例如，对象110可为人脸。假定对象110围绕任意轴运动(线性及旋转二者)。对于刚性主体，在对象110上的点r处的时间相依线性速度v与时间相依旋转速度ω如下相关：v＝ω×r+vf(1)其中×表示交叉乘积且vf为含有原点的参考坐标系统(referenceframe)的速度。在本文提供的实例中，参考坐标系统被视为LIDAR系统120的惯性坐标系统(inertialframe)，但此绝非必要。应理解，在图1中展示的电子环境中，存在自然对称轴，看见其大体上沿着通过LIDAR系统120发射的光束。在此情况中且鉴于方程式(1)，可将对象110的运动分解为侧向及轴向分量。即，给定z方向上的对称轴，可使用分量vx、vy、ωz定义侧向运动且使用分量vz、ωx、ωy定义轴向运动。在许多情形中，侧向运动及轴向运动大致是独立的。本文描述的改进技术的主要目的是确定对象的运动的侧向分量。可直接从LIDAR范围及速度测量移除或补偿对象的轴向运动。如在图1中展示，LIDAR系统120是包含处理电路124、存储器126、照明系统150及接收器系统160的单个、集成单元。在一些布置中，LIDAR系统120采用可指向对象110的手持式单元的形式。然而，在其它布置中，LIDAR系统120的组件可分布于不同单元间(例如，处理电路124及存储器126可在与包含照明系统150及接收器系统160的手持式装置分离的运算装置中)。处理电路124包含一或多个处理芯片及/或组合件。存储器126包含易失性存储器(例如，RAM)及非易失性存储器(例如一或多个ROM、磁盘驱动器、固态磁盘驱动器及类似物)二者。处理单元124组及存储器126一起形成控制电路，所述控制电路经配置且布置以执行如本文描述的各种方法及功能。在一些布置中，LIDAR系统120的一或多个组件可为或可包含经配置以处理存储于存储器126中的指令的处理器。例如，展示为包含于图1中的存储器126内的分析管理器130(及/或其部分)可为经配置以执行与过程相关的指令以实施一或多个功能的处理器及存储器的组合。分析管理器130经配置且布置以在其中跟踪对象110的时间段内产生对象110的线性速度分量vx、vy及旋转速度ωz的估计。分析管理器130经配置以在两个阶段中执行此估计。首先，在给定时间，分析管理器130经由初始移动分析器132使用大约以所述时间为中心的一对位移数据集(例如，140(1)及140(2))来执行对象110的侧向运动的初始估计。接着，分析管理器130经由移动精细化管理器134使用实际数据收集时间及(如果必要)后续位移数据集(例如，140(3))等来精细化初始估计。初始移动分析器132经配置以从位移数据集140(1)及140(2)产生初始速度数据136(即，vx、vy、ωz)。然而，应了解，这些初始数据136为第一估计且可使用实际数据收集时间及(如果必要)后续位移数据集(例如，140(3))等来精细化。就此来说，移动精细化管理器134经配置以从实际数据收集时间及(在一些情况中)后续位移数据集计算精细化138(即，δvx、δvy、δωz)。此外，移动精细化管理器134经配置以确定何时已实现足够收敛，使得不再需要精细化计算。位移数据集中的每一者(例如，位移数据集140(1))包含依据在相应时间的笛卡尔坐标x及y而变化的z方向上的位移值的阵列。应了解，虽然如在图1中展示的对象110具有面向LIDAR系统120的平坦表面，但在现实中，对象110可包含(例如)人脸、身体的部分、无生命对象等且因而在任何时间t具有复杂剖面z＝f(x,y)。因为假定对象110为刚性主体，所以从一个时间到另一时间的位移剖面之间的差为平移Δx、Δy及旋转θz的组合(即，无变形)。分析管理器130接着从这些平移及旋转找到速度及旋转速度。照明系统150经配置且布置以产生照明，所述照明在产生位移数据集140(1)、…、140(T)的动作中从对象110反射。如在图1中展示，此照明采用沿着z轴引导的辐射的多个光束190(1)、…、190(N)的形式。应了解，虽然如在图1中展示的光束190(1)、…、190(N)按相对于z轴的角度引导，但在现实中，光束大体上沿着z轴行进且图中的角度被夸大。照明系统150包含扫描机构152(其包含激光器阵列154)及孔隙170。扫描机构152经配置且布置以在扫描运动中移动激光器阵列154。如在图1中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其包括：基于使用从扫描机构发射的电磁辐射的多个光束在第一时间对对象的第一扫描的执行来定义第一数据集；基于从所述扫描机构发射的电磁辐射的所述多个光束在第二时间对所述对象的第二扫描的执行来定义第二数据集，在大体上垂直于所述多个光束的方向的方向上执行所述第一扫描及所述第二扫描中的每一者；基于所述第一数据集及所述第二数据集产生：(i)沿着正交于所述多个光束的所述方向的第一轴的所述对象的第一速度的初始值；(ii)沿着正交于所述多个光束的所述方向的第二轴的所述对象的第二速度的初始值；及(iii)围绕平行于所述多个光束的所述方向的轴的所述对象的旋转速度的初始值。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.07 US 62/346,866;2017.06.05 US 15/613,9741.一种方法，其包括：基于使用从扫描机构发射的电磁辐射的多个光束在第一时间对对象的第一扫描的执行来定义第一数据集；基于从所述扫描机构发射的电磁辐射的所述多个光束在第二时间对所述对象的第二扫描的执行来定义第二数据集，在大体上垂直于所述多个光束的方向的方向上执行所述第一扫描及所述第二扫描中的每一者；基于所述第一数据集及所述第二数据集产生：(i)沿着正交于所述多个光束的所述方向的第一轴的所述对象的第一速度的初始值；(ii)沿着正交于所述多个光束的所述方向的第二轴的所述对象的第二速度的初始值；及(iii)围绕平行于所述多个光束的所述方向的轴的所述对象的旋转速度的初始值。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述扫描机构的电磁辐射的所述多个光束经布置于矩形网格中，其中从产生准相干光学辐射作为所述光束的激光器发射所述扫描机构的电磁辐射的所述多个光束中的每一者，其中定义所述第一数据集包含在所述第一时间，在通过所述矩形网格定义的所述第一数据集的样本点处，获得沿着平行于所述多个光束的所述方向的所述轴的所述对象的位移的值，通过从所述对象上的相应点反射的每一光束的相对光学路径长度确定所述位移的所述值，且其中定义所述第二数据集包含在所述第二时间，在通过所述矩形网格定义的所述第二数据集的样本点处，获得沿着平行于所述多个光束的所述方向的所述轴的所述对象的所述位移的值，通过从所述对象上的相应点反射的每一光束的所述相对光学路径长度确定所述位移的所述值。3.根据权利要求2所述的方法，其中产生所述第一速度及所述第二速度的所述初始值包含：对所述第一数据集重新取样以产生第一重新取样数据集，以点的矩形网格对所述第一重新取样数据集取样，所述矩形网格的网网格线平行于所述第一轴或所述第二轴中的任一者；对所述第二数据集重新取样以产生第二重新取样数据集，以点的所述矩形网格对所述第二重新取样数据集取样；执行运动估计运算以基于所述第一重新取样数据集及所述第二重新取样数据集估计运动估计；以及在执行所述运动估计运算之后，基于所述运动估计产生所述第一速度及所述第二速度的所述初始值。4.根据权利要求3所述的方法，其中对所述第一数据集重新取样包含执行线性内插运算以产生所述第一重新取样数据集的样本点及在所述第一重新取样数据集的所述样本点处的所述对象的内插位移；且其中对所述第二数据集重新取样包含执行所述线性内插运算以产生所述第二重新取样数据集的样本点及在所述第二重新取样数据集的所述样本点处的所述对象的内插位移。5.根据权利要求4所述的方法，其中执行所述线性内插运算包含：使用数据集的四个样本点作为矩形区的顶点来形成所述矩形区，以及产生在所述矩形区内的样本点处的所述对象的内插位移作为在所述矩形区的所述顶点处的所述对象的位移的线性组合。6.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二重新取样数据集的所述样本点通过沿着所述第一轴的第一平移及沿着所述第二轴的第二平移而与所述第一重新取样数据集的所述样本点偏移；且其中执行所述运动估计运算包含找到第一平移及第二平移作为所述运动估计，所述第一平移及所述第二平移最大化在所述第一重新取样数据集的所述样本点处的所述对象的所述内插位移与在所述第二重新取样数据集的所述样本点处的所述对象的所述内插位移之间的相关性。7.根据权利要求6所述的方法，其中找到所述第一平移及所述第二平移包含：产生在所述第一重新取样数据集的所述样本点处的所述对象的所述内插位移与在所述第二重新取样数据集的所述样本点处的所述对象的所述内插位移之间的平方差的和的倒数，作为在所述第一重新取样数据集的所述样本点处的所述对象的所述内插位移与在所述第二重新取样数据集的所述样本点处的所述对象的所述内插位移之间的所述相关性。8.根据权利要求4所述的方法，其中产生围绕平行于所述多个光束的所述方向的所述轴的所述对象的所述旋转速度的所述初始值包含：从所述第一重新取样数据集产生经调整数据集；执行旋转估计运算以基于所述经调整数据集产生旋转估计；及在执行所述旋转估计运算后，基于所述旋转估计产生围绕平行于所述多个光束的所述方向的所述轴的所述对象的所述旋转速度的所述初始值。9.根据权利要求8所述的方法，其中从所述第一重新取样数据集产生所述经调整数据集包含：执行线性内插运算以产生样本点及在所述经调整数据集的所述样本点处的所述对象的位移，所述经调整数据集的所述样本点是基于所述运动估计。10.根据权利要求9所述的方法，其中所述经调整数据集的所述样本点通过围绕平行于所述多个光束的所述方向的所述轴的所述第一重新取样数据集的所述样本点的旋转而与所述第一重新取样数据集的所述样本点偏移；且其中执行所述旋转估计运算包含找到旋转作为所述旋转估计，所述旋转最大化在所述第一重新取样数据集的所述样本点处的所述对象的所述内插位移与在所述经调整数据集的所述样本点处的所述对象的所述位移之间的相关性。11.根据权利要求10所述的方法，其中找到所述旋转包含：产生在所述第一重新取样数据集的所述样本点处的所述对象的所述内插位移与在所述经调整数据集的所述样本点处的所述对象的所述位移之间的平方差的和的倒数，作为在所述第一重新取样数据集的所述样本点处的所述对象的所述内插位移与在所述经调整数据集的所述样本点处的所述对象的所述位移之间的所述相关性。12.根据权利要求2所述的方法，其进一步包括在产生所述第一速度、所述第二速度及所述旋转速度的所述初始值之后，基于所述第一速度的所述初始值、所述第二速度的所述初始值及所述旋转速度的所述初始值产生所述第一速度的精细化值、所述第二速度的精细化...

【专利技术属性】
技术研发人员：坎道尔·贝斯理，理查德·赛巴斯汀，
申请(专利权)人：DSCG史罗轩公司，
类型：发明
国别省市：美国,US