BR112021005319B1 - Bandas espectrais otimizadas para sistemas de visão ativo - Google Patents

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Abstract

a presente invenção refere-se a um sistema de visão para monitorar áreas de interesse que têm um sistema para receber uma entrada óptica, emitir um sinal, e processar o sinal. o sistema é configurado para medir a radiância em bandas espectrais na qual a radiação solar é reduzida substancialmente devido à absorção por constituintes atmosféricos. isso atenua os efeitos negativos de radiação solar, como o brilho do sol. o sistema é configurado para emitir um sinal de detecção re-sultante em resposta às medições nas bandas espectrais selecionadas.

Description

CAMPO DA TÉCNICA
[001] A presente invenção refere-se a sistemas de visão ativo e, mais particularmente, refere-se a um método para determinar bandas espectrais otimizadas para sistemas de visão ativo que operam em uma dessas bandas espectrais otimizadas.
ANTECEDENTES E SUMÁRIO
[002] Essa seção fornece informações básicas relacionadas à pre sente divulgação que não é necessariamente técnica anterior. Essa seção fornece um sumário geral da divulgação, e não é uma divulgação abrangente de seu escopo completo ou de todos os recursos.
[003] Normalmente, sistemas de visão monitoram uma cena com o uso de radiação eletromagnética geralmente de uma banda espectral específica, como radiação ultravioleta (UV), visível (VIS), infravermelho próximo (NIR), infravermelho de onda curta (SWIR), e infravermelho de onda longa (LWIR). Juntas, as bandas espectrais NIR e SWIR também são denominadas como banda infravermelha refletida (conforme oposto à radiação emitida da banda infravermelha térmica), enquanto a banda LWIR é denominada como a banda infravermelha térmica.
[004] Os sistemas de visão infravermelha (IR) são usados em inú meras aplicações civis e militares. Alguns sistemas de visão são projetados para observar cenas sob iluminação extremamente baixa ao usar tecnologias de amplificação de luz ou intensificação de luz, como dispositivo de visão noturna descrito na Patente E.U.A. no 4.463.252. Informações diferentes sobre a cena podem ser transmitidas através de radiação eletromagnética de entrada de várias partes do espectro. De fato, muitas técnicas foram desenvolvidas ao combinar imagens multi- espectrais dessas cenas de interesse. Por exemplo, a Patente E.U.A. no 5.035.472 descreve um dispositivo que transmite o sinal de uma imagem ao longo de duas trajetórias separadas, uma direcionando o sinal em direção a um detector de IR e o outro direcionando o sinal em direção a um intensificador de imagem. Em seguida, o IR e as imagens intensificadas são combinadas para exibir as informações ao usuário.
[005] O número de veículos autônomos em uso em estradas pú blicas e no espaço aéreo civil possui aumentado constantemente, expondo-os a condições ambientais perigosas, como estradas escorregadias e condições de congelamento de aeronaves. Portanto, provavelmente os veículos autônomos exigirão possuir sistemas de controle configurados para receber informações a respeito de não apenas os arredores do terreno e os obstáculos em sua trajetória, mas também as condições da estrada e do espaço aéreo à sua frente. Além disso, os veículos autônomos provavelmente precisarão responder a essas informações automaticamente, por manobras de comando para negociar o terreno, evitar obstáculos, e rastrear uma trajetória específica a fim de evitar condições potencialmente perigosas.
[006] Acidentes recentes envolvendo automóveis que usam siste mas de automação avançados têm sido discutidos extensivamente nas comunidades de engenharia e na mídia. Os acidentes ocorrem frequentemente quando sistemas de visão falham devido à exposição à luz solar intensa (por exemplo, brilho do sol). Esse é um problema comum para sistemas de visão que dependem de câmeras, lidars, ou outros tipos de dispositivos que operam em porções do espectro fortemente afetadas pela luz solar, como nas bandas espectrais visíveis e infravermelhas próximas.
[007] Os princípios dos presentes ensinamentos fornecem um mé todo para evitar problemas causados pela luz solar em dispositivos usados para evitar obstáculos, navegar, detectar as condições da estradas (isto é, distinguir estradas secas de estradas molhadas e estradas geladas, estimando a espessura das camadas de água), e detectar as condições atmosféricas no espaço aéreo ao redor de uma aeronave ou um veículo aéreo autônomo (isto é, detectar condições de congelamento potencialmente perigosas ou cinzas vulcânicas à frente). Além disso, os presentes ensinamentos podem ser usados em sistemas para detectar a concentração de gases que vazam de sistemas industriais ou constituintes naturais atmosféricos.
[008] Os presentes ensinamentos fornecem um método para de terminar bandas espectrais otimizadas para sistemas de visão ativo usados ao ar livre e um dispositivo que usa esse método. O método e o dispositivo podem ser usados para fornecer alertas aos motoristas, fornecer informações para veículos aeronave, automóveis, e aéreos autônomos, e terrestres ou marítimos, entre outras aplicações.
[009] Em algumas modalidades da presente divulgação, detecto res, matrizes de detectores, ou câmeras multiespectrais podem ser usados para fazer as medições necessárias. Um sistema semelhante pode ser usado para detectar gelo ou água inequivocamente em superfícies de aeronaves, sistemas de fabricação, ou qualquer outro objeto de interesse. Em algumas modalidades, um sistema que usa medições em uma única banda espectral otimizada, como um lidar, pode ser usado para evitar obstáculos ou navegação.
[010] Em algumas modalidades da presente divulgação, um sis tema de monitoramento de condições da estrada é fornecido para ser configurado para detectar água, neve, geada, gelo claro, e outros tipos de gelos em estradas e qualquer outra superfície de interesse. O sistema é configurado para distinguir superfícies secas daquelas cobertas por água, neve, geada, e vários tipos de gelo, mesmo quando essas substâncias cobrem apenas uma fração do campo de visão do sistema de monitoramento de condições da estrada.
[011] Água e gelo frequentemente podem ser difíceis de detectar por motoristas ou sistemas de visão sintéticos atuais. Gelo claro é excepcionalmente difícil de detectar. Aeronaves, carros, caminhões, ônibus, motocicletas, e outros veículos se beneficiariam de sistemas capazes de detectar a presença de gelo ou água em superfícies, como rodovias, pontes, calçadas, ou mesmo pistas e pistas de taxiamento (isto é, em conexão com operações terrestres de aeronaves ou apoio pessoal e veículos). O fato de que motoristas, operadores, e sistemas de visão sintéticos falham em detectar a deterioração das condições das estradas à frente de um veículo devido ao brilho do sol frequentemente leva a acidentes.
[012] Algumas das técnicas anteriores abordam sistemas de visão projetados para navegação e para a detecção de gelo e água em estradas, superfícies de aeronaves, e no espaço aéreo ao seu redor são com base em medições de radiância de infravermelho próximo. No entanto, essas técnicas anteriores estão sujeitas aos efeitos negativos do brilho do sol porque são com base em medições em porções do espectro fortemente afetado pela luz solar.
[013] Publicação de Pedido de Patente E.U.A. no 2008/0129541 Al refere-se a um sistema de alerta de gelo escorregadio capaz de monitorar a estrada à frente de um veículo. Uma ou duas câmeras visíveis são usadas para obter a imagem da mesma cena em duas polarizações ortogonais. Quando uma única câmera é usada, um divisor de feixe de polarização é usado para separar a luz refletida em duas polarizações ortogonais. A possível (mas ambígua) determinação da existência de gelo escorregadio à frente do veículo é detectada pela medição da polarização da luz refletida. Além disso, como esse sistema opera na porção visível do espectro, está sujeito aos efeitos negativos do brilho do sol.
[014] Publicação de Pedido de Patente E.U.A. no 2005/0167593A1 refere-se a um método que usa mudanças no comprimento de onda da refletância perto de 1,4 μm para distinguir água de gelo. Nesse método, água líquida e gelo são discriminados um do outro ao analisar mudanças na borda do comprimento de onda curta da refletância de banda de 1,4 μm. As decisões de detecção são com base em mudanças nos comprimentos de onda em uma porção do espectro fortemente afetada pela luz solar. Infelizmente, os sistemas com base nesse método estão sujeitos a problemas causados pelo brilho do sol.
[015] Uma invenção mais recente descrita na Publicação do Pe dido de Patente no 20120193477A1 usa refletância efetiva definida como a refletância de um determinado material em um determinado comprimento de onda dividido pela refletância desse mesmo material em um comprimento de onda igual a 1,1 μm para determinar as bandas de medições para distinguir o material molhado daquele que contém gelo em sua superfície. Nessa técnica, o sinal de detecção é o contraste C entre as medições na primeira e segunda banda, em que o sinal de contraste é definido a razão entre as diferenças de intensidade de radiação na segunda e primeira bandas e a soma das intensidades nas duas bandas. Nessa técnica, as decisões de detecção são com base no sinal de contraste ser bandas espectrais fortemente afetadas pela luz solar. Infelizmente, os sistemas com base nesse método também estão sujeitos a problemas causados pelo brilho solar.
[016] A Patente E.U.A. no 9.304.081, que é incorporada ao pre sente documento a título de referência, descreve uma técnica que usa a razão de radiância ao redor de um ponto de cruzamento (y = RM/RA2) para monitorar a condição da estrada ou do espaço aéreo à frente de um terrestre ou veículo aéreo. O principal recurso dessa técnica é que o sinal de detecção é robusto porque se depender simplesmente da razão das medições em duas bandas espectrais estreitas próximas. No entanto, a minimização dos efeitos do brilho do sol não foi uma preocupação quando a técnica foi desenvolvida.
[017] De acordo os princípios dos presentes ensinamentos, as bandas espectrais otimizadas são implementadas em um sistema para monitorar condições potencialmente perigosas à frente como água, neve, e gelo em estradas ou pistas. O sistema divulgado no presente documento supera as desvantagens da técnica anterior, pois é imune aos efeitos negativos do brilho do sol. Os sistemas de visão ativos podem ser projetados para a navegação e para a detecção de condições potencialmente perigosas no espaço aéreo ou na superfície à frente de um veículo. Sistemas industriais para uso ao ar livre podem ser configurados para mapear os arredores do sistema ou para distinguir superfícies limpas daquelas cobertas pelo gelo, neve, óleo, água, ou outras substâncias específicas de interesse.
[018] Em algumas modalidades dos presentes ensinamentos, uma fonte de luz (isto é, um laser pulsado), detectores multiespectrais e/ou câmera multiespectral, uma unidade de processamento de dados, e interfaces com visores, sistemas de segurança, e/ou sistemas autônomos são usados para fornecer uma indicação das condições à frente e responder a elas.
[019] Em algumas modalidades, o sistema de monitoramento de condições da estrada dos presentes ensinamentos contém apenas um par detector com filtros, uma unidade de processamento de dados, e interfaces para exibir e sistemas de controle. Em algumas modalidades, um lidar que usa um laser com comprimentos de onda que se enquadrem em uma das bandas espectrais otimizadas descritas nesse documento podem ser usados.
[020] Áreas ainda de aplicabilidade se tornarão evidentes a partir da descrição fornecida no presente documento. A descrição e exemplos específicos fornecidos nesse sumário são apenas para ilustração; não se destinam a limitar o escopo da presente divulgação.
DESENHOS
[021] Os desenhos descritos no presente documento são apenas para fins ilustrativos de modalidades selecionadas e não todas as implementações possíveis, e não de destinam a limitar o escopo da presente divulgação.
[022] A Figura 1 ilustra o espectro de irradiação solar no topo da atmosfera e perto da superfície a nível do mar. São indicadas as bandas em que a irradiação solar é fortemente absorvida por ozônio atmosférico (O3), dióxido de carbono (CO2) e vapor de água (H2O).
[023] A Figura 2 ilustra as principais bandas de absorção atmosfé rica. Essas são as bandas espectrais otimizadas para sistemas de visão ativo porque minimizam os efeitos negativos da radiação solar, como brilho do sol. As bandas espectrais em que a fração da radiação solar incidente que passa pela atmosfera é mais baixa, são as melhores bandas para sistemas de visão ativo para uso ao ar livre.
[024] A Figura 3 ilustra os espectros de absorção da substância água e, particularmente, o índice complexo de refração de água e gelo líquido, indicando possíveis bandas otimizadas para sistemas de visão ativo (por exemplo, em aproximadamente < 0,3, 0,90 a 0,95, 1,10 a 1,15, 1,35 a 1,50, 1,80 a 2,06, 2,50 a 3,05 μm como exemplos não exaustivos).
[025] A Figura 4 ilustra o índice de refração de água e gelo líquido ao redor do ponto de cruzamento de cerca de 1,98 μm. Essa é uma banda espectral otimizada para monitoramento ativo das condições das estradas capaz de distinguir estradas secas, de estradas cobertas por gelo, neve, lama, ou água. É também uma banda otimizada para sistemas ativos de detecção de congelamento de aeronave, capazes de monitorar o potencial de congelamento de nuvens à frente.
[026] A Figura 5 ilustra um diagrama de blocos esquemático que ilustra um sistema de visão de acordo com os princípios dos presentes ensinamentos.
[027] A Figura 6 ilustra uma matriz de avaliação das condições da estrada que relaciona o sinal de detecção e a temperatura da superfície da estrada com o coeficiente de atrito entre as rodas do veículo e a estrada.
[028] Os números de referência correspondentes indicam as par tes correspondentes ao longo das várias vistas dos desenhos.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[029] Modalidades exemplificativas não serão descritas mais com pletamente com referência aos desenhos anexos.
[030] Modalidades de exemplo são fornecidas de modo que essa divulgação seja completa, e transportará totalmente o escopo para aqueles que são versados na técnica. Detalhes específicos numerosos são apresentados como exemplos de componentes específicos, dispositivos, e métodos, para fornecer uma compreensão completa das modalidades da presente divulgação. Será evidente para aqueles versados na técnica que detalhes específicos não precisam ser usados, que modalidades de exemplo podem ser incorporadas em muitas formas diferentes e que nenhuma delas deve ser interpretada para limitar o escopo da divulgação. Em algumas modalidades de exemplo, processos bem conhecidos, estruturas de dispositivos bem conhecidas, e tecnologias bem conhecidas não são descritos em detalhes.
[031] A terminologia usada no presente documento possui como finalidade descrever modalidades de exemplo específicos apenas e não se destina a ser limitante. Conforme usado no presente documento, as formas singulares "um," "uma," e "o/a" podem se destinar a incluir as formas plurais também, a menos que o contexto indique claramente o contrário. Os termos "compreende," "que compreende," "que inclui," e "que possui," são inclusivos e, portanto, especificam a presença de recursos declarados, números inteiros, etapas, operações, elementos, e/ou componentes, mas não impede a presença ou adição de um ou mais recursos, números inteiros, etapas, operações, elementos, componentes, e/ou grupos dos mesmos. As etapas, processos e operações do método descritos no presente documento não devem ser interpretados como que exige necessariamente seu desempenho na ordem específica discutida ou ilustrada, a menos que especificamente identificado como uma ordem de desempenho. Também deve ser entendido que etapas adicionais ou alternativas podem ser usadas.
[032] Quando um elemento ou camada é denominado como sendo "ligado," "engatado a," "conectado a," ou "acoplado a" outro elemento ou camada, pode estar diretamente ligado, engatado, conectado ou acoplado a outros elementos ou camadas, ou elementos ou camadas intervenientes podem estar presentes. Em contraste, quando um elemento é denominado como sendo "diretamente ligado," "diretamente engatado a," "diretamente conectado a," ou "diretamente acoplado a" outro elemento ou camada, pode não haver nenhum elemento ou camada interveniente presente. Outras palavras usadas para descrever a relação entre os elementos devem ser interpretadas de forma semelhante (por exemplo, "entre" versus "diretamente entre," "adjacente" versus "diretamente adjacente," etc.). Conforme usado no presente documento, o termo "e/ou" inclui qualquer e todas as combinações de um ou mais dos itens listados associados.
[033] Embora os termos primeiro, segundo, terceiro, etc. podem ser usados no presente documento para descrever vários elementos, componentes, regiões, camadas e/ou seções, esses elementos, componentes, regiões, camadas e/ou seções não devem ser limitados por esses termos. Esses termos podem ser usados apenas para distinguir um elemento, componente, região, camada, ou seção de outra região, camada ou seção. Os termos como "primeiro," "segundo," e outros termos numéricos quando usados no presente documento não implicam em uma sequência ou ordem, a menos que indicado claramente pelo contexto. Assim, um primeiro elemento, componente, região, camada ou seção discutidos abaixo poderiam ser denominados um segundo elemento, componente, região, camada ou seção sem se afastar dos ensinamentos das modalidades de exemplo.
[034] Termos espacialmente relativos, como "interno," "externo," "sob," "abaixo," "inferior," "acima," "superior," e semelhantes, podem ser usados no presente documento para facilidade de descrição para descrever um elemento ou a relação de um recurso com outro elemento (ou elementos) ou recurso (ou recursos), conforme ilustrado nas Figuras. Os termos espacialmente relativos podem ser destinados a abranger diferentes orientações do dispositivo em uso ou operação, além da orientação representada nas figuras. Por exemplo, se o dispositivo nas figuras for girado, os elementos descritos como "abaixo" ou "sob" outros elementos ou recursos seriam orientados "acima" dos outros elementos ou recursos. Assim, o termo de exemplo "abaixo" pode abranger tanto uma orientação de acima quanto abaixo. O dispositivo pode ser orientado de outra forma (rotacionado 90 graus ou em outras orientações) e os descritores espacialmente relativos usados no presente documento interpretados em conformidade.
[035] De acordo com os princípios dos presentes ensinamentos, um sistema de visão 10, como um sistema de monitoramento de condições da estrada, é fornecido para detectar as condições das estradas e/ou para monitorar as condições de interesse, como, mas não limitado a detecção de gelo em aeronaves, sistemas de fabricação, ou outros objetos de interesse. O sistema de visão 10 é configurado e operável para fazer medições em bandas espectrais em que a radiação solar é fortemente absorvida por constituintes atmosféricos (Figuras 1 e 2), reduzindo ou eliminando assim, os efeitos negativos da luz solar, como brilho solar, na detecção do sistema de visão. De acordo com os presentes ensinamentos, a invenção será divulgada em conexão com um sistema de monitoramento de condições da estrada; no entanto, deve ser entendido que os princípios dos presentes ensinamentos não devem ser considerados como sendo limitados apenas ao monitoramento das condições da estrada, mas são igualmente aplicáveis a uma ampla variedade de sistemas de visão e/ou detecção que são tipicamente influenciados negativamente pela luz solar em qualquer parte do espectro ou brilho solar.
[036] Em algumas modalidades, o sistema de visão 10 usa medi ções de radiância em pelo menos duas bandas espectrais estreitas indicadas nas Figuras 3 e 4 para estimar a condição da estrada à frente do veículo, por exemplo, em distâncias superiores a 100 m.
[037] O sistema de visão 10 ilustrado na Figura 5 em um sistema de visão configurado para detectar água, neve, geada, gelo claro (também denominado como esmalte ou gelo preto), e outros tipos de gelos em estradas ou qualquer outra superfície de interesse. O sistema de visão 10 é configurado para distinguir superfícies secas daquelas cobertas por água, neve, ou outros tipos de gelo. Em algumas modalidades, o sistema de visão 10 monitora o espaço aéreo ao redor de uma aeronave quanto às condições perigosas de congelamento.
[038] Com referência específica à Figura 5, um diagrama de blo cos esquemático que ilustra o sistema de visão 10 de acordo com os princípios dos presentes ensinamentos. Em algumas modalidades, o sistema de visão 10 compreende um sistema óptico 11 que possui uma ou mais óptica de coleta de luz 12, um divisor de feixe opcional 14, uma banda passante opcional ou filtros espectrais 16, e um par detector ou câmeras 18. O sistema óptico 11 pode detectar uma cena 100 como uma entrada óptica e emitir um sinal óptico resultante. A radiância de cena 100 pode ser medida com câmeras 18, como aquelas com base na tecnologia Arseneto de Índio Gálio (InGaAs), ou com fotodetectores, fotodiodos, detectores piroelétricos, detectores de termopilhas, fotocon- dutores, entre outros.
[039] O sistema de visão 10 pode compreender ainda, uma uni dade de processamento 20 configurada para receber o sinal óptico dos sistemas ópticos e calcular a razão da radiância nas duas bandas em que a radiação solar é reduzida substancialmente devido à absorção por constituintes atmosféricos a fim de atenuar os efeitos negativos de radiação solar. O sistema de processamento 20 é configurado para emitir um sinal resultante em resposta às medições nas bandas espectrais para um visor ou sistema de interface de dados 22, em resposta à fonte de luz 24. Em algumas modalidades, a fonte de luz 24 compreende luzes halógenas, luzes incandescentes, ou lasers infravermelhos pulsados, ou LEDs usados para iluminar a área de interesse 100. Em algumas modalidades, a área de interesse 100 à frente do veículo pode ser iluminada com feixes de lasers intensos 24 que contém o espectro desejado.
[040] Em algumas modalidades, o sistema de visão 10 pode com preender um sistema de automação 26 operacionalmente acoplado a um sistema do veículo para controlar automaticamente o sistema do veículo em resposta a um sinal de saída da unidade de processamento de dados 20 ou interface de dados 22.
[041] Medições de radiância (em vez de medições de refletância) são suficientes para a maioria das aplicações práticas, porque os alvos podem ser iluminados com fontes de luz que contém variações de energia relativamente pequenas entre as bandas espectrais de interesse (por exemplo, superfícies iluminadas por luz solar direta ou indireta, ou iluminadas por uma fonte de luz conhecida).
[042] Conforme ilustrado na Figura 3, um ponto de cruzamento ocorre na parte imaginária do índice de refração de água e gelo líquido a um comprimento de onda de 1,98 μm. Nessa banda, medições cuidadosas em cada lado do ponto de cruzamento, como nas duas bandas indicadas na Figura 3 por barras horizontais curtas que movem o sinal de detecção de água na direção oposta ao da neve e gelo. A localização e largura da primeira (detector 1) e segunda (detector 2) bandas são selecionadas de modo que a água faça com que a primeira banda de radiância de sinal e a segunda banda de radiância sinal se movam na direção oposta do gelo.
[043] Em algumas modalidades, os presentes ensinamentos for necem um sistema que alerta o motorista ou fornece comentários aos sistemas de automação do veículo. O presente sistema é capaz de quantificar o nível de perigo com o uso de matrizes de avaliação das condições da estrada, como ilustrado na Figura 6. Esse exemplo é análogo à matriz de avaliação das condições da pista desenvolvida pela FAA.
[044] Em algumas modalidades, a unidade de processamento de dados ou sistema 20 é configurada para implementar um algoritmo para detectar a presença de água, neve, geada, gelo e misturas de água/gelo com o uso de um software não transitório e tabelas de consulta para estimar a condição da superfície e emitir um alerta ou alertar quando uma condição predeterminada for detectada com base nas medições de radiância na primeira banda e na segunda banda. A título de exemplo não limitativo, o algoritmo para avaliação da condição da estrada à frente de um veículo pode compreender as seguintes etapas:
[045] 1. Medições com sistema óptico 11 que contém um par de detectores 18 ou uma matriz de pixel com filtros espectrais 16 são usadas para medir a radiância da área de interesse 100 (por exemplo, 100 m à frente do veículo).
[046] 2. Medições com um filtro espectral que permite a radiância em uma primeira banda entre cerca de 1,908 e 1,968 μm passar são usadas para determinar a radiância em um lado do ponto de cruzamento (R1,938μm);
[047] 3. Medições com um filtro espectral que permite a radiância em uma segunda banda entre cerca de 2,000 e 2,060 μm passar são usadas para determinar a radiância no outro lado do ponto de cruzamento (R2,030μm);
[048] 4. As medições na primeira e segunda banda são então usa das para determinar a razão de radiância y = R1,938μm / R2,030μm da área de interesse 100;
[049] 5. O valor da razão de radiância y é usado para determinar a superfície ou condição da estrada com o uso de uma matriz de avaliação das condições da estrada definidas abaixo;
[050] 6. A temperatura de superfície (T) é estimada com o uso de medições por um termopar ou qualquer outro método adequado;
[051] 7. A temperatura de superfície da estrada é então usada para refinar a superfície ou condição da estrada com o uso de uma matriz de avaliação das condições da estrada relacionado o sinal de detecção e a temperatura de superfície da estrada com o coeficiente de atrito entre as rodas do veículo e a estrada; e
[052] 8. Comentários são fornecidos ao operador ou sistema de automação do veículo. Em algumas modalidades, um ALERTA é produzido quando condições de perigo são detectadas. A condição de perigo pode ser quantificada por um código numérico.
[053] Em suma, é fornecido um monitoramento das condições da estrada ou sistema de visão imune aos efeitos negativos de brilho do sol. O sistema de visão é capaz de medir a radiância refletida por uma área de interesse na faixa de comprimentos de onda que contém um ponto de cruzamento entre as curvas que representam a absorção de radiação eletromagnética por gelo e água. O sistema de detecção mede a radiância em uma primeira banda que possui comprimentos de onda em uma banda espectral em um primeiro lado do ponto de cruzamento e emitindo um primeiro sinal de banda, e ainda mede a radiância em uma segunda banda que possui comprimentos de onda em uma banda espectral em um segundo lado oposto, do mesmo ponto de cruzamento e emitindo um segundo sinal de banda. O ponto de cruzamento e as bandas de medição em cada lado do ponto de cruzamento são selecionados cuidadosamente para evitar os efeitos negativos de radiação solar e para fornecer detecção inequívoca de água, neve e vários tipos de gelo mesmo quando essas substâncias cobrem uma fração do campo de visão do sistema de monitoramento de condições da estrada. Uma unidade de processamento determina a razão do primeiro sinal de banda para o segundo sinal de banda, e compara a razão com as razões críticas predeterminadas para emitir o sinal de determinação que indica a presença de água ou vários tipos de gelo.
[054] A descrição anterior das modalidades foi fornecida para fins de ilustração e descrição. Não se destina a ser exaustivo ou limitar a divulgação. Elementos individuais ou recursos de uma modalidade específica geralmente não são limitados a essa modalidade específica, mas, quando aplicável, são intercambiáveis e podem ser usadas em uma modalidade selecionada, mesmo se não especificamente mostrado ou descrito. A mesma maneira também pode ser variada de muitas maneiras. Essas variações não devem ser consideradas como um desvio da divulgação, e todas essas modificações são destinadas para serem incluídas dentro do escopo da divulgação.

Claims (13)

1. Sistema de visão ativo para monitorar áreas de interesse, caracterizado pelo fato de que o sistema de visão compreende: uma fonte de iluminação que envia energia para as áreas de interesse em pelo menos uma banda espectral em que a radiação solar é reduzida substancialmente devido à absorção pelos constituintes atmosféricos, e pelo menos uma banda espectral que é selecionada a partir do grupo que consiste em menos de 0,3 μm, 0,90 a 0,95 μm, 1,10 a 1,15 μm, 1,35 a 1,50 μm, 1,80 a 2,06 μm, e 2,50 a 3,05 μm; um sistema óptico que recebe uma entrada óptica na pelo menos uma banda espectral das áreas de interesse e que envia um sinal óptico; e um sistema de processamento que recebe o sinal óptico, o sistema de processamento configurado para medir o sinal óptico, o sistema de processamento configurado para enviar um sinal resultante em resposta às medições na pelo menos uma banda espectral, em que o sistema óptico compreende pelo menos um detector configurado para medir a radiância na pelo menos uma banda espectral adjacente a um ponto de cruzamento da parte imaginária do índice de refração de água líquida e gelo, o pelo menos um detector configurado para medir a radiância na primeira porção de banda da pelo menos uma banda espectral que possui comprimentos de onda em um primeiro lado do ponto de cruzamento e emitir um primeiro sinal de banda, o pelo menos um detector configurado para medir a radiância em uma segunda porção de banda da pelo menos uma banda espectral que possui comprimentos de onda em um segundo lado do ponto de cruzamento e enviar um segundo sinal de banda, o segundo lado do ponto de cruzamento que é oposto ao primeiro lado; e o sistema de processamento configurado para detectar a presença de água, neve, geada, gelo e misturas de água/gelo com o uso de um software não transitório e tabelas de consulta para estimar a condição de superfície e emitir um alerta quando uma condição prede-terminada é detectada com base nas medições de radiância na primeira porção de banda e a segunda porção de banda.
2. Sistema de visão, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que a localização e largura da primeira e segunda porções de banda da pelo menos uma banda espectral são selecionadas de modo que a água faz com que o primeiro sinal de banda e o segundo sinal de banda se movam em uma direção oposta ao gelo.
3. Sistema de visão, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que o pelo menos um detector compreende uma câmera e filtros espectrais.
4. Sistema de visão, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que o sistema de processamento é configurado para quantificar um nível de perigo com o uso de uma matriz de avaliação das condições da estrada que relaciona o sinal de detecção e uma temperatura medida com o coeficiente de atrito entre as rodas de um veículo e uma superfície da estrada.
5. Sistema de visão, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que compreende: um sistema de interface acoplado a um visor configurado para alertar um operador.
6. Sistema de visão, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que compreende: um sistema de automação de um veículo configurado para responder ao alerta do sistema de processamento.
7. Sistema de visão, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que compreende: um sistema de interface operacionalmente acoplado a um veículo, o sistema de interface configurado para evitar configurações de direção inseguras ao reduzir uma velocidade do veículo ou desviar de um perigo em resposta a um alerta.
8. Sistema de visão, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que os constituintes atmosféricos são escolhidos a partir do grupo consistentemente de ozônio atmosférico (O3), dióxido de carbono (CO2), e vapor de água (H2O).
9. Sistema de visão, de acordo com a reivindicação 1, carac-terizado pelo fato de que a primeira porção de banda é de cerca de 1,908 a 1,968 μm e a segunda porção de banda é de cerca de 2,000 a 2,060 μm.
10. Método de detecção para detectar um obstáculo, uma superfície ou constituintes de interesse, preferivelmente usando um sistema de visão como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9 caracterizado pelo fato de que compreende: medir um sinal de determinação em bandas espectrais no qual a radiação solar é reduzida substancialmente devido à absorção por constituintes atmosféricos a fim de atenuar os efeitos negativos de radiação solar, como um brilho de sol.
11. Método de detecção, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que: a radiância é medida em uma primeira porção de banda e uma segunda porção de banda adjacente a um ponto de cruzamento da parte imaginária do índice de refração de água líquida e gelo e envia um primeiro sinal de banda e um segundo sinal de banda respectivamente, a radiância na primeira porção de banda que possui comprimentos de onda em uma banda espectral de um primeiro lado do ponto de cruzamento e na segunda porção de banda que possui comprimentos de onda em uma banda espectral em um segundo lado oposto ao ponto de cruzamento; e a razão do primeiro sinal de banda para o segundo sinal de banda é determinada e a razão é comparada a razões críticas predeterminadas para emitir um sinal de determinação que indica a presença de água ou gelo.
12. Método de detecção, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a localização e largura da primeira porção de banda e a segunda porção de banda são ajustadas de modo que a água empurra o primeiro sinal de banda e o segundo sinal de banda na direção oposta ao gelo.
13. Método de detecção, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as bandas espectrais são de cerca de 1,908 a 1,968 μm e de cerca de 2,000 a 2,060 μm.
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