CN104349874A - 目标跟踪的视觉指示 - Google Patents

Abstract

通过与人对齐(即对准人)的视觉信号表明诸如机器人的装置对接近的人(或其他运动对象)的觉察。例如，照明系统可采用封闭环或部分环的形式，在该封闭环或部分环的周围可选择性地激活发光元件。

Description

目标跟踪的视觉指示

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年4月5日提交的、申请号为13/440653的美国专利申请的权益和优先权，在此将该美国专利申请的全部公开内容通过引用包含于本文中。

技术领域

在各个实施例中，本发明总的涉及自动化工业系统中的运动检测，尤其涉及伴随运动跟踪发生的视觉指示。

背景技术

自半个世纪前出现第一批人造机器人以来，自动化工业系统(例如自主式机器人)已经发展到更加自给自足。与最早的机器人不同，现代装置需要更少的人类辅助；它们能够在各种类型的非结构化环境中独立运行并完成任务。然而，使机器人与人类在空间上接近引发了如何确保人类安全这一根本性问题。具有大功率的致动器和不可预料的复杂行为的重型工业机器人可能会由于诸如踩在人的脚上或倒在人的身上的原因而造成伤害。因此，检测在机器人附近的运动对象的存在对于确保在机器人系统附近工作的人的安全是至关重要的。

一种方式是给机器人配备运动检测能力。存在各种运动检测技术，包括被动红外探测器(PIR)，多普勒微波传感器、超声波测距仪、扫描激光测距仪、基于视觉的系统、压力敏感垫以及红外发射器/探测器对构成的阵列(其被称为“光幕”)。于2011年9月23日提交的、标题为“Ultrasonic MotionDetection”的美国申请13/243253(该申请的全部公开内容通过引用被包含于此)描述了用于利用超声波自适应地检测运动对象的实时近似距离和方位的系统和方法。在各个实施例中，超声波传感器包括多个超声波传感器元件。这种布置允许360度全视野的检测并且能实时检测具有不同速度处于不同距离范围的多个运动对象，同时将不动的对象的存在忽略为静态背景。根据该申请(13/243253)的系统能可靠地检测一个或多个运动对象的距离和方位，而忽略例如自主式机器人附近的静止对象，从而保护该工作环境中的人类。

尽管配备这种类型的存在检测系统的机器人能识别人员的接近并采取合适的安全措施，但人员本身并不知道机器人是否觉察到了他们并且是否将相应地调整它的行为。个人可能会对是否接近机器人而犹豫不决，这限制了他们训练机器人并参与机器人执行的任务的能力；而反过来，这又限制了机器人设计，因为机器人必须被配置为在没有与人类稳健且常规交互的预期的情况下进行适应和学习。

向个人提醒机器人对他们的存在的觉察是一个具有挑战性的问题。可听检测指示器不适合于在嘈杂的工业环境中使用，并且不能给多个人提供特定于位置的反馈，而在视觉上指示机器人检测到的对象的显示屏幕不能提供对可在机器人周围360°延伸的工作环境中的检测的即时的、明确的、特定于位置的指示：显示屏幕难以从超过机器人活动半径的距离进行读取并且具有有限的视角。而且屏幕显示在经济上和计算开销上代价都很高。实际上，在充满具有显示屏幕的自动化设备的工业环境中，除非经过机器人的个体打算操作该机器人，否则他们可能将该机器人显示屏幕的内容视为不相关而忽略掉。

发明内容

在各种实施例中，本发明通过提供与人对齐(即对准人)的视觉信号来指示对接近的人(或其他运动对象)的觉察。例如，照明系统可采用封闭的环或部分环的形式，在该封闭环或部分环的周围可选择性地激活照明元件。响应于所跟踪的一个或多个运动对象的位置，控制器可以选择性地激活一个或多个发光元件，以便提供对每个运动目标持续(且单独)可见的并随所跟踪的位置变化的视觉跟踪信号。这样，在机器人的跟踪区内运动的个体观察到与他们的位置视觉上对应的信号，该信号明确地指示他们已经被该机器人检测到。

因此，在一个方面，本发明涉及用于给被跟踪的目标提供视觉跟踪指示的方法。在各个实施例中，该方法包括通过跟踪装置跟踪在限定的空间中运动的目标对象的位置；以及响应于所跟踪的位置，提供对于在所述空间中运动的目标持续可见并随所跟踪的位置而变化的视觉跟踪信号，所述信号在视觉上指示相对于所述跟踪装置的所跟踪的位置。在一些实施例中，视野至少覆盖相对于跟踪装置180°的范围-例如，180°、270°或360°，或者中间角度区域。该视觉跟踪信号可以是由弧形照明装置提供的，所述弧形照明装置具有角度可变的照明输出，所述照明输出被限制在与所跟踪的目标持续对齐的可变弧形区域。

在一些实施例中，该弧形照明装置具有封闭的环状结构，以及有效照明的弧形区域沿整个环周围延伸。该照明装置可包括或包含多个可单独驱动的分段，可随着目标运动可变地驱动这些分段以保持所述对齐。本发明的一些实施例可跟踪并发信号通知不只一个运动目标。例如，该方法可包括由跟踪装置跟踪在所述限定的空间中运动的第二目标对象的位置；以及响应于所跟踪的第二目标对象的位置，提供对于在所述空间中运动的第二目标对象持续可见且随所跟踪的第二目标对象的位置而变化的第二视觉跟踪信号，该第二信号在视觉上指示相对于所述跟踪装置的所跟踪的第二目标对象的位置。

在又一个方面，本发明涉及用于跟踪运动的系统。在各个实施例中，该系统包括用于跟踪在限定的空间中运动的目标对象的位置的跟踪系统；具有弧形轮廓和角度可变的照明输出的照明装置；以及照明控制器，该照明控制器响应于跟踪系统，用于控制所述照明装置提供对于在所述空间中运动的目标持续可见并随所跟踪的位置而变化的视觉跟踪信号，所述信号在视觉上指示相对于所述跟踪装置的所跟踪的位置。

例如，该跟踪系统可包括或包含：超声波传感器，所述超声波传感器包括多个传感器元件，其中每个元件向由固定角度限定的空间区域发射并接收超声波；耦合到所述传感器元件的驱动电路；以及超声波控制器，所述超声波控制器用于控制从所述传感器元件发射的超声波并基于此确定对象的运动。该照明控制器使得照明装置向所述目标所在的空间区域输出光线。在一些实施例中，该照明装置包括多个可单独驱动的分段，每个分段对应于所述空间区域的其中一个；所述分段随着所述目标运动而被可变地驱动使得至少与所述目标瞬间所处在的空间区域对应的分段是被点亮的。例如，所述传感器元件与照明分段可以被排列成环或部分环，且视野至少覆盖相对于跟踪装置180°(例如，180°、270°或360°，或中间角度区域)的范围。

照明装置可具有角度可变的照明输出，并且所述控制器可以被配置为使得所述视觉信号被限制在与所跟踪的目标持续对齐的可变弧形区域中。因此，如果该照明装置具有封闭的环状结构，该角度可变的照明输出可沿整个环周围延伸。在一些实施例中，该照明装置包括多个可单独驱动的分段，并且该控制器随着目标运动可变地驱动这些分段以保持所述对齐。

本发明的一些实施例可跟踪并且发信号通知不只一个运动目标。例如，该跟踪系统可被配置为跟踪在所限定的空间中运动的第二目标对象的位置；以及所述照明控制器可以对所跟踪的第二目标对象的位置进行响应并控制所述照明装置提供对于在所述空间中运动的第二目标对象持续可见且随所跟踪的第二目标对象的位置而变化的第二视觉跟踪信号；所述第二信号在视觉上指示相对于所述跟踪装置的所跟踪的第二目标对象的位置。

通过参考下述说明书、附图以及权利要求会使这里公开的本发明的前述及其他目的以及益处和特征更加显而易见。此外，应该理解，本文所述的各个实施例的特征不是互斥的，而是可以各种组合和互换的形式存在。贯穿本说明书的对“一个示例”、“示例”、“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该示例所讨论的特定的特征、结构或特性被包含在本技术的至少一个示例中。由此，在本说明书各处出现的短语“在一个示例中”、“在示例中”、“一个实施例”或“实施例”并不一定全部指同一示例。此外，在本技术的一个或多个示例中可以任何合适的方式来组合这些特定的特征、结构、例程、步骤或特性。本文提供的标题仅是为方便起见，而非旨在限制或解释所要求保护的技术的范围或含义。而且，术语“大体上”意味着±10％，并且在一些实施例中，意味着±5％。

附图说明

在附图中，不同视图中相同的参考标记一般指相同的部分。而且附图不一定是按比例绘制的，相反，其重点通常在于图示本发明的原理。在下面的说明中，参考下面的附图来描述本发明的各个实施例，其中：

图1A示意性地描述根据本文的实施例的示例跟踪和检测指示系统。

图1B描述了在由固定检测角度限定的空间区域中发射和接收超声波的超声波传感器元件。

图2描述了发射到空间中的和作为来自该空间中的对象的反射而被检测的超声波或脉冲。

图3示出了检测运动对象的迭代过程。

图4描述了计算振幅偏差的方法。

图5描述了计算跨越多个波周期的时间平均振幅偏差的方法。

图6描述了计算跨越一个波周期内多个连续时间点的短时间平均振幅偏差的方法。

图7描述了计算一个波周期内峰值检测振幅偏差的方法。

图8描述了计算一个波周期内峰值检测振幅偏差的空间平均值的方法。

具体实施方式

下面的讨论描述了一种与基于声纳的跟踪系统结合实现的用于提供存在检测信号的代表性系统，其提供必要的存在信息。然而，应理解，本文所述的存在检测系统和方法可以与定位和跟踪环境中的运动对象的任何方式一起使用。这样的方式可涉及如本文所讨论的或如在其他测距系统中已知的超声波，或者完全不同(例如，PIR、多普勒微波传感器、扫描激光测距仪、基于视觉的系统、压力敏感垫以及光幕，这里仅仅举了几个例子)。

图1A描述了一种与存在检测系统结合实现的示例性的基于超声波的测距系统。整个系统100包括具有多个传感器元件120的超声波传感器110。随着对象130(例如，人或设备)运动，每个传感器元件120朝对象130发射定向的超声波或脉冲，并且接收来自对象130的反射波。可以使用在发射超声波与收到反射波之间经过的时间来确定该超声波发射器和引发该反射的对象之间的距离。传感器控制器140通过经由关联的驱动电路150(其发送信号到传感器元件120)控制传感器元件来调节发射的超声波信号的几个方面，例如，频率、相位和振幅。另外，如下文更详细地描述的，控制器140基于所反射的信号分析传感器的邻近空间布局。

在一个实施例中，每个传感器元件120与一个单独的控制器140和/或驱动电路150相关联。这些控制器和驱动电路可以使用完全相同的信号处理电路并具有相同的电气和声学特性。在又一个实施例中，通过单个控制器和驱动电路调节一些或全部的传感器元件120。环形照明阵列152通常被布置为与传感器阵列110平行(例如，在上方或在下方)，包括一系列分段的、相邻的照明元件154，每个照明元件可以通过信号控制器156单独激活。信号控制器156接收来自传感器控制器140的跟踪位置信息并激活适当的一个(或多个)分段154，使得从其发出的光信号对准所跟踪的对象。如图1A所示，当所跟踪的对象130到达最右方的图示位置，仅分段154c被点亮；其他分段被关闭。

在各个实施例中，传感器元件120被布置成簇和/或环，具有从公共水平面中的单个位置向外延伸的视野。如图1B所示，每个元件120在由固定检测角度限定的空间区域内发射并接收超声波。因此传感器具有全360度视野的检测角度。在每个传感器元件的固定检测角度(例如，角度210)内，该角度的部分可能与其他元件的检测角度相重叠(例如，角度220、230)。来自在非重叠区域240和重叠区域220和230中传输的超声波的信息被传送并保存在存储器250中。这种实施方式确保了对于空间中每个对象(甚至是在两个相邻传感器元件的边界处的对象)的运动的检测。

传感器控制器140可追随多个跟踪对象，并且信号控制器156相应地可以分别点亮与每个对象对齐的不同分段154，且随着对象运动而改变被点亮的分段，使得例如对于每个跟踪对象仅一个分段被点亮。在一些实施例中，每个传感器元件120与单个发光分段154相关联；例如，指示器可位于每个传感器元件之上，或者可替代地，指示器可被布置在每对相邻传感器元件之间。然而，这样的布置仅是举例说明。更一般地，照明阵列152可以具有任何一维或二维模式的发光元件158，并且这些元件不需要被划分成分段；相反，每个发光元件158或者发光元件组可以被信号控制器156单独寻址。发光元件158可以是发光二极管(LED)、白炽灯泡或任何其他适合的可电驱动的照明源。信号控制器156包括开关矩阵及合适的编程，用于响应地激活适当的发光元件158。

还应强调，照明阵列152的环状结构仅是举例说明。优选地，照明阵列可以在由传感器110处理的空间区域上运行，因此照明阵列可以是弧形环部分而非封闭的环。其实，如果传感器110被配置(例如以半球形式)用于感知平面外的对象，则照明阵列152可具有在半球状表面分布的照明元件158。

此外，照明模式可以改变。当传感器元件120以圆环状排列，并且视觉指示器158位于相邻的传感器元件之间时，在给定的波道(channel)两侧的指示器在该波道检测到对象时都会被点亮；这可提高指示器的可见性和有效性。在这种变型中，当给定的指示器158两侧的两个检测器元件中的任何一个已经检测到对象时，该给定的指示器158都会被点亮。如果单个波道检测到对象，则两个相邻的指示器被点亮；如果两个相邻波道检测到对象，则这些检测器元件之间以及两侧的三个指示器被点亮。

在各个实施例中，控制器140、156可作为软件、硬件或软硬件的某一组合而被提供，并且可作为分开的逻辑或物理的系统或者单一系统。例如，这两个控制器中的任一个或全部可以在一个或多个服务器级别的计算机上实现，例如在具有包含一个或多个处理器的CPU板的PC上，所述处理器例如由位于美国加利福尼亚州圣克拉拉的英特尔公司出品的奔腾或赛扬系列核处理器，以及位于美国伊利诺伊州绍姆堡的摩托罗拉公司出品的POWERPC系列处理器，和/或由位于美国加利福尼亚州森尼韦尔的超微半导体公司(AMD)出品的ATHLON系列处理器。控制器可包含处理器，该处理器包括用于存储与上文描述的方法相关的程序和/或数据的主存储器单元。该存储器可包括在常用硬件上驻留的随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和/或闪速存储器，所述常用硬件例如一个或多个专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)或可编程逻辑器件(PLD)。在一些实施例中，可以使用诸如光盘、磁盘等外部RAM和/或ROM以及其他常用存储装置来提供程序。

对于将一个或多个控制器140、156作为软件程序来提供的实施例，该程序可以用诸如FORTRAN、PASCAL、JAVA、C、C++、C#、LISP、PERL、BASIC、PYTHON等多种高级语言中的任何一种或者任一合适的编程语言来编写。此外，该软件还可以采用针对目标装置上驻留的微处理器的汇编语言和/或机器语言来实现。

所举例说明的目标跟踪和信号传送系统可以被方便地部署在工业机器人上。通常，工业机器人是自动控制的、可重新编程的多用途机械手，其可在三个或更多轴线上编程。大部分机器人包括在工作包络面内运行的机械臂和/或机械手，并且通过由机器人控制器操作的致动器来驱动机械臂和/或机械手的运动；可参见，例如美国专利5650704和2010年7月26日提交的美国申请12/843540，以及2011年6月13日提交的美国申请13/159047(通过引用将上述的全部公开内容包含于此)。因此，如图所示，机器人控制器160可以以本领域技术人员公知的方式通过向致动器170发送的信号来控制机器人的运动学特性，包括机械手及附件的动作。这里，控制器160对来自传感器控制器140的信号进行响应。例如，当传感器控制器140检测到接近机器人的工作包络面的运动对象时，它发信号给机器人控制器160，机器人控制器160进而禁用其运行可能对所检测到的运动对象造成危害的全部或相关致动器170。当然，控制器140、160不一定是分开的实体，相反它们可以在单个总体系统控制器内实现。

参考图2，在各个实施例中，每个传感器元件在一空间区域内发射持续时间为T_p的超声波(或脉冲)。可以跨越多个区域顺序地或同时发射超声波(或脉冲)。在超声波(或脉冲)信号结束时，传感器控制器设置计数器C为零计数。在整个检测过程中，计数器C按固定时间间隔Δt增加，该固定时间间隔Δt的大小基于空间分辨率的合适单位来确定。例如，对于1厘米的空间分辨率，Δt可以设置为58μs，其是由空气中的声音速度来确定的。因而，计数器C的值表示基于传感器元件接收到所反射的超声波的时间的对象的距离。在传输超声波(或脉冲)之后，在测量反射波的振幅之前允许经过最小时间段T_W。这考虑到了超声波传感器检测系统的稳定并忽略小于最小检测距离的对象。一旦经过了T_W，对于T_W结束后的持续时间T_R，传感器控制器在每个时间间隔Δt测量由传感器元件收到的反射波的振幅A。接着将所测量的反射波的振幅保存在存储器中-特别地，保存在由计数器C索引的数组中，使得每个数组元素(即数据点)代表在与当前波周期中与特定距离范围相关的特定时间t处测量的振幅A(t)。然后，由控制器使用如下文所介绍的运动检测算法来处理每个数组元素以确定对象的位置和运动。一旦经过了T_R，传感器元件发射超声波信号并且重复该检测循环。图3示出了自适应地实时检测运动对象的运动的迭代过程。在一个实施例中，以在每个信号之间例如200毫秒或更少的时间间隔来运行该检测循环以优化检测运动对象的时间分辨率。

每个传感器元件是独立的并且有自己的数据集。该运动检测算法被设计成处理该数据集并确定对象的运动而忽略静止的对象。该算法可以是出于最小计算开销的目的而进行优化的，所以它可以使用低成本微控制器实时地执行。此外，运动检测算法可以识别并报告处于不同距离(范围)具有不同速度(方位)的多个运动对象。参考图4，该算法的原理是：对于每个时间点，当前反射波周期的振幅偏差，例如D(t_c)，为当前获取的振幅A(t_c)减去来自先前的检测周期(例如从周期1到周期N)的长期平均振幅读数 从静止的对象反射的超声波的振幅可以看作静态背景；由此来自静止的对象提供的振幅偏差是可以忽略的。与之相比，运动对象的振幅偏差是动态的并且可以以所关联的由传感器元件接收所经过的时间进一步对其进行处理以确定运动对象的距离和方位。

在一些实施例中，在回声持续时间内确定该振幅偏差，这里回声的起点出现在反射波的振幅超过预定最大强度阈值时并且回声的终点出现在该振幅低于预定的最小强度阈值时。接着从在当前反射周期中的时间t处测量的回声振幅A(t)减去在回声持续时间内时间t处回声的长期平均振幅从而得出对于时间t的振幅偏差D(t)。

在一些情况下，回声的持续时间和状态是可以被改变的。例如，如果振幅偏差小于特定的最小阈值D_min并且已经超过最小的回声持续时间，则回声状态可以从“真”(即回声存在)改变为“假”(即不再存在回声)；在这种情况下，控制器准备检测另一个回声。如果振幅偏差大于特定的最大阈值D_max，可以将回声状态从“假”变为“真”；在这种情况下，将距离数据添加到检测的回声的数组，并将回声计数增加1。在一个实施例中，D_min和D_max都是预先确定的值并且如下文进一步讨论的，可以根据例如长期平均振幅或所检测对象的距离来进行调整。

可以利用几种方式中的任何一种来计算长期平均振幅，例如使用有限脉冲响应(FIR)滤波器或无限脉冲响应(IIR)滤波器。FIR滤波器具有固定持续时间的脉冲响应；可以从N个先前周期的平均振幅来简单地计算长期平均振幅，即

$\stackrel{\‾}{A}\left(t\right)=\frac{1}{N}(A\left(t_1\right)+A\left(t_2\right)+A\left(t_3\right)+...+A\left(t_N\right))---\left(1\right)$

然而，该方式要求额外的存储器来保存来自先前周期的多个数据集；因此其增加了实现成本。IIR滤波器具有在无穷长的时间上非零的脉冲响应函数；长期平均振幅使用如下的N中取1的算法来计算：

$\stackrel{\‾}{A}\left(t\right)=\frac{1}{N}(\stackrel{\‾}{A}\left(t_{N-1}\right)\×(N-1)+A\left(t_N\right))---\left(2\right)$

在每个检测波周期结束时，使用等式(2)来更新长期平均振幅以便计及在当前周期中测量的回声振幅。这种方式提供了改善的性能，具有较小的存储器使用量并减少了计算负载。在一个实施例中，N的值是2的整数次幂；这使得可以使用计算成本更低的左移和右移运算来代替整数的乘法和除法。

实际上，由于在回声波中振幅的随机波动，基于上述定义在一个波周期中来自空间区域的振幅偏差可能是有噪音的。可以通过几种方式来消除随机波动。

在各个实施例中，可使用时间平均振幅偏差来消除在回声振幅中的随机波动；在运动对象的运动与波周期的发射频率相比相对较慢的情景中，这是很有用的。图5描述了示例的跨越P个波周期的按时间平均振幅偏差：

${\stackrel{\‾}{D}}_w\left(t_c\right)=\frac{1}{P}(D\left(t_{c-p+1}\right)+D\left(t_{c-p+2}\right)+D\left(t_{c-p+3}\right)+...+D\left(t_c\right))---\left(4\right)$

在其他实施例中，可以使用短时间平均振幅偏差来减少一个波周期内回声振幅的随机波动。例如，参考图6，在当前周期内的时间t_ca和时间t_cb之间的短时间平均振幅偏差如下：

${\stackrel{\‾}{D}}_{\mathrm{st}}\left(t_c\right)=\frac{1}{Q}(D\left(t_{\mathrm{ca}}\right)+D\left(t_{\mathrm{ca}+1}\right)+D\left(t_{\mathrm{ca}+2}\right)+...+D\left(t_{\mathrm{cb}}\right))---\left(5\right)$

其中Q是在当前周期内的时间t_ca和时间t_cb之间收到的数据点的数量。

在各个实施例中，采用峰值检测算法来改善该检测算法对于振幅偏差的陡增(这是来自体积大的对象(例如人)的回声的特点)的灵敏性。如图7所示，峰值检测算法从总的值减去前K/4数据点的振幅偏差D(t)并将最后3K/4数据点加到总的值中，如下所示：

D_p(t+K)＝比例因子×{(-l)×[D(t)+D(t+1)+D(t+2)+...+D(t+(K/4))]+[D(t+(K/4)+l)+D(t+(K/4)+2)+...+D(t+K-1)+D(t+K)]}   (6)

其中D_p(t+K)是时间t+K的峰值检测幅度偏差，即如图7中所示，在当前波周期中振幅偏差D(t)的最近K个值。在一个实施例中，如图8所示，可根据当前波周期中相邻空间传感器(区域)(例如810、820和830)上的峰值检测振幅偏差的平均值来确定对象的运动检测；其中

${\stackrel{\‾}{D}}_{P,Z}(t+K)=\frac{1}{3}[\stackrel{\‾}{D}(t_{c1z1}+K)+\stackrel{\‾}{D}(t_{c1z2}+K)+\stackrel{\‾}{D}(t_{c1z3}+K))]---\left(7\right)$

在各个实施例中，可以在每个时间t分别调整预定的最小和最大偏差阈值D_min和D_max，以便反映在时间t处不同环境中长期平均振幅的不同大小。例如，在具有低振幅的反射波的区域内传送检测波时，将D_min和D_max设置为较低的值；由此增加该算法在确定回声的振幅偏差以及持续时间方面的灵敏度。在即使缺少运动对象的情况下也预计振幅偏差有较大的随机波动的区域中，相应地调整D_min和D_max以增加检测算法对这样的波动的抗扰性。还可以调整D_min和D_max来反映所检测对象的距离。例如，对于检测较远的对象，将D_min和D_max设置为较低的值以便增加该算法的灵敏性；随着对象接近检测器，可以将D_min和D_max调整为较高的值，因为反射波的振幅在较短距离内衰减不明显。

在给定的系统中用于D_min和D_max的特定值极大地依赖于该系统的电子的、声学的和软件设计的参数，包括，例如超声波检测器的敏感度、放大器链的增益和偏移电压，或者用于运行检测器系统的电源电压。因此，具有相同功能特性(例如，范围、检测灵敏度、抗干扰性，或者响应速度)的系统可能由于其中不同的部件而具有不同的D_min和D_max预定值。

在放大器链增益为～2000、微控制器的模数转换器(ADC)的分辨率为12比特以及电源电压为3.3V的示例系统中，每个ADC计数表示ADC处约805μV，或者来自传感器的电信号为0.4μV。在这个系统中，D_max的值在175至300的范围内，而D_min的值在80左右。在该阈值能够动态地适应于平均振幅的情况下，可对于高、中、低的平均信号将D_max分别设置为300、250和175。或者，在根据对象的距离动态地调整阈值的情况下，可对于近、中、远的距离将D_max分别选择为300、250和175。

改变传感器的声环境(例如在超声频率上的环境噪声水平的变化，传感器元件对该变化很敏感)或者改变传感器元件的方向，可导致对运动对象的错误检测。例如，当噪声源(例如由压缩空气驱动的工具)开启时，该增加的背景信号电平加入到所测量的短期振幅偏差D(t)，在长期平均值已经适应了该增加的背景电平之前，其可触发假阳性检测。当运动检测器已经适应的噪声源被关闭，由于所有短期振幅偏差D(t)的降低，在长期平均振幅重新适应之前，降低的背景信号电平可能妨碍对运动对象的检测。长期平均振幅对新环境的适应可能会占用几个波周期从而引起对诸如该环境中的人员的运动对象的意外伤害。传感器元件的移动也可能引起所测量的短期偏差D(t)的错误，因为单独元件的长期平均振幅不再反映在每个传感器元件的新的视野内检测到的回声的振幅。

在各个实施例中，检测传感器元件的声环境中的变化可以通过跟踪每个波周期中测量的振幅偏差D(t)随时间的积分来实现。对于每个传感器元件，可用建立的最大正负阈值来连续地计算该积分的振幅偏差I_dev。在声环境发生重大变化(例如，环境噪声源的添加或移除，或者传感器元件前端的旋转)期间，对于一些或者全部传感器元件，I_dev可能具有较大的正或负值。因此，当I_dev的值超过该正或负阈值中的任何一个时，可以重新训练运动检测算法以适应新的声环境。一旦长期振幅平均值已经适应了新的声环境，即使是在有多个运动对象的情况下，I_dev也可以有小的值，因为这些运动对象具有较小的短期贡献。这种方式将由于环境变化导致的错误检测减到最少。

虽然该运动检测算法可以自动并逐渐地适应改变的声环境，但自适应可能会花费相当长的时间。在一个实施例中，通过下面的方式来加速自适应：将正常的运动检测算法挂起一定时间段，例如L个周期，以及使该检测算法快速地将新的平均振幅重新训练为在重新训练期间(例如L个周期)测量的振幅A(t)的平均值。由此如下：

${\stackrel{\‾}{A}}_{\mathrm{new}}\left(t\right)=\frac{1}{L}(A_1\left(t\right)+A_2\left(t\right)+A_3\left(t\right)+...+A_L\left(t\right))---\left(8\right)$

在重新训练期间(即L个周期)结束时，该正常的检测算法恢复运行并且以新的振幅平均值来代替旧的振幅平均值从而准确地适应于当前新的声环境。在一个实施例中，对于每个传感器元件，当该传感器元件的I_dev超过预定阈值时可自动触发该自适应过程。在又一个实施例中，当检测到单个传感器元件的I_dev和/或所有传感器元件的I_dev超过预定阈值时，所有传感器元件一起进行该重新训练过程。可以在传感器启动时，并且/或者通过外部命令，以及/或者由传感器响应于检测到其声环境发生重大变化自动地进行这样的操作。

本文采用的术语和表述是用作进行说明的术语和表述而非进行限制，并且使用这样的术语和表述也并非意在排除所显示和描述的特征及其部分的任何等同形式。此外，虽然已经描述了本发明的一些实施例，但对于本领域普通技术人员而言在不脱离本发明的精神和范围的情况下可使用包含本文公开的概念的其他实施例是显而易见的。因此，所述实施例在所有方面都应当被看作仅是说明性的，而不是限定性的。

Claims (17)

1.一种用于给跟踪的目标提供视觉跟踪指示的方法，所述方法包括：

由跟踪装置跟踪在限定的空间中运动的目标对象的位置；以及

响应于所跟踪的位置，提供对于在所述空间中运动的目标持续可见并随所跟踪的位置而变化的视觉跟踪信号，所述信号在视觉上指示相对于所述跟踪装置的所跟踪的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中视野相对于所述跟踪装置至少覆盖180度的范围。

3.根据权利要求1所述的方法，其中视野相对于所述跟踪装置覆盖360度的范围。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述视觉跟踪信号是由弧形照明装置提供的，所述弧形照明装置具有角度可变的照明输出，所述照明输出被限制在与所跟踪的目标持续对齐的可变弧形区域。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述弧形照明装置具有封闭的环状结构，有效照明的弧形区域沿整个环延伸。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述弧形照明装置包括所述弧形照明装置的多个可单独驱动的分段，所述分段随着目标运动而被可变地驱动以保持所述对齐。

7.根据权利要求1所述的方法，还包括：

由所述跟踪装置跟踪在所述限定的空间中运动的第二目标对象的位置；以及

响应于所跟踪的第二目标对象的位置，提供对于在所述空间中运动的第二目标对象持续可见且随所跟踪的第二目标对象的位置而变化的第二视觉跟踪信号，所述第二信号在视觉上指示相对于所述跟踪装置的所跟踪的第二目标对象的位置。

8.一种用于跟踪运动的系统，所述系统包括：

跟踪系统，用于跟踪在限定的空间中运动的目标对象的位置；

照明装置，具有弧形轮廓和角度可变的照明输出；以及

照明控制器，其响应于所述跟踪系统，用于控制所述照明装置提供对于在所述空间中运动的目标持续可见并随所跟踪的位置而变化的视觉跟踪信号，所述信号在视觉上指示相对于所述跟踪装置的所跟踪的位置。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述跟踪系统包括超声波传感器，所述超声波传感器包括多个传感器元件，每个元件在由固定角度限定的空间区域发射并接收超声波；

耦合到所述传感器元件的驱动电路；以及

超声波控制器，用于控制从所述传感器元件发射的超声波并基于此确定对象的运动，所述照明控制器使得所述照明装置向所述目标位于的空间区域输出光线。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述照明装置包括多个可单独驱动的分段，每个分段对应于所述空间区域的其中一个，所述分段随着所述目标运动而被可变地驱动使得至少与所述目标瞬间所处在的空间区域对应的分段被点亮。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述传感器元件和照明分段排列成环形。

12.根据权利要求8所述的系统，其中视野相对于所述跟踪装置至少覆盖180度的范围。

13.根据权利要求8所述的系统，其中视野相对于所述跟踪装置覆盖360度的范围。

14.根据权利要求8所述的系统，其中所述照明装置具有角度可变的照明输出，所述控制器使得所述视觉信号被限制在与所跟踪的目标持续对齐的可变弧形区域中。

15.根据权利要求8所述的系统，其中所述照明装置具有封闭的环状结构，所述角度可变的照明输出沿整个环延伸。

16.根据权利要求8所述的系统，其中所述照明装置包括多个可单独驱动的分段，所述控制器随着所述目标运动可变地驱动所述分段以保持所述对齐。

17.根据权利要求8所述的系统，其中：

所述跟踪系统被配置为跟踪在所述限定的空间中运动的第二目标对象的位置；以及

所述照明控制器对所跟踪的第二目标对象的位置进行响应并控制所述照明装置提供对于在所述空间中运动的第二目标对象持续可见且随所跟踪的第二目标对象的位置而变化的第二视觉跟踪信号，所述第二信号在视觉上指示相对于所述跟踪装置的所跟踪的第二目标对象的位置。