CN114942024A - 结构光导航辅助设备 - Google Patents

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Abstract

本发明题为结构光导航辅助设备。本发明提供了用于结构光导航辅助设备的系统和实施方案。在某些实施方案中，系统包括结构光发射器，该结构光发射器向表面发射结构光，其中结构光发射器能够可移动地改变所发射的结构光的方向。另外，系统包括结构光接收器，该结构光接收器接收来自环境的光，其中结构光接收器识别所接收的光中从表面反射的结构光，并且根据经反射的结构光计算导航信息。此外，系统包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器将结构光控制为预编程的图案或在结构光发射器的操作期间确定的图案中的一者。

Description

结构光导航辅助设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年2月17日提交的名称为“结构光导航辅助设备(STRUCTUREDLIGHT NAVIGATION AID)”的印度临时申请号202111006634的权益，在此将其内容全文并入。
背景技术
交通工具经常使用导航系统来获取描述交通工具的位置、速度和姿态的信息。导航信息有助于交通工具以更大的安全性行驶。飞机是经常使用导航系统的交通工具类型的一个示例。飞机经常使用导航系统在不同的飞行阶段期间执行多个活动。特别地，飞机使用导航信息来执行着陆，并且在一些情况下执行自主着陆。
执行自主着陆存在多个挑战。特别地，机载无线电和导航传感器的限制可能限制飞机执行自主着陆的能力。例如，当在密集的城市环境中操作时，传感器可能丢失来自与导航系统通信的其他设备的信号。例如，许多导航系统接收GNSS信号以计算水平和垂直轴线两者上的位置。GNSS测量结果的准确性和可靠性增加了安全着陆的可能性。在城市环境中，来自GNSS卫星的GNSS信号可能由于高层建筑，由于对宽间隔的卫星缺乏可见性导致的几何精度因子，多径干扰和其他原因而不可访问。
当自主系统在其他自主系统附近操作时，存在附加的自主系统问题。当多个交通工具彼此靠近地操作时，所需的导航精度增加以防止不同的交通工具侵入操作交通工具的安全操作范围内。
导航系统经常使用传感器融合来克服在密集的城市环境中使用自主着陆系统的问题。导航系统使用卡尔曼(Kalman)滤波器和其他类似技术融合来自多个源的测量结果。然而，当导航系统在GNSS被拒绝的环境中操作时，传感器融合技术易于偏离理想输出。因此，GNSS信号的缺乏不利地影响导航系统的操作。
发明内容
本发明提供了用于结构光导航辅助设备的系统和实施方案。在某些实施方案中，系统包括结构光发射器，该结构光发射器向表面发射结构光，其中结构光发射器能够可移动地改变所发射的结构光的方向。另外，系统包括结构光接收器，该结构光接收器接收来自环境的光，其中结构光接收器识别所接收的光中从表面反射的结构光，并且根据经反射的结构光计算导航信息。此外，系统包括一个或多个处理器，该一个或多个处理器将结构光控制为预编程的图案或在结构光发射器的操作期间确定的图案中的一者。
附图说明
附图附随本说明书并且仅描绘了与所附权利要求书的范围相关联的一些实施方案。因此，所描述和所描绘的实施方案不应被认为是对范围的限制。附图和说明书以附加的具体性和细节描述了示例性实施方案及其特征，其中：
图1是示出根据本公开的方面的具有结构光传感器的导航系统的框图；
图2是示出根据本公开的方面的结构光传感器的框图；
图3是示出根据本公开的方面的结构光传感器的等距图；
图4是根据本公开的方面的结构光发射系统的框图；
图5是示出根据本公开的方面的结构光传感器的参照系的图；
图6A和图6B是示出根据本公开的方面的不同结构光图案的图；
图7A和图7B是示出根据本公开的方面的所发射的结构光在表面上的不同视图的图；
图8是示出根据本公开的方面识别与所检测到的从表面反射的图案相关联的消失点的图；
图9是示出根据本公开的方面的所发射的结构光的矢量的图；
图10是根据本公开的方面的用于控制结构光发射系统的方法的流程图；
图11是根据本公开的方面的用于检测经反射的结构光中的图案的方法的流程图；并且
图12是根据本公开的方面的用于使用结构光导航辅助设备的方法的流程图。
根据惯例，所描述的各种特征未必按比例绘制，而是为了强调与示例性实施方案相关的特定特征而绘制的。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考构成本说明一部分的附图，并且其中通过图示方式示出了特定的例示性实施方案。然而，应当理解，可使用其他实施方案，并且可进行逻辑、机械和电气改变。
本公开中描述了用于结构光导航辅助设备的系统和实施方案。如上文所讨论，当相关联交通工具行进通过GNSS被拒绝的环境时，由导航系统提供的导航信息可能漂移。因此，导航系统受益于不受漂移(如惯性测量结果的随时间漂移)影响的附加的导航信息源。视觉是不受漂移影响的导航信息源的示例。视觉传感器可允许导航系统以与人类相同的方式感知环境。然而，在使得自主系统能够以人类推断信息的相同方式从视觉信息推断信息方面存在许多挑战。在一些实施方案中，导航系统使用结构光来获取一些所期望的信息。
结构光已经用于其他非导航行业，诸如制造(3D扫描)、娱乐行业(Xbox，英特尔实感技术)和其他行业。但是，这些其他行业如何使用结构光受到结构光应用的限制。通常，结构光并不意味着预定义固定结构的光。结构光仅仅意指可以产生光的结构以适合操作需要。因此，尽管已用于其他行业，但结构光也可用于导航系统中。
如本文所述，结构光可由结构光发射器发射，该结构光发射器向表面发射结构光。该表面可以反射结构光，使得结构光接收器接收经反射的结构光。在接收时，结构光传感器检测结构光图案并且处理来自所检测到的图案的信息以获取导航信息。结构光可以用于导航信息的一个示例是作为自主着陆辅助设备。例如，导航系统可以向表面发射结构光以获取关于与自主交通工具有关的着陆区域的信息。然后，导航系统可以使用导航信息来着陆，使用该信息代替由其他传感器提供的信息，或除了由其他传感器提供的信息之外还使用该信息。
图1是包括结构光导航辅助设备的导航系统101的框图。导航系统101可安装到交通工具，诸如飞机，海运工具，航天器，汽车或其他交通工具类型。另选地，导航系统101可位于可移动物体(诸如电话、个人电子器件、陆地勘测装备或能够从一个位置移动到另一个位置的其他物体)上或作为该可移动物体的一部分。附加地，导航系统101可从一个或多个不同的来源获取导航信息。为了处置所获取的导航信息，导航系统101可以包括导航计算机103。导航计算机103还可以包括至少一个处理器105和至少一个存储器单元107。
在某些实施方案中，导航系统101可以获取包括惯性运动信息的导航信息。为了获取惯性运动信息，导航系统101可以包括惯性传感器115，该惯性传感器测量和感测其上安装有导航系统101的物体的惯性运动。例如，导航系统101可以是惯性导航系统(INS)，该惯性导航系统接收来自惯性传感器115(诸如陀螺仪和加速度计)的组合的原始惯性数据。另选地，惯性传感器115可以是向导航计算机103提供经处理的从惯性测量结果获取的惯性导航数据的INS。
在另外实施方案中，导航系统101可以包括附加的能够提供导航数据的传感器。例如，导航系统101可以包括一个或多个其他传感器119。例如，一个或多个其他传感器119可包括诸如高度计的垂直位置传感器。一个或多个其他传感器119可包括电光传感器、磁力计、气压传感器、速度计和/或其他类型的传感器。
在某些实施方案中，导航系统101可以使用GNSS测量结果来计算导航信息。导航系统101可以包括具有至少一个天线121的GNSS接收器113，该GNSS接收器接收来自多个GNSS卫星的卫星信号，该卫星信号对于至少一个天线121是可观测的。例如，在操作期间，GNSS接收器113接收来自当前可见的GNSS卫星的GNSS卫星信号。如本文所用，GNSS卫星可以是提供导航信号的卫星的任何组合。例如，GNSS卫星可以是以下各项的一部分：全球定位系统(GPS)、GLONASS、伽利略(Galileo)系统、罗盘(北斗(BeiDou))或形成GNSS的一部分的其他卫星系统。GNSS卫星可以提供地球上任何地方的位置信息。处理器105和GNSS接收器113可以接收卫星信号以及从信号提取位置、速度和时间数据以获取伪距测量结果。
导航系统101、管理系统111或本文所述的其他系统和方法中使用的处理器105和/或其他计算设备可以使用软件、固件、硬件或它们的适当组合来实现。处理器105和其他计算设备可以由专门设计的专用集成电路(ASIC)或现场可编程门阵列(FPGA)补充或并入其中。在一些具体实施中，处理器105和/或其他计算设备可通过附加的收发器与导航系统101外部的其他计算设备进行通信，诸如与管理系统111相关联的计算设备或与由管理系统111控制的其他子系统相关联的计算设备。处理器105和其他计算设备还可包括软件程序、固件或其他计算机可读指令或与它们一起运行，以执行在本文所述的方法和系统中使用的各种处理任务、计算和控制功能。
本文所述的方法可以通过由至少一个处理器(诸如处理器105)执行的计算机可执行指令(诸如程序模块或组件)来实现。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、数据组件、数据结构、算法等。
用于执行本文所述方法的操作中所用的其他数据的各种过程任务、计算和生成的指令可以在软件、固件或其他计算机可读指令中实现。这些指令通常存储在适当的计算机程序产品上，该计算机程序产品包括用于存储计算机可读指令或数据结构的计算机可读介质。此类计算机可读介质可以是可以由通用或专用计算机或处理器或任何可编程逻辑设备访问的可用介质。例如，存储器单元107可以是能够存储计算机可读指令和/或数据结构的计算机可读介质的示例。存储器单元107还可以存储导航信息，诸如地图、地形数据库、磁场信息、路径数据和其他导航信息。
合适的计算机可读存储介质(诸如存储器单元107)可以包括例如非易失性存储器设备，包括半导体存储器设备，诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、或闪存存储器设备；磁盘，诸如内部硬盘和可移动磁盘；光盘存储设备，诸如光盘(CD)、数字通用光盘(DVD)、蓝光盘；或可以用于以计算机可以执行指令或数据结构的形式携带或存储所期望的程序代码的任何其他介质。
在某些实施方案中，导航系统101包括结构光传感器117。如本文所用，结构光传感器117是以结构光图案向表面发射光的传感器。该表面将结构光反射向结构光传感器117，其中该结构光传感器检测该光并且向导航计算机103提供电信号以供处理器105进行附加的处理。在一些实施方案中，结构光传感器117可以包括与处理器105分开的处理器。当来自所检测的结构光的电信号由处理器105(或由结构光传感器117上的处理器)处理时，处理器105可以检测到从表面反射的结构光的图案。基于所接收到的图案，除了从GNSS接收器113、惯性传感器115和一个或多个其他传感器119获取的信息之外，处理器105还可以获取附加的导航信息。下文更详细地描述结构光传感器117的操作。
在一些实施方案中，导航系统还可以提供耦合到结构光传感器117的控制接口118。控制接口118允许用户、交通工具操作者或计算机系统通过允许操作者向结构光传感器117发送控制信号以及接收来自结构光传感器117的导航信息来与结构光传感器117交互。在一些具体实施中，控制接口118位于结构光传感器117上。另选地，控制接口118可以是与结构光传感器117通信的另一系统。
图2是结构光传感器217的框图。如上文关于结构光传感器117所述，结构光传感器217包括向表面发射结构光的结构光发射器和接收来自表面的经反射的结构光图案的结构光接收器。结构光传感器217可以基于经反射的结构光图案和所发射的结构光图案的差异来确定导航信息。另外，结构光传感器217可以确定关于反射结构光图案的表面的信息。
在某些实施方案中，结构光传感器217可以包括激光源221。激光源221可以是能够发射激光的设备。例如，激光源221可以发射单色光束。在一些具体实施中，激光源221可以发射红外频率范围内的单色光束。在一些实施方案中，由激光源221产生的光的频率可以取决于结构光传感器217的使用，诸如满足结构光传感器217的所期望的使用的光的范围、穿透度和准确性。另外，激光源221可以连接到一些散热器233以为激光源221提供对流冷却。基于由结构光传感器217发射的结构光的类型，激光源221可以是连续激光器或脉冲发射器。
激光源221可以耦合到具有光传输性质的介质235。具有光传输性质的介质235可以是能够传输光场的任何介质。具有光传输性质的介质235可以是光纤电缆，光波导或一系列定位用于引导光场通过自由空间的反射镜。具有光传输性质的介质235可以将光耦合到结构光发射器223中。在一些实施方案中，当具有光传输性质的介质235是光纤电缆时，具有光传输性质的介质235可准直光以防止损失。
结构光发射器223可以包括微机电传感器(MEMS)致动器238或控制反射镜239的定位的其他类型的致动器238。具有光传输性质的介质235可以向反射镜239发射光。致动器238接收使致动器238控制反射镜239的反射角的电信号。从具有光传输性质的介质235发射的光从反射镜239反射并且穿过发射器孔径227。光穿过发射器孔径227朝向表面或其他目标类型。致动器238移动反射镜以可移动地改变发射光的方向。此外，致动器238移动反射镜以形成结构光图案。
在一些实施方案中，结构光可从表面反射并朝向结构光传感器217往回反射。结构光传感器217可以包括结构光接收器，该结构光接收器包括接收器透镜229和光传感器225。接收器透镜229可以接收从表面反射的光的一部分。接收器透镜229将所接收到的经反射的光引导朝向光传感器225。在一些实施方案中，光传感器225可以是辐射热计(或其他类型的光传感器)，该辐射热计检测特定频率的光，诸如通过发射器孔径227发射的光的频率。例如，光传感器225可以接收红外频率范围内的光。
在附加的实施方案中，光传感器225可以基于由光传感器225感测的光来产生电信号。光传感器225向电路241提供该电信号。电路241可以是用于辐射和感测算法的主机电子器件。在一些具体实施中，主机电子器件可以包括处理器，该处理器类似于处理器105运行或执行处理器105的功能的部分。电路241上的电子器件还可以接收来自其他系统或交通工具操作者的所估计的导航信息，导航参数，并且向其他系统提供输出命令。例如，结构光传感器217还可以包括连接器231，以便于结构光传感器217和外部系统之间的通信。
在附加的实施方案中，电路241可以向致动器238提供控制信号。控制信号指示致动器238移动反射镜239以形成结构光的已编程的图案。在一些具体实施中，图案基于所执行的算法和所期望的输出。如上文所述，激光源221可以是脉冲红外激光发射器。致动器238移动反射镜239以反射激光来绘制所期望的图案。当致动器238是MEMS致动器时，致动器238移动反射镜239以通过进行小的移动来形成精确的图案。在某些具体实施中，结构光传感器217可以拒绝高频振动，以防止振动干扰反射镜239的移动。例如，结构光传感器217可以与阻尼机构附接在一起，或发送到致动器238的控制信号说明高频振动。
在某些实施方案中，结构光传感器217可以包括附加的传感器237。附加的传感器237可以提供与检测经反射的结构光图案无关的导航信息源。例如，附加的传感器237可以提供位置、速度和姿态信息作为原始或经处理的导航数据。当附加的传感器237提供原始数据时，电路241上的处理器可以处理原始数据以计算导航信息，或电路241可通过连接器231向另一处理器提供原始数据。此外，电路241上的处理器可以将测量结果与通过分析结构光所获取的测量结果融合。
在示例性实施方案中，结构光传感器217和其他设备可以被制造在机壳243内。机壳243可以使得能够将各种组件安装在交通工具的表面上在所期望的位置处，以便于在所期望的方向上发射结构光图案。另外，散热器233可以延伸出机壳243，以将机壳243内产生的热量传导到机壳243外的环境中，用于对流辐射。图3是示出安装在机壳343内的结构光传感器的等距图。如图所示，机壳343包括在机壳343的外部表面上的发射器孔径327和接收器透镜329。结构光发射器系统可以通过发射器孔径327发射光，并且光传感器(例如光传感器225)可以通过接收器透镜329接收光。将结构光传感器217包封在机壳243或343内限制了结构光传感器217的占用面积，同时通过连接器231提供所期望的电力和数据连接。
图4是替代的结构光发射器系统400的框图。如本文所述，替代的结构光发射器系统400可类似于图2中所述的结构光发射器系统运行，其中结构光发射器系统是结构光传感器217的产生结构光并将其发射向表面的部分。例如，结构光传感器217的结构光发射器系统可以包括激光源221，具有光传输性质的介质235，结构光发射器223，发射器孔径227，致动器238和反射镜239。类似地，替代的结构光发射器系统400可以包括激光源421，具有光传输性质的介质435和发射器孔径427，它们分别如同图2的激光源221，具有光传输性质的介质235和发射器孔径227运行。
在一些实施方案中，与致动器238和反射镜239相比，替代的结构光发射器系统400可使用固定的光学器件来形成结构光图案。例如，替代的结构光发射器系统400可以使用激光光栅447来形成图案，并且使用光学透镜445来引导光穿过发射器孔径427。例如，激光光栅447可以附接到具有光传输性质的介质435的端部。激光光栅447其中蚀刻有图案，其中蚀刻的图案使入射在激光光栅447上的光根据蚀刻的图案发射。光学透镜445可引导来自激光光栅447的光以将其引导到地面。在一些实施方案中，替代的结构光发射器系统400包括用以使光学透镜445移动以用所发射的结构光扫描区域的设备。
由于替代的结构光发射器系统400使用安装到具有光传输性质的介质435的固定的激光光栅447，因此替代的结构光发射器系统400可以更不受振动效应的影响。然而，使用固定的激光光栅447使得替代的结构光发射器系统400被限制于单个结构光图案。此外，与如上文关于图2所述使用致动器238和反射镜239来重定向全部激光以形成图案相比，使用激光光栅447来形成图案可以降低由于分裂光束来形成图案所致的总图案强度。
在某些实施方案中，结构光传感器217可用作着陆辅助设备。例如，结构光传感器217可以安装在自主交通工具上。自主交通工具可以使用结构光传感器217来扫描环境中的表面并推断关于环境的信息。自主交通工具使用所推断的信息来以更高的精度执行自主着陆。
在示例性实施方案中，推断关于环境的信息包括为结构光传感器217建立参照系。图5是示出结构光传感器217的参照系的图。如图所示，图5示出了发射器孔径527和接收器透镜529相对于彼此和相对于表面549的位置。如本文所述，发射器孔径527和接收器透镜529类似于图2的发射器孔径227和接收器透镜229运行。如图所示，发射器孔径527和接收器透镜529彼此分开距离d。
在某些实施方案中，发射器孔径527向表面549发射结构光553。在发射器孔径527和表面549之间，结构光发散。从发射器孔径527发射的结构光553以发散角Sdiv发散。因此，所发射的结构光553在表面549和发射器孔径527之间发散的量和方式取决于表面549距发射器孔径527的距离，发射器孔径527发射光的角度，以及由所发射的结构光553照射的表面549的地形。
在另外的实施方案中，接收器透镜529接收视场555(Cfov)内的经反射的结构光。例如，发射器孔径527向表面549发射结构光553，其中所发射的结构光553从表面549向接收器透镜529反射。距表面549的距离和发射光相对于表面549的角度影响经反射的结构光是否在接收器透镜529的视场内。在一些实施方案中，当发射器孔径527和接收器透镜529太靠近表面549时，入射在表面549上的结构光图案可能在接收器透镜529的视场之外。在发射器孔径527变得太靠近表面549因此入射在表面549上的结构光图案在接收器透镜529的视场之外的情况下的高度可以被称为最小高度hmin。如此，最小高度可以表示着陆辅助设备变得不能提供进一步辅助的高度。
如上文所述，致动器238可以接收控制信号，该控制信号指示致动器238控制反射镜239的定位，以使结构光发射器系统发射结构光图案。图6A和图6B示出了由结构光发射器系统发射的潜在结构光图案。图6A示出了结构光图案651-A，该结构光图案包括具有叠置的三角形的矩形网格图案。图6B示出了结构光图案651-B，该结构光图案包括简单网格图案。由结构光发射器系统发射的不同结构光图案可以实现不同的信息获取。例如，一些图案可以提供更多关于地形的信息，而其他图案可以提供更多距离信息。另外，结构光发射器系统可能够在操作期间改变结构光图案。特别地，当结构光传感器217使用致动器238和反射镜239形成结构光图案时，可以控制致动器238以在操作期间形成不同的结构光图案。
在一些具体实施中，结构光传感器217可以具有存储在存储器(诸如存储器单元107)中的多个预编程的图案。此外，结构光传感器217可以在操作期间产生不同的图案或通过控制接口118接收图案。存储在存储器单元107中的不同图案(预编程图案或在操作期间所产生的图案)可经设计以提供关于表面549的特定信息。在一些情况下，结构光传感器217可以循环通过多个图案以获取描述表面549的不同特性的信息。
在某些实施方案中，与结构光传感器217相关联的处理器可以从结构光中所接收的图案产生导航信息。在一些具体实施中，处理器可以仅从结构光的当前所发射的图案产生导航信息。另选地，处理器可以基于先前所发射的结构光和当前所发射的结构光之间的差异来产生导航信息。另外，结构光传感器217可以基于所接收的结构光来识别特征。所识别的特征可以是指示表面的梯度和粗糙度的所发射的图案的改变。可以基于先前所发射的结构光与当前所发射的结构光之间的差异来确定其他特征。使用所识别的特征，结构光传感器217或相关联的处理器可以产生导引参数并且更新导航信息。
图7A和图7B是说明在表面749上方使用结构光传感器717的图。如图7A所示，结构光传感器717向表面749发射结构光753。结构光图案751入射在结构光传感器717的视场755内的表面749上。当所发射的结构光753从表面749反射时，结构光传感器717检测到该所发射的结构光。
在一些实施方案中，结构光传感器717安装在能够垂直起落(VTOL)的飞行器上。VTOL可以具有参照轴线757。在一些具体实施中，结构光传感器717可以横向地安装在执行VTOL的交通工具上。
在示例性实施方案中，可以控制结构光图案751入射在表面749上的特定位置处。例如，处理器105可以向致动器238发送控制信号以改变反射镜239的位置。另选地，可以改变光学透镜445的位置以控制从结构光发射器系统发射的光的方向。在一些具体实施中，发射光的方向可以通过电路241上的处理器或外部系统上的处理器来控制。此外，表面749上的结构光图案751的所期望的位置可以由自主算法确定或由飞行员手动选择。另外，结构光图案751在表面749上的所期望的位置可以在发射器孔径527的界限内。
在一些实施方案中，结构光传感器717可以扫描表面749以识别表面749上的合适的着陆位置。例如，结构光传感器717可以扫描表面以识别水平和/或没有任何着陆障碍物的位置。为了扫描表面749，结构光传感器717可以在表面749上方以合适的图案移动结构光图案751。合适的图案可以包括光栅，螺旋或阶梯扫描图案。另外，可执行结构光图案751在表面749上方的扫描以增加由结构光传感器717扫描的表面749的量或覆盖表面749上感兴趣的区域。
在某些实施方案中，结构光传感器717上的发射器孔径527和接收器透镜529之间的距离是已知的。因此，结构光传感器717可以确定结构光图案751在表面749上的定向。如图6B所示，在结构光图案651-B是对称网格的情况下，结构光传感器717可以计算由结构光图案751的改变所致的结构光图案751在表面749上的定向，该结构光图案的改变是由表面749的地形，结构光传感器717的位置和定向与表面749的关系以及结构光传感器717发射结构光753的方向引起的。另外，如图6A所示，可以将非对称引入到结构光图案751中，以帮助识别结构光图案751在表面749上的定向。可将其他特征添加到结构光图案751以获取关于表面749以及结构光传感器717与表面749的关系的附加的信息。
在示例性实施方案中，结构光传感器717向表面749上的目标位置投射结构光图案751。当在结构光传感器717上的光传感器坐标系(诸如图2的光传感器225的坐标系)内观察时，结构光图案751可能由于光传感器225的透视而显得失真。由光传感器225观察到的结构光图案751内的失真允许结构光传感器717建立光传感器225的关于表面749上的结构光图案751的参照系。例如，图7B示出了表面749的自上而下的视图，示出了表面749上的失真的结构光图案751。如图7B所示，结构光图案751示出了图6A的结构光图案651-A的潜在失真。结构光传感器717可以使用被称为透视几何的计算机视觉技术来建立光传感器225的关于结构光图案751的参照系。
在某些实施方案中，结构光传感器717上或连接到结构光传感器717的处理器可以使用投影变换技术内的透视几何来解析结构光传感器717的姿态和位置。具体地，结构光传感器717可以将实物(real-world)坐标投射到相机坐标系中，其中相机坐标系具有相关联的坐标系统759。
在示例性实施方案中，用于将实物坐标投射到相机坐标系中的数学变换可以如下：
Figure BDA0003492603140000121
如图所示，K是指光传感器225的固有校正矩阵。校正矩阵可以由光传感器225的制造商提供，在初始校正期间计算，或在周期性校正期间计算。
Figure BDA0003492603140000122
是指机体到光传感器旋转矩阵。特别地，
Figure BDA0003492603140000123
将光传感器225的坐标系中的坐标旋转到使用结构光传感器717进行导航的机体的坐标系中。
Figure BDA0003492603140000124
是指地球到机体旋转矩阵。特别地，
Figure BDA0003492603140000125
将使用结构光传感器717进行导航的机体中的坐标系中的坐标旋转到地球的坐标系中的坐标中。PC是指如使用其他传感器计算的光传感器225的位置，诸如来自GNSS或INS的测量结果。作为变换的输出，结构光传感器717提供交通工具的定向(滚动和俯仰)以及位置PC的更新。
当输出变换计算地球坐标系中的坐标时，结构光传感器717可以通过将实物坐标系的z位置归一化为相机坐标系并且使用z位置作为标度因子来将地球坐标系中的三维坐标转换为相机坐标系中的二维坐标。例如，结构光传感器717可以如下将三维地球坐标系坐标转换为二维相机坐标系坐标：
Figure BDA0003492603140000131
结构光传感器717在相机中执行关于图案的计算。因此，结构光传感器717还参照图案执行定向的计算。在一些实施方案中，结构光传感器717通过确定二维中的消失点来计算定向。图8是示出关于结构光图案751的两个消失点的示例性图。例如，结构光图案751可以具有第一消失点761和第二消失点763。识别第一消失点761和第二消失点763允许计算相对于结构光图案751的滚动和俯仰。在实物坐标中，第一消失点761与矩阵[1 0 0 0]T相关联，并且第二消失点763与矩阵[0 1 0 0]T相关联。
对于第一消失点761和第二消失点763中的一者，结构光传感器717可以使用以下方程：
Figure BDA0003492603140000132
以上方程在两个轴线上，并且结构光传感器717可以递归地计算两个消失点的
Figure BDA0003492603140000133
然后，结构光传感器717可以求解两个联立方程以找到相对于图案的俯仰(θ)和滚动
Figure BDA0003492603140000134
的值。
简化消失点的方程得到：
Figure BDA0003492603140000135
其可以进一步简化为
Figure BDA0003492603140000141
和
Figure BDA0003492603140000142
使用上述方程可以识别光传感器225的坐标系相对于结构光图案751的定向。然而，存在结构光传感器717可以通过其使用结构光图案751来识别定向的其他数学方法。
在一些具体实施中，由结构光传感器717观测到的表面749是粗糙的和/或可以具有梯度。当存在梯度时，结构光图案751可能出现进一步的偏斜。由梯度引起的偏斜可以使消失点被拉伸远离结构光图案751或基于梯度的方向被拉向结构光图案751。虽然上述方程提供了关于结构光传感器717和表面749之间的相对定向的信息，但方程没有提供关于表面749的梯度的信息。然而，当执行VTOL时，知道表面的梯度和粗糙度是有益的，因为表面749的梯度和粗糙度可以确定地面是否适于着陆。
图9示出了不同的连接坐标系，该坐标系可以便于通过结构光传感器717计算梯度信息。如图所示，结构光传感器717可以具有与光传感器225相关联的传感器坐标系965和与结构光发射器223相关联的发射器坐标系969。传感器坐标系965可以与发射器坐标系969具有刚性关系967，因为光传感器225刚性地连接到结构光发射器223。另外，由于结构光发射器系统的控制，结构光753的方向
Figure BDA0003492603140000143
可以是已知的。结构光传感器717可以使用
Figure BDA0003492603140000144
的分量来根据所估计的高度计算平坦表面上的理想图案形状。结构光传感器717使用在传感器坐标系965处计算的定向与基于
Figure BDA0003492603140000145
的所估计的定向的差来估计表面的梯度。结构光传感器717另外可以确定梯度是否允许着陆在表面上。
在附加的实施方案中，结构光传感器717可以确定关于表面的粗糙度信息。结构光传感器717使用粗糙度信息来确定表面是否太粗糙而不允许着陆。类似于梯度计算，在图案具有内部线的情况下，结构光传感器717可识别由光传感器225观测到的图案的内部线的差异，并且将其与平坦表面上的所估计图案的内部线进行比较。基于该差异，结构光传感器717可以确定地面是否太粗糙而不允许着陆。
图10是用于在结构光传感器217用作着陆辅助设备时控制致动器(诸如图2的致动器238)以形成结构光图案和所发射的结构光的方向的方法1000的流程图。方法1000在1071处开始，其中获取交通工具的着陆位置。例如，结构光传感器217可以识别交通工具被指示着陆到的表面上的位置。方法1000然后在1073处继续，其中获取GNSS/INS测量结果。例如，GNSS接收器113向结构光传感器217提供GNSS测量结果，和/或INS向结构光传感器217提供惯性测量结果。方法1000然后在1075处继续，其中计算目标偏差。例如，使用GNSS和INS测量结果，结构光传感器217计算结构光传感器217的当前位置。结构光传感器217然后确定所计算的当前位置和交通工具被指示着陆到的表面上的位置之间的距离。此外，结构光传感器217将所确定的距离转换成交通工具的参照系中的滚动和俯仰命令。
在某些实施方案中，在计算目标偏差之后，方法1000在1077处继续，其中计算结构光发射器系统变换。例如，结构光传感器717执行将交通工具参照系中的命令转换成用于结构光发射器系统的参照系的变换。方法1000然后在1079处继续，其中计算光学致动角。例如，结构光传感器717将来自用于结构光发射器系统的参照系的角度命令转换成用于控制致动器238的命令。在计算光学致动角之后，方法1000在1081处继续，其中控制致动。例如，结构光传感器717可以基于所计算的光学致动角来向致动器238提供控制信号。
图11是用于检测经反射的结构光图案的方法1100的流程图。方法1100在1183处继续，其中对所接收的光进行滤波。例如，结构光发射器系统可以发射红外频率范围内的光。结构光传感器717然后可以对通过接收器透镜229接收的光进行滤波，使得随后仅处理在由结构光发射器系统所发射的光的红外频率范围内接收的光。对所接收的光进行滤波可以降低检测无源或杂散信号的可能性。
在另外的实施方案中，方法1100在1185处继续，其中增强所接收的光的对比度。例如，可以增强所接收的经滤波的光的对比度，以增加与图案相关联的像素的亮度。此外，方法1100在1187处继续，其中检测线段。例如，结构光传感器717可以检测所接收的与结构光图案相关联的像素中的线段。另外，方法1100在1189处继续，其中消除杂波。例如，结构光传感器717可以从所检测到的线段移除不必要的和/或无益的数据。不必要的或无益的数据可以包括具有杂散线段、寄生线或可能无助于执行计算的其他信息的数据。
在一些实施方案中，方法1100在1191处继续，其中对所检测到的线的斜率和长度进行滤波。例如，结构光传感器717可以选择匹配长度和斜率标准的线段。长度和斜率标准可以被定义为VTOL的操作范围的一部分。此外，方法1100在1193处继续，其中结构光传感器717根据所选择线段计算姿态和位置。例如，结构光传感器717计算结构光传感器717相对于所检测到的网格的姿态和位置，为结构光传感器717的光传感器225建立参照系。
在示范性实施方案中，方法1100在1197处继续，其中执行交通工具坐标系变换。例如，结构光传感器717可以使用如上文所述的变换矩阵将光传感器225关于网格的位置和高度转换成交通工具坐标系。为了便于执行交通工具坐标系变换，方法1100在1195处继续，其中获取GNSS和/或INS测量结果。如上文所述，GNSS测量结果和INS测量结果可以提供与结构光传感器717的位置、速度和姿态有关的数据，该数据被用作执行交通工具坐标系变换的输入。在执行变换之后，方法1100在1199处继续，其中产生偏差。例如，结构光传感器717可以从所检测到的图案的质心导出交通工具的位置和角度偏差。使用所产生的偏差，处理器可以产生用于控制交通工具的导引参数。导引参数是控制交通工具以辅助交通工具向所期望的目的地移动的参数。
在一些实施方案中，从结构光传感器717获取的位置和姿态信息可以用作导航数据源，其可以使用诸如统计滤波(卡尔曼、扩展卡尔曼，等)的传感器融合技术与其他位置、速度和姿态信息融合。此外，结构光传感器717可以用作GNSS被拒绝的环境中的导航数据源。例如，结构光传感器717可以存储初始导航状态并且基于所检测到的导航改变来提供导航测量结果。导航计算机可以使用通过结构光传感器717获取的测量结果来限制惯性测量结果的漂移。
图12是使用结构光导航辅助设备的方法1200的流程图。方法1200在1201处继续，其中估计关于交通工具的导航信息。然后，方法1200在1203处继续，其中基于所估计的导航信息中的一者或多者和来自交通工具操作者的输入，控制光学器件以向表面发射结构光。此外，方法1200在1205处继续，其中控制光学器件以改变结构光的图案。
在某些实施方案中，方法1200在1207处继续，其中识别由表面反射的经反射的结构光。此外，方法1200在1209处继续，其中识别来自经反射的结构光的特征。此外，方法1200在1211处继续，其中基于从所识别的特征获取的信息来更新导航信息。此外，方法1200在1213处继续，其中基于导航信息来产生用于交通工具控制的导引参数。
示例性实施方案
实施例1包括一种系统，所述系统包括：结构光发射器，所述结构光发射器向表面发射结构光，其中所述结构光发射器能够可移动地改变所发射的结构光的方向；结构光接收器，所述结构光接收器接收来自环境的光，其中所述结构光接收器识别所接收的光中从所述表面反射的结构光，并且根据所述经反射的结构光计算导航信息；和一个或多个处理器，所述一个或多个处理器将所述结构光控制为预编程的图案或在所述结构光发射器的操作期间确定的图案中的一者。
实施例2包括根据实施例1所述的系统，所述系统还包括允许操作者和所述结构光发射器之间的交互的控制接口。
实施例3包括根据实施例1-2中任一项所述的系统，所述系统还包括存储多个图案的存储器单元，所述多个图案包括一个或多个预编程的图案或在所述结构光发射器的所述操作期间确定的一个或多个图案。
实施例4包括根据实施例3所述的系统，其中所述一个或多个处理器循环通过所述多个图案，其中所述多个图案中的每个图案允许获取关于所述表面的不同信息。
实施例5包括根据实施例1-4中任一项所述的系统，其中所述结构光发射器和所述结构光接收器安装在机壳中。
实施例6包括根据实施例1-5中任一项所述的系统，其中所述一个或多个处理器仅从所述结构光中当前所发射的图案产生导航信息。
实施例7包括根据实施例1-6中任一项所述的系统，其中所述一个或多个处理器基于先前所发射的结构光与当前所发射的结构光之间的差异来提供导航信息。
实施例8包括根据实施例1-7中任一项所述的系统，其中所述一个或多个处理器基于从所述表面反射的所述结构光来获取关于所述表面的梯度信息。
实施例9包括根据实施例1-8中任一项所述的系统，其中所述一个或多个处理器基于从所述表面反射的所述结构光来获取关于所述表面的粗糙度信息。
实施例10包括根据实施例1-9中任一项所述的系统，其中所述一个或多个处理器扫描所述表面以基于梯度和粗糙度来确定合适的着陆位置。
实例11包括一种方法，所述方法包括：估计关于交通工具的导航信息；基于所估计的导航信息和来自交通工具操作者的输入中的一者或多者来控制光学器件以向表面发射结构光；控制所述光学器件以改变所述结构光的图案；识别由所述表面反射的经反射的结构光；从所述经反射的结构光识别特征；基于从所识别的特征获取的信息来更新所述导航信息；以及基于所述导航信息来产生用于交通工具控制的导引参数。
实施例12包括根据实施例11所述的方法，所述方法还包括基于所识别的特征来识别合适的着陆区域。
实施例13包括根据实施例11-12中任一项所述的方法，其中控制所述光学器件以向所述表面发射所述结构光包括：获取所述交通工具的着陆位置；从一个或多个其他导航信息源获取测量结果；计算目标偏差；计算结构光发射器变换；计算光学致动角；以及控制所述光学器件的致动。
实施例14包括根据实施例11-13中任一项所述的方法，其中根据所识别的特征计算所述导航信息包括：对数据的坐标系中所接收的光进行滤波；增强所述坐标系中的像素之间的对比度；检测所述坐标系中的线段；消除所述坐标系中的杂波；基于所述线段的斜率和长度对所述线段进行滤波；计算所述交通工具的姿态和位置；从一个或多个其他导航信息源获取测量结果；执行交通工具坐标系变换；以及产生所述交通工具与所述图案的质心的位置和角度偏差。
实施例15包括根据实施例11-14中任一项的方法，其中控制所述光学器件以改变所述结构光的所述图案包括将所述图案改变成以下各项中的至少一者：预编程的图案；和在操作期间确定的所产生图案。
实施例16包括根据实施例11-15中任一项所述的方法，其中控制所述光学器件以改变所述结构光的所述图案包括循环通过多个图案，其中所述多个图案中的每个图案允许获取关于所述表面的不同信息。
实施例17包括根据实施例11-16中任一项所述的方法，其中从所述经反射的结构光识别所述特征还包括基于所述经反射的结构光获取关于所述表面的梯度信息。
实施例18包括根据实施例11-17中任一项所述的方法，其中从所述经反射的结构光识别所述特征还包括基于所述经反射的结构光获取关于所述表面的粗糙度信息。
实施例19包括根据实施例11-18中任一项所述的方法，所述方法还包括扫描所述表面以基于梯度和粗糙度来确定合适的着陆位置。
实施例20包括一种系统，所述系统包括：结构光传感器，所述结构光传感器包括：机壳；结构光发射器，所述结构光发射器安装在所述机壳内，所述结构光发射器向表面发射结构光，其中所述结构光发射器能够可移动地改变所发射的结构光的方向和图案；结构光接收器，所述结构光接收器接收来自环境的光，其中所述结构光接收器识别所接收的光中从所述表面反射的结构光，并且计算导航信息和特征信息；和一个或多个处理器，所述一个或多个处理器将所述结构光控制为预编程的图案或在操作期间确定的所产生图案中的一者，其中所述一个或多个处理器扫描所述表面以基于所述特征信息识别合适的着陆位置；和一个或多个其他传感器，所述一个或多个其他传感器向所述结构光传感器提供附加的导航信息。
尽管本文已说明和描述了特定实施方案，但本领域的普通技术人员将认识到，经计算以实现相同目的的任何布置可替代所展示的特定实施方案。因此，显而易见的是，本发明仅受权利要求书以及其等同物所限制。

Claims (3)

1.一种系统，所述系统包括：
结构光发射器(223)，所述结构光发射器向表面(549)发射结构光，其中所述结构光发射器能够可移动地改变所发射的结构光的方向；
结构光接收器，所述结构光接收器接收来自环境的光，其中所述结构光接收器识别所接收的光中从所述表面(549)反射的结构光，并且根据所述经反射的结构光计算导航信息；和
一个或多个处理器(105)，所述一个或多个处理器将所述结构光控制为预编程的图案或在所述结构光发射器(223)的操作期间确定的图案中的一者。
2.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括存储器单元(107)，所述存储器单元存储多个图案，所述多个图案包括一个或多个预编程的图案或在所述结构光发射器(223)的所述操作期间确定的一个或多个图案，其中所述一个或多个处理器(105)循环通过所述多个图案，其中所述多个图案中的每个图案允许获取关于所述表面的不同信息。
3.一种方法，所述方法包括：
估计关于交通工具的导航信息；
基于所估计的导航信息和来自交通工具操作者的输入中的一者或多者来控制光学器件以向表面发射结构光；
控制所述光学器件以改变所述结构光的图案；
识别由所述表面反射的经反射的结构光；
从所述经反射的结构光识别特征；
基于从所识别的特征获取的信息来更新所述导航信息；以及
基于所述导航信息来产生用于交通工具控制的导引参数。
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US20110285981A1 (en) * 2010-05-18 2011-11-24 Irvine Sensors Corporation Sensor Element and System Comprising Wide Field-of-View 3-D Imaging LIDAR
US11064184B2 (en) * 2017-08-25 2021-07-13 Aurora Flight Sciences Corporation Aerial vehicle imaging and targeting system
US11353588B2 (en) * 2018-11-01 2022-06-07 Waymo Llc Time-of-flight sensor with structured light illuminator

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