JP2018516496A - 音声検出システム及び方法 - Google Patents

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Abstract

レーザーマイクロフォンは、複数のレーザーサブシステムを含む検出システムを含み得る。検出システムは、周波数パターンに基づいて放出電磁放射を生成し、物体から反射した反射電磁放射を受信するように構成することができる。検出システムは、放出電磁放射の周波数と反射電磁放射の周波数に基づいて組合せ周波数データを定義するように構成することができる。検出システムは、組合せ周波数データに基づいて周波数領域における一組のスペクトルビンを定義し、一組のスペクトルビンのサブセットから得られたデータポイントに基づいて組合せ周波数データを修正し、組合せ周波数データに基づいて距離又は速度の少なくとも1つを定義するように構成することができる。レーザーマイクロフォンは、距離又は速度の少なくとも1つに基づいて音声信号を定義するように構成された音声プロセッサーを含み得る。

Description

（関連出願）
本出願は、「音声検出システム及び方法」と題された2016年4月12日出願の米国出願第15/096,881号に基づく優先権並びに利益を主張し、これは「音声検出システム」と題された2015年4月13日出願の米国仮特許出願第62/146,736号に基づく優先権並びに利益を主張するものであり、当該出願の両方を参照することによりそれら全体を本明細書中に援用する。
また、本出願は、「音声検出システム」と題された2015年4月13日出願の米国仮特許出願第62/146,736号に基づく優先権並びに利益を主張するものであり、当該出願を参照することによりその全体を本明細書中に援用する。
（技術分野）
本説明は、マルチビームレーザー光検出と測距（LIDAR）システムを含む音声検出システムに関する。
（背景）
いくつかの公知のLIDARシステムでは、レーザーを用いて音声を監視することができる。しかしながら、音声モニタリングに使用される公知のLIDARシステムは、比較的遅く、非効率的、及び/又は不正確であることが多い。このため、現状の技術の不足に対応し、他の新規及び革新的な特徴を提供するシステム、方法、及び装置の必要性が存在する。
（概要）
1つの一般的な態様では、レーザーマイクロフォンは、複数のレーザーサブシステムを含む検出システムを含み得る。検出システムは、周波数パターンに基づいて放出電磁放射を生成し、物体から反射した反射電磁放射を受信するように構成することができる。検出システムは、放出電磁放射の周波数と反射電磁放射の周波数に基づいて組合せ周波数データを定義するように構成することができる。検出システムは、組合せ周波数データに基づいて周波数領域における一組のスペクトルビンを定義し、該一組のスペクトルビンのサブセットから得られたデータポイントに基づいて組合せ周波数データを修正し、該組合せ周波数データに基づいて距離又は速度の少なくとも1つを定義するように構成することができる。レーザーマイクロフォンは、距離又は速度の少なくとも1つに基づいて音声信号を定義するように構成された音声プロセッサーを含み得る。
別の一般的な態様では、音声システムは、周波数パターンに基づいて放出電磁放射を生成するように構成されたレーザーと、物体から反射した反射電磁放射を受信するように構成された受信器と、放出電磁放射の周波数と反射電磁放射の周波数に基づいて組合せ周波数データを定義するように構成された分析器とを含む検出システムを含み得る。分析器は、ビート周波数が閾値条件に基づいて決定されるまで、組合せ周波数データのスペクトル分析を繰り返し行うように構成することができる。音声システムは、ビート周波数に基づいて音声信号を定義するように構成された音声プロセッサーを含み得る。
さらに別の一般的な態様では、方法は、レーザーから物体に向かって放出された電磁放射の周波数と物体から反射した電磁放射の周波数に基づいて組合せ周波数データを定義すること；及び組合せ周波数データに基づいて一組のスペクトルビンを定義することを含み得る。方法は、一組のスペクトルビンのサブセットを識別すること；及び一組のスペクトルビンのサブセットに基づいて時系列データを生成することを含み得る。方法は、時系列データに基づいて位相角データを定義すること；及び位相角データに基づいて組合せ周波数データを修正することも含み得る。方法は、組合せ周波数データに基づいて音声信号を定義することも含み得る。
（図面の簡単な説明）
図1は、マルチレーザーサブシステムを含む音声システムを示す図である。
図2A乃至2Cは、種々の用途における音声システムを示す図である。
図3は、図1に示すレーザーサブシステムの少なくとも1つに含まれる例示の構成要素をより詳細に示す図である。
図4は、単一レーザーシステムを含む音声システムに使用されるスペクトル分析法を示すフローチャートである。
（詳細な説明）
図1は、音声システム100に対して静止又は動くことができる物体5（例えば、人、車両、機械）によって生成された音声を検出するために、マルチレーザーサブシステム105A乃至105N（光検出と測距（LIDAR）サブシステムとも呼ぶことができる）を使用するように構成された音声システム100を示す図である。レーザーサブシステム105A乃至105Nは、検出システム191に含まれる。従って、音声システム100は、例えば、物体5の音声モニタリングのためのレーザーアレイを生成するように構成することができる。いくつかの実施態様では、物体5は、標的又は標的物体5と呼ぶことができる。音声システム100は、周波数変調連続波（FMCW）音声検出応用に用いることができる。いくつかの実施態様では、音声検出は、音声モニタリングを含み得る。
音声システム100は、例えば、音声検出の速度及び精度を改善し得るマルチビーム距離検出プロセスを実行することができる。具体例として、音声システム100から複数のレーザーの同時使用に対する単一セトリング時間は、単一レーザーを複数回使用するシステム（単一レーザーの各使用がセトリング時間に関連付けられ、複数のセトリング時間が得られる）を上回る測定効率が得られ得る。音声システム100は、音声検出に不正確さをもたらし得る物体5の振動に関する種々の問題を考慮するように構成することもできる。
音声システム100は、種々のデバイス内であってもよく、または種々のデバイス内で使用してもよい。例えば、図2A及び2Bは、ヘルメット（図2A）及びアームバンド（図2B）におけるウェアラブルデバイスとして人に連結した音声システム100（又は音声システムを含むデバイス）を示す図である。図2Cは、車両内の音声システム100（又は音声システムを含むデバイス）を示す図である。種々の用途に関する詳細について以下に説明する。
いくつかの実施態様では、音声システム100は、例えば、物体5（例えば、対象の頭部又は頸部）から直接、非接触で音声をピックアップするための小型のレーザーマイクロフォンアレイに使用し、例えば、他の話者及び雑音（例えば、周囲の雑音）からブラインド音源分離を提供することができる。いくつかの実施態様では、音声システム100は、音声コマンド、電話の呼び出しなどの明瞭度を収集及び/又は高めて、会話、話者認識、及び/又はスピーチ認識を改善するために自動車環境に取り付けられたレーザーマイクロフォンであってもよい。
いくつかの実施態様では、音声システム100は、車両、例えば、車両のミラー（例えば、バックミラー）内に取り付けられたレーザーマイクロフォンであってもよい。いくつかの実施態様では、マイクロフォン部分は、1ウェイ、すなわち、一方向性のマイクロフォン部分であってもよい。いくつかの実施態様では、ミラー上のマーキング（例えば、ハッシュマーキング、レチクル）は、例えば、車両の乗員（例えば、ドライバー頭部位置）に対するレーザーマイクロフォンの所望の位置決めに使用され得る。
いくつかの実施態様では、音声システム100は、例えば、比較的騒々しい環境における会話（例えば、（例えば、数フィート以内の）近い会話）の明瞭度を高めるための、例えば、補聴器として機能し得る、ユーザーのウェアラブルデバイス（帽子、眼鏡など）上に取り付けられ得る。いくつかの実施態様では、音声システム100は、例えば、機械的用途（例えば、自動車用途、製造用途）の診断ツールとして、例えば、スマートフォン又はタブレットなどのデバイス上で音声及び/又は視覚フィードバックと組み合わせて使用できるウェアラブルデバイスに連結され得る。いくつかの実施態様では、人（例えば、第一応答者（例えば、a 火災応答、救急医療サービス（EMS）など）、軍人（例えば、兵士、オペレーターなど）、レースカードライバー、航空機の人（例えば、パイロット、地上クルー者、保守者）、船員（例えば、民間人、沿岸警備隊員）、施工者など）のヘルメット（ウェアラブルデバイスの一種であり得る）。音声システム100は、音声コマンド及び/又は電話の呼び出しの明瞭度を収集及び/又は高めるために使用され得る。
いくつかの実施態様では、音声システム100は、騒々しい環境における明瞭度を高めるために、及び/又は、非接触のステノマスク（stenomask）用途と同様に立ち聞きされずに話す能力を提供するために、イヤホン及び/又は他の身体装着型（すなわちウェアラブル）デバイス内に取り付けられたレーザーマイクロフォンであり得る。
いくつかの実施態様では、音声システム100は、物体（例えば、対象の頭部又は頸部）から直接、非接触で音声をピックアップするための小型のレーザーマイクロフォンアレイに含め、パブリックアドレス（PA）システムに、例えば、音声フィードバックの除去又は低減をもたらすことができる。音声システム100は、例えば、スタジオ状況において複数の音源を対象にし、ボーカル、個々の楽器などを単離し、例えば、同時再生中に音響シグネチャーを完全に分離することができる。
いくつかの実施態様では、音声システム100は、リモートの、動きに影響を受けにくいレーザーマイクロフォンとして使用されるか又は該レーザーマイクロフォンに含まれ、例えば、異なる種類の車両を識別及び/又は区別することができる。いくつかの実施態様では、音声システム100は、リモートの、動きに影響を受けにくいレーザーマイクロフォンとして使用されるか又は該レーザーマイクロフォンに含まれ、個人を識別（リモート生体声紋装置）することができる。
いくつかの実施態様では、音声システム100は、リモートの、動きに影響を受けにくいレーザーマイクロフォンとして使用されるか又は該レーザーマイクロフォンに含まれ、例えば、部屋（例えば、講堂）における聴衆、教室の参加者などからの質問及び/又はコメントを検出（例えば、ピックアップ）することができる。いくつかの実施態様では、音声システム100は、リモートの、動きに影響を受けにくいレーザーマイクロフォンとして使用されるか又は該レーザーマイクロフォンに含まれ、例えば、群集又は集会のメンバーからの音声を検出（例えば、ピックアップ）することができる。両方とも、例えば、ブラインド音源分離で行うことができる。
いくつかの実施態様では、音声システム100は、リモートの、動きに影響を受けにくいレーザーマイクロフォンであり得るか又は該レーザーマイクロフォンに含まれ得る、コールセンター環境におけるバックグラウンドノイズ除去をすることができる。
いくつかの実施態様では、音声システム100は、物体又は特徴を追跡するように構成された密集したクラスターのLIDARビームであり得るか又は該LIDARビームを含み得る。具体的な追跡用途には、例えば、以下の方法、例えば、距離の連続性、速度の連続性、信号対雑音比（SNR）の連続性、戻り電力の連続性、三次元（3D）の表面曲率などの1以上を用いた、携帯電話のロックオン追跡用のエッジ検出器、顔追跡用のエッジ検出器が挙げられ得る。
図1は、検出システム191内にマルチレーザーサブシステム105A乃至105Nを含む音声システム100を示しているが、いくつかの実施態様では、音声システム100は、単一レーザーシステム又はサブシステムを含み得る。単一レーザーシステムにおいてレーザー信号を分析するための一例方法は、少なくとも図4に関連して説明する。
同時または時間的に近いアップ及びダウンチャープから導出された周波数は、対象の距離及び速度により、周波数成分を分離または独立して決定するように使用されてもよい。距離及び速度のこれらの分離測定は、レーザービーム（複数可）を反射する表面の動き（例えば、振動）に基づいて音声信号を生成するために、別々に又は共同で使用されてもよい。例えば、距離及び/又は速度は、音声（例えば、音声信号）として生成する（例えば、音声（例えば、音声信号）に変換する）ことができる振動（例えば、揺動（oscillations））と相関し得る。音声プロセッサー194は、検出システム191によって生成された距離及び/又は速度に基づいて音声を生成するように構成することができる。
図1に示すように、いくつかの実施態様では、音声システム100は、音声プロセッサー194によって生成された音声信号に応答して音声を生成するように使用することができるスピーカーシステム196を含み得る。また、音声システム100は、いくつかの実施態様では、音声信号を送信するように構成された送信器198、及び/又は音声信号を受信するように構成された受信器199を含み得る。
また、図1に示すように、音声システム100は、連結機構192を含み得る。連結機構192は、音声システム100を物体（例えば、別のデバイス）、人などに連結するために使用することができる。
図3は、図1に示すレーザーサブシステム105Aの少なくとも1つに含まれる例示の構成要素をより詳細に示す図である。レーザーサブシステム105Aは、例えば、コヒーレント光放出（例えば、単色光放出）又はビームであってもよい1以上の周波数での電磁放射を放出する（例えば、生成する、伝播する）ように構成されている。簡潔にするために、レーザー光源110からの放出は、電磁放射放出（例えば、電磁放射放出）、放出レーザー信号10、又は放出光と呼ばれる。
図3に示すように、レーザー信号10は、スプリッタ125によって少なくともレーザー信号11-1、11-2、12A、12B、13A、及び13Bなどのマルチレーザー信号に分割することができる。レーザー信号12A、12B、13A、及び13Bは、例えば参照システム190A、190Bによって処理するためにスプリッタ125によって生成することができ、各参照システムは、干渉計（光信号を電気信号に変換するように構成された1以上の光検出器又は検出器（例えば、検出器150C）を含み得る）を含む。いくつかの実施態様では、レーザー信号11は、スプリットレーザー信号から導出することができ、組合せレーザー信号と呼ぶことができる。図3に示すように、干渉計を使用して、レーザー信号11を生成することができ、分析器170（復調器とも呼ぶことができる）による1以上の補正のためにこれを分析してもよい。そのような実施態様では、レーザー信号10は、（例えば、スプリッタ125によって）レーザー信号11-1及びレーザー信号11-2にさらに分割することができる。レーザー信号11-1は、物体5からレーザー信号11-4として反射することができる。レーザー信号11-2は、遅延142Cによって（長さに相関し得る）レーザー信号11-3に遅延させることができ、レーザー信号11-3は、結合器140Cを介してレーザー信号11-4と組合わせることができる。干渉計からのレーザー信号11（干渉計信号とも呼ぶことができる）を使用して、検出器150Cを用いてレーザー信号11についての情報を集めることができる。レーザー信号11に関する以下の説明は、標的レーザー信号即ち分析器170によって分析するために標的にされたレーザー信号になり得るレーザー信号11を定義するために使用することができる構成要素となるレーザー信号11-1乃至11-4のいずれにも適用することができる。スプリッタ125は、簡単のために単一構成要素として示される。いくつかの実施態様では、スプリッタ125は、2以上のスプリッタを含み得る。同様に、図3に示す1以上の結合器は、組合わせてもよく、又はさらなる結合器を含んでもよい。
図3に示すように、レーザーサブシステム105Aは、周波数掃引モジュール120を含む。周波数掃引モジュール120は、レーザー光源110を起動させて、例えば、レーザー光源110の駆動電流を変調することによって種々の光周波数（一般に、周波数とも呼ぶことができる）を生成するように構成されている。具体的には、周波数掃引モジュール120は、レーザー光源110を起動させて、光周波数のパターン（周波数パターンとも呼ぶことができる）を生成するように構成されている。例えば、周波数掃引モジュール120は、レーザー光源110を起動させて、光周波数の正弦波パターン、光周波数の鋸歯波パターンなどを生成するように構成することができる。いくつかの実施態様では、鋸歯波パターンは、光周波数において連続的に増加する（例えば、単調に増加する、線形に増加する、非線形に増加する）部分を有することができ（アップチャープとも呼ぶことができる）、且つ、光周波数において連続的に減少する（例えば、単調に減少する、線形に減少する、非線形に減少する）部分を有することができる（ダウンチャープとも呼ぶことができる）。従って、周波数パターンは、アップチャープ及びダウンチャープを含むサイクルを有してもよい。
レーザーサブシステム105Aは、物体5に向かうレーザー光源110からの放出レーザー信号11-1（レーザー信号10から分割）に応答して、物体5から反射したレーザー信号11-4（反射レーザー信号又は散乱レーザー信号とも呼ぶことができる）（不図示）を受信するように構成された結合器140Cを含む。いくつかの実施態様では、物体5からの反射レーザー信号（戻り信号又は戻り光とも呼ぶことができる）は、放出レーザー信号10の一部（例えば、遅延142Cによって遅延したレーザー信号11-3）と混ぜた後、（検出器150Cによって電気信号に変換した後に）分析器170によって分析することができる。
レーザーサブシステム105Aの分析器170は、レーザー光源110からの放出レーザー信号11-1と、結合器140Cによって受信した反射レーザー信号11-4との組合せを分析するように構成されている。放出レーザー信号11-1は、アップチャープ、次いで、ダウンチャープ（又はダウンチャープ、次いで、アップチャープ）を含むパターンに従って放出することができる。レーザー光源110からの放出レーザー信号11-1の周波数と結合器140Cによって受信した反射レーザー信号11-4の周波数との組合せは、分析器170によって分析し、ビート周波数又は信号を得るか又は定義することができる。言い換えると、ビート周波数は、物体5までの往路（放出レーザー信号）復路（反射レーザー信号）にわたる信号周波数変化の合計であり、レーザーサブシステム105Aと物体5の間の相対距離運動から得られる反射レーザー信号のドップラー周波数シフトを含んでもよい。いくつかの実施態様では、ビート信号は、比較的一定な周波数又は変動する周波数を有することができる。いくつかの実施態様では、放出レーザー信号11-1の周波数と反射レーザー信号11-4の周波数との組合せは、差周波数、ビート周波数、又は往復周波数と呼ぶことができる。
同時または時間的に近いアップ及びダウンチャープから導出された周波数は、対象の距離及び速度により、周波数成分を分離または独立して決定するように使用されてもよい。距離及び速度のこれらの分離測定は、レーザービーム（複数可）を反射する表面の動きに基づいて音声信号を生成するために、別々に又は共同で使用されてもよい。言い換えると、距離及び/又は速度は、音声（例えば、音声信号）として生成する（例えば、変換する）ことができる振動（例えば、揺動（oscillations））と相関し得る。音声プロセッサー194は、検出システム191によって生成された（振動として経時変化する）距離及び/又は速度に基づいて音声を生成するように構成することができる。
分析器170は、往復期間を算出するように構成することができ、往復期間とは、レーザー信号10の放出から反射レーザー信号の戻りを受信するまでの期間である。放出レーザー信号11-1と反射レーザー信号11-4の組合せは、往復レーザー信号と集合的に呼ぶことができる。分析器170は、放出レーザー信号11-1と反射レーザー信号11-4の組合せに基づいて距離及び/又は速度を算出するようにも構成され得る。
レーザー出力の光パワーは、例えば、レーザー光源110の駆動電流変調の結果として周波数掃引又はアップチャープ/ダウンチャープなどの周波数パターン中に著しく変化し得る。周波数パターンは、変化、例えば、周波数、位相などを引き起こし得る不完全な駆動電流信号、レーザー光源110の不可避な熱励起などのため、特定の周波数パターンから非理想的であり得る（例えば、逸脱し得る）。
レーザーサブシステム105Aは、レーザー光源110によって生成された1以上のレーザー信号における、例えば、周波数偏差、位相偏差などを補正するのに使用することができる参照信号を生成するように構成された参照システム190A、190Bを含む。言い換えると、レーザーサブシステム105Aに含まれる参照システム190A、190Bは、レーザーサブシステム105Aからの、例えば、放出レーザー信号11-1、反射レーザー信号11-4、往復レーザー信号などの周波数パターンにおける偏差（例えば、非線形性、非理想性、誤差）を補償しやすいように構成することができる。参照システム190A、190Bは、ほぼ理想的又は理想的なFMCW LIDAR実施を達成するために使用することができる。具体的には、参照システム190A、190Bを使用して、偏差を補正し、比較的一定のビート周波数を得ることができる。参照システム190A、190Bによって補正（例えば、調整）の標的とされるレーザー信号は、標的レーザー信号と呼ぶことができ、放出レーザー信号10（又はそれから導き出された信号）、反射レーザー信号（又はそれから導き出された信号）、及び往復レーザー信号（又はそれから導き出された信号）を少なくとも含み得る。
参照システム190A、190Bの各々は、1以上の標的レーザー信号（例えば、レーザー信号11）の偏差を決定（例えば、識別、算出）するために使用することができる参照信号14A、14Bをそれぞれ定義するように構成されている。レーザー信号10は、スプリッタ125によってレーザー信号12A、12Bに分割され、参照システム190A、190Bによって処理することができる。参照信号14Aは、レーザー信号12Aと、レーザー信号13Aに基づいて生成された遅延レーザー信号13A’との組合せに基づいて（結合器140Aを用いて）生成することができる。同様に、参照信号14Bは、レーザー信号12Bと、レーザー信号13Bに基づいて生成された遅延レーザー信号13B’との組合せに基づいて（結合器140Bを用いて）生成することができる。言い換えると、参照信号14A、14Bは、それぞれ、レーザー信号12Aと遅延信号13A’との組合せと、レーザー信号12Bと遅延信号13B’との組合せによって生成されたビート信号であり得る。遅延信号13A’、13B’は、それぞれ、遅延142A、142Bを介して生成される。遅延142A、142Bは、固定遅延又は参照アーム長と各々を呼ぶことができ、参照信号14A、14Bは、参照アーム信号と呼ぶことができる。遅延142A、142Bの各々は、遅延期間を定義するように構成することができ、干渉計の一部であり得る（例えば、干渉計に含まれ得る）。
偏差検出器150A、150Bは、それぞれ、参照信号14A、14Bに関連付けられた偏差を決定するように構成することができる。いくつかの実施態様では、偏差検出器150A、150Bは、単一モジュールに組合せてもよく、又はマルチモジュールに分割してもよい。いくつかの実施態様では、1以上の偏差検出器150A、150Bは、位相シフトなどを含む種々の偏差を検出するように構成することができる。1以上の偏差検出器150A、150Bは、光検出器を含み得るか又は光検出器であり得る。
分析器170は、1以上の標的レーザー信号の偏差を直接測定するように構成されていない場合があるため、参照システム190A、190Bは、1以上の標的レーザー信号（例えば、レーザー信号11）の時間セグメントに対応することができる参照信号14A、14Bの時間セグメントの偏差を（例えば、偏差検出器150A、150Bを用いて）測定するように構成することができる。いくつかの実施態様では、標的レーザー信号に関連付けられた時間信号は、標的時間セグメントと呼ぶことができる。例えば、参照システム190A、190Bは、1以上の標的レーザー信号の時間セグメントに対応する参照信号14A、14Bの時間セグメントのレーザー位相時間履歴を測定するように構成することができる。一般に、参照信号14A、14Bのヒルベルト変換の位相時間履歴を使用して、1以上の標的レーザー信号の位相時間履歴の偏差を補正することができる。その結果、補正された標的レーザー信号（複数可）は、所望の周波数決定を行うことができる所望のトーンであり得る。
この実施態様では、マルチ参照システム‐参照システム190A、190B‐を使用して、異なる時間セグメントの偏差を測定する。具体的には、遅延142Aは、遅延142Bとは異なっていてもよいため、参照信号14A及び14Bは、異なる時間セグメント（又は遅延期間）に関連付けられるであろう。従って、異なる時間セグメントの各々に関連付けられた偏差を種々の数学的組合せに使用して、1以上の標的信号のさらに別の時間セグメントの偏差を比較的正確に決定する（例えば、算出する）ことができる。単一参照信号処理システムは、例えば、レーザー位相時間履歴を推定するために位相履歴について仮説を立てることがあるため、レーザーサブシステム105Aに含まれるマルチ参照システムは、単一参照信号処理システム又は方法を上回る多くの利点を有する。
いくつかの実施態様において、参照システム190A、190Bに関連付けられた時間セグメントは、分析器170のサンプリングレートに対応することができる。いくつかの実施態様では、時間セグメントは、サンプリング間隔又はサンプリング期間の整数倍（整数とも呼ぶことができる）に対応することができる。例えば、分析器170のサンプリングレートは、数ナノ秒のサンプリング期間を含み得る。参照信号14Aに関連付けられた偏差が、サンプリング期間の整数倍に対応する時間セグメントに関連付けることができるように、遅延142Aは、サンプリング期間（例えば、5整数倍×5ナノ秒のサンプリング期間=25ナノ秒遅延）の整数倍に対応するように定義することができる。そうすることで、参照信号14A、14Bの時間セグメントに関連付けられた偏差は、1以上の標的信号に関連付けられたサンプリング期間の時間セグメントと整合させることができる。従って、標的レーザー信号の時間セグメントの偏差は、正確に決定することができる。
いくつかの実施態様では、参照システム190A、190Bに関連付けられた遅延は、1以上のサンプリング期間に基づいた差を有し得る。具体的には、遅延142A及び遅延142Bは、サンプリング期間（例えば、サンプリング間隔）の整数倍によって分離することができる。
いくつかの実施態様では、1以上の遅延142A、142Bは、素数のサンプリング期間である遅延期間を有し得る。いくつかの実施態様では、遅延142A、142Bは、公約数を有しない遅延期間で定義することができる。
いくつかの実施態様では、非ゼロ偏差（例えば、位相測定偏差）で、2つの参照システム190A、190Bの遅延期間のより長い方が、比率（距離（距離）-LO（長さ））/（長い参照アーム長）に基づく遅延を有し得る。距離は、物体5までの往復遅延であり、LO長さは、遅延142Cに相関する長さである。（距離-LO）項は、レーザー信号10から導出された干渉計信号に関連付けられた長さの差を表すことができる。言い換えると、距離項は、標的（例えば、物体5）までの距離を含み得、且つ、往復距離であり得るレーザー信号10に関連付けられた長さであり、LO項は、遅延バージョンのレーザー信号10に関連付けられた長さとすることができる。従って、（距離-LO）は、レーザー信号10のビートと遅延バージョンのレーザー信号10とから導出された長さを表すことができる。いくつかの実施態様では、比率は、10未満であり得るか又は10未満であるべきである。2つの参照は、例えば、比較的短い期間の偏差の差分（例えば、位相差）測定値を効率的に連結させて、比較的長い期間の位相差推定値を得るために使用することができる。いくつかの実施態様では、一緒に連結させたより少ない短時間測定値は、正確な長距離測定に望ましい場合がある。
また、いくつかの実施態様では、2つの参照システム190A、190Bに関連付けられた遅延期間のより短い方は、比較的短時間の遅延期間偏差を正確に推定するのに十分に短くてもよく、比較的少ない数の測定値を用いて、所与の（距離-LO）長さの偏差を推定してもよい。より短い遅延（又は長さ）を有する参照システム190A、190Bのうち、より短い遅延（例えば、遅延142A、遅延142B）は、例えば、レーザー信号14Bの二乗平均平方根（RMS）位相測定誤差（例えば、雑音による誤差）がレーザー光源110の不完全性により測定されたRMS位相偏差と比べて小さいように十分に大きくてもよい。
いくつかの実施態様では、偏差検出器150A、150Bは、サンプリング期間に対応する時間セグメントの偏差を決定（例えば、算出、測定）するように構成することができる。言い換えると、偏差は、2以上のサンプリング期間から開始する時間セグメントについて測定することができる。従って、偏差は、種々の持続期間を有し、且つ、異なる時間（例えば、サンプリング時間）から開始する標的レーザー信号の時間セグメントについて測定することができる。
いくつかの実施態様では、標的レーザー信号のセグメントの偏差は、単一参照システムを用いて測定したマルチセグメント（例えば、連結セグメント、重複するセグメント）に関連付けられた偏差に基づいて決定することができる。例えば、偏差検出器は、遅延を有する参照システムを用いて、第1時間から開始する第1時間セグメントに関連付けられた第1偏差を測定するように構成することができる。偏差検出器は、同じ遅延を有する同じ参照システムを用いて、第1時間とは異なる第2時間から開始する第2時間セグメントに関連付けられた第2偏差を測定するように構成することができる。いくつかの実施態様では、第1時間セグメントは、第2時間セグメントと相互排他的にすることができる。いくつかの実施態様では、第1時間セグメントは、第2時間セグメントとの重複を有し得る。セグメントの重複は、特に、残留偏差を測定する場合に生じ得る。
いくつかの実施態様では、標的レーザー信号の時間セグメントに関連付けられた全体の偏差は、参照システム190A、190Bのうちの1つのみを用いて検出された偏差に基づいて決定することができる。例えば、参照システム 190Aの参照信号14Aに関連付けられた2以上の時間セグメントに関連付けられた2以上の偏差を組合せて使用して、標的レーザー信号の時間セグメントに関連付けられた全体の偏差を決定することができる。
いくつかの実施態様では、参照システム190A、190Bに関連付けられた時間セグメントは、標的レーザーシステムの時間セグメントと望ましい態様で整合しない場合がある。そのような例では、図3に示すレーザーサブシステム105Aに含まれる残留偏差計算機180は、種々の方法（例えば、平均、切頂部分）を用いて、参照システム190A、190Bに関連付けられた1以上の時間セグメントに基づいて残留偏差を算出するように構成することができる。
適切に構成された参照アーム（例えば、図3に示す参照システム190A、190B）を用いて、参照アーム位相測定偏差内で、（距離-LO）遅延位相時間履歴を、最も近いサンプル長さに対して正確に（例えば、完全に）推定してもよい。1サンプル期間は1/（レーザー線幅）と比較して小さく、且つ、その期間内のレーザー変化は小さくなければならないため、サブサンプル位相推定の偏差は、一般的に、比較的小さい。
図4は、単一レーザーLIDARシステムにおいて実施するためのスペクトル分析法（プロセスとも呼ぶことができる）を示すフローチャートである。分析は、分析器（例えば、図1Bに示す分析器170）によって少なくとも一部は行うことができる。本明細書に記載のように、スペクトル分析法（例えば、線形予測方法）及び関連装置（例えば、音声システム100）は、速度及び距離の分離を劣化し得る周波数パターン内の、例えば、連続的なアップチャープとダウンチャープ間の系統的な差を除去するように構成することができる。本明細書に記載のスペクトル分析及び方法並びに装置は、マルチレーザーＬＩＤＡＲシステムを用いて同時の逆チャープ方法（counter-chirp methods）を上回って有利であり得る。
いくつかの実施態様では、以下に説明するスペクトル分析法は、組合せ周波数データの一部で行ってもよい。いくつかの実施態様では、スペクトル分析法は、ハードウェア（例えば、FPGA、DSP）で行ってもよい。いくつかの実施態様では、スペクトル分析法の1以上の部分は、ハードウェアパイプラインで行ってもよい。いくつかの実施態様では、スペクトル分析法の1以上の部分は、繰り返し行ってもよい。いくつかの実施態様では、スペクトル分析法の一部の順序は、以下に示しかつ説明するものと異なっていてもよい。
図4に示すように、放出電磁放射は、周波数パターンに基づいて生成される（ブロック410）。放出電磁放射は、図1に示すレーザー光源110などのレーザーによって生成してもよい。周波数パターンは、例えば、アップチャープ及びダウンチャープを含む周波数掃引であってもよく、あるいは、これらを含んでもよい。
物体から反射した反射電磁放射を受信する（ブロック420）。放出電磁放射の周波数と反射電磁放射の周波数に基づいて、組合せ周波数データを定義する（ブロック430）。
組合せ周波数データに基づいて周波数領域におけるフーリエ変換に基づいて、一組のスペクトルビンを定義する（ブロック440）。フーリエ変換は、フーリエ変換モジュール（不図示）によって行ってもよい。一組のスペクトルビンからの1以上のビンは、ビンに関連付けられたピーク（例えば、パワー密度ピーク）に基づいて定義してもよい。
いくつかの実施態様では、検出システム191は、組合せ周波数データに基づいて周波数領域における一組のスペクトルビンを定義し、一組のスペクトルビンのサブセットから得られたデータポイントに基づいて組合せ周波数データを修正し、組合せ周波数データに基づいて距離又は速度の少なくとも1つを定義するように構成することができる。音声システム100の音声プロセッサー194は、距離又は速度の少なくとも1つに基づいて音声信号を定義するように構成することができる。音声システム100の音声プロセッサー194は、ビート周波数に基づいて音声信号を定義するように構成することができる。方法は、組合せ周波数データに基づいて音声信号を定義することも含み得る。
一組のスペクトルビンの少なくともサブセットを識別する（ブロック450）。いくつかの実施態様では、（サブセットを識別する場合には）一組のスペクトルビンのサブセットは、セグメントモジュール（不図示）によって識別してもよい。いくつかの実施態様では、サブセットは、1以上の基準に基づいて定義してもよい。
逆フーリエ変換を用いた一組のスペクトルビンのサブセットに基づいて時系列データを生成する（ブロック460）。逆フーリエ変換は、逆フーリエ変換モジュール（不図示）によって行ってもよい。
時系列データに基づいて位相角データを定義する（ブロック470）。いくつかの実施態様では、位相角データは、位相角モジュール（不図示）を用いて定義してもよい。いくつかの実施態様では、位相角データは、サブセットを選択して識別する場合には、一組のスペクトルビンのサブセットに関連していてもよい。
位相角データからのデータポイントは、異常値として識別する（ブロック480）。いくつかの実施態様では、データポイントは、異常値分析器（不図示）を用いて識別してもよい。いくつかの実施態様では、データポイントは、1以上の統計アルゴリズム、モデル、又は手順を用いて識別してもよい。
データポイントに基づいて組合せ周波数データを修正する（ブロック490）。いくつかの実施態様では、組合せ周波数データの一部は、データポイントに基づいてさらなる分析用に除去（例えば、除外、切り捨て）してもよい。いくつかの実施態様では、組合せ周波数データは、セグメントモジュール（不図示）を用いて変更してもよい。
図4に示すように、スペクトル分析法の一部は、ブロック490からブロック440への矢印によって表されるように繰り返し行ってもよい。この例では、組合せ周波数データの変更後（ブロック490）、変更した組合せ周波数データをブロック440で処理してもよい。いくつかの実施態様では、スペクトル分析法の一部のサブセット（図4に示すサブセットと異なっていてもよい）を、繰り返し行ってもよい。
図4に示していないが、いくつかの実施態様では、組合せ周波数データの1以上の部分は、ブロック440から490の少なくとも一部を用いて処理を行う前にセグメント化してもよい。いくつかの実施態様では、セグメント化した後、部分のサブセットは、ブロック440から490の少なくとも一部を用いて処理してもよい。いくつかの実施態様では、そのようなセグメント化は、セグメントモジュール（不図示）によって行ってもよい。
いくつかの実施態様では、例えば、図1及び3の音声システム100及び/又はレーザーサブシステム105Aに示す構成要素の1以上の部分は、ハードウェアベースモジュール（例えば、デジタル信号プロセッサー（DSP）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、メモリー）、ファームウェアモジュール、及び/又はソフトウェアベースモジュール（例えば、コンピューターコードのモジュール、コンピューターで実行することができる一組のコンピューター読み取り可能な命令）であってもよく、或いは、これらを含んでもよい。例えば、いくつかの実施態様では、レーザーサブシステム105Aの1以上の部分は、少なくとも1つのプロセッサー（不図示）によって実行するように構成されたソフトウェアモジュールであってもよく、或いは、これらを含んでもよい。いくつかの実施態様では、構成要素の機能性は、図1及び3に示すものとは異なるモジュール及び/又は異なる構成要素に含むことができる。
いくつかの実施態様では、レーザーサブシステム105Aの1以上の構成要素は、メモリーに格納された命令を処理するように構成されたプロセッサーであってもよく、或いは、これらを含んでもよい。例えば、分析器170（及び/又はその一部）は、1以上の機能を実施する処理に関する命令を実行するように構成されたプロセッサー及びメモリーの組合せであってもよい。
不図示であるが、いくつかの実施態様では、レーザーサブシステム105A（又はその一部）の構成要素は、例えば、データセンター（例えば、クラウドコンピューティング環境）、コンピューターシステム、1以上のサーバー/ホストデバイスなど内で作動するように構成してもよい。いくつかの実施態様では、レーザーサブシステム105A（又はその一部）の構成要素は、ネットワーク内で作動するように構成してもよい。このため、レーザーサブシステム105A（又はその一部）は、1以上のデバイス及び/又は1以上のサーバーデバイスを含み得る種々の種類のネットワーク環境内で機能するように構成してもよい。例えば、ネットワークは、ローカルエリアネットワーク（LAN）、ワイドエリアネットワーク（WAN）などであってもよく、或いは、これらを含んでもよい。ネットワークは、ワイヤレスネットワーク及び/又は、例えば、ゲートウェイデバイス、ブリッジ、スイッチなどを用いて実装されるワイヤレスネットワークであってもよく、或いは、これらを含んでもよい。ネットワークは、インターネットプロトコル（IP）及び/又は専用通信プロトコルなどの種々のプロトコルに基づいて1以上のセグメントを含んでもよく、及び/又はこれらに基づく部分を有してもよい。ネットワークは、インターネットの少なくとも一部を含んでもよい。
いくつかの実施態様では、メモリーは、ランダムアクセスメモリー、ディスクドライブメモリー、フラッシュメモリーなどのようないずれの種類のメモリーであってもよい。いくつかの実施態様では、メモリーは、レーザーサブシステム105Aの構成要素に関連付けられた2以上のメモリー構成要素（例えば、2以上のRAM構成要素又はディスクドライブメモリー）として実装してもよい。
本明細書に記載の種々の技術の実施態様は、デジタル電子回路、又はコンピューターハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、又はそれらの組合せで実装してもよい。実施態様は、コンピュータープログラム製品として、すなわち、情報担体、例えば、機械読み取り可能な記憶デバイス（コンピューター読み取り可能な媒体、非一時的なコンピューター読み取り可能な記憶媒体、タンジブルコンピューター読み取り可能な記憶媒体）、又は、データ処理装置、例えば、プログラマブルプロセッサー、コンピューター、又はマルチコンピューターで処理するための、又は該データ処理装置の操作を制御するための伝播信号に物理的に組み込まれたコンピュータープログラムとして実装してもよい。上述のコンピュータープログラム（複数可）などのコンピュータープログラムは、コンパイル言語又はインタプリタ言語を含むプログラミング言語の任意の形態で書き込んでもよく、スタンドアロンプログラムとして、又はモジュール、コンポーネント、サブルーチン、若しくはコンピューティング環境での使用に適した他のユニットとして含む任意の形態で展開してもよい。コンピュータープログラムを展開して、1台のコンピューター又は1サイトに配置され又は複数サイトをまたがって分散し、かつ、通信ネットワークによって相互接続された複数台のコンピューターによって処理することができる。
方法ステップは、コンピュータープログラムを実行する1以上のプログラマブルプロセッサーで行い、入力データ上で動作し出力を生成することによって機能を実施してもよい。方法ステップは、例えば、FPGA（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はASIC（用途特定集積回路）などの特定用途論理回路によって実施してもよく、装置は、これら回路として実施してもよい。
コンピュータープログラムを処理するのに適したプロセッサーは、一例として、汎用及び特定用途マイクロプロセッサーの双方、及び任意の種類のデジタルコンピューターの任意の1以上のプロセッサーを含む。一般に、プロセッサーは、読取専用メモリー又はランダムアクセスメモリー又はこれら双方から命令とデータを受信する。コンピューターの要素は、命令を実行する少なくとも1つのプロセッサーと、命令及びデータを格納する1以上のメモリーデバイスを含んでもよい。一般に、コンピューターはさらに、データを格納する1以上の大容量記憶デバイス、例えば、磁気ディスク、光磁気ディスク、又は光ディスクを備え、又はこれらと動作可能に連結され、これらからデータを受信し、又はこれらへデータを送信し、又はデータを送受信してもよい。コンピュータープログラム命令とデータを格納するのに適した情報担体は、一例として、例えば、EPROMやEEPROMのような半導体メモリーデバイス、フラッシュメモリーデバイス；例えば、内部ハードディスク又はリムーバブルディスクのような磁気ディスク；光磁気ディスク；CD-ROM及びDVD-ROMディスクを含む不揮発性メモリーの全ての形態を含む。プロセッサーとメモリーは、特定用途論理回路によって補充され、又はその内部に設けてもよい。
ユーザーとの相互作用を提供するために、実施態様は、ユーザーに対して情報を表示する表示デバイス、例えば、液晶ディスプレイ（LCD）モニター、キーボード、及びユーザーがコンピューターに対して入力を提供することができるマウス又はトラックボールなどのポインティングデバイスを有するコンピューター上で実行してもよい。その他の種類のデバイスもユーザーとの相互作用を提供するために使用してもよく；例えば、ユーザーに対して提供されるフィードバックは、例えば、視覚フィードバック、聴覚フィードバック、又は触覚フィードバックなどの感覚フィードバックの任意の形態であってもよく；ユーザーからの入力は、音響入力、音声入力、又は触覚入力を含む任意の形態で受信可能である。
実装は、例えば、データサーバーのようなバックエンドコンポーネントを含む、又はミドルウェアコンポーネント、例えば、アプリケーションサーバーを含む、又はフロントエンドコンポーネント、例えば、実装を用いてユーザーが相互作用することができる、グラフィカルユーザーインタフェース若しくはウェブブラウザーを有するクライアントコンピューター、又はそのようなバックエンド、ミドルウェア、若しくはフロントエンドコンポーネントの任意の組合せを含む、コンピューティングシステムで実装してもよい。コンポーネントは、デジタルデータ通信の任意の形式又は媒体、例えば、通信ネットワークによって相互接続してもよい。通信ネットワークの例としては、ローカルエリアネットワーク（LAN）、ワイドエリアネットワーク（WAN）、例えば、インターネットが挙げられる。
上記の実施態様のある特徴を本明細書に記載のように説明してきたが、当業者は多くの修正、置き換え、変更、等価物を思い浮かべるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、実施態様の範囲内にあるものとしてそのような修正及び変更の全てを網羅することが意図されていると理解すべきである。それらは、限定としてではなく例としてのみ提示されており、形態及び詳細の種々の変更を行ってもよいと理解すべきである。本明細書に記載の装置及び/又は方法の任意の部分は、相互排他的な組合せを除いて、任意の組合せで組合わせてもよい。本明細書に記載の実施態様は、記載された異なる実施態様の機能、構成要素、及び/又は特徴の種々の組合せ及び/又はサブコンビネーションを含んでもよい。

Claims (22)

  1. 複数のレーザーサブシステムを含む検出システムであって、
    周波数パターンに基づいて放出電磁放射を生成し、
    物体から反射した反射電磁放射を受信し、
    該放出電磁放射の周波数と該反射電磁放射の周波数に基づいて組合せ周波数データを定義し、
    該組合せ周波数データに基づいて周波数領域における一組のスペクトルビンを定義し、
    該一組のスペクトルビンのサブセットから得られたデータポイントに基づいて該組合せ周波数データを修正し、かつ
    該組合せ周波数データに基づいて距離又は速度の少なくとも1つを定義するように構成された、前記検出システムと
    該距離又は該速度の少なくとも1つに基づいて音声信号を定義するように構成された音声プロセッサーと
    を含む、レーザーマイクロフォン。
  2. 前記一組のスペクトルビンが、フーリエ変換に基づいている、請求項1に記載のレーザーマイクロフォン。
  3. 前記一組のスペクトルビンに基づいて周波数を定義することをさらに含む、請求項1に記載のレーザーマイクロフォン。
  4. 前記一組のスペクトルビンのサブセットを識別することをさらに含む、請求項1に記載のレーザーマイクロフォン。
  5. 前記一組のスペクトルビンのサブセットを識別することが、最大スペクトルビンに隣接するいくつかのスペクトルビンに関する基準に基づいている、請求項4に記載のレーザーマイクロフォン。
  6. 逆フーリエ変換を用いて、前記一組のスペクトルビンのサブセットに基づいて時系列データを生成することをさらに含む、請求項4に記載のレーザーマイクロフォン。
  7. 前記時系列データに基づいて位相角データを定義することをさらに含む、請求項6に記載のレーザーマイクロフォン。
  8. 前記位相角データからの前記データポイントを異常値として識別することをさらに含む、請求項7に記載のレーザーマイクロフォン。
  9. 前記組合せ周波数データを、少なくとも、組合せ周波数データの第1セグメントと組合せ周波数データの第2セグメントに分割することをさらに含み、
    前記一組のスペクトルビンを定義することは、該組合せ周波数データの第1セグメントに基づいている、請求項1に記載のレーザーマイクロフォン。
  10. 前記組合せ周波数データの第1セグメントを、前記組合せ周波数データの異常値セグメントとして識別することをさらに含む、請求項9に記載のレーザーマイクロフォン。
  11. 検出システムであって、
    周波数パターンに基づいて放出電磁放射を生成するように構成されたレーザーと、
    物体から反射した反射電磁放射を受信するように構成された受信器と、
    該放出電磁放射の周波数と該反射電磁放射の周波数に基づいて組合せ周波数データを定義するように構成され、ビート周波数が閾値条件に基づいて決定されるまで、該組合せ周波数データのスペクトル分析を繰り返し行うように構成された分析器とを含む、前記検出システムと、
    該ビート周波数に基づいて音声信号を定義するように構成された音声プロセッサーと
    を含む、音声システム。
  12. 前記スペクトル分析が、
    前記組合せ周波数データに基づいて、周波数領域におけるフーリエ変換に基づいて、一組のスペクトルビンを定義すること；及び
    前記一組のスペクトルビンのサブセットを識別すること
    を含む、請求項11に記載の音声システム。
  13. 前記一組のスペクトルビンのサブセットを識別することが、最大スペクトルビンに隣接するいくつかのスペクトルビンに基づいている、請求項12に記載の音声システム。
  14. 前記スペクトル分析が、逆フーリエ変換を用いて、一組のスペクトルビンに基づいて時系列データを生成することを含む、請求項11に記載の音声システム。
  15. 前記スペクトル分析が、時系列データに基づいて位相角データを定義することを含む、請求項11に記載の音声システム。
  16. 前記スペクトル分析が、位相角データからのデータポイントを異常値として識別することを含む、請求項11に記載の音声システム。
  17. 前記スペクトル分析が、前記データポイントに基づいて前記組合せ周波数データを修正することを含む、請求項16に記載の音声システム。
  18. 前記スペクトル分析が、前記組合せ周波数データを、少なくとも、組合せ周波数データの第1セグメントと組合せ周波数データの第2セグメントに分割することを含む、請求項11に記載の音声システム。
  19. 前記閾値条件が、特定の繰り返し回数行うことを含む、請求項11に記載の音声システム。
  20. レーザーから物体に向かって放出された電磁放射の周波数と該物体から反射した電磁放射の周波数に基づいて組合せ周波数データを定義すること；
    該組合せ周波数データに基づいて一組のスペクトルビンを定義すること；
    該一組のスペクトルビンのサブセットを識別すること；
    該一組のスペクトルビンのサブセットに基づいて時系列データを生成すること；
    該時系列データに基づいて位相角データを定義すること；
    該位相角データに基づいて該組合せ周波数データを修正すること；及び
    該組合せ周波数データに基づいて音声信号を定義すること
    を含む、方法。
  21. 前記一組のスペクトルビンのサブセットを識別することが、最大スペクトルビンに隣接するいくつかのスペクトルビンに関する基準に基づいている、請求項20に記載の方法。
  22. 前記一組のスペクトルビンが、周波数領域におけるフーリエ変換を用いて定義され、前記時系列データを生成することが、逆フーリエ変換を用いて、前記一組のスペクトルビンのサブセットに基づいている、請求項20に記載の方法。
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