JP7308856B2 - ノイズフロアの適応識別を使用したアクティブ信号検出 - Google Patents
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Description
本PCT国際出願は、参照により本明細書に組み込まれる、2018年3月20日に出願された米国特許出願第15/925,770号明細書の優先権の利益を主張する。
図1は、距離測定を実施するために使用され得る例示的なLIDARシステム100の構成要素のブロック図を示す。
図2Aは、不飽和戻り信号200の例示的な信号図を示し、図2Bは、飽和戻り信号202の例示的な信号図を示す。不飽和戻り信号200は、TDOAに対応するサンプル番号を識別するために基準信号との相互相関(またはそれ以外)のために使用され得る、識別可能な最大大きさ204(または、等価的に、高さ)を有するが、飽和戻り信号202は、見分け可能な最大値を有しないそれの「フラットトップ」が顕著であることに留意されたい。この「フラットトップ」は、光センサに入射する光の強度が増加し続けるにつれて大きさが増加し続ける出力を発生するためのADCおよび/または光センサの能力の飽和によって引き起こされる。上記で部分的に論じられたように、光センサに入射する光の強度は、送信電力(すなわち、光エミッタから放出されたパルスの電力)、放出パルスを反射する表面の光センサへの近接度、表面の反射率などの関数である。飽和戻り信号202の最大大きさが、立上りエッジ206と立下りエッジ208との間の中間であると単に推定することは、その中間ポイントに対応するサンプル番号が常に実際の最大値に対応するとは限らないので、不十分である。図2Bにおいて観測されることが可能なように、時々、飽和信号の立下りエッジ208は、高反射性のまたは極めて近いオブジェクトによって導入され得る非ガウス性質を示す、立上りエッジ206の立上りテールよりも長いテールを含むことがある。
図3は、多数の光ディテクタを含むLIDARシステムを使用してオブジェクトまでの距離を判定するためのディテクタを選択するための例示的な処理の流れ図を示す。動作302において、例示的な処理300は、本明細書で論じられる技法のいずれかに従って、光パルスを放出することを含み得る。いくつかの例では、これは、レーザエミッタが位置する環境に1つまたは複数のレーザパルスを放出するレーザエミッタを点火することを含み得る。
従って、受信信号がアクティブパルスを含むことを検出することを含み得る。いくつかの例では、これは、クラシファイヤが、以下でより詳細に論じられるように、動的ノイズフロアに少なくとも部分的に基づいて、受信信号をアクティブパルスとして分類することを含み得る。たとえば、クラシファイヤは、動的ノイズフロアを連続的に判定し、動的ノイズフロアを満たさない大きさに関連するサンプルをノイズとして分類し、動作304に戻り、およびノイズフロアを超える大きさに関連するサンプルをアクティブパルスとして分類し、動作308に進み得る。いくつかの例では、アクティブパルスとして分類されるために、クラシファイヤは、しきい値数のサンプルが動的ノイズフロアを超えることをさらに要求してよく、その後、それらのサンプル、および動的ノイズフロアを超える後続のサンプルをアクティブパルスとして分類する。
図4Aは、受信信号を分類し、多数のディテクタ出力の中からディテクタ出力を選択して、推定距離として出力するための例示的なアーキテクチャ400のブロック図を示す。簡単のために、図4Aに示されている例示的なアーキテクチャ400は、2つのディテクタ、不飽和信号ディテクタ402および飽和信号ディテクタ404を含む。例示的なアーキテクチャ400では3つ以上のディテクタが採用されてよいことが企図されるが、簡単のために、この議論はこれらの2つのディテクタに限定される。他のディテクタは、ノイズの多い信号ディテクタのためのディテクタ、温度範囲固有ディテクタ、(たとえば、光センサおよび/またはLIDARシステムが、指定された温度の範囲内にあるとき、光センサの非線形性に少なくとも部分的に基づいて距離および/またはTDOAを判定するディテクタ)、電力範囲固有ディテクタ(たとえば、放出電力が、指定された電力の範囲内にあるとき、光センサおよび/または光エミッタの非線形性に少なくとも部分的に基づいて距離および/またはTDOAを判定するディテクタ)などを含み得る。ディテクタ402および404は、ディテクタ128(1)~(N)のうちの2つを表し得る。
図5は、放出光パルス、反射光パルスを示す不飽和受信信号、および放出光パルスと受信信号との間の相互相関の概略的性質を示す。いくつかの例では、不飽和信号ディテクタは、以下の議論に従ってTDOAを判定し得る。
図6A~図6Fは、飽和している受信信号のための光センサにおける反射パルスの到着時間を判定するための技法を示す。この到着時間は、いくつかの例では、第2の距離418を判定するためのTDOAを判定するために使用され得る。たとえば、飽和信号ディテクタ404は、図6A~図6Fにおいて説明される技法を行うためのプログラミングおよび/または回路を含み得る。いくつかの例では、本技法は、受信信号126および/または408を表し得る、受信信号のエッジを検出することを含む。これは、以下で説明されるように、(本明細書では「中間位置」と呼ばれる)立上りエッジ上の特定の位置を判定すること、および中間位置に対応するサンプル番号(たとえば、全体のサンプル番号は位置に正確に対応しないことがあるので、潜在的には分数サンプル)を識別することを含み得る。
図7A~図7Cは、(飽和信号として示されている)アクティブパルス706をそれぞれ含む例示的な受信信号700、702、および704の信号図を示す。受信信号700、702、および704の残りの部分は、単にノイズである。受信信号700、702、および704は、本明細書で論じられる受信信号のいずれかを表し得る。「アクティブパルス」は、放出光パルスの反射に対応する信号の真陽性の部分である。図7A~図7Cはすべて、静的しきい値大きさ708を示し、アクティブパルスを正確に識別しおよび/または信号を飽和信号として分類するためのそのようなシステムの潜在的欠点を例示している。
図8は、本明細書で論じられる技法のいずれかによる、LIDARシステムによって判定される距離を使用して、自律車両などの少なくとも1つの車両の動作を制御するための例示的な車両システム802を含む、例示的なアーキテクチャ800のブロック図である。
A. 命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、命令は、実行されたとき、光エミッタに光パルスを放出させることと、戻りパルスと、光センサにおいて受信された信号中のノイズを区別することであって、戻りパルスは、光パルスの反射からの光およびノイズを含む、区別することと、光パルスの放出と、光センサにおいて戻りパルスを受信することに関連する時間との間の遅延に少なくとも部分的に基づいて、光パルスの少なくとも一部を光センサに反射したオブジェクトまでの距離を判定することと、を備える動作を1つまたは複数のプロセッサに実施させ、戻りパルスと受信信号中のノイズを区別することは、ノイズフロアを判定することであって、ノイズフロアを判定することは、受信信号の大きさの移動平均を判定することと、受信信号の少なくとも1つの特性に少なくとも部分的に基づいて移動平均をシフトすることまたはスケーリングすることのうちの少なくとも1つとを含む、判定することと、ノイズフロアを超える大きさに関連する受信信号のサンプルの数を判定することと、サンプルの数がしきい値数を超えると判定することと、サンプルの数がしきい値数を超えるという判定に少なくとも部分的に基づいて、ノイズフロアを超えるサンプルが戻りパルスを示すことを示すこととを含む、非一時的コンピュータ可読媒体。
Claims (13)
- 光エミッタに光パルスを放出させるステップと、
光センサにおいて受信された光を示す信号を受信するステップであって、前記信号は一連のサンプルとして離散化された、ステップと、
前記信号に少なくとも部分的に基づいてノイズフロアを判定するステップと、
前記ノイズフロアを超える前記信号のサンプルの数を判定するステップと、
サンプルの前記数に少なくとも部分的に基づいて、前記信号がアクティブ戻りパルスを備えるかまたはもっぱらノイズを備えると判定するステップであって、前記信号がアクティブ戻りパルスを備えると判定するステップは、サンプルの前記数が第1のしきい値数を超えると判定するステップをさらに備えた、ステップと、
前記信号が飽和しているまたは不飽和であると判定するステップであって、前記信号が飽和していると判定するステップは、サンプルの前記数が第2のしきい値数を超えると判定したことに少なくとも部分的に基づいており、前記第2のしきい値数は前記第1のしきい値数よりも大きい、ステップと、
を備える方法。 - 前記信号および前記信号がアクティブ戻りパルスを備えると判定したことに少なくとも部分的に基づいて距離を判定するステップをさらに備える請求項1に記載の方法。
- 前記信号の1つまたは複数のサンプルが前記ノイズフロアを超えないと判定するステップと、
前記1つまたは複数のサンプルをノイズとして識別するステップと、
をさらに備える請求項1に記載の方法。 - 前記信号がもっぱらノイズを備えると判定したことに少なくとも部分的に基づいて前記信号を廃棄するステップをさらに備える請求項1または3に記載の方法。
- 前記ノイズフロアを判定するステップは、移動平均を判定するステップを備える請求項1に記載の方法。
- 前記ノイズフロアを判定するステップは、前記信号の少なくとも1つの特性に少なくとも部分的に基づいて移動平均を垂直方向にシフトするステップまたは前記移動平均をスケーリングするステップのうちの少なくとも1つをさらに備える請求項1または5に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの特性は、前記信号の大きさを備える請求項6に記載の方法。
- 前記移動平均は、前の大きさを、現在の大きさの重みよりも重く重み付けする請求項5に記載の方法。
- サンプルの前記数が第2のしきい値数を満たさないと判定するステップと、
サンプルの前記数が前記第2のしきい値数よりも少ないと判定したことに少なくとも部分的に基づいて、戻りパルスを不飽和信号として識別するステップと、
前記識別に少なくとも部分的に基づいて、前記信号を基準信号と相関させることまたは前記戻りパルスの立上りエッジの1つまたは複数に少なくとも部分的に基づいて距離を判定するステップと、
をさらに備える請求項1、2、3、または5のいずれか一項に記載の方法。 - 前記ノイズフロアを判定するステップは、前記信号の大きさに少なくとも部分的に基づいて移動平均をスケーリングするステップであって、スケールは前記大きさに比例して増加する、ステップをさらに備える請求項1、2、3、または5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記移動平均を判定するステップは、現在の大きさの10%と前の移動平均の90%の和を判定するステップを備える請求項5に記載の方法。
- 1つまたは複数のプロセッサによって実行可能な命令を記憶することを備える非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令は、請求項1、2、3、または5のいずれか一項に記載の方法を実施するように前記1つまたは複数のプロセッサをプログラムする、非一時的コンピュータ可読媒体。
- 光エミッタと、
光センサと、
1つまたは複数のプロセッサと、
前記1つまたは複数のプロセッサによって実行可能な命令を記憶する1つまたは複数のコンピュータ可読媒体であって、前記命令は、請求項1、2、3、または5のいずれか一項に記載の方法を実施するように前記1つまたは複数のプロセッサをプログラムする、1つまたは複数のコンピュータ可読媒体と、
を備えるシステム。
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