TW202001285A - 基於加速度之快速感興趣信號處理 - Google Patents

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Abstract

使用頻率調變連續波(FMCW) LIDAR導出音訊信號之技術使用一基於加速度之演算法，其中一音訊信號係基於兩個漸增式線性調頻或兩個漸減式線性調頻之間的一速度差異。此一基於加速度之演算法採用較少運算，從而導致快速處理，增強基於速度之演算法所缺乏之音訊信號之高頻分量且改良主觀可懂度。例如，在該基於加速度之演算法中，在許多情況中可安全地忽略DC分量。在此等情況中，系統無需如習知系統中之一帶通濾波器，因此減少運算負擔。再者，該基於加速度之演算法強調形成對人類語音之一更逼真描繪之高頻。

Description

基於加速度之快速感興趣信號處理
此描述係關於一種音訊偵測系統，其包含一多射束雷射光偵測及測距(LIDAR)系統。
在一些已知LIDAR系統中，可使用雷射來追蹤物件。一些LIDAR系統亦可用於將物件振動速度轉換為音訊信號。然而，物件追蹤及音訊信號轉換中使用之已知LIDAR系統通常係相對慢、低效及/或不精確的。因此，存在對解決現有技術之缺點且提供其他嶄新及創新特徵之系統、方法及裝置之需求。
相關申請案
此申請案主張2018年6月18日申請之標題為「ACCELERATION-BASED FAST SOI PROCESSING」之美國臨時專利申請案第62/686,285號之優先權，該案之全部內容以引用的方式併入本文中。
習知基於LIDAR之追蹤系統使用一基於速度之振動處理演算法。例如，此一LIDAR追蹤系統可發射具有一光學頻率型樣(諸如隨時間變化之一三角函數頻率型樣)之一雷射射束。當此一射束從一物件反射時，傳輸射束與反射射束之一組合形成一拍頻(beat frequency)，可從該拍頻推論一距離。另外，當物件具有一振動速度場時，所獲得之都卜勒(Doppler)頻移與振動速度成比例。在一習知基於LIDAR之追蹤系統中，正是此振動速度判定音訊信號。
在上述習知基於LIDAR之追蹤系統中，振動速度具有一DC分量，該DC分量可壓制(overwhelm)系統精確估測音訊信號之能力。因此，一些習知基於LIDAR之追蹤系統使用一衰減帶通濾波器來移除振動速度信號之DC分量。然而，此一濾波器給已即時執行音訊信號之運算之基於LIDAR之追蹤系統增加一運算負擔。此額外運算將使此等基於LIDAR之追蹤系統之效能降級。
與上述習知基於LIDAR之追蹤系統相比，改良技術使用一基於加速度之演算法，其中一音訊信號係基於兩個漸增式線性調頻或兩個漸減式線性調頻之間的一速度差異。此一基於加速度之演算法採用較少運算，導致快速處理，增強基於速度之演算法所缺乏之音訊信號之高頻分量且改良主觀可懂度(intelligibility)。例如，在基於加速度之演算法中，在許多情況中可安全地忽略DC分量。在此等情況中，系統無需如習知系統中之一帶通濾波器，因此減少運算負擔。再者，基於加速度之演算法強調形成人類語音之一更逼真描繪之高頻。下文描述用於此基於加速度之SOI處理之模型。
圖1係繪示其中執行追蹤一物件之運動之改良技術之一例示性電子環境100之一圖。電子環境100包含一FMCW LIDAR系統120，該FMCW LIDAR系統120經組態以使用一基於加速度之處理演算法來產生一音訊信號。
本文中假定物件110係某未知形狀之一剛性主體。例如，物件110可為一人臉。假定物件110繞一任意軸運動(線性及旋轉兩者)。應理解，在圖1中展示之電子環境中，存在一自然對稱軸，其被視為實質上法向於物件之定向。
如圖1中展示，FMCW LIDAR系統120係一單一整合單元，其包含一處理電路124、記憶體126、一照明系統150及一接收器系統160。在一些配置中，追蹤系統120採用可指向物件110之一手持式單元之形式。然而，在其他配置中，追蹤系統120之組件可分佈於不同單元中(例如，處理電路124及記憶體126可在與包含照明系統150及接收器系統160之一手持式器件分離之一運算器件中)。
處理電路124包含一或多個處理晶片及/或總成。記憶體126包含揮發性記憶體(例如，RAM)及非揮發性記憶體(諸如一或多個ROM、磁碟機、固態碟機及類似物)兩者。處理單元124組及記憶體126一起形成控制電路，該控制電路經組態及配置以實行如本文中描述之各種方法及功能。
在一些配置中，追蹤系統120之一或多個組件可為或可包含經組態以處理儲存於記憶體126中之指令之處理器。例如，被展示為包含於圖1中之記憶體126內之一射束傳輸管理器130 (及/或其之一部分)、一射束接收管理器140及一音訊信號管理器170 (及/或其之一部分)可為經組態以執行與一程序相關之指令以實施一或多個功能之一處理器及一記憶體之一組合。
射束傳輸管理器130經組態以導致照明系統150產生具有由第一射束資料132表示之一指定頻率輪廓之一電磁輻射射束。特定言之，射束包含一序列漸增式線性調頻部分及一序列漸減式線性調頻部分，使得一漸增式線性調頻部分後接著一漸減式線性調頻部分且反之亦然。在一些實施方案中，指定頻率輪廓係一鋸齒波輪廓，其中漸增式線性調頻部分由鋸齒波輪廓之正斜率部分表示且漸減式線性調頻部分由鋸齒波輪廓之負斜率部分表示。
第一射束資料132表示傳輸射束之頻率輪廓。如上文論述，傳輸射束之頻率輪廓包含一序列漸增式線性調頻部分及一序列漸減式線性調頻部分，使得一漸增式線性調頻部分後接著一漸減式線性調頻部分且反之亦然。如圖1中展示，第一射束資料132包含漸增式線性調頻部分資料134及漸減式線性調頻部分資料136。漸增式線性調頻部分資料134表示漸增式線性調頻部分且漸減式線性調頻部分資料136表示漸減式線性調頻部分。在一些配置中，漸增式線性調頻部分資料134及漸減式線性調頻部分資料136之各者包含待在如由第一射束資料132表示之射束中重複之各部分內依據時間變化之頻率樣本。在一些實施方案中，漸增式線性調頻部分資料134及漸減式線性調頻部分資料136之各者包含描述各部分之一函數形式之參數值。例如，當頻率輪廓係一鋸齒波輪廓時，漸增式線性調頻部分及漸減式線性調頻部分之各者之相關參數包含各自斜率值及取樣率。
射束接收管理器140經組態以導致接收器系統160偵測及處理從物件110反射之電磁輻射射束。此等反射射束可具有由第二射束資料142表示之一頻率輪廓，其係基於傳輸電磁輻射射束之頻率輪廓。如圖1中展示，第二射束資料142包含漸增式線性調頻部分資料144及漸減式線性調頻部分資料146。另外，第二射束資料142包含都卜勒頻率資料146。
第二射束資料142表示反射射束之頻率輪廓。如上文論述，傳輸射束之頻率輪廓在形式上類似於傳輸射束且因此包含一序列漸增式線性調頻部分及一序列漸減式線性調頻部分，使得一漸增式線性調頻部分後接著一漸減式線性調頻部分且反之亦然。如圖1中展示，第二射束資料142包含漸增式線性調頻部分資料144及漸減式線性調頻部分資料146。正如第一射束資料132，漸增式線性調頻部分資料144表示漸增式線性調頻部分且漸減式線性調頻部分資料146表示漸減式線性調頻部分。在一些配置中，漸增式線性調頻部分資料144及漸減式線性調頻部分資料146之各者包含待在由第二射束資料142表示之射束中重複之各部分內依據時間變化之頻率樣本。在一些實施方案中，漸增式線性調頻部分資料144及漸減式線性調頻部分資料146之各者包含描述各部分之一函數形式之參數值。例如，當頻率輪廓係一鋸齒波輪廓時，漸增式線性調頻部分及漸減式線性調頻部分之各者之相關參數包含各自斜率值及取樣率。
另外，漸增式線性調頻部分資料144包含表示各漸增式線性調頻部分之一各自都卜勒頻率之都卜勒頻率資料145。此外，漸減式線性調頻部分資料146包含表示各漸減式線性調頻部分之一各自都卜勒頻率之都卜勒頻率資料147。關於圖4論述都卜勒頻率之進一步細節。
照明系統150經組態及配置以產生從物件110之表面112反射之照明。如圖1中展示，此照明採用沿z軸引導之多個輻射射束190(1)、…、190(N)之形式。照明系統150包含一掃描機構152 (其包含一雷射陣列154)及一孔隙170。
掃描/追蹤機構152經組態及配置以利用一掃描及/或追蹤運動移動雷射陣列154。如圖1中展示，掃描/追蹤機構152經組態以實質上沿x方向及y方向(即，正交於射束190(1)、…、190(N)之方向)移動雷射陣列154中之各雷射。掃描/追蹤機構152使雷射陣列154一起移動，使得全部移動在一個運動中執行。
雷射陣列154經組態及配置以產生雷射輻射射束(例如，射束190(1)、…、190(N))之一陣列，即，實質上同調、準單色光。在許多配置中，雷射陣列154包含一矩形雷射陣列，各產生某波長之雷射輻射。矩形陣列中之各雷射對應於物件110之表面112上之一樣本點，其中由該雷射產生之射束從表面112反射。在一些配置中，由雷射陣列154產生之各射束190(1)、…、190(N)中之光之波長係1550 nm。此波長具有適用於作為例如人臉之物件之優點。然而，亦可使用其他波長(例如，1064 nm、532 nm)。
接收器系統160經組態及配置以接收從物件110之表面112反射之射束且從所接收射束產生位移資料集140(1)、…、140(T)。接收器系統160可使用任何數目個已知技術(例如，外差偵測)來產生LIDAR資料142且將不進一步論述。接收器系統包含一偵測器180，該偵測器180經組態及配置以將所接收射束轉換為電信號，接收器系統160可從該等電信號產生LIDAR資料142。在一些配置中，偵測器180包含一光電倍增管(PMT)或電荷耦合器件(CCD)之一陣列。
音訊信號管理器170經組態以導出一音訊信號之部分以產生表示音訊信號之音訊信號(或感興趣信號(SOI))資料172。音訊信號之部分之導出及最終音訊信號本身分別係基於相鄰漸增式線性調頻部分或漸減式線性調頻部分之都卜勒頻率資料145或147之間的差異。關於圖4論述關於音訊信號管理器之進一步細節。
在基於FMCW之LIDAR SOI處理系統中，將由雷射量測之頻率轉換為SOI信號。在圖2中展示系統之基本結構。圖2係繪示用於執行基於加速度之快速SOI處理之一例示性系統200之一圖。在圖2中，雷射射束在射束分裂器156處分裂為LO、參考及傳輸射束。將傳輸射束傳輸至目標，反射至接收器且與LO混合以產生具有一頻率(拍頻) (其係接收頻率與傳輸頻率之間的差異)之一信號。透過一類比/數位(A/D)轉換器220將此信號發送至一延遲器230以調整信號之相位。參考干涉計信號在類比/數位(A/D)轉換器222處數位化且傳遞通過相位校正模組240處之高速處理且相加至來自延遲器230之信號以產生一相位校正信號以校正拍頻信號之相位。相位校正信號行進至一數位降頻轉換器(DDC) 250以降頻轉換至較低取樣率且被發送至一數位信號處理器(DSP) 260以通常使用一傅立葉(Fourier)變換及峰值選取演算法計算拍頻。在一嵌入式處理器270 (例如，運行音訊信號管理器170)中，使用此頻率來計算距離R(n)。若目標正在移動或振動，則R(n)亦將含有一都卜勒頻移，該頻移含有目標速度資訊。將目標表面之此速度資訊轉換為含有音訊頻率之一振動信號。
圖3A及圖3B繪示可由FMCW LIDAR系統120觀察(例如，由其標定)之一例示性物件310。物件310可具有任何形狀，但在圖3A及圖3B中表示為一圓。在圖3A中，在時間T1，由FMCW LIDAR系統120觀察物件310上之一點320。在時間T1，點320定位於(x,y)平面中之(3,3)處。如圖3B中繪示，在時間T2，點320定位於(x,y)平面中之(4,3)處。點之移動可為物件320之不同類型移動之結果。例如，物件320可已從一個位置移動至另一位置(平移移動)或物件320可已旋轉(例如，繞平行於x-y平面之y軸之一軸)。
如圖3C、圖3D及圖3E中繪示，可由FMCW LIDAR系統120追蹤或觀察一個人之一頭部或面部390。特定言之，可觀察頭部或面部390之一點或位置392。如圖3C中繪示，在時間T1，點392定位於(x,y)平面中之(3,2)處。在時間T2，可觀察到點392在(4,2)處。點之移動可為不同類型動作之結果。例如，人或個人可已旋轉其等頭部(例如，繞平行於y軸之一軸)，如圖3D中繪示。替代地，人或個人可已移動其等頭部(不存在任何旋轉)，如圖3E中繪示。
圖4係繪示一FMCW LIDAR距離量測系統400之一波形及隨後經量測距離之一圖。FMCW LIDAR傳輸包含一漸增式線性調頻及漸減式線性調頻之一信號420。在漸增式線性調頻中，傳輸雷射頻率線性地增加，且在漸減式線性調頻中，傳輸雷射頻率線性地減小。線性調頻持續時間係0.125 ms，因此目標速度以8 kHz取樣率進行取樣。不同目標距離及速度將導致不同拍頻。量測此頻率容許目標距離及速度之量測。
在圖4中，當前距離R(n)根據光已行進之持續時間τ進行計算，該持續時間τ可根據接收信號420與傳輸信號430之間的頻率差異進行計算。此經量測距離460含有目標與接收器之間的實際距離r(n)及由目標移動引起之都卜勒頻率440 fD (n)。R(n)=r(n)-fD (n)/α。此處，α係線性調頻速率(在FSS系統中通常係每公尺2 MHz)。而且，在先前掃掠(此處其係一漸減式線性調頻)，R(n-1)=r(n-1)+fD (n-1)/α。在下一掃掠(此處其亦係一漸減式線性調頻)，R(n+1)=r(n+1)+fD (n+1)/α。若吾人採用掃掠n+1及n-1之距離量測之間的差異，則吾人將獲得音訊信號
Figure 02_image001
。 fD (n)與目標速度ν(n)成比例。在忽略實際距離差異r(n+1)-r(n-1) (其與都卜勒頻率差異相比係非常小的)且將都卜勒頻率轉換為目標速度之後，來自兩個連續漸減式線性調頻之音訊信號將為
Figure 02_image002
。 此處，
Figure 02_image003
(λ係傳輸雷射波長)係一常數。
上述s(2n)/β係目標從時間n-1至時間n+1之速度差異。
若目標移動含有一平移移動及振動移動，且平移速度在兩個連續漸減式線性調頻(或漸增式線性調頻)之間近似恆定，則吾人可從s(2n)之公式發現恆定平移速度將被抵消。在此公式中僅出現振動速度差異(振動加速度)。但基於速度之演算法無法抵消此平移速度，且其變為振動信號中之DC分量。此係在基於速度之振動處理中需要一高衰减带通滤波器來移除此DC分量之原因。此基於加速度之演算法無需此濾波器，因此其顯著減少運算。其將不引起任何濾波延遲，因此易於同步此振動信號與其他即時資料，諸如在吾人嘗試使用SNR來追蹤距離量測以排除歸因於雷射斑點之一些壞點時。
圖5係繪示用於交錯來自一漸減式線性調頻波形及一漸增式線性調頻波形之音訊信號之一例示性系統500之一視圖。兩個連續漸減式線性調頻距離510之間的差異530導致以4 kHz速率(系統線性調頻速率之一半)取樣之一音訊信號s(2n)。對兩個連續漸增式掃掠距離520之間的差異540執行相同處理且亦導致4 kHz取樣率下之另一音訊信號s(2n+1)。此兩個音訊信號經交錯550以形成8 kHz取樣率下之一音訊信號s(n) (如圖5中展示)，此係嵌入式處理器計算距離R(n)之後的振動處理部分。
除減少運算以外，基於加速度之處理在音訊品質方面亦具有優於基於速度之處理之一些優點。歸因於對一些表面(如人臉)之頻率回應之性質，吾人之基於速度之處理缺乏較高頻信號分量。基於加速度之處理傾向於增強較高頻且給出更愉悅的音調品質及更可懂語音。一些主觀測試已展示此優點。一簡單分析亦可展示此：若速度係ν(t)=Asin(ωt)，則加速度將為
Figure 02_image004
，此展示頻率線性地增強。
基於加速度之處理之另一優點係其將不受到漸增式線性調頻與漸減式線性調頻之間的結構差異之影響。在真實世界雷射調變系統中，漸增式線性調頻區段及漸減式線性調頻區段具有小差異，諸如不同非線性相位結構、不同平均頻率等。基於速度之處理採用漸增式線性調頻與漸減式線性調頻之間的差異，且此漸增式線性調頻與漸減式線性調頻差異將引入一些假影至振動信號中。基於加速度之處理採用兩個連續漸增式線性調頻(或漸減式線性調頻)之間的差異，且漸增式線性調頻與漸減式線性調頻之間的結構差異未被引入至振動信號中。概括而言： l 本文中描述之改良技術藉由減除信號之固定雜訊及低加速度分量而改良音訊SNR。此對於來自漸增式線性調頻與漸減式線性調頻之間的緩慢變化系統差異之雜訊係尤其重要的。與距離或速度無關之漸增式線性調頻與漸減式線性調頻之間的差異可來自線性調頻非線性之殘差，且亦來自歸因於稍微不同波長跨度及線性調頻方向反轉之不同多路徑效應。 l 無需額外濾波器來移除表面運動之DC及低頻部分。此減少運算負載且消除來自先前信號處理方法所需之高階帶通濾波器之信號群延遲。 l 本文中描述之改良技術增強高頻信號分量以補償來自一些表面之減少高頻。
圖6係繪示執行本文中描述之基於加速度之快速SOI處理之一例示性方法600之一流程圖。方法600可藉由結合圖1描述之建構物執行，該等建構物可駐留於追蹤系統120之記憶體126中且可由處理電路124執行。
在602，射束傳輸管理器130將一第一電磁輻射射束(例如，由第一射束資料132表示)從一源傳輸朝向相對於源移動之一遠端物件(例如，物件110)，第一射束包含一序列漸增式線性調頻部分(例如，由漸增式線性調頻部分資料134表示)及一序列漸減式線性調頻部分(例如，由漸減式線性調頻部分資料136表示)，使得該序列漸增式線性調頻部分之一漸增式線性調頻部分後接著該序列漸減式線性調頻部分之一漸減式線性調頻部分，且該漸減式線性調頻部分後接著該序列漸增式線性調頻部分之一相鄰漸增式線性調頻部分，該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分具有隨時間增加之一頻率，該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分具有隨時間減小之一頻率。
在604，射束接收管理器140接收從遠端物件反射之一第二電磁輻射射束(例如，由第二射束資料142表示)，第二射束包含一序列漸增式線性調頻部分(例如，漸增式線性調頻部分資料144)及一序列漸減式線性調頻部分(例如，漸減式線性調頻部分資料146)，使得該序列漸增式線性調頻部分之一漸增式線性調頻部分後接著該序列漸減式線性調頻部分之一漸減式線性調頻部分，且該漸減式線性調頻部分後接著該序列漸增式線性調頻部分之一相鄰漸增式線性調頻部分，第二射束之該序列漸增式線性調頻部分及該序列漸減式線性調頻部分之各者具有一序列都卜勒頻率(例如，都卜勒頻率資料145及147)之一各自都卜勒頻率，第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分對應於第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一各自漸增式線性調頻部分，第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分對應於第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一各自漸減式線性調頻部分。
在606，音訊信號管理器170基於以下項之一者之間的一差異產生一音訊信號(例如，由音訊信號/SOI資料172表示)之一部分：(i)對應於第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第一漸增式線性調頻部分之第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第一漸增式線性調頻部分之一第一都卜勒頻率及對應於第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第二漸增式線性調頻部分之第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第二漸增式線性調頻部分之一第二都卜勒頻率；及(ii)對應於第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第一漸減式線性調頻部分之第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第一漸減式線性調頻部分之一第三都卜勒頻率及對應於第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第二漸減式線性調頻部分之第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第二漸減式線性調頻部分之一第四都卜勒頻率。
在一些實施方案中，在例如圖2及圖5中之系統200及/或系統500中展示之組件之一或多個部分可為或可包含一基於硬體之模組(例如，一數位信號處理器(DSP)、一場可程式化閘陣列(FPGA)、一記憶體)、一韌體模組及/或一基於軟體之模組(例如，電腦程式碼之一模組、可在一電腦處執行之一組電腦可讀指令)。例如，在一些實施方案中，系統400之一或多個部分可為或可包含經組態以供至少一個處理器(未展示)執行之一軟體模組。在一些實施方案中，組件之功能性可包含於不同於在圖2及圖5中展示之模組及/或組件中。
在一些實施例中，系統200之一或多個組件可為或可包含經組態以處理儲存於一記憶體中之指令之處理器。例如，相位校正240 (及/或其之一部分)可為經組態以執行與一程序相關之指令以實施一或多個功能之一處理器及一記憶體之一組合。
儘管未展示，但在一些實施方案中，系統100之組件(或其之部分)可經組態以在例如一資料中心(例如，一雲端運算環境)、一電腦系統、一或多個伺服器/主機器件及/或等等內操作。在一些實施方案中，系統100之組件(或其之部分)可經組態以在一網路內操作。因此，系統100(或其之部分)可經組態以在可包含一或多個器件及/或一或多個伺服器器件之各種類型之網路環境內起作用。例如，網路可為或可包含一區域網路(LAN)、一廣域網路(WAN)及/或等等。網路可為或可包含一無線網路及/或使用(例如)閘道器器件、橋接器、開關及/或等等實施之無線網路。網路可包含一或多個區段及/或可具有基於各種協定(諸如網際網路協定(IP)及/或一專屬協定)之部分。網路可包含網際網路之至少一部分。
在一些實施方案中，一記憶體可為任何類型之記憶體，諸如一隨機存取記憶體、一磁碟機記憶體、快閃記憶體及/或等等。在一些實施方案中，記憶體可被實施為與系統100之組件相關聯之一個以上記憶體組件(例如，一個以上RAM組件或磁碟機記憶體)。
可在數位電子電路中、或在電腦硬體、韌體、軟體中、或在其等之組合中實施本文描述之各種技術之實施方案。實施方案可被實施為一電腦程式產品，即，在一資訊載體中(例如，在一機器可讀儲存器件(電腦可讀媒體、一非暫時性電腦可讀儲存媒體、一有形電腦可讀儲存媒體)中)或在一經傳播信號中有形地體現以供資料處理裝置(例如，一可程式化處理器、一電腦或多個電腦)處理或控制其控制之一電腦程式。一電腦程式(諸如上文描述之(若干)電腦程式)可以任何形式之程式設計語言(包含編譯或解譯語言)編寫，且可以任何形式部署，包含作為一獨立程式或作為一模組、組件、子常式或適用於一運算環境中之其他單元。一電腦程式可經部署以在一個電腦上或在一個位置處或跨多個位置分佈且由一通信網路互連之多個電腦上處理。
可由執行一電腦程式以藉由對輸入資料進行操作且產生輸出而執行功能之一或多個可程式化處理器執行方法步驟。方法步驟亦可由專用邏輯電路(例如，一FPGA (場可程式化閘陣列)或一ASIC (特定應用積體電路))執行，且一裝置可被實施為該專用邏輯電路。
適用於處理一電腦程式之處理器藉由實例包含一般及特殊用途微處理器兩者，及任何類型之數位電腦之任何一或多個處理器。一般言之，一處理器將從一唯讀記憶體或一隨機存取記憶體或兩者接收指令及資料。一電腦之元件可包含用於執行指令之至少一個處理器及用於儲存指令及資料之一或多個記憶體器件。一般言之，一電腦亦可包含用於儲存資料之一或多個大容量儲存器件(例如，磁碟、磁光碟或光碟)，或可操作地耦合以從該一或多個大容量儲存器件接收資料或傳送資料至該一或多個大容量儲存器件，或以上兩種情況。適用於體現電腦程式指令及資料之資訊載體包含所有形式之非揮發性記憶體，包含(藉由實例)：半導體記憶體器件(例如，EPROM、EEPROM及快閃記憶體器件)；磁碟(例如，內部硬碟或可抽換磁碟)；磁光碟；及CD-ROM及DVD-ROM碟。處理器及記憶體可由專用邏輯電路補充或併入專用邏輯電路中。
為提供與一使用者之互動，實施方案可在具有用於顯示資訊給使用者之一顯示器件(例如，一液晶顯示器(LCD)監測器)及使用者可藉由其提供輸入至電腦之一鍵盤及一指向器件(例如，一滑鼠或一軌跡球)之一電腦上實施。其他類型之器件亦可用於提供與一使用者之互動；例如，提供給使用者之回饋可為任何形式之感測回饋(例如，視覺回饋、聽覺回饋或觸覺回饋)；且可以任何形式接收來自使用者之輸入，包含聲學、語音或觸覺輸入。
實施方案可在一運算系統中實施，該運算系統包含一後端組件(例如，作為一資料伺服器)，或包含一中介軟體組件(例如，一應用程式伺服器)，或包含一前端組件(例如，一用戶端電腦，其具有一使用者可透過其與一實施方案互動之一圖形使用者介面或一網頁瀏覽器)，或包含此等後端、中介軟體或前端組件之任何組合。組件可藉由任何形式或媒體之數位資料通信(例如，一通信網路)互連。通信網路之實例包含一區域網路(LAN)及一廣域網路(WAN) (例如，網際網路)。
雖然所描述之實施方案之某些特徵已如本文描述般繪示，但熟習此項技術者現將想到許多修改、替換、改變及等效物。因此，應理解，隨附發明申請專利範圍意在涵蓋落入實施方案之範疇內之所有此等修改及改變。應理解，其等已僅藉由實例而非限制之方式呈現，且可做出各種形式及細節之改變。本文中描述之裝置及/或方法之任何部分可以任何組合組合，惟互斥之組合除外。本文中描述之實施方案可包含所描述之不同實施方案之功能、組件及/或特徵之各種組合及/或子組合。
100‧‧‧電子環境/系統 110‧‧‧物件 112‧‧‧表面 120‧‧‧頻率調變連續波(FMCW) LIDAR系統 124‧‧‧處理電路/處理單元 126‧‧‧記憶體 130‧‧‧射束傳輸管理器 132‧‧‧第一射束資料 134‧‧‧漸增式線性調頻部分資料 136‧‧‧漸減式線性調頻部分資料 140‧‧‧射束接收管理器 142‧‧‧第二射束資料 144‧‧‧漸增式線性調頻部分資料 145‧‧‧都卜勒頻率資料 146‧‧‧漸減式線性調頻部分資料 147‧‧‧都卜勒頻率資料 150‧‧‧照明系統 152‧‧‧掃描/追蹤機構 154‧‧‧雷射陣列 156‧‧‧射束分裂器 160‧‧‧接收器系統 170‧‧‧音訊信號管理器/孔隙 172‧‧‧音訊信號/感興趣信號(SOI)資料 180‧‧‧偵測器 190(1)至190(N)‧‧‧輻射射束 200‧‧‧系統 220‧‧‧類比/數位(A/D)轉換器 222‧‧‧類比/數位(A/D)轉換器 230‧‧‧延遲器 240‧‧‧相位校正模組 250‧‧‧數位降頻轉換器(DDC) 260‧‧‧數位信號處理器(DSP) 270‧‧‧嵌入式處理器 310‧‧‧物件 320‧‧‧點 390‧‧‧頭部或面部 392‧‧‧點或位置 400‧‧‧FMCW LIDAR距離量測系統 420‧‧‧接收信號 430‧‧‧傳輸信號 440‧‧‧都卜勒頻率 460‧‧‧經量測距離 500‧‧‧系統 510‧‧‧漸減式線性調頻距離 520‧‧‧漸增式線性調頻距離 530‧‧‧差異 540‧‧‧差異 550‧‧‧交錯 600‧‧‧方法 602‧‧‧步驟 604‧‧‧步驟 606‧‧‧步驟
圖1係繪示根據改良技術之用於執行基於加速度之快速SOI處理之一例示性頻率調變連續波(FMCW) LIDAR系統之一圖。
圖2係進一步繪示例示性FMCW LIDAR系統之另一圖。
圖3A係繪示在圖1中繪示之系統內追蹤之一例示性物件之一圖。
圖3B係繪示如在圖1中繪示之系統內追蹤之例示性物件之一圖。
圖3C係繪示在圖1中繪示之系統內追蹤之另一例示性物件之一圖。
圖3D係繪示如在圖1中繪示之系統內追蹤之其他例示性物件之一圖。
圖3E係繪示如在圖1中繪示之系統內進一步追蹤之其他例示性物件之一圖。
圖4係繪示一FMCW LIDAR距離量測系統及隨後經量測距離之一波形之一圖。
圖5係繪示用於交錯來自一漸減式線性調頻(down-chirp)波形及一漸增式線性調頻(up-chirp)波形之音訊信號之一例示性系統之一圖。
圖6係繪示根據改良技術之執行基於加速度之快速SOI處理之一例示性方法之一流程圖。
100‧‧‧電子環境/系統
110‧‧‧物件
112‧‧‧表面
120‧‧‧頻率調變連續波(FMCW)LIDAR系統
124‧‧‧處理電路/處理單元
126‧‧‧記憶體
130‧‧‧射束傳輸管理器
132‧‧‧第一射束資料
134‧‧‧漸增式線性調頻部分資料
136‧‧‧漸減式線性調頻部分資料
140‧‧‧射束接收管理器
142‧‧‧第二射束資料
144‧‧‧漸增式線性調頻部分資料
145‧‧‧都卜勒頻率資料
146‧‧‧漸減式線性調頻部分資料
147‧‧‧都卜勒頻率資料
150‧‧‧照明系統
152‧‧‧掃描/追蹤機構
154‧‧‧雷射陣列
156‧‧‧射束分裂器
160‧‧‧接收器系統
170‧‧‧音訊信號管理器/孔隙
172‧‧‧音訊信號/感興趣信號(SOI)資料
180‧‧‧偵測器
190(1)至190(N)‧‧‧輻射射束

Claims (10)

  1. 一種方法，其包括： 將一第一電磁輻射射束從一源傳輸朝向相對於該源移動之一遠端物件，該第一射束包含一序列漸增式線性調頻部分及一序列漸減式線性調頻部分，使得該序列漸增式線性調頻部分之一漸增式線性調頻部分後接著該序列漸減式線性調頻部分之一漸減式線性調頻部分，且該漸減式線性調頻部分後接著該序列漸增式線性調頻部分之一相鄰漸增式線性調頻部分，該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分具有隨時間增加之一頻率，該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分具有隨時間減小之一頻率； 接收從該遠端物件反射之一第二電磁輻射射束，該第二射束包含一序列漸增式線性調頻部分及一序列漸減式線性調頻部分，使得該序列漸增式線性調頻部分之一漸增式線性調頻部分後接著該序列漸減式線性調頻部分之一漸減式線性調頻部分，且該漸減式線性調頻部分後接著該序列漸增式線性調頻部分之一相鄰漸增式線性調頻部分，該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分及該序列漸減式線性調頻部分之各者具有一序列都卜勒頻率之一各自都卜勒頻率，該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分對應於該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一各自漸增式線性調頻部分，該第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分對應於該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一各自漸減式線性調頻部分；及 基於以下項之一者之間的一差異產生一音訊信號之一部分：(i)對應於該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第一漸增式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第一漸增式線性調頻部分之一第一都卜勒頻率及對應於該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第二漸增式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第二漸增式線性調頻部分之一第二都卜勒頻率；及(ii)對應於該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第一漸減式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第一漸減式線性調頻部分之一第三都卜勒頻率及對應於該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第二漸減式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第二漸減式線性調頻部分之一第四都卜勒頻率。
  2. 如請求項1之方法，其中該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分之該頻率隨時間線性地增加且該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分之該頻率隨時間線性地減小。
  3. 如請求項2之方法，其中該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分之頻率隨時間增加之一速率在絕對值上等於該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分之頻率隨時間減小之一速率。
  4. 如請求項1之方法，其中該音訊信號之該部分之一振幅與(i)該第一都卜勒頻率及該第二都卜勒頻率以及(ii)該第三都卜勒頻率及該第四都卜勒頻率之一者之間的差異成比例。
  5. 如請求項4之方法，其中該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分之該頻率隨時間以一速率線性地增加且該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分之該頻率隨時間以該速率線性地減小，且 其中該音訊信號之該部分之該振幅與(i)該第一都卜勒頻率及該第二都卜勒頻率以及(ii)該第三都卜勒頻率及該第四都卜勒頻率之一者之間的該差異之間一比例常數。
  6. 如請求項1之方法，其進一步包括： 串連該音訊信號之一第一部分及該音訊信號之一第二部分以形成該音訊信號之一完整部分，該第一部分係基於第一都卜勒頻率與該第二都卜勒頻率之間的該差異，該第二部分係基於該第三都卜勒頻率與該第四都卜勒頻率之間的該差異。
  7. 如請求項1之方法，其中該源係一頻率調變連續波(FMCW) LIDAR系統之一雷射。
  8. 一種電腦程式產品，其包括一非暫時性儲存媒體，該電腦程式產品包含程式碼，該程式碼當由一頻率調變連續波(FMCW) LIDAR系統之處理電路執行時導致該處理電路執行一方法，該方法包括： 將一第一電磁輻射射束從該FMCW LIDAR系統之一源傳輸朝向相對於該源移動之一遠端物件，該第一射束包含一序列漸增式線性調頻部分及一序列漸減式線性調頻部分，使得該序列漸增式線性調頻部分之一漸增式線性調頻部分後接著該序列漸減式線性調頻部分之一漸減式線性調頻部分，且該漸減式線性調頻部分後接著該序列漸增式線性調頻部分之一相鄰漸增式線性調頻部分，該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分具有隨時間增加之一頻率，該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分具有隨時間減小之一頻率； 接收從該遠端物件反射之一第二電磁輻射射束，該第二射束包含一序列漸增式線性調頻部分及一序列漸減式線性調頻部分，使得該序列漸增式線性調頻部分之一漸增式線性調頻部分後接著該序列漸減式線性調頻部分之一漸減式線性調頻部分，且該漸減式線性調頻部分後接著該序列漸增式線性調頻部分之一相鄰漸增式線性調頻部分，該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分及該序列漸減式線性調頻部分之各者具有一序列都卜勒頻率之一各自都卜勒頻率，該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分對應於該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一各自漸增式線性調頻部分，該第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分對應於該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一各自漸減式線性調頻部分；及 基於以下項之一者之間的一差異產生一音訊信號之一部分：(i)對應於該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第一漸增式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第一漸增式線性調頻部分之一第一都卜勒頻率及對應於該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第二漸增式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第二漸增式線性調頻部分之一第二都卜勒頻率；及(ii)對應於該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第一漸減式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第一漸減式線性調頻部分之一第三都卜勒頻率及對應於該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第二漸減式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第二漸減式線性調頻部分之一第四都卜勒頻率。
  9. 如請求項8之電腦程式產品，其中該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分之該頻率隨時間線性地增加且該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分之該頻率隨時間線性地減小。
  10. 一種頻率調變連續波(FMCW) LIDAR系統，其包括： 一裝置，其經組態以將一第一電磁輻射射束從該FMCW LIDAR系統之一源傳輸朝向相對於該源移動之一遠端物件，該第一射束包含一序列漸增式線性調頻部分及一序列漸減式線性調頻部分，使得該序列漸增式線性調頻部分之一漸增式線性調頻部分後接著該序列漸減式線性調頻部分之一漸減式線性調頻部分，且該漸減式線性調頻部分後接著該序列漸增式線性調頻部分之一相鄰漸增式線性調頻部分，該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分具有隨時間增加之一頻率，該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分具有隨時間減小之一頻率； 一裝置，其經組態以接收從該遠端物件反射之一第二電磁輻射射束，該第二射束包含一序列漸增式線性調頻部分及一序列漸減式線性調頻部分，使得該序列漸增式線性調頻部分之一漸增式線性調頻部分後接著該序列漸減式線性調頻部分之一漸減式線性調頻部分，且該漸減式線性調頻部分後接著該序列漸增式線性調頻部分之一相鄰漸增式線性調頻部分，該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分及該序列漸減式線性調頻部分之各者具有一序列都卜勒頻率之一各自都卜勒頻率，該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之各漸增式線性調頻部分對應於該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一各自漸增式線性調頻部分，該第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之各漸減式線性調頻部分對應於該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一各自漸減式線性調頻部分；及 一運算器件，其包含記憶體及耦合至該記憶體之控制電路，該控制電路經組態以基於以下項之一者之間的一差異產生一音訊信號之一部分：(i)對應於該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第一漸增式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第一漸增式線性調頻部分之一第一都卜勒頻率及對應於該第一射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第二漸增式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸增式線性調頻部分之一第二漸增式線性調頻部分之一第二都卜勒頻率；及(ii)對應於該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第一漸減式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第一漸減式線性調頻部分之一第三都卜勒頻率及對應於該第一射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第二漸減式線性調頻部分之該第二射束之該序列漸減式線性調頻部分之一第二漸減式線性調頻部分之一第四都卜勒頻率。
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