阅读说明：本技术 利用激光探测与测距设备探测及定位入侵者的方法和系统 (method and system for detecting and locating intruders using laser detection and ranging device ) 是由 亚克果实 于 2017-06-08 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种用于在拱顶所限定的特定空域内探测并定位入侵者的方法和系统。方法包括如下步骤：在拱顶限定的特定空域内,使用激光检测和测距(LADAR)装置引导激光束周期性扫描；采集来自拱顶内多个物体的激光束反射；将反射信号转换成LADAR信号,指示拱顶内物体的时空存在；对LADAR信号施加信号处理算法,从而基于预定标准确定入侵者的存在和相应的方位参数；根据与入侵者相关的多个方位参数引导摄像机,以连续捕获入侵者的多副图像；并由计算机处理器对图像进行分析,在分析的基础上指示摄像机对入侵者进行跟踪,得到入侵者的实时跟踪参数。(The present invention provides a method and system for detecting and locating intruders within a specific airspace defined by a vault. The method comprises the following steps: directing a periodic scan of the laser beam using a laser detection and ranging (LADAR) device within a specific airspace defined by the vault; collecting reflections of the laser beam from a plurality of objects within the vault; converting the reflected signal into a LADAR signal indicating the spatiotemporal presence of objects within the vault; applying a signal processing algorithm to the LADAR signals to determine the presence of an intruder and corresponding orientation parameters based on predetermined criteria; directing the camera to continuously capture a plurality of images of the intruder according to a plurality of orientation parameters associated with the intruder; and the computer processor analyzes the image, and instructs the camera to track the intruder on the basis of analysis to obtain real-time tracking parameters of the intruder.)

利用激光探测与测距设备探测及定位入侵者的方法和系统

技术领域

本发明总体上涉及检测和跟踪系统，更具体地说，本发明涉及利用激光探测和测距装置的此类系统。

背景技术

在阐述发明背景之前，对下文将使用的某些术语进行定义可能会有所帮助。

术语“激光探测和测距”(LADAR)或“光探测和测距”(LiDAR)在本说明书中称为通过用光(例如脉冲激光)照亮目标并采用传感器测量反射脉冲来测量到目标距离的装置。由此多个激光返回时间和波长的差异可以用于对目标进行数字表征。

尽管多种LADAR设备越来越可用于商业用途，但它们仍然受困于精度和延迟问题，这些问题使其不适合用于监视和国土安全目的。

因此，寻找一种有效利用LADAR特性进行探测和跟踪应用的方法是有利的。

发明内容

本发明的多个实施例提供了一种方法和系统，用于在由拱顶(dome)限定的特定空域内检测和定位入侵者。该方法可包括以下步骤：使用引导激光束的激光探测和测距(LADAR)装置在拱顶限定的特定空域内进行周期性扫描；采集来自拱顶空域内多个物体对激光束的多个反射；将多个反射激光束转换为指示拱顶空域内多个物体时空存在的LADAR信号。将信号处理算法应用于LADAR信号，从而基于预定标准确定入侵者的存在和相应的方位参数；根据与入侵者相关的方位参数引导摄像机，以连续捕捉多副入侵者图像；利用计算机处理器对图像进行分析，并且根据分析指示摄像机追踪该入侵者，得到入侵者的多个实时追踪参数。

附图说明

在说明书的结尾部分特别指出作为发明的主题，并明确要求保护。然而，本发明的组织和操作方法，并且通过参考与附图一起阅读时的以下详细说明，能最好地理解本发明的多个目标、特征和优点，其中：

图1是用于说明根据本发明多个实施例的系统非限制性示例架构的框图；

图2是用于说明根据本发明多个实施例的系统非限制性实施示例的详细框图；

图3是用于说明根据本发明多个实施例中其中一个方面的示意图；并且

图4是用于说明根据本发明多个实施例的非限制性示例方法的高级流程图。

应注意，为了说明的简单和清晰，多副图中所示多个元素并不一定按比例绘制。例如，为了清晰起见，某些元素的尺寸可能相对于其他元素被夸大。此外，在适当情况下，可在图中重复附图标记，以指示相应或类似的部件。

具体实施方式

在下面的描述中，将描述本发明的各个方面。为了解释的目的，阐述具体的配置和细节，以提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说，在没有本说明书所述具体细节的情况下实施本发明也是显而易见的。此外，为了不使对本发明的说明变得模糊和易于混淆，可以省略或简化多个众所周知的特征。

除非另有明确说明，从以下讨论中可以明显看出，可以理解在整个说明书讨论中，使用“处理(processing)”、“计算(computing)”、“运算(calculating)”、“确定(determing)”等术语，应指计算机或计算系统或类似电子计算设备的动作和/或处理过程。计算机或计算系统操作或类似电子计算设备对表示为物理量(如计算系统寄存器和/或存储器中的电子，数量)的数据进行操纵和/或转化，将其转化为其他数据，该数据能够采用类似方式表征计算系统寄存器，存储器或多种其他这样的信息存储，传输或显示设备内的物理量。

图1是用于说明根据本发明多个实施例的系统非限制性示例架构框图。系统100显示激光探测和测距(LADAR)装置112，其配置用于对半径R的拱顶10所限定的特定空域内入侵者的探测和定位。LADAR装置112包括至少一个激光发射器和至少一个激光传感器(此处未显示)。

在操作过程中，LADAR装置114可配置为：通过激光束周期性扫描由拱顶10确定的特定空域，并收集来自拱顶10内物体30和物体20等多个物体的激光束反射。LADAR装置114可进一步配置为将反射转换为LADAR信号，指示拱顶10内物体30和20等物体的时空存在。LADAR装置114可配置为忽略来自拱顶10外多个物体的任何反射，这可通过校准LADAR装置114以获得设置为半径R的最大范围实现。

根据本发明的一些实施例，系统100可进一步包括可操作地连接到LADAR设备114的计算机处理器110，其中计算机处理器110可配置为对多个LADAR信号实施信号处理算法，基于预定标准或无害对象30以确定入侵者20的存在和相应的多个方位参数。应注意，超出拱顶10的物体，如物体40，因其位置而被视为为无关的，但一旦进入拱顶10，可能会变得相关。

LADAR设备114的目的是照射有威胁的外来物体，但其他物体，如建筑物，这是先前就存在的，不是外来威胁，而是被视为环境噪声。显然，环境噪声是不相关的，因此将该环境噪声过滤。处理装置的任务是通过运行专用的滤波计算机程序过滤环境噪声，该滤波计算机程序由计算机执行，其中计算机程序存储在非暂时性计算机可读介质中。因此可以说，计算机可读介质中包含的滤波程序专用于检测进入LADAR设备114所扫描的半球形拱顶区域的许多物体中的相关物体100，相关物体100具有构成威胁100的危险水平。根据本发明的一些实施例，由上述计算机可读代码实现的算法可以使用这些参数来计算阈值。它是在自适应模式下完成的，这样可以过滤掉移动的植被和附近的其他变化。

根据本发明的一些实施例，系统100进一步包括电视摄像机114，其配置为接收与入侵者30相关的多个方位参数并连续捕获入侵者20的图像，其中计算机处理器110配置为接收图像，并指示摄像机114在分析所述图像的基础上跟踪入侵者20，得到入侵者20的实时跟踪参数120。这些实时跟踪参数120可用于此处未显示的其他多个系统。

根据本发明的一些实施例，计算机处理器100可配置为在确定入侵者30的存在之前向多个LADAR信号应用至少一个去噪滤波器。

根据本发明的一些实施例，摄像机为万向节摄像机，并且其中所述系统进一步包括一个驱动器，该驱动器配置为基于多个所述方位参数采用机械方式控制所述摄像机的云台控制(PTZ)参数。

根据本发明的一些实施例，用于确定在特定方位参数中存在入侵者的预定标准包括两个LADAR信号的积分电平，两个LADAR信号是针对多个特定方位参数在不同时刻测量获得的。

根据本发明的一些实施例，图像分析包括分析入侵者的移动特性和外观。

根据本发明的一些实施例，其中移动特性包含：速度、加速度和前进矢量中的至少一项，并且其中外观包含：形状、颜色和尺寸中的至少一项。

根据本发明的一些实施例，方位参数包括当LADAR视线与确定为入侵者的物体相交时LADAR视线的方位。

根据本发明的一些实施例，实时跟踪参数比方位参数精确度至少高一个数量级。

根据本发明的一些实施例，包括一个控制单元，该控制单元配置为基于跟踪参数引导外部实体。

根据本发明的一些实施例，包括显示器，其中计算机处理器配置为在显示器上呈现入侵者在被跟踪时持续捕获的多副入侵者图像。

图2是用于说明根据本发明实施例系统的非限制性实施实例的详细框图。系统200更详细地显示了根据本发明实施例系统的非限制性实施示例。来自拱顶内物体的反射210(此处未显示)在LADAR设备112处被接收，并被转换成多个相应的LADAR信号，这些信号被可由计算机处理器110实现的去噪模块230过滤掉。然后将过滤后的信号应用于可由计算机处理器110实现的检测模块240实施的决策功能，其中决策功能用于决定反射是否属于入侵者。在反射属于入侵者的情况下，将与入侵者方向相关的云台控制(PTZ)参数242应用于驱动器116，驱动器116与摄像机114机械耦合，摄像机114相应地定向并开始捕获入侵者的图像。这些图像被传送到可由计算机处理器110实施的图像分析模块250，在其中执行进一步图像识别和图像增强。然后实时推导出跟踪参数252，以便摄像机114实时跟踪入侵者，同时图像分析模块250保持实时跟踪入侵者。

多个跟踪参数可以传送到控制单元260，供外部实体使用(此处未显示)。此外，图像分析模块250可通过显示器270向操作员60提供呈现其上的增强图像，操作员60随后可通过用户界面280向控制单元260提供他/她的输入。

图3是示出了根据本发明多个实施例其中一个方面的曲表300。图300显示了在两个不同时刻LADAR信号强度与空间位置(例如方位角)。如区域310所示，两个信号之间的差值包括阶跃函数的高度和物体的尺寸，这些都表明它是一个入侵者，而在区域320和300中，由于物体太远、太小、移动缓慢或任何其他预定标准，所以两个信号能量差异量不足。

图4是用于说明非限制性示例性方法400的高级流程图。在拱顶限定的特定空域内检测和定位入侵者的方法400可包括以下步骤：410，在拱顶限定的特定空域内，使用激光检测和测距(LADAR)装置引导激光束周期性扫描；420，采集来自拱顶内多个物体的激光束反射；把反射信号转换成LADAR信号，指示拱顶内物体的时空存在；430，对LADAR信号施加信号处理算法，从而基于预定标准确定入侵者的存在和相应的方位参数；440，根据入侵者相关的方位参数引导摄像机，以连续捕获入侵者的多副图像；450，并由计算机处理器对图像进行分析，在分析的基础上指示摄像机对入侵者进行跟踪，得到入侵者的实时跟踪参数。

为了实施根据本发明的多个实施例的方法400，计算机处理器从只读存储器或随机存取存储器或两者中接收指令和数据。上述步骤中的至少一个由与计算机关联的至少一个处理器执行。计算机的基本元件是执行指令的处理器和存储指令和数据的一个或多个存储器。一般来说，一台计算机还包括一个或多个用于存储数据文件的大容量存储设备，计算机还将包括用于存储数据文件的一个或多个大容量存储设备，或者可操作地耦接于一个或多个大容量存储设备以与其通信。适用于有形地体现计算机程序指令和数据的存储模块包括所有形式的非易失性存储器，包括例如半导体存储设备(例如EPROM、EEPROM)，和闪存设备，以及磁光存储设备。

本领域技术人员将了解到，本发明的某些方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本发明的某些方面可以采用全硬件实施例、全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)或结合多个软件和硬件方面的实施例形式，这些方面在本说明书中通常都被称为“电路”、“模块”或“系统”。另外，本发明的某些方面可以采用计算机程序产品的形式，所述计算机程序产品包含在一个或多个计算机可读介质中，并且所述计算机可读程序代码包含在所述计算机可读介质中。

可以使用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是，例如，但不限于，电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备，或上述介质的任何适当组合。计算机可读存储介质多项更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下内容：具有一条或多条导线的电连接件、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储设备、磁存储设备或前述设备的任何适当组合。在本说明书的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，它可以包含或存储程序，以供指令执行系统、装置或设备使用或通过程序与指令执行系统、装置或设备相关联。

计算机可读信号介质包括传播的数据信号，数据信号内包含计算机可读程序代码，例如，在基带中或作为载波的一部分。所述传播信号可以采取任何形式，包括但不限于电磁、光学或其任何适当组合。计算机可读信号介质可以是有别于计算机可读存储介质的任何计算机可读介质，并且可以通信、传播或传输供指令执行系统、设备或设备使用的程序或通过程序与指令执行系统、设备或设备相关联。

包含在计算机可读介质上的程序代码可以使用任何适当的介质(包括但不限于无线、电线、光纤电缆、射频等)或上述的任何适当组合进行传输。

用于执行本发明各方面操作的计算机程序代码可以用一种或多种程序语言的任意组合来编写，程序语言包括面向对象的编程语言，如Java、SimalTalk、C++等，以及常规的程序设计语言，例如“C”程序语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全在用户的计算机上被执行，在用户的计算机上部分执行，作为独立软件包，部分在用户的计算机上执行，部分在远程计算机上执行，或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网(Internet)服务提供商的互联网(Internet))。

以上参考根据本发明的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或部分图描述了本发明的一些方面。可以理解，流程图图示和/或部分图的每个部分以及流程图图示和/或部分图多个部分的多种组合可通过计算机程序指令实现。这些计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器，以产生一台机器，使得该指令(经由计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行)创建用来实现流程图和/或部分图中的一部分中指定的功能/动作的装置。

这些计算机程序指令也可以存储在计算机可读介质中，该介质可以引导计算机、其他可编程数据处理设备或其他设备以特定方式工作，使得计算机可读介质中存储的指令产生制品，所述制品包括实现在所述流程图和/或部分图中的一部分中指定的功能/动作的指令。

计算机程序指令也可以加载到计算机、其他可编程数据处理设备或其他设备上，以使在计算机、其他可编程设备或其他设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的处理过程，使得在计算机、或其它可编程装置上执行的指令提供用于实现流程图和/或部分图中的一部分中指定的功能/动作的处理方法。

上述流程图和图示说明了体系结构、功能和

前述流程图和图示说明了根据本发明的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。在这方面，流程图或部分图中的每个部分可以表示模块、代码段或部分代码，该模块、代码段或部分代码包含一个或多个用于实现指定逻辑函数的可执行指令。还应注意的是，在某些可替代实施方式中，其在部分中标记的功能可以不按附图中标记的顺序发生。例如，事实上，连续显示的两个部分可以实质上同时执行，或者根据所涉及的功能，这些部分有时可以逆序执行。还应注意的是，部分图和/或流程图图示的每个部分，以及部分图和/或流程图图示中的部分组合，可以通过执行指定功能或动作的专用硬件系统或专用硬件和计算机指令的组合来实现。

在上述描述中，一个实施例是发明实施的一个实例。“一个实施例”、“某一实施例”或“一些实施例”的各种表述不一定都指代同一实施例。

尽管本发明的各种特征可以在单个实施例的上下文中描述，但这些特征也可以单独提供或以任何适当的组合提供。相反，尽管为清楚起见，本发明可以在多个独立实施例的上下文中描述，但本发明也可以在单个实施例中实施。

在说明书中提及“一些实施例”、“某个实施例”、“一个实施例”或“其他多个实施例”是指与多个实施例相关的特定特征、结构或特征包括在本发明的至少一些实施例中，但不一定包括所有实施例。

应理解，此处使用的措辞和术语不应被解释为是限制性的，其仅用于描述性目的。

参考所附说明书、附图和示例，可以更好地理解本发明讲述的原理和用途。

应理解，本文所述的细节不构成对本发明的应用的限制。

此外，应该理解，本发明可以以各种方式执行或实践，并且本发明可以在与以上描述中概述的实施例不同的实施例中实现。

应理解，术语“包括”、“包含”、“由……组成”及其语法变型不排除添加一个或多个组件、特征、步骤或整数或其组，并且术语是应被解释为用于指定组件、特征、步骤或整数。

如果说明书或权利要求涉及“附加”元素，则不排除存在多于一个的附加元素。

应当理解，在权利要求或说明书提及“一”或“一个”元素的情况下，这种提及不被解释为仅存在一个该元素。

应当理解，在说明书陈述组件、特征、结构或特性“可以”、“可能”、“能”或“能够”被包括的情况下，该特定组件、特征、结构或特性不是要求将被包括。

在适用的情况下，尽管可以使用状态图、流程图或两者来描述实施例，但是本发明不限于那些图或对应的描述。例如，流程不需要移动通过每个所示的块或状态，或者完全按照所示和所述的相同顺序。可以通过手动、自动或其组合执行或完成所选择的步骤或任务来实现本发明的方法。

术语“方法”可以指代用于完成给定任务的方式、手段、技术和程序，包括但不限于已知的方式、手段、技术和程序，或者本发明所属领域的技术人员根据已知的方式、手段、技术和方法容易开发的方式、手段、技术和程序。

权利要求书和说明书中呈现的描述、示例、方法和材料不应被解释为是限制性的，而仅仅是说明性的。

除非另外定义，否则本文使用的技术和科学术语的含义应是本发明所属领域的普通技术人员所共同理解的。

本发明可以在测试或实践中使用与本文描述的方法和材料等同或类似的方法和材料来实现。

本说明书中引用或提及的任何出版物(包括专利、专利申请和文章)均以其整体并入本文中，其程度如同每个单独的出版物被具体和单独地被指出为并入本文中那样。此外，在本发明的一些实施例的描述中对任何参考文献的引用和标识不应被解释为承认这样的参考文献可用作本发明的现有技术。

虽然本发明已就有限数量的实施例进行了描述，但这些实施例不应解释为对本发明范围的限制，而应解释为一些优选实施例的示例。其他可能的变化、修改和应用也在本发明的范围内。因此，本发明的范围不应局限于迄今为止所描述的内容，而应局限于所附的权利要求及其合法等同物。