(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライダー測定とビデオ画像とから、ターゲットの３次元画像を生成するシステムであって、
前記システムは、
前記ターゲットの方向に少なくとも２つのビームを誘導し、前記少なくとも２つのビームのうちの各ビームについての、前記ターゲット上の複数のポイントのうちの各ポイントに対する距離測定値及びドップラ速度測定値を生成するライダーサブシステムと、
前記ターゲットの複数の２次元画像を与えるビデオサブシステムと、
プロセッサと、
を具備し、
前記プロセッサは、
前記ターゲット上の前記複数のポイントのうちの各ポイントに対する前記距離測定値及び前記ドップラ速度測定値を、前記ライダーサブシステムから受信し、
前記ターゲットの前記複数の２次元画像を、前記ビデオサブシステムから受信し、
第１の段階の間に前記ターゲット上の前記複数のポイントのうちの各ポイントの運動特性を推定し、前記ターゲットの前記運動特性は、成分ｖｘｔｒａｎｓ、ｖｙｔｒａｎｓ、ｖｚｔｒａｎｓを含む３次元の移動速度と、成分ωｘ、ωｙ、ωｚを含む３次元の角速度とを含み、前記プロセッサは、
前記ライダーサブシステムからの前記距離測定値及び前記ドップラ速度測定値から、前記ターゲット上の前記複数のポイントのうちの各ポイントの前記移動速度成分ｖｚｔｒａｎｓと前記角速度成分ωｘ、ωｙとを推定し、
前記ターゲットの前記複数の２次元画像から取得された前記ターゲットの少なくとも１つの特徴の２次元位置及び速度測定値から、並びに、前記推定された速度成分ｖｚｔｒａｎｓ及び前記推定された角速度成分ωｘ、ωｙから前記ターゲット上の前記複数のポイントのうちの各ポイントの前記移動速度成分ｖｘｔｒａｎｓ、ｖｙｔｒａｎｓと前記角速度成分ωｚとを推定するようにさらに構成され、
前記第１の段階の間に推定された前記ターゲットの前記運動特性を使用して、前記複数の２次元画像のうちの第１の２次元画像を特定の時間における２次元画像に変換することと、
前記第１の段階の間に推定された前記ターゲットの前記運動特性を使用して、前記複数の２次元画像のうちの第２の２次元画像を前記特定の時間における２次元画像に変換することと、
前記特定の時間における前記複数の２次元画像のうちの前記変換された第１の２次元画像における複数の画素の各画素の位置を、前記特定の時間における前記複数の２次元画像のうちの前記変換された第２の２次元画像における前記複数の画素の対応する画素の位置から差し引いて、前記それぞれの２次元画像における前記画素間の位置における差、すなわち、オフセット成分Δｘｉ，ｊ、Δｙｉ，ｊ、及びΔθｚｉ，ｊ、を決定することと、
前記決定されたオフセット成分Δｘｉ，ｊ、Δｙｉ，ｊ、及びΔθｚｉ，ｊに基づいて改善された運動特性を推定することとにより、
第２の段階の間に、前記ターゲットの前記運動特性を改善し、
前記改善された運動特性を使用して、前記ターゲットの３次元画像を生成する、システム。
【請求項２】
前記プロセッサは、最小二乗推定装置を使用して、前記第１の段階の間に前記ターゲットの運動特性を推定する請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記ライダーサブシステムは、
少なくとも４つのビームをターゲットの方向へ誘導し、
前記少なくとも４つのビームのうちの各ビームについての、前記ターゲット上の複数のポイントのうちの各ポイントに対する距離測定値及びドップラ速度測定値を生成する請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも２つのビームは、既知の距離または角度が相互にずれている請求項１記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも４つのビームのうちの少なくとも２つのビームは、第１の軸に沿って既知の距離または角度が相互にずれており、
前記少なくとも４つのビームのうちの少なくとも２つのビームは、第２の軸に沿って既知の距離または角度が相互にずれている請求項３記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の軸及び前記第２の軸は相互に直交している請求項５記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の段階の間に前記ターゲットの前記運動特性を推定することは、
前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する距離成分を推定すること、
をさらに含んでいる請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する前記距離成分の前記推定された値は、前記ライダーサブシステムからの複数の前記距離測定値の平均を決定することにより得られる請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の段階の間に前記ターゲットの前記運動特性を推定することは、
前記ターゲットの前記運動特性を反復的に推定すること、
を含んでいる請求項１記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の段階の第１のフェーズ中において、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する距離成分の推定された値が、前記ライダーサブシステムからの複数の前記距離測定値の平均を決定することにより得られる請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の段階の第２のフェーズ中において、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する前記距離成分の前記推定された値は、前記第１のフェーズ中に推定された前記ターゲットの前記運動特性から決定された前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する距離を含んでいる請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
ライダーサブシステムからのライダー測定とビデオサブシステムからのビデオ画像とから、ターゲットの３次元画像を生成する方法であって、
前記方法は、
前記ライダーサブシステムの少なくとも２つのビームのうちの各ビームについての、前記ターゲット上の複数のポイントのうちの各ポイントに対する距離測定値及びドップラ速度測定値を、前記ライダーサブシステムから受信することと、
前記ターゲットの複数の２次元画像を、前記ビデオサブシステムから受信することと、
前記ターゲットの前記複数の２次元画像を使用して、前記ターゲットの少なくとも１つの特徴の２次元位置及び速度測定値を決定することと、
第１の段階の間に前記ターゲット上の前記複数のポイントのうちの各ポイントの運動特性を推定することと、前記ターゲットの前記運動特性は、成分ｖｘｔｒａｎｓ、ｖｙｔｒａｎｓ、ｖｚｔｒａｎｓを含む３次元の移動速度と、成分ωｘ、ωｙ、ωｚを含む３次元の角速度とを含み、前記推定することは、
前記ライダーサブシステムからの前記距離測定値及び前記ドップラ速度測定値から、前記ターゲット上の前記複数のポイントのうちの各ポイントの前記移動速度成分ｖｚｔｒａｎｓと前記角速度成分ωｘ、ωｙとを推定することと、
前記ターゲットの前記複数の２次元画像から取得された前記ターゲットの少なくとも１つの特徴の２次元位置及び速度測定値から、並びに、前記推定された速度成分ｖｚｔｒａｎｓ及び前記推定された角速度成分ωｘ、ωｙから前記ターゲット上の前記複数のポイントのうちの各ポイントの前記移動速度成分ｖｘｔｒａｎｓ、ｖｙｔｒａｎｓと前記角速度成分ωｚとを推定することとをさらに含み、
前記第１の段階の間に推定された前記ターゲットの前記運動特性を使用して、前記複数の２次元画像のうちの第１の２次元画像を特定の時間における２次元画像に変換することと、
前記第１の段階の間に推定された前記ターゲットの前記運動特性を使用して、前記複数の２次元画像のうちの第２の２次元画像を前記特定の時間における２次元画像に変換することと、
前記特定の時間における前記複数の２次元画像のうちの前記変換された第１の２次元画像における複数の画素の各画素の位置を、前記特定の時間における前記複数の２次元画像のうちの前記変換された第２の２次元画像における前記複数の画素のうちの対応する画素の位置から差し引いて、前記それぞれの２次元画像における前記画素間の位置における差、すなわち、オフセット成分Δｘｉ，ｊ、Δｙｉ，ｊ、及びΔθｚｉ，ｊ、を決定することと、
前記決定されたオフセット成分Δｘｉ，ｊ、Δｙｉ，ｊ、及びΔθｚｉ，ｊに基づいて改善された運動特性を推定することとにより、
第２の段階の間に前記ターゲットの前記運動特性を改善することと、
前記ターゲットの前記改善された運動特性を使用して、前記ターゲットの３次元画像を生成することと、
を含んでいる、方法。
【請求項１３】
前記第１の段階の間に前記ターゲットの運動特性を推定することは、
少なくとも１つの最小二乗推定装置を使用すること、
を含んでいる請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記ライダーサブシステムの少なくとも２つのビームのうちの各ビームについての、前記ターゲット上の複数のポイントのうちの各ポイントに対する距離測定値及びドップラ速度測定値を、前記ライダーサブシステムから受信することは、
前記ライダーサブシステムの少なくとも４つのビームのうちの各ビームについての、前記ターゲット上の複数のポイントのうちの各ポイントに対する距離測定値及びドップラ速度測定値を、前記ライダーサブシステムから受信すること、
を含んでいる請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記第１の段階の間に前記ターゲットの前記運動特性を推定することは、
前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する距離成分の推定された値を使用して、前記第１の段階の間に前記ターゲットの前記運動特性を反復的に推定すること、
を含んでいる請求項１２記載の方法。
【請求項１６】
前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する距離成分の推定された値を使用して、前記第１の段階の間に前記ターゲットの前記運動特性を反復的に推定することは、
前記第１の段階の第１のフェーズ中において、前記ライダーサブシステムからの複数の前記距離測定値に基づく前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する平均距離成分を、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する前記距離成分の前記推定された値として決定することと、
前記第１の段階の第２のフェーズ中において、前記第１のフェーズ中に決定された第１の段階における前記ターゲットの運動特性に基づく前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する距離成分を、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する前記距離成分の前記推定された値として決定することと、
を含んでいる請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記第２の段階の間に前記ターゲットの前記運動特性を改善することは、前記推定された前記ターゲットの運動特性を使用して、前記ビデオサブシステムからの前記複数の２次元画像を、前記ターゲット上の前記複数のポイントへマッピングすること、
を含んでいる請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はターゲットの３次元画像を生成するためのライダー（即ちレーザレーダー）測定とビデオ画像との組み合わせに関し、特にターゲットについての運動が安定化された３次元画像を得るためライダー測定及びビデオ画像を介して運動ターゲットに関連される６度の自由度の軌跡の解析に関する。
【背景技術】
【０００２】
本願発明は2009年2月20日に出願された米国特許暫定出願第61/154,207号明細書に対する優先権を主張しており、その全体が以下説明されているように参考文献とされている。
【０００３】
種々の通常のシステムはライダー測定とビデオ画像を併合してターゲットの３次元画像を得ようとしている。典型的にこれらの通常のシステムはライダー測定とビデオ画像を組み合わせて３次元画像を形成するためにターゲットの幾つかの予め特定された初期モデルを必要とする。
【０００４】
残念ながら、予め特定された初期モデルはライダー測定とビデオ画像を組み合わせるためのシステム能力に大きな制約を与え、その結果として３次元画像はターゲットの識別の目的に対してはほとんど十分とは言えない。
【０００５】
さらに、これらの通常のシステムは典型的にターゲットの運動を適切に考慮することができず、したがってしばしば３次元システムが画像捕捉期間中にターゲットが実質的に運動していない状態であることを必要とする。
【０００６】
ライダー及びビデオ測定を使用して３次元画像を捕捉するための改良されたシステム及び方法が必要とされている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明の種々の実施形態はライダーシステムにより発生された測定をビデオシステムにより発生された画像と組み合わせてターゲットの運動を示す６度の自由度の軌跡を解析する。この軌跡が解析されると、ターゲットの正確な３次元画像が生成されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、ターゲットの運動を示す軌跡はターゲットの３次元の移動速度と３次元の回転速度を含んでいる。
【０００８】
本発明の幾つかの実施形態では、ライダーシステム及びビデオシステムはターゲットの軌跡を解析するプロセッサに結合されている。本発明の幾つかの実施形態では、ライダーシステムはターゲットを走査する２以上のビームを含んでいる。本発明の実施形態では、ライダーシステムはターゲットを走査する４以上のビームを含んでいる。各ビームはターゲット上の複数のポイントのそれぞれの距離及びドップラ速度を発生する。本発明の幾つかの実施形態では、それらのポイントはライダーシステムに関して方位角および仰角に関して表される。本発明の幾つかの実施形態では、ビデオシステムはターゲットの複数のフレーム（即ち２次元画像）を提供するカメラを含んでいる。
【０００９】
本発明の幾つかの実施形態では、プロセッサはライダーシステムからの距離及びドッラ速度測定値と、ビデオシステムからの画像とを使用してターゲットの軌跡を解析する。本発明の幾つかの実施形態では、プロセッサはこれを２つの段階で、即ち、画像から得られた種々の特徴の測定値と共に距離およびドップラ測定値がターゲットの第１の段階の運動特性（即ちターゲットの軌跡）を推定するために使用される第１の段階と、画像がターゲットの第２の段階の運動特性を推定するために使用される第２の段階とで実現する。ターゲットの軌跡が（ターゲットの第２の段階の運動特性から）決定されると、ターゲットの３次元画像が生成されることができる。
【００１０】
これらの実施形態において、本発明のそれらの特徴及び他の特性について以下さらに詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の種々の実施形態による組合されたライダー及びビデオカメラシステムを示す図である。
【図２】本発明の種々の実施形態によるライダー（レーザレーダー）を示す図である。
【図３】本発明の種々の実施形態による２つのライダービームを使用するライダーサブシステムの走査パターンを示す図である。
【図４】本発明の種々の実施形態による４つのライダービームを使用するライダーサブシステムの走査パターンを示す図である。
【図５】本発明の種々の実施形態によるターゲットの角速度のｘ成分を推定するために使用されることができる実質的に同じ時間的瞬間において別のビームからのライダーサブシステムから捕捉されたポイント間の関係を示す図である。
【図６】本発明の種々の実施形態によるターゲットの角速度のｙ成分を推定するために使用されることができる実質的に同じ時間インスタンスにおいて別のビームからのライダーサブシステムから捕捉されたポイント間の関係を示す図である。
【図７】本発明の種々の実施形態によるターゲットの角速度の２次元（即ちｘおよびｙ成分）の移動速度と角速度のｚ成分を推定するために使用されることができるビデオサブシステムから捕捉されたポイント間の関係を示す図である。
【図８】本発明の種々の実施形態によるライダービームの走査パターンを示す図である。
【図９】本発明の種々の実施形態によるライダーサブシステムからの測定に関連される種々のタイミング特性を示すのに有用なタイミング図である。
【図１０】本発明の種々の実施形態によるビデオサブシステムからの測定に関してライダーサブシステムからの測定に関連される種々のタイミング特性を示すのに有用なタイミング図である。
【図１１】本発明の種々の実施形態によるライダー測定及びビデオ画像を処理するのに有用なブロック図である。
【図１２】本発明の種々の実施形態によるライダー測定及びビデオ画像を処理するのに有用なブロック図である。
【図１３】本発明の種々の実施形態によるライダー測定及びビデオ画像を処理するのに有用なブロック図である。
【図１４】本発明の種々の実施形態によるライダー測定及びビデオ画像を処理するのに有用なブロック図である。
【図１５】本発明の種々の実施形態によるライダー測定及びビデオ画像を処理するのに有用なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は本発明の種々の実施形態による組合されたライダーおよびビデオカメラシステム100を示している。本発明の種々の実施形態はライダーまたはビデオカメラのいずれかの単独では可能ではない程度までターゲットの運動の６度の自由度を解析するためライダー測定とビデオ画像との相乗効果を使用する。
【００１３】
組合されたシステム100はライダーサブシステム130、ビデオサブシステム150、処理システム160を含んでいる。示されているように、ライダーサブシステム130は（ビーム112A、ビーム112B、ビーム112(n-1)、ビーム112nとして示されている）２以上のライダービーム出力112と、それぞれがビーム112の１つに対応する（反射ビーム114A、反射ビーム114B、反射ビーム114(n-1)、反射ビーム114n）して示されている）２以上の反射ビーム入力114と、（ビーム112A／反射ビーム114Aと関連されるライダー出力116A、ビーム112B／反射ビーム114Bと関連されるライダー出力116B、ビーム112(n-1)／反射ビーム114(n-1)と関連されるライダー出力116(n-1)、ビーム112n／反射ビーム114nと関連されるライダー出力116nとして示されている）それぞれビーム112／反射ビーム114の対と関連される２以上のライダー出力116を含んでいる。
【００１４】
本発明の幾つかの実施形態では、ビーム操縦機構140は１以上のビーム112をターゲット190の方向に操縦するために使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、ビーム操縦機構140は、それぞれがビーム112をターゲット190の方向へ独立に操縦する操縦機構140A、操縦機構140B、操縦機構140C、操縦機構140Dのような個々の操縦機構を含むことができる。本発明の幾つかの実施形態では、１つのビーム操縦機構140は独立してビーム112の対またはグループをターゲット190方向へ操縦できる。
【００１５】
本発明の幾つかの実施形態では、ビーム操縦機構140は、それぞれが別々に制御されてもよく、別々に制御されなくてもよい１以上のミラーを含むことができ、各ミラーは１以上のビーム12をターゲット190の方向へ操縦する。本発明の幾つかの実施形態では、ビーム操縦機構140はミラーを使用せずにビーム112の光ファイバを直接操縦できる。本発明の幾つかの実施形態では、ビーム操縦機構140は方位角および／または仰角でビーム112を操縦するように制御されることができる。種々の技術が認識されるようにビーム112をターゲット190の方向へ操縦するためのビーム操縦機構140により使用されることができる。
【００１６】
本発明の幾つかの実施形態では、ビーム操縦機構140はターゲットの方向にビーム112の方位角と仰角の両者を制御するために使用されることができる。方位角と仰角の両者を制御することによって、２つのビーム112は潜在的なターゲットの体積を走査またはターゲット190のような特定のターゲットを追跡するために使用されることができる。他の走査機構も明白であるように使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、２つのビーム112は相互にオフセットされることができる。本発明の幾つかの実施形態では、２つのビーム112は予め定められたオフセットおよび／または予め定められた角度により相互に垂直（例えば仰角で）又は水平（例えば方位角で）にオフセットされることができ、そのいずれかは調節可能または制御可能であることができる。
【００１７】
本発明の幾つかの実施形態では、ビーム操縦機構140はターゲットの方向に４つのビーム112の方位角および仰角の両者を制御するように使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、４つのビーム112は水平及び垂直に分離して配置されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、４つのビームは少なくとも２つの直交する分離を形成するように構成されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、４つのビームは長方形パターンで配置されることができ、ビーム112の対は相互に垂直及び水平にオフセットされている。本発明の幾つかの実施形態では、４つのビームは他のパターンで配置されることができ、ビーム112の対は相互にオフセットされている。４つのビーム112の分離は予め決定されたオフセットであってもよく、または予め決定された角度であってもよく、それは固定され、調節可能および／または制御されることができる。
【００１８】
各ビーム112のある部分は反射ビーム114としてターゲット180からライダーサブシステム130へ反射されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、図１に示されているように、反射ビーム114はビーム112として（逆方向ではあるが）同じ光路をたどる。本発明の幾つかの実施形態では、別々の光路は反射ビーム114に適合するためにライダーサブシステム130および／または組合されたシステム100に設けられることができる。
【００１９】
本発明の幾つかの実施形態では、ライダーサブシステム130は各ビーム112に対応する反射ビーム114を受信し、反射ビーム114を処理し、ライダー出力116を処理システム160へ出力する。
【００２０】
組合されたシステム100はまたビデオサブシステム150を含んでいる。ビデオサブシステム150はターゲット190の２次元画像155を捕捉するためのビデオカメラを含むことができる。種々のビデオカメラは明白であるように使用されることができる。本発明の幾つかの構成では、ビデオカメラは特定の解像度及び特定の画像又はフレームレートで画素として画像155を出力できる。ビデオサブシステム150により捕捉されるビデオ画像155は処理システム160へ転送される。本発明の幾つかの構成では、ライダーサブシステム130とビデオサブシステム150は位置および方位に関して相互にオフセットされる。特に、ライダー測定は典型的に３次元（例えばｘ、ｙ、ｚ）に対応し、一方、ビデオ画像は典型的に２次元（例えばｘとｙ）に対応する。本発明の幾つかの構成は、明白であるように各システムにより与えられるデータが所定の座標系で同じ位置を指すことを確実にするためにライダーサブシステム130をビデオサブシステム150で較正する。
【００２１】
組合されたシステム110は、明白であるように（他に示されていなければ）異なる位置、奥行きまたは角度からターゲット190の付加的な２次元画像155を捕捉するための１以上の随意選択的なビデオサブシステムを含むことができる。
【００２２】
本発明の幾つかの構成では、処理システム160はライダーサブシステム130からライダー出力116を、またビデオサブシステム150から画像155を受信し、後に処理するためにこれらをメモリ又は他の記憶装置165に記憶する。処理システム160はターゲット190の３次元画像を生成するためにライダー出力116と画像155を処理する。本発明の幾つかの構成では、処理システム160はライダー出力116と画像155の組合せからターゲット190の軌跡を決定し、その軌跡をターゲット190の運動安定化された３次元画像を発生するために使用する。
【００２３】
本発明の幾つかの構成では、ライダーサブシステム130は例えばそれぞれビーム112、二重周波数、明白に及び同時にターゲット190上の１ポイントの距離とドップラ速度の両者を測定できるチャープコヒーレントレーザレーダーシステムを含むことができる。このようなレーザレーダーシステムは同時米国出願番号第11/353,123号明細書（発明の名称“Chirped Coherent Laser Radar System and Method”（「チャープライダー仕様」））に記載されており、これはその全体において参考文献としてここに組み込まれている。明瞭にする目的で、チャープライダー仕様で呼ばれている「ビーム」はこの明細書で呼ばれている「ビーム」とは同じではない。特に、チャープライダー仕様では、２つのビームはレーザレーダーシステムからの出力、即ちターゲット上のポイントの距離とドップラ速度の両者の同時的な測定を行うためにターゲット上のポイントで同時に一致する第１の周波数（チャープされているかされていない）を有する第１のビームと、第２の周波数（チャープされているかされていない）を有する第２のビームとして説明されている。簡潔にし、明瞭にする目的で、単一の「ビーム」はここではチャープライダー仕様に記載されているレーザレーダーシステムから出力された組合された第１及び第２のビームを指している。チャープライダー仕様に記載されている個々のビームはここでは以下「信号」を指している。それにもかかわらず、本発明の種々の構成はこれらのビームがターゲット上のポイントにおいて同時に距離とドップラ速度の測定を行うならば、チャープライダー仕様に記載されているビーム以外のビームを使用できる。
【００２４】
図２は本発明の種々の構成により、ライダー出力116を提供するためビーム112と反射ビーム114とを発生し処理するために使用されることができるライダー210を示している。各ライダー210はそのライダー210に関するターゲット190上の１ポイントの距離およびドップラ速度を明白に決定する。ライダー210は第１の周波数のライダーサブセクション274と第２の周波数のライダーサブセクション276とを含んでいる。第１の周波数のライダーサブセクション274はターゲット190方向に第１の周波数のターゲット信号212を発射し、第２の周波数ライダーサブセクション276はターゲット190方向に第２の周波数のターゲット信号214を発射する。第１のターゲット信号212と第２のターゲット信号214の周波数は二重チャープシステムを生成するためにチャープされることができる。
【００２５】
第１の周波数ライダーサブセクション274はレーザ源制御装置236、第１のレーザ源218、第１の光結合器222、第１の信号遅延244、第１の局部発振器光結合器230および／または他のコンポーネントを含むことができる。第２の周波数ライダーサブセクション276はレーザ源制御装置238、第２のレーザ源220、第２の光結合器224、第２の信号遅延250、第２の局部発振器光結合器232および／または他のコンポーネントを含むことができる。
【００２６】
第１の周波数ライダーサブセクション274は第１のターゲット信号212と第１の基準信号242を発生する。第１のターゲット信号212と第１の基準信号242は第１のチャープレートで変調されることができる第１の周波数で第１のレーザ源218により発生されることができる。第１のターゲット信号212は独立してまたは第２のターゲット信号214と組み合わせてターゲット190上の測定点方向に誘導されることができる。第１の周波数ライダーサブセクション274はターゲット190から反射されたターゲット信号256を第１の基準信号242と組み合わせることができ、これは既知の又は他の固定されたパス長を有するパスにわたって誘導され、組み合わせられた第１のターゲット信号262を発生する。
【００２７】
第２の周波数ライダーサブセクション276は（ライダー210内の）第１の周波数ライダーサブセクション273に関して配置および固定されることができる。特に、それぞれのレーザ信号を送信及び受信するための関連する光学コンポーネントは配置及び固定されることができる。第２の周波数のライダーサブセクション276は第２のターゲット信号214と第２の基準信号248を発生できる。第２のターゲット信号214と第２の基準信号248は第２のチャープレートで変調されることができる第２の周波数で第２のレーザ源220により発生されることができる。本発明の幾つかの構成では、第２のチャープレートは第１のチャープレートとは異なっている。
【００２８】
第２のターゲット信号214は第１のターゲットビーム212としてターゲット190上の同じ測定点の方向に誘導されることができる。第２の周波数のライダーサブセクション276はターゲット190から反射されたターゲット信号256の１つの部分を第２の基準信号248と組み合わせることができ、これは既知の又は他の固定されたパス長を有するパスにわたって誘導され、組み合わせられた第２のターゲット信号264を生成する。
【００２９】
プロセッサ234は組合された第１のターゲット信号262と組合された第２のターゲット信号264とを受信し、各反射されたターゲット信号とその対応する基準信号とのパス長の差、およびライダー210に関するターゲット運動により生じる任意のドップラ周波数によって生じるビート周波数を測定する。ビート周波数はその後チャープライダー仕様で設定されているようにターゲット190の距離及びドップラ速度の明白な決定を行うために線形に組み合わせられることができる。幾つかの実施形態では、プロセッサ234は距離及びドップラ速度測定値を処理システム160へ与え、このような実施形態では、処理システム160は組合された第１のターゲット信号262と組み合わされた第２のターゲット信号264を受信し、これらを使用して距離及びドップラ速度を決定する。
【００３０】
説明したように、各ビーム112はライダー210に関するターゲット190上の１ポイントの距離及びドップラ速度の同時の測定を行う。本発明の種々の実施形態によれば、種々の数のビーム112はターゲット190のこれらの測定を行うために使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、２以上のビーム112が使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、２以上のビーム112が使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、４以上のビーム112が使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、５以上のビーム112が使用されることができる。
【００３１】
本発明の種々の実施形態では、ビーム112は異なる目的に対する測定を集めるために使用されることができる。例えば本発明の幾つかの実施形態では、特定のビーム112はターゲット190を含む体積を走査する目的に使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、多数のビーム112はこのような走査を実現するために使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、特定のビーム112はターゲット190上の特定の特徴または位置を監視するために使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、多数のビーム112は、ターゲット190上の1つ以上の特定の特徴および／または位置を独立して監視するために使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、１以上のビーム112はターゲット190を走査するために使用されることができ、１以上の他のビーム112はターゲット190上の１以上の特徴および／または位置を監視するために使用されることができる。
【００３２】
本発明の幾つかの実施形態では、１以上のビーム112はターゲット190の３次元画像を得るためにターゲット190を走査することができ、１以上の他のビーム112はターゲット190上の１以上の特徴および／または位置を監視することができる。本発明の幾つかの実施形態では、ターゲット190の３次元画像が得られた後、１以上のビーム112はターゲット190の運動特性を監視および／または更新するためにターゲット190の走査を継続でき、一方、１以上の他のビーム112はターゲット110上の１以上の特徴および／または位置を監視することができる。
【００３３】
本発明の幾つかの実施形態では、ターゲット190の運動特性を監視および／または更新するために使用される１以上のビーム112を介して得られる測定は、ターゲット190上の１以上の特徴および／または位置を監視するために使用される１以上の他のビーム112を介して得られる測定を補償するために使用されることができる。本発明のこれらの実施形態では、ターゲット190の全体的運動はターゲット190上の特定のポイント又は領域の微細な運動を得るためにターゲット190上の種々の特徴および／または位置に関連される測定から除去されることができる。本発明の種々の実施形態では、ターゲット190の微細な運動は種々の振動と、発振と、または例えば質量中心、回転中心、ターゲット190或いは他の位置の表面上の別の位置に対するターゲット190の表面上のある位置の運動とを含むことができる。本発明の種々の構成では、ターゲット190の微細な運動は例えば目、瞼、唇、口角、顔面の筋肉又は神経、鼻孔、首の表面等のような種々の特徴、またはターゲット190の他の特徴の相対的運動を含むことができる。
【００３４】
本発明の幾つかの実施形態では、ターゲット190の全体的運動および／または微細な動作に基づいて、ターゲット190の１以上の生理学的機能および／または身体的活動が監視されることができる。例えば同時出願の米国特許出願第11/230,546号明細書（発明の名称“System and Method for Remotely Monitoring Physiological Functions”）は本人の生理学的機能および／または身体的活動を監視するための種々のシステム及び方法を記載しており、これはその全体として参考文献としてここに組み込まれている。
【００３５】
本発明の幾つかの実施形態では、１以上のビーム112はターゲット190の眼球上の１以上の位置を監視し、これらの各位置における眼球の種々の位置及び運動特性を測定するために使用されることができる。同時出願の米国特許出願第11/610,867号明細書（発明の名称“System and Method for Tracking Eyeball Motion”）は眼球の動作を追跡するための種々のシステム及び方法を記載しており、これはその全体として参考文献としてここに組み込まれている。
【００３６】
本発明の幾つかの実施形態では、１以上のビーム112はターゲット190の顔面上の種々の特徴又は位置に焦点を合わせ、ターゲット190の顔面上の特徴又は位置に対する顔面の種々の特性を測定するために使用される。例えばある顔面の特徴又は顔面の表情はターゲット190の精神状態を推測し、ターゲット190の意思を推測し、ターゲット190のごまかしレベルを推測し、またはターゲット190に関連される事象を予測するために時間インターバルにわたって監視されることができる（例えばある顔面の筋肉は表情の変化の直前または発話の前に痙攣する可能性がある）。
【００３７】
本発明の幾つかの実施形態では、１以上のビーム112はターゲット190の首上の１以上の位置を監視するために使用されることができる。ターゲット190の首の測定された運動特性は喉の動作パターン、声帯の振動、脈拍数および／または呼吸数を決定するために使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、１以上のビーム112はターゲット190の発話に関連される振動を検出し測定するためにターゲット190の上唇上の１以上の位置を監視するために使用されることができる。これらの振動はターゲット190の発話を実質的に再生するために使用されることができる。
【００３８】
本発明の幾つかの実施形態では、１以上のビーム112は、組合されたシステム100の動作の第１の期間またはモード中に１つの目的を行うことができ、組合されたシステム100の動作の第２の期間またはモード中に異なる目的を行うように切換えることができる。例えば本発明の幾つかの実施形態では、多数のビーム112はターゲット190の種々の運動特性を測定するために使用されることができ、それによって処理システム160はターゲット190の軌跡を決定又は捕捉することができる。ターゲット190の軌跡が捕捉されると、多数のビーム112の幾つかはターゲット190のある他の特徴又は特性を監視するように切換えられ、一方多数のビーム112のその他はターゲット190の軌跡が維持されることができるようにその運動特性を測定する。
【００３９】
本発明の幾つかの実施形態では、５つのビーム112がターゲット190の３次元画像を得るためにターゲット190を走査する。これらの実施形態では、これらのビーム112のうちの４つはそれぞれ（以下さらに詳細に説明するように種々の走査パターンを使用して）ターゲット190の一部を走査し、一方、第５のビーム112はターゲット190の「オーバースキャン」を実行する。オーバースキャンは円形、長円形、楕円形又は類似の丸い走査パターンであるか長方形、正方形、菱形又は類似の走査パターン或いは比較的短い時間インターバル内でターゲット190上の種々のポイント（または少なくとも相互に近接近した範囲内のポイント）の多数の測定を捕捉するのに有用なその他の走査パターンであってもよい。これらの多数の測定は第５のビーム112により行われる他の測定（即ち第５のビーム112による同じポイントへの多数のビジット）または他の４つのビーム112のうちの１以上により行われる測定（即ち第５のビームと他の４つのビーム112のうちの１以上による同じポイントへのビジット）に対応できる。幾つかの実施形態では、オーバースキャンのパターンはターゲット190の測定間の付加的な垂直および／または水平の拡がりを行うように選択されることができる。多数の測定と付加的な拡がりの両者はターゲット190の運動の推定を改良するために使用されることができる。ターゲット190をオーバースキャンするための第５のビーム112の使用は前述した動作の各異なるモード期間中に行われることができる。
【００４０】
本発明の幾つかの実施形態では、ターゲット190の軌跡が適切に捕捉されると、１以上のビーム112はターゲット190の軌跡を維持するのに有用な測定を行い、同様にターゲット190の特徴の他の特性を監視できる。このような実施形態では、他のビーム112は走査する体積において他のターゲットの走査に使用されることができる。
【００４１】
図１に示されているように、ターゲット座標フレーム180はターゲット190に関連される種々の測定を表すために使用されることができる。種々の座標フレームは、認識されるように使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、サブシステム130、150のうちの種々のものは認識されるようにターゲット座標フレーム180以外の座標フレームでターゲット190の特性を表すことができる。例えば本発明の幾つかの実施形態では、球座標フレーム（例えば方位角、仰角、距離）はライダーサブシステム130を介して得られる測定を表すために使用されることができる。また例えば、本発明の幾つかの実施形態では、２次元の画素ベース座標フレームはビデオサブシステム150を介して得られる画像155を表すために使用されることができる。本発明の種々の実施形態は認識されるように処理の種々の段階において１以上のこれらの座標フレームまたは他の座標フレームを使用できる。
【００４２】
認識されるように、本発明の幾つかの実施形態では、ライダーサブシステム130を参照して球座標で表されることができる（時にはライダー測定スペースと呼ばれる）ライダーサブシステム130からの測定を、ターゲット190を参照してガウス座標で表されることができる（時にはターゲットスペースと呼ばれる）ターゲット190の運動特性へ変換するために種々の座標変換が必要とされる可能性がある。同様に、種々の座標変換は、ビデオサブシステム150を参照してガウスまたは画素座標で表されることができる（時にはビデオ測定スペースと呼ばれる）ビデオサブシステム150からの測定を、ターゲット190の運動特性へ変換することが必要とされる可能性がある。さらに、組合されたシステム100からの測定は補助ビデオ、赤外線、ハイパースペクトル、マルチスペクトル又は他の補助撮像システムのような外部の測定システムと関連される座標フレームへ変換されることができる。座標変換は通常よく知られている。
【００４３】
認識されるように、本発明の幾つかの実施形態では、種々の座標変換は明白であるようにこのような各サブシステム130、150の位置および／または方位の差を考慮するためにライダーサブシステム130および／またはビデオサブシステム150からの測定を変換することが必要とされる可能性がある。
【００４４】
図３は、本発明の種々の実施形態によるターゲット190の体積を走査するために使用されることができる走査パターン300を示している。走査パターン300は第１の走査パターンセクション310と第２の走査パターンセクション320を含んでいる。第１の走査パターンセクション310は体積（又はその一部）を走査するために使用されることができる第１のビーム112（例えばビーム112A）の走査パターンに対応する。第２の走査パターンセクション320は体積（又はその一部）を走査するために使用されることができる第２のビーム112（例えばビーム112B）の走査パターンに対応する。
【００４５】
図３に示されているように、第１のビーム112は走査パターン300の上部領域を走査し、第２のビーム112は走査パターン300の下部領域を走査する。本発明の幾つかの実施形態では、走査パターンセクション310、320はオーバーラップ領域330を含むことができる。オーバーラップ領域330は第１の走査パターンセクション310と第２の走査パターンセクション320とを整列または「縫合」するために使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、走査パターン310、320はオーバーラップ領域330（特に示されていなければ）を形成するためにオーバーラップしない。
【００４６】
（図３に示されているように）ライダーサブシステム130が垂直に転移された走査パターン300を使用する本発明の実施形態では、第１のビーム112は第２のビーム112から垂直に（即ち幾らかの垂直距離、仰角、又は他の垂直転移により）転移される。このようにしてビーム112の対は既知のまたはその他の決定可能な垂直転移で走査されることができる。
【００４７】
走査パターン300は図３の垂直に転移された走査パターンセクション310、320を有するように示されており、本発明の幾つかの実施形態では、走査パターンは水平に転移された走査セクションを有することができる。ライダーサブシステム130が水平に転移された走査パターンを使用する本発明の実施形態では（特に示されていなければ）、第１のビーム112は第２のビーム112から垂直に（即ち幾らかの水平距離、方位角、又は他の水平転移により）転移される。このようにして、ビーム112の対は既知またはその他の決定可能な水平転移で走査されることができる。
【００４８】
図３は２つの垂直に転移された走査パターンセクション310、320を有する走査パターン300を示しているが、認識されるように対応する数の走査パターンセクションを生成するために種々の数のビームが積み重ねられることができる。例えば３つのビームは３つの走査パターンセクションを与えるために垂直転移または水平転移で構成されることができる。認識されるように、他のビーム数が水平又は垂直に使用されることができる。
【００４９】
図４は本発明の種々の実施形態により４つのビーム112を使用するライダーシステム130の走査パターン400を示している。図４に示されているように、ライダーサブシステム130は走査パターン400を走査するように配置された４つのビーム112を含んでいる。走査パターン400はビーム112の第１の対を相互に水平に転移させ、ビーム112の第２の対を相互に水平におよびビーム112の第１の対から垂直に転移させそれによって長方形の走査配置を形成することにより実現されることができる。認識されるように、他の走査の幾何学形状が使用されることができる。走査パターン400はビーム走査機構140を介して、（水平又は垂直の）対としてまたは集合的に、相互に独立してビームを制御することにより実現されることができる。
【００５０】
走査パターン400は第１の走査パターンセクション410と、第２の走査パターンセクション420と、第３の走査パターンセクション430と、第４の走査パターンセクション440を含んでいる。本発明の幾つかの実施形態では、それぞれの走査パターンセクション410、420、430、440は（オーバーラップ域450として図４に集合的に示されている）幾らかの量だけ隣接する走査パターンとオーバーラップできる。例えば本発明の幾つかの実施形態では、走査パターン400は第１の走査パターンセクション410と第３の走査パターンセクション430との間にオーバーラップ領域450を含んでいる。同様に、オーバーラップ領域450は第１の走査パターンセクション410と第２の走査パターンセクション420との間に存在する。本発明の幾つかの実施形態では、これらのオーバーラップ領域450の種々のものは発生しなくてもよく、又はそうでなければ使用される。本発明の幾つかの実施形態では、例えば垂直オーバーラップ領域450のみが発生されるか使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、水平のオーバーラップ領域450だけが発生又は使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、オーバーラップ領域450は生じないか使用されなくてもよい。本発明の幾つかの実施形態ではオーバーラップ領域450の他の組合せが使用されることができる。
【００５１】
図３と図４に示されているように、多数のビーム112のライダーサブシステム130による使用は特定の体積（又は体積内の特別なターゲット）が走査されることができるレートを増加できる。例えば、所定の体積は１つのビーム112で同じ体積を走査することとは対照的に、２つのビーム112を使用して二倍の速度で走査されることができる。同様に、所定の体積は２つのビーム112で同じ体積を走査することとは対照的に、４つのビーム112を使用して二倍の速度で走査され、１つのビーム112で同じ体積を走査するときの４倍の速度で走査されることができる。さらに、多数のビーム112は以下さらに詳細に説明されるように、ターゲット190の運動に関連される種々のパラメータを測定または推定するために使用されることができる。
【００５２】
本発明の種々の実施形態によれば、特定の走査パターン（及びそれらの対応するビーム構造）はターゲット190の運動特性の測定および／または推定を行うために使用されることができる。前述したように、各ビーム112は距離測定とドップラ速度測定とを同時に各走査されるポイントで行うために使用されることができる。
【００５３】
本発明の幾つかの実施形態では、各ビーム112では、そのビーム112により走査されるポイントは方位角、仰角、時間により記述されることができる。各ビーム112は距離測定とドップラ速度測定をそのポイント及び時間で行う。本発明の幾つかの実施形態では、ビーム112により走査される各ポイントは方位角、仰角、距離測定値、ドップラ速度測定値、時間として表されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、ビーム112により走査される各ポイントは位置（ｘ、ｙ、ｚ）としてガウス座標、ドップラ速度、及び時間で表される。
【００５４】
本発明の種々の実施形態によれば、ライダーサブシステム130からの測定（即ちライダー出力116）とビデオサブシステム150からの測定（フレーム155）はターゲット190の種々の方位および／または運動特性を測定および／または推定するために使用されることができる。ターゲット190のこれらの方位および／または運動特性は位置、速度、加速、角度位置、角速度、角加速度等を含むことができる。これらの方位および／または運動特性が測定および／または推定されるとき、ターゲット190の軌跡が決定されるか、またはそうでなければ近似される。本発明の幾つかの実施形態では、ターゲット190は所定の時間インターバルにわたって剛体と考えることができ、その運動はｖｘｔｒａｎｓ、ｖｙｔｒａｎｓ、ｖｚｔｒａｎｓとして３次元で表される移動速度成分として表され、角速度成分は所定の時間インターバルにわたってωｘ、ωｙ、ωｚで表される。集合的に、これらの移動速度と角速度は特定の時間インターバルにわたってターゲット190の運動の自由度の６つの度数に対応する。本発明の幾つかの実施形態では、これらの６つの成分の測定および／または推定は、ターゲット190の軌跡を表すために使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、これらの６つの成分の測定および／または推定はライダーサブシステム130から得られたターゲット190の３次元画像をビデオサブシステム150から得られたターゲット190の２次元画像と併合してターゲット190の３次元ビデオ画像を発生するのに使用されることができる。
【００５５】
本発明の幾つかの実施形態では、認識されるように、ターゲット190における１ポイントの瞬間的な速度成分ｖｚ（ｔ）は距離測定値、ドップラ速度測定値、方位角、仰角に基づいてライダーサブシステム130から計算されることができる。
【００５６】
ライダーサブシステム130はターゲット190の移動速度ｖｚｔｒａｎｓと２つの角速度、即ちωｘとωｙを測定および／または推定するために使用されることができる。例えば図５は本発明の種々の実施形態によりターゲット190の角速度のｘおよびｙ成分を推定することに使用されることができる２つのビーム112からの対応する測定を有するポイント間の例示的な関係を示している。特に、一般的に言えば、図５に示されているように、ビーム112がｙ軸に沿って相互に転移されている実施形態では、第１のビーム112を介して決定されたポイントＰＡのｚ軸に沿った局部的速度と、第２のビーム112を介して決定されたポイントＰＢの速度と、ＰＡとＰＢ間の距離は認識されるようにｘ軸を中心とするこれらのポイントの角速度（ここではωｘとして示されている）を推定するために使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、これらの測定はωｘの初期推定を行うために使用されることができる。
【００５７】
図６は本発明の種々の実施形態により角速度を推定するために使用されることができる２つのビーム112からの対応する測定によるポイント間の別の例示的な関係を示している。特に、図６に示されているように、ビーム112がｘ軸に沿ってターゲット190において相互に転移されている実施形態では、第１のビーム112を介して決定されたポイントＰＡの速度と、第２のビーム112を介して決定されたポイントＰＢの速度と、ｘ軸に沿ったターゲット190上のＰＡとＰＢ間の距離はｙ軸についてのこれらのポイントの角速度（ここではωｙとして示されている）を推定するために使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、これらの測定はωｙの初期推定を行うために使用されることができる。
【００５８】
図５と図６は２つのビームがそれぞれ垂直軸または水平軸に沿って相互に転移されている本発明の実施形態を示しており、（３次元座標ｘ、ｙ、ｚで表されることができる）対応する距離と各ポイントにおけるドップラ速度は実質的に同じ時間に測定される。（他に示されていなければ）単一軸に沿ったビーム112を使用する本発明の実施形態では、角速度は単一軸に沿って異なる時間に異なるポイントで測定されるドップラ速度に基づいて推定されることができる。認識されるように、角速度のさらに良好な推定は、１）ターゲット190の範囲のポイントにおける（即ち相互からさらに離れた距離における）測定と、２）（加速による任意の影響を最小にするため）最小の時間インターバル内で採取される測定とを使用して得られることができる。
【００５９】
図５および図６は異なる軸、即ちｘ軸とｙ軸を中心とする角速度の概念的推定を示している。一般用語では、第１のビーム112が第２のビーム112から第１の軸に沿ってターゲット190上で転移される場合、第１の軸に直交する第２の軸を中心とする角速度はそれぞれのポイントで第１及び第２の軸の両者に直交する第３の軸に沿った速度から決定されることができる。
【００６０】
２つのビームがｙ軸に沿って相互に変位され（即ち垂直に転移され）走査間の垂直分離により水平に走査される本発明の幾つかの実施形態では、ωｘとωｙの両者の推定が行われることができる。ｘ軸に沿った同時的測定は利用可能ではないが、これらは加速効果を無視するために種々の実施形態で時間において十分に近接すべきである。２つのビーム112が相互にｘ軸に沿って変位され、少なくとも第３のビーム112がビーム112の対からｙ軸に沿って変位される本発明の幾つかの実施形態では、ωｘとωｙとｖｚｔｒａｎｓの両者の推定が行われることができる。本発明の幾つかの実施形態では、ωｘとωｙとｖｚｔｒａｎｓの推定は長方形に配置される４つのビーム112を使用して行われることができる。このような実施形態では、４つのビーム112から得られる測定はωｘとωｙとｖｚｔｒａｎｓを推定するのに必要であるよりも多くの情報を含んでいる。このいわゆる「過剰決定システム」は認識されるようにωｘとωｙとｖｚｔｒａｎｓの推定を改良するために使用されることができる。
【００６１】
説明したように、ライダーサブシステム130により種々の方位角と仰角と、時間おける種々のポイントとで取られた距離及びドップラ速度測定は弾道運動を受ける剛体について、移動速度ｖｚｔｒａｎｓの推定と、２つの角速度、即ちωｘとωｙの推定とに使用されることができる。
【００６２】
本発明の幾つかの実施形態では、ωｘとωｙとｖｚｔｒａｎｓは認識されるように、種々のポイントで得られる測定から各測定時に決定されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、ωｘとωｙとｖｚｔｒａｎｓは特定の時間インターバルにわたって一定であることが仮定されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、認識されるようにωｘとωｙとｖｚｔｒａｎｓは種々の測定時間で決定され、その後特定の時間インターバルにわたって平均されることができ、それによってその特定の時間インターバルについてωｘとωｙとｖｚｔｒａｎｓの推定を行う。本発明の幾つかの実施形態では、特定の時間インターバルは固定されているかターゲット190の運動特性に基づいて可変である。本発明の幾つかの実施形態では、認識されるように最小二乗推定装置が特定の時間インターバルにわたってωｘとωｙとｖｚｔｒａｎｓの推定を行うために使用されることができる。ωｘとωｙとｖｚｔｒａｎｓの推定は、認識されるように他の方法で得られることができる。
【００６３】
本発明の幾つかの実施形態では、ビデオサブシステム150からの画像は所定の時間インターバルにわたってターゲット190の３つの他の運動特性、即ち移動速度成分ｖｘｔｒａｎｓとｖｙｔｒａｎｓと角速度成分ωｚの推定に使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、ビデオサブシステム150により捕捉されるフレーム155はフレーム155間を移動するときターゲット190上のポイントについての速度のｘとｙ成分を推定するために使用されることができる。図７は時間Ｔにおけるフレーム155とその後の時間Ｔ＋Δｔにおけるフレーム155との間の特定ポイントまたは特徴ＩＡの位置の変化を示している。
【００６４】
本発明の幾つかの実施形態では、この位置の変化は（他に示されていなければ）フレーム155中の少なくとも２つの各特定ポイントまたは特徴について決定される。本発明の幾つかの実施形態では、位置の変化は各多くのポイントまたは特徴について決定される。本発明の幾つかの実施形態では、ターゲット190の移動速度成分ｖｘｔｒａｎｓとｖｙｔｒａｎｓと角速度成分ωｚは、フレーム155間で、特徴ＩＡ（Ｔ）とＩＡ（Ｔ＋Δｔ）の位置の差と、時間における差Δｔとに基づいて推定されることができる。これらの位置及び時間における差は特徴のある速度、即ちｖｘｆｅａｔとｖｙｆｅａｔとを決定するのに使用され、この速度は代わりにターゲット190の移動速度成分ｖｘｔｒａｎｓおよびｖｙｔｒａｎｓと角速度成分ωＺを推定するために使用されることができる。画像フレーム間の特徴の速度と角速度のこのような推定は通常は認識されるように理解される。
【００６５】
本発明の幾つかの実施形態では、ターゲット190の多くの特徴は連続的なフレーム155から抽出される。連続的なフレーム155間の時間インターバルにわたるこれらの特徴の速度ｖｘｆｅａｔとｖｙｆｅａｔは連続的なフレーム155間の各それらの特徴の位置における変化に基づいて決定されることができる。最小二乗推定装置は各抽出された特徴の位置変化から移動速度ｖｘｔｒａｎｓとｖｙｔｒａｎｓと、角速度ωｚを推定するために使用されることができる。
【００６６】
本発明の幾つかの実施形態では、最小二乗推定装置はライダーサブシステム130からの測定と、ビデオサブシステム150からのフレーム155における特徴の位置の変化を使用することができ、それによってターゲット190の移動速度ｖｘｔｒａｎｓとｖｙｔｒａｎｓとｖｚｔｒａｎｓおよび角速度ωｘ、ωｙ、ωｚを推定する。
【００６７】
前述したように、ライダーサブシステム130とビデオサブシステム150はターゲット190の運動を示すために使用されることができる６つの成分の推定に使用されることができる。運動のこれらの成分はターゲット190の軌跡を計算するため時間にわたって集められることができる。この軌跡はその後ターゲット190の運動が安定化された３次元画像を得るためにターゲット190の運動の補償に使用されることができる。本発明の種々の実施形態では、ターゲット190の軌跡は種々の時間インターバルにわたる弾道運動を表すと想定されることができる。ターゲット190の軌跡が正確に決定される程、組み合わせられたシステム100は例えばターゲット190の３次元画像または他の特性を表すためにより正確にターゲット190の測定を調節できる。
【００６８】
本発明の種々の実施形態では、測定がライダーシステム130により行われる速度はフレーム155がビデオサブシステム150により捕捉される速度とは異なっている。本発明の幾つかの実施形態では、測定がライダーサブシステム130により行われる速度は実質的にフレーム155がビデオサブシステム150により捕捉される速度よりも高い。さらに、ビーム112はライダーサブシステム130による走査体積を通して走査されるので、走査体積における異なるポイントでの測定は相互に異なるときに行われることができ、一方所定のフレーム155の画素は（ビデオ撮像の文脈内で）実質的に同時に捕捉される。本発明の幾つかの実施形態では、これらの時間差はターゲット190のより正確な軌跡を与えるために解析される。
【００６９】
図８に示されているように、本発明の幾つかの実施形態では、走査パターン840はターゲットの体積を走査するために使用されることができる。説明の目的で、走査パターン840は単一ビームによって取られる測定パターンを表している。幾つかの実施形態では、多数のビームが使用されることができ、それぞれ明白であるようにそれらの対応する走査パターンを有する。示されているように、走査パターン840は特定の走査体積が走査されるまで、第１の高度831で方位角において左から右に測定され、第２の高度832で方位角において右から左に測定され、第３の高度833で方位角において左から右へ測定される個々のポイント810を含んでいる。本発明の幾つかの実施形態では、走査パターン840は組合されたシステム100に関連される種々のタイミング特性に対応して時間インターバルに分割されることができる。例えば本発明の幾つかの実施形態では、走査パターン840は特定の高度（即ち全体的に左から右または右から左への走査）を走査することに関連される時間インターバルに分割されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、走査パターン840は１以上の高度（例えば同じまたは異なる高度で左から右および戻りが右から左）で（往復走査820A、往復走査820B、往復走査820Cとして図８に示されている）往復走査820に関連される時間インターバルに分割されることができる。類似のタイミング特性は（方位角における水平とは反対に）仰角において垂直に走査される構成で使用されることができる。他のタイミング特性も同様に使用されることができる。
【００７０】
図８に示されているように、説明の目的で、各インターバルは単一の走査（例えば831、832、833等）または往復走査820で複数のポイント810に対応するＮ個のポイント810を含むことができる。特定の時間インターバルについてのポイント810の集合はここではサブポイントクラウドと呼ばれ、完全な走査パターン840に対するポイント810の集合はここではポイントクラウドと呼ばれる。本発明の幾つかの実施形態では、各ポイント810は特定の方位角、仰角、測定が行われた時間における距離及びドップラ速度のライダー測定に対応する。本発明の幾つかの実施形態では、各ポイント810は（ｘ，ｙ，ｚ座標で表される）距離およびドップラ速度のライダー測定と測定が行われた時間に対応する。
【００７１】
図９は本発明の種々の実施形態によりライダーサブシステム130からの測定に関連される種々のタイミング特性を示すのに有用なタイミング図900を示している。タイミング図900はビーム112により走査されるポイント810と、それぞれのサブポイントクラウド920に対応するインターバルにわたって集められる複数のポイント810から形成されるサブポイントクラウド920と、走査パターンにわたって集められる複数のサブポイントクラウド920から形成されるポイントクラウド930とを含んでいる。タイミング図900は認識されるように多数のビーム112により走査されるポイント810を含むように拡張されることができる。
【００７２】
各ポイント810はビーム112により走査され、各ポイント810に関連される測定はライダーサブシステム130により決定される。本発明の幾つかの実施形態では、ポイント810は走査パターン（または走査パターンセクション）を介して走査される。ライダーサブシステム130が特定のサブポイントクラウド920についての測定を集めるインターバルはＴＳＰＣと呼ばれる期間を有することができる。本発明の幾つかの実施形態では、サブポイントクラウド920の個々のポイント810に関連される測定のタイミングの差はそのポイントをサブポイントクラウド920の特定の基準時間（例えばｔＲＳＰＣ）へ調節するため各ポイントの運動特性（例えば移動速度と角速度）を使用することにより実現されることができる。このプロセスはターゲット190の運動特性の個々のポイント810を安定化するものとして参照されることができる。
【００７３】
本発明の幾つかの実施形態では、速度は時間インターバルにわたって（即ち時間期間ＴＳＰＣ中）一定であると想定されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、認識されるように、速度は走査パターン期間中に一定であると仮定されず、加速効果がポイント810の測定を基準時間へ調節するために考えられる必要がある。本発明の幾つかの実施形態では、時間インターバルの細分のために調節も適合されることを必要とする可能性がある。図９に示されているように、各サブポイントクラウド920の基準時間はインターバルの中間ポイントで選択されることができ、他の基準時間が使用されることもできる。
【００７４】
本発明の幾つかの実施形態では、類似の調節はサブポイントクラウド920をポイントクラウド930へ組み合わせるときに行われることができる。特に本発明の幾つかの実施形態では、ポイントクラウド930のサブポイントクラウド920に関連される測定のタイミングの差は測定に関連される運動特性を使用することにより適合されることができる。
【００７５】
本発明の幾つかの実施形態では、ポイントクラウド930へ併合される各サブポイントクラウド920と関連される測定はポイントクラウド930に関連される基準時間に個々に調節される。本発明の幾つかの実施形態では、基準時間はフレーム時間（例えばフレーム155に関連される時間）に対応する。本発明の他の実施形態では、基準時間はポイントクラウド930のポイント1110の測定時間の初期、ポイントクラウド930のポイント1110の測定時間の後期、ポイントクラウド930のポイント1110の測定時間の平均または中間ポイント、或いはポイントクラウド930に関連される他の基準時間に対応する。
【００７６】
他に示されていないが、本発明の幾つかの実施形態では、類似の調節は個々のビーム112からのポイントクラウド930を特定の基準時間の一体のポイントクラウドへ組合わせることができる。本発明の幾つかの実施形態では、これは認識されるように、個々のポイントレベル、サブポイントクラウドレベルまたはポイントクラウドレベルで実現されることができる。この説明の残りの部分の目的として、サブポイントクラウド920とポイントクラウド930はターゲット190を走査するためライダーサブシステム130により使用される各ビーム112からのそれらのそれぞれの基準時間におけるポイント810の集合を指している。
【００７７】
本発明の幾つかの実施形態では、ターゲット190の運動特性は種々の時間インターバルにわたって一定であることが仮定されることができる。例えばターゲット190の運動特性はＴＳＰＣまたは他の時間インターバルにわたって一定であると仮定されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、ターゲット190の運動特性は所定のＴＳＰＣにわたって一定であることが仮定されることができるが、ＴＰＣにわたって一定である必要はない。本発明の幾つかの実施形態では、ターゲット190の運動特性はＴＳＰＣのインクリメント部分にわたって一定であることが仮定されることができるが、ＴＳＰＣにわたって一定である必要はない。結果として本発明の幾つかの実施形態では、ターゲット190の軌跡は時間の区分的関数として表されることができ、各「区分」は各個々の時間インターバルにわたるターゲット190の運動特性に対応している。
【００７８】
幾つかの実施形態では、運動を補償するためのタイミング調節は第１の時間から第２の時間へのポイントの運動を考慮した変換として表されることができる。この変換は例えばライダーサブシステム130からの測定に適用されるとき、特定ポイント（またはサブポイントクラウド或いはポイントクラウド等）に関連される測定時間から所望の基準時間へのタイミング調節を行う。さらに測定がベクトルとして表されるとき、この変換は変換マトリックスとして表されることができる。このような変換マトリックスとそれらの性質は通常良く知られている。
【００７９】
認識されるように、変換マトリックスは任意の時間におけるポイントについての位置及び方位ベクトルを、ターゲット190の運動に基づいて、時間において前方または後方の任意の他の時間におけるそのポイントについての対応する位置及び方位ベクトルに置くために容易に使用されることができる。変換マトリックスはサブポイントクラウド、多数のサブポイントクラウド、及びポイントクラウドに同様に適用されることができる。幾つかの実施形態では、変換マトリックスは各インターバル（またはサブインターバル）について決定されることができ、それによって１つのインターバルで表されるポイントクラウドを一連の次のインターバルで表されるポイントクラウドに調節するために使用されることができる。これらの実施形態では、各インターバルはターゲット190の軌跡のポイントクラウドを次のインターバルへ調節するために関連される変換マトリックスを有する。幾つかの実施形態では、変換マトリックスは各インターバル（またはサブインターバル）について決定されることができ、それによって１つのインターバルで表されるポイントクラウドを一連の先のインターバルで表されるポイントクラウドへ調節するために使用されることができる。種々のインターバルの変換マトリックスを使用して、ポイントクラウドは、前方または後方の任意の時間に参照されることができる。
【００８０】
図１０は本発明の種々の実施形態にしたがってビデオサブシステム150からの測定に関してライダーサブシステム130からの測定に関連される種々のタイミング特性を説明するのに有用なタイミング図1000を示している。本発明の幾つかの実施形態では、ポイントクラウド930はフレーム155間の時間インターバルの中間ポイントまたはフレーム155間の他の時間に参照されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、ポイントクラウド930は特定のフレーム155に対応するフレーム時間に参照されることができる。ポイントクラウド930は認識されるように、特定のフレーム155に関して他の方法で参照されることができる。
【００８１】
図１０に示されているように、ＰＣｍ−１はフレームＩｎ−１のフレーム時間で参照されるポイントクラウド930の表現であり、ＰＣｍはフレームＩｎのフレーム時間で参照されるポイントクラウド930の表現であり、ＰＣｍ＋１はフレームＩｎ＋１のフレーム時間で参照されるポイントクラウド930の表現であり、ＰＣｍ＋２はフレームＩｎ＋２のフレーム時間で参照されるポイントクラウド930の表現である。幾つかの実施形態では、ポイントクラウド930は明白であるようにフレームとフレーム時間に関して他の時間で参照されることができる。
【００８２】
前述したように、変換マトリックスＴｉ，ｉ＋１はｉ番目のフレーム時間におけるポイントクラウド930の表現を（ｉ＋１）番目のフレーム時間におけるポイントクラウド930の表現に変換するために決定されることができる。図１０を参照して、変換マトリックスＴｍ−１，ｍはＰＣｍ−１をＰＣｍに変換するために使用され、変換マトリックスＴｍ，ｍ＋１はＰＣｍをＰＣｍ＋１に変換するために使用され、変換マトリックスＴｍ＋１，ｍ＋２はＰＣｍ＋１をＰＣｍ＋２に変換するために使用されることができる。このようにして変換マトリックスはフレーム155に対応する異なる時間におけるポイントクラウド930を表現するために使用されることができる。
【００８３】
本発明の種々の実施形態によれば、第１の時間から第２の時間までのポイントクラウド930を表すためにポイントクラウド930に適用される変換マトリックスは異なる処理段階で決定されることができる。一般的に言えば、変換マトリックスは、２つのステップ、即ちライダーサブシステムからの第１のωｘ、ωｙ、ｖｚｔｒａｎｓと、ビデオサブシステムからの第２のｖｘｔｒａｎｓ、ｖｙｔｒａｎｓ、ωｚで計算されることができる６度の運動パラメータ、ωｘ、ωｙ、ωｚ、ｖｘｔｒａｎｓ、ｖｙｔｒａｎｓ、ｖｚｔｒａｎｓに直接関連される。
【００８４】
図１１は、本発明の種々の実施形態にしたがって、ターゲット190の軌跡を推定するために第１の処理段階の第１のフェーズ中に使用されることができる処理システム160の構成のブロック図を示している。本発明の幾つかの実施形態では、第１の段階の第１のフェーズ中に、（ここではＴｉ，ｉ＋１（０）と呼ばれる）一連の初期変換マトリックスがターゲット190の運動特性の種々の推定から決定される。示されているように、ライダーサブシステム130は、一連の時間インターバルのそれぞれにわたる角速度ωｘおよびωｙと移動速度ｖｚｔｒａｎｓを推定するように構成されている最小二乗推定装置1110への入力として、それぞれのポイントに対する距離、ドップラ速度、方位角、仰角、および時間を提供する。本発明の幾つかの実施形態では、明白であるように角速度ωｘおよびωｙと移動速度ｖｚｔｒａｎｓは各特定の時間インターバルに対する最小二乗推定装置1110からの任意の残留エラーが適切な許容可能なレベルに到達するまで、前述したように時間インターバルのサイズを変化（または時間インターバルをサブインターバルに分割）することによって反復的に推定される。このプロセスはターゲット190の測定がライダーサブシステム130により行われる期間中の各連続的な時間インターバルに対して反復されることができる。
【００８５】
ターゲット190が弾道運動（即ち加速のない一定の速度）を経験する剛体（即ちターゲット190の表面上のポイントは相互に関して固定されたままである）として所定の時間インターバルにわたって表されることができることを仮定すると、ターゲット190上の任意の所定のポイント810の瞬間速度は次式で表されることができる。  
ｖ＝ｖｔｒａｎｓ＋［ω×（Ｒ−Ｒｃ−ｖｔｒａｎｓ×Δｔ）］    式（１）  
ここで、
ｖは所定のポイントの瞬間速度ベクトルであり、
ｖｔｒａｎｓは剛体の移動速度ベクトルであり、
ωは剛体の回転速度ベクトルであり、
Ｒはターゲット上の所定ポイントの位置であり、
Ｒｃはターゲットの回転の中心であり、
Δｔは所定の基準時間からの各測定時間の時間差である。
【００８６】
ライダーサブシステム130から得られる測定値を考慮すると、瞬間速度のｚ成分は次式として表されることができる。  
ｖｚ＝ｖｚｔｒａｎｓ＋［ω×（Ｒ−Ｒｃ−ｖｔｒａｎｓ×Δｔ）］ｚ    式（２）
ここで、
ｖｚは瞬間速度ベクトルのｚ成分であり、
ｖｚｔｒａｎｓは移動速度ベクトルのｚ成分であり、
［ω×（Ｒ−Ｒｃ−ｖｔｒａｎｓ×Δｔ）］ｚはクロス積のｚ成分である。
【００８７】
本発明の幾つかの実施形態では、画像155からの種々の特徴に対応するフレーム間測定を行うことができる。これらの測定は各特徴と各フレーム間の時間インターバルに対する位置（例えばｘｆｅａｔ、ｙｆｅａｔ）と速度（例えばｖｘｆｅａｔ、ｖｙｆｅａｔ）に対応できる。位置のｚ座標がビデオサブシステム150から得られない実施形態では、ｚの初期推定は例えばライダーサブシステム130からのポイントからの平均的なｚ成分を使用して行われることができる。最小二乗推定装置1120は、角速度ωｘ、ωｙ、ωｚと移動速度ｖｘｔｒａｎｓ、ｖｙｔｒａｎｓ、ｖｚｔｒａｎｓを推定する。角速度ωｘ、ωｙ、ωｚと移動速度ｖｘｔｒａｎｓ、ｖｙｔｒａｎｓ、ｖｚｔｒａｎｓは、関連する時間インターバルの各々に対する変換マトリックスＴｉ，ｉ＋１（０）として表すことができる。本発明の幾つかの実施形態では、任意の随意選択的なフレーム間の時間インターバルに対応する累積的な変換マトリックスが決定されることができる。
【００８８】
図１２は、本発明の種々の実施形態にしたがって、ターゲット190の軌跡を推定するために第１の処理段階の第２のフェーズ中に使用されることができる処理システム160の構造のブロック図を示している。本発明の幾つかの実施形態では、第１の段階の第２のフェーズ中に、（ここではＴｉ，ｉ＋１（１）と呼ばれる）新しい変換マトリックスがターゲット190の運動特性の種々の推定から決定される。示されているように、Ｎ個のポイントのそれぞれに対する距離、ドップラ速度、方位角、仰角、および時間のライダーサブシステム130からの測定値が、第１のフェーズ中における前述した方法と類似の方法で、一連の時間インターバルのそれぞれにわたる角速度ωｘおよびωｙと移動速度ｖｚｔｒａｎｓを推定するために、変換マトリックスＴｉ，ｉ＋１（０）と共に処理システム160の最小二乗推定装置1110へ入力される。
【００８９】
第２のフェーズと第１のフェーズとの間の主要な差は、最小二乗推定装置1120が、単なるｚ位置の平均と異なり、Ｔｉ，ｉ＋１（０）に基づく特徴の計算されたｚ位置を使用することである。最小二乗推定装置1120は新しい角速度ωｘ、ωｙ、ωｚと新しい移動速度ｖｘｔｒａｎｓ、ｖｙｔｒａｎｓ、ｖｚｔｒａｎｓを推定し、これらは、関連する時間インターバルのそれぞれに対する変換マトリックスＴｉ，ｉ＋１（１）として表されることができる。ここでも、本発明の幾つかの実施形態では、フレーム間の時間インターバルに対応する累積的な変換マトリックスが決定されることができる。
【００９０】
図１３は、本発明の種々の実施形態にしたがって、ターゲット190の軌跡を推定するために第１の処理段階の第３のフェーズ中に使用されることができる処理システム160の構成のブロック図を示している。本発明の幾つかの実施形態では、第１の段階の第３のフェーズ中に、（ここではＴｉ，ｉ＋１（２）と呼ばれる）新しい変換マトリックスがターゲット190の運動特性の種々の推定から決定される。示されているように、第１のフェーズ中における前述した方法と類似の方法で、一連の時間インターバルのそれぞれにわたる角速度ωｘおよびωｙと移動速度ｖｚｔｒａｎｓを推定するために、ライダーサブシステム130は、最小二乗推定装置1110への入力として、ポイントのそれぞれに対する距離、ドップラ速度、方位角、仰角、および時間を与える。このフェーズでは、先に使用された特徴の測定値とは異なり、前のフェーズ中に決定されたＴｉ，ｉ＋１（１）に基づく各ポイントについてのｖｘとｖｙの計算された値が、最小二乗推定装置1120へ入力される。
【００９１】
第３のフェーズと第２のフェーズとの間の主要な差は、最小二乗推定装置1120が関連するフレーム155間の運動を説明するためにＴｉ，ｉ＋１（１）を使用することである。最小二乗推定装置1110、1120は新しい角速度ωｘ、ωｙ、ωｚと新しい移動速度ｖｘｔｒａｎｓ、ｖｙｔｒａｎｓ、ｖｚｔｒａｎｓを推定し、これらは、関連する時間インターバルのそれぞれに対する変換マトリックスＴｉ，ｉ＋１（２）として表されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、フレーム間の時間インターバルに対応する累積的な変換マトリックスが決定されることができる。
【００９２】
本発明の種々の実施形態では、付加的な情報がターゲット190の運動に関して得られるので、第１の処理段階の任意のフェーズを、任意の回数、反復してもよい。例えば変換マトリックスが改良されるとき、各ポイント810はその測定時間に関して所定の基準時間でさらに良好に表されることができる。
【００９３】
第１の処理段階中、（ライダー測定から得られなければ）各ポイントの移動速度はフレーム155からの特徴を使用して推定されることができる。全ての速度成分が各ポイントについて分かるか推定されると、変換マトリックスは図１３に示されているような特徴の測定値を使用せずに決定されることができる。
【００９４】
図１４は、本発明の種々の実施形態にしたがって、ターゲット190の軌跡を改善するために、第２の処理段階の第１のフェーズ中に使用されることができる処理システム160の構成のブロック図を示している。第１の処理段階は画像155がそれぞれのフレーム時間におけるポイントクラウド830にマップされることを可能にするのに十分な変換マトリックスを提供する。このようにマップされると、連続的な画像155からの（画像155中の特徴とは異なる）画素自体の差は、ターゲット190の軌跡をさらに改善するために使用されることができる。本発明の幾つかの実施形態では、第２の処理段階の第１のフェーズ中における、（ここではＴｉ，ｉ＋１（３）と呼ばれる）一連の新しい変換マトリックスは、画像Ｉｉと画像Ｉｊとの間のオフセット、即ちΔｘｉ，ｊと、Δｙｉ，ｊと、ΔΘｚｉｊとに基づいて、Ｔｉ，ｉ＋１（２）を改善したものである。示されているように、推定装置1410は同じフレーム時間における画像を表すために適切な変換マトリックスＴｉ，ｉ＋１（２）を使用して画像Ｉｉと画像Ｉｊとの間の差を決定する。
【００９５】
図１５は、本発明の種々の実施形態にしたがって、ターゲット190の軌跡をさらに改善するために、第２の処理段階の第２のフェーズ中に使用されることができる処理システム160の構成のブロック図を示している。付加的な正確さが必要とされる程度まで、第２の処理段階の第１のフェーズからの変換マトリックス（例えばＴｉ，ｉ＋１（３））を、ライダーサブシステム130からの測定値と共に使用し、変換マトリックスをさらに改善する（ここではＴｉ，ｉ＋１（４）と呼ばれる）ことができる。本発明の幾つかの実施形態では、このフェーズ中、任意のオーバーラップ領域360、450内で生じるライダーサブシステム130からの測定値が使用される。これらの測定値は、異なるときに同じポイント（または実質的に同じポイント）について取られる多数の測定値に対応する。このフェーズは、異なるときに取られたターゲット190上の同じポイントの座標測定値が完璧な変換マトリックスにより相互に正確に変換されるべきであるという前提に基づいている。換言すると、根本的なポイントの座標は、異なる時間点において相互へ直接マップすべきである。測定値間の差（即ち補正）はΔｚｉ，ｊ、ΔΘｘｉ，ｊ、ΔΘｙｉ，ｊとして表され、最小二乗推定装置1510へ入力され、変換マトリックスＴｉ，ｉ＋１（３）をＴｉ，ｉ＋１（４）に改善する。本発明の幾つかの実施形態では、オーバースキャンビームの使用に対応する多数の測定値は類似の方法で使用されることができる。
【００９６】
本発明を種々の実施形態に関してここで説明したが、これは当業者により明白であるように、それ程限定されず、請求項の技術的範囲によってのみ限定される。本発明のこれら及びその他の実施形態は前述の説明と添付図面を考慮して明白になるであろう。さらに、本発明の１つの実施形態に関して説明した種々のコンポーネント及び特徴も同様に他の実施形態で使用されることができる。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]ライダー測定及びビデオ画像からターゲットの３次元画像を生成するシステムにおいて、
前記ターゲットの方向に少なくとも２つのビームを誘導し、前記少なくとも２つのビームのそれぞれについてターゲット上の複数のポイントのそれぞれについての距離測定及びドップラ速度測定を行うライダーサブシステムと、
前記ターゲットの複数の２次元画像を与えるビデオサブシステムと、
プロセッサとを具備し、
前記プロセッサは、
前記ライダーサブシステムから、前記ターゲット上の前記複数の各ポイントについての前記距離測定及び前記ドップラ速度測定を受信し、
前記ビデオサブシステムから、前記ターゲットの前記複数の画像を受信し、
前記ライダーサブシステムからの距離測定及びドップラ速度測定から、および前記ターゲットの前記複数の画像から得られる前記ターゲットの少なくとも１つの特徴の２次元位置および速度測定からターゲットの第１の段の運動特徴を評価し、
前記複数の画像の第２の画像から前記複数の画像の第１の画像を差し引くことにより前記ターゲットの第２の段の運動特徴を評価し、前記複数の画像の第１の画像と前記複数の画像の第２の画像はそれぞれ前記ターゲットの第１の段の運動特徴を使用して特定の時間にそれぞれ参照され、
前記第２の段の運動特徴を使用して前記ターゲットの前記３次元画像を生成するシステム。
[２]前記第１の段の運動特徴は３次元の移動速度と３次元の角速度を含んでいる前記[１]記載のシステム。
[３]前記プロセッサは最小二乗評価装置を使用して前記ターゲットの第１の段の運動特徴を評価する前記[１]記載のシステム。
[４]前記ライダーサブシステムは少なくとも４つのビームをターゲットの方向へ誘導し、前記少なくとも４つのビームのそれぞれに対して前記ターゲット上の複数の各位置に対して距離測定及びドップラ速度測定を行う前記[１]記載のシステム。
[５]前記少なくとも２つのビームは既知の距離または角度により相互から変位されている前記[１]記載のシステム。
[６]前記少なくとも４つのビームの少なくとも２つは第１の軸に沿って既知の距離または角度により相互から変位され、前記少なくとも４つのビームの少なくとも２つは第２の軸に沿って既知の距離または角度により相互から変位される前記[１]記載のシステム。
[７]前記第１の軸及び前記第２の軸は相互に直交している前記[１]記載のシステム。
[８]ライダーサブシステムからの距離測定とドップラ速度測定とを使用して前記ターゲットの２つの各速度成分と移動速度成分を評価し、
前記ターゲットの評価された２つの角速度成分と前記移動速度成分と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特性の前記位置及び速度測定とを使用して、前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を評価することによって、
前記プロセッサは、前記ライダーサブシステムからの距離測定及びドップラ速度測定から、および前記ターゲットの前記複数の画像から得られる前記ターゲットの少なくとも１つの特徴の位置および速度測定から第１の段の運動特徴を評価する前記[１]記載のシステム。
[９]前記ターゲットの評価された２つの角速度成分と前記移動速度成分と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定とを使用して、前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を評価するステップはさらに、前記ターゲットの評価された２つの角速度成分と前記移動速度成分と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する距離成分の評価とを使用して、前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を評価するステップを含んでいる前記[８]記載のシステム。
[１０]前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する前記距離成分の前記評価は前記ライダーサブシステムからの前記距離測定に基づいて平均距離成分を決定するステップを含んでいる前記[９]記載のシステム。
[１１]前記ターゲットの評価された２つの角速度成分と前記移動速度成分と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定とを使用して、前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を評価するステップはさらに、前記ターゲットの評価された２つの角速度成分と前記移動速度成分と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の距離成分の評価とを使用して、前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を評価するステップを含んでいる前記[８]記載のシステム。
[１２]第１の反復期間中に、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する前記距離成分の前記評価は、前記ライダーサブシステムからの前記距離測定に基づいて平均距離成分を決定するステップを含んでいる前記[１１]記載のシステム。
[１３]第２の反復期間中に、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する前記距離成分の前記評価は、前記第１の反復期間中に評価された前記ターゲットの前記第１の運動特徴から決定された前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する距離を含んでいる前記[１２]記載のシステム。
[１４]ライダーサブシステムからのライダー測定とビデオサブシステムからのビデオ画像からターゲットの３次元画像を生成する方法において、前記システムは、
ライダーサブシステムから、前記ライダーサブシステムの少なくとも２つのビームのそれぞれに対しての前記ターゲット上の複数の各ポイントの距離測定及びドップラ速度測定を受信し、
前記ビデオサブシステムから、前記ターゲットの複数の２次元画像を受信し、
前記ターゲットの前記複数の画像を使用して、前記ターゲットの少なくとも１つの特徴の２次元位置及び速度測定を決定し、
前記ライダーサブシステムからの前記距離測定及びドップラ速度測定、および前記ターゲットの前記複数の画像から決定された前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定から前記ターゲットの第１の段の運動特徴を評価し、
前記複数の画像の第２の画像から前記複数の画像の第１の画像を差し引くことにより前記ターゲットの第２の段の運動特徴を評価し、前記複数の画像の前記第１の画像と前記複数の画像の前記第２の画像はそれぞれ前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を使用して特定の時間にそれぞれ参照され、
前記ターゲットの前記第２の段の運動特徴を使用して前記ターゲットの前記３次元画像を生成するステップを含んでいる方法。
[１５]前記ライダーサブシステムからの前記距離測定及びドップラ速度測定、および前記ターゲットの前記複数の画像から決定された前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定から前記ターゲットの第１の段の運動特徴を評価するステップは、少なくとも１つの最小二乗評価装置を使用して、前記ライダーサブシステムからの前記距離速度及びドップラ速度測定から、および前記ターゲットの前記複数の画像からの前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定から、前記ターゲットの第１の段の運動特徴を評価するステップを含んでいる前記[８]記載のシステム。
[１６]前記ライダーサブシステムから、前記ライダーサブシステムの少なくとも２つのビームのそれぞれについての前記ターゲット上の各複数の位置の距離測定及びドップラ速度測定を受信するステップは、前記ライダーサブシステムから、前記ライダーサブシステムの少なくとも４つのビームのそれぞれについての前記ターゲット上の各複数の位置の距離速度及びドップラ速度測定を受信するステップを含んでいる前記[１４]記載の方法。
[１７]前記ライダーサブシステムからの前記距離測定およびドップラ速度測定から、および前記ターゲットの前記複数の画像から決定された前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定から、前記ターゲットの第１の段の運動特徴を評価するステップは、
前記ライダーサブシステムからの距離測定およびドップラ速度測定を使用して前記ターゲットの２つの角速度成分と移動速度成分を評価し、
前記ターゲットの前記評価された２つの角速度成分および前記移動速度成分と前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定とを使用して前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を評価するステップを含んでいる前記[１４]記載の方法。
[１８]前記ターゲットの前記評価された２つの角速度成分および前記移動速度成分と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定とを使用して、前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を評価するステップは、
前記ターゲットの前記評価された２つの角速度成分および前記移動速度成分と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する距離成分の評価とを使用して、前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を反復して評価するステップを含んでいる前記[１７]記載の方法。
[１９]前記ターゲットの前記評価された２つの角速度成分および前記移動速度成分と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴の前記位置及び速度測定と、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する距離成分の評価とを使用して、前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を反復して評価するステップは、
第１の反復期間中に、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する前記距離成分の評価として前記ライダーサブシステムからの距離測定に基づいて前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する平均距離成分を決定し、
第２の反復期間中に、前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する前記距離成分の評価として前記第１の反復期間中に決定された前記ターゲットの第１の段の運動特徴に基づいて前記ターゲットの前記少なくとも１つの特徴に対する距離成分を決定するステップを含んでいる前記[１８]記載の方法。
[２０]さらに、前記第２の反復後に、前記第２の反復期間中に評価された前記ターゲットの２つの角速度成分および前記移動速度成分を使用して、および前記第２の反復期間中に評価された前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴から決定された前記ターゲット上の各ポイントについての前記３次元位置及び２次元速度を使用して、前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を評価するステップを含んでいる前記[１９]記載の方法。
[２１]前記複数の画像の第２の画像から前記複数の画像の第１の画像を差し引くことにより前記ターゲットの第２の段の運動特徴を評価する処理において、前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を使用して前記複数の画像の第１の画像と前記複数の画像の第２の画像は特定の時間それぞれ参照され、前記ターゲットの前記第１の段の運動特徴を使用して前記ターゲット上の前記複数のポイントへ前記ビデオサブシステムからの前記複数の画像をマッピングするステップを含んでいる前記[１４]記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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