(57)【要約】  本発明は、雨または雪の状態中に自律車両をナビゲートするためにライダーを使用するためのシステムおよび方法に関する。自律車両に近いエリアを同時に走査するために２つのライダー・ユニットが使用される。２つのライダー・デバイスから反射されたレーザー光はアルゴリズムを用いて分析される。両方のユニットによって検出されない、反射されたレーザー光は雨に起因し得る。ライダー・ユニットはマルチエコー走査を使用することができる。さらに、ライダー・デバイスは、システムのロバストネスを改善するために一連の平面を走査すること（すなわち多平面走査）ができる。本システムは、雨、雪または他の粒子が空気中に存在するときのライダー・ナビゲーションの信頼度を改善する。
2021514457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を使用して固体物を空気中の粒子と区別するためのシステムであって、前記システムは、
レーザー光のパルスを放出し、反射されたレーザー光を検出することによってエリアを走査する第１のライダー・デバイスと、
レーザー光のパルスを放出し、反射されたレーザー光を検出することによって、前記第１のライダー・デバイスと同じまたは実質的に同じエリアを走査する第２のライダー・デバイスと、
前記第１のライダー・デバイスによって放出されたパルスおよび検出された反射されたレーザー光を、前記第２のライダー・デバイスによって放出されたパルスおよび検出された反射されたレーザー光と比較するコンピュータと
から構成され、
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが固体物から反射されたレーザー光を検出したときに、前記固体物の存在が確認される、システム。
【請求項２】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが、固体物を空気中の粒子と区別するためにマルチエコー技術を利用する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスは、１つまたは複数のエコーが空気中の粒子ではなく固体物から反射されたことを確認するために、複数の平面を走査し、１つまたは複数の平面からのエコーを比較する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが、水平面上に互いから０．５〜２．５メートルの距離に配置された、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
固体物を空気中の粒子と区別する方法であって、
第１のライダー・ユニットを用いてレーザー光のパルスを放出し、エコーを検出することによって、自律車両に近いエリアを走査するステップと、
第２のライダー・ユニットを用いてレーザー光のパルスを放出し、エコーを検出することによって、実質的に同じエリアを走査するステップと、
前記第１のライダー・ユニットによって放出されたパルスおよび受信されたエコーを、前記第２のライダー・ユニットによって放出されたパルスおよび受信されたエコーと比較するためのアルゴリズムを使用するステップと、
前記第１のライダー・ユニットおよび前記第２のライダー・ユニットが固体物からのエコーを検出したときに、前記固体物の存在を確認するステップと
から構成される、方法。
【請求項６】
前記第１のライダー・ユニットおよび前記第２のライダー・ユニットがマルチエコー走査を使用する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のライダー・ユニットおよび前記第２のライダー・ユニットが、固体物を空中粒子と区別するために、複数の平面を走査し、１つまたは複数の平面からのエコーを比較する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
２つ以上の平面内でエコーが検出されたときに、固体物の存在が確認される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のライダー・ユニットおよび前記第２のライダー・ユニットが水平面上に互いから０．５〜２．５メートルの距離に配置された、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
固体物または障害物を空気中に存在する粒子と区別する方法であって、
ａ）レーザー光のパルスを放出し、反射されたレーザー光を検出することによってエリアを走査するために、第１のライダー・デバイスを使用するステップと、
ｂ）レーザー光のパルスを放出し、反射されたレーザー光を検出することによって実質的に同じエリアを走査するために、第２のライダー・デバイスを使用するステップと、
ｃ）前記第１のライダー・デバイスから放出されたレーザー光および反射されたレーザー光に関係するデータを収集するステップと、
ｄ）前記第２のライダー・デバイスから放出されたレーザー光および反射されたレーザー光に関係するデータを収集するステップと、
ｅ）前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスのうちの１つが、前記第１のライダー・デバイスと前記第２のライダー・デバイスの両方によって検出されない、反射されたレーザー光を検出したとき、反射されたレーザー光が空気中の粒子の結果であることを決定するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスがマルチエコー走査を使用する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが、固体物を空気中の粒子と区別するために、複数の平面を走査し、１つまたは複数の平面からのエコーを比較する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
２つ以上の平面内でエコーが検出されたときに、固体物の存在が確認される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ライダーを使用して固体物の存在を確認するための方法であって、
ａ）レーザー光のパルスが放出され、反射されたレーザー光が検出される、複数の平面を走査するために第１のライダー・デバイスを使用するステップと、
ｂ）前記第１のライダー・デバイスから放出されたレーザー光および前記第１のライダー・デバイスによって検出された反射されたレーザー光に関係するデータを収集するステップと、
ｃ）反射された光の存在および／または不在について複数の平面を比較することによって、前記第１のライダー・デバイスから反射された光が空気中の粒子の結果であるかどうかを決定するステップと、
ｄ）レーザー光のパルスが放出され、反射されたレーザー光が検出される、複数の平面を走査するために第２のライダー・デバイスを使用するステップと、
ｅ）前記第２のライダー・デバイスから放出されたレーザー光および前記第２のライダー・デバイスによって検出された反射されたレーザー光に関係するデータを収集するステップと、
ｆ）反射されたレーザー光の存在および／または不在について複数の平面を比較することによって、前記第２のライダー・デバイスから反射されたレーザー光が空気中の粒子の結果であるかどうかを決定するステップと、
ｇ）前記第１のライダー・デバイスからのデータを前記第２のライダー・デバイスからのデータと比較するためのアルゴリズムを使用するステップと
から構成され、
前記第１のライダー・デバイスによって走査される前記複数の平面が、前記第２のライダー・デバイスによって走査される前記複数の平面と同じエリアまたは実質的に同じエリア中にあり、
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが、複数の平面内で固体物から反射されたレーザー光を検出したときに、前記固体物の存在が確認される、方法。
【請求項１５】
前記第１のライダー・デバイスの前記複数の平面のうちの４つ以上および／または前記第２のライダー・デバイスの前記複数の平面のうちの４つ以上の平面内で反射されたレーザー光が検出されたときに、固体物の存在が確認される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスがマルチエコー走査を使用する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが水平面上に互いから０．５〜２．５メートルの距離に配置された、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、雨または雪など、粒子状物質が空気中に存在するときに、自律車両ナビゲーションのためにライダーを使用するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自律車は、その環境を監視し、人間の入力なしにナビゲートすることができるものである。自律車の利益としては、より大きい車両安全、より大きい効率、より低いコスト、減少した輻輳、およびドライバに適さない、または認可されない人々のより大きいモビリティがある。
【０００３】
自律車は、それらのロケーションとそれらの環境とを監視するためにセンサーを使用する。物体とそれらの周囲における危険とを検出するためにＣＭＯＳカメラ、レーダーおよびレーザー光が使用され得る。しかしながら、各タイプのセンサーには限界がある。たとえば、ＣＭＯＳカメラは、十分な照明に依存し、物体を検出する。その上、たとえば、接近する車両のヘッドライトによって光が後ろに投影されるとき、カメラは効果的でないことがある。カメラの他の欠点としては、不十分な照明、動きぶれ、限られた視野および／または検出範囲がある。レーダーは、可視光に依存しないが、より小さい物体を識別するために必要とされる分解能がない。これらの限界を克服するためにレーザー光が使用され得るが、雨または雪の間は効果的でないことがある。
【０００４】
ライダー（Ｌｉｄａｒ：Ｌｉｇｈｔ  Ｉｍａｇｉｎｇ  Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｒａｎｇｉｎｇ）（光撮像検出および測距）は、パルス・レーザー光で物体を照明し、センサーを用いて反射されたパルスを測定することによって、物体までの距離を測定する。一般的な使用では、ライダー・システムが、車両を囲む物体から複数のレーザー・パルスを反射する。次いで、物体のデジタル３Ｄ表現を作成するためにレーザー戻り時間の差および波長が使用され得る。
【０００５】
しかしながら、ライダーが雪、雨、霧および空気中の埃を透過することは困難である。雨または空気中の他の粒子は、固体物（ａ  ｓｏｌｉｄ  ｏｂｊｅｃｔ）と同じように、レーザー光を反射してシステムに戻すことができる。パルス・レーザー光が反射されてライダー・システムに戻る際、自律車両は不必要に遅くなるかまたは停止する。これは障害物の「フォールス・ポジティブ」検出に起因する。
【０００６】
雨または雪の状態中のライダーのロバストネスを改善する方法が提案されている。たとえば、「マルチエコー」または「ラスト・エコー」技術を用いたライダー・センサーは、埃、雨および霧によって引き起こされる反射をフィルタリングすることができる。それらは、パルスからのエネルギーの一部分は粒子物質によって反射され得るという前提の下で動作する。残りのビームは、伝搬し続けることができ、固体物によって反射される。これが起こるとき、ライダー・ユニットは、雨または空気中の微粒子によって引き起こされるより近く、より弱い反射を無視することができる。改善の一方、この技法は、中度から強度の雨をフィルタリングするためにロバストではない。
【０００７】
物体を検出するためにレーダーをライダーと組み合わせる方法が記載されている（特許文献１参照。）。ライダーは、車両を囲むエリアにおける３次元ポイント・マップを作成するために使用される。レーダーは、次いで、物体または危険が雨または空中粒子ではなく固体材料であることを確認するために使用される。そのシステムは、フォールス・ポジティブ・ライダー検出を防ぐように設計されているが、それは別個のレーダー・システムの使用を必要とする。さらに、レーダーは、本質的に低い分解能を有し、弱い反射率をもつ物体を逃すことがある。
【０００８】
自律車両に近い物体の存在を確認するためにライダーを使用する方法が記載されている（特許文献２参照。）。ライダーは、物体の存在を確認するために物体の複数のポイント（すなわち右、左、上および下）を検出する。その手法は、複数のパルスを必要とするのでマルチエコー方法に類似する。特許文献１と同様に、マルチエコー方法は、小さい物体を検出することにおいて効果的でないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第９０９７８００号明細書
【特許文献２】米国特許出願第２０１４／５７６２６５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、自律車両が雨または雪の中でライダーを使用してナビゲートすることを可能にすることができるシステムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、自律車両がナビゲートし、物体および危険を検出するための改善されたシステムが必要であることを認識する。システムは、すべての天候状態において信頼でき、動作することが可能であるべきである。本発明は、自律車両が雨または雪の中で動作することを可能にするためのシステムおよび雨フィルタリングアルゴリズムを含む。
【００１２】
以下の概要は、開示された実施形態に固有の画期的特徴のうちのいくつかの理解を促進するために与えられ、完全な説明となるものではない。本明細書で開示される実施形態の様々な態様の十分な理解は、全体として明細書、特許請求の範囲、図面、および要約書全体を考慮に入れることによって得られ得る。
【００１３】
本発明は、レーザー光（すなわちライダー）を使用して物体を検出し、および／またはナビゲートするための、ならびに固体物を空気中の粒子と区別するためのシステムを含む。本システムは、レーザー光のパルスを放出し、反射されたレーザー光を検出することによってエリアを走査する第１のライダー・デバイスと、レーザー光のパルスを放出し、反射されたレーザー光を検出することによって、同じまたは実質的に同じエリアを走査する第２のライダー・デバイスとを含むことができる。コンピュータは、固体物の存在を確認するために、第１のライダー・デバイスによって放出されたレーザー光および検出された反射されたレーザー光を、第２のライダー・デバイスによって放出されたレーザー光および検出された反射されたレーザー光と比較するために、アルゴリズムを使用することができる。第１のライダー・デバイスおよび第２のライダー・デバイスが固体物から反射されたレーザー光を検出したときに、固体物の存在が確認され得る。第１および第２のライダー・デバイスは、それらが水平面上で互いから０．５〜２．５メートル離れているように、自律車両に取り付けられ得る。
【００１４】
デュアル・ライダー・ユニット技術に加えて、第１のライダー・デバイスおよび第２のライダー・デバイスは、固体物を空中粒子と区別するためにマルチエコー技術を利用することができる。さらに、ライダー・デバイスは、固体物を空中粒子と区別するために複数平面走査を実行することができる。
【００１５】
本発明はまた、自律運転のための物体または障害物を検出する方法を含む。第１のライダー・デバイスは、レーザー光を放出し、反射されたレーザー光（すなわちエコー）を検出することによって、自律車両に近いエリアを走査する。第２のライダー・デバイスは、レーザー光を放出し、エコーを検出することによって、自律車両に近いエリアを走査する。物体または障害物の存在を検出し、確認するためにコンピュータとアルゴリズムとを使用して、第１のライダー・デバイスによって放出されたパルスおよび検出されたエコーが、第２のライダー・デバイスによって放出されたパルスおよび検出されたエコーと比較される。第１のライダー・ユニットと第２のライダー・ユニットの両方が物体からのエコーを検出したときに、固体物の存在が確認され得る。
【００１６】
雨または雪に起因するエコーは、第１のライダー・デバイスによって受信されたエコーを第２のライダー・デバイスによって受信されたエコーと比較することによって識別され得る。第１のライダー・デバイスおよび第２のライダー・デバイスはマルチエコー走査を使用することができる。さらに、ライダー・デバイスは一連の層または平面を走査することができる。固体物が１つまたは複数の層または平面中に現れたときに、固体物の存在が確認され得る。
【００１７】
本発明はまた、固体物を検出する方法であって、（ａ）第１のライダー・ユニットを用いてレーザー光のパルスを放出し、エコーを検出することによって、自律車両に近いエリアを走査するステップと、（ｂ）第２のライダー・ユニットを用いてレーザー光のパルスを放出し、エコーを検出することによって、実質的に同じエリアを走査するステップと、（ｃ）物体または障害物の存在を検出し、確認するために、第１のライダー・ユニットによって放出されたパルスおよび受信されたエコーを、第２のライダー・ユニットによって放出されたパルスおよび受信されたエコーと比較するためのアルゴリズムを使用するステップとから構成される、方法を含む。ライダー・ユニットのうちの１つはエコーを検出したが、他のライダー・ユニットはエコーを検出しないときに、フォールス・ポジティブ（すなわち雨または雪など空気中の粒子状物質）が識別され得る。
【００１８】
さらに、第１のライダー・ユニットおよび第２のライダー・ユニットはマルチエコー走査を使用することができる。それらはまた、一連の平面を走査することができる。固体物の存在は、物体が２つ以上の平面内に現れたときに確認され得る。さらに、固体物の存在は、マルチエコー走査のラスト・エコーにおいて確認され得る。
【００１９】
本発明はまた、ライダーを使用して固体物の存在を検出し、確認するための方法であって、ａ）レーザー光のパルスが放出され、反射されたレーザー光が検出される、複数の平面を走査するために第１のライダー・デバイスを使用するステップと、ｂ）第１のライダー・デバイスから放出されたレーザー光および第１のライダー・デバイスによって検出された反射されたレーザー光に関係するデータを収集するステップと、ｃ）反射された光の存在および／または不在について複数の平面を比較することによって、第１のライダー・デバイスから反射された光が空気中の粒子状物質の結果であるかどうかを決定するステップと、ｄ）レーザー光のパルスが放出され、反射されたレーザー光が検出される、複数の平面を走査するために第２のライダー・デバイスを使用するステップと、ｅ）第２のライダー・デバイスから放出されたレーザー光および第２のライダー・デバイスによって検出された反射されたレーザー光に関係するデータを収集するステップと、ｆ）反射されたレーザー光の存在および／または不在について複数の平面を比較することによって、第２のライダー・デバイスから反射された光が空気中の粒子状物質の結果であるかどうかを決定するステップと、ｇ）反射された光が空気中の粒子状物質でなく固体物の結果であることを確認するために、第１のライダー・デバイスからのデータを第２のライダー・デバイスからのデータと比較するためにアルゴリズムを使用するステップとから構成される、方法を含む。第１のライダー・デバイスによって走査される複数の平面は、第２のライダー・デバイスによって走査される複数の平面と同じエリアまたは実質的に同じエリアにある。第１のライダー・デバイスの複数の平面のうちの４つ以上および／または第２のライダー・デバイスの複数の平面のうちの４つ以上内で反射されたレーザー光が検出されたときに、固体物の存在が確認され得る。さらに、第１のライダー・デバイスおよび第２のライダー・デバイスはマルチエコー走査を使用することができる。
【００２０】
導入
本発明の第１の態様は、ライダーを使用して自律運転のための障害物を検出するための改善されたシステムおよび方法である。
【００２１】
本発明の第２の態様は、複数のライダー・システムを利用する自律運転のための改善されたシステムおよび方法である。
【００２２】
本発明の第３の態様は、空気中の水または粒子を誤って固体物であると識別することを回避するために、複数のライダー・システムとアルゴリズムとを利用する自律運転のための改善されたシステムおよび方法である。
【００２３】
本発明の第４の態様は、マルチエコー技術を利用し、複数の層を走査し、空気中の雨または粒子により引き起こされる干渉を緩和するためのアルゴリズムを採用する、自律運転のための改善されたシステムおよび方法である。
【００２４】
本発明の第５の態様は、ロバストネスを改善し、空気中の雨または粒子によって引き起こされる干渉を緩和するためのアルゴリズムを用いて、デュアル・ライダー・システムとマルチエコー技術と多層走査とを利用する、自律運転のための改善されたシステムおよび方法である。
【００２５】
本明細書で説明される図面は、選択された実施形態のみの例示を目的としており、すべての可能な実装形態の例示を目的としているとは限らず、本開示の範囲を限定するものではない。
【００２６】
上記の概要、ならびに例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面と併せて読むと、より良く理解される。本開示を説明する目的で、本開示の例示的な構成が図面に示されている。しかしながら、本開示は、本明細書で開示される特定の方法および手段（ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌｉｔｙ）に限定されない。加えて、図面は一定の縮尺でない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１Ａ】図１Ａは、従来のマルチエコー・ライダー・システムを示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、各走査層がグリッド・マップ上に重ね合わせられた多層走査ライダーを示す図である。
【図２】図２は、多層走査ライダーによって得られるグリッドを示す図である。固体物は複数の層上に存在する。
【図３Ａ】図３Ａは、ライダー・センサーがラスト・エコー・フィルタリングと障害物特徴検出のための雨フィルタ・アルゴリズムとを使用する実施形態のフローチャートである。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の一実施形態による、障害物を検出するために使用されるデュアル・ライダー・ユニットを示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、デュアル・ライダー・センサーが、ラスト・エコー・フィルタリングと、空気中の雨または粒子によって引き起こされるリターン信号を固体物のリターン信号と区別するための雨フィルタ・アルゴリズムとを使用する、本発明の一実施形態のフローチャートである。
【図４Ａ】図４Ａは、距離「ｄ」だけ離されたデュアル・ライダー・センサーをもつ自律車両を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、デュアル・ライダー・センサーと検出のそれらのそれぞれのゾーンとを示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは単平面ライダーのプロットである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、デュアル・ライダー・システムを使用する単平面ライダーのプロットである。
【図５Ｃ】図５Ｃは多平面ライダーのプロットである。
【図５Ｄ】図５Ｄは、デュアル・ライダー・システムを使用する多平面ライダーのプロットである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
定義
主に自律車両のナビゲーションについて本発明を説明するが、本発明は、そのように限定されず、ライダーを使用する他の努力を支援するために使用され得ることを理解されたい。他のアプリケーションは、たとえば、ロボット、ドローンまたは無人航空機システムなど、他の車両において本発明を使用することを含む。本発明はまた、雨または雪などの粒子が空気中に存在するときのランドスケープ撮像およびマッピング・アプリケーションにおけるライダーのロバストネスを改善するために使用され得る。
【００２９】
本明細書における「一実施形態／態様」または「実施形態／態様」への参照は、実施形態／態様に関して説明される特定の特徴、構造、または特性が本開示の少なくとも１つの実施形態／態様に含まれることを意味する。明細書中の様々な場所における「一実施形態／態様では」または「別の実施形態／態様では」というフレーズの使用は、必ずしも、すべてが同じ実施形態／態様を指しているとは限らず、また、別個のまたは代替の実施形態／態様は他の実施形態／態様を相互に除外しない。その上、いくつかの実施形態／態様によっては示され、他の実施形態／態様によっては示されないことがある様々な特徴が説明される。同様に、いくつかの実施形態／態様では要件であるが、他の実施形態／態様では要件でないことがある様々な要件が説明される。実施形態および態様は、いくつかの事例では互換的に使用され得る。
【００３０】
本明細書において使用される用語は、一般に、各用語が使用される、当技術分野で、本開示のコンテキスト内で、および特定のコンテキストにおいて、それらの通常の意味を有する。本開示を説明するために使用されるいくつかの用語は、本開示の説明に関して当業者に追加のガイダンスを与えるために、以下で、または本明細書の他の箇所で説明される。便宜のために、いくつかの用語は、たとえばイタリックおよび／または引用符を使用してハイライトされることがある。ハイライトの使用は用語の範囲および意味に影響を及ぼさない。すなわち、用語の範囲および意味は、それがハイライトされているか否かにかかわらず、同じコンテキストにおいて同じである。同じことは２つ以上の方法において言い得ることが理解されよう。
【００３１】
したがって、本明細書で説明される用語のいずれか１つまたは複数のために、代替の文言と類義語とが使用され得る。また、用語が本明細書で詳述または説明されるか否かに特別の重要性が置かれるべきでもない。いくつかの用語のための類義語が与えられる。１つまたは複数の類義語の説明部分は他の類義語の使用を除外しない。本明細書で説明されるいずれかの用語の例を含む、本明細書のいずれかの場所での例の使用は、例示的なものにすぎず、さらに、本開示のまたは例示されるいずれかの用語の範囲および意味を限定するものではない。同様に、本開示は、本明細書中で与えられる様々な実施形態に限定されない。
【００３２】
本開示の範囲をさらに限定する意図なしに、本開示の実施形態による器械、装置、方法およびそれらの関係する結果の例が以下で与えられる。タイトルまたはサブタイトルが読者の便宜のために例において使用され得、決して本開示の範囲を限定するべきでないことに留意されたい。別段に定義されていない限り、本明細書で使用されるすべての技術用語および科学用語は、本開示が関係する当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾の場合、定義を含む本文書が制御する。
【００３３】
限定はしないが、左、右、天底、頂点、上部、下部、垂直、水平、後、前、および横方向など、方向用語および／または関係語は、互い相対的であり、適用可能な要素または物品の特定の方位に依存し、したがって本明細書中の様々な実施形態および添付の特許請求の範囲の説明を助けるために使用され、必ずしも限定的であるとして解釈されるものであるとは限らない。
【００３４】
適用可能な際、「約」または「一般に」という用語は、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される際、別段に規定されていない限り、＋／−２０％のマージンを意味する。また、適用可能な際、「実質的に」という用語は、本明細書および添付の特許請求の範囲で使用される際、別段に規定されていない限り、＋／−１０％のマージンを意味する。上記の用語のすべての使用は、参照される範囲が適用され得るように定量化可能であるとは限らないことを諒解されたい。
【００３５】
「マルチエコー機能」という用語は、送信されるレーザー・パルス当たりの複数の（たとえば３つの）エコーを収集し、評価するライダー・ユニットの能力を指す。エコーがユニットの受信機に到達すると、受信された強度は電圧に変換される。固体物からのエコーは、通常、長い時間期間にわたって高い電圧をもたらす。雨滴のエコーは、しかしながら、短い時間期間にわたって極めて低い電圧をもたらす。
【００３６】
「多層技術」という用語は、異なる対頂角をもつ複数の（たとえば４つの）走査面によるピッチ角補償を可能にするライダー・ユニットを指す。好ましい設計では、ユニットのフォト・ダイオード受信機は、列に構成された複数の（たとえば４つの）独立した受信機を含む。各受信機は単一の平面を走査し、それにより垂直アパーチャを複数の平面に分割する。
【００３７】
「ＳＬＡＭ」という用語は、室内空間など、ＧＰＳ位置特定が利用不可能である場合に正確なマッピングを可能にする同時位置特定およびマッピング（Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ  Ｌｏｃａｌｉｚａｔｉｏｎ  Ａｎｄ  Ｍａｐｐｉｎｇ）を指す。ＳＬＡＭアルゴリズムは、同時にセンサーの位置を特定し、センサーの周囲のコヒーレント・マップを生成するために、ＬｉＤＡＲデータとＩＭＵ（慣性測定ユニット（Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ））データとを使用する。
【００３８】
「飛行時間原理（Ｔｉｍｅ−ｏｆ−Ｆｌｉｇｈｔ  Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ）」という用語は、信号の放出と、物体によって反射された後の信号のセンサーへのリターンとの間の時間差に基づいて、センサーと物体との間の距離を測定するための方法を指す。
【００３９】
本明細書で使用される他の技術用語は、様々な技術用語辞典によって例示されているように、それらの用語が使用される当技術分野でのそれらの通常の意味を有する。これらの非限定的な例において説明される特定の値および構成は、変動し得、単に少なくとも１つの実施形態を示すために引用され得、その実施形態の範囲を限定するものではない。
【００４０】
好ましい実施形態の説明
ライダーは基本的に距離測定技術である。ライダー・システムは地面にまたは物体に向かって光エネルギーを送る。この放出された光は「ビーム」または「パルス」と呼ばれ得る。ライダー・ユニットは、反射されてセンサーに戻る光を測定する。この反射された光は「エコー」または「リターン」と呼ばれ得る。ライダー・システムと測定点との間の空間距離は、パルスとリターンとの間の遅延を比較することによって計算される。
【００４１】
ライダーは、車両の３次元周囲を高い分解能に正確にマッピングすることができるので、しばしば、自律車両において使用するための好ましいシステムである。しかしながら、粒子がレーザー光を反射してライダー・ユニットに戻すので、雨または空気中の粒子状物質はライダーを効果的でなくし得る。光が反射される際、空中微粒子が固体物と区別がつかないので、自律車両は遅れるかまたは停止する。
【００４２】
図１Ａは、物体１２０を検出するためにラスト・エコー・フィルタリングを使用するライダー・ユニット１１０を示す。本技法はマルチエコー走査とも呼ばれる。雨１１５がライダー・ユニット１１０と物体１２０との間に示されている。１つのパルスは、ライダー・ユニットに対してレーザー光の複数のエコー（すなわち第１のエコー、中間エコー、ラスト・エコー）を生成することができる。これは、雨など空気中の粒子がレーザー光を反射してライダー・ユニット１１０に戻すときに行われ得る。信号が空気中の粒子から反射される、第１のエコー１３０が示されている。中間エコーは空気中の粒子の結果としても生じ得る。信号（すなわちエコー）が固体物１２０から反射される、ラスト・エコー１４０が示されている。
【００４３】
本システムは、雨または空気中の粒子の結果であるエコーを識別するためにエコーを分析することができる。「ラスト・エコー・フィルタ」を使用すると、第１のエコーおよび中間エコーは雨または空気中の粒子に起因する。ラスト・エコーは固体物に起因する。しかしながら、この技法は、限界を有し、豪雨の中では、または空気中に実質的な粒子状物質あると効果的でない。
【００４４】
図１Ｂは、多層走査、すなわち、雨１１５または空気中の粒子状物質からのエコーまたはリターンを識別することを目的とする別の技法を示す。ライダー・ユニット１１０は複数の角を走査する。層、平面または積層された平面１３０は各角の走査に起因し得る。本システムは、物体の存在または不在を確認するために層からのデータを比較することができる。単一の層上に現れる物体は、空気中の粒子に起因する可能性がある。好ましい方法では、４つまたはそれ以上の隣接する層においてエコーが検出されたときに、固体物の存在が確認される。
【００４５】
各走査角／層は、図２に示されているようにグリッド・マップ上に重ね合わせられ得る。走査の結果は４つの層上に表される。４つの走査される角のうち、各角は水平グリッド上に示されている。各影付きの正方形は、ライダー・ユニットがエコーを検出したことを示す。従来のライダー・システムは２つの物体２１５および２２５の存在を示す。複数の層からのデータの分析は、フォールス・ポジティブ読取りを真の読取りと区別することができる。
【００４６】
障害物が、走査層１においては検出されたが、走査層２またはＮにおいては厳密な位置において検出されない場合、それらの障害物は雨など空気中の粒子として識別され得る。第１の物体２１５は複数の層中に存在するが、中間層（走査層３）中には存在しない。さらに、第１の物体２１５のロケーションは層の間で変動する。この状況において、本システムは、エコーが雨または空気中の粒子に起因すると結論付けることができる。対照的に、第２の物体２２５は複数の連続層中に同じロケーションに存在する。このデータを用いて、本システムは、信号が固体物に起因することを確認することができる。好ましい方法では、物体または障害物の存在を確認するために４つのセル中のエコーが使用される。物体が３つのまたはそれより少ないセル中にある場合、エコーは雨または空中微粒子に起因する。
【００４７】
図３Ａは、ラスト・エコー・フィルタリングと雨フィルタ・アルゴリズムの両方を採用するライダー・ユニットを示すフローチャートである。ライダー・ユニットは、ラスト・エコー・フィルタ３０５と、障害物特徴および検出３２５のために多層走査からのデータを分析する雨フィルタ・アルゴリズム３１５とを使用することができる。これにより、雨など空中粒子が存在するときのライダーの信頼度およびロバストネスが改善される。
【００４８】
図３Ｂは、２つのライダー・ユニットが、自律車両ナビゲーション・システムのロバストネスを改善するように同時に機能し、自律車両ナビゲーション・システムが雨または雪の状態中に動作することを可能にする、本発明の一実施形態を示す。本システムは、実質的に同じエリアを走査する、第１の（すなわち左側）ライダー・ユニット２１０と、第２の（すなわち右側）ライダー・ユニット２２０とを含むことができる。データは、各ライダー・ユニットから収集され、信号が固体物の結果であることを確認するためのアルゴリズムを使用して比較され得る。
【００４９】
第１のライダー・ユニットが物体から反射された光を受光すると、本システムは第２のライダー・ユニットを使用して物体の存在を確認する。本システムは、放出された光、反射された光（すなわちエコー）、ならびに反射の角度および物体の動きを含む、各ライダー・ユニットからのデータを分析するためのアルゴリズムを使用することができる。このようにして、第２のライダー・ユニットは、第１のライダー・ユニットによって受け取られた反射された光は固体物の結果であることを確認する。ユニットのうちの１つによって検出された反射されたパルス（すなわちエコー）は、他からの確認なしに、空気中の粒子に起因し、フォールス・ポジティブとして分類され得る。以下の原理がこの方法に適用され得る。すなわち、
・固体物／障害物は両方のライダー・ユニット（２１０、２２０）によって検出される。
・左側ライダー・ユニット２１０によって検出され、右側ライダー・ユニット２２０によって検出されないエコーは、雨など空気中の粒子に起因し得る。
・右側ライダー・ユニット２２０によって検出され、左側ライダー・ユニット２１０によって検出されないエコーは、雨など空気中の粒子に起因し得る。
【００５０】
このデュアルユニット手法は、ラスト・エコー・フィルタおよび／または多層走査など、それのロバストネスおよび信頼度を改善するための他のフィルタ技法と組み合わせられ得る。図３Ｂはラスト・エコー１４０とともに第１のエコー１３０を示す。
【００５１】
図３Ｃは、本発明の一実施形態による、２つのライダー・ユニットのシステムを示すフローチャートである。第１のライダー・ユニット２１０および第２のライダー・ユニット２２０はラスト・エコー・フィルタリング（３１０、３２０）を使用することができる。各ユニットからのデータは、収集され、処理され、雨フィルタ・アルゴリズム３３０を使用して分析される。アルゴリズムは、たとえば、エコーがペアではなく１つのライダー・ユニットによって検出された場合、エコーを雨に起因すると考えることができる。これは、よりロバストな障害物および特徴検出３４０につながる。自律車両は、雨または空気中の粒子からのフォールス・ポジティブ信号により遅れることおよび／または停止することなしに、物体／危険を回避することができる。
【００５２】
図４Ａは、第１のライダー・ユニット２１０と第２のライダー・ユニット２２０とが自動車４１０のルーフに取り付けられ、互いから距離「ｄ」だけ離された、システムの好ましい構成を示す。距離「ｄ」は、経験的に決定され得、好ましくは０．５メートルと２．５メートルとの間にある。しかしながら、ライダー・ユニットは、車両サイズ、ライダー・ユニットの分解能、物体／危険の予想される距離、および空気中の粒子状物質の量など、変数に応じた距離だけ離され得る。理想的な距離は、たとえば、小さい移動ロボットの場合の１ｃｍから、大きいドローンの場合の数メートルまで変動することができる。諒解され得るように、第１のライダー・ユニット２１０および第２のライダー・ユニット２２０は車両上の他の外部位置（たとえばフードのバンパー）に取り付けられ得る。好ましい構成では、ライダー・ユニットは、レーザー・ビームが同じ平面上で放出されるように、互いに水平面上に配置される。
【００５３】
図４Ｂは、第１の（すなわち左側）ライダー・ユニット２１０および第２の（すなわち右側）ライダー・ユニット２２０の検出ゾーン４００を示す。各システムは、物体１２０を検出するために実質的に円形のエリアを走査する。走査は中央エリア２３５において重複する。各センサーによって放出される光線の数および方向は、ライダー・ユニットと設定とに基づいて変動することができる。
【００５４】
ユニットは実質的に同じエリアを走査するが、重複のエリアから収集されるデータは、信号が固体物の結果であることを確認するためのアルゴリズムを用いて分析され得る。雨または空気中の粒子はライダー・ユニットに対してレーザー光を反射することができる。固体物１２０は、両方のライダー・ユニットに対して反射されたレーザー光から検出される。
【００５５】
２つのライダー・ユニットは同時に機能し、エコーが分析される。自律車両ナビゲーションのロバストネスを改善し、雨または雪など粒子が空気中に存在する状態の間に動作を可能にするために、マルチユニット技術はラスト・エコー・フィルタリング技法および多層走査と組み合わせられ得る。
【００５６】
実施例
雨中の車両ナビゲーションのためのライダーの使用
１０ミリメートル（ｍｍ）毎時の雨の定常流がある雨のトンネル中の自律車両を用いて本システムをテストした。ライダー・ユニットを互いから約１メートルの距離のところに車両のルーフに固定した。２つのタイプのライダー、すなわち単平面（ＬＭＳ１５１ユニット）と４平面（ＬＤＭＲＳユニット）とを使用した。ライダー・ユニットはマルチエコー技術を使用した。
【００５７】
図５Ａ〜図５Ｄは、中央に自律車両がある環境の上面図表現である。水平軸は、車両の前面および後面から離れた距離をメートルで表す。垂直軸は、車両の側面から離れた距離をメートルで表す。各セグメントは５メートルの距離を示す。
【００５８】
図５Ａは、マルチエコー走査を使用する単平面ライダーのプロットである。円のエリアは固体物（雨のトンネル中の柱）の既知のロケーションである。固体物は雨滴５０５からのフォールス・ポジティブから追加のエリアとともに検出される。フォールス・ポジティブの大部分は車両の前のエリア中で検出される。
【００５９】
第１のライダー・システムと第２のライダー・システムとがエリアを走査する（単平面）デュアル・ライダー・システムを使用して、テストを繰り返した。図５Ｂは、デュアル・ライダー・システムからのデータをもつ単平面ライダーのプロットである。第１のライダー・システムと第２のライダー・システムの両方によって検出された走査点のみが含まれる。図５Ａと同様に、水平軸は、車両の前面および後面から離れた距離を表す。垂直軸は、車両の側面から離れた距離を表す。
【００６０】
雨に起因するリターン信号は、図５Ａと図５Ｂとを比較することによって識別され得る。デュアル・ライダー・システムがないと、フォールス・ポジティブが存在し、空気中の雨滴５０５からのエコーに起因する。これらのフォールス・ポジティブは、デュアル・ライダー・システムを使用するとなくなる。円のエリアは、両方のテストにおいて存在し、検出された構造物体（たとえば柱）である。
【００６１】
図５Ｃおよび図５Ｄは、フォールス・ポジティブ・エコーを検出する際の多平面ライダー・フィルタの使用を実証する。図５Ｃは多平面ライダー（フィルタリングなし）のプロットである。水平軸は、車両の前面および後面から離れた距離を表す。垂直軸は、車両の側面から離れた距離を表す。各セグメントは５メートルの距離を示す。水平軸に沿った点は、雨によるフォールス・ポジティブの検出を示す。
【００６２】
第１のライダー・システムと第２のライダー・システムとがエリアを走査する（多平面）デュアル・システムを使用して、テストを繰り返した。図５Ｄは、デュアル・ライダー・システムを使用する多平面ライダーのプロットである。プロットされた点の多くは、デュアル・ライダー・フィルタを使用するとなくなる。これらの点は空気中の雨滴に起因する。図５Ｃと図５Ｄの両方に存在する点は物理的物体（すなわち特徴）に起因し得る。
【００６３】
追加の変更形態／構成要素は豪雨（たとえば２０ｍｍ／時超の雨）中のシステムのロバストネスを改善することができる。１つの手法は、雨中の浸入を改善するために追加の層（たとえば５つ以上の層）を分析することが可能なライダー・ユニットを使用することである。雨液滴をフィルタで除去するために、より高いリフレッシュ・レートをもつライダー・ユニットも使用され得る。ライダー・ユニットによって検出される雨滴の量を低減するためにある範囲（たとえば最高１メートル）をもつエア・カーテンを与えるために、機械式空気ブロワが実装され得る。
【００６４】
上記で開示した特徴および機能ならびに他の特徴および機能の変形、またはそれらの代替が他のシステムまたはアプリケーションに組み合わせられ得ることが諒解されよう。また、以下の特許請求の範囲によって包含されるものでもある様々な不測のまたは予想されない代替、変更、変形またはその中の改善は当業者によって後に行われ得る。
【００６５】
本開示の実施形態について、可能な態様をカバーするためにかなり詳細に、包括的に説明したが、当業者は、本開示の他のバージョンも可能であることを認識するであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2021514457.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
2021514457.tif 000009
【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月24日(2018.4.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光を使用して固体物を空気中の粒子と区別するためのシステムであって、前記システムは、
レーザー光のパルスを放出し、反射されたレーザー光を検出することによってエリアを走査する第１のライダー・デバイスと、
レーザー光のパルスを放出し、反射されたレーザー光を検出することによって、前記第１のライダー・デバイスと同じまたは実質的に同じエリアを走査する第２のライダー・デバイスと、
前記第１のライダー・デバイスによって放出されたパルスおよび検出された反射されたレーザー光を、前記第２のライダー・デバイスによって放出されたパルスおよび検出された反射されたレーザー光と比較するコンピュータと
から構成され、
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが固体物から反射されたレーザー光を検出したときに、前記固体物の存在が確認され、
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスのうちの１つが、前記第１のライダー・デバイスと前記第２のライダー・デバイスの両方によって検出されない、反射されたレーザー光を検出したとき、反射されたレーザー光が空気中の粒子に起因する、システム。
【請求項２】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが、固体物を空気中の粒子と区別するためにマルチエコー技術を利用する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスは、１つまたは複数のエコーが空気中の粒子ではなく固体物から反射されたことを確認するために、複数の平面を走査し、１つまたは複数の平面からのエコーを比較する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが、水平面上に互いから０．５〜２．５メートルの距離に配置された、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
固体物を空気中の粒子と区別する方法であって、
第１のライダー・ユニットを用いてレーザー光のパルスを放出し、エコーを検出することによって、自律車両に近いエリアを走査するステップと、
第２のライダー・ユニットを用いて、レーザー光のパルスを放出し、エコーを検出することによって、実質的に同じエリアを走査するステップと、
前記第１のライダー・ユニットによって放出されたパルスおよび受信されたエコーを、前記第２のライダー・ユニットによって放出されたパルスおよび受信されたエコーと比較するためのアルゴリズムを使用するステップと、
前記第１のライダー・ユニットおよび前記第２のライダー・ユニットが固体物からのエコーを検出したときに、前記固体物の存在を確認するステップと
から構成され、
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスのうちの１つが、前記第１のライダー・デバイスと前記第２のライダー・デバイスの両方によって検出されない、反射されたレーザー光を検出したとき、反射されたレーザー光が空気中の粒子に起因する、方法。
【請求項６】
前記第１のライダー・ユニットおよび前記第２のライダー・ユニットがマルチエコー走査を使用する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１のライダー・ユニットおよび前記第２のライダー・ユニットが、固体物を空中粒子と区別するために、複数の平面を走査し、１つまたは複数の平面からのエコーを比較する、請求項５に記載の方法。
【請求項８】
２つ以上の平面内でエコーが検出されたときに、固体物の存在が確認される、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記第１のライダー・ユニットおよび前記第２のライダー・ユニットが水平面上に互いから０．５〜２．５メートルの距離に配置された、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】
固体物または障害物を空気中に存在する粒子と区別する方法であって、
ａ）レーザー光のパルスを放出し、反射されたレーザー光を検出することによってエリアを走査するために、第１のライダー・デバイスを使用するステップと、
ｂ）レーザー光のパルスを放出し、反射されたレーザー光を検出することによって実質的に同じエリアを走査するために、第２のライダー・デバイスを使用するステップと、
ｃ）前記第１のライダー・デバイスから放出されたレーザー光および反射されたレーザー光に関係するデータを収集するステップと、
ｄ）前記第２のライダー・デバイスから放出されたレーザー光および反射されたレーザー光に関係するデータを収集するステップと、
ｅ）前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスのうちの１つが、前記第１のライダー・デバイスと前記第２のライダー・デバイスの両方によって検出されない、反射されたレーザー光を検出したとき、反射されたレーザー光が空気中の粒子の結果であることを決定するステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスがマルチエコー走査を使用する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが、固体物を空気中の粒子と区別するために、複数の平面を走査し、１つまたは複数の平面からのエコーを比較する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
２つ以上の平面内でエコーが検出されたときに、固体物の存在が確認される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ライダーを使用して固体物の存在を確認するための方法であって、
ａ）レーザー光のパルスが放出され、反射されたレーザー光が検出される、複数の平面を走査するために第１のライダー・デバイスを使用するステップと、
ｂ）前記第１のライダー・デバイスから放出されたレーザー光および前記第１のライダー・デバイスによって検出された反射されたレーザー光に関係するデータを収集するステップと、
ｃ）反射された光の存在および／または不在について複数の平面を比較することによって、前記第１のライダー・デバイスから反射された光が空気中の粒子の結果であるかどうかを決定するステップと、
ｄ）レーザー光のパルスが放出され、反射されたレーザー光が検出される、複数の平面を走査するために第２のライダー・デバイスを使用するステップと、
ｅ）前記第２のライダー・デバイスから放出されたレーザー光および前記第２のライダー・デバイスによって検出された反射されたレーザー光に関係するデータを収集するステップと、
ｆ）反射されたレーザー光の存在および／または不在について複数の平面を比較することによって、前記第２のライダー・デバイスから反射されたレーザー光が空気中の粒子の結果であるかどうかを決定するステップと、
ｇ）前記第１のライダー・デバイスからのデータを前記第２のライダー・デバイスからのデータと比較するためのアルゴリズムを使用するステップと
から構成され、
前記第１のライダー・デバイスによって走査される前記複数の平面が、前記第２のライダー・デバイスによって走査される前記複数の平面と同じエリアまたは実質的に同じエリア中にあり、
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが、複数の平面内で固体物から反射されたレーザー光を検出したときに、前記固体物の存在が確認される、方法。
【請求項１５】
前記第１のライダー・デバイスの前記複数の平面のうちの４つ以上および／または前記第２のライダー・デバイスの前記複数の平面のうちの４つ以上の平面内で反射されたレーザー光が検出されたときに、固体物の存在が確認される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスがマルチエコー走査を使用する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１のライダー・デバイスおよび前記第２のライダー・デバイスが水平面上に互いから０．５〜２．５メートルの距離に配置された、請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2021514457.tif 000015
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2021514457.tif 000017