"シーンを検知するための方法であって、トランスデューサーのアレイによってパルスをシーン内に送信するステップであって、各該パルスは広帯域超音波周波数を有し、各該パルスは同時に送信され、各該パルスの広帯域超音波周波数のパターンは、他の各前記パルスの前記パターンに対して一意である、送信するステップと、前記パルスが前記シーン及び該シーン内の物体によって反射されるときに、該パルスを受信パルスとして各前記トランスデューサーによって受信するステップと、各前記受信パルスをフーリエ変換を用いてサンプリング及び分解して、周波数係数を生成するステップと、前記周波数係数をスタックして、前記シーン及び前記物体の反射率をモデリングする線形システムを生成するステップと、前記線形システムに復元方法を適用して、前記シーン及び前記物体の前記反射率を復元するステップと、を含む、方法。前記アレイは規則的である、請求項1に記載の方法。前記アレイは不規則である、請求項1に記載の方法。各前記トランスデューサーによって送信される前記パルスは、ナイキストレートにおける離散時間サンプルによって表される、請求項1に記載の方法。前記シーンを3次元ボリュームのボクセルに分解すること、及び各前記ボクセルについて前記反射率を求めること、をさらに含む、請求項1に記載の方法。前記ボクセルは線形にインデックス付けされる、請求項5に記載の方法。非ゼロの反射率を有する各前記ボクセルまでの距離を求めることをさらに含む、請求項5に記載の方法。前記線形システムはr=Axとして表され、ここで、rは前記受信パルスに応じた前記反射率の係数のベクトルを表し、Aは透過演算子であり、xは前記反射率を表す、請求項1に記載の方法。前記復元方法は、となるようにを最適化し、ここで∧ハットは推定値を示す、請求項1に記載の方法。前記復元方法は、を最適化し、ここで∧ハットは推定値を示し、λは正則化パラメーターである、請求項1に記載の方法。前記復元方法は貪欲スパース復元アルゴリズムである、請求項1に記載の方法。前記パルスを送受信している間に前記トランスデューサーのアレイを動かすことをさらに含み、該トランスデューサーのアレイの各位置qについて、前記線形システムはrq=Aqxである、請求項1に記載の方法。前記トランスデューサーのアレイは車両に搭載される、請求項1に記載の方法。前記トランスデューサーのアレイはロボットに搭載される、請求項1に記載の方法。前記シーンは前記トランスデューサーのアレイによる監視下にある、請求項1に記載の方法。前記トランスデューサーのアレイは前記シーンの占有者をモニタリングする、請求項1に記載の方法。シーンを検知するためのシステムであって、各トランスデューサーからパルスを前記シーン内に送信するように構成される該トランスデューサーのアレイであって、各該パルスは広帯域超音波周波数を有し、該パルスは同時に送信され、各該パルスの前記広帯域超音波周波数のパターンは、他の前記パルスの前記パターンに対して一意であり、各前記トランスデューサーは、前記パルスが前記シーン内の物体によって反射されるときに、全ての前記パルスを受信するように構成される、トランスデューサーのアレイと、前記一意のパターンに従って各受信パルスを特定の前記トランスデューサーと関連付ける手段と、各前記受信パルスをフーリエ変換を用いてサンプリング及び分解して、周波数係数を生成する手段と、前記周波数係数をスタックして、線形システムを生成し、該線形システムはr=Axであり、ここでrは前記周波数係数を表し、Aは透過演算子を表し、xは前記シーンの反射率を表す、手段と、前記線形システムに復元方法を適用して、前記シーン及び前記物体の前記反射率を復元する手段と、を備える、システム。本発明の実施の形態は、広帯域超音波パルスを送受信する少数のトランスデューサーを用いる。各トランスデューサーは、異なる幅の周波数成分を有する或る周波数で一意のパルスを放出する。各パルスは一意であるので、受信機において容易に識別することができ、これによってシステムが対応する送信機からのシーン内の様々な物体の距離を推定することが可能になる。パルスの広帯域幅は2つの目的を果たす。各送信機からのパルスは他の送信機に対し一意である。より多くの周波数を用いることによりダイバーシティがもたらされるので、用いるトランスデューサーの数を少なくすることができる。本発明の実施形態は、トランスデューサーのアレイ及び広帯域超音波パルスを用いてシーン内の物体を検知するためのシステム及び方法を提供する。本方法は、図3に示すようにメモリ及び入力/出力インターフェースに接続されたプロセッサ300において実行することができる。本明細書において、以下の変数が定義される。シーン点の反射率:xn周波数領域において送信機kによって送信されるパルス:Pkω周波数領域において受信機lによって受信されるパルス:Rlωシーン点mまでの送信機kの距離:dk,mシーン点mまでの受信機lの距離:dm,l超音波パルスの速度:c距離dの場合の時間遅延:d/c送信機kからシーン点mを通って受信機lまでの距離:dk,l,m=dk,mdm,l送信機kからシーン点mを通って受信機lまでの時間遅延:τk,l,m=dk,l,m/c図1に示すように、K個の超音波送信機三角形101のアレイ及びL個の受信機円102、通常トランスデューサーが、物体110から或る距離でシーン100内に配置される。送信機及び受信機は、超音波パルスの送信機又は受信機のいずれかとして動作する離散した別個の物理デバイス又は超音波トランスデューサーとすることができる。後者の場合、トランスデューサーはそれぞれ同時にパルスを放出し、その後受信モードに切り換わって反射パルスを検知する。アレイは規則的とすることもでき、不規則とすることもできる。図1に示す配置の座標系は、範囲[0,1]において正規化される。各送信機101は、広帯域超音波パルスl2l、pktここでk=1,...,Kを放出し、それらは物体110によって反射され、受信機102によって受信パルス122として検出される。図2の2A~2Dに示すように、各広帯域パルスの周波数は通常40kHz~60kHzの範囲にある。換言すれば、広帯域パルスの周波数スパンは、従来技術の狭帯域パルスの周波数スパンより約1桁大きい。40kHz~60kHzの範囲は或る特定の用途に適しているが、本発明の実施形態は任意の周波数範囲で動作することができる。しかしながら、いくつかのトレードオフが存在する。より高い周波数パルスは無線送信においてより散逸するので、より大きい距離にある物体を検知するのに適していない。一方で、より高い周波数は、システムがより精緻な解像度を有し、物体のより精緻な特徴を識別することを可能にする。同様に、より小さい帯域幅を有するトランスデューサーは、製造が大幅に容易であり、はるかにコストがかからない。一方で、より高い帯域幅を有するトランスデューサーは、より良好な解像度、及び検知されたシーンの再構成に対するロバスト性を提供することができる。さらに、図2の2A~2Dに見て取ることができるように、本発明の実施形態によれば、周波数の関数としての振幅分布は、トランスデューサー毎に一意である。パルス毎のこの分布は、広帯域パルスが互いに対し非コヒーレントであるようになっている。このため、多くの送信トランスデューサーが同時に広帯域パルスを放出する場合、受信トランスデューサーにおける対応する受信パルスを一意に識別し、パルスを放出した特定のトランスデューサーに関連付けることができる。このため、適切に時間遅延された全ての送信機から同じパルスを送信する従来技術のビームステアリングトランスデューサーアレイにおいて用いられる明示的時間遅延推定explicittimedelayestimationが回避される。図3に示すように、各トランスデューサー101によって放出されるパルス121は、ナイキストレートNyquistrate、すなわちパルスの帯域幅の2倍における、対応するサンプリング期間Tでの離散時間サンプルによって表すことができる。これは、パルスのデジタル生成305及び処理310にも有用である。また、パルス発生器305は、受信機102による受信パルス122の処理に有用なパルス情報306も提供する。このため、送信機kによって放出される離散時間パルスpk[n]=pknTを、離散フーリエ変換DFTを用いて離散周波数の和として分解することができる。ここで、Pk,fはパルスpk,fのDFT係数であり、であり、ωfはf番目の周波数に対応する角周波数であり、すなわちωf=2πfである。受信機lにおける受信パルスrlt122は、フーリエ変換を用いてサンプリングし、分解することができる310。ここで、Rl,fは反射パルスrlのDFT係数である。検知及び解析されるシーン100は、1組の1つ又は複数の物体110を含む3次元3Dボリュームである。解析の目的で、3DボリュームはM=Mx×My×Mz個のボクセル121に分割することができる120図1を参照されたい。ボクセルはm=1,...,Mに従って線形にインデックス付けされる。超音波パルスに対する各ボクセル又はシーン点の反射率は、xmである。線形インデックス付けはラスター走査順に類似しており、ボクセルは行毎に左から右にx、次に上から下にy、最後に前から後にz処理される。ボクセルの反射率は、ボクセルが空であるか、又はボクセルが遮蔽されている場合ゼロである。そうではなく、ボクセルが空でもなく別の空でないボクセルによって遮蔽されてもいない場合、反射率は複素数である。このため、トランスデューサーに面した物体の表面のみが検知される。部分的な遮蔽、すなわち、トランスデューサーの一部においてのみ遮蔽されているボクセルの効果は無視される。なぜなら、その効果は超音波検知システムの全体精度と比較して小さいためである。上記で規定されるように、シーン内の全てのボクセルは、ボクセルの反射率xmに応じて各送信機によって受信される広帯域超音波パルスを反射する。送信機kからボクセルmまでの距離はdk,mである。ボクセルmから受信機lまでの距離はdm,lである。超音波パルスがボクセルmを通って横切る距離はdk,l,m=dk,mdm,lである。このため、パルスの送信から受信までの総遅延はdk,l,m/cであり、ここでcは空気中の超音波パルスの速度である。各受信機は、全ての送信機によって送信された全てのパルスが、物体に対応する非ゼロのボクセルによって反射された場合にそれらのパルスを受信する。周波数領域において、受信機lは周波数ωfをとして受信する。ここでTは受信機のサンプリング周期であり、パルスのナイキストレートより低くなるべきである。受信機による全ての受信パルスからの周波数係数は、1つのベクトルにスタックすると310、以下によって表すことができる。ベクトル方程式は、行列方程式311、すなわち以下の形式の線形システムと等価である。ここで、rは受信パルスに応じた反射率の係数のベクトルを表し、Aは透過演算子transmissionoperatorであり、x321はシーン内の反射率を表す。復元方法の目標は、xに対するAの作用を取り消すことであり、このため周波数係数の測定値rからxを復元する。ここで、xは復元されたシーンである。測定プロセス及びシーン復元実際の用途では、シーンのほとんどは空であるか又は遮蔽されており、したがって、反射係数xmここで、m=1,...,Mのほとんどがゼロである。したがって、ベクトルxはスパースである。特に、ベクトルxは多くともMx×Mz個の非ゼロ要素を有し、係数のうちの多くともl/My個が非ゼロである。測定された係数rからのスパースベクトルの復元は、任意の数の復元方法320、たとえば最適値となるような又はを求める線形最適化による定式化を適用することによって可能である。ここで、λは望ましくない解の抑制を制御する正則化パラメーターであり、∧ハットは推定値を示す。別の復元方法は貪欲アルゴリズムを用いる。貪欲アルゴリズムは、貪欲スパース復元アルゴリズムgreedysparserecoveryalgorithm、マッチング追跡MP、直交マッチング追跡OMP、及び圧縮サンプリングマッチング追跡CoSaMP等であるがそれらに限定されない。シーンのモデルが知られている場合、モデルベースの圧縮検知再構成方法を用いることができる。仮想アレイモデリング図4に示すように、本発明の別の実施形態は、移動可能なトランスデューサーのアレイ201を用いる。該アレイは、測定値を取得しながら、経時的に再配置することができる。その後結合された受信データを用いてシーンを再構成する。トランスデューサーは経時的にQ個の異なる位置からシーンのスナップショットを検知し取得する。各アレイ位置について、式5に類似の検知方程式はであり、ここで、rqはq番目の位置における受信パルスを表し、Aqはq番目の位置においてセンサー及びシーンのジオメトリによって導出された検知行列である。全ての位置からの検知方程式を組み合わせた結果、検知方程式となる。このとき、1つの位置及び式8のみを用いて復元が可能でない場合であっても、上述した方法を用いてxを復元することができる。用途車両検知本発明の実施形態は、車両検知用途における運転者支援に効果的に用いることができる。最新技術の車両超音波検知は、車両の各バンパー上に置かれた4つのトランスデューサーを用いる。トランスデューサーは独立して動作し、センサーの視野内の最も近い障害物についてのみオペレーターに測距情報を提供する。本発明を用いて、オペレーターに提示される情報が大幅に向上される。車両のバンパー上のセンサーは超音波アレイとして動作することができる。さらに、車両が動くにつれ、センサーはロケーションを変え、仮想アレイを形成する。この仮想アレイは運転者にさらなる情報を提供することができる。本発明を用いて、車両を取り囲む環境の3次元モデルを生成し、中でも、駐車支援、車線変更支援、及び障害物検出のための重大な情報をオペレーターに与えることができる。環境検知システムは、環境検知が必要な他の用途、たとえばロボット用途においても用いることができる。本発明は、単純な個々の超音波センサーと比較して、ロボットが環境のより正確なモデルを得ることを可能にする。これによって、より良好な動き計画及び衝突回避戦略が可能になる。別の用途は、本発明の実施形態を監視及びセキュリティ用途に用い、たとえば、プライバシーを侵害する高価なセキュリティカメラを必要とすることなく侵入及び侵害を検出する。同様に、本発明を、エレベーターロビーにおいて、エレベーター扉の前の人込みを検出するため、したがってエレベータースケジュールのために用いることができる。本発明は、空調されたA/C部屋をモニタリングして占有者を検出し、それに応じてA/C電力及び空気流方向を調整するのに用いることもできる。発明の効果本発明の実施の形態は、広帯域超音波パルスを送受信する少数のトランスデューサーを用いる。各トランスデューサーは、異なる幅の周波数成分を有する或る周波数で一意のパルスを放出する。各パルスは一意であるので、受信機において容易に識別することができ、これによってシステムが対応する送信機からのシーン内の様々な物体の距離を推定することが可能になる。パルスの広帯域幅は2つの目的を果たす。各送信機からのパルスは他の送信機に対し一意である。より多くの周波数を用いることによりダイバーシティがもたらされるので、用いるトランスデューサーの数を少なくすることができる。本発明を好ましい実施形態の例として説明してきたが、本発明の趣旨及び範囲内で様々な他の適応及び変更を行うことができることは理解されたい。したがって、添付の特許請求の範囲の目的は、本発明の真の趣旨及び範囲内に入るすべての変形及び変更を包含することである。"