專(zhuān)利名稱(chēng)：用于地下對(duì)象檢測(cè)的導(dǎo)數(shù)成像的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)各種實(shí)施例，公開(kāi)內(nèi)容的方法包括生成用于地下的系列掃描并且使用系列地下圖像來(lái)創(chuàng)建導(dǎo)數(shù)圖像。方法還包括對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試檢測(cè)地下對(duì)象。根據(jù)其它實(shí)施例，公開(kāi)內(nèi)容的系統(tǒng)包括傳感器，配置成生成用于地下的系列掃描；以及處理器，耦合到傳感器。處理器被配置成執(zhí)行存儲(chǔ)的程序指令，程序指令使處理器使用系列掃描來(lái)生成系列地下圖像、使用系列地下圖像來(lái)創(chuàng)建導(dǎo)數(shù)圖像、對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試檢測(cè)地下對(duì)象。根據(jù)其它實(shí)施例，自動(dòng)化地下障礙檢測(cè)包括掃描與地面下傳感器鄰近的地下、使 用第一地下掃描來(lái)生成地下的圖像、使用在第一掃描之后的地下掃描來(lái)更新地下圖像并且計(jì)算更新的地下圖像的參數(shù)的導(dǎo)數(shù)。該方法還包括使用參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成導(dǎo)數(shù)圖像、對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試生成輸出，該輸出指示存在與地面下傳感器鄰近的地下障礙。根據(jù)一些實(shí)施例，自動(dòng)化地下障礙檢測(cè)包括使用地上傳感器來(lái)掃描地下、使用第一地下掃描來(lái)生成地下的圖像并且使用在第一掃描之后的地下掃描來(lái)更新地下圖像。該方法還包括計(jì)算更新的地下圖像的參數(shù)的導(dǎo)數(shù)、使用參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成導(dǎo)數(shù)圖像、對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試生成輸出，該輸出指示存在地下障礙。在更多實(shí)施例中，自動(dòng)化地下障礙檢測(cè)包括使用鉆孔機(jī)沿著地面下路徑移動(dòng)耦合到鉆柱的鉆頭并且使用裝配于鉆頭的傳感器來(lái)掃描與鉆頭鄰近的地下。該方法也包括使用第一地下掃描來(lái)生成地下的圖像、使用在第一掃描之后的地下掃描來(lái)更新地下圖像、計(jì)算更新的地下圖像的參數(shù)的導(dǎo)數(shù)并且使用參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成導(dǎo)數(shù)圖像。該方法還包括對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試生成輸出，該輸出指示存在與鉆頭鄰近的地下障礙。根據(jù)各種實(shí)施例，用于水平方向鉆探(HDD)系統(tǒng)的自動(dòng)化地下障礙檢測(cè)包括使用裝配于鉆孔工具的地面穿透雷達(dá)(GPR)來(lái)生成用于地下體積的系列掃描以創(chuàng)建SAR圖像。該方法也包括使用SAR圖像的參數(shù)來(lái)創(chuàng)建SAR圖像的導(dǎo)數(shù)圖像、對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試檢測(cè)在鉆孔工具前方和/或側(cè)方處存在對(duì)象。在其它實(shí)施例中，用于HDD系統(tǒng)的自動(dòng)化障礙檢測(cè)包括向在鉆頭前方和側(cè)方的地下中發(fā)送GPR探測(cè)信號(hào)、接收返回信號(hào)并且使用返回信號(hào)來(lái)產(chǎn)生SAR圖像。該方法也包括測(cè)量用于SAR圖像的每個(gè)像素的參數(shù)、計(jì)算像素參數(shù)測(cè)量的導(dǎo)數(shù)并且使用計(jì)算的導(dǎo)數(shù)測(cè)量來(lái)形成導(dǎo)數(shù)SAR圖像。該方法還包括針對(duì)一個(gè)或者多個(gè)指定條件測(cè)試導(dǎo)數(shù)圖像的每個(gè)像素并且基于滿(mǎn)足一個(gè)或者多個(gè)指定條件生成檢測(cè)事件信號(hào)，該檢測(cè)事件信號(hào)指示障礙存在于鉆頭前方或者側(cè)方并且落入GPR的檢測(cè)區(qū)段內(nèi)。根據(jù)更多實(shí)施例，一種用于自動(dòng)化地下障礙檢測(cè)的系統(tǒng)包括殼，配置用于地上可移動(dòng)；地上傳感器，耦合到殼并且配置用于地下感測(cè)；以及存儲(chǔ)器，配置成存儲(chǔ)用于實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)算法的程序指令。處理器耦合到存儲(chǔ)器和傳感器。處理器被配置成執(zhí)行用于實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)過(guò)程的存儲(chǔ)的程序指令，這些過(guò)程包括使用第一地下掃描來(lái)生成地下的圖像；使用在第一掃描之后的地下掃描來(lái)更新地下圖像；計(jì)算更新的地下圖像的參數(shù)的導(dǎo)數(shù)；使用參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成導(dǎo)數(shù)圖像；對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試；并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試生成輸出，該輸出指示存在地下障礙。其它實(shí)施例涉及一種自動(dòng)化地下障礙檢測(cè)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括殼，配置用于地下可移動(dòng)；傳感器，耦合到殼并且配置用于地下部署和地下感測(cè)；以及存儲(chǔ)器， 配置成存儲(chǔ)用于實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)算法的程序指令。處理器耦合到存儲(chǔ)器和傳感器。處理器被配置成執(zhí)行用于實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)過(guò)程的存儲(chǔ)的程序指令，這些過(guò)程包括使用第一地下掃描來(lái)生成地下的圖像；使用在第一掃描之后的地下掃描來(lái)更新地下圖像；計(jì)算更新的地下圖像的參數(shù)的導(dǎo)數(shù)；使用參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成導(dǎo)數(shù)圖像；對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試；并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試生成輸出，該輸出指示存在與殼鄰近的地下障礙。根據(jù)一些實(shí)施例，一種用于自動(dòng)化地下障礙檢測(cè)的系統(tǒng)包括挖掘機(jī)，該挖掘機(jī)包括驅(qū)動(dòng)單元，耦合到土地穿透工具；以及傳感器，裝配于土地穿透工具上或者鄰近。傳感器被配置用于地下感測(cè)。存儲(chǔ)器被配置成存儲(chǔ)用于實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)算法的程序指令，并且處理器耦合到存儲(chǔ)器和傳感器。處理器被配置成執(zhí)行用于實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)過(guò)程的存儲(chǔ)的程序指令，這些過(guò)程包括在土地穿透工具經(jīng)過(guò)地下前進(jìn)之時(shí)掃描與土地穿透工具鄰近的地下；使用第一地下掃描來(lái)生成地下的圖像；使用在第一掃描之后的地下掃描來(lái)更新地下圖像；計(jì)算更新的地下圖像的參數(shù)的導(dǎo)數(shù)；使用參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成導(dǎo)數(shù)圖像；對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試；并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試生成輸出，該輸出指示存在與土地穿透工具鄰近的地下障礙。根據(jù)各種實(shí)施例，一種HDD系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)單元；鉆柱，耦合到驅(qū)動(dòng)單元；鉆頭，耦合到鉆柱；以及切割工具，裝配到鉆頭。雷達(dá)傳感器與切割工具鄰近裝配于鉆頭。雷達(dá)傳感器包括發(fā)送器，用于向地下中發(fā)送雷達(dá)探測(cè)信號(hào)；以及接收器，用于接收返回信號(hào)。處理器耦合到存儲(chǔ)器和雷達(dá)傳感器。處理器被配置成執(zhí)行存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器中的用于實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)過(guò)程的程序指令，這些過(guò)程包括使用接收的返回信號(hào)來(lái)生成SAR圖像；使用SAR圖像的參數(shù)來(lái)生成SAR圖像的導(dǎo)數(shù)圖像；對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試；并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試檢測(cè)至少在切割工具前方存在對(duì)象?？梢钥紤]下文具體討論和附圖理解這些和其它特征。


圖I和圖2示出了根據(jù)各種實(shí)施例的導(dǎo)數(shù)成像算法的各種過(guò)程。圖3示出了根據(jù)各種實(shí)施例的根據(jù)由于地下的第一掃描而產(chǎn)生的原始雷達(dá)返回?cái)?shù)據(jù)重建的動(dòng)態(tài)SAR圖像的第一幀；圖4示出了根據(jù)各種實(shí)施例的利用用于每個(gè)相繼掃描的SAR圖像數(shù)據(jù)更新圖3的SAR圖像從而產(chǎn)生分辨率高得多的圖像這樣的加性效果；圖5示出了根據(jù)各種實(shí)施例的恰在相對(duì)于經(jīng)過(guò)地下前進(jìn)的鉆頭檢測(cè)到預(yù)先安裝的地下對(duì)象之前的幀；圖6-8圖示了根據(jù)各種實(shí)施例的應(yīng)用于SAR圖像的掩模圖像的例子；圖9示出了根據(jù)各種實(shí)施例的用于實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)方法的系統(tǒng)的框圖；圖10示出了根據(jù)各種實(shí)施例的經(jīng)過(guò)其中使用HDD機(jī)器發(fā)生鉆孔操作的地面部分的橫截面；圖11是根據(jù)各種實(shí)施例的包括與鉆孔工具鄰近的向下打眼雷達(dá)單元的各種HDD系統(tǒng)部件的框圖；圖12-14圖示了根據(jù)各種實(shí)施例的用于自動(dòng)化障礙檢測(cè)的方法的各種過(guò)程； 圖15是示出了根據(jù)各種實(shí)施例的實(shí)施用于導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)的HDD系統(tǒng)的各種部件的框圖；圖16是根據(jù)各種實(shí)施例的實(shí)施用于HDD系統(tǒng)的鉆頭傳感器的步進(jìn)式頻率連續(xù)波雷達(dá)的框圖；圖17示出了根據(jù)各種實(shí)施例的包括傳感器封裝的切割工具，其中該傳感器封裝包括雷達(dá)傳感器，并且圖17還示出了鉆頭雷達(dá)的輻射圖案；圖18示出了根據(jù)各種實(shí)施例的相對(duì)于鉆孔路徑的中心軸限定的示例圓柱形檢測(cè)體積，該檢測(cè)體積代表鉆頭雷達(dá)的檢測(cè)區(qū)段內(nèi)的地下體積；圖19和圖20示出了根據(jù)各種實(shí)施例的系列方位角切片的SAR重建；圖21A-21C是根據(jù)各種實(shí)施例的與圖20中所示方位角切片1_3關(guān)聯(lián)的顯示，這些顯示示出了針對(duì)每個(gè)方位角切片對(duì)SAR重建進(jìn)行操作的導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)算法的以圖形形式的輸出；圖22示出了根據(jù)各種實(shí)施例的全3D SAR實(shí)施方式，在該實(shí)施方式中，顯示可以呈現(xiàn)具有3D等容輪廓的3D等容，這些輪廓具有導(dǎo)數(shù)成像標(biāo)記；并且圖23示出了根據(jù)各種實(shí)施例的在鉆孔進(jìn)展時(shí)的轟炸瞄準(zhǔn)器視圖，該轟炸瞄準(zhǔn)器視圖示出了從圖22中所示圓柱形體積到與鉆孔軸垂直切割的平面上的漸進(jìn)投影。
具體實(shí)施例方式在所示實(shí)施例的下文描述中參照附圖，這些附圖形成說(shuō)明書(shū)的部分，并且在附圖中通過(guò)示例示出了可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的各種實(shí)施例。將理解可以利用其它實(shí)施例并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)和功能改變而未脫離本發(fā)明的范圍。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、設(shè)備或者方法可以包括這里描述的特征、結(jié)構(gòu)、方法或者其組合中的一項(xiàng)或者多項(xiàng)。例如可以實(shí)施設(shè)備或者系統(tǒng)以包括下文描述的有利特征和/或過(guò)程中的一項(xiàng)或者多項(xiàng)。旨在于這樣的設(shè)備或者系統(tǒng)無(wú)需包括所有這里描述的特征、但是可以被實(shí)施成包括提供有用結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和/或功能的所選特征。本發(fā)明的實(shí)施例涉及用于使用導(dǎo)數(shù)成像的自動(dòng)化地下障礙檢測(cè)的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的實(shí)施例包括可以實(shí)施為獨(dú)立系統(tǒng)的導(dǎo)數(shù)成像系統(tǒng)，這些系統(tǒng)用于針對(duì)掩埋對(duì)象如公用設(shè)施和人造或者自然障礙的存在勘察地下。根據(jù)各種獨(dú)立系統(tǒng)實(shí)施例，可以實(shí)時(shí)執(zhí)行地下的導(dǎo)數(shù)成像從而在掃描或者勘察地下之時(shí)提供即時(shí)地面下對(duì)象檢測(cè)信息。根據(jù)其它獨(dú)立系統(tǒng)實(shí)施例，可以在掃描或者勘察地下之后使用在地下掃描或者勘察期間獲取的數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行地下的導(dǎo)數(shù)成像。本發(fā)明的實(shí)施例包括可以并入于挖掘機(jī)中用于在挖掘之前或者期間針對(duì)掩埋對(duì)象的存在勘察地下的導(dǎo)數(shù)成像系統(tǒng)。本發(fā)明的實(shí)施例包括地面下障礙檢測(cè)和碰撞前報(bào)警系統(tǒng)，這些系統(tǒng)優(yōu)選地被實(shí)施用于實(shí)時(shí)操作并且在并入于挖掘裝備如水平定向鉆探機(jī)中時(shí)發(fā)現(xiàn)特別用處?？梢栽O(shè)想根據(jù)本發(fā)明的并入導(dǎo)數(shù)成像的其它系統(tǒng)實(shí)施方式。例如這里公開(kāi)的實(shí)施例中的許多實(shí)施例涉及適于用于地面下如在HDD機(jī)器系統(tǒng)的鉆孔工具中使用和部署的傳感器。其它實(shí)施例涉及適于用于在地平面或者在地平面上方使用的傳感器、比如穿透地表面的雷達(dá)系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的使用導(dǎo)數(shù)成像的地面下障礙檢測(cè)包括從配置用于地下感測(cè)的傳感器獲取數(shù)據(jù)。通常預(yù)處理的從傳感器獲取的數(shù)據(jù)用來(lái)生成地下的圖像。通過(guò)向地下圖像中 并入從傳感器獲取的附加數(shù)據(jù)來(lái)“積累”這一地下圖像，這漸進(jìn)地提高地下圖像的分辨率或者信息密度。地下圖像隨著添加新獲取的傳感器數(shù)據(jù)而改變和演變。處理器或者其它電子電路實(shí)施的導(dǎo)數(shù)成像算法通過(guò)計(jì)算地下圖像的參數(shù)的導(dǎo)數(shù)對(duì)地下圖像操作。使用參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成導(dǎo)數(shù)圖像，并且對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試。基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試生成輸出，該輸出指示存在與地面下傳感器鄰近的地下障礙?？梢栽诟鶕?jù)本發(fā)明的實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像的系統(tǒng)中運(yùn)用廣泛多種傳感器。一般而言，適當(dāng)傳感器包括可以感測(cè)存在與傳感器鄰近、但是未接觸的對(duì)象的傳感器，這允許碰撞前檢測(cè)對(duì)象。特別有用的傳感器包括生成探測(cè)信號(hào)并且感測(cè)反射或者返回信號(hào)的傳感器。下文是代表性的傳感器的非窮舉、非限制列舉，這些傳感器可以適于用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用導(dǎo)數(shù)成像的地面下對(duì)象檢測(cè)雷達(dá)傳感器如地面穿透雷達(dá)、聲學(xué)傳感器、地震傳感器、電磁傳感器、磁場(chǎng)傳感器、磁共振(MRI)傳感器、正電子發(fā)射(PET)傳感器、核磁共振(NMR)傳感器、時(shí)域電磁(TDEM)傳感器、電阻率傳感器、介電常數(shù)傳感器、傳導(dǎo)率傳感器、熱傳感器、電容傳感器、磁場(chǎng)傳感器(例如磁力計(jì))和化學(xué)傳感器。在各種實(shí)施例中，將單個(gè)傳感器系統(tǒng)運(yùn)用于根據(jù)本發(fā)明的使用導(dǎo)數(shù)成像的地面下對(duì)象檢測(cè)。在其它實(shí)施例中，將兩個(gè)或者更多相異傳感器系統(tǒng)運(yùn)用于使用導(dǎo)數(shù)成像的地下對(duì)象檢測(cè)。在一些實(shí)施例中，運(yùn)用相異傳感器系統(tǒng)來(lái)提供獨(dú)立地面下對(duì)象檢測(cè)信息。在其它實(shí)施例中，運(yùn)用相異傳感器系統(tǒng)以比如通過(guò)使用一個(gè)或者多個(gè)合并算法來(lái)提供復(fù)合地面下對(duì)象檢測(cè)信息?？梢栽趥鞲衅鲾?shù)據(jù)處理和導(dǎo)數(shù)成像期間的一個(gè)或者若干階段實(shí)施合并。例如在一種方式中，可以使用從每個(gè)相異傳感器獲取的數(shù)據(jù)來(lái)獨(dú)立地形成導(dǎo)數(shù)圖像并且推導(dǎo)特征、繼而為特征級(jí)合并。在另一方式中，可以使用在數(shù)據(jù)級(jí)合并中合并的傳感器數(shù)據(jù)來(lái)共同形成地下圖像，并且可以根據(jù)這一地下圖像生成導(dǎo)數(shù)圖像?？梢栽趯?dǎo)數(shù)圖像的形成中的任何步驟實(shí)施合并從在形成導(dǎo)數(shù)圖像之前獲取原始傳感器數(shù)據(jù)到合并導(dǎo)數(shù)圖像并且識(shí)別合并的圖像中的對(duì)象(目標(biāo))到形成個(gè)體地下圖像的導(dǎo)數(shù)圖像、然后合并從那些導(dǎo)數(shù)圖像中的每個(gè)導(dǎo)數(shù)圖像識(shí)別的目標(biāo)。在通過(guò)引用而結(jié)合于此的第6，751，553和5，321，613號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)了用于在本發(fā)明各種實(shí)施例的背景中執(zhí)行合并的附加細(xì)節(jié)。本發(fā)明的實(shí)施例涉及自動(dòng)化地下障礙檢測(cè)的方法，這些方法包括掃描與地面下傳感器鄰近的地下并且使用第一地下掃描來(lái)生成地下的圖像。使用在第一掃描之后的地下掃描來(lái)更新地下圖像。計(jì)算更新的地下圖像的參數(shù)的導(dǎo)數(shù)，并且使用參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成導(dǎo)數(shù)圖像。對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試，并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試生成輸出，該輸出指示存在與地面下傳感器鄰近的地下障礙。為其計(jì)算導(dǎo)數(shù)的參數(shù)優(yōu)選地是與地下圖像的元素或者區(qū)域關(guān)聯(lián)的反射或者散射能量參數(shù)。例如參數(shù)可以是地下圖像的像素的亮度。又舉例而言，參數(shù)可以是地下圖像的像素簇的亮度。形成導(dǎo)數(shù)圖像通常包括計(jì)算地下圖像的每個(gè)像素或者每個(gè)像素簇的亮度的導(dǎo)數(shù)以形成導(dǎo)數(shù)圖像。
在一些實(shí)施例中，形成導(dǎo)數(shù)圖像包括使用參數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)來(lái)形成一階導(dǎo)數(shù)圖像。在其它實(shí)施例中，形成導(dǎo)數(shù)圖像包括使用參數(shù)的更高階導(dǎo)數(shù)如參數(shù)的二階導(dǎo)數(shù)來(lái)形成更高階導(dǎo)數(shù)圖像。對(duì)一階或者更高階導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試，并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試生成輸出，該輸出指示存在與地面下傳感器鄰近的地下障礙。在更多實(shí)施例中可以使用參數(shù)的一階和二階導(dǎo)數(shù)來(lái)形成一階和二階導(dǎo)數(shù)圖像?？梢詫?duì)一階和二階導(dǎo)數(shù)圖像中的每個(gè)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試，并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試生成輸出，該輸出指示存在與地面下傳感器鄰近的地下障礙。理解根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例甚至超出二階導(dǎo)數(shù)的更高階導(dǎo)數(shù)可以用于導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)。在一些實(shí)施例中，一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試可以包括以某一復(fù)雜方式組合不同階導(dǎo)數(shù)的值的算法。這一點(diǎn)的例子將是使用這里呈現(xiàn)的一階導(dǎo)數(shù)檢測(cè)方法，該方法包括描述的測(cè)試并且包括附加測(cè)試，該測(cè)試也要求二階導(dǎo)數(shù)具有某一個(gè)值以便在特定階段接受一階導(dǎo)數(shù)。作為另一例子，可以針對(duì)某個(gè)值測(cè)試一階和二階導(dǎo)數(shù)的加權(quán)乘積以指示檢測(cè)。確實(shí)發(fā)生一階導(dǎo)數(shù)為正而二階導(dǎo)數(shù)為負(fù)(二階導(dǎo)數(shù)可以視為討論的函數(shù)的曲率)，這指示雖然函數(shù)的改變?nèi)匀辉黾印⒌窃黾铀俾蕼p少。這可以是有用測(cè)試。例如如下測(cè)試可以提高檢測(cè)特性度(specificity),這些測(cè)試組合不同階導(dǎo)數(shù)的值。根據(jù)各種實(shí)施例，本發(fā)明的導(dǎo)數(shù)成像算法包括可以被調(diào)整以調(diào)節(jié)算法性能的一個(gè)或者多個(gè)參數(shù)?？梢曰诙鄠€(gè)因素(包括地下的地質(zhì)(例如沙地比對(duì)粘土)、水含量、傳感器移位速率、對(duì)象檢測(cè)范圍和深度要求、對(duì)象檢測(cè)靈敏度比對(duì)選擇度(特性度)要求、檢測(cè)信息的容差或者準(zhǔn)確度要求和檢測(cè)半徑或者視野(FOV)要求以及其它因素)調(diào)整這些參數(shù)。在各種實(shí)施例中，檢測(cè)半徑代表導(dǎo)數(shù)成像算法的可以自動(dòng)或者借助用戶(hù)輸入調(diào)整的參數(shù)。檢測(cè)半徑參數(shù)建立傳感器的檢測(cè)范圍(例如視野)。優(yōu)選地實(shí)施用于根據(jù)本發(fā)明的對(duì)象檢測(cè)的傳感器用于感測(cè)傳感器前方和側(cè)方。檢測(cè)半徑參數(shù)建立在傳感器前方和側(cè)方延伸的檢測(cè)區(qū)段，該檢測(cè)區(qū)段的尺寸由檢測(cè)半徑參數(shù)的量值規(guī)定。也可以使用檢測(cè)半徑參數(shù)和/或其它參數(shù)(例如檢測(cè)區(qū)段成形參數(shù)如對(duì)向下打眼雷達(dá)的半徑圖案的形狀有影響的參數(shù))來(lái)調(diào)整檢測(cè)區(qū)段的形狀。推薦鑒于特定勘察條件使檢測(cè)半徑限于合理尺寸用于實(shí)現(xiàn)最優(yōu)對(duì)象檢測(cè)性能。例如選擇6英尺的檢測(cè)半徑使導(dǎo)數(shù)成像算法忽略從傳感器離開(kāi)比6英尺更遠(yuǎn)的原本會(huì)被算法識(shí)別為可能故障的地下特征。檢測(cè)半徑范圍主要依賴(lài)于運(yùn)用的傳感器類(lèi)型和其它因素如上文列舉的因素而典型檢測(cè)半徑范圍在小于I英尺到至少20英尺之間。選擇對(duì)于特定勘察而言太小的檢測(cè)半徑減小傳感器的檢測(cè)區(qū)段的尺寸(即減小傳感器的靈敏度范圍)、因此限制可以檢測(cè)超出感興趣的傳感器對(duì)象多遠(yuǎn)。如果傳感器移位速率相對(duì)于傳感器的靈敏度范圍而言為高，則這一場(chǎng)景可能產(chǎn)生很少或者無(wú)碰撞前報(bào)警(并且很少或者無(wú)時(shí)間采取糾正動(dòng)作)。然而減小檢測(cè)半徑確實(shí)增加對(duì)象檢測(cè)選擇度/特性度、由此減少誤報(bào)可能性。選擇對(duì)于特定勘察而言太大的檢測(cè)半徑增加傳感器的檢測(cè)區(qū)段的尺寸，這可能具有檢測(cè)對(duì)于碰撞避免的目的而言未帶來(lái)威脅的很少或者未關(guān)注的對(duì)象這樣的負(fù)面結(jié)果。增加傳感器的檢測(cè)半徑給傳感器電子器件、信號(hào)處理和數(shù)據(jù)通信電路以及檢測(cè)算法處理器增加計(jì)算負(fù)擔(dān)，這在出于對(duì)象碰撞避免的目的而忽略或者丟棄處理的信息中的大量信息時(shí)有浪費(fèi)。然而增加檢測(cè)半徑確實(shí)增加傳感器感測(cè)在傳感器正前方或者側(cè)方的對(duì)象的靈敏度、但是具有減小對(duì)象檢測(cè)的選擇度/特性度這樣的負(fù)面效果、由此增加誤報(bào)可能性。導(dǎo)數(shù)成像算法的可以調(diào)整的另一參數(shù)是第一閾值，每個(gè)參數(shù)(例如像素亮度)的導(dǎo)數(shù)比對(duì)該第一閾值來(lái)測(cè)試。例如比較每個(gè)像素或者像素簇的亮度的導(dǎo)數(shù)與第一閾值。第一閾值優(yōu)選地是等于或者大于I的正數(shù)，該正數(shù)指示像素亮度按照大致相同量 值隨著相繼掃描而增加。第一閾值可以設(shè)置成小于I的正數(shù)以例如考慮噪聲和雜亂數(shù)據(jù)的存在。這一第一閾值用來(lái)截止導(dǎo)數(shù)圖像的無(wú)意義的部分。這通過(guò)應(yīng)用第一閾值而未二值化圖像來(lái)完成。換而言之，在第一閾值以下的像素值設(shè)置成=0，但是保持其它值與它們?cè)诘谝婚撝当容^操作之前相同。也可以使用具有二值化的閾值化，但是如本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的那樣將需要相應(yīng)地調(diào)整導(dǎo)數(shù)成像算法中的設(shè)置和方程的其它改變。在一個(gè)代表性的實(shí)施例中，第一閾值的值設(shè)置成O. 7。一般而言，預(yù)計(jì)像素亮度導(dǎo)數(shù)值> I不太可能，因?yàn)檫@將指示像素的亮度隨著每個(gè)添加的掃描而增加相同數(shù)量。將這一第一閾值設(shè)置成I或者更大將顯得太嚴(yán)格(基于迄今為止的實(shí)驗(yàn))，但是這正是二階導(dǎo)數(shù)測(cè)試有特別價(jià)值之處。例如，如果像素值的改變率(一階導(dǎo)數(shù))實(shí)際上隨著在多次掃描之上添加掃描而增加(意味著二階導(dǎo)數(shù)> O)，則這是真實(shí)的某物(例如障礙)存在于傳感器的視野中的良好指示。導(dǎo)數(shù)成像算法的可以調(diào)整的另一參數(shù)是影響檢測(cè)算法的靈敏度(和選擇度或者特性度)的第二閾值。優(yōu)選地設(shè)置第二閾值以允許以用于維持實(shí)時(shí)地下對(duì)象檢測(cè)的充分速度檢測(cè)導(dǎo)數(shù)圖像在它被更新并且隨著添加新傳感器信息而演變時(shí)的改變。第二閾值可以是如下值，該值代表為了構(gòu)成可能檢測(cè)事件而需要的特定像素的亮度的最后η導(dǎo)數(shù)的最小改變(例如百分比改變)，其中η為整數(shù)。第二閾值確定導(dǎo)數(shù)圖像(并非地下的實(shí)際數(shù)據(jù)圖像)中的像素是否將視為檢測(cè)事件并且如下文將具體描述的那樣確定導(dǎo)數(shù)成像算法是否向標(biāo)記掩模(也是2D陣列或者“圖像”)添加標(biāo)記。通?；诙鄠€(gè)因素(包括η (即后“η”導(dǎo)數(shù))的值和第一閾值的值)設(shè)置和調(diào)整第二閾值的值。N的值一般可以在I與20之間變化并且通常從5至15變化。一般而言，η的更小值提供檢測(cè)算法的靈敏度增加而隨之有選擇度/特性度減少和誤報(bào)可能性增加。在一個(gè)代表性的例子中，η的值設(shè)置成10從而意味著需要比第一閾值的值(設(shè)置于O. 7)更大的系列10個(gè)連續(xù)導(dǎo)數(shù)用于檢測(cè)。第二閾值設(shè)置成10并且用于具有二值化的閾值化，這意味著導(dǎo)數(shù)圖像中的在第二閾值以上的所有像素設(shè)置成=I而在閾值以下的所有像素設(shè)置成=O。這一第二閾值的值最終與在檢測(cè)判決中使用的圖像數(shù)目η以及與第一閾值的值有關(guān)?；仡櫟谝婚撝翟谶@一代表性的例子中設(shè)置成O. 7并且用作無(wú)二值化的閾值化，因而第二閾值確定系列η導(dǎo)數(shù)圖像之和在特定位置大于10 (或者具有10個(gè)圖像的在這一情況下> I的平均值)。在這一代表性的例子中，第二閾值的值=η，但是情況未必需要這樣，并且第一閾值、第二閾值和η的選擇一起作用于確定導(dǎo)數(shù)成像算法的靈敏度和特別度。在一些實(shí)施例中，第一閾值、第二閾值和η參數(shù)中的每項(xiàng)是可選的。在其它實(shí)施例中，僅第一閾值、第二閾值和η參數(shù)的子集是可選的。在更多實(shí)施例中，第一閾值、第二閾值和η參數(shù)的子集在執(zhí)行必需校準(zhǔn)之后固定并且隨后不可變更直至執(zhí)行后續(xù)校準(zhǔn)。第一閾值、第二閾值和η參數(shù)中的一些或者全部可以由操作者選擇、由實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像算法的處理器基于各種輸入來(lái)自動(dòng)選擇或者利用來(lái)自操作者的輸入來(lái)半自動(dòng)選擇。根據(jù)其它實(shí)施例，可以實(shí)施單個(gè)控件(例如用戶(hù)控制按鈕)，該控件為不同類(lèi)型的土壤或者挖掘(例如HDD)條件選擇第一閾值、第二閾值和η參數(shù)中的每項(xiàng)。例如操作者將控制旋鈕或者其它類(lèi)型的開(kāi)關(guān)移向不同離散位置可以造成將第一閾值、第二閾值和η參數(shù) 中的每項(xiàng)設(shè)置成與不同離散開(kāi)關(guān)位置(或者開(kāi)關(guān)選擇)關(guān)聯(lián)的預(yù)定值。又舉例而言，模擬調(diào)整方式可以用于調(diào)整第一閾值、第二閾值和η參數(shù)。不是基于離散開(kāi)關(guān)位置(或者開(kāi)關(guān)選擇)將這些參數(shù)設(shè)置成預(yù)定離散值，移動(dòng)一個(gè)或者多個(gè)控制開(kāi)關(guān)可以使這些參數(shù)以連續(xù)方式遞增地改變?？梢越M合離散和模擬開(kāi)關(guān)選擇方式以向操作者提供進(jìn)行這些參數(shù)(或者第一閾值、第二閾值和η參數(shù)中的全部或者子集)的粗略改變(經(jīng)由離散開(kāi)關(guān)位置選擇)和精細(xì)改變(經(jīng)由遞增連續(xù)開(kāi)關(guān)位置調(diào)整)。在一些實(shí)施例中，系統(tǒng)的一個(gè)或者多個(gè)傳感器可以用來(lái)評(píng)估一個(gè)或者多個(gè)土壤和/或挖掘特性。用于這一評(píng)估的傳感器可以是用于對(duì)象檢測(cè)的傳感器的相同或者不同傳感器。例如GPR可以用來(lái)確定土壤的各種特性，并且處理器實(shí)施的對(duì)這些土壤特性的評(píng)估可以造成自動(dòng)或者半自動(dòng)選擇或者調(diào)整(例如隨著可變土壤/挖掘條件而動(dòng)態(tài)選擇或者調(diào)整)第一閾值、第二閾值和η參數(shù)中的全部或者子集。在通過(guò)引用而結(jié)合于此的第6，701，647號(hào)共有美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)了可以在用于設(shè)置和調(diào)整本發(fā)明的導(dǎo)數(shù)成像算法的一個(gè)或者多個(gè)參數(shù)的控制方法和系統(tǒng)中并入的關(guān)于表征地下地質(zhì)的附加細(xì)節(jié)?？梢葬槍?duì)與像素或者像素簇的其它方面的合理度有關(guān)的具體條件測(cè)試導(dǎo)數(shù)圖像的每個(gè)像素。例如可以測(cè)試每個(gè)像素或者像素簇以確定與每個(gè)像素或者像素簇關(guān)聯(lián)的范圍是否小于傳感器的檢測(cè)深度。如果確定范圍超出檢測(cè)深度，則這一像素或者像素簇視為不可靠并且出于確定檢測(cè)事件是否已經(jīng)出現(xiàn)的目的而被忽略。可以測(cè)試每個(gè)像素或者像素簇以確定與每個(gè)像素或者像素簇關(guān)聯(lián)的位置是否超出傳感器的位置。如果確定位置在傳感器位置后方，則這一像素或者像素簇信息視為不可靠并且出于確定檢測(cè)事件是否已經(jīng)出現(xiàn)的目的而被忽略。在一些實(shí)施例中，實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像算法以允許調(diào)整上文描述的檢測(cè)半徑以及第一和第二閾值。在其它實(shí)施例中，實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像算法以允許調(diào)整檢測(cè)半徑、第一和第二閾值以及像素范圍測(cè)試。在更多實(shí)施例中，實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像算法以允許調(diào)整檢測(cè)半徑、第一和第二閾值、像素范圍測(cè)試以及像素位置測(cè)試?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖1，圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的導(dǎo)數(shù)成像算法的各種過(guò)程。根據(jù)圖1，導(dǎo)數(shù)成像包括使用地面下傳感器掃描101地面下傳感器前方并且優(yōu)選地掃描它的側(cè)方。生成和更新103每個(gè)掃描的地下圖像。計(jì)算105圖像的參數(shù)的導(dǎo)數(shù)。形成和更新107每個(gè)掃描的導(dǎo)數(shù)圖像。對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像109執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試。基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試檢測(cè)111在傳感器前方或者側(cè)方存在障礙。根據(jù)各種實(shí)施例，導(dǎo)數(shù)成像算法生成至少兩個(gè)圖像并且對(duì)這些圖像執(zhí)行處理數(shù)據(jù)圖像(即地下的圖像)和導(dǎo)數(shù)圖像。對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試以檢測(cè)地下對(duì)象的存在。如根據(jù)對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像操作的算法確定的對(duì)象存在的指示符(例如標(biāo)記或者標(biāo)簽)然后置于處理的數(shù)據(jù)圖像上。導(dǎo)數(shù)圖像一般向用戶(hù)隱藏并且是導(dǎo)數(shù)成像算法的內(nèi)部組成。根據(jù)包括SAR重建的實(shí)施例，數(shù)據(jù)圖像是SAR重建，該SAR重建是什么在土壤中的圖像。指示檢測(cè)事件的標(biāo)記置于這一 SAR圖像上，從而操作者或者處理器可以理解檢測(cè)已經(jīng)出現(xiàn)于地下空間中何處。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的導(dǎo)數(shù)成像算法的各種過(guò)程。根據(jù)圖2，導(dǎo)數(shù)成像包括使用地面下傳感器執(zhí)行120地下掃描i，其中i為整數(shù)。在塊122進(jìn)行檢查以確定是否i > I。如果不是，則當(dāng)前掃描為第一掃描并且使用掃描i的數(shù)據(jù)來(lái)生成124圖像。在塊126將i的值設(shè)置成i+Ι。如果在塊122確定i > I，則使用掃描i的數(shù)據(jù)來(lái)更新128當(dāng)前 圖像。在塊130進(jìn)行檢查以確定是否掃描i >3，這是針對(duì)為了執(zhí)行導(dǎo)數(shù)計(jì)算而需要的最小掃描數(shù)目的測(cè)試。如果不是，則在塊132將i的值設(shè)置成i+Ι并且控制返回到塊120。如果在塊130確定掃描i >3，則計(jì)算134圖像參數(shù)(例如圖像像素亮度)的導(dǎo)數(shù)。在塊136進(jìn)行檢查以確定導(dǎo)數(shù)圖像是否存在。如果沒(méi)有，則生成138導(dǎo)數(shù)圖像，在塊126將i設(shè)置成i+Ι并且控制返回到塊120。如果在塊136確定導(dǎo)數(shù)圖像存在，則使用計(jì)算的導(dǎo)數(shù)來(lái)更新140當(dāng)前導(dǎo)數(shù)圖像。對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行142 —個(gè)或者多個(gè)測(cè)試。如果一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試如在塊144測(cè)試的那樣指示在傳感器前方或者側(cè)方存在障礙，則生成146指示檢測(cè)到障礙的輸出。否則，在塊132將i設(shè)置成i+Ι，并且控制返回到塊120。優(yōu)選地針對(duì)每個(gè)掃描在逐個(gè)像素的基礎(chǔ)(或者逐個(gè)像素簇的基礎(chǔ))上執(zhí)行圖2中所示過(guò)程。圖3-8圖示了讓導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)算法的結(jié)果疊加為矩形標(biāo)記的合成孔徑雷達(dá)圖像。在圖3-8中，從雷達(dá)傳感器封裝獲取數(shù)據(jù)，該雷達(dá)傳感器封裝裝配到與鉆頭鏟(spade)鄰近的鉆頭。用縱向移動(dòng)而未旋轉(zhuǎn)的鉆頭獲取用來(lái)構(gòu)造圖3-8中所示繪圖的雷達(dá)傳感器數(shù)據(jù)。在圖3-8中，χ軸代表鉆頭已經(jīng)相對(duì)于驅(qū)動(dòng)源(例如HDD機(jī)器)向前行進(jìn)的距離(以英尺為單位)?？梢岳缤ㄟ^(guò)在鉆頭提供的移位傳感器如加速度計(jì)或者陀螺儀或者通過(guò)使用地上定位器或者跟蹤器使用裝配于HDD機(jī)器上的編碼器來(lái)測(cè)量鉆頭的實(shí)際縱向移位。根據(jù)一種方式，可以用校準(zhǔn)的線(xiàn)性編碼器測(cè)量鉆頭前進(jìn)并且使用并入于雷達(dá)傳感器的發(fā)送器板中的MEMS滾動(dòng)傳感器來(lái)測(cè)量旋轉(zhuǎn)角。y軸代表與鉆探鉆孔軸的距離(以英尺為單位)。O英尺的y軸值代表鉆探鉆孔本身。增加的y值指示與鉆孔的增加的距離。圖3-8的圖像示出了延伸經(jīng)過(guò)包圍鉆孔的圓柱體的軸向切片。切片從圓柱體的中心(鉆孔軸)向外徑向至少延伸至限定傳感器的視野的所選檢測(cè)半徑。這一切片也定向于特定方位角。例如特定切片可以在處于豎直向下180度(或者處于90度方位角或者任何其它角度)的方向上范圍從與鉆孔的零距離到與鉆孔相距6英尺。在單個(gè)方位角計(jì)算圖3-8中所示SAR圖像。這是針對(duì)這些數(shù)據(jù)完成的，因?yàn)橛每v向移位而未旋轉(zhuǎn)的鉆頭收集數(shù)據(jù)。因此在這些數(shù)據(jù)中僅對(duì)一個(gè)方位角采樣。后臺(tái)計(jì)算導(dǎo)數(shù)圖像，并且當(dāng)該算法檢測(cè)到對(duì)象時(shí)，標(biāo)記置于SAR圖像本身上。這樣，圖3-8的圖像是在導(dǎo)數(shù)圖像算法已經(jīng)確定對(duì)象存在之處或者在算法已經(jīng)確定它的在鉆頭前方存在對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)被滿(mǎn)足之處插入有對(duì)象標(biāo)記的SAR圖像。為了考慮所有方向，計(jì)算全3D SAR圖像(或者任何其它傳感器數(shù)據(jù)在3D中的圖像)并且計(jì)算3D空間內(nèi)的導(dǎo)數(shù)圖像。一種方式包括計(jì)算在繞著鉆孔的可變方位角(如同車(chē)輪上的輪輻)系列軸向切片，從而操作者或者處理器可以不僅告知或者計(jì)算對(duì)象與鉆孔的距離而且告知或者計(jì)算與該對(duì)象的方位角方向。下文參照?qǐng)D17-23提供對(duì)根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的全3D SAR導(dǎo)數(shù)成像方式的更具體討論。圖6-8中所示矩形標(biāo)記代表在傳感器到達(dá)障礙之前出現(xiàn)的檢測(cè)事件。圖4-8中所示豎線(xiàn)150是光標(biāo)，該光標(biāo)指示鉆頭在沿著地面下路徑推進(jìn)時(shí)的位置，該路徑始發(fā)于χ軸的零參考并且沿著正χ軸延伸(即光標(biāo)與相對(duì)于驅(qū)動(dòng)源(例如HDD機(jī)器)的縱向鉆頭前進(jìn)對(duì)應(yīng)從左向右移動(dòng))。圖示了傳感器的檢測(cè)區(qū)段151為具有在這一示例例子中約為4. 6英寸的檢測(cè)半徑rD。理解檢測(cè)區(qū)段的形狀僅用于示例并且可以被設(shè)計(jì)成呈現(xiàn)繞著傳感器的所需 形狀。注意示出了檢測(cè)區(qū)段151始發(fā)于鉆頭略微后方，因?yàn)閭鞲衅鞣庋b通常裝配于鉆鏟后方(與鉆伊鄰近)。圖3是根據(jù)由于測(cè)試地下的第一掃描而產(chǎn)生的原始雷達(dá)返回?cái)?shù)據(jù)重建的動(dòng)態(tài)SAR圖像的第一幀。如圖3中可見(jiàn)，SAR圖像的第一幀為相對(duì)差的分辨率。然而這一第一幀代表地下的每個(gè)相繼掃描向其添加附加SAR圖像數(shù)據(jù)的初始地下圖像。例如圖4清楚地示出了利用用于每個(gè)相繼掃描的SAR圖像數(shù)據(jù)更新圖3的SAR圖像從而產(chǎn)生分辨率高得多(信息密度增加)的圖像這樣的加性效果。在圖4中，光標(biāo)150示出了在鉆頭朝著在χ軸的零參考前方約16英尺的預(yù)先安裝目標(biāo)位置前進(jìn)時(shí)鉆頭相對(duì)于驅(qū)動(dòng)源的縱向推進(jìn)。在這一示例場(chǎng)景中，檢測(cè)半徑設(shè)置成約4. 6英尺，這意味著忽略如下對(duì)象，這些對(duì)象將被檢測(cè)算法識(shí)別為與傳感器相距比4. 6英尺更遠(yuǎn)的可能障礙。在圖4中，如光標(biāo)150所示鉆頭位置與它的初始位置(即χ軸的零參考)相距約2. 5英尺。由于預(yù)先安裝的障礙在鉆頭傳感器正前方并且超出傳感器的檢測(cè)區(qū)段151，所以未檢測(cè)到存在預(yù)先安裝的目標(biāo)(即16英尺-2.5英尺=13. 5英尺(在傳感器與目標(biāo)之間的距離)-4. 6英尺(檢測(cè)距離)_1英尺(從鉆鏟的后退)=約7.9英尺，這比傳感器的檢測(cè)區(qū)段超出約8. I英尺)。在圖5中，鉆頭已經(jīng)如光標(biāo)150所示從始發(fā)點(diǎn)前進(jìn)約13英尺。在圖5中，預(yù)先安裝的目標(biāo)可以接近傳感器的檢測(cè)區(qū)段151或者略微在檢測(cè)區(qū)段151內(nèi)。由于預(yù)先安裝的障礙仍然略微在鉆頭傳感器前方或者已經(jīng)用落入檢測(cè)區(qū)段151內(nèi)的鉆頭獲取少于3個(gè)掃描的數(shù)據(jù)，所以未檢測(cè)到存在預(yù)先安裝的目標(biāo)。在這一特定情況下，圖5中所示圖像是恰在檢測(cè)到預(yù)先安裝的障礙之前的幀(例如為了計(jì)算像素亮度導(dǎo)數(shù)并且執(zhí)行位于鉆頭前方的預(yù)先安裝的障礙的碰撞前檢測(cè)而需要的3個(gè)掃描中的掃描2)。圖6-8圖示了應(yīng)用于SAR圖像的掩模圖像的例子。對(duì)于這些圖中的每幅圖，在每個(gè)掃描之后如果對(duì)象檢測(cè)的肯定指示已經(jīng)出現(xiàn)則已經(jīng)向目標(biāo)檢測(cè)掩模添加標(biāo)簽或者其它標(biāo)記。在一些實(shí)施例中，可以裁剪SAR圖像以排除用于在鉆頭前面或者側(cè)面超出某個(gè)距離的區(qū)域的圖像數(shù)據(jù)。目標(biāo)檢測(cè)掩模優(yōu)選地與裁剪的SAR圖像相同尺寸并且應(yīng)用于裁剪的SAR圖像。實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)算法的處理器可以基于標(biāo)記的生成或者應(yīng)用執(zhí)行動(dòng)作。例如，如果僅應(yīng)用一個(gè)標(biāo)記，則處理器可以向成像系統(tǒng)的操作者(例如經(jīng)由人機(jī)接口向HDD機(jī)器操作者)發(fā)出報(bào)警。又舉例而言，如果例如應(yīng)用多個(gè)標(biāo)記和/或至少一個(gè)標(biāo)記與至少一個(gè)其它標(biāo)記近鄰，則HDD機(jī)器的處理器可以停止鉆探。存在越多標(biāo)記并且標(biāo)記越密集，處理器在進(jìn)行正確對(duì)象檢測(cè)時(shí)就具有越多置信。圖6示出了在與始發(fā)點(diǎn)相距約13. 5英尺(這是在位于與始發(fā)點(diǎn)相距16英尺處的預(yù)先安裝的障礙前方約2. 5英尺)出現(xiàn)的第一檢測(cè)事件。圖7示出了在與始發(fā)點(diǎn)相距約14英尺(這是在預(yù)先安裝的障礙前方約2英尺)出現(xiàn)的第二檢測(cè)事件。這一第二檢測(cè)事件由矩形標(biāo)記154指示。如上文討論的那樣，在逐個(gè)掃描的基礎(chǔ)上向復(fù)合SAR圖像連續(xù)添加重建的SAR圖像數(shù)據(jù)，這如圖3-8中清楚可見(jiàn)連續(xù)提高復(fù)合SAR圖像的分辨率。第二和任何后續(xù)檢測(cè)事件由附加標(biāo)記指示，這些標(biāo)記服務(wù)于加強(qiáng)或者確認(rèn)第一檢測(cè)事件的可靠性。圖8示出了標(biāo)記的SAR圖像，該圖像示出了由導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)算法識(shí)別的所有可能障礙的檢測(cè)事件。具體而言，圖8示出了讓來(lái)自導(dǎo)數(shù)圖像對(duì)象檢測(cè)算法的標(biāo)記疊加于其上 的已更新SAR圖像的末幀。響應(yīng)于一個(gè)檢測(cè)事件或者η檢測(cè)事件，各種動(dòng)作可以出現(xiàn)。例如可以響應(yīng)于第一檢測(cè)事件生成人類(lèi)可感知報(bào)警，并且可以響應(yīng)于每個(gè)后續(xù)檢測(cè)事件生成可變強(qiáng)度或者特性的不同報(bào)警。例如HDD機(jī)器的處理器執(zhí)行的早期報(bào)警算法可以響應(yīng)于檢測(cè)事件生成報(bào)警光和/或可聽(tīng)警報(bào)。報(bào)警可以提示操作者采取糾正動(dòng)作以避免在鉆頭與位于鉆頭前方的檢測(cè)到的障礙之間的碰撞。如果未采取糾正動(dòng)作或者采取不充分糾正動(dòng)作、比如暫?；蛘吒淖冦@頭的方向或者移位速率，則早期報(bào)警算法可以自動(dòng)變慢鉆探移位速率或者暫停鉆頭前進(jìn)。在一個(gè)保守實(shí)施方式中，控制協(xié)議可以響應(yīng)于第一檢測(cè)事件簡(jiǎn)單地暫停鉆頭的移動(dòng)。分級(jí)的一組HDD機(jī)器控制協(xié)議可以被編程和由處理器執(zhí)行用于響應(yīng)于相繼檢測(cè)事件自動(dòng)干預(yù)HDD操作。HDD機(jī)器控制器進(jìn)行的自動(dòng)糾正動(dòng)作干預(yù)水平可以響應(yīng)于每個(gè)相繼檢測(cè)事件而增加。例如響應(yīng)于第一檢測(cè)事件，第一控制協(xié)議可以由HDD機(jī)器控制器實(shí)施以比如通過(guò)減慢鉆頭的縱向移位來(lái)減緩鉆探速率并且如果希望則減小鉆頭旋轉(zhuǎn)速率。優(yōu)選地響應(yīng)于第一檢測(cè)事件生成操作者警報(bào)。響應(yīng)于第二檢測(cè)事件，HDD機(jī)器控制器根據(jù)第二控制協(xié)議比如通過(guò)禁止鉆頭移動(dòng)并且生成增加強(qiáng)度的警報(bào)來(lái)采取更激進(jìn)干預(yù)?？梢栽O(shè)想其它控制場(chǎng)景?？梢允褂醚b配于HDD機(jī)器上的線(xiàn)性編碼器、通過(guò)在鉆頭提供的移位傳感器如加速度計(jì)或者陀螺儀或者通過(guò)使用地上定位器或者跟蹤器來(lái)測(cè)量鉆頭的實(shí)際縱向移位。鉆頭旋轉(zhuǎn)可以由這些和其它傳感器如并入于雷達(dá)傳感器電子器件中的MEMS滾動(dòng)傳感器測(cè)量。在通過(guò)引用而全部結(jié)合于此的第7，607, 494,6, 755，263和7，182，151號(hào)共有美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)了可以提供鉆頭定位和旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)用于由本發(fā)明的導(dǎo)數(shù)成像算法使用的鉆頭移位和旋轉(zhuǎn)測(cè)量方法、系統(tǒng)和設(shè)備的附加細(xì)節(jié)?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D17-23，提供這些圖以增強(qiáng)對(duì)在執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的3D地下導(dǎo)數(shù)成像時(shí)應(yīng)對(duì)的各種物理、幾何和其它因素的理解。這些因素在使用如下傳感器來(lái)執(zhí)行3D地下對(duì)象檢測(cè)時(shí)特別令人感興趣，該傳感器在它移動(dòng)經(jīng)過(guò)地面時(shí)既縱向移位又旋轉(zhuǎn)。圖17示出了切割工具的一個(gè)實(shí)施例，該切割工具在它被迫地移動(dòng)經(jīng)過(guò)地下時(shí)移位土地。出于示例的目的，圖17中設(shè)想的一個(gè)特定切割工具是鉆孔工具712，理解其它類(lèi)型的土地穿透工具在本發(fā)明的范圍內(nèi)(例如氣動(dòng)刺穿工具、可導(dǎo)航矛(mole)、鉆孔器等)。
圖17中所示鉆孔工具712包括鉆頭715和定位于鉆頭715的遠(yuǎn)端的鉆鏟707。傳感器封裝718在與鉆鏟707鄰近的位置裝配于鉆頭715中或者上。傳感器封裝718可以容納相似或者相異類(lèi)型的一個(gè)或者多個(gè)傳感器。傳感器封裝718也包括可以基于鉆頭715的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)在復(fù)雜度方面變化的通信電子器件和處理能力。通信電子器件可以被配置用于與地上接收器(例如收發(fā)器)的某一形式的無(wú)線(xiàn)通信、但是優(yōu)選地被配置成經(jīng)由沿著將鉆頭715與驅(qū)動(dòng)源(例如HDD機(jī)器)耦合的鉆柱建立的有線(xiàn)鏈路與地上系統(tǒng)通信。例如可以使用通過(guò)HomePlug 有線(xiàn)接口操作的通信協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)有線(xiàn)鏈路，這允許經(jīng)由人機(jī)接口控制鉆頭傳感器。在各種實(shí)施例中，鉆孔工具712的電子部件耦合到能夠在向下打眼傳感器硬件與地上源之間傳輸功率和數(shù)據(jù)的通信介質(zhì)。適當(dāng)通信介質(zhì)是可從Digital Control Incorporated 獲得的 DCI CableLink 。CableLink 系統(tǒng)持久地安裝到鉆芯(stem)的鉆桿中，從而機(jī)械和電連接在桿穿在一起時(shí)自動(dòng)出現(xiàn)。如先前所言，各種類(lèi)型的傳感器可以容納于鉆頭的傳感器隔間(傳感器封裝718處于該隔間內(nèi))中。一些傳感器可以包括暴露于與鉆頭712相鄰的土地的傳感器元件，而其它裝入傳感器隔間內(nèi)。有用傳感器包括上文列舉的傳感器和在通過(guò)引用而結(jié)合于此的美 國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)的傳感器中的任何傳感器。在各種實(shí)施例中，傳感器封裝718包括雷達(dá)傳感器。圖17示出了鉆頭雷達(dá)718的輻射圖案710，該輻射圖案依賴(lài)于角度并且這樣優(yōu)先地檢測(cè)從角度或者角度范圍的返回。輻射圖案710的對(duì)雷達(dá)的檢測(cè)區(qū)段進(jìn)行限定的尺寸和形狀主要由天線(xiàn)設(shè)計(jì)限定并且可以使用檢測(cè)半徑參數(shù)和/或其它參數(shù)來(lái)調(diào)整。圖18示出了相對(duì)于鉆孔路徑705的中心軸限定的示例圓柱形檢測(cè)體積700。檢測(cè)體積700代表在鉆頭雷達(dá)的檢測(cè)區(qū)段內(nèi)的地下體積，注意鉆頭并且因此鉆頭雷達(dá)在產(chǎn)生鉆孔時(shí)候受到縱向前進(jìn)和旋轉(zhuǎn)二者。圖19示出了初始SAR重建為系列方位角切片725。在圖20中最好地示出了這些切片。在這一示例例子中，圖19和圖20示出了各自與不同方位角關(guān)聯(lián)的五個(gè)方位角切片(編號(hào)為切片I至5)。注意圓柱體720的外圍代表雷達(dá)傳感器的檢測(cè)區(qū)段的限制并且為了簡(jiǎn)化說(shuō)明而僅示出了五個(gè)方位角切片。圖21A-21C是與方位角切片1_3關(guān)聯(lián)的顯示，理解針對(duì)方位角切片4和5生成相似顯示。圖21A-21C示出了針對(duì)方位角切片1-5中的每個(gè)方位角切片對(duì)SAR重建進(jìn)行操作的導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)算法的輸出(以圖形形式)。在圖21A中所示顯示中，僅示出了噪聲或者雜亂數(shù)據(jù)(可以抑制噪聲或者雜亂數(shù)據(jù)以簡(jiǎn)化顯示)。導(dǎo)數(shù)成像算法針對(duì)方位角切片I未檢測(cè)到在鉆頭前方的對(duì)象。對(duì)于圖21B中所示顯示，導(dǎo)數(shù)成像算法針對(duì)方位角切片2檢測(cè)到在鉆頭前方的對(duì)象(對(duì)象A)。響應(yīng)于針對(duì)方位角切片2的每個(gè)檢測(cè)事件，導(dǎo)數(shù)成像算法將標(biāo)記置于顯示的適當(dāng)位置。對(duì)于圖21C中所示顯示，導(dǎo)數(shù)成像算法針對(duì)方位角切片3檢測(cè)到在鉆頭前方的對(duì)象(對(duì)象B)。響應(yīng)于針對(duì)方位角切片3的每個(gè)檢測(cè)事件，導(dǎo)數(shù)成像算法將標(biāo)記置于顯示的適當(dāng)位置。雖然在圖21A-21C中未示出，但是導(dǎo)數(shù)成像算法繼續(xù)針對(duì)剩余方位角切片4和5執(zhí)行對(duì)象檢測(cè)并且隨著鉆頭沿著鉆孔路徑縱向前進(jìn)而繼續(xù)處理方位角切片。注意圖21B和21C中所示對(duì)象A和B不同，因?yàn)樗鼈兾挥诓煌轿唤腔蛘咚鼈兪窍騼蓚€(gè)平面上投影的相同延伸線(xiàn)性對(duì)象的投影。在全3D SAR實(shí)施方式中，在圖22中示出了該實(shí)施方式的例子，顯示可以呈現(xiàn)具有3D等容輪廓的3D等容750，這些輪廓具有導(dǎo)數(shù)成像標(biāo)記。此外，隨著鉆孔推進(jìn)，轟炸瞄準(zhǔn)器視圖(與用于天氣雷達(dá)的轟炸瞄準(zhǔn)器視圖相似)可以示出從圓柱形體積750到與鉆孔軸垂直切割的平面上的漸進(jìn)投影。在圖23中示出了這樣的轟炸瞄準(zhǔn)器視圖的例子，其中方位角由繞著中心的角度給定并且徑向尺度是與鉆孔的距離。回顧圖9，此圖示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)方法的系統(tǒng)200的框圖。圖9中所示實(shí)施例代表用于針對(duì)掩埋對(duì)象如公用設(shè)施和人造或者自然障礙的存在勘察地下的獨(dú)立系統(tǒng)。雖然表示為用于勘察地下的獨(dú)立系統(tǒng)，但是圖9的系統(tǒng)實(shí)施例可以與包括土地穿透機(jī)如HDD機(jī)器和挖溝機(jī)的各種挖掘裝備一起使用。例如獨(dú)立系統(tǒng)200可以由操作者用來(lái)在挖掘操作之前檢測(cè)在前進(jìn)挖掘機(jī)前方存在掩埋障礙。獨(dú)立系統(tǒng)200可以由在挖掘機(jī)前方的單獨(dú)車(chē)輛或者機(jī)制或者由挖掘機(jī)本身拉動(dòng)或者推動(dòng)從而提供在挖掘機(jī)前方的掩埋障礙的實(shí)時(shí)成像和檢測(cè)。 系統(tǒng)200包括配置用于地上可移動(dòng)的殼204。系統(tǒng)包括處理器207，其耦合到存儲(chǔ)器208和顯示器210。處理器207耦合到導(dǎo)數(shù)成像障礙檢測(cè)器203，該檢測(cè)器實(shí)施根據(jù)這里公開(kāi)的內(nèi)容的導(dǎo)數(shù)成像算法。在一個(gè)配置中，傳感器封裝206物理地和通信地耦合到殼204。在另一配置中，傳感器封裝206可以物理上與殼204分離、但是與殼204通信地耦合。在殼204與傳感器封裝206之間的通信鏈路可以是硬接線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)鏈路。系統(tǒng)200被配置用于可移動(dòng)并且可以包括傳送布置(未示出)如車(chē)輪布置或者推車(chē)。傳送布置可以是允許操作者在行走于待掃描區(qū)域之上之時(shí)攜帶系統(tǒng)200的系繩布置。可以提供穩(wěn)定布置以衰減或者限制由于操作者推撞或者不穩(wěn)定而產(chǎn)生的系統(tǒng)移動(dòng)。系統(tǒng)200包括一個(gè)或者多個(gè)地上或者地表傳感器206。如先前討論的那樣,可以適于用于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用導(dǎo)數(shù)成像的地下對(duì)象檢測(cè)的代表性的地上或者地表傳感器206包括GPR傳感器、聲學(xué)傳感器、地震傳感器、電磁傳感器、磁場(chǎng)傳感器、MRI傳感器、PET傳感器、NMR傳感器、TDEM傳感器、電阻率傳感器、介電常數(shù)傳感器、傳導(dǎo)率傳感器、熱傳感器、電容傳感器、磁場(chǎng)傳感器(例如磁力計(jì))和化學(xué)傳感器。在圖9中所示實(shí)施例中，傳感器206發(fā)送探測(cè)信號(hào)209，該信號(hào)經(jīng)過(guò)地下傳播并且撞擊或者照射在這一情況下為公用設(shè)施223的地下對(duì)象。在公用設(shè)施223與探測(cè)信號(hào)209之間的交互產(chǎn)生由傳感器206檢測(cè)的返回信號(hào)211。導(dǎo)數(shù)成像軟件優(yōu)選地存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器208中并且包括導(dǎo)數(shù)成像障礙檢測(cè)器203根據(jù)這里描述的導(dǎo)數(shù)成像算法可執(zhí)行的程序指令。導(dǎo)數(shù)成像障礙檢測(cè)器203對(duì)傳感器206接收的返回信號(hào)211進(jìn)行操作?？梢杂密浖?、硬件或者軟件與硬件的組合實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像障礙檢測(cè)器203。導(dǎo)數(shù)成像障礙檢測(cè)器203可以與處理器207集成或者可以實(shí)施為與處理器207分離、但是與處理器207通信地耦合的部件。來(lái)自導(dǎo)數(shù)成像障礙檢測(cè)器203的輸出可以呈現(xiàn)于顯示器210上(例如見(jiàn)圖3-8中所示圖像)。來(lái)自導(dǎo)數(shù)成像障礙檢測(cè)器203的輸出也可以傳向(經(jīng)由硬接線(xiàn)或者無(wú)線(xiàn)連接)外部系統(tǒng)如PC、PDA、智能電話(huà)、網(wǎng)絡(luò)、地理信息系統(tǒng)(GIS)或者公用設(shè)施繪圖系統(tǒng)。在各種獨(dú)立系統(tǒng)實(shí)施例中，可以實(shí)時(shí)執(zhí)行地下的導(dǎo)數(shù)成像從而在掃描或者勘察地下之時(shí)提供即時(shí)地下對(duì)象檢測(cè)信息。在其它獨(dú)立系統(tǒng)實(shí)施例中，可以在掃描或者勘察地下之后使用在地下掃描或者勘察期間獲取的數(shù)據(jù)來(lái)執(zhí)行地下的導(dǎo)數(shù)成像。注意在這些和其它實(shí)施例中，導(dǎo)數(shù)成像算法執(zhí)行和處理可以由機(jī)載或者本地處理器執(zhí)行或者由遠(yuǎn)程處理器(比如膝上型或者網(wǎng)絡(luò)處理器)執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，作為水平定向鉆探機(jī)器的部件并入導(dǎo)數(shù)成像系統(tǒng)。HDD機(jī)器用來(lái)地面下安裝公用設(shè)施。遺憾的是，在城市環(huán)境中使用鉆具具有撞擊和損壞預(yù)先存在的公用設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明的HDD機(jī)器實(shí)施例運(yùn)用雷達(dá)單元，該雷達(dá)單元被設(shè)計(jì)成安裝于HDD鉆頭上并且用來(lái)確定在鉆孔路徑中或者附近存在障礙。發(fā)送和接收天線(xiàn)在鉆頭鏟后方裝配于鉆軸桿上并且在鉆頭前方和向 鉆頭側(cè)方發(fā)射。可以在上至每秒50個(gè)跡線(xiàn)收集數(shù)據(jù)，并且優(yōu)選地實(shí)時(shí)完成所有處理和顯示。針對(duì)地下公用設(shè)施安裝，較歷史上的基于溝槽的技術(shù)而言，水平定向鉆探提供許多優(yōu)點(diǎn)。然而HDD確實(shí)持續(xù)受撞擊未知、未繪圖或者放錯(cuò)位置的公用設(shè)施和其它障礙這樣的風(fēng)險(xiǎn)困擾。撞擊這些障礙可能犧牲操作者收入、產(chǎn)生修復(fù)成本或者在更嚴(yán)重情況下造成裝備損失、傷害或者死亡。因此需要可以裝配于鉆頭上的傳感器，這些傳感器足夠預(yù)先檢測(cè)障礙以允許鉆具操作者對(duì)它們檢測(cè)和/或繪圖。向HDD機(jī)器中并入的導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)系統(tǒng)提供對(duì)特征或者障礙檢測(cè)和/或繪圖以允許避免碰撞它們，這是很重要的，尤其在損壞這些特征之一可能造成破壞公用設(shè)施服務(wù)或者可能的污染物釋放時(shí)。一般而言，地面下城市公用設(shè)施走廊正在變得越來(lái)越擁擠。在這些環(huán)境中，更小HDD鉆探設(shè)備和更短鉆孔長(zhǎng)度被用來(lái)安裝新公用設(shè)施線(xiàn)路。用來(lái)檢測(cè)可能障礙的傳感器因此必須解決如下的部分矛盾要求裝配于小型鉆具上、使用于擁擠區(qū)域中、檢測(cè)可變材料和尺寸的障礙而又未負(fù)面地影響生產(chǎn)率或者昂貴得無(wú)人問(wèn)津。當(dāng)鉆具被用來(lái)穿透潛在受污染土壤的廢物地點(diǎn)或者區(qū)域并且評(píng)定它們的條件時(shí)，穿透地面下儲(chǔ)油罐或者桶可能潛在地造成釋放有毒材料和大量環(huán)境危害。因此，任何傳感器必須能夠不僅檢測(cè)線(xiàn)性管狀目標(biāo)而且檢測(cè)等尺度目標(biāo)如儲(chǔ)油桶和罐。新型和現(xiàn)有HDD機(jī)器可以配備有本發(fā)明的障礙避免系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括修改的鉆頭，該鉆頭包含雷達(dá)傳感器封裝，該鉆頭可以以最少量特殊調(diào)配、加工和轉(zhuǎn)換封裝取代標(biāo)準(zhǔn)鉆頭。舉例而言，需要相對(duì)緊湊雷達(dá)傳感器封裝以與更小類(lèi)別的HDD機(jī)器如VermeerD7xllA和D20x22系列II相配，這些HDD機(jī)器通常用于更擁擠‘最后一英里’安裝中的更短鉆孔。對(duì)這樣的雷達(dá)傳感器系統(tǒng)的功能的重要考慮是經(jīng)過(guò)鉆柱將功率產(chǎn)生、控制、處理和操作者接口硬件接口到鉆頭傳感器的功率和通信傳輸。在用于HDD的障礙避免系統(tǒng)的最重要特征之中的是用于實(shí)時(shí)獲取、處理和顯示信息的能力，因?yàn)橄到y(tǒng)優(yōu)選地被實(shí)施成早期報(bào)警系統(tǒng)，在鉆孔過(guò)程期間操作。系統(tǒng)優(yōu)選地被實(shí)施成在鉆頭前進(jìn)時(shí)足夠預(yù)先檢測(cè)它的傳感器視野內(nèi)的障礙，從而操作者可以停止鉆具的前進(jìn)并且評(píng)定情形。為了實(shí)現(xiàn)這一要求，必須連續(xù)獲取接收的傳感器數(shù)據(jù)并且將傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某一形式的“圖像”用于直接由操作者和/或由障礙避免計(jì)算機(jī)系統(tǒng)容易地解譯。這是對(duì)傳感器硬件、軟件、天線(xiàn)和檢測(cè)算法的設(shè)計(jì)的重要約束。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施例，步進(jìn)式頻率連續(xù)波(SFCW)雷達(dá)被用來(lái)確定在HDD機(jī)器的鉆具的鉆孔路徑中或者附近存在障礙。SFCW雷達(dá)數(shù)據(jù)由實(shí)施導(dǎo)數(shù)成像軟件的處理器用來(lái)根據(jù)包含一起形成合成孔徑雷達(dá)圖像的原始數(shù)據(jù)的系列掃描形成地下圖像。然后可以分析SAR圖像以確定對(duì)逐個(gè)掃描地形成圖像的依賴(lài)于時(shí)間的改變?？梢栽阢@頭位置到達(dá)實(shí)際目標(biāo)位置之前適當(dāng)?shù)刈R(shí)別與實(shí)際目標(biāo)關(guān)聯(lián)的演變圖像的這些改變?，F(xiàn)在將更具體地并且參照附圖描述本發(fā)明的這些和其它有利特征。圖10示出了經(jīng)過(guò)其中發(fā)生鉆孔操作的地面部分的橫截面?？傮w上表示為鉆孔機(jī)12的地面下鉆孔系統(tǒng)處于地面11上方并且包括傾斜縱向構(gòu)件16處于其上的平臺(tái)14。平臺(tái)14由銷(xiāo)18或者其它束縛構(gòu)件固著到地面以便在鉆孔操作期間抵制平臺(tái)14的移動(dòng)。用于在如箭頭大體上所示向前縱向方向上驅(qū)動(dòng)鉆柱22的前推/回拉泵17位于縱向構(gòu)件16上。鉆柱22由端到端連接的多個(gè)鉆柱構(gòu)件23組成。用于旋轉(zhuǎn)鉆柱22的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)或者泵19 (在上位置19a與下位置19b之間的中間位置圖示)也位于傾斜縱向構(gòu)件16上并且裝配成允許沿著縱向構(gòu)件16移動(dòng)。在操作中，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)19旋轉(zhuǎn)鉆柱22，該鉆柱具有在鉆柱22的遠(yuǎn)端連接的鉆孔工具24。典型鉆孔操作可以發(fā)生如下。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)19初始地定位于上位置19a并且旋轉(zhuǎn)鉆柱22。在通過(guò)旋轉(zhuǎn)鉆柱22旋轉(zhuǎn)鉆孔工具24之時(shí)，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)19和鉆柱22在向下方向上由 前推/回拉泵17推向下位置進(jìn)入地面、因此產(chǎn)生鉆孔26。當(dāng)鉆柱22已經(jīng)按照一個(gè)鉆柱構(gòu)件23的長(zhǎng)度推入鉆孔26中時(shí)，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)19到達(dá)下位置19b。然后向鉆柱22人工或者自動(dòng)添加新的鉆柱構(gòu)件23，并且釋放旋轉(zhuǎn)馬達(dá)19而且回拉至上位置19a。旋轉(zhuǎn)馬達(dá)19被用來(lái)將新的鉆柱構(gòu)件23穿至鉆柱22，并且重復(fù)旋轉(zhuǎn)/推動(dòng)過(guò)程以便迫使新加長(zhǎng)的鉆柱22進(jìn)一步進(jìn)入地面、由此延伸鉆孔26。通常，通過(guò)使用泥漿泵經(jīng)過(guò)鉆柱22泵送水或者其它流體(這里稱(chēng)為泥漿)。如果使用氣錘，則空氣壓縮機(jī)被用來(lái)迫使空氣/泡沫經(jīng)過(guò)鉆柱22。泥漿或者空氣/泡沫經(jīng)過(guò)鉆孔26向上回流以去除切割物、泥土和其它殘骸并且提高鉆孔有效性和/或效率。通常提供定向轉(zhuǎn)向能力用于控制鉆孔工具24的方向，從而可以向所得鉆孔26賦予所需方向。通過(guò)這些動(dòng)作和這些基本動(dòng)作的各種組合，鉆孔過(guò)程可以使鉆孔工具24經(jīng)過(guò)土壤前進(jìn)(包括使鉆孔工具24通過(guò)轉(zhuǎn)彎前進(jìn))。由于HDD通常未與地表面相距很遠(yuǎn)鉆孔，所以必須設(shè)法繞過(guò)許多地面下障礙(例如下水道、電線(xiàn)、建筑物地基等)。這樣，許多鉆孔工具被配置成允許鉆孔路徑轉(zhuǎn)彎(例如左、右、更高、更低)以彎曲鉆孔路徑繞開(kāi)地面下障礙。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，系統(tǒng)也包括用于監(jiān)視鉆孔工具24的位置的編碼器19c。隨著鉆頭24推入地面，線(xiàn)纜放出編碼器19c并且使編碼器19c前進(jìn)從而向系統(tǒng)軟件提供鉆頭位置的測(cè)量并且按照離散距離間隔觸發(fā)雷達(dá)電子器件。圖11是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的各種HDD系統(tǒng)部件200的框圖。圖11的HDD系統(tǒng)包括與鉆孔工具201鄰近的向下打眼雷達(dá)單元202如GPR單元。在先前通過(guò)引用而結(jié)合于此的第7，013，991號(hào)美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)了在本發(fā)明各種實(shí)施例的背景中很好地適合于在鉆孔工具210中并入的示例GPR單元。鉆孔工具201可以例如容納定向傳感器和/或移位速率傳感器如單或者多軸加速度計(jì)、陀螺儀或者磁力計(jì)。鉆孔工具201也可以例如包括一個(gè)或者多個(gè)地球物理傳感器，包括電容傳感器、聲學(xué)傳感器、超聲傳感器、地震傳感器、電阻率傳感器和電磁傳感器。使用向下打眼GPR系統(tǒng)提供附近掩埋障礙和公用設(shè)施的檢測(cè)以及局部地理的表征。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，控制器213耦合到可以負(fù)責(zé)控制如這里描述的地下對(duì)象檢測(cè)的HDD機(jī)器205?？刂破?13可以包括處理器207和存儲(chǔ)器208。存儲(chǔ)器208可以是用將由電路如處理器207執(zhí)行的計(jì)算機(jī)程序、軟件、計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令、能夠由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的指令等編碼的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)。處理器207執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序使處理器207將原始捕獲數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成用于障礙避免的早期報(bào)警。從處理器207輸出的原始數(shù)據(jù)可以是以具有幅度值和相位值的系列復(fù)數(shù)ID掃描的形式而在測(cè)量帶寬內(nèi)的每個(gè)頻率步進(jìn)有反射測(cè)量。通常，用于鉆頭的特定方位角的復(fù)數(shù)掃描矢量可以視為列矢量并且可以被水平堆疊以形成數(shù)據(jù)的一對(duì)2D繪圖(一個(gè)用于實(shí)部而一個(gè)用于虛部)。可以通過(guò)收集系列這些2D繪圖來(lái)創(chuàng)建全3D復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)繪圖(隨著鉆頭旋轉(zhuǎn)而收集數(shù)據(jù)的每個(gè)方位角有一個(gè))。在這些原始數(shù)據(jù)繪圖中，水平維度(掃描維度)是以鉆頭的線(xiàn)性位置為單位，而豎直尺度為發(fā)送頻率。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令也可以弓丨起原始傳感器數(shù)據(jù)的預(yù)處理和預(yù)備。這一預(yù)處理可以包括使用漢明或者其它最優(yōu)平滑窗加上針對(duì)某些特征提高對(duì)比度的特殊定制的濾波器對(duì) 列矢量的預(yù)濾波。這可以被調(diào)整成與具體土壤條件或者目標(biāo)類(lèi)型相配。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令也可以引起返回信號(hào)的重建。這可以通過(guò)計(jì)算復(fù)數(shù)列矢量的逆快速傅里葉變換(FFT)來(lái)完成。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令還可以弓I起重建信號(hào)的后處理?？梢栽诤筇幚砥陂g執(zhí)行若干步驟。階段I背景減法可以去除低空間-頻率背景信號(hào)和噪聲，因?yàn)樗褂煤艽蠡顒?dòng)平均窗、但是僅包括當(dāng)前掃描和在它之前取得的掃描。也可以使用階段II背景減法。這是定心于當(dāng)前掃描周?chē)男⌒突顒?dòng)平均窗并且可以去除高空間-頻率背景噪聲。如果必須要?jiǎng)t還可以執(zhí)行重建返回信號(hào)的時(shí)間偏移校正?？梢钥蛇x地執(zhí)行重建列矢量的縮放。這是嘗試規(guī)范化用于每個(gè)掃描的返回信號(hào)的能量。它引入假象，因?yàn)槔缭诂F(xiàn)實(shí)中如果介質(zhì)無(wú)反射性或者有吸收則某些掃描將自然地返回更少能量，然而假象可能是在某些條件下可視化某些對(duì)象所希望的。這一處理步驟可以具有按照需要接通或者關(guān)斷的能力。然后可以對(duì)所得信號(hào)進(jìn)行附加平滑和中值濾波。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令還可以運(yùn)行SAR圖像重建算法以積累用于每個(gè)2D方位角切片的圖像。在鉆具前進(jìn)并且收集數(shù)據(jù)時(shí)逐個(gè)掃描地編譯圖像。實(shí)時(shí)更新圖像?？梢栽谙蛑亟ㄌ砑用總€(gè)掃描的貢獻(xiàn)之前將一些SAR預(yù)處理應(yīng)用于掃描。這一預(yù)處理可以是系列濾波器，包括空間濾波器，這些空間濾波器截止處于很長(zhǎng)范圍的信號(hào)并且抑制在范圍=O附近(與鉆頭最近)的信號(hào)的幅度。計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令然后可以運(yùn)行目標(biāo)識(shí)別算法。當(dāng)處理并且向重建添加每個(gè)新掃描時(shí)，這一算法可以使用演變SAR圖像的性質(zhì)。處理器考慮SAR圖像在它演變時(shí)的依賴(lài)于時(shí)間(也依賴(lài)于掃描)的改變。改變的量值可以引起對(duì)象的肯定檢測(cè)。無(wú)論對(duì)象檢測(cè)何時(shí)出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令還可以創(chuàng)建掩模圖像并且應(yīng)用標(biāo)記?？梢栽诿看螔呙柚蟾逻@一掩模圖像從而保持從先前掃描存在的標(biāo)記。這一掩模圖像也可以應(yīng)用于SAR圖像用于進(jìn)一步評(píng)估。圖12圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流程圖。流程圖描述了方法300，該方法包括使用GPR裝配的鉆孔工具來(lái)生成301用于地下體積的系列雷達(dá)掃描。這些掃描可以用來(lái)逐個(gè)掃描地積累SAR圖像?？梢允褂肧AR圖像的參數(shù)如SAR圖像隨時(shí)間的改變來(lái)創(chuàng)建SAR圖像的導(dǎo)數(shù)圖像?？梢酝ㄟ^(guò)使用均值理論、泰勒擴(kuò)展、立方樣條、曲線(xiàn)擬合以及其它方式來(lái)計(jì)算導(dǎo)數(shù)。然后對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行303 —個(gè)或者多個(gè)測(cè)試。然后可以基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試檢測(cè)304至少在鉆孔工具前方存在對(duì)象。下文將更具體描述這些。圖13圖示了根據(jù)本公開(kāi)內(nèi)容各種實(shí)施例的另一流程圖。圖13的流程示了用于自動(dòng)化障礙檢測(cè)的方法400。在塊401中，使用SFCW GPR來(lái)發(fā)送系列雷達(dá)探測(cè)信號(hào)。然后接收402返回信號(hào)。還可以執(zhí)行返回信號(hào)的預(yù)處理。也可以執(zhí)行返回信號(hào)重建和重建的信號(hào)的后處理。返回的信號(hào)掃描被用來(lái)產(chǎn)生403SAR圖像。還可以裁剪SAR圖像以圖示在鉆頭的前面或者側(cè)面的某一距離內(nèi)的區(qū)域。然后測(cè)量404復(fù)合SAR圖像中的每個(gè)像素的返回信號(hào)能量數(shù)量。針對(duì)SAR圖像的每個(gè)像素計(jì)算405返回信號(hào)能量數(shù)量的改變率。這些導(dǎo)數(shù)計(jì)算然后被用來(lái)形成406導(dǎo)數(shù)圖像。導(dǎo)數(shù)圖像可以包含SAR圖像在它演變時(shí)的依賴(lài)于時(shí)間(或者依賴(lài)于掃描)的改變。此外，也可以創(chuàng)建二階或者更高階導(dǎo)數(shù)圖像。然后針對(duì)關(guān)于復(fù)合SAR圖像的一個(gè)或者多個(gè)指定條件測(cè)試407導(dǎo)數(shù)圖像或者更高階導(dǎo)數(shù)圖像的每個(gè)像素。系統(tǒng)然后可以響應(yīng)于導(dǎo)數(shù)圖像或者更高導(dǎo)數(shù)圖像中的至少一個(gè)像素滿(mǎn)足一個(gè)或者多個(gè)指定條件生成408檢測(cè)事件信號(hào)，該信號(hào)指示存在與鉆頭鄰近的障礙。 在方法400的附加實(shí)施例中，可以調(diào)整一個(gè)或者多個(gè)指定條件。對(duì)指定條件的調(diào)整可以在初始系統(tǒng)設(shè)置/校準(zhǔn)期間發(fā)生和/或在現(xiàn)場(chǎng)操作期間“在飛行中”發(fā)生?？梢曰谕寥赖母鞣N性質(zhì)如介電常數(shù)自動(dòng)設(shè)置和/或調(diào)整一個(gè)或者多個(gè)閾值。這允許選擇用于在特定類(lèi)型的介質(zhì)中創(chuàng)建圖像的最優(yōu)參數(shù)。圖14圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的用于自動(dòng)化障礙檢測(cè)的方法的各種過(guò)程。優(yōu)選地在運(yùn)用SFCW雷達(dá)的系統(tǒng)中實(shí)施圖14中所示過(guò)程。圖14中所示方法包括重建450用于掃描i的雷達(dá)返回信號(hào)，其中i為整數(shù)；并且預(yù)處理452掃描i的數(shù)據(jù)用于SAR成像。向SAR圖像添加454掃描i的數(shù)據(jù)的貢獻(xiàn)。優(yōu)選地在存儲(chǔ)器中保持456未標(biāo)記全SAR圖像。優(yōu)選地裁剪458SAR圖像以除去SAR圖像的超出所需檢測(cè)范圍的部分。計(jì)算460裁剪的SAR圖像中的每個(gè)像素的亮度的導(dǎo)數(shù)以形成導(dǎo)數(shù)圖像。針對(duì)以下具體條件測(cè)試462導(dǎo)數(shù)圖像中的每個(gè)像素。在一些實(shí)施例中，必須滿(mǎn)足所有以下具體條件。在其它實(shí)施例中，必須滿(mǎn)足以下具體條件中的一些但是并非所有具體條件·導(dǎo)數(shù)>第一閾值？·這一像素的最后η導(dǎo)數(shù)也>第二閾值？ 像素范圍< 檢測(cè)深度？·像素位置>鉆頭位置？如果滿(mǎn)足這些指定條件中的所有條件或者子集，則向目標(biāo)檢測(cè)掩模添加464標(biāo)記以醒目顯示潛在目標(biāo)/障礙的位置。將目標(biāo)檢測(cè)掩模應(yīng)用466于裁剪的SAR圖像，并且顯示468加標(biāo)記的SAR圖像以示出可能目標(biāo)/障礙位置。如果未滿(mǎn)足這些指定條件中的所有條件或者子集，則控制返回到塊450。圖15是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的為了導(dǎo)數(shù)成像對(duì)象檢測(cè)而實(shí)施的HDD系統(tǒng)的各種部件的框圖。圖15中所示HDD系統(tǒng)部件包括上文參照其它圖描述的鉆孔工具501、GPR單元502、HDD機(jī)器505和控制器506。圖15也示出了人機(jī)接口(HMI) 507、顯示器508和耦合到顯示器508的對(duì)象報(bào)警接口 509。根據(jù)各種實(shí)施例，HMI 507提供在鉆具操作者與雷達(dá)傳感器之間的接口。HMI 507的命令可以經(jīng)由在鉆柱之上操作的基于簡(jiǎn)單文本的協(xié)議控制雷達(dá)。HMI 507可以提供用于例如配置系統(tǒng)的各種模式、可再配置的運(yùn)行時(shí)間處理引擎以及數(shù)據(jù)顯示和存儲(chǔ)的功能。HMI507的軟件也可以具有例如經(jīng)由編碼器的鉆具前進(jìn)測(cè)量。當(dāng)獲取和處理每個(gè)新掃描時(shí)，獲取的雷達(dá)圖像可以實(shí)時(shí)顯示于耦合到HMI 507的顯示器508上。一些實(shí)施例還包括耦合到顯示器508的對(duì)象報(bào)警接口或者設(shè)備509。報(bào)警接口 /設(shè)備509可以在檢測(cè)到對(duì)象時(shí)提供報(bào)警。可以例如以可視方式如光呈現(xiàn)報(bào)警，或者可以有聽(tīng)覺(jué)或者觸覺(jué)報(bào)警。對(duì)象報(bào)警接口/設(shè)備也可以使用標(biāo)記生成作為觸發(fā)。這可以包括在掩模圖像上生成的標(biāo)記數(shù)目或者密度?，F(xiàn)在參照?qǐng)D16，示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的SFCW HDD傳感器600的框圖。圖16中所示部件包括HMI 602、有線(xiàn)線(xiàn)路603和鉆頭傳感器601。示出了鉆頭傳感器601包括通信和雷達(dá)控制器(CTL) 604、采樣器和控制器(SMC) 605、雷達(dá)收發(fā)器(TRX) 606、校準(zhǔn)模塊(RFE) 607以及天線(xiàn)接口 608。 根據(jù)各種實(shí)施例，HMI 602可以用于控制、顯示和處理接收的雷達(dá)數(shù)據(jù)。HMI 602經(jīng)由有線(xiàn)線(xiàn)路603連接到鉆頭傳感器601。鉆頭傳感器601使用SFCW調(diào)制來(lái)測(cè)量與目標(biāo)的距離。使用具有數(shù)字IQ檢測(cè)的雙合成器外差架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)SFCW傳感器，在SMC 605與雷達(dá)收發(fā)器606之間拆分該傳感器的功能。雷達(dá)收發(fā)器606包括按照雷達(dá)中頻(IF)在頻率上偏移的發(fā)送和接收合成器，這些合成器與所需放大器和混合器一起將頻率下移至IF，該IF然后由SMC 605采樣并且轉(zhuǎn)換成解析信號(hào)。雷達(dá)收發(fā)器606例如可以被設(shè)計(jì)成在從700至1700MHz操作而接收器動(dòng)態(tài)范圍超過(guò)100dB。在本發(fā)明的各種實(shí)施例中，收發(fā)器經(jīng)由校準(zhǔn)模塊607連接到TX/RX收發(fā)分置雷達(dá)天線(xiàn)608。天線(xiàn)優(yōu)選地被設(shè)計(jì)成匹配土壤與寬泛范圍的介電常數(shù)。RFE 607既匹配雷達(dá)阻抗與天線(xiàn)608的阻抗又提供允許簡(jiǎn)單校準(zhǔn)雷達(dá)傳感器的線(xiàn)纜回路和端接(包括在向天線(xiàn)608的輸入的時(shí)間零的參考)。CTL 604在圖16中所示實(shí)施例中是主要雷達(dá)控制器。CTL 604配置和控制所有雷達(dá)模塊并且實(shí)施通信協(xié)議，該通信協(xié)議在HomePlug 有線(xiàn)接口之上操作并且允許經(jīng)由HMI 602控制雷達(dá)鉆頭傳感器601?，F(xiàn)在將出于示例而非限制的目的描述一個(gè)示例實(shí)施方式。主要參照?qǐng)D10、圖11和圖15-17，在HDD機(jī)器安裝和操作的背景中描述以下示例實(shí)施方式。在這一示例例子中，分兩段設(shè)計(jì)鉆頭。與鉆頭的前端最近的段是天線(xiàn)模塊。天線(xiàn)模塊需要近似14英寸長(zhǎng)、I英寸寬和I. 3英寸深的空間。直接在天線(xiàn)模塊后方是用于電子器件模塊的第二段。包括旋轉(zhuǎn)傳感器、電源和通信硬件的雷達(dá)電子器件模塊約為26英寸長(zhǎng)、I英寸寬和I. 25英寸高。兩個(gè)模塊被設(shè)計(jì)成可以快速和容易安裝于鉆頭中的“落入式(drop-in) ”封裝。直徑為3英寸而長(zhǎng)度為59英寸的鉆頭多于足以容置這些部件。當(dāng)使用更小HDD機(jī)器時(shí)可能希望更小鉆頭。注意具有更大直徑的鉆頭鑒于雷達(dá)硬件所需要的相對(duì)大的空腔在鉆探之時(shí)提供附加強(qiáng)度。傳統(tǒng)HDD操作需要置于鉆頭以?xún)?nèi)的定位探測(cè)器以向鉆具操作者提供關(guān)于鉆頭的位置、深度和定向的信息。在一些實(shí)施例中可以包括定位探測(cè)器，在該情況下探測(cè)器將直接在鉆頭后方附著于獨(dú)立殼中。如先前討論的那樣，DCI CableLink 的適配持久安裝到鉆桿中，從而機(jī)械和電連接在鉆桿穿在一起時(shí)自動(dòng)出現(xiàn)。在HDD機(jī)器操作期間，裝入有雷達(dá)電子器件和天線(xiàn)模塊的鉆頭借助適配器桿連接到第一鉆桿的末端。所有鉆桿配備有CableLink 系統(tǒng)，因而機(jī)械和電連接在鉆探過(guò)程期間附加桿穿在一起時(shí)自動(dòng)出現(xiàn)。在鉆具上，鉆桿連接到驅(qū)動(dòng)卡盤(pán)和換向器環(huán)組件。沿著鉆柱經(jīng)過(guò)換向器環(huán)和兩個(gè)導(dǎo)體的線(xiàn)纜向現(xiàn)場(chǎng)儀表盒發(fā)送雷達(dá)信號(hào)和功率?，F(xiàn)場(chǎng)儀表盒與數(shù)據(jù)獲取計(jì)算機(jī)、距離編碼器和48伏電源接口。這一裝備可以在數(shù)據(jù)收集期間定位于鉆探機(jī)上或者旁邊。線(xiàn)性編碼器被裝配到HDD機(jī)器并且連接到鉆具卡盤(pán)以便記錄鉆桿的前進(jìn)并且按照受控距離間隔觸發(fā)雷達(dá)。在鉆桿推入地面時(shí)，線(xiàn)纜放出編碼器并且使編碼器前進(jìn)從而向HMI軟件提供桿前進(jìn)測(cè)量并且按照離散距離間隔觸發(fā)雷達(dá)電子器件。在鉆頭推入地面時(shí)，獲取并且在計(jì)算機(jī)顯示器上實(shí)時(shí)顯示雷達(dá)圖像。在鉆桿的10英尺分節(jié)插入于地面之后，操作者通常暫停雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取并且從鉆柱斷開(kāi)鉆具卡盤(pán)。這一動(dòng)作暫時(shí)斷開(kāi)向雷達(dá)電子器件的供電。在添加另一鉆桿之前，編碼器線(xiàn)纜在鉆具卡盤(pán)朝著鉆具的后面撤退時(shí)縮回。在另一個(gè)桿被插入并且連接到鉆柱時(shí)，向雷達(dá)電子器件恢復(fù)供電，并且操作者恢復(fù)數(shù)據(jù)收集。如必需的那樣沿著計(jì)劃鉆孔路徑推動(dòng)和旋轉(zhuǎn)鉆柱。重復(fù)這一過(guò)程直至完成整個(gè)鉆孔。
在鉆孔完成時(shí)，去除鉆頭并且連接尺寸比安裝的產(chǎn)品略大的后鉆孔器(backreamer) 0轉(zhuǎn)體將多個(gè)尺寸和樣式的管或者線(xiàn)纜附著到后鉆孔器。在定向鉆探，隨后回拉和去除每個(gè)桿直至經(jīng)過(guò)整個(gè)鉆孔路徑拉動(dòng)后鉆孔器和產(chǎn)品。本發(fā)明的實(shí)施例涉及對(duì)已經(jīng)使用這里描述的導(dǎo)數(shù)成像方法檢測(cè)到的地面下公用設(shè)施繪圖的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的實(shí)施例也涉及獲取并且在數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)繪圖數(shù)據(jù)的系統(tǒng)和方法以及提供預(yù)訂用戶(hù)對(duì)存儲(chǔ)的繪圖數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)和使用的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的實(shí)施例涉及生成檢測(cè)到的公用設(shè)施的繪圖并且在GIS或者其它地理參考系統(tǒng)內(nèi)并入繪圖數(shù)據(jù)?？梢陨蓹z測(cè)到的公用設(shè)施的2D繪圖和/或3D繪圖?？梢员热缤ㄟ^(guò)使用操作者接口來(lái)顯示與檢測(cè)到的公用設(shè)施或者地下關(guān)聯(lián)的物理參數(shù)的公用設(shè)施繪圖和其它數(shù)據(jù)。在通過(guò)引用而結(jié)合于此的第6，751，553號(hào)共有美國(guó)專(zhuān)利中公開(kāi)了用于在本發(fā)明各種實(shí)施例的背景中實(shí)施公用設(shè)施繪圖并且管理公用設(shè)施繪圖數(shù)據(jù)的附加細(xì)節(jié)。在示例格式中呈現(xiàn)這里提供的討論和圖示，其中描述和圖示所選實(shí)施例以呈現(xiàn)本發(fā)明的各種方面。根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)、設(shè)備或者方法可以包括這里描述的特征、結(jié)構(gòu)、方法或者其組合中的一項(xiàng)或者多項(xiàng)。例如可以實(shí)施設(shè)備或者系統(tǒng)以包括下文描述的有利特征和/或過(guò)程中的一項(xiàng)或者多項(xiàng)?？梢詫?shí)施根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備或者系統(tǒng)以包括在單獨(dú)例子和/或圖示中圖示和/或討論的多個(gè)特征和/或方面。旨在于這樣的設(shè)備或者系統(tǒng)無(wú)需包括所有這里描述的特征。但是可以被實(shí)施成包括提供有用結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和/或功能的所選特征。雖然為了簡(jiǎn)潔而可以?xún)H描述某些功能的例子為由電路執(zhí)行，但是可以如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解的那樣可以使用這里描述的電路和方法來(lái)執(zhí)行任何功能、方法和技術(shù)。將理解盡管在前文描述中與各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)一起闡述各種實(shí)施例的許多特征，但是這一具體描述僅為示例并且可以尤其在各種實(shí)施例舉例說(shuō)明的部分的結(jié)構(gòu)和布置問(wèn)題上在表達(dá)所附權(quán)利要求的措詞的廣泛通用含義所指示的完全程度上具體進(jìn)行改變。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括 傳感器，配置成生成針對(duì)地下的系列掃描；以及 處理器，耦合到所述傳感器并且配置成執(zhí)行存儲(chǔ)的程序指令，所述程序指令使所述處理器使用所述系列掃描來(lái)生成系列地下圖像、使用所述系列地下圖像來(lái)創(chuàng)建導(dǎo)數(shù)圖像、對(duì)所述導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試并且基于所述一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試來(lái)檢測(cè)地下對(duì)象。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器包括以下各項(xiàng)中的至少一項(xiàng) 地面穿透雷達(dá)； 聲學(xué)或者地震傳感器； 電磁傳感器； 磁場(chǎng)生成器和配置成檢測(cè)返回信號(hào)的檢測(cè)器； 磁共振(MRI)源和配置成檢測(cè)返回信號(hào)的檢測(cè)器； 正電子發(fā)射(PET)源和配置成檢測(cè)返回信號(hào)的檢測(cè)器； 核磁共振(NMR)傳感器和配置成檢測(cè)返回信號(hào)的檢測(cè)器；以及 時(shí)域電磁(TDEM)傳感器和配置成檢測(cè)返回信號(hào)的檢測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述傳感器被配置用于地上可移動(dòng)或者地下部署。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，包括耦合到所述處理器的用戶(hù)接口，所述用戶(hù)接口包括用于顯示地下圖像和指示所述檢測(cè)到的地下對(duì)象的標(biāo)志的顯示器。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，包括耦合到所述處理器的顯示器，其中所述處理器被配置成形成掩模圖像，所述掩模圖像包括指示對(duì)象檢測(cè)位置的一個(gè)或者多個(gè)標(biāo)記；將所述掩模圖像應(yīng)用于所述地下圖像；并且在所述顯示器上顯示應(yīng)用于所述地下圖像的所述掩模圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置成計(jì)算與所述地下圖像的像素或者像素簇關(guān)聯(lián)的反射或者散射能量參數(shù)的導(dǎo)數(shù)并且使用所述反射或者散射能量參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成所述導(dǎo)數(shù)圖像。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置成計(jì)算所述地下圖像的像素參數(shù)或者像素簇參數(shù)的導(dǎo)數(shù)、使用所述像素或者像素簇參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成所述導(dǎo)數(shù)圖像、確定每個(gè)像素或者像素簇的導(dǎo)數(shù)是否超過(guò)第一閾值、以及確定用于這一像素或者像素簇的前η導(dǎo)數(shù)是否超過(guò)第二閾值，其中η為整數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置成計(jì)算所述地下圖像的像素參數(shù)或者像素簇參數(shù)的導(dǎo)數(shù)、使用所述參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成所述導(dǎo)數(shù)圖像并且執(zhí)行以下各項(xiàng)中的至少兩項(xiàng) 確定每個(gè)像素或者像素簇的所述導(dǎo)數(shù)是否超過(guò)第一閾值； 確定用于這一像素或者像素簇的前η導(dǎo)數(shù)是否超過(guò)第二閾值，其中η為整數(shù)； 確定與每個(gè)像素或者像素簇關(guān)聯(lián)的范圍是否小于預(yù)定檢測(cè)范圍；以及 確定與每個(gè)像素或者像素簇關(guān)聯(lián)的位置是否超出預(yù)定位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置成裁剪所述地下圖像以除去所述地下圖像的超出預(yù)定檢測(cè)范圍的部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其中所述處理器被配置成使用所述系列掃描來(lái)創(chuàng)建合成孔徑雷達(dá)(SAR)圖像并且創(chuàng)建所述SAR圖像的導(dǎo)數(shù)圖像。
11.一種方法，包括 生成針對(duì)地下的系列掃描； 使用所述系列地下圖像來(lái)創(chuàng)建導(dǎo)數(shù)圖像； 對(duì)所述導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試；以及 基于所述一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試來(lái)檢測(cè)地下對(duì)象。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，包括響應(yīng)于檢測(cè)到所述地下障礙來(lái)生成可視輸出和可聽(tīng)輸出中的一個(gè)或者兩個(gè)輸出。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中創(chuàng)建所述導(dǎo)數(shù)圖像包括 計(jì)算與所述地下圖像的像素或者像素簇關(guān)聯(lián)的亮度的導(dǎo)數(shù)；以及 使用所述亮度的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成所述導(dǎo)數(shù)圖像。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中 創(chuàng)建所述導(dǎo)數(shù)圖像包括 計(jì)算所述地下圖像的像素參數(shù)或者像素簇參數(shù)的導(dǎo)數(shù)；以及 使用所述像素或者像素簇參數(shù)的導(dǎo)數(shù)來(lái)形成所述導(dǎo)數(shù)圖像；并且 對(duì)所述導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試包括 確定每個(gè)像素或者像素簇的導(dǎo)數(shù)是否超過(guò)第一閾值；以及 確定用于這一像素或者像素簇的前η導(dǎo)數(shù)是否超過(guò)第二閾值，其中η為整數(shù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中 生成所述地下圖像包括使用所述系列掃描來(lái)創(chuàng)建合成孔徑雷達(dá)(SAR)圖像；并且 創(chuàng)建所述導(dǎo)數(shù)圖像包括創(chuàng)建所述SAR圖像的導(dǎo)數(shù)圖像。
全文摘要
生成用于地下的系列掃描，并且使用系列地下圖像來(lái)創(chuàng)建導(dǎo)數(shù)圖像。對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試，并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試檢測(cè)地下對(duì)象。傳感器被配置成生成用于地下的系列掃描，并且處理器耦合到傳感器并且配置成執(zhí)行存儲(chǔ)的程序指令，程序指令使處理器使用系列掃描來(lái)生成地下的系列圖像、使用系列地下圖像來(lái)創(chuàng)建導(dǎo)數(shù)圖像、對(duì)導(dǎo)數(shù)圖像執(zhí)行一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試并且基于一個(gè)或者多個(gè)測(cè)試檢測(cè)地下對(duì)象。
文檔編號(hào)G01S13/89GK102859394SQ201180016402
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月14日
發(fā)明者W·S·哈達(dá)德 申請(qǐng)人:弗米爾制造公司