車輛上用于檢測(cè)操作手勢(shì)的傳感器系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)用于光學(xué)輔助地識(shí)別對(duì)機(jī)動(dòng)車進(jìn)行的 操作手勢(shì)或者操作動(dòng)作。
[0002] 本發(fā)明尤其涉及如下傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)能夠檢測(cè)并評(píng)估在時(shí)間上以及在 空間上分辨開的信息，以識(shí)別使用者的操作意圖。
【背景技術(shù)】
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中公知有如下光學(xué)方法，該方法響應(yīng)于對(duì)圖像信息的評(píng)估來(lái)識(shí)別操 縱，并且隨后觸發(fā)例如轉(zhuǎn)換過(guò)程。例如這里要提到監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)視頻評(píng)估，其從各個(gè)圖像 或者一系列圖像讀取模本或者運(yùn)動(dòng)。此外，還公知有很多其他光學(xué)輔助的系統(tǒng)，其中，它們 屬于最基本的光柵或者亮度傳感器。然而，具有較高復(fù)雜性的光學(xué)器件常常利用大多被稱 為像素的光敏檢測(cè)單元的陣列，例如以CCD陣列的形式，它們并行地采集光學(xué)信息。
[0004] DE 10 2008 025 669 Al公開了一種光學(xué)傳感器，該傳感器探測(cè)到一個(gè)手勢(shì)，隨后 自動(dòng)地運(yùn)動(dòng)車輛的關(guān)閉元件。
[0005] WO 2008/116699 A2涉及一種光學(xué)傳感器芯片，并且涉及一種光學(xué)防夾保護(hù)設(shè)備， 其用于監(jiān)控機(jī)動(dòng)車中的車窗玻璃、推拉門或尾蓋。
[0006] WO 2012/084222 Al公開了一種用于操縱和監(jiān)控關(guān)閉元件的光學(xué)傳感器。
[0007] 因?yàn)槭謩?shì)控制在不同技術(shù)領(lǐng)域中得到越來(lái)越多認(rèn)可，所以也已經(jīng)嘗試將這種純光 學(xué)系統(tǒng)用于在機(jī)動(dòng)車中識(shí)別操作意圖。然而，在這種系統(tǒng)中，此外還通過(guò)電容系統(tǒng)進(jìn)行操作 檢測(cè)。
[0008] DE 10 2011 089 195 Al公開了一種用于利用類似類型的光學(xué)輔助裝置來(lái)非接觸 式檢測(cè)物品和操作手勢(shì)的系統(tǒng)，正如該光學(xué)輔助裝置也能用于本發(fā)明那樣。然而，這種類型 的系統(tǒng)在能量消耗方面是要求很高的，由于能量需求，對(duì)在車輛周圍的接近控制的持續(xù)監(jiān) 控是存在問題的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的任務(wù)是提供一種光學(xué)輔助的并且能量?jī)?yōu)化的用于在針對(duì)車輛的接近系 統(tǒng)中進(jìn)行操作控制的系統(tǒng)。
[0010] 該任務(wù)通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的裝置來(lái)解決。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)利用了光學(xué)檢測(cè)，但不是純粹的圖像檢測(cè)。使用以時(shí)間驅(qū)控的 像素陣列，該像素陣列允許了間距檢測(cè)，并且通過(guò)分析時(shí)間序列中的間距信息可以檢測(cè)物 體的運(yùn)動(dòng)。公知有如下檢測(cè)裝置，其檢測(cè)相對(duì)于像素的位置信息，尤其是距傳感器或者檢測(cè) 裝置的距離。根據(jù)采用的評(píng)估方法，該系統(tǒng)被稱為例如"飛時(shí)測(cè)距（Time-of-Flight) "系統(tǒng) 或者也被稱為"3D成像儀"或者"區(qū)域成像儀（Range Imager)"。這種系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域主要 是工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域、安全技術(shù)和機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域。在機(jī)動(dòng)車中，3D傳感器使用在車道保持系 統(tǒng)中，用于保護(hù)行人或者作為停車輔助器使用。不僅三角測(cè)量的方案而且干涉法的方案以 及光傳播時(shí)間測(cè)量（飛時(shí)測(cè)距（ToF))的方案均可以用光學(xué)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)除了光源以外具有光敏像素陣列。光源布置在敏感像素陣列的 區(qū)域中，例如以與陣列很短的間距。控制電路不僅控制光源的運(yùn)行而且控制像素陣列的運(yùn) 行。
[0013] 在這方面，參考與之相關(guān)的詳細(xì)描述技術(shù)設(shè)計(jì)方案及其實(shí)現(xiàn)的文章，尤其是博 士論文''Photodetektoren und Auslesekonzepte filr3D-Time-〇f-Flight-BiIdsensor en in 0, 35 μ m_Standard_CMOS_Technologie'，，Andreas Spickermann, Fakultat filr Ingenieurwissenschaften der University Duisburg-Essen, 2〇10( "用于 0· 35 微米標(biāo)準(zhǔn) CMOS技術(shù)中的3D中的飛時(shí)測(cè)距圖像傳感器的光電探測(cè)器和讀取設(shè)計(jì)方案"，作者：Andeas Spickermann，杜伊斯堡埃森大學(xué)工程技術(shù)專業(yè)，2010年）。
[0014] 另外，參考公開文章 "Optimized Distance Measurement With3D-CMOS Image Sensor and Real-Time Processing of the 3D Data for Applications in Automotive and Safety Engineering"，Bernhard Konig, Falcultat filr Ingenieurwissenschaften der Universitat Duisburg-Essen, 2008( "利用3D-CM0S成像傳感器的優(yōu)化的間距測(cè)量以 及3D數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理在自動(dòng)化和安全工程中的應(yīng)用"，作者=Bernhard IGinig，杜伊斯堡埃 森大學(xué)工程技術(shù)專業(yè)，2008年）。
[0015] 上述論文描述了可用的光學(xué)傳感器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，從而在本申請(qǐng)的框架內(nèi)參 考其公開內(nèi)容，并且僅為了理解本申請(qǐng)而對(duì)相關(guān)的方面進(jìn)行解釋。
[0016] 本發(fā)明涉及一種利用飛時(shí)測(cè)距（ToF)方法的傳感器系統(tǒng)，因此在這里對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn) 要的解釋。
[0017] 在ToF方法中，用光源照亮空間區(qū)域，并且用面?zhèn)鞲衅饔涗洀目臻g區(qū)域中的物體 反射回來(lái)的光的傳播時(shí)間。為此，應(yīng)當(dāng)將光源和傳感器盡可能彼此靠近地布置。由光傳播 時(shí)間和光速的線性關(guān)系可以確定傳感器和被測(cè)物體之間的間距。為了測(cè)量時(shí)間延遲，必須 建立光源和傳感器之間的同步。通過(guò)使用脈沖光源可以優(yōu)化該方法，這是因?yàn)槎痰墓饷}沖 (在納秒范圍內(nèi)）可以實(shí)現(xiàn)有效的背景光抑制。此外，只要間距足夠大，通過(guò)使用脈沖光就 可以避免在特定距離情況下的可能的模糊性。
[0018] 一方面，在該設(shè)計(jì)方案中，光源以脈沖的方式運(yùn)行。此外，將探測(cè)單元也就是說(shuō)像 素陣列以對(duì)脈沖敏感的方式（gepulst sensitiv)連接，也就是說(shuō)，將各個(gè)像素的積分窗 (Integrationsfenster)在時(shí)間上與光源同步，并且以積分持續(xù)時(shí)間進(jìn)行限制。通過(guò)比較以 不同積分持續(xù)時(shí)間得到的結(jié)果，尤其可以計(jì)算出背景光的影響。
[0019] 重要的是：該檢測(cè)方法不是基于圖像的檢測(cè)方法。它是針對(duì)每個(gè)像素獲知間距信 息，這通過(guò)時(shí)間上的光探測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后，在像素陣列的應(yīng)用中存在間距值的矩陣，其在周 期性檢測(cè)時(shí)允許對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的注釋和跟蹤。
[0020] 然而，根據(jù)本發(fā)明，在檢測(cè)裝置的不同運(yùn)行模式之間存在差別。對(duì)此，形成為了檢 測(cè)而由控制裝置分開進(jìn)行驅(qū)控的像素組。
[0021] 在對(duì)其余像素同時(shí)解除激活的情況下驅(qū)控像素的子組時(shí)，實(shí)現(xiàn)了能量節(jié)約。
[0022] 也就是說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明，將陣列的各個(gè)像素組合成不同的組，其中，這些組中的一 個(gè)組例如可以包括所有像素，而第二組僅包括一部分像素。在此，由對(duì)像素信號(hào)的評(píng)估得出 何時(shí)以哪種模式接通。在本申請(qǐng)的框架內(nèi)，將該設(shè)計(jì)方案稱為驅(qū)控模型。因此也就是說(shuō)，驅(qū) 控模型可以包括像素選擇和附屬的驅(qū)控參數(shù)（例如時(shí)間參數(shù)）。
[0023] 也就是說(shuō)，如果僅運(yùn)行像素的子群，那么仍然以預(yù)先規(guī)定的的方式對(duì)該像素的子 群進(jìn)行驅(qū)控和評(píng)估以獲知各個(gè)像素中的每一個(gè)像素的間距值。在此，可以以不同于在運(yùn)行 全部像素的情況下進(jìn)行驅(qū)控的方式，尤其是以不同的時(shí)間參數(shù)對(duì)一部分像素進(jìn)行驅(qū)控。例 如，如果在像素陣列上的矩形的像素布置中僅驅(qū)控在外緣上的像素組，那么這足以檢測(cè)在 傳感器系統(tǒng)的檢測(cè)區(qū)域中操作者的接近。雖然這種檢測(cè)在其精確度上與利用全部像素的檢 測(cè)是不等價(jià)的，但這也是不需要的，因?yàn)樵谟袑?duì)精確度的改善需求時(shí)全部像素將會(huì)被激活。
[0024] 也就是說(shuō)，如果例如將所提到的像素框在息止模式下保持激活，那么相比于激活 模式，通過(guò)該像素框可以以更大的時(shí)間間隔進(jìn)行檢測(cè)，并且較粗略地評(píng)估是否存在可能的 使用者接近。如果存在使用者接近，那么將傳感器系統(tǒng)變換到另一運(yùn)行模式，即激活模式， 在該激活模式下將另一像素組，例如全部像素激活并進(jìn)行評(píng)估。進(jìn)行評(píng)估的頻率在不同的 運(yùn)行模式下也可以是不同的。
[0025] 如上面已經(jīng)提到的那樣，像素組可以具有交集，并且一個(gè)像素組可以完全包含另 一像素組。
[0026] 原則上評(píng)估模型也分別屬于其中每個(gè)驅(qū)控模型。評(píng)估模型可以在驅(qū)控模型方面進(jìn) 行適配。
[0027] 如果在車輛上使用這種類型的傳感器系統(tǒng)，用于監(jiān)控外部區(qū)域并且用于對(duì)進(jìn)入車 輛進(jìn)行控制，那么激活像素的子集就足以至少能確定使用者的接近。如果使用者在該區(qū)域 中運(yùn)動(dòng)，那么這通過(guò)在多個(gè)像素中的距離值的表征的信號(hào)變化被檢測(cè)到。雖然利用在息止 模式下的減小的像素陣列分辨率不能進(jìn)行精確的手勢(shì)識(shí)別，但是這種精確的手勢(shì)識(shí)別也是 不需要的。確切的說(shuō)，對(duì)使用者接近的粗略識(shí)別導(dǎo)致通過(guò)控制裝置進(jìn)行的驅(qū)控發(fā)生改變，從 而使得現(xiàn)在在激活模式下驅(qū)控另一像素組，可能是包括第一像素組的像素組。于是，借助提 高的分辨率，可以檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)手勢(shì)。
[0028] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選設(shè)計(jì)方案中，從像素陣列中，將位于靠外的區(qū)域，例如像素陣 列邊緣中的像素作為第一組進(jìn)行激活。通過(guò)該措施，在減小像素?cái)?shù)的同時(shí)最優(yōu)地利用了信 號(hào)的可區(qū)分性和空間延伸。
[0029] 在本發(fā)明的另一設(shè)計(jì)方案中，在利用第一像素組的運(yùn)行模式（息止模式）中的詢 問頻率相對(duì)于如下詢問頻率被減小，擴(kuò)展的像素組以該詢問頻率在激活模式中運(yùn)行以進(jìn)行 手勢(shì)識(shí)別。根據(jù)本發(fā)明，相比于對(duì)使用者手勢(shì)的更精確分辨的檢測(cè)，以較低頻率對(duì)使用者的 接近檢測(cè)進(jìn)行檢查就足夠了。
[0030] 在傳感器陣列上選出的像素組的布置也可以以可隨著時(shí)間改變的方式實(shí)現(xiàn)。例 如，可以交替地周期性地詢問傳感器面的四分之一，從而雖然像素?cái)?shù)在省電模式下在每次 詢問時(shí)基本相同，但并不總是相同的像素被用于這種節(jié)能詢問。在上述使用像素的四分之 一的示例中，可以例如周期性地改變四分之一區(qū)塊，從而使每個(gè)像素僅在每四次的詢問中 被激活。
[0031] 重要的是，通過(guò)驅(qū)控陣列的像素子組，傳感器本身在其他運(yùn)行模式中作為省電的 激活傳感器運(yùn)行。這種根據(jù)本發(fā)明的做法相對(duì)于使用獨(dú)立的激活傳感器具有結(jié)構(gòu)上的優(yōu) 點(diǎn)，這是因?yàn)樾枰俚牟考?br>[0032] 根據(jù)本發(fā)明，在節(jié)能模式下進(jìn)行的檢測(cè)，即使它是首次的粗略檢測(cè)，也可以附加地 用于對(duì)運(yùn)動(dòng)手勢(shì)的隨后的并且更精確分辨的檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 現(xiàn)在，參照實(shí)施例更詳細(xì)地闡述本發(fā)明。其中：
[0034] 圖1示意性示出根據(jù)本發(fā)明的檢測(cè)設(shè)備在車輛上的使用狀況；
[0035] 圖2