車輛上用于檢測操作手勢的通用傳感器系統(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)輔助地識別對機(jī)動車進(jìn)行的 操作手勢或者操作動作。
[0002] 本發(fā)明尤其涉及如下傳感器系統(tǒng)，該傳感器系統(tǒng)能夠檢測并評估在時(shí)間上以及在 空間上分辨開的信息，以識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)于對圖像信息的評估來識別操 縱，并且隨后觸發(fā)例如轉(zhuǎn)換過程。例如這里要提到監(jiān)控系統(tǒng)的自動視頻評估，其從各個(gè)圖像 或者一系列圖像讀取模本或者運(yùn)動。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，該傳感器探測到一個(gè)手勢，隨后 自動地運(yùn)動車輛的關(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)槭謩菘刂圃诓煌夹g(shù)領(lǐng)域中得到越來越多認(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)動車中識別操作意圖。然而，在這種系統(tǒng)中，此外還通過電容系統(tǒng)進(jìn)行操作 檢測。
[0008] DE 10 2011 089 195 Al公開了一種用于利用類似類型的光學(xué)輔助裝置來非接觸 式檢測物品和操作手勢的系統(tǒng)，正如該光學(xué)輔助裝置也能用于本發(fā)明那樣。然而，這種系統(tǒng) 經(jīng)常單獨(dú)地與車輛上的使用區(qū)域相協(xié)調(diào)，從而針對不同的裝配位置和安裝條件要提供不同 的裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的任務(wù)是提供一種光學(xué)輔助的并且通用的用于在針對車輛的接近系統(tǒng)中 進(jìn)行操作控制的系統(tǒng)。
[0010] 該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的裝置來解決。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)利用了光學(xué)檢測，但不是純粹的圖像檢測。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，并且通過分析時(shí)間序列中的間距信息可以檢測物 體的運(yùn)動。公知有如下檢測裝置，其檢測相對于像素的位置信息，尤其是距傳感器或者檢測 裝置的距離。根據(jù)采用的評估方法，該系統(tǒng)被稱為例如"飛時(shí)測距（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)自動化技術(shù)領(lǐng)域、安全技術(shù)和機(jī)動車領(lǐng)域。在機(jī)動車中，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。不僅三角測量的方案而且干涉法的方案以 及光傳播時(shí)間測量（飛時(shí)測距（ToF))的方案均可以用光學(xué)傳感器來實(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uPhotodetektoren und Auslesekonzepte flir3D-Time-〇f-Flight-BiIdsensor en in 0, 35 μ m-Standard-CMOS-Technologie^ , Andreas Spickermannj Fakultat flir Ingenieurwissenschaften der University Duisburg-Essen，2010( "用于 0· 35 微米標(biāo)準(zhǔn) CMOS技術(shù)中的3D中的飛時(shí)測距圖像傳感器的光電探測器和讀取設(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 with 3D-CM0S Image Sensor and Real-Time Processing of the 3D Data for Applications in Automotive and Safety Engineering"，Bernhard Konig, Fakultat filr Ingenieurwissenschaften der UniversitSt Duisburg-Essen, 2008( "利用3D-CM0S成像傳感器的優(yōu)化的間距測量以 及3D數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理在自動化和安全工程中的應(yīng)用"，作者：Bernhard Kiinig，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)，從而在本申請的框架內(nèi)參 考其公開內(nèi)容，并且僅為了理解本申請而對相關(guān)的方面進(jìn)行解釋。
[0016] 本發(fā)明涉及一種利用飛時(shí)測距（ToF)方法的傳感器系統(tǒng)，因此在這里對其進(jìn)行簡 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物體之間的間距。為了測量時(shí)間延遲，必須 建立光源和傳感器之間的同步。通過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，將探測單元也就是說像 素陣列以對脈沖敏感的方式（gepulst sensitiv)連接，也就是說，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：該檢測方法不是基于圖像的檢測方法。它是針對每個(gè)像素探知間距信 息，這通過時(shí)間分辨的光探測來實(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 周期性檢測時(shí)允許對物體運(yùn)動的注釋和跟蹤。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明，能通用的傳感器裝置具有像素陣列，其能夠自動化地適配于不同的 安裝狀況。為此，根據(jù)本發(fā)明，使用具有能通用的形式和像素?cái)?shù)的陣列。相對于公知的裝置， 驅(qū)控和評估裝置具有初始化模式或測量模式。因而，由驅(qū)控和評估裝置能夠驅(qū)控光源和像 素陣列的至少兩個(gè)運(yùn)行模式，即初始化模式和在初始化之后的檢測模式。
[0021] 在初始化模式中，通過設(shè)備的測量過程確定裝入的傳感器裝置的哪些像素在考慮 到安裝狀況的情況下可供用于傳感檢測。為此，在初始化模式中，運(yùn)行光源并且確定哪些像 素具有與光源的驅(qū)控模型相兼容的信號圖像。在根據(jù)初始化模型驅(qū)控光源的情況下沒有表 現(xiàn)出相兼容的信號變化的那些像素持久地、始終直至下次初始化都停止運(yùn)行，或者至少在 評估模型數(shù)據(jù)和距離數(shù)據(jù)時(shí)就其值而言不予考慮。
[0022] 也就是說，用于像素陣列的評估模型依賴于在初始化過程中獲得的數(shù)據(jù)而進(jìn)行適 配。相應(yīng)地，在實(shí)施初始化過程之后，評估模型僅回到如下像素值，這些像素值在初始化過 程中以預(yù)定的程度表現(xiàn)出對驅(qū)控光源的響應(yīng)。
[0023] 針對初始化本身，可以針對光源和評估裝置使用不同的驅(qū)控模型。例如，光源可以 在初始化期間在更大的持續(xù)時(shí)間，例如數(shù)秒上進(jìn)行驅(qū)控，以便輻射出光。在該輻射持續(xù)時(shí)間 期間，像素陣列被多次在不同的持續(xù)時(shí)間上激活地接通，并且檢查是否依賴于激活電路的 持續(xù)時(shí)間地在像素處存在一致的信號增加。此外，在像素區(qū)上對信號應(yīng)答進(jìn)行比較。以這 種方式，在控制和評估裝置中把像素歸類為相關(guān)像素或者不相關(guān)像素。這種分組持久地存 儲在控制和評估裝置中。直至下一初始化，為了測量僅對相關(guān)像素的信號進(jìn)行訪問。
[0024] 重要的是：具有統(tǒng)一尺寸的像素區(qū)在探測模式下可以具有不同的激活的區(qū)大小。 這種通用傳感器裝置可以在車輛的不同位置上并且在不同的安裝狀況下使用。結(jié)構(gòu)相同的 傳感器系統(tǒng)可以例如為了門控制而裝配在車輛的B柱上，或者為了監(jiān)控而裝配在車尾區(qū)域 或者前部區(qū)域中。在不同的安裝位置上，像素陣列在探測區(qū)域中的自由視野是不同的，例如 受到探測開口大小的限制，或者受到車輛上的其他結(jié)構(gòu)的限制。
[0025] 此外，重要的是：對傳感區(qū)的測量全自動地在初始化模式下進(jìn)行。通過初始化協(xié) 議，通過光源控制裝置和評估裝置的控制檢測能傳感激活的像素面。采用如下判據(jù)作為判 據(jù)，這些判據(jù)允許了像素響應(yīng)的區(qū)分。根據(jù)本發(fā)明，可以例如在該面上對像素的表現(xiàn)進(jìn)行比 較。如果一些像素組在不同的測量過程中顯示出到物體的不同的距離，而其他像素組始終 顯示出相同的距離，那么可以得出后提到的像素被車輛部件遮擋了，并且在探測區(qū)域上沒 有自由視野。初始化過程可以一直進(jìn)行，直至探測到在像素表現(xiàn)方面的明確的區(qū)別。
[0026] 在本發(fā)明的應(yīng)用中，可以針對測量過程提供人工環(huán)境。例如可以將為此設(shè)置的半 球狀的系統(tǒng)以其空心側(cè)倒扣在光源和傳感區(qū)上，以便實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的均勻的照射。這樣的半 球體導(dǎo)致對實(shí)際激活的像素，即具有到探測區(qū)域的自由視野的那些像素的可靠探測被檢測 到。備選地，可以將彼此不同的半球體或者其他物體保持在傳感器之前，僅那些在驅(qū)控時(shí)也 得出不同距離的像素被認(rèn)為是有效像素。
[0027] 初始化本身可以通過用戶來發(fā)起，或者在裝配車輛時(shí)一次性地實(shí)施。此外，也可以 進(jìn)行初始化的重復(fù)，以便分別測量到針對探測當(dāng)前可接近的區(qū)域。在最后提到的情況下，初 始化甚至可以被設(shè)計(jì)為例如通過傳感器裝置的初始化或者不可接近的像素的相應(yīng)的解除 激活使車輛上的會導(dǎo)致傳感區(qū)受到不利影響的臨時(shí)結(jié)構(gòu)或者其他變化得以考慮。
[0028] 也就是