用于測量兩個公共交通工具之間距離的裝置制造方法
【專利摘要】一種用于測量兩個公共交通工具之間距離的裝置。本發(fā)明提出了一種用于測量能夠機(jī)械耦合或解耦和的第一和第二公共交通工具（V1，V2）之間距離的裝置，其特征在于：-第一交通工具的至少前面部分包括視頻設(shè)備，該視頻設(shè)備包括至少一個照相機(jī)（CAM），第二交通工具的后面部分包括由所述攝像機(jī)成像的圖案（P1、P2、P3、L2、D2、CP2…），-所述圖案包括多個標(biāo)記，通過改變兩個交通工具之間的距離，所述標(biāo)記的成像的幾何特征改變，-在與距離值相關(guān)的改變的序列中，通過所述標(biāo)記的第一自動識別和第二分類，在處理單元（CU）中檢測成像的幾何特征的所述變化。
【專利說明】用于測量兩個公共交通工具之間距離的裝置
[0001]本發(fā)明涉及尤其通過普通視頻設(shè)備來測量能夠機(jī)械耦合或解耦合的兩個公共交通工具之間的距離。
[0002]公共交通工具的耦合和解耦合需要知道所述交通工具和它們相關(guān)聯(lián)的耦合裝置之間的距離。尤其通過當(dāng)前的對其盡可能避免操作員支持的基于通信的列車控制(CBTC)，接近交通工具的耦合操作必須安全可靠。為了在耦合之前確定列車組之間的距離，列車組上安裝有一些設(shè)備，例如測距儀或其他類似的基于回波的測量裝置。這些裝置提供關(guān)于距離的單一信息，而沒有考慮其他潛在的環(huán)境參數(shù)或技術(shù)缺陷，例如交通工具之間的障礙物、可見度不足、耦合和解耦合期間部件或處理的缺陷。因此，耦合/解耦合交通工具的處理仍不夠安全。而且，由于這樣的失敗，沒有裝置用于發(fā)出警報來阻止任何潛在的損壞。
[0003]本發(fā)明要實現(xiàn)的一個總的目標(biāo)是提供一種用于測量能夠機(jī)械耦合或解耦合的兩個公共交通工具之間距離的裝置，所述裝置改進(jìn)了耦合/解耦合的過程，因為該裝置確保這些處理的高安全水平。
[0004]更特別的是，所述提出的裝置應(yīng)該提供簡單安裝概念，因為其應(yīng)利用當(dāng)前通常安裝在公共交通工具上(內(nèi)部/外部)、尤其用于乘客/障礙物測量目的的實際視頻裝置。
[0005]實現(xiàn)這樣的目標(biāo)在于提供一種用于測量能夠機(jī)械耦合或解耦合的第一和第二公共交通工具之間距離的裝置，其特征在于:
[0006]-第一交通工具的至少前面部分包括視頻設(shè)備，所述視頻設(shè)備包括至少照相機(jī)，第二交通工具的后面部分包括由所述攝像機(jī)拍攝的圖案，
[0007]-所述圖案包括多個標(biāo)記，通過改變兩個交通工具之間的距離(例如增加或減小)，所述標(biāo)記的成像的幾何特征改變，
[0008]-在與距離值相關(guān)的變化的序列中，通過所述標(biāo)記的第一自動識別和第二分類，在處理單元(CU)中檢測成像的幾何特征的所述改變。
[0009]在有接近交通工具的情況下，裝置的一種實施方式的特征可以在于，通過減小兩個交通工具之間的距離，經(jīng)由被所述照相機(jī)光學(xué)分辨的更多數(shù)量的成像標(biāo)記來提供/檢測所述改變。所述裝置的另一實施方式的特征可以在于，通過減小兩個交通工具之間的距離，經(jīng)由更大尺寸的成像標(biāo)記來提供/檢測所述改變。這樣的替代實施方式可以在處理單元中被冗余地實施，從而也將提高根據(jù)本發(fā)明的所述裝置的安全水平。由于攝像機(jī)可以對交通工具前大視野(橫向/縱向)成像，也可以測量交通工具之間的小距離和高距離。通過交通工具的任何突然接近以及甚至在一些彎曲的或堆積的軌跡部分中遠(yuǎn)距離接近，對于確保距離的檢測和測量較為有利。
[0010]在優(yōu)選的實施方式中，根據(jù)本發(fā)明的所述裝置提供了:兩個交通工具的每個前面部分和后面部分包括圖案和攝像機(jī)，以使相關(guān)聯(lián)的處理單元可以輸出冗余的距離值。通過這種方式，所有交通工具對稱地(前/后)裝備有根據(jù)本發(fā)明的裝置。因此，即使一個交通工具的攝像機(jī)或其他裝置組件有缺陷，另一接近交通工具的裝置也可以輸出兩個交通工具之間的距離值。這導(dǎo)致提高了耦合/解耦合的安全水平的進(jìn)一步的保護(hù)問題。每個裝置以及它們各自的處理單元也可以例如在一些車載通信路由器/客戶端上進(jìn)行通信，以使它們各自輸出的距離值可以被比較，從而安全地確認(rèn)距離測量的有效性。
[0011]當(dāng)一個交通工具的所述耦合裝置位于接近另一交通工具的耦合裝置的區(qū)域中時，所述攝像機(jī)優(yōu)選地位于第一交通工具部分的頂部，以對第一和第二交通工具的耦合裝置進(jìn)行成像。照相機(jī)從上到下成像的這個配置允許在最大若干米的小范圍內(nèi)以及約1毫米(甚至毫米之下)的精度下成像和測量距離。通過這種方式，安全性的另一優(yōu)點(diǎn)是有破壞企圖的人不容易到達(dá)攝像機(jī)。
[0012]此外，所述裝置可以預(yù)見交通工具的耦合裝置包括具有如下標(biāo)記的至少附加圖案，該標(biāo)記由上述照相機(jī)針對初始圖案成像和分辨。這樣的圖案通常提供多個具有不同尺寸的印刷標(biāo)記/線/形狀，以使得針對小的距離由照相機(jī)光學(xué)分辨和識別它們中最小的，而更大的標(biāo)記將類似地表示更大的距離。假設(shè)兩個交通工具的耦合裝置的每個圖案完全被照相機(jī)分辨，圖案的實際尺寸是已知的，以及耦合裝置上的所述圖案的相對位置是已知的，那么在處理單元中可以估計耦合裝置之間(或交通工具之間)的距離。
[0013]交通工具的前面/后面部分或它們的耦合裝置上的所述圖案不是唯一的，因為根據(jù)本發(fā)明的所述裝置也可以提供:圖案的一些標(biāo)記是交通工具的前面部分、后面部分和/或耦合裝置的固有幾何特征。由于在所述交通工具的制造上該特征的幾何和尺寸數(shù)據(jù)完全已知，這些數(shù)據(jù)可以輸入在處理單元中，以更好地識別它們以及進(jìn)一步支持距離的計量估計。諸如交通工具部分的角、燈、門、窗等這樣的特征也是很穩(wěn)健的特征(與上述“印刷”圖案相比)，因為即使它們被改變(通過涂鴉或其他陳舊背景)，通過處理單元中適當(dāng)?shù)淖R別處理方法仍可識別它們的輪廓或表面。這個非常有利的方面又增強(qiáng)了識別的安全水平，進(jìn)而增強(qiáng)了測量距離的安全水平。
[0014]為了安全地保護(hù)根據(jù)本發(fā)明的所述裝置，攝像機(jī)的至少光學(xué)器件和傳感器被機(jī)械地覆蓋或封裝在可打開的保護(hù)裝置中一尤其防涂鴉/水/雪/扔石頭等一該保護(hù)裝置基于如下信號請求而打開，該信號請求通知兩個交通工具中的至少一個交通工具準(zhǔn)備在另一交通工具的附近移動。這些保護(hù)裝置允許光從外面進(jìn)入，以使交通工具的視頻設(shè)備可以對另一交通工具的特征進(jìn)行成像。另一玻璃窗也安全地放置在包括視頻設(shè)備的腔和保護(hù)裝置之間，使得如果所述裝置打開，沒有水或其他類似填充物(stuff projection)滲入所述腔中。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的所述裝置可以提供非常大動態(tài)的距離測量，其中攝像機(jī)設(shè)備可以提供沿交通工具軌跡的至少第一和第二視野，所述第一視野接近交通工具的前面區(qū)域，所述第二視野遠(yuǎn)離所述前面區(qū)域，理想上針對第一視野為l_2m，針對第二視野分別為2-100m。尤其對于長距離且如果第二交通工具在彎曲的軌跡部分上正在接近，由于第二視野下攝像機(jī)設(shè)備的大視界，第一交通工具的攝像機(jī)可以對所述第二接近交通工具進(jìn)行成像。通常已知/使用的測距儀不能夠提供這樣的動態(tài)，因為它通常發(fā)送/接收只適于交通工具之間直線軌跡、意味著因而在彎曲軌跡的情況下僅適于短距離的單向信號。
[0016]該動態(tài)的擴(kuò)展的視野測量的實現(xiàn)可能性依賴于攝像機(jī)可以包括至少兩個傳感器，每個傳感器通過例如交通工具前面的單個玻璃窗對一個視野進(jìn)行成像。另一選擇可以是提供光開關(guān)元件以在單個視頻傳感器上對第一或第二視野進(jìn)行成像。
[0017]通過假設(shè)已知軌道之間的間隔以及照相機(jī)和軌道之間的高度，當(dāng)照相機(jī)正對交通工具前面的軌道部分進(jìn)行成像時，根據(jù)本發(fā)明的所述裝置可以包括攝像機(jī)光學(xué)器件和傳感器的自校準(zhǔn)裝置。這在交通工具的新圖案或新幾何前/后部分被引入公共交通網(wǎng)絡(luò)中的情況下是有用的。該校準(zhǔn)測試也可以通知根據(jù)本發(fā)明的裝置的潛在缺陷，因此確保了其所述測量的可靠性。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的所述裝置包括由照相機(jī)輸出的成像數(shù)據(jù)的可更新圖案識別裝置，尤其在可根據(jù)公共交通網(wǎng)絡(luò)中要識別的許多可用圖案接收更新的數(shù)據(jù)的處理單元中。通過增加要識別的圖案的數(shù)量來提供距離值，因此，所述裝置更穩(wěn)健和安全。此外，這個更新允許非常靈活地適應(yīng)性改變不同種類交通工具和它們各自所附圖案之間距離的測量。
[0019]此外，出于安全的目的，如果所述識別的圖案包括交通工具之間的障礙物、可見度不足、耦合和解耦合期間部件或過程的缺陷，那么所述圖案識別裝置可以通過定義適當(dāng)?shù)膱D案/情景來輸出警報。例如，處理單元可以在成像的變化中檢測與通常變化序列的變化不同的所有特征，理想地用于警報障礙物或測量缺陷。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的所述裝置可以包括車載通信設(shè)備，用于將視頻數(shù)據(jù)從照相機(jī)傳送到其他通信設(shè)備或路邊控制站。在有缺陷的或潛在危險的耦合/解耦合操作的情況下，從而能夠通過遠(yuǎn)程控制來更加安全地控制情況或缺陷來源。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的裝置可以包括照明設(shè)備，該照明設(shè)備例如在晚上或/和有霧時視頻設(shè)備處圖案/標(biāo)記的可見度不足的情況下打開。
[0022]將通過下面的例子和附圖進(jìn)一步解釋所述方法，其中:
[0023]圖1示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的裝置，
[0024]圖2示出了通過交通工具之間接近在所謂“遠(yuǎn)視野”上的視頻圖像序列，
[0025]圖3示出了通過交通工具之間接近在所謂“小視野”上的視頻圖像，
[0026]圖4示出了適于對兩個視野進(jìn)行成像用于擴(kuò)展測量動態(tài)的可能的視頻設(shè)備。
[0027]圖1示出了用于測量能夠沿軌道(R)機(jī)械耦合或解耦合的第一和第二公共交通工具(VI，V2)之間距離的裝置。所述裝置的特征在于:
[0028]-第一交通工具的至少前面部分包括攝像機(jī)(CAM)，第二交通工具的后面部分包括被所述攝像機(jī)成像的至少圖案(Pl，P2，P3，L2，D2，CP2...)，
[0029]-所述圖案包括多個標(biāo)記，標(biāo)記的幾何特征被配置成使得通過減小兩個交通工具之間的距離，大量標(biāo)記被所述照相機(jī)光學(xué)分辨，照相機(jī)的圖像在處理單元中(未示出，見附圖4)被輸出，用于按與距離值相關(guān)的順序自動地識別和分類所述標(biāo)記。
[0030]例如，圖案(P1)包括間隙寬度沿圖案減小的黑白交替線的陣列。對于交通工具之間的遠(yuǎn)距離接近，照相機(jī)只能夠分辨有限數(shù)量的線，其中大部分線具有大的寬度。被分辨且進(jìn)一步被識別的線的數(shù)量直接與要測量的距離相關(guān)?？舍槍ζ胀ㄒ曨l設(shè)備的任何視野/分辨率設(shè)計這樣的圖案，并且這樣的圖案在交通工具的前面或后面部分上被簡單地印刷/放置。
[0031]其他所謂的固有圖案例如是反射或照明角落(P2，P3)、交通工具(V2)的后面部分中門(D2)的邊框或其他幾何特性、燈(L2)、交通工具(V2)的耦合裝置(CP2)的邊框等。它們的每一個應(yīng)該按順序被分類(在處理單元中，用于識別目的)，以根據(jù)視頻設(shè)備在一定距離(或距離范圍)內(nèi)的分辨率能力相關(guān)。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式(見前面“通過減小兩個交通工具之間的距離，經(jīng)由更大尺寸的成像標(biāo)記來提供/檢測所述變化”)，可以通過成像的圖案和它們的標(biāo)記的尺寸變化來檢測圖案的一些變化。[0033]圖2示出了通過根據(jù)圖1的開始距離遠(yuǎn)的交通工具之間的接近，在所謂的“遠(yuǎn)視野”上的視頻圖像序列。通過遠(yuǎn)距離d (100m)，照相機(jī)只能夠分辨第二交通工具(V2)的后面部分的邊框。當(dāng)附加地識別出角落(P2，P3)時，裝置可以估計出距離d通過了 50m。當(dāng)又識別出陣列圖案(P1)的第一最大線時，相關(guān)的接近距離現(xiàn)在是30m。通過識別出陣列圖案(P1)的兩個線，距離進(jìn)一步地僅為15m。當(dāng)識別出門的邊框和它的特征時，確信距離為5m
坐寸。 [0034]圖3示出了通過靠近在一起但還沒耦合(例如，它們的距離約為lm)的交通工具之間的接近在所謂的“小視野”上的視頻圖像。視頻設(shè)備現(xiàn)在優(yōu)選地從交通工具部分的頂部到所述交通工具的底部和軌道部分上(例如5m)進(jìn)行成像。在圖像中，一些新的圖案數(shù)據(jù)將被光學(xué)分辨及附加地識別，從而對于圖案的每個新識別的特征，可以提供關(guān)于真實距離的新資料(asset)。對于這個小距離范圍，可以使用交通工具(V2)上的第一陣列圖案(P1 )，只要有可能被成像，但是對于提供與交通工具之間的一定距離值(例如，d=lm,50cm,…，20cm, 10cm, 5cm, 2cm, lcm, 5mm, 1mm, 0mm)相關(guān)的新的圖案特征,稱合裝置也是非常合適的解決方案。為了提高距離測量的準(zhǔn)確性，推薦在耦合裝置上放置像陣列圖案一樣的附加圖案(PCI，PC2)，因為即使它們所有的線例如直到d=50cm才被分辨，對于更小的距離，也能夠從幾何學(xué)上估計耦合裝置上相對位置已知的該(已知)圖案之間的實際計量距離。成像的圖案(PC1，PC2)或它們內(nèi)部的標(biāo)記的尺寸也可以被估計。這樣的尺寸測量需要一些預(yù)校準(zhǔn)裝置，然而能夠在處理單元中存儲這樣的校正知識，或也能夠使用公共交通明確已知其尺寸的一些圖案/標(biāo)記，從而如果需要/檢測成像的一些校正，可以提供實時校準(zhǔn)。總之，能夠通過處理單元非常準(zhǔn)確地估計交通工具之間的距離，例如通常直到1mm的精度。
[0035]圖4示出了適于兩種視野(FI1，F(xiàn)I2)成像的可能的視頻設(shè)備，用于擴(kuò)展根據(jù)本發(fā)明的裝置的測量動態(tài)。視頻設(shè)備包括耦合到處理單元(⑶)的兩個傳感器(如(XD芯片)，處理單元提供圖案的識別和輸出測量的距離值。僅作為側(cè)視圖呈現(xiàn)了交通工具(VI)的前面部分，其包括具有可打開保護(hù)門(PR)的玻璃窗(GL)，保護(hù)門(PR)向上或向下轉(zhuǎn)動來打開或關(guān)閉光通過玻璃窗的路徑。通過打開的保護(hù)門，每個傳感器的成像光學(xué)器件被配置用于允許單個玻璃窗上兩種視野(意味著分別針對短距離和遠(yuǎn)距離測量)的成像。這可以通過一對鏡M1、M2來提供，以使視頻設(shè)備盡量緊湊。通過這種方式，玻璃窗也可以很小，以使可打開的保護(hù)門也具有像簡單孔那樣的非常小的尺寸，即使通過如轉(zhuǎn)動門的其他裝置，也容易打開和關(guān)閉。這樣的配置允許在前面部分中只有單一開口用于同時進(jìn)行兩種視界/視野的成像，這意味著兩個傳感器可以并行工作，且根據(jù)本發(fā)明的裝置使最大的測量動態(tài)的益處持久和安全。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于測量能夠機(jī)械耦合或解耦合的第一和第二公共交通工具(VI，V2)之間距離的裝置，其特征在于:-第一交通工具的至少前面部分包括視頻設(shè)備，所述視頻設(shè)備包括至少一個照相機(jī)(CAM)，第二交通工具的后面部分包括被所述攝像機(jī)成像的圖案(P1、P2、P3、L2、D2、CP2...)，-所述圖案包括多個標(biāo)記，通過改變兩個交通工具之間的距離，所述標(biāo)記的成像的幾何特征改變，-在與距離值相關(guān)的變化的序列中，通過所述標(biāo)記的第一自動識別和第二分類，在處理單元(CU)中檢測成像的幾何特征的所述變化，其中，兩個交通工具的每個前面部分和后面部分包括圖案和攝像機(jī)，以使相關(guān)聯(lián)的處理單元輸出冗余的距離值。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中，通過減小兩個交通工具之間的距離、經(jīng)由被所述照相機(jī)光學(xué)分辨的更多數(shù)量的成像標(biāo)記來提供所述變化。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其中，通過減小兩個交通工具之間的距離、經(jīng)由更大尺寸的成像標(biāo)記來提供所述變化。
4.如權(quán)利要求1到3的任一項所述的裝置，其中，當(dāng)一個交通工具的所述耦合裝置位于接近另一交通工具的耦合裝置的區(qū)域中時，所述攝像機(jī)位于第一交通工具部分的頂部，以對第一交通工具和第二交通工具的耦合裝置(CP1，CP2)進(jìn)行成像。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其中，耦合裝置包括具有被所述照相機(jī)成像的標(biāo)記的附加圖案(PCI，PC2)。
6.如上述權(quán)利要求1到5的任一項所述的裝置，其中，一些標(biāo)記是交通工具的前面部分、后面部分和耦合裝置的固有幾何特征。
7.如上述權(quán)利要求1到6的任一項所述的裝置，其中，所述攝像機(jī)的光學(xué)器件和傳感器被保護(hù)裝置(PR)機(jī)械地覆蓋，尤其是防涂鴉，所述保護(hù)裝置根據(jù)如下信號請求而打開，所述信號請求通知兩個交通工具中的至少一個準(zhǔn)備移動到另一個交通工具的附近。
8.如上述權(quán)利要求1到7的任一項所述的裝置，其中，所述攝像機(jī)提供沿交通工具軌跡(R)的至少第一和第二視野(FI1，F(xiàn)I2)，所述第一視野接近交通工具的前面區(qū)域，所述第二視野遠(yuǎn)離所述前面區(qū)域，理想地，分別以l_2m和2-100m。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，包括所述攝像機(jī)，所述攝像機(jī)包括至少兩個傳感器(CAM1，CAM2)，所述至少兩個傳感器(CAM1，CAM2)中的每一個通過交通工具前面上的單個玻璃窗(GL)對視野中的一個進(jìn)行成像。
10.如上述權(quán)利要求1到10的任一項所述的裝置，通過假設(shè)已知軌道(R)之間的間隔以及所述照相機(jī)和軌道之間的高度，所述裝置包括當(dāng)所述照相機(jī)正對交通工具前面的軌道部分進(jìn)行成像時、照相機(jī)光學(xué)器件和傳感器的自校準(zhǔn)裝置。
11.如上述權(quán)利要求1到10的任一項所述的裝置，包括被所述照相機(jī)輸出的成像數(shù)據(jù)的圖案識別裝置。
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，如果所述識別的圖案包括交通工具之間的障礙物、可見度不足、耦合和解耦合期間部件或過程的缺陷，所述圖案識別裝置輸出警報。
13.如上述權(quán)利要求1到12的任一項所述的裝置，包括車載通信設(shè)備，用于將視頻數(shù)據(jù)從所述照相機(jī)傳送到其他通信設(shè)備或路邊控制站。
14.如上述權(quán)利要求1到13的任一項所述的裝置，其中，所述處理單元在所述成像的變化中檢測與通常的變化序列的變化不同的所有特征，理想地用于針對障礙物或測量缺陷報目Ο
15.如上述權(quán)利要求1到14的任一項所述的裝置，包括照明設(shè)備，所述照明設(shè)備例如在晚上或/和有霧時在視頻設(shè)備`處圖案/標(biāo)記的可見度不足的情況下打開。
【文檔編號】G01B11/14GK103635374SQ201280030247
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2012年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月23日
【發(fā)明者】讓-馬里·希門尼斯, 克拉拉·諾蓋拉阿爾韋, 霍斯特·恩斯特 申請人:西門子有限公司, 西門子公司