專利名稱：用于存在檢測(cè)的傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1的用于存在檢測(cè)的傳感器以及根據(jù)
權(quán)利要求16的用于存在檢測(cè)的方法。
背景技術(shù)：
在不同的技術(shù)和實(shí)施例中已知用于存在檢測(cè)的傳感器和方法。
當(dāng)檢測(cè)寬區(qū)域時(shí)，已知使用照相機(jī)，其通常是優(yōu)選的選擇。照相 機(jī)能夠以合適的光學(xué)器件覆蓋要求的區(qū)域。常規(guī)攝像機(jī)受到在自動(dòng)門(mén) 環(huán)境中導(dǎo)致問(wèn)題的許多不同的限制。
第一問(wèn)題是照明問(wèn)題。照相機(jī)很強(qiáng)地依賴于用于照亮現(xiàn)場(chǎng)的光， 且在暗條件下能夠造成檢測(cè)缺失。為對(duì)此補(bǔ)償，經(jīng)常要求具有輔助照 明設(shè)備來(lái)提供必要的光。
照相機(jī)的第二限制與照明突然改變的情況中需要照相機(jī)快門(mén)的 迅速適應(yīng)相關(guān)，此照明突然改變能夠例如在門(mén)開(kāi)啟且陽(yáng)光突然到達(dá)內(nèi) 部檢測(cè)區(qū)域時(shí)發(fā)生?？赡艽嬖诟吖庖绯鲂Ч@能暫時(shí)致盲照相機(jī)。
經(jīng)典照相機(jī)系統(tǒng)的第三限制與陰影或光亮在地面上的投影相關(guān)。 這些投影能夠被檢測(cè)為真實(shí)目標(biāo)且這將生成虛假檢測(cè)。因此，照相機(jī) 不能分辨真實(shí)體積和地面修改之間的差異。當(dāng)例如葉子、水或紙張的 元素放置在地面上時(shí)，它將被檢測(cè)為地面圖像的變化。此外也重要的 是視頻信號(hào)處理是非常消耗資源的，且要求強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理器來(lái) 進(jìn)行圖像分析。這對(duì)于這樣的傳感器的成本具有負(fù)面影響。
此外，紅外反射傳感器也從現(xiàn)有技術(shù)已知。根據(jù)此技術(shù)， 一組紅 外IR光點(diǎn)投射到地面上。紅外反射傳感器然后分析在相應(yīng)的光電二 極管上接收回的能量的量。此原理的優(yōu)點(diǎn)是"主動(dòng)"，這意味著檢測(cè) 基于對(duì)所發(fā)射的信號(hào)的分析進(jìn)行，這與"被動(dòng)"意義的攝像機(jī)相反，攝像機(jī)僅觀察接收到的光而不發(fā)送任何能量到地面上。主動(dòng)傳感器更 不易受到周圍光影響，因?yàn)橥ㄟ^(guò)濾波其可以僅觀察來(lái)自此發(fā)射的接收 信號(hào)。這些反射傳感器的已知的限制也是對(duì)于地面變化的敏感性。
另外的主動(dòng)傳感器從EP 1 528 41 1中已知，其中披露了紅外三 角測(cè)量傳感器。此傳感器作為距離測(cè)量傳感器工作且包括用于將至少 兩個(gè)光點(diǎn)投射在目標(biāo)上的至少兩個(gè)光電子信號(hào)源，光電子接收器，用 于在光電子接收器上再現(xiàn)該至少兩個(gè)光點(diǎn)的光學(xué)器件，和用于處理由 光電子接收器生成的輸出信號(hào)且用于依賴于處理的輸出信號(hào)來(lái)控制 該至少兩個(gè)光電子信號(hào)源的裝置，以通過(guò)三角測(cè)量技術(shù)來(lái)測(cè)量目標(biāo)和 傳感器之間的距離。
通過(guò)使用多于一個(gè)光電子信號(hào)源和位置敏感檢測(cè)器PSD，可以提
供多于一個(gè)檢測(cè)光點(diǎn)及其相應(yīng)的距離閾值。換言之，對(duì)于對(duì)應(yīng)于一個(gè) 檢測(cè)光點(diǎn)的每個(gè)光電子信號(hào)源提供希望的距離閾值。通過(guò)處理光電子 接收器的輸出信號(hào)和分別控制光電子信號(hào)源，可以使用多于一個(gè)光點(diǎn) 用于距離檢測(cè)。不幸的是，光點(diǎn)的數(shù)量迅速受到PSD檢測(cè)器的精度和 尺寸的限制。
三角測(cè)量原理基于在源、目標(biāo)和檢測(cè)器之間進(jìn)行的角度測(cè)量。目 標(biāo)和源之間的距離將角度修改。這些傳感器的優(yōu)點(diǎn)是更不易于受到周 圍光的影響以及更不易于受到地面變化的影響。然而，這些傳感器具 有有限數(shù)量的檢測(cè)光點(diǎn)。此外，檢測(cè)區(qū)域的地面結(jié)構(gòu)影響這些傳感器 的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供用于存在檢測(cè)的傳感器和方法，以克 服以上所述的缺點(diǎn)，提供低成本檢測(cè)系統(tǒng)，所述檢測(cè)系統(tǒng)能夠覆蓋其 中要求檢測(cè)目標(biāo)是否存在的相當(dāng)大區(qū)域，同時(shí)對(duì)于環(huán)境對(duì)地面變化的 影響、周圍光照和至'j檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的任何類型的陰影或投射光不敏感。
本發(fā)明的這些以及其他目的一般地通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的特征 的用于存在檢測(cè)的傳感器以及通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求16的特征的方法實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明基于如下構(gòu)思，即將三角測(cè)量方法用于存在檢測(cè)傳感器，
其中傳感器至少包括在檢測(cè)區(qū)域上生成照亮的圖像的圖像生成器，
和用于借助于三角測(cè)量方法檢測(cè)圖案的照亮的圖像形式的改變的檢 測(cè)器。最后，傳感器檢測(cè)投射在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的地面上的圖像的變形。
因此，方法基于對(duì)于通過(guò)至少例如激光器的光源和另外的衍射元件 投射在地面上、且由照相機(jī)分析的圖案的三角測(cè)量，所述照相機(jī)的快 門(mén)與圖案的接收同步。這允許去除周圍光照的影響。
根據(jù)本發(fā)明，提供用于在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)存在檢測(cè)的傳感器，該傳感 器至少包括用于在檢測(cè)區(qū)域上生成圖像的圖像生成器，所述圖像通 過(guò)照亮的結(jié)構(gòu)從所述檢測(cè)區(qū)域反射形成；用于4企測(cè)從所述檢測(cè)區(qū)i或反 射的所述圖像的信號(hào)的檢測(cè)器；圖像處理單元，所述圖像處理單元用 于將基于所述反射和接收的圖像的所述信號(hào)與存儲(chǔ)在圖像處理單元 的存儲(chǔ)裝置內(nèi)的參考圖像的信號(hào)進(jìn)行比較，其中所述圖像生成器在所 述檢測(cè)區(qū)域上生成具有照亮區(qū)和非照亮區(qū)的圖案，所述圖像處理單元 使用三角測(cè)量技術(shù)來(lái)檢測(cè)在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的圖案相對(duì)于參考圖像的變 化。此傳感器比現(xiàn)有技術(shù)中已知的傳感器對(duì)于周圍光和檢測(cè)區(qū)域的其 他影響更不敏感。
根據(jù)本發(fā)明的第 一 實(shí)施例，所述圖像生成器和所述檢測(cè)器相互之 間具有預(yù)定距離(D)。在距離上用于三角測(cè)量分析的角度是固定的。 此角度必須是使角度改變的檢測(cè)分辨率易于檢測(cè)的預(yù)定尺寸。檢測(cè)距 離范圍和精度取決于圖像生成器和檢測(cè)器之間的距離和檢測(cè)器分辨 率。
為分析檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的所投射的圖像，所述檢測(cè)器包括光電子接收 器，特別是照相機(jī)，優(yōu)選地其被提供有CCD或CMOS芯片。
為擴(kuò)寬傳感器的應(yīng)用可能性，所述照相機(jī)具有外部可控的快門(mén)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述圖像生成器將所述圖像生成為固 定圖像或脈沖圖像，使得圖像生成在預(yù)定間隔內(nèi)。
特別地可提供控制單元，且所述快門(mén)和所述圖像生成器能夠被所述控制單元控制，以將快門(mén)的開(kāi)啟與所述圖像生成器的脈沖頻率同 步，以在圖像脈沖開(kāi)始時(shí)開(kāi)啟快門(mén)且取決于圖像脈沖的結(jié)束關(guān)閉快 門(mén)。因此，脈沖的IR能量相對(duì)于周圍光的相對(duì)貢獻(xiàn)能夠通過(guò)所發(fā)射
的更高的峰值IR功率而進(jìn)一步提高，同時(shí)保持裝置的功率可接受。
因而能夠進(jìn)一步降低周圍光對(duì)于圖像的影響。
優(yōu)選地，所述檢測(cè)器包括光學(xué)輸入濾波器，以最小化周圍光對(duì)于 圖案變化的檢測(cè)的影響。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 個(gè)實(shí)施例，由圖像生成器生成的所述圖案包括 至少一個(gè)光點(diǎn)，特別是矩形點(diǎn)網(wǎng)格或移動(dòng)的點(diǎn)網(wǎng)格，和/或至少一條 線，特別是平行線或線網(wǎng)格，該平行線優(yōu)選地相互之間具有規(guī)則距離。
特別地，圖像生成器包括光源且特別是波束成形器。所述光源生
成從400至960nm的波長(zhǎng)，特別是從780至850nm的波長(zhǎng)。
根據(jù)本發(fā)明的另 一 個(gè)實(shí)施例，所述圖案能夠通過(guò) 一 組位于要求的
保護(hù)區(qū)域上方的單一光點(diǎn)光源生成，其中每個(gè)光源距檢測(cè)器具有特定
的距離。此距離可從一個(gè)光源到另一個(gè)光源變化。
此外，所述光源能夠是高功率脈沖激光器或LED光源。 所述波束成形器能夠是衍射光學(xué)器件組、微透鏡陣列、例如圓柱
透鏡的常規(guī)失真光學(xué)器件。
優(yōu)選地，提供多個(gè)圖像生成器，其中每個(gè)圖像生成器位于相對(duì)于
檢測(cè)器的特定位置和取向。
根據(jù)本發(fā)明，用于在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)存在測(cè)的方法具有如下步驟，
其中至少 一個(gè)圖像生成器在檢測(cè)區(qū)域上生成具有照亮區(qū)和非照亮區(qū)
的圖案，檢測(cè)器檢測(cè)檢測(cè)區(qū)域上的圖像且生成輸出信號(hào)，圖像處理單
元使用三角測(cè)量技術(shù)將基于反射和接收的圖像的所述輸出信號(hào)與存
儲(chǔ)在圖像處理單元的存儲(chǔ)裝置內(nèi)的參考圖像的信號(hào)進(jìn)行比較，以檢測(cè)
檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的圖案相對(duì)于參考圖像的變化。 特別地，脈沖圖像投射在檢測(cè)區(qū)域上。
優(yōu)選地，如果脈沖圖像投射在檢測(cè)區(qū)域上，則檢測(cè)器的快門(mén)開(kāi)啟。 根據(jù)本發(fā)明的方法的另 一個(gè)實(shí)施例，在圖像在檢測(cè)區(qū)域上期間執(zhí)
8行第一檢測(cè)步驟，且如果脈沖圖像不再投射在檢測(cè)區(qū)域上，則執(zhí)行第 二檢測(cè)步驟。
所述圖像處理單元能夠?qū)?lái)自第一和第二檢測(cè)步驟的結(jié)果進(jìn)行 比較，以濾除對(duì)于檢測(cè)區(qū)域的周圍影響。此結(jié)果能夠在數(shù)個(gè)循環(huán)中積 累以增強(qiáng)對(duì)周圍光的排除。比較將在第 一 檢測(cè)步驟的數(shù)個(gè)積累圖像和 第二檢測(cè)步驟的數(shù)個(gè)積累圖像之間進(jìn)行，或?qū)⒋嬖陔S后的第 一 和第二 檢測(cè)步驟之間所計(jì)算的差異的數(shù)個(gè)累積。
根據(jù)本發(fā)明的方法的另 一個(gè)實(shí)施例，發(fā)射期間的占空比能夠設(shè)定 為最大化源峰值功率且最小化周圍光累積時(shí)間，從而避免照相機(jī)像素 由于周圍光的飽和且增加信噪比。
特別地，所述纟企測(cè)區(qū)域?qū)?yīng)于4企測(cè)器的照相才幾的整個(gè)^f見(jiàn)野或其部分。
優(yōu)選地，傳感器以激活步驟開(kāi)始，其中存儲(chǔ)參考圖像。 優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的傳感器或根據(jù)本發(fā)明的方法使用于自動(dòng)門(mén) 開(kāi)啟器和關(guān)閉器。


本發(fā)明的另外的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將從如下描述中結(jié)合附圖變得
顯見(jiàn)。各圖為
圖la示出使用根據(jù)本發(fā)明的帶有圖案生成器和照相機(jī)的傳感器 的基本測(cè)量原理的例子；
圖lb示出使用定位在要求的保護(hù)區(qū)域上的多個(gè)單點(diǎn)圖案生成器 和照相機(jī)的測(cè)量原理的替代例子；
圖2示出傳感器的檢測(cè)原理；
圖3a示出傳感器的圖案生成器的圖案的第一例子； 圖3b示出傳感器的圖案生成器的圖案的第二例子； 圖3c示出傳感器的圖案生成器的圖案的第三例子； 圖3d示出傳感器的圖案生成器的圖案的第四例子； 圖4為示出以照相機(jī)的非同步快門(mén)的信號(hào)發(fā)展的圖；圖5為示出以照相機(jī)的同步快門(mén)的信號(hào)發(fā)展的圖。
具體實(shí)施例方式
圖la中示出傳感器10，該傳感器10與門(mén)開(kāi)啟器和關(guān)閉器一起 工作，即與滑動(dòng)門(mén)12—起工作。傳感器10布置在滑動(dòng)門(mén)12上方， 以檢測(cè)滑動(dòng)門(mén)12前方檢測(cè)區(qū)域18內(nèi)任何物體的存在。
圖像生成器14將圖案16 -在此為點(diǎn)-投射在滑動(dòng)門(mén)12前方的 檢測(cè)區(qū)域18的地面上。此圖案16被檢測(cè)器20即:帔照相機(jī)20a〗現(xiàn)察 到。
圖像生成器14和檢測(cè)器20分開(kāi)以距離D。檢測(cè)器20設(shè)計(jì)為僅 檢測(cè)投射在檢測(cè)區(qū)域18的地面上的圖案16。圖像生成器14和;險(xiǎn)測(cè) 器2 0之間的有意的距離D生成視差效果。當(dāng)?shù)孛媲乙虼瞬牌鬁y(cè)區(qū)域18 與照相機(jī)20a之間存在物體22時(shí)，此效果將造成圖案16的變形，如 通過(guò)照相機(jī)20a可見(jiàn)。
如果地面反射性改變，則反射的圖案16的強(qiáng)度將改變，但其形 狀不改變。這在自動(dòng)門(mén)環(huán)境中是非常希望的，因?yàn)槟菢觽鞲衅?0將 變得不易受由雨、水、紙張等引起的任何地面反射性變化的影響。
為實(shí)現(xiàn)此^r測(cè)，傳感器IO解決在如下段落中描述的不同問(wèn)題。
檢測(cè)器2 0具有圖像處理單元24,該圖{象處理單元24基于從圖 像生成器14生成且投射在檢測(cè)區(qū)域18的地面上的圖案16的圖像分 析。此圖案16由圖像生成器14使用光源(即激光器26)和將激光 束轉(zhuǎn)換為圖案16的衍射或非衍射元件的組合而生成。
圖像處理單元24然后利用三角測(cè)量原理。這是可能的，因?yàn)闄z 測(cè)器20的照相機(jī)20a以及圖像生成器14因而激光器和衍射或非衍射 元件不同心。如果圖案16投射在地面18上，則照相機(jī)20將依賴于 地面的地形來(lái)接收?qǐng)D案16的圖像。如果地面是平面，則在圖案16上 將存在非常少的變形。具有最小高度的目標(biāo)的存在將自動(dòng)使圖案16 變形，如由照相機(jī)20a覺(jué)察到的。這是由于將在下文中結(jié)合圖2描述 的三角測(cè)量的效果。考慮在檢測(cè)區(qū)域18的地面上在第一位置28處投射光點(diǎn)16a的激 光器26即因而考慮光源，反射的能量在照相機(jī)20a上在第一點(diǎn)30處 成像。當(dāng)插入高度為H的物體22時(shí)，光點(diǎn)16a在物體22上在第二位 置32處被反射且被發(fā)送回到照相機(jī)20a上第二點(diǎn)34處。因而，凈結(jié) 果是從第一點(diǎn)3 0到第二點(diǎn)34的移動(dòng)。從第一點(diǎn)30到第二點(diǎn)34的移 動(dòng)僅依賴于在檢測(cè)區(qū)域18上方的傳感器10的高度hi和h2、圖像生 成器14和具有照相機(jī)20a的檢測(cè)器20之間的距離D、照相機(jī)光學(xué)器 件的焦距以及物體22的高度H，且因此從角度^至l的增加。明顯 的結(jié)果是移動(dòng)不依賴于物體22的水平位置。此推理能夠?qū)τ谕渡涞?圖案16的所有光點(diǎn)進(jìn)行。因而，其結(jié)果是這樣的圖案16將根據(jù)被圖 案16照亮的每個(gè)點(diǎn)的距離變形以接收到的點(diǎn)的移動(dòng)。
如果激光器26和照相機(jī)20a同心，則無(wú)"i侖現(xiàn)場(chǎng)的地形如何，由 照相機(jī)20a可見(jiàn)的圖案16將不依賴于距物體22的距離且因而圖案 16上無(wú)變形。但當(dāng)照相機(jī)20a位于距激光器26距離D處時(shí)，此三角 測(cè)量效果結(jié)果將具有根據(jù)檢測(cè)區(qū)域18的地面的地形以及物體22的圖 案16的變形。
也可能的是如果像在圖lb中的同時(shí)使用數(shù)個(gè)光源，則也可以具 有這樣的效果。在此情況中，光點(diǎn)的位移將依賴于圖i"象生成器14的 每個(gè)光源距照相才幾20a的相對(duì)位置。
檢測(cè)原理基于對(duì)于從地面上由照相機(jī)2 0a觀察到的作為參考的 圖案16以及當(dāng)物體2 2存在于檢測(cè)區(qū)域18內(nèi)時(shí)接收到的圖案16的分 析。當(dāng)例如紙張存在于地面上之后發(fā)生顏色改變時(shí)，傳感器IO將看 到相同的圖案16且沒(méi)有檢測(cè)。傳感器10于是對(duì)于地面反射性變化不 敏感。
因此，根據(jù)本發(fā)明，不需要具有用于現(xiàn)場(chǎng)的所有點(diǎn)的真實(shí)距離測(cè) 量。僅保證無(wú)物體22位于傳感器10和略高于檢測(cè)區(qū)域18地面的距 離之間是必要的。僅需檢測(cè)具有對(duì)應(yīng)于幼兒的20cm x 30cm x 70cm的 最小尺寸的物體22。
為正確地覆蓋檢測(cè)區(qū)域18,需要仔細(xì)選擇圖案16。要考慮數(shù)個(gè)可能性。選擇需要基于如下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行
形成在檢測(cè)區(qū)域18的地面上的圖案16覆蓋照相機(jī)20a的整個(gè)視 野或其部分，其形成檢測(cè)區(qū)域18。其應(yīng)被優(yōu)化以最大化物體檢測(cè)的 機(jī)會(huì)。
照亮的區(qū)域與暗區(qū)域之間的差異應(yīng)該高，以使得圖案16的檢測(cè) 容易。
為最小化照明功率的總量，提供允許在規(guī)則間隔處的點(diǎn)的測(cè)量同 時(shí)在這些點(diǎn)之間不具有照明的表面覆蓋比。由此，雖然顧及到平均功 率限制和總功率限制，但在照亮的區(qū)域上觀察到的峰值功率能夠更 高。這對(duì)于激光器26的安全性法規(guī)約束是有利的。
為最小化傳感器10的成本，圖案16由高光學(xué)產(chǎn)率，高效率和低 成本光學(xué)元件形成。
在如下的圖3a至圖3d中示出可使用的一些圖案16。點(diǎn)36比線 38具有優(yōu)點(diǎn)，以具有更高的空間占空比，因?yàn)槠淇稍诙S上獲得。
光點(diǎn)的個(gè)數(shù)和光點(diǎn)間距被優(yōu)化以最大化功率/光點(diǎn)，同時(shí)保持光 點(diǎn)之間的距離足夠短以;險(xiǎn)測(cè)最小的物體2 2 。
如上關(guān)于現(xiàn)有技術(shù)所述，IR主動(dòng)傳感器的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其良好的 周圍光排除。根據(jù)本發(fā)明的傳感器10的一個(gè)關(guān)鍵特征是使檢測(cè)器原 理變?yōu)?主動(dòng)，，。當(dāng)傳感器10將能量發(fā)送到檢測(cè)區(qū)域18上從而形成 圖案16時(shí)，照相機(jī)20a的快門(mén)與圖像生成器14同步，以僅當(dāng)能量從 圖像生成器14發(fā)送到檢測(cè)區(qū)域18的地面上時(shí)獲取光。
為優(yōu)化僅觀察圖案16而無(wú)例如陽(yáng)光或任何人造光源的周圍光的 任何干擾的目標(biāo)，希望的是在照相機(jī)20a上具有光學(xué)輸入濾波器，其 將增強(qiáng)圖案16且去除來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的正常照明的圖像。
此外，重要的還有保證照相機(jī)像素在過(guò)程結(jié)束時(shí)不飽和。
為此目的，如果^r測(cè)器20因而照相機(jī)20a具有快速快門(mén)，則將 使用脈沖光源，即激光器26。激光器能夠具有數(shù)百毫瓦的高瞬時(shí)功 率，但帶有非常短的脈沖持續(xù)時(shí)間。照相機(jī)20a的快門(mén)在相同的時(shí)間 控制所有像素，且僅在光源脈沖持續(xù)時(shí)間期間開(kāi)啟。
12這將降低照明共模且增加信噪比。周圍照明圖像在此顯然被考慮 為噪聲。圖4和圖5中的圖示出在快門(mén)時(shí)間內(nèi)光的累積的同步如何給 出這樣的益處。
脈沖持續(xù)時(shí)間且相應(yīng)快門(mén)時(shí)間越短，則周圍光對(duì)于信號(hào)的貢獻(xiàn)將 越低，從而避免照相機(jī)因周圍光的飽和且允許更好的周圍光排除。激
光器26與照相機(jī)20a的同步能夠通過(guò)圖像處理單元24完成。
為去除如在圖4和圖5中示出為"噪聲"的周圍光在像素光累積
中的剩余貢獻(xiàn)，建議進(jìn)行兩個(gè)測(cè)量。 一個(gè)測(cè)量將通過(guò)發(fā)送到照相機(jī)
20a的脈沖進(jìn)行，且第二測(cè)量將不以脈沖進(jìn)行。
在與先前步驟相比相同的積累時(shí)間期間，照相機(jī)快門(mén)開(kāi)啟而無(wú)任
何光源脈沖，以具有背景圖像。然后將兩個(gè)圖像相減以突出圖案圖像。
傳感器10因而幾乎對(duì)于背景照明變化不敏感。
在下文中將描述的不同步驟之后，可獲得圖案16的圖像以將其
處理。此圖像包含在接收的圖案16中，其中被照亮的點(diǎn)被增強(qiáng)且其
他點(diǎn)為暗。
圖案點(diǎn)的強(qiáng)度可能由于地面反射性而變化，但檢測(cè)算法將忽略這 些變化。起作用的參數(shù)僅為點(diǎn)的位置。
在無(wú)物體22時(shí)將獲取參考圖像。在檢測(cè)模式中，將進(jìn)行參考圖 像上的不同光點(diǎn)的位置和當(dāng)前圖像的光點(diǎn)位置之間的比較。如果光點(diǎn) 移出接受范圍的外面，則發(fā)生檢測(cè)。
光源可以是高功率脈沖激光器26或LED光源。重要的是光源能 夠脈沖發(fā)光且也能夠隨后通過(guò)光學(xué)器件成形以在地面上形成合適的 圖案。
如所述的衍射或非衍射光學(xué)器件的波束成形器在數(shù)米距離處的 檢測(cè)區(qū)域18的地面上形成圖案16。作為替代，波束成形器可以是微 透鏡陣列或常規(guī)失真光學(xué)器件。
地面上的網(wǎng)格的形狀能夠是矩形、正方形或梯形或任何其他形狀。
如上所述，光學(xué)濾波器在照相機(jī)20a的輸入處有用，用于排除周
13圍光的已有的一些部分。如果使用激光器26，則其窄的帶寬允許使
用具有窄帶寬和在有用帶的每側(cè)上具有尖銳的排除的干涉濾波器。這 將已很大地幫助排除無(wú)用光。
照相才幾2 0a具有CCD或CMOS芯片和外部可控的全域快門(mén)。照相 機(jī)20a的靈敏性將必須針對(duì)光源波長(zhǎng)而被優(yōu)化。
通過(guò)照相機(jī)快門(mén)與由圖像生成器14紅外生成的脈沖的同步，周 圍光的累積能夠被最小化且可實(shí)現(xiàn)最大的圖案16對(duì)于周圍光比值。 此外，IR光的脈沖本質(zhì)允許更高的峰值，同時(shí)將平均功率保持在安 全才及限以下。
基于帶有圖案16的檢測(cè)區(qū)域與不帶有圖案的檢測(cè)區(qū)域的比較的 圖像差異允許對(duì)于有用圖案排除周圍光。此差異能夠在數(shù)個(gè)循環(huán)上積 累，以進(jìn)一步增強(qiáng)圖^f象的信噪比。
激光器26與衍射或非衍射波束成形器的聯(lián)合使用能夠在檢測(cè)區(qū) 域18的地面上提供高分辨率圖案16。能量的空間重新分配能夠被設(shè) 計(jì)為將照亮區(qū)和非照亮區(qū)之間的比值最大化。理想地，點(diǎn)圖案16似 乎是最合適的，因?yàn)樗鼘D案區(qū)域和非照亮區(qū)域之間的差異最大化， 同時(shí)保證對(duì)于具有最小尺寸的實(shí)體實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)區(qū)的合適覆蓋。例如， 如果點(diǎn)相互分開(kāi)15cm,則才全觀'j 20cm x 30cm x 70cm的實(shí)體不成問(wèn)題。
當(dāng)圖像處理單元24處理作為"黑背景上的白色"的圖案16時(shí)， 圖像則容易被數(shù)字化為每像素僅"1"或"0"。此外，所獲得的圖像 的極大的簡(jiǎn)單性將是圖像處理算法的成本降低的關(guān)鍵因素，該算法將 不使用非常昂貴的信號(hào)處理單元而可實(shí)現(xiàn)。
參考標(biāo)記
10 傳感器
12 滑動(dòng)門(mén)
14 圖像生成器
16 圖案
16a光點(diǎn)18氺企測(cè)區(qū)i或，i也面
20檢測(cè)器
20a
22物體
24圖像處理單元
26激光器
28第一位置
30第一點(diǎn)
32第二位置
34第二點(diǎn)
36,泉
38線
D距離H物體高度
hl+h2 傳感器高度
權(quán)利要求
1. 一種用于在檢測(cè)區(qū)域(18)內(nèi)存在檢測(cè)的傳感器(10)，所述傳感器(10)至少包括用于在檢測(cè)區(qū)域(18)上生成圖像的圖像生成器(14)，所述圖像通過(guò)照亮的結(jié)構(gòu)從所述檢測(cè)區(qū)域(18)反射形成；用于檢測(cè)從所述檢測(cè)區(qū)域(18)反射的所述圖像的信號(hào)的檢測(cè)器(20)；圖像處理單元(24)，所述圖像處理單元(24)用于將基于所述反射和接收的圖像的所述信號(hào)與存儲(chǔ)在圖像處理單元(24)的存儲(chǔ)裝置內(nèi)的參考圖像的信號(hào)進(jìn)行比較，其中所述圖像生成器(14)在所述檢測(cè)區(qū)域(18)上生成具有照亮區(qū)和非照亮區(qū)的圖案(16)，所述圖像處理單元(24)使用三角測(cè)量技術(shù)來(lái)檢測(cè)在檢測(cè)區(qū)域(18)內(nèi)的圖案(16)相對(duì)于參考圖像的變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，所述圖像生成 器(14)和所述檢測(cè)器相互之間具有預(yù)定距離(D)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于，所述檢測(cè) 器(20)包括光電子接收器，特別是照相機(jī)(20a)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的傳感器，其特征在于，所述照相機(jī) (2 0a )被提供有CCD或CMOS芯片。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的傳感器，其特征在于，所述照相 機(jī)(20a)具有外部可控的快門(mén)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任何項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所 述圖像生成器(14)將所述圖像生成為固定圖像或脈沖圖像，使得圖 像生成在預(yù)定間隔內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5和6所述的傳感器，其特征在于，提供控制 單元，且所述快門(mén)和所述圖像生成器(14 )被所述控制單元控制，以 將快門(mén)的開(kāi)啟與所述圖像生成器(14)的脈沖頻率同步，以在圖像脈 沖開(kāi)始時(shí)開(kāi)啟快門(mén)且取決于圖像脈沖的結(jié)束關(guān)閉快門(mén)。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任何項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所 述檢測(cè)器(20)包括光學(xué)輸入濾波器，以最小化周圍光對(duì)于圖案變化的^r測(cè)的影響。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任何項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所 述圖案(16 )包括至少一個(gè)光點(diǎn)，特別是矩形點(diǎn)網(wǎng)格或移動(dòng)的點(diǎn)網(wǎng)格， 和/或至少一條線，特別是平行線或線網(wǎng)格，所述平行線優(yōu)選地相互 之間具有規(guī)則距離。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任何項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所 述圖像生成器(14)包括光源(26)且特別是波束成形器。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的傳感器，其特征在于，所述光源(26 ) 生成從400至960nm的波長(zhǎng)，特別是從780至850nm的波長(zhǎng)。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任何項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，所 述圖案(1"通過(guò)一組位于檢測(cè)區(qū)域(18)上方的單一光點(diǎn)(16a) 光源生成，其中每個(gè)光源(26)距檢測(cè)器(20)具有特定的距離。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1 0至12的任何項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于， 所述光源(26 )是高功率脈沖激光器(26 )或LED光源。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO至13的任何項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于， 所述波束成形器是衍射光學(xué)器件組、微透鏡陣列、例如圓柱透鏡的常 規(guī)失真光學(xué)器件等。
15. 根據(jù)前述權(quán)利要求的任何項(xiàng)所述的傳感器，其特征在于，提 供多個(gè)圖像生成器(14),其中每個(gè)圖像生成器(14)位于相對(duì)于檢 測(cè)器(20)的特定位置和取向。
16. —種用于在檢測(cè)區(qū)域(18)內(nèi)存在檢測(cè)的方法，其中至少 一個(gè)圖像生成器(14)在檢測(cè)區(qū)域(18)上生成具有照亮區(qū)和非照亮 區(qū)的圖案(16)，檢測(cè)器(20)檢測(cè)所述檢測(cè)區(qū)域(18)上的圖像且 生成輸出信號(hào)，圖像處理單元使用三角測(cè)量技術(shù)將基于反射和接收的 圖像的所述輸出信號(hào)與存儲(chǔ)在圖像處理單元(24 )的存儲(chǔ)裝置內(nèi)的參 考圖像的信號(hào)進(jìn)行比較，以檢測(cè)所述檢測(cè)區(qū)域(18)內(nèi)的圖案(16) 相對(duì)于參考圖像的變化。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，脈沖圖像在所 述檢測(cè)區(qū)域(18)上。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于，如果脈沖圖像投射在所述檢測(cè)區(qū)域(18)上，則開(kāi)啟所述檢測(cè)器(20)的快門(mén)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16至18的任何項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 圖像在所述檢測(cè)區(qū)域(18 )上期間執(zhí)行第一檢測(cè)步驟，且如果脈沖圖 像不再投射在所述檢測(cè)區(qū)域(18)上，則執(zhí)行第二檢測(cè)步驟。
20. 根據(jù)權(quán)利要求16至19的任何項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 所述圖像處理單元(24 )將來(lái)自第一和第二檢測(cè)步驟的結(jié)果進(jìn)行比較， 以濾除在檢測(cè)區(qū)域(18 )上的周圍影響。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16至20的任何項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 發(fā)射期間的占空比設(shè)定為最大化源峰值功率且最小化周圍光累積時(shí) 間，從而避免照相機(jī)像素由于周圍光的飽和且增加信噪比。
22. 根據(jù)權(quán)利要求16至21的任何項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 所述圖像處理單元將來(lái)自積累的第 一檢測(cè)步驟和積累的第二檢測(cè)步 驟的結(jié)果進(jìn)行比較以增強(qiáng)信噪比，或積累第 一 和第二檢測(cè)步驟之間的 數(shù)個(gè)即時(shí)差異。
23. 根據(jù)權(quán)利要求16至22的任何項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 所述檢測(cè)區(qū)域(18)對(duì)應(yīng)于檢測(cè)器(20)的照相機(jī)(20a)的整個(gè)浮見(jiàn) 野或其部分。
24. 根據(jù)權(quán)利要求16至23的任何項(xiàng)所述的方法，其特征在于， 所述傳感器(10)以激活步驟開(kāi)始，其中存儲(chǔ)參考圖像。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1至14的任何項(xiàng)所述的傳感器或根據(jù)權(quán)利要 求15至24的任何項(xiàng)所述的方法在自動(dòng)門(mén)開(kāi)啟器和關(guān)閉器內(nèi)的使用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在檢測(cè)區(qū)域(18)內(nèi)存在檢測(cè)的傳感器(10)，所述傳感器(10)至少包括用于在檢測(cè)區(qū)域(18)上生成圖像的圖像生成器(14)，所述圖像通過(guò)照亮的結(jié)構(gòu)從所述檢測(cè)區(qū)域(18)反射形成；用于檢測(cè)從所述檢測(cè)區(qū)域(18)反射的所述圖像的信號(hào)的檢測(cè)器(20)；圖像處理單元(24)，所述圖像處理單元(24)用于將基于所述反射和接收的圖像的所述信號(hào)與存儲(chǔ)在圖像處理單元(24)的存儲(chǔ)裝置內(nèi)的參考圖像的信號(hào)進(jìn)行比較，其中所述圖像生成器(14)在所述檢測(cè)區(qū)域(18)上生成具有照亮區(qū)和非照亮區(qū)的圖案(16)，所述圖像處理單元(24)使用三角測(cè)量技術(shù)來(lái)檢測(cè)在檢測(cè)區(qū)域(18)內(nèi)的圖案(16)相對(duì)于參考圖像的變化。此外，本發(fā)明涉及一種用于在檢測(cè)區(qū)域(18)內(nèi)存在檢測(cè)的方法，其中至少一個(gè)圖像生成器(14)在檢測(cè)區(qū)域(18)上生成具有照亮區(qū)和非照亮區(qū)的圖案(16)，檢測(cè)器(20)檢測(cè)檢測(cè)區(qū)域(18)上的圖像且生成輸出信號(hào)，圖像處理單元使用三角測(cè)量技術(shù)將基于反射和接收的圖像的所述輸出信號(hào)與存儲(chǔ)在圖像處理單元(24)的存儲(chǔ)裝置內(nèi)的參考圖像的信號(hào)進(jìn)行比較，以檢測(cè)檢測(cè)區(qū)域(18)內(nèi)的圖案(16)相對(duì)于參考圖像的變化。
文檔編號(hào)G08B13/196GK101536051SQ200680055939
公開(kāi)日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2006年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月28日
發(fā)明者C·勒普林斯, O·吉利歐, Y·博爾雷 申請(qǐng)人:B.E.A.有限公司