CN100570657C - 模拟指示仪表的自动监视 - Google Patents

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Abstract

用于监视模拟式仪表的数字式监视装置，该仪表包括一指针，所述数字式监视装置包括：一像素光学传感器阵，安装在模拟式仪表的上方，以响应于指针的运动而产生数字信号；一图像处理装置，用于根据来自所述像素光学传感器阵的电信号读取模拟式仪表的指针；一警示输出装置，用于响应于指针超过可接受的界限而输出一警示。

Description

模拟指示仪表的自动监视
技术领域
本发明涉及监视一模拟仪表的监视装置和方法，该模拟仪表采用一图像传感器，所述装置和方法用于响应于该图像传感器提供警示。
背景技术
模拟指示仪表也称之为“计”或“钟”，其具有一指针，根据被监视的参数值，该指针扫过一定扇面。在时钟上，模拟时钟的时针绕着时钟盘面走，就像地球绕其轴线旋转，或者对于站在地球上的观察者来说，就像太阳穿过天体。
例如在车辆上的钟状模拟仪表包括燃油和温度仪、转数仪、速度仪和类似物。在这种模拟仪表中，一表针或尖状物穿过一第一极点与一第二极点之间的线性刻度范围，该第一极点指示零，表示被测参数为零，可能是油箱空了，发动机冷的，零转(转数，即，曲轴的转动循环)或零速度，所述第二极点也称之为满表盘偏转，这是指示满油箱、过热、危险的高转数等等。
模拟仪表也用于飞机和船上，还广泛地用于工业，用来指示温度、压力、流量等。
就车辆上的模拟速度表而言，采用这样的仪表来视觉地监视车辆的速度可能会有许多缺点。例如，如果驾驶员看速度表来监视速度，而不是集中精力于路面上发生的事情，他至少暂时心烦意乱，不能将全部注意力集中于到路上发生的事情。由此会增加事故的可能性。反复向下看各种仪表的过程，即使只是间歇地，也会使人身心疲惫，导致出错，尤其是在长时间驾驶的情况下。然而，不频频查看车速的司机可能会超速。司机在驾驶时漫不经心地懈怠可能会把油门踏板踩得过重，或者过轻，导致车速的增加或降低，这时却不能启动任何警告。所以，对于超过限速时的警示，例如听觉的声音警示或其它的指示是非常重要的。因此可以理解的是，自动地监视这种仪器仪表并提供听觉的或视觉的警示可以改善驾驶安全。这将有助于驾驶员保持警觉，提高安全性，并使驾驶员将注意力集中在路面上。
因此在实践中需要实现一种监视仪表(例如速度表)的装置或系统。这种装置应该是可后配的，而且应该避免干扰车辆的机械部件，即要避免损害又要防止影响车辆的包养和/或保险。
现有技术中的装置显然不能满意地解决这种系统中所涉及的问题。例如：
授予费尔南德斯的题为“机动车辆的速度监视装置”的美国专利US6748322涉及一种用于在一个特定的地区监视车辆的速度和位置的系统，其采用全球定位系统，将位置及速度与一计算机地图比较，该计算机地图包含在预定的时期和周天(星期几)里的预定的速度极限和版图。如果超过极限，则将定位和速度信息与当时的时间一起储存。所储存的信息可以选择性地传递给远处进行进一步处理。还可以在车辆内提供警示电路，以便警告拥有者已经超速。
授予拉士等人的题为“车速监视系统和方法”的美国专利US6728605涉及一种车速监视装置，其使驾驶员能够进入其个人偏爱的速度允许轮廓，而当车速在该速度允许轮廓之外时则提醒驾驶员。具体地说，该速度允许轮廓由若干速度允许范围构成，各速度允许范围都与特定的速度极限有关。随着车辆穿过不同的地图区，利用一种定制的GPS地图来确定适合的加速极限。这种装置确定车辆的位置、速度和加速度极限，然后利用跑车平均值来比较车速，看看车速是否在驾驶员的速度允许轮廓范围内，如果不是，该装置根据驾驶员的操作偏爱来提供视觉和/或听觉警示。
授予阿瓦鞑的题为“车辆限速显示器”的美国专利US6515596涉及一种用于向驾驶员报告加速极限的方法和装置。采用GPS接收器或蜂窝式电话信号的三角测量来确定车辆的位置。该位置被用于从数据库获得速度极限或其它信息。然后将该信息报告给驾驶员。还公开了一种用于将车辆的实际速度与加速度极限比较并当超过加速度极限时向驾驶员警示的技术。上述所有系统都依赖于GPS技术，所以只有得到GPS支持时才工作。
授予欧瑙等的题为“具有超速警示装置的速度表”的美国专利US4095553描述了一种固定于一速度表的一金属帽或速度帽上的杆，当可随金属帽选转的速度指针的偏转超过一预定的最大指标时，该杆可震动地与一旋转环件上的凸起接合，从而使速度指针震动，对车辆驾驶员给予警示。所述装置为一种速度表，其可以随车辆一起提供，也可以由熟练的机械师配装在现成的车辆上，以替换原车上的速度表。这种装置不容易由司机自己配装，而且盖专利没有指向这种仪表分散驾驶员注意力的问题。
授予埃文斯的美国专利US3980041题为“具有速度警示指示器的速度表及安装方法”，该专利描述了一种改进了的用于速度表的警示指示器，该速度表包括一透明板，例如玻璃板，该速度警示指示器具有例如一块连接透明塑料片这样的部件，该塑料片带有粘合层，用于将其连接于包括速度表盘在内的速度表透明面板。所述透明板上带有标记，例如颜色和/或若干彼此隔开的线等，以将透明板与透过透明板看到的速度表盘区别开来，从而在盘上指示速度警示，同时仍可以不妨碍观察整个盘面。优选的是，透明板的结构和尺寸适合于仅仅覆盖一部分表盘和面板，这样可以更加清楚地提供警示。按照该专利中的方法，透明板可以粘贴于一个完全组装好的速度表的面板上，从而提供非常简便而又有效的该发明的改善了的速度表。虽然这样也许会使速度表容易读，但这种装置仍然具有通常的速度表的上述局限性。
马塔鲁的2384603号英国专利申请题为“速度警示装置”，其描述了一种棒状速度警示装置，该装置可以通过吸盘联接于速度表的表盘玻璃上。该装置包括一电池(干电池)、一接近传感器和一蜂鸣器，当速度表的指针经过其下面时其发出蜂鸣声。这种装置缺乏可行性，因为该专利文献中没有解释接近传感器如何检测速度表指针的接近。此外，从速度表上延伸出这样高的一个凸起，这本身会使司机分心，特别是由于其不在表的中心，所以必然有损仪表盘的对称性。
授予帕克的美国专利US6094615题为“车辆的速度极限控制系统和方法”。该专利描述了一种用于车辆的速度极限控制系统和方法，其可以控制发动机的喷油量和点火时刻，因此，说其限制了速度比说调节了速度要确切。这种系统包括一车辆速度传感器，其根据实际车速产生电子信号；一控制装置，用于根据来自车辆速度传感器的信号判断实际车速，并输出用于根据速度的变化来控制发动机的点火时刻和喷油量以保证不超过预定限速的控制信号；一点火装置，用于根据从发动机控制装置转移过来的信号在一个预定的时刻点火；一喷油装置，用于根据从发动机控制装置传来的信号喷射预定量的燃油。所述系统利用一个磁性传感器装置来监视车轮的转数，并直接控制速度。这样的一个系统非常昂贵，并且使司机受到限制，而且还很难跨越。
授予乔治等的专利号为NL1008348C的荷兰专利题为“车辆速度表附件”。该专利文件中描述了一种可后配的附件，其可借助于一吸盘安装于速度表的透明面板上。该附件位于速度表指针的旋转轴线上。传感器放置在一与所需速度刻度对正的铰接径向载体的端部，然后将其夹紧。当指针走到传感器之下时，传感器输出启动了一产生听觉信号的电路，该听觉信号可以是语言信息，例如“太快”。传感器可以从一个位置移动到另一个位置，但必须手动进行。这样的系统对于在上高速公路前设定速度极限是很好的。
授予黑芮的美国专利US5659290题为“速度看守器”。该专利涉及一种通用的车辆装置，其测量车辆的速度，并且在位于车辆仪表盘附近的一数据读出显示器上连续地显示速度。在该装置的电路中集成了一单独的数据表，其用来将一基准速度预设为一理想值。当车辆的实际速度超过该预设参考值时，一蜂鸣器蜂鸣并/或速度显示器闪亮，以告诫司机已经超过预设速度。当车辆速度低于该预设极限时，蜂鸣器和闪光灯停止，该装置用作通常的数据速度表。所述装置是可调的，所以可以用于很大范围的车辆上。
黑芮的传感装置是一种磁性接近传感器，其包括一簧片开关传感器，一非磁性金属套筒围绕着该簧片开关传感器，该套筒例如由铜、铝等制成。这种传感器需要速度表的指针为铁磁的。但是，为了将重量最小化，指针通常是塑料或铝的。
授予布儒赫的专利号为9504565的法国专利题为“Avertisseur de vitesse”，授予咆兰的专利号为8913871的法国专利题为“Procede de detection dupositionnement relative d’un indicateur a aiguille，et disspositif electroniquepermettant de la mettre en oeuvre”。此两专利都描述了用于检测速度表的指针的传感器。显然提供了一光源，用于照亮其下面的一个点，通过信号的变化来检测指针的通过。
黑芮、布儒赫和咆兰所描述的传感器就像前面许多其他人描述过的那样，能够对指针是否在其下面通过提供简单的yes/no信息，并不能跟踪指针，或例如在两个速度上监视。
授予莫塔赫德的美国专利US5554970题为“汽车速度警示系统”，其描述了一种汽车速度警示系统，该系统包括一第一圆板，该圆板具有一半圆的电子指示格栅，该指示格栅围绕第一圆板的外周形成。第一圆板可旋转地定位在一汽车速度表继电器上，并可借助于一球形凸起部连接在其上。一第二圆板具有一圆形凹槽，该凹槽在其外周边上向内形成。该第二圆板可穿过球形凸起部的上部定位，从而使第一圆板的半园电子格栅选择性地与第二圆板的圆形凹槽对正。一指针具有一可旋转地与球形凸起部的上部连接的第一端。一第二端具有一穿过第二圆板的圆形凹槽向下延伸的磁性部。一扩音器具有从其向上延伸的线圈，其用于与汽车的一现有的速度表继电器联接，并与第一圆板的半圆形电子格栅联接。授予莫塔德的这种装置似乎是对传统的速度表的一种替换，需要熟练的机械师来安装。
授予赫尔令顿的英国专利GB2360582题为“车辆超速监视器”，其描述了一种用于警告驾驶员超速或超转的监视器。该监视器具有一光源，该光源装在一壳体上，该壳体借助于粘合剂或吸盘连接于车辆仪表盘上方的清洁的屏幕上。光源后是监视器线路、电池和音频警示装置，当光束被速度表或转数表的指针遮挡住时，该音频警示器发出可以听到的声音来提醒驾驶员。这种监视器可以卸下，并且可以根据特定的速度极限(例如30mph)定位。
授予考恨的美国专利US6600409题为“用于模拟测速装置(例如速度表和秒表)的内含信号器的加装式附件”。该专利涉及一种用于模拟式计量装置的整装的附件，所述计量装置例如为速度表或转数表。该附件包括一传感器，可选择性地调节该传感器，使其对正计量装置的输出指针的运动范围内的若干位置。在优选的实施例中，该传感器可对正刻度标记，例如在一速度表上显示的每小时英里数，当指针达到一选定的刻度时，附件发出一信号。该信号被送到一第二装置，例如一雷达监测器或一中心监视系统。也可以将该信号用做一种指示，提醒使用者模拟计量装置的输出指针已经达到了一个选定的刻度。附件装载在模拟计量装置的一个盖上，并且不用将附件从传感器上卸下就可以调节传感器的位置。优选这样的雷达监测器，当其一些功能对所述附件的信号响应时，该雷达监测器利用该信号产生改进的操作。所述装置基本上是模拟计量装置的整装附加附件，该附件的指针带有一传感器，该传感器检测附件的指针与计量装置的指针的对正。
授予考恨的美国专利US6310544题为“用于诸如速度表或转数表的模拟计量装置的整装的附加附件”。该专利涉及用于模拟计量装置的整装附加附件，该模拟计量装置具有一运动的指针作为被测输出参数的指示器。所述附件包括：一壳体，其尺寸适合于装在模拟计量装置的盖子的一部分上，而不会阻挡模拟计量装置的盘面上的刻度；一从所述壳体上延伸出来的可选择性地调节的部件，其可对正模拟计量装置的盘面上的若干不同的刻度；一传感器，其安装成与所述可选择性地调节的部件相关联，以检测模拟计量装置的输出指针达到该模拟计量装置的盘面上一刻度的时刻，该刻度即为所述可选择性地调节的部件已经对正的那个刻度；在所述壳体内的一电源，用于向所述传感器供电。
尽管现有技术如此众多，仍需要一种自动地读取诸如速度表的模拟式仪表的装置。本发明旨在提供这种需求。
发明概述
本发明提供一种用于监视一带指针的模拟式仪表的数字式监视装置，该数字式监视装置包括：一像素光学传感器阵，安装在模拟式仪表的上方，以响应于指针的位置产生一个数字信号；一处理装置，用于根据来自像素阵的电信号读出模拟式仪表的指针的位置，一警示输出装置，用于响应于指针超过可接受的边界来输出警示。
典型的是，数字式监视装置还包括一电源，用于向像素光学传感器阵、处理装置和警示装置供电。
典型的是，数字式监视装置还包括一连接部件，用于将数字式监视装置连接于模拟式仪表的窗口。这种连接部件可以选自吸盘、胶水、胶带、螺纹连接件、栓、铆钉或类似物。
典型的是，数字式监视装置还包括一用于使光学像素阵反映仪表的指针的指引部件。
典型的是，数字式监视装置还包括一用于改变像素阵相对于模拟式仪表的指针的倾角的指引部件。
典型的数字式监视装置还包括用于将数字式监视装置定位在模拟式仪表的指针的枢轴上方的部件。
可选择的是，数字式监视装置还包括帮助安装、调节和查看数字式监视装置的刻度的指引部件和显示器；用于提供对正指示的选自音频和视频指示的显示器。
可选择的是，所述像素阵为一矩形像素阵。可替代的是，所述像素阵包括分布在至少一个弯曲的排上的像素。典型的是，像素阵包括一CMOS(互补型金属氧物半导体晶体管)装置。
优选的是，监视装置还包括一光学透镜，用于聚焦或至少将来自模拟式仪表的光学信号投射到像素阵上。
可选并优选的是，所述图像处理装置包括一DSP。
可选并优选的是，所述图像处理装置包括一阈值存储装置和一用于响应于所述指针的运动产生一输出的决策装置。
可选并优选的是，处理装置包括用于存储若干阈值的存储装置和用于响应于指针激活一输出的决策装置。
可选的是，数字式监视装置还包括一光源，在此，通过来自所述光源并被模拟式仪表反射的光的定位使得数字式监视装置易于查看刻度和对正。
优选的是，数字式监视装置还包括一输入装置，用于通过输入阈值来对其查看刻度。可选择的是，可利用数字式监视装置上的按键来设定。一种替代方案是，将阈值设定为等于指针的位置。
在一个实施例中，通过将一光点投射到模拟式仪表上来设定阈值。
优选实施例还包括一联接于一数据传输器的收发器，阈值经数据传输器遥控输入。
数字式监视装置还可以包括一麦克风，以便通过一音频启动系统启动。
数字式监视装置还可以包括开/关控制件。
数字式监视装置还可以包括可旋转LED，用于照亮模拟式仪表，以便察看刻度和设定区域极限。
数字式监视装置还可以包括用于响应于被监视的参数的允许范围利用一通讯通道来更新指针极限的装置。
数字式监视装置还可以包括选自音频警示、视频指示和语音词汇的输出信号。
在各实施例中，数字式监视装置的输出信号可以由选自LED、LCD和蜂鸣器的电子信号发生器来输出。
在一实施例中，数字式监视装置可以联接于车辆的自动系统，用作被动式行驶控制系统。
在一实施例中，所述数字式监视装置还包括一收发器和一数据传输器。
在一实施例中，所述数字式监视装置还包括用于作出涉及启动所述收发器的决策的装置。
所述数字式监视装置还可以包括一存储器和一用于作出一涉及将数据存储到所述存储器的决策的装置。
所述数字式监视装置的警示输出可以启动预定的一段时间，或者只要指针在最小阈值之上时，该警示就不停。
所述数字式监视装置可以监视指针的运动速度，以监视被监视参数相对于时间的导数，例如用来根据速度表计算加速度数据。
在优选实施例中，所述数字式监视装置还可以包括一温度计，并且可以包括一终止装置，用于当温度超过由预设的极限规定的允许范围时，终止所述装置的运转。
所述数字式监视装置可以包括一装置识别码，例如关于主人车辆的登记号。识别码可以是加密的。
所述数字式监视装置可以包括一用于监视其相对于模拟式仪表的位置的装置。
当被监视的模拟式仪表的指针经过一预定点时，可以引起数字式监视装置进行自测试程序，该自测试包括电池测试。
所述数字式监视装置可以包括节能装置。可选择的是，该节能装置包括至少下列中的一项：(a)当指针指示所监视的参数离预设的阈值相差一定距离时将扫描率降低到一个较低的速率的装置；(b)图像扫描和信号处理的速率可变；(c)当模拟式仪表的指针不可监视时进入车辆低耗电模式的装置；(d)当环境光低于一最小阈值时进入一种低耗电模式；(e)一用于开关监视装置的震动式、运动式或加速式传感器。
纵观本发明所公开的技术方案，虽然本发明可以作为举例参照一速度表或其它特定的装置来提出，但应该理解，本发明应用到各种模拟式仪表上都是等同的。
附图说明
为了更好地理解本发明及其事实方式，现在(仅仅作为例子)参见附图。
现在具体地参见附图，首先要强调图中示出的特别之处都是举例，其仅仅用于对本发明的优选实施例进行图示讨论，提出这些特征是因为相信它们是最有用的，而且有益于最容易地理解本发明的原理和概念。在此并没有试图比对于本发明的基本的理解更加详细地展示结构细节；参照附图所作的描述使得熟悉本领域的人对于本发明如何以不同的形式在实践中实施一目了然。
图1为一幅侧视图，示出了本发明的模拟式仪表监视装置安装在一速度表前的情形。
图2为模拟式仪表监视装置的功能框图。
图3示出安装在速度表前的模拟式仪表监视装置。
图4示出可能的警示程式和启动事件。
图5详细地示出了对于可变的取样速率装置的运行。
图6为一流程图，示出利用本发明的模拟仪表监视装置监视一模拟仪表的方法。
图7详细地示出了一种仪表监视方法的状态框图。
图8详细地示出了数字式监视装置的前板的一实施例。
图9示出了一双向传感器的图像传感器资源的动态定位。
图10示出了一系列图像传感器的扇形的光强读取数据。
图11详细地示出了扇区径向传感器的一实施例，该传感器设计成读取各扇形的光强。
图12详细地示出了一具有节能结构的数字式监视装置的框图。
图13详细地示出了扇区传感器的另一种结构，这些传感器适合于跨越实际的速度表盘。
图14详细地示出了扇区传感器的另一种结构，其具有用于差分地读出光强的装置。
图15详细地示出了扇区传感器的另一种结构，其具有一致的径向灵敏度。
图16详细地示出了扇区传感器的另一种结构，此结构具有一致的径向灵敏度和光强的差分读出。
图17详细地示出了扇区传感器的另一种结构，这种结构具有锥形的径向灵敏度。
图18详细地示出了扇区传感器的另一种结构，此种结构具有一致的径向灵敏度。
图19详细地示出了数字式监视装置的定位和/或对正。
图20详细地示出用于数字式监视装置定位和/或对正的数字式监视装置的另一实施例。
具体实施方式
现在参照附图以举例的方式描述本发明的一优选实施例。虽然具体地参照车辆速度表来描述本发明，但应该理解的是，本发明适用于运输、工业等各种其它的模拟式仪表。
本发明提供一种用于监视模拟式仪表的装置和方法。虽然特定的例子可能涉及车辆的速度表，本发明同样适合于其它类型的模拟式仪表，例如车辆的转数表、燃油表等等。而且这种装置还可以用来在工厂、医院、电厂等场合监视其它模拟式仪表或钟表。
所述装置包括一个电版光图像传感器，即，一个光学传感器的像素阵，用于产生指示模拟式仪表的指针的可视图像的电信号，还包括用于响应于指针的位置作出不同的动作来指示所监视的参数的大小的装置。
来自像素阵的电信号提供响应于模拟式仪表的模拟输出(即，其指针的位置)的数字信号。这样就可以对模拟式仪表进行连续的电子实时监视。
指针超过预定的极限(也就是说，值大于或小于可接受的阈)导致来自像素阵中那些落到一定范围之外的像素的信号，可以有不同的动作响应于由此启动的电信号。模拟式仪表的那些指针设计成相对于其背景可视的，这样，由这种电版光学图像传感器所接收的信号自然具有高的对比度，并且容易处理。可以为启动警示所需的选定像素限定几个最小/最大阈值。
相信，将固态图像传感器装置用于监视模拟式仪表的数字式装置中是新颖的。可获得数据的适应性、容易地处理这些数据并/或将其储存的可能性、就地或遥控校准的可能性，这些在一定程度上提供了迄今未获得的灵活性。
本发明的数字式监视装置是一种典型的无源装置，其在没有任何传递的情况下读取速度表或其它模拟式仪表。这种监视装置几乎不消耗能量，只要用一节小电池充电即可。在优选实施例中，数字式监视装置采用智能式能量和资源管理，这样就进一步减少了耗电。甚至可以通过阅读低采样率来进一步地耗电。
这种装置是可以进行适应性改装的。各实施例都可以采用智能算法，各种情况下都可以可靠地阅读，例如在白天或夜晚，无论周围的光线条件如何变化。
容易察看本发明的数字式监视装置的刻度并校准。当用于跟踪车辆的速度表时，各实施例均可以很高的精确性来监视一个或多个速度极限。很容易就可对这种装置的速度极限和操作方法进行改进，而不需要物理地移动该装置。
这种数字式监视装置可以改装到任何实际的车辆上，并不需要改变车辆。这种数字式监视装置小巧轻灵，成本低，特别容易安装，并且很容易改装到速度表和其它模拟式仪表上，操作成本也低。
优选的实施例包括将数据纪录在一个闪存或其它装置中，以便后来处理。
因此，这种数字式监视装置提供了对各种涉及监视速度表和其它模拟式仪表的问题的实际解决方案的独特的组合。
现在参见图1。此图为按照本发明的一实施例的数字式监视装置的一幅侧视图，该装置安装在一模拟式仪表前，具体地说，安装在车辆的速度表前。车辆的速度表包括一运动指针，后面称为指针32。该指针指示其后的仪表盘上的当时的速度。该指针饶着一轴销31旋转。
速度表通常提供在一透明的仪表盘盖20后面。这种盖可能不是平的，也许多少带有一些弯曲。这种盖通常是向下倾斜的，以防止尘土在其上积累，并且防止反光。所以，表盘的盖通常不平行于速度表的指针旋转的平面。一个用于监视速度表的指针的数字式监视装置100通过一支撑装置连接在一基座107上。
数字式监视装置100包括一连接部件，例如一胶粘带或真空吸盘，用于将数字式监视装置100定位在模拟式仪表的中心。这样，数字式监视装置100就被部件101或其它部件连接到仪表盘的盖上。
只需要将数字式监视装置100物理地连接于仪表盘上一次。无须在仪表盘上重新定位数字式监视装置100来将其从新构成或重新组装。
数字式监视装置100优选沿着垂直于指针32的旋转平面的直线112安装在指针32的轴线31的上方，并在其旋转轴线的上方。下面描述正确安装数字式监视装置100的光学装置。
在安装了数字式监视装置100后，可以通过物理的方法将数字式监视装置100对正，以便对准模拟式仪表的相关区域。这种对正可以通过在竖直的平面上使数字式监视装置100向上/向下倾斜来进行。
在连接后还可以将数字式监视装置100进一步倾斜，以调整其定向，从而允许电版光学传感器(后面称为像素阵)的基座有效地监视模拟式仪表的指针32。这种对正由使用者来进行。在此，数字式仪表监视装置100可以选择性地提供音频/视频对正信息，这将在下面参照图8、19和20予以描述。因此，数字式仪表监视装置100可以包括用于引导使用者对正定向的显示部件。
可以利用该显示部件来引导使用者在竖直平面内调整数字式监视装置100的定向。
可以采用音频和/或视频指示器部件来引导使用者正确地对正数字式监视装置100。
数字式监视装置100可以包括一透镜组件110，其具有一个或多个透镜，这些透镜定位在装置的指向模拟式仪表(速度表)的一侧。该透镜系统将来自模拟式仪表的光线指向数字式监视装置的像素阵上。像素阵120包括一固态图像传感器的双向阵，以便利用透镜组件来获得速度表和指针31的图像。因此，透镜组件将所接收的图像施加并投射到图像传感器装置上。
下面利用一种替换类型的径向传感器来详细说明另一指针位置指示器。
一个或多个键130允许驾驶员设置装置。
第一发光二极管(LED)142通知驾驶员装置的运行状态。一个LED和/或一个LCD和/或一个蜂鸣器141或其它电子装置提供与速度相关的警示。
驾驶员可以设定并再设定几种警示状态和模式。可以利用第二LED181并借助于镜片182和183来投射一个光点到仪表盘上，以设定一警示阈值(即图2中的LED和光阵146)。图3中详细地示出了光点108。电池160用来对模拟式仪表的数字式监视装置100供电。在这一新颖的实施形式中，通过使用这里描述的各种节能装置，一节较小的电池就可使用很久，例如一至三年或更长。
透镜组件110形成包括速度表的相关部分并且被虚线111界定的仪表盘区域的一部分的图像，并将此图像投射到图像传感装置120的电版光学像素区域上。线111限定视场的范围，即，传感区域的突起部分113。
图2示出模拟仪表监视装置100的监视框图。光学透镜110将模拟仪表/速度表及其指针的图像投射到CMOS图像传感器和ADC120上。可以将传感器的输出施加到模数转换器(ADC)上，接着进行在数字信号处理器(DSP)150上进行图像识别处理。CMOS图像传感器是固态图像传感器组件的一个实施例。
图像传感器120包括一像素阵，例如像素的双向阵。可以采用一种矩形像素阵或矩阵(笛卡儿的)，或极像素阵。
参见图11、13至18，在另一实施例中，图像传感器包括一双向阵，像素以固定的角节距定位在其间的一极平面内。图像传感器可以包括一CMOS装置。该传感器装置可以包括一透镜系统110。当车辆使用时，一麦克风148可以激活数字式监视装置。
ADC优选集成在图像传感器组件内。在框120中也可以包括其它可选择的光电装置，例如滤色器、放大器等。
CMOS图像传感器和模数转换器优选由DSP控制。这可以包括在框120中改变数字式监视装置操作参数或模式，例如：
1.设定所接收的信号的放大，以使所接收的信号大小与模数转换器的范围相匹配，例如在夜间增大放大。
选择性地控制图像的各区域的放大也是可以的，例如响应于图像的局部亮度施加一可变的适应性增益。
其它手段可以包括暴光时间控制。象素暴露时间提供了用于控制数字式监视装置的灵敏度的有效的电子手段。可以采用上述手段的组合。
2.控制放大率，因此，只有当需要制作一个新的图像样品时才使用图像传感器，以节省电流。
3.只读取所需图像区域的一部分，这样，由于忽略了图像的不相关部分，所以节省了能量。这可通过只读取相关象素来实现。在一系列读取的情况下，可以忽略一些时间周期，这样，只读取和分配图像相关部分的硬件和电源。
数字数据从ADC转移到框150内的DSP，以便在DSP中识别图像。
框150还可以包括一个控制器和一个闪存。控制器可以控制其它装置(例如框120中的装置)和其它硬件，以将耗电减至最小。
DSP不需要连续运行-控制器可以根据需要打开DSP(或改变其运行模式)，例如当使用者按压一个键或当需要图像时。控制器可以包括一个或多个可以由DSP设置的计时器，以便使DSP能够确定何时应该提取下一个图像样品。一种替换形式是，可以为此采用一个DSP内的内部定时器。图像处理装置可以包括一个DSP。
图像处理装置可以包括阈值存储装置和用于响应于指针经过一阈值而激活一警示的决策装置。它们还可以包括用于存储若干阈值的存储装置和用于响应于指针经过一阈值而激活一警示的决策装置。
各种输入手段可以用来设置扇区阈值的极限：最小、最大、窗口阈值或多个阈值。
阈值设定可以采用各种手段，例如将光点投射到仪表盘上以指示被作为阈值设定的指针位置/角度的光源装置(即，LED)。可以采用一个可旋转LED来照明模拟仪表盘。该LED可以用来查看刻度或设定扇区极限。
在一个实施例中，数字式监视装置采用三个光源(LED)：一个用于设定阈值，第二个用于为数字式监视装置定位，第三个用于警示或其它显示功能。
数字式监视装置100可以包括利用一通讯通道按照允许的速度范围来更新扇区极限的输入装置。
闪存可以容纳最后的指针角度的样品、随后的图像的样品和/或附加数据的样品。
计算的其它数据可以包括速度值。这对于各种任务通常是有用的，例如：(a)将指针当前的角度与上一次的角度进行比较以计算车辆的加速度或其它导变量。当可以并实际进行查看刻度时，这种值可以是绝对值，当不进行查看刻度时，可以采用相对值/定性值。刻度查看过程将数字式监视装置100测得的指针角度/位置与显示给模拟仪表的操作人员的实际值相联，(b)易于利用先前样品的一致的信息以加快的速率识别模式，(c)将上一样品储存在闪存中，识别图像太亮或太暗的图像区域，用于对所接收信号放大进行适应性调节和控制，从而使传给ADC的信号最佳化并且适合于其动态范围。象素曝光的时间也可以用于这种调节。这也是有用的，例如当进入一个通道，或光线条件总体上改变时，例如当夜幕降临时自动地检测亮度的降低。可以将各种数据存入闪存，例如初始参数、随后的附加数据、计算结果等，在不使用时这不需要提供电能。因此，即使DSP切断供电，重要数据也储存着。
5.储存车辆驾驶数据，例如用于随后检查/重新查看的速度驾驶册。可以将该速度历史转移到另一个装置中，例如供驾驶员的父母检查。
DSP是选择性的。一个简便的实施例在本说明书的其它部分详细地给予了描述，例如参见图10至18。
可以使用输入装置，例如一个或多个键130来使驾驶员设定数字式监视装置并操作该装置，包括例如：(i)设定一个或多个供驾驶员监视并据此来提醒驾驶员的时间极限，(ii)限定相对于当前速度的或相对于初始限定的时间极限，当超过各速度极限时启动的警示类型，(iii)对模拟仪表监视装置100的校验正常地进行，并对其测试，(iv)对模拟仪表监视装置100开和关。
可以包括输入装置来提示使用者模拟仪表监视装置100和速度表的状态。这些装置可以包括一个液晶显示器LCD143，用以通知驾驶员操作并监视模拟仪表监视装置100的状况。一种替代形式是，显示器可以使用LED或其它显示装置。利用一个收发器144可以通过外部装置来控制和监视数字式监视装置。可以使用一个篮牙芯片，例如，以便容易地控制模拟仪表监视装置100。例如，可以用便携式电话、篮牙兼容的掌上或其它移动装置来初始设定监视模拟仪表的数字式监视装置100。在这种情况下，用于监视模拟仪表的数字式监视装置100具有很少输入装置，例如只有一个开关钮。另一个例子是利用红外装置(IR)来控制模拟仪表监视装置100。
收发器也可以使得用于监视模拟仪表的数字式监视装置100易于测试和安装，例如用于初始机械调整和后面的测试。所述外部装置也可以是例如膝上电脑。
当达到或经过某一速度时，可以用LED、LCD和/或蜂鸣器141或其它适合的装置来指示警示。可以使用各种原电池或二级(可充电)电池装置160。可以采用任意一种太阳能电池162来辅助所述电池装置或为其充电。为用于监视模拟仪表的数字式监视装置100的各部件通过供电单元164供电。
供电单元控制向各部件提供的电压和/或电流，其由一电源管理单元163管理。这两个单元都是可选择的。在另一实施例中，也可以将供电单元直接联接于各部件，已经被接受的工程实践中正是这样做的。
电源管理单元的运行参数由DSP控制。DSP可以决策各部件使用的时间和方式。DSP本身可以被断开，与供电单元脱离一段时间联接，例如在两个样品之间。这一时间间隔可以由DSP本身设置，作为电源管理的一部分。然而应该理解，DSP是选择性的。作为举例，参照图10至18详细地描述了一种简单的低成本和低耗电的替代结构。
在所有相关的数据保留在闪存内之后，也可以从DSP向电源管理单元传送一个关闭DSP的指令。然后也可以将闪存关闭，因为数据已经保留在里面，即使其与电源断开联接。
电源管理单元也可以核实电池正常工作并且是充有电的。如果电池需要充电或替换，电源管理单元会通知DSP，DSP又通知使用者。如果是可充电的，则提供一充电器161为电池充电。
模拟仪表监视装置100中可以包括一个选择性的运动传感器147以节省电能。当车辆运动时，用于监视一模拟仪表的数字式监视装置100自动激活，当车辆停止了相当长的一段时间后，该装置关闭。传感器147可以为一个物理传感器，用来监视加速度变化、震动或任何其它表示运动的变量。可以为模拟仪表监视装置100配置车架外传感器。这种运动传感器可以是不需要电能的无源传感器。
为了节电，当车辆停放和/或不运动时或根据任何适当的指示，例如当速度表的指针指向零一段时间，用于监视模拟仪表的数字式监视装置100自动关断或进入休眠模式。
在用于监视模拟仪表的数字式监视装置100处于休眠模式时，一个简单的电路或任何其它的硬件和/或软件都可以监视运动传感器147，而不是监视速度表的指针，那样会需要更多的资源和耗电。
当运动传感器147或其它装置指示车辆开始运动时，用于监视模拟式仪表的数字式监视装置100开启或从休眠模式转换成积极模式。
也可以由使用者对用于监视模拟式仪表的数字式监视装置100设置开或关，因此运动传感器是可选择的。可以选择性地省去手动地开关用于监视模拟式仪表的数字式监视装置100的需要。
根据另一实施例，可以使用运动传感器来节省资源，例如在交通堵塞以至于车辆不动或缓慢运动的情况下，或者当使用者忘记关断模拟仪表监视装置100时。
可选择的是，在模拟式仪表监视装置100中采用涉及操作模式的选择性的指示，其可以包括音频的和/或视频的通知，例如发出哔哔声或开启一个LED指示车辆处于休眠状态。可选择的是，使用者可以废弃这种机构，或者使其失效。
可选择的是，采用光束发生装置146，例如通过一个或多个LED或一个激光装置。光束发生装置可以在速度表盘上形成一个或多个光点108。这可以用于两个目的：
(i)当初始安装模拟式仪表监视装置100时，光标记有助于将用于模拟式仪表的数字式监视装置100放置在仪表盘上最好的位置上或最好的位置附近，参见图19、20。重要的是，用于监视模拟式仪表的数字式监视装置100放置在模拟仪表的轴线的上方。光点108(图3)有助于为模拟式仪表监视装置100设置一个使用者限定的阈值。有时，将阈值设置为目前的指示的值是不明智的，例如当该值属于危险的温度范围或危险的发动机RPM时。见图1中的LED181和镜子182、183。
(ii)在初始安装模拟仪表监视装置100(优选如图1、19和20所示，在指针轴线的上方)时，光标记有助于将用于监视模拟式仪表的数字式监视装置100放置在仪表盘上最好的位置上。
例如，光束发生装置146可以直指前方，使使用者能够借助于将光点指向速度表指针的轴线来安装用于监视模拟式仪表的数字式监视装置100。
一种替换形式是，光束可以投射一照明区域，该区域具有另一个形状，例如细长的点，以帮助将数字式监视装置100定位在一个相对于模拟仪表正确的位置上。
可能会有不止一个光点，以易于观察光点并安装数字式监视装置100。光点还辅助或替代在安装用于监视模拟式仪表的数字式监视装置100安装完后响应于数字式仪表监视装置100的竖直对正在显示器上的符号。所述对正可以包括在一个竖直平面内向上/向下倾斜用于监视模拟式仪表的监视装置100。对正由使用者来完成，而数字式监视装置100可以显示对正信息，见例如图8。
在数字式监视装置100内，光点可以代替一个对正监视机构，因此，由于使用者只要将一个或多个光点对准速度表上所需的位置就可进行对正，所以省去了关于对正的显示数据，如图19、20所示。在本实施例中可以不需要对正的图像识别，因为使用者直接监视对正，而不是通过数字式监视装置100。光点可以辅助或替换数字式监视装置100的显示器上响应于提供由使用者限定的阈值的部分。
利用光束发生装置146，使用者通过在速度表上形成一个或多个光束直接就可设定和识别阈值。利用数字式监视装置100上的任何输入装置，使用者可以移动阈值，使用者还可以校验阈值是否正常设定。对于上述两种应用中的任何一种，都可以省去显示资源和硬件资源。对于上述两种应用中的任何一种，只有当使用者需要(例如为了识别阈值)时才产生所需的光束和光点，以对正模拟仪表监视装置100或改变阈值等。
数字式监视装置100可以包括作出涉及激活警示的决策的装置。所述警示可以是音频的和/或音频/视频和/或语音的。警示可以采用例如LED、LCD或蜂鸣器。
系统可以用于一无源驾驶控制(PCC)系统，以在长时间内监视驾驶员的衡定车速。
模拟式仪表监视装置100包括用于作出一涉及激活数据传送的传送/接收的决策的装置，和/或用于作出涉及数据在存储装置中的存储的决策的装置。
可以将警示激活一个固定的预定时间段。在另一实施例中，或另一操作模式中，只要指针位于一警示发生区段内，警示就可以处于激活状态。而在另一实施例中，只要指针位于一速度阈值之上，警示就处于激活状态。
可以使用各种节电装置，例如可以使用改变扫描率的装置来节电，即，当指针离阈值或警示激活扇区比较远时采用较低的扫描率。这意味着可以包括可变的图像扫描和信号处理速率。数字式监视装置100可以包括用于当不能监视到模拟式仪表的指针时数字式监视装置100进入低耗电模式的装置。例如可以在夜间，当黑暗的时候进入这种模式。低耗电模式可以采用非常慢的扫描模式。模拟式仪表的监视装置100可以包括有助于获得低耗电运转的震动/运动传感器。
这种结构和方法节省能量消耗，因为光束发生装置只使用很短的时间，而且所有这些操作只要做一次，以备后来迅速使用。
其它输入装置可以包括保持跟踪时间和日期的装置。例如这种信息用在数字式监视装置100中是有利的。数字式监视装置100还可以包括温度测量装置。数字式监视装置100还可以包括用于当温度超过预定值时停止运行的装置。
数字式监视装置100还可以包括当温度低于预定值时停止运行的装置。
数字式监视装置100还可以包括一个独特的识别号码。该识别号码可以与车辆的登记号相关。该号码可以是加密的。
数字式监视装置100还可以包括检测数字式监视装置100从其安装位置上卸下的装置。
在开始行程的时刻，如果速度超过了预定值，监视装置100可以作一个自测试，包括电池测试。
阈值设定方法和装置
正如在本文始终详细描述的，可以用下面的任何装置或其组合来设置阈值：
1.数字式监视装置100本身带有的按钮。使用者可以利用上/下钮来改变显示的值。于是将所需的值输入到数字式监视装置100的存储器中，在那里作为一个阈值。
2.输入当前的指针的位置或定位作为一个阈值。数字式监视装置100可以带有一个按压即可将当前指针的位置作为阈值输入的钮。
3.将一光束指向表盘，将一光点投射到阈值应该被设定处的指针位置/角度上。
4.在数字式监视装置100中使用一个接收器，其联接于外部通讯装置，例如借助于RF、红外线的或其它装置，以便输入一个阈值。
图3示出了数字式监视装置100，其放置或加装在速度表前，速度表指针32的轴线的上方。此图详细示出了速度表上哪些区域驾驶员看不到。
如图所示，数字式监视装置100不妨碍驾驶员读表，因为其明显与速度表表盘33分开。
可以限定一个或多个阈值水平。如果指针经过这些阈值中的任何一个，数字式监视装置100会激活一次警示，这是由运行方法限定的，并且按照该运行方法的。参见图3，可以为驾驶员所限定的每两个阈值设置不同的警示：一个是在速度50Km/h：“TH1”，另一个是在速度100Km/h：“TH2”。应该理解的是，为便利起见，这些阈值可以仅仅标示在图上，无需将它们实际标注在速度表或车辆上。
光束发生装置可以在速度表的仪表盘上产生一个或多个光点108。在一个实施例中，为下面的各项任务使用一个单独的光束：
1.当最初安装数字式监视装置(优选在指针的轴线上方，如图1所示)时，光标记有助于将装置放置和/或对正在仪表盘的最佳位置上。这一步骤也在图19和20中示出。
2.光点可以辅助或替代数字式监视装置的显示器的负责提供由驾驶员限定的速度阈值的那部分。通过利用光束发生装置在速度表上形成一条或多条光束108可以直接设定和识别阈值。使用者可以通过数字式监视装置的任何输入手段(例如机械地旋转带有LED181和镜子182和183的表盘，见图1)移动阈值，并核实阈值的正常设置。
图4示出了可能出现的警示计划或引发事件。在图4中示出了相对于时间210的速度和警示。当速度200经过由使用者限定的某一速度极限或阈值(例如TH1或TH2)时，警示被激活。
当车辆可能经过一速度极限和/或当车辆接近一速度极限时可以发出警示220。只要车辆在速度极限之上就可以激活警示，也许持续固定的一段时间，也许直到使用者将其停止。对于各警示类型，可以使用不同形式的输出装置，例如，当车辆速度经过值TH1时，一种类型的警示221可以是两秒的哔哔声和LED的闪烁，直到使用者按压一键。
当车辆速度经过TH2时可以是另一种警示222，例如语音宣告和/或衡定的照明LED，激活一段固定的时间。
图5示出了如何改变驾驶员的取样速率来节省能量。图5中详细地示出了相对于时间210的速度200和取样速率230。当速度200经过由使用者限定的某一速度极限或阈值(例如TH)时，发出警示。
数字式监视装置100设计成低能耗的。例如，如果速度远离任何阈值，并且装置发现，基于目前的速度和所计算出来的加速度，车辆没有接近任何阈值，于是可以降低取样速率。数字式监视装置的资源，例如DSP和图像装置可以休眠很长时间，例如T1秒。这一变量可以被固定或重新限定，并且可以由DSP或数字式监视装置100上的其它装置计算。
在车辆超过一预定的速度(即，VI)的情况下或当速度较接近阈值TH时，取样速率提高，样品T2之间的周期小于T1。
也可以通过加速度来影响取样速率，因此，当速度迅速提升时，即使当时的速度很低，仍然可以提高取样速率，因为估计车辆的速度会在很短的时间内接近阈值极限TH。
所以，DSP可以基于当时的速度和计算出来的加速度来决策最佳的取样速率。数字式监视装置100可以在若干固定的取样速率之间转换，或者采用可变的速率。
数字式监视装置100通过图像取样和处理的智能控制来节电。通过在实用中降低图像获悉和DSP处理速率，减小了适时周期，从而减小了平均电流消耗，延长了电池的寿命。
例如假设如下情况：车速：36Km/h，即10m/s(每秒米)。阈值：90Km/h，即，25m/s，当时加速度1ms-2。如果车辆的最大的可能加速度是4ms-2，则3.5秒后最大的可能速度会是：10+1+4#3.5＝25m/s，于是例如在3.2秒后可以进行下次取样。实际上推荐最快的速率，因为加速度会改变。上述计算假设数字式监视装置100是刻度读取的，因此，数字式监视装置100测量速度表上指示的实际值。
这样的一种取样计算可以节电。可选择的是，数字式监视装置100可以探测驾驶员正在入睡。如果加速度太大，数字式监视装置可以激活警示，无论速度是否超过了阈值。这有助于防止当司机放松而且其脚下意识地压到油门踏板时无意超速的危险。
图6示出了一种可以的操作方法的流程图。一种监视速度表的方法可以包括：
1.调节灵敏度300-信号或部分信号的放大，这些信号可以通过设置传感器来读取。这是选择性的，可以在读取图像传感器前考虑。这种调节可以通过控制传感器曝光时间来进行。
2.读取图像传感器-读取速度表的图像，并用数字式电子装置将其转变成电子信号或可读数据。
3.方式识别320-图像识别可以聚焦在指示器的角度上，或者也可以包括速度表表盘，以进行绝对速度的读取。在后者的情况下，表盘只要读取一次，然后将其保存在存储器中以备后面读取和处理。可以采用其它装置来读取装置的刻度。速度表的指针的位置和取向在一个常规的基础上阅读。可以以较低的频率更新属于总体图像的相关数据，例如校核照明度，以计算对于后面的样品所需的灵敏度300。
4.计算速度和加速度330-基于包括速度表的指针和指定表盘上的数字的位置的初始数据，可以计算速度V。基于速度随时间的变化，可以计算加速度，其是速度对时间的导数(dV/dt)。
5.针对阈值340校核速度-如果速度经过一由使用者设定的预定阈值TH1，则根据所限定的TH1发出警示350，该警示被视为为警示1。速度可能会经过某一阈值，或如前面详细描述的，可以校核关于速度的条件以及关于加速度的条件。
于是，在一种优选的运行方法中，当基于当前加速度存在速度很快就有超过阈值的危险时，数字式监视装置可以指示警示，哪怕速度目前小于阈值。
6.显而易见，如果已经给出了警示或警报，并且速度降了下来，就不再需要警示，所以，当车辆减慢时不需要发出警示，即使速度经过预定的阈值。在激活警示时可以施加一种滞后。上述装置可以有利地用来防止频繁的扰民的无理警示，尤其是当仪表处于一阈值附近时。
7.校核速度是否经过了附加阈值水平342-以类似的方法可以限定更多的阈值水平，例如TH2。该阈值可以与另一警示模式352相关，在此被视为警示2。一个警示可能与模拟式仪表的一个最小值/最大值或窗口或区域有关。只设两个阈值是有道理的，即，一个用于城市区域，另一个用于公路，然而，对于本发明来说，可以根据需要设置任意数量的阈值。
8.设定取样速率360-基于速度和加速度的状态、运行模式以及阈值要达到的可能性来决策取样速率。因此，在下一次取样之前使用很少的资源，例如断开闪存并将DSP设置在休眠模式，同时一个控制器可以操作装置，例如校核使用者输入，以节省能源。
9.休眠模式/延迟370-使用DSP或硬件可以进行各种计算。在前一个步骤中限定下一次取样时刻，并且将控制器中的一个定时器设定为悬置下一个样品之后，数字式监视装置可以处于休眠/延迟模式，在此，DSP和其它资源都处于未激活状态。在此时间周期内需要最少的电能，这样就得到较低的平均耗电。
10.用初始数据重复上述步骤。可以只针对相关信息取样和计算，因此节省电能、资源和处理时间。
图7示出了上述方法的框图。当速度相对远离阈值时，数字式监视装置100处于速度粗算和估计的模式381，因此可以使用很少的资源，例如取样较少、使用较低分辨率的图像，这些都可以使用较少的资源。速度可以粗算，但是当节省电能和资源利用时，精确的速度并不是重要的。这样，在处理和图像获得的过程中都可以节约能量。
在进行了所需计算后可以设置一延迟382。这时使用了最少的资源。当速度在短期内的任何时候都不大可能经过阈值时可以将延迟设置得比较长。
延迟的长度可以由数字式监视装置100设置，或者可以是固定的。381的速度计算可以更精确，使得能够较好地估计进一步的速度并在382使用较长的延迟。
当按照预定的准则估计数字式监视装置100正在接近一个特定的阈值时，例如在381估计速度会在五个样品内达到TH1，这时在本例中数字式监视装置会将其模式改变为383。在此模式下做较精确的速度计算，来按照限定在需要时尽早激活一次警示。如果速度经过TH1，则发出一次警示385，在本例中为警示1。这是为此阈值限定的一种警示装置。
后面的速度和加速度估算比在模式381中要精确，以便能够较作出智能化的决策并可以选择性地较好地调节一次延迟384。
在所需的计算完成后及下一次取样前，使用一次较小的延迟384，还是为了节电。这次延迟比较短，因为速度比较接近于阈值，而且比较可能经过阈值，但是，如果在一段时间内加速度小，也可以选择性地增大延迟，以节电。
以一种类似的方式可以限定更多的阈值，例如TH2，模式386适合于TH2，其功能类似于模式385对TH1，但是可以使用各种参数和定义。
TH2有一个小延迟387，其功能类似于TH1的小延迟384，但是可以使用各种参数来定义。
在TH2的388处激活警示2，功能类似于在TH1的385处激活警示1，但是可以使用各种参数和定义。
当速度将要经过一阈值时使用较多的资源。因此，数字式监视装置100处于高资源利用模式。当速度远离上述最接近阈值时，选择较低的资源利用率。
图8示出了数字式监视装置100具有一个前面板，其上可以带有键、LED和按钮。如下的结合被采用：
物理对正指示器102-可以由LED实施，LED将通知使用者它是否可以绕其轴线向上或向下倾斜。这可以包括数字式监视装置的另一种模式并或可以在其正常运行时得到校验-数字式监视装置看到并识别速度表上一个相关的区域。
锁定按钮104-在物理对正完成之后，此按钮锁定数字式监视装置，防止其相对于安装表面运动，将其锁定在理想的角度。
阈值设定键130-两按钮TH1和TH2中的每一个都可以限定各阈值的运行模式。例如，每按一下这些按钮中的一个将改变阈值为：[off]、50、60、70、80、90、100、110、[相对于当前]。附加的“+”和“-”钮可以相对于由TH1或TH2限定的值改变上次修改的阈值1，在限定为“相对于当前”的情况下，将会相对于当前的速度限定阈值。一个显示器(未示出)可以指示各阈值。两种阈值也可以通过按压一下按钮来设定，因此，按照通常的驾驶速度，例如：
模式1：TH1＝50，TH2＝90
模式2：TH1＝60，TH2＝100
模式3：TH1＝50，TH2＝100
...
其它LED103-可以指示一次警示、装置正常运行、电池状态(满/空)、装置开着等。
可以使用其它按钮或键来限定各阈值的警示模式等。
图9示出了图形传感器资源的一种可能的动态分配。可以忽略有源传感区域113的无关部分。
在此图中，小方框表示可以以高分辨率和高频率读出的区域。这可以以硬件和/或软件实现。
上面详细描述的带有一个DSP的结构是选择性的。下面详细描述一个简单的实施例。其制作起来可能会便宜，并且可能消耗非常小的电。
可以采用各种图像读出实施例来测量指针所指向的角度，例如使用角/极可选的传感器装置。
采用这种方法可以消除其它光点、干涉和各种错误源。指针不能“跳到”一个新的位置，只能较慢地改变方向。因此，可以跟踪指针，哪怕图像读出差，并且可以有效地忽略错误。
采用这种方法可以有助于以最少的资源较快地作出关于指针指向的方向和速度表指针相对于预定的阈值的状态的决策。因此，在某些实施例中，可以使用DSP，而只需一个简单的且成本低的控制器来操作装置。
图10示出了对应于速度表图像的一个瞬间在新装置图像传感器的扇区上的光强分布。该曲线图表示出自探测器的象素电压的作为时间或角度410的函数的值420，这可能在连续地读出象素时发生。一个较大的值对应于速度表的一个角扇区的较大的光强。这是本发明的一个简单且成本低的例子。
可以在软件中通过利用在几个相邻的扇区测得的光强并利用插补来加强仪表角度读出的精确性。因此，图10示出了图像传感器上的扇区的光强的一系列读出。光强420可以是模拟电压读出对时间或角度410。此曲线表示探测器样品值连续地、接续地从图像探测器的所有扇区取出的情况下的一个图形样品。
可以看到，表示指针位置的峰值421很容易发现，但是也可能有其它的峰值，甚至比峰值421的幅度更大，表示指针的实际位置。
数字式监视装置100跟踪指针的位置，从一个样品到另一个，并且可以计算出其最可能的未来位置，例如通过计算加速度。所以，既便很强的于涉和噪音也可以忽略，因为指针先前的位置和趋向是知道的。
利用转移登记器或其它类型数字和/或模拟存储装置可以连续地读取关于图像的系列数据，或者也可以直接对这些数据进行评估，而不需要存储装置。在另一实施例中，可以并联地读取相关的数据。
图11详细地示出了一个扇形化的径向传感器群的实施例，这些传感器设计成读取各扇形的光强。各灰暗的区域表示一个传感器元件的光强区域，能够读取该区域的图像。中心的圆形区域位于速度表指针的轴线的上方。在本收视率中，利用少量的电版-光学传感器，光强区域很容易就能够决策指针的位置。利用这种径向极传感器区域构造，而不是更通常的矩形传感器矩阵，可以获得更有效的实施，因为这种结构与各个可能的位置上的指针的形状相匹配。
图12详细地示出了一个具有节能结构的数字式监视装置的框图。
只要使用一个不带DSP的控制器就可实现单元152，因此进一步减小了能量消耗。此实施方式可以有效地用来代替扇形化的光敏区域，例如在图12-14中示出的。
可以用一种方法比较容易地发现指针的位置，而不是用复杂的算法，所述方法包括简单地比较相关的传感器光强区域的光强。新的径向光敏区域实现了一种光学校正方法，其取代了以前的在控制器内进行的数字校正。光敏区域的数量可以减少，上述比较直接由模拟信号实现，完全摒弃了对数字资源的需要，例如ADC和DSP。
单元122可以包括一个或几个样品模拟比较器，其可以是便宜的且高效的，而且是低耗电的。单元152可以包括一个或几个简单的控制器，其可以是便宜且高效的，而且是低耗电的。可以使用一节小号电池160来提供全部所需的电能。
图13详细地示出了扇形化传感器群的另一种结构，该传感器跨越实际的传感器的表盘。扇形化传感器的光敏区域类似于图11中示出的那种。然而，由于在低于指针轴线的底部有一个非相关区域，所以在那个区域不需要传感器孔。
一种替换形式是，可以采用其它的非相关区域的上方不包括传感器孔的传感器光敏区域结构。这样也节省了图像取样资源和电能。非相关区域可以包括指针不能达到的区域和不实用的区域，例如速度表盘上包括速度200+Km/h的区域等。
图14示出了扇区化传感器群的另一种结构，其带有用于微分地读出光强的装置。图14中的各扇形化传感器的光强区域由若干传感器区域构成，这些区域距离结构的中间隔开固定的距离。
这种光敏区域结构的中间也是指针轴线的位置。这种新的结构比图11所示的光敏区域结构复杂。但它读取图像的能力更强：可以读取一定半径的传感器图像。当存在干涉且指针的位置不能按需要确定时这是有用的。在按照更有限的面积确定时可以作出一个比较好的决策。
如果出现了干涉或不希望的照明，很容易就可删除。因为通常并不是在这个扇区内的所有传感器矩阵都接受同样量的光。
总而言之，通过使用这种新颖的传感器光敏区域结构可以更好地识别不同形状的照明，因此可以识别指针的照明形状，也可以识别除指针之外的其它形状，从而能够更好地作出决策。
可以忽略特定的扇区像素或特定的半径，在这些半径处很难作出关于指针当时指向的扇区的决策。
可以实施很多不同的方法来确定指针指向的方向。可以使装置的硬件最佳化地适合所选的运行方法。
图15详细地示出了扇区化传感器的另一种结构，其具有均匀的径向灵敏度。采用一个固定宽度的传感器，光敏区域可以允许一个较好的决策，因为指针本身常常具有固定的宽度，一个固定宽度的传感器光敏区域会更好地适合于对其测量。指针的位置可以通过考虑沿着几个传感器象素的照明分布的计算导出。
制造或采用一个固定宽度的传感器面积，而不是其它形状的传感器面积可能更实际和简单。使用少量的传感器象素可以节省资源和硬件并减少硬件的复杂性，但却无论如何也还是可以获得性能的满意度。
这种传感器光敏区域结构可以更好地拒绝干涉，因为面积较小的狭窄的区域还可以接收较少的光强。这对于大多数类型的干涉都是有效的，只要该干涉的形状与传感器面积不同，从而较小面积的干涉会影响到传感器区域所接收的照明。
图16详细地示出了扇区化传感器的另一种结构。此结构具有均匀的径向灵敏度和微分的照明强度读出。图15中的各固定宽度的传感器光敏区域现在包括若干传感器件，它们离开孔结构的中间固定的距离。
光敏区域结构的中间也是指针轴线的位置。这种新的结构比图15所示的光敏区域结构要复杂，但是却提供了更多的阅读图像的可能性：
可以读取某一半径的传感器象素，当存在干涉而且不能按需要计算指针的位置时这是有用的，由更有限的面积来确定指针的位置，可以作出更好的决策。
如果存在着干涉或不希望出现的照明，很容易就可将其删除，因为很可能不是该扇区的所有传感器都接收相同量的照明。
总而言之，使用这种新颖的传感器矩阵结构，可以更好地识别不同的照明形状，所以可以识别指针的照明形状，也可以识别除了指针以外的其它形状，从而可以作出更好的决策。可以忽略那些难以决策指针所指扇形的特定的传感器象素或特定半径。
可以采用许多不同的途径来决策指针所指的方向，装置的硬件可以设计成最适合于所选的途径或操作方法。
图17示出了传感器群的一种可能的位置，在此，各传感器读取宽度下降的带上的光强。这种传感器光敏区域结构使得接近指针轴线的区域的重量较大，这可能在光强的读出在离指针的轴线比较近处被认为更可靠时是有用的。在指针被认为较短或针尖照明不够的情况下也可能是有用的。表盘可能在离指针轴线较远处有干涉。在夜间或一般情况下，速度表通常具有一定的照明，因此，数字式监视装置可能在仪表盘的某些位置读取指针更好，对于以最少的干涉从指针接收最强的照明，传感器光敏区域会理想地具有最匹配的形状。在本实施例中，离指针轴线越近，照明就越好。
图18示出了固定区域传感器的一种可能的布置，在此，传感器群在离中心不同距离处具有几种不同的分布。
这种传感器光敏区域结构具有一种可能性，那就是，在离开指针轴线或结构中心的几个距离处传感器光敏区域具有不同的形状。
传感器光敏区域可以选择为矩形，以容易实现照明或与照明更好地匹配。传感器光敏区域也可以具有不同的形状，不一定是矩形。
利用本实施例，可以采用较窄且较短的光敏区域接近指针轴线，以更好地识别指针的细长形状，而在离指针轴向距离较大处，在传感器光敏区域之间有更多的场地，这样就可以允许较宽的传感器光敏区域，该区域也可以从两侧接收更多的照明。通过这种不同光敏区域的组合，可以有无限的可能性，例如：
可以比较不同半径处的照明强度，且只根据一个半径处的传感器光敏区域组来决策；
可以忽略具有非逻辑读出的传感器光敏区域，且根据在一个半径处的其它传感器象素决策；
在总体计算中，可以使不同半径处的传感器光敏区域具有不同的重量，这可以通过数字式监视装置中的软件和/或硬件实现。
在总体计算中，可以使不同扇区的传感器光敏区域具有不同的重量，这可以通过数字式监视装置中的软件和/或硬件实现。
图19示出了定位/对正数字式监视装置的可能的手段。如图1所示，速度表通常是放置在一块透明的仪表盘盖的后面，此盖可能多少有些弯曲。由于仪表盘的盖通常不平行于速度表的指针旋转的平面，所以不容易将其沿着一直线连接于指针轴线31上方的新的装置100上，所述直线垂直于指针旋转的平面，位于指针旋转轴线上方。
所需的第一步骤是借助于胶粘带或其它手段将数字式监视装置的基座连接在仪表盘的盖上的正确的位置上。在一个实施例中，为了用胶粘带正确地放置数字式监视装置基座，可以采用一些或全部下列步骤：
1.揭掉基座上的胶粘带的覆盖面。
2.打开用光在数字式监视装置上产生标记的机构，这有助于将装置放置在仪表盘上最好的位置上。
3.基于速度表上被照明的光线(使用者将其指向指针轴线)，使用者慢慢地将数字式监视装置朝仪表盘移动。
4.使用者调整基座相对于数字式监视装置的角度，使得数字式监视装置按需要垂直于指针的旋转平面，然后将装置粘在速度表指针轴线的上方；或者将基座松开，从而使其可以自由移动，把数字式监视装置慢慢地移向仪表盘指针上方的相同的点，然后移动基座，使其按要求粘在仪表盘上，同时数字式监视装置指向指针的轴线，如上所述。
只需将数字式监视装置物理地连接于仪表盘一次。无需在仪表盘上重新定位装置，以重新构成或设置装置。
5.现在数字式监视装置被放置在适当的位置上，而且还可以垂直地对正。结束。
如图1所示，光束发生装置可以向前发光，如图19示出。一种替换形式是，光束可以表现出被照明区域的任何其它形状，例如细长的点，以帮助将数字式监视装置放置在正确的水平角度上。
图20示出了定位对正数字式监视装置的一种可能的实施例。如图20所示，可要有不止一个点，可以更容易注意到点，并且较容易地安装数字式监视装置。光束发生装置也有助于测试数字式监视装置并由数字式监视装置或使用者聚焦在速度表的相关区域。
应该承认，上述仅仅是本发明的范围内的数字式监视装置和方法的一个例子，对于熟悉本领域的人员来说，在阅读了前面的公开后可以作出各种改进。
因此，熟悉本领域的人员将会理解，本发明不限于前面特别具体地示出并描述的内容。本发明的范围由权利要求书所限定，包括上面描述的各种特征的组合和子组合及其变异和改进，这些在熟悉本领域的人员阅读上面的描述后都可能作出。
在权利要求书中，词汇“包括”及其演变，例如“(第三人称单数的)包括”、“(现在分词的)包括”等指示包括所列的部件，但是通常不排除其它部件。

Claims (45)

1.用于监视模拟式仪表的数字式监视装置，该仪表包括一指针，所述数字式监视装置包括：
一像素光学传感器阵，安装在模拟式仪表的上方，以响应于指针的位置而产生数字信号；
一处理装置，用于根据来自所述像素光学传感器阵的电信号读取模拟式仪表的指针的位置；
一警示输出装置，用于响应于指针超过可接受的界限而输出一警示。
2.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一电源，用于向所述像素光学传感器阵、处理装置和警示装置供电。
3.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一连接装置，用于将数字式监视装置连接于模拟式仪表的窗口。
4.如权利要求3的数字式监视装置，其特征在于：所述连接装置选自吸盘、胶水、胶带、螺纹连接部件、栓、铆钉。
5.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一指引部件，用于使像素光学传感器阵成像仪表的指针。
6.如权利要求5的数字式监视装置，其特征在于：所述指引部件用于改变像素光学传感器阵相对于模拟式仪表的指针的角度。
7.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括用于将数字式监视装置定位在模拟式仪表的指针的数轴的上方的部件。
8.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一显示器，用于使数字式监视装置易于安装、调节和察看刻度盘。
9.如权利要求8的数字式监视装置，其特征在于：所述显示器提供关于对正的指示，该指示选自音频和视频指示。
10.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：像素光学传感器阵为一矩形像素矩阵。
11.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：像素光学传感器阵包括分布在一曲面阵里的像素群，其包括至少一个弯曲排的像素。
12.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：像素光学传感器阵包括一CMOS装置。
13.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括光学透镜，用于将来自模拟式仪表的光信号投射到像素光学传感器阵上。
14.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：图像处理装置包括一DSP。
15.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：图像处理装置包括一阈值存储装置和一决策装置，该决策装置用于响应于所述指针的运动产生一输出。
16.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：图像处理装置包括用于存储若干阈值的存储装置和响应于指针激活一输出的决策装置。
17.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一光源，通过来自该光源并被所述模拟式仪表反射的光的定位，使得易于查看数字式监视装置的刻度并对正数字式监视装置。
18.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一输入装置，用于在输入阈值时查看刻度。
19.如权利要求18的数字式监视装置，其特征在于：阈值通过装置上的按钮设置。
20.如权利要求18的数字式监视装置，其特征在于：阈值设置得等于指针的位置。
21.如权利要求18的数字式监视装置，其特征在于：阈值通过在模拟式仪表上投射一光点来设置。
22.如权利要求18的数字式监视装置，其特征在于：还包括一收发器，其联接于一数据传输器，阈值通过该数据传输器遥输。
23.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一麦克风，用于以一音频激活系统实现激活。
24.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括开/关控制器。
25.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一可旋转LED，用于照明模拟式仪表，以查看刻度以及设置扇区极限。
26.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括响应于被监视的参数的允许范围并利用一通讯通道更新指针极限的装置。
27.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括用于作出涉及激活一输出信号的决策的装置。
28.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：所述输出信号选自音频警示、视频指示和语音词汇。
29.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：所述输出信号由一电子信号器输出，该电子信号器选自LED、LCD和蜂鸣器。
30.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：其用于连接于至少一个车辆模拟式仪表，用作一无源驾驶控制系统。
31.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一收发器和一数据传输器。
32.如权利要求28的数字式监视装置，其特征在于：还包括一用于作出涉及收发器的激活的决策的装置。
33.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一存储器和一用于作出涉及将数据存储到所述存储器中的决策的装置。
34.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：所述警示被激活一固定的预定时间段。
35.如权利要求34的数字式监视装置，其特征在于：只要指针在最小阈值之上警示就发出着。
36.如权利要求34的数字式监视装置，其特征在于：其用于监视指针的速度，以监视所监视的参数相对于时间的导数。
37.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一温度计。
38.如权利要求37的数字式监视装置，其特征在于：还包括一关断器，用于当温度计所记录的温度超过预设的极限所限定的范围时关断装置。
39.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：包括一装置识别码。
40.如权利要求39的数字式监视装置，其特征在于：所述装置识别码与寄主车辆的登记号相关。
41.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括一用于监视其相对于模拟式仪表的位置的部件。
42.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：当指针的运动经过一个设定的点时，引起数字式监视装置进行一个自测试程序，该自测试程序包括电池测试。
43.如权利要求42的数字式监视装置，其特征在于：还包括涉及电池状态的警示部件。
44.如权利要求1的数字式监视装置，其特征在于：还包括节电装置。
45.如权利要求44的数字式监视装置，其特征在于：所述节电装置至少包括下列之一：
(a)改变扫描速率的装置，当指针指示所监视的参数远离设定的阈值时使用较低的速率；
(b)图像扫描和信号处理的速率可变；
(c)当模拟仪表的指针不可监视时使数字式监视装置进入低能耗模式的装置；
(d)当环境光低于一最小阈值时进入低耗电模式；
(e)用于开关装置的开和关的震动或运动传感器。
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