CN103091507A - 用于估算人或物体的瞬时速度的估算装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种用于估算人（I）的瞬时速度（V）的估算装置（100），包括：a）检测模块（10），该检测模块（10）包括第一感光传感器（M1）和第二感光传感器（M2），分别用于检测关于环境光线（LUX1，LUX2）相对于基准环境光线（LUX_REF）变化的第一光线扰动（P1）和第二光线扰动（P2）；b）测量模块（20），包括测量器件（CHRONO），该测量器件（CHRONO），被配置为测量所检测的第一光线扰动（P1）和第二光线扰动（P2）之间经过的时间段（Δt）；以及c）估算模块（30），包括估算器件（M4），当人（I）在所述第一感光传感器（M1）和第二感光传感器（M2）前面连续通过而改变了环境光线（LUX1，LUX2）时，所述估算器件（M4）基于两个传感器（M1，M2）之间的间距（d）和所测量的时间段（Δt）来确定人（I）的瞬时速度（V_EST）。

Description

用于估算人或物体的瞬时速度的估算装置及方法

技术领域

本发明的一个目的是提供一种能够估算人或者物体的速度的测量或估算系统。具体而言，本发明的目的涉及一种能够估算人或物体的瞬时（instantanée）速度的估算装置。

本发明的目的在很多领域都颇有益处，其在运动领域允许某个人（例如教练）用简单的方法来测量运动员（例如赛跑者或者自行车骑手）的瞬时速度。

当然，本发明在其他应用方面也有益处，例如在交通防护领域，用于测量在限速道路上行驶的机动车辆（例如汽车）的瞬时速度。

其他多种应用同样被认为属于本发明的范围。

背景技术

在体育界，成绩的搜集和运动员的进步是基本因素；运动员们为了打破记录而竞赛，以及公众们热衷于所有记录的超越，这些构成了持久的挑战和诱惑。

因此有必要让运动员、或者更普遍而言让运动者们对他们的成绩有精确的了解。

在现有技术中，已有一些传统的雷达系统能够以一定的频率发射无线电波或者电磁波，并特别是在有人从雷达前通过时能接收发射波的回波。

具体而言，当某个人处于发射波的区域内，波的部分电磁能量被反射给雷达。

雷达还被配置为接收这种反射的能量。既然这些无线电波以恒速（即光速）传播，雷达被设置为能够根据发射波和所接收的回波之间经过的时间来计算这个人的距离。

为了计算人的速度，雷达利用了被称为多普勒效应的现象：雷达测量发射的无线电波和作为回波接收的无线电波的频率变化。如果某个人离得远，则频率较低，反之亦然，如果离得近，则频率较高。雷达根据这种频率的变化来计算此人的速度。

然而，传统的雷达所使用的无线电波或电磁波技术对于各种干扰很敏感。

为了消除这种干扰问题，已有一种用于“光检测和测距（ranging）”的被称为“激光雷达（LiDaR）”的新的测量系统。这种系统没有使用之前所述的多普勒效应。

应用于测量系统中的这种技术，利用红外线激光并根据不同频率来计算人的距离。

具体而言，可以预见使用这种现有技术能在极短的时段内进行大量的距离计算。然后，根据给定时间内测到的距离变化来推算出人的速度。

申请人指出，目前这类技术越来越广泛地应用于公共道路上的警用测量系统；特别是越来越多地用于激光双目望远镜和自动雷达中。

申请人指出，上文提到的各类技术都太昂贵、相对复杂而不便实施。

申请人还指出，对于想在体育训练中或者竞赛中测量自己成绩的个人而言，在现有技术中使用的这些系统都不太实用。

申请人因此发现此类测量系统的一个明显缺陷：申请人认为，现有技术尚不能提出一个能够简单且自动地估算人或物体的瞬时速度且价格又令人满意的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对上述问题的简单而有效的解决方案，当然，成本和制造问题也反映在本发明的目的中。

本发明解决的技术问题之一是，提出一种方案，实时估算当人或物体在测量或估算瞬时速度的装置和/或系统前面通过时的瞬时速度。

因此，准确地说，本发明涉及一种估算装置，能够用来估算人或物体（例如车辆）的瞬时速度。当然，应该了解，在本发明的范围内，所有类型的人或物体的瞬时速度都可以被估算。

根据本发明，该估算装置包括检测模块，该检测模块包括第一感光传感器和第二感光传感器。

两个传感器被配置为分别检测第一和第二光线扰动（perturbation），该光线扰动与环境光线相对于基准环境光线的变化有关。

本发明所说的光线扰动，应被理解为环境光线相对于基准环境光线的变化。例如某个人通过感光传感器时改变了环境光线，就会引起这样的光线扰动。

更为有利地，第一和第二感光传感器以预设间距彼此隔开，这个间距会使瞬时速度的估算精度发生变化。

根据本发明的优选实施例，该间距约在20厘米到80厘米之间。

优选地，该间距大约等于40厘米。

根据本发明，该估算装置还包括测量模块。该测量模块包括测量器件，用于测量所检测的第一和第二光线扰动之间的时间段。

该估算装置还包括估算模块。该估算模块包括估算器件，当人或物体从第一和第二感光传感器前面连续通过而改变环境光线时，该估算器件被配置为基于上述间距和所测量的时间段来确定人或物体的瞬时速度。

更为有利地，根据本发明的优选实施例，第一和第二感光传感器是光电晶体管或光敏电阻类的电子传感器。

更为有利地，该检测模块包括校准器件，该校准器件被配置为确定基准环境光线，以校准第一和第二感光传感器。

更为有利地，该检测模块包括过滤器件，当第一或第二感光传感器检测到光线扰动时，该过滤器件用于确定该光线扰动是否是由于人或物体（例如车辆）在第一或第二感光传感器前面通过而产生的。

更为有利地，第一和第二感光传感器的每一个被配置为其中一部分测量环境光线，而另一部分对所测量的环境光线与基准环境光线进行比较。

更为有利地，该过滤器件被设置为将所测得的环境光线和基准环境光线之间的比较结果与预设的差额进行比较。

该有利特征能够避免可忽略的光线扰动（例如天空中小云朵的经过或小鸟的飞过引起的光线扰动）对估算产生干扰。

根据实施例，更为有利地，本发明的估算装置包括显示模块，该显示模块包括显示屏（优选是数字LCD式），该显示屏被配置为显示所估算的瞬时速度。还可以显示其他信息，例如之前的记录或基准时间。

为了这一目的，根据有利的实施例，本发明还包括电子存储器件，该电子存储器件能够记录并且储存诸如所记录的最佳速度等特定信息。

更为有利地，该估算装置还包括可收放的机械支撑架，该机械支撑架被配置为调整检测模块特别是第一及第二感光传感器的倾角。

由于可以根据跑步者的身高做上述倾角调整以瞄准期望的目标，因而根据本发明的估算装置既能够用于成人也能够用于儿童。

更为有利地，该估算装置另外还包括握持器件，例如手持把手，这显然是为了方便搬运。

对应地，本发明的目的在于还提供一种估算方法。

根据本发明的估算方法能够利用如上所述的估算装置来估算人或物体（例如车辆）的瞬时速度。

根据本发明，该估算方法包括：

-第一检测步骤和第二检测步骤，分别用于检测第一和第二光线扰动；

-测量步骤，对第一和第二光线扰动之间的时间段进行测量，以及

-估算步骤，当人或物体（例如车辆）在所述第一和第二感光传感器前面连续通过而使环境光线发生改变时，该估算步骤基于上述间距和测量步骤中所测量的时间段来确定其瞬时速度。

更为有利地，该估算方法包括校准步骤，在所述第一和第二检测步骤之前，该校准步骤确定基准环境光线，以校准所述第一和第二感光传感器。

更为有利地，该估算方法包括过滤步骤，当所述第一或第二感光传感器检测到光线扰动时，该过滤步骤确定该光线扰动是否是由于人或物体（例如车辆）在第一或第二感光传感器前面通过而引起的。

更为有利地，所述第一和第二检测步骤的每一个包括其中一部分测量环境光线，而另一部分将所测量的环境光线与基准环境光线进行比较。

更为有利地，根据本发明，该过滤步骤对所测量的环境光线和基准环境光线之间的比较结果与预设的差额进行比较。

因此，本发明的目的在于，通过其不同的功能、有利的技术特征和感光传感器的特殊设计，提供一种简单且自动地估算人和物体在通过上述测量器件时的瞬时速度的方法。

附图说明

下面的图1A-图1B到图5示出非限定性实施例，通过参考附图，上文描述的本发明的其他技术特征和优点将显而易见，其中：

图1A和图1B为示出本发明的估算装置的优选实施例的示意图；

图2为示出本发明的估算方法的流程图的示意图；

图3A和图3B为示出该测量器件、以及与其关联的握持器件和可收放的（escamotable）机械支撑架的示意图；

图4为示出本发明的具有与其关联的显示模块的估算装置的改型实施例的前视图；

图5为本发明的估算装置的立体示意图。

具体实施方式

以下将参考图1A-图1B到图5对本发明的估算装置及其估算方法的优选实施例（exemple）进行描述。

本发明的一个目的是使得估算装置被设计为使用简单、符合人体工程学并且经济实惠。

因此，如图1A所示，本发明通过估算装置100来实现估算人I或者物体O（例如车辆）的瞬时速度V的目的。

应该了解，本发明可以有很多不同的有益应用，例如在运动领域测量跑步者的成绩，以及在交通安全领域测量汽车的瞬时速度。

根据本发明的描述，其具体指的是对某个人I的瞬时速度V进行测量，这显然是非限定性的。

在下面的描述之前，值得注意的是，根据本发明的估算装置100必须设置在供运动员奔跑的跑道附近。优选地，该装置100必须大致上垂直于跑道的轴向而设置，或者更准确地说，大致上垂直于跑步者的行进路径的轴向而设置。

关于结构和功能，在本实施例中，如图1B和图2所示，根据本发明的估算装置100包括检测模块10，该检测模块10包括第一感光传感器M1以及第二感光传感器M2（这些传感器可以是光电晶体管或光敏电阻类传感器），各自被配置为分别在第一步骤S1和第二步骤S2中检测第一光线扰动P1和第二光线扰动P2。

如前所述，光线扰动P1和P2与环境光线LUX1和LUX2相对于基准环境光线LUX_REF的变化有关。

在此处所述的实施例中，检测模块10包括校准器件M0，被配置为在校准步骤S0中确定基准环境光线LUX_REF，以校准第一感光传感器M1和第二感光传感器M2。可以理解的是，检测模块10还包括电子存储器件，用于储存包含诸如基准环境光线LUX_REF等信息的数字数据，在此不对这些存储装置进行描述。

在此处所述的实施例中，如图1B所示，所述第一感光传感器M1和第二感光传感器M2的每一个被配置为其中一部分测量环境光线LUX1和LUX2，而另一部分将所测得的环境光线与基准环境光线LUX_REF进行比较。

所述比较利用差值法或比率法进行计算，或者采用任何其他能够比较上述两个数值的数学比较方法。

在此处所述的实施例中，上述第一感光传感器M1和第二感光传感器M2以预设间距彼此隔开。

在此处所述的实施例中，该间距d大约在20厘米到80厘米之间，优选大约等于40厘米。

可能地，可以设置用于改变该间距d的调节器件，该调节器件既没有被描述，也没有在附图中示出。能够通过改变该距离来提高最后获得的估算精确度。

可能会有一些干扰因素不合时宜地触发估算装置100或停留在估算装置100的前面，这些干扰因素例如是天空中光线的变化或飞过的小鸟，或任何其他能够干扰环境光线的事件或者物体。

为了避免此类问题，在此处所述的实施例中，检测模块10包括过滤器件M3，当所述第一感光传感器M1或第二感光传感器M2检测到光线扰动P1或P2时，该过滤器件M3被配置为在过滤步骤S3中确定该光线扰动是否是由于人I或者物体O在第一感光传感器M1或第二感光传感器M2前面通过时引起的。

在此处所述的实施例中，过滤器件M3被配置为将所测量的环境光线LUX1或LUX2和基准环境光线LUX_REF的比较结果与一个预设差额MARGIN进行比较。

应该了解，上面提到的存储器件同样也可以用于储存这个差额MARGIN。

在优选实施例中，过滤器件M3包括光闸式反射盘（disque obturateur dereflets），其能够验证第一感光传感器M1或第二感光传感器M2检测到的光线扰动P1或P2是否是由于人I或物体O的通过而引起的光线扰动。

在此处所述的实施例中，根据本发明的估算装置100包括测量模块20，该测量模块20包括测量器件CHRONO，该测量器件用于在测量步骤S4中测量在所检测的光线扰动P1和P2之间经过的时间段Δt。

在此处所述的实施例中，根据本发明的估算装置100还包括估算模块30，该估算模块30包括估算器件M4，该估算器件M4被配置为在估算步骤S5中基于间距d和所测量的时间段Δt来估算人I或物体O的瞬时速度V_EST。

因此，当人I或物体O在第一感光传感器M1和第二感光传感器M2前面连续通过而改变了环境的光线时，基于传感器M1和M2检测到的两个连续的光线扰动P1和P2之间的时间段Δt，就可以根据间距d来确定人I或物体O的瞬时速度V_EST。

可以有多种变型来确定瞬时速度V_EST，包括：a）第一种变型是根据间距d和间隔时间段Δt实现对速度V_EST的实时计算，或者b）第二种变型是从数字数据表格中查找出速度V_EST，该预设表格中包含多个Δt值和对应于每个Δt值的速度值，这里的间距d是预先设定的且对应于表中的每一列数据。

在此处所述的实施例中，如图4和图1B所示，根据本发明的估算装置100包括显示模块40，其包括显示屏SCREEN，该显示屏例如优选是数字式LCD显示屏，该显示屏被配置为显示所估算的瞬时速度V_EST：在图4所示的实例中，所估算的速度为12公里/小时。

如前文所述，该显示屏SCREEN也被配置为显示所记录的最快速度：在图4所示的实例中，最快速度为25公里/小时。显然，这意味着估算装置100还包括用于记录最快速度或前十个最快速度的电子存储器件。

在此处所述的实施例中，如图3A-图3B和图5所示，根据本发明的估算装置100包括可收放的机械支撑架50，其被配置为能够调节检测模块10的倾斜角度a，特别是第一感光传感器M1和第二感光传感器M2的倾斜角度。在图5所示的实施例中，该机械支撑架50包括长度可调节的支撑臂。

在此处所述的实施例中，根据本发明的估算装置100包括握持器件60，例如一个方便搬运的手持把手60。

在图5所示的实施例中，传感器M1和M2被安装到两个臂上，这两个臂可以自行折叠，形成手持把手60。

得益于这些不同的技术特征，包括通过对感光传感器的应用，本发明的估算装置可以让人可靠地获得其自身的瞬时速度的估算，特别是为了提高训练成绩。

值得注意的是，此处仅对本发明的具体实施例进行了描述，这些描述对本发明的目的不具有任何限制性，相反，这些描述旨在消除本发明的权利要求中可能存在的不确定性和对权利要求的错误解释。

Claims (18)

1.一种用于估算人（I）或车辆的瞬时速度（V）的估算装置（100），所述估算装置（100）包括：

a)检测模块（10），包括第一感光传感器（M1）以及第二感光传感器（M2），所述第一感光传感器（M1）以及第二感光传感器（M2）的每一个被配置为分别检测关于环境光线（LUX1，LUX2）相对于基准环境光线（LUX_REF）的变化的第一光线扰动（P1）和第二光线扰动（P2），所述第一感光传感器（M1）和第二感光传感器（M2）以预设间距彼此隔开（d）；

b)测量模块（20），包括测量器件（CHRONO），该测量器件（CHRONO）被配置为测量在所检测的该第一光线扰动（P1）和该第二光线扰动（P2）之间经过的时间段（Δt），以及

c)估算模块（30），包括估算器件（M4），当人（I）或车辆在所述第一感光传感器（M1）和第二感光传感器（M2）前面连续通过而改变了环境光线（LUX1，LUX2）时，该估算器件（M4）被配置为基于所述间距（d）和所测得的时间段（Δt）来确定人（I）或车辆的瞬时速度（V_EST）。

2.如权利要求1所述的估算装置（100），其特征在于所述第一感光传感器（M1）与第二感光传感器（M2）之间的间距（d）约在20厘米到80厘米之间，优选为约40厘米。

3.如权利要求1或2所述的估算装置（100），其特征在于所述第一感光传感器（M1）和/或第二感光传感器（M2）为光电晶体管或光敏电阻类电子传感器。

4.如权利要求1到3中任一项所述的估算装置（100），其特征在于所述检测模块（10）包括校准器件（M0），该校准器件（M0）被配置为确定基准环境光（LUX_REF），以校准所述第一感光传感器（M1）和第二感光传感器（M2）。

5.如权利要求1到4中任一项所述的估算装置（100），其特征在于所述检测模块（10）包括过滤器件（M3），该过滤器件（M3）被配置为当所述第一感光传感器（M1）或第二感光传感器（M2）检测到光线扰动（P1，P2）时，确定所述光线扰动（P1，P2）是否是由于人（I）或者车辆在所述第一感光传感器（M1）或第二感光传感器（M2）前面经过引起的。

6.如权利要求5所述的估算装置（100），其特征在于所述过滤器件（6）包括光闸式反射盘。

7.如上述任一项权利要求所述的估算装置（100），其特征在于所述第一感光传感器（M1）和第二感光传感器（M2）被配置为其中一部分测量环境光线（LUX1，LUX2），而另一部分对所测得的环境光线（LUX1，LUX2）与基准环境光线（LUX_REF）进行比较。

8.如引用权利要求5或6的权利要求7所述的估算装置（100），其特征在于该过滤器件（M3）被配置为将所测得的环境光线（LUX1，LUX2）和基准环境光线（LUX_REF）之间的比较结果与预设差额（MARGIN）进行比较。

9.如权利要求1到8中任一项所述的估算装置（100），其特征在于包括显示模块（40），该显示模块（40）包括显示屏（SCREEN），该显示屏（SCREEN）例如优选为数字式LCD显示屏，被配置为显示所估算的瞬时速度（V_EST）。

10.如权利要求1到9中任一项所述的估算装置（100），其特征在于包括可收放的机械支撑架（50），该机械支撑架（50）被配置为调整该检测模块（10）的倾角，特别是第一感光传感器（M1）和第二感光传感器（M2）的倾角。

11.如权利要求1到10中任一项所述的估算装置（100），其特征在于包括握持器件（60），该握持器件（60）例如为手持把手（60）。

12.如权利要求1到11中任一项所述的估算装置（100），其特征在于包括电子存储器件，该电子存储器件被配置为存储至少一个所估算的速度。

13.一种利用估算装置（100）估算人（I）或车辆的瞬时速度（V）的估算方法，所述估算装置（100）包括检测模块（10），该检测模块（10）具有以预设间距（d）彼此隔开的第一感光传感器（M1）和第二感光传感器（M2），所述第一感光传感器（M1）和第二感光传感器（M2）的每一个被配置为分别检测关于环境光线（LUX1，LUX2）相对于基准环境光线（LUX_REF）变化的第一光线扰动（P1）和第二光线扰动（P2）；

所述估算方法包括：

-第一检测步骤（S1）和第二检测步骤（S2），分别检测所述第一光线扰动（P1）和所述第二光线扰动（P2），

－测量步骤（S4），测量所述第一光线扰动（P1）与所述第二光线扰动（P2）之间经过的时间段（Δt），以及

－估算步骤（S5），当人（I）或车辆在所述第一感光传感器（M1）和所述第二感光传感器（M2）前面连续通过而使所述环境光线（LUX1，LUX2）产生变化时，基于所述间距（d）和所述测量步骤（S4）中所测的所述时间段（Δt）来确定人（I）或车辆的瞬时速度（V_EST）。

14.如权利要求13所述的估算方法，其特征在于包括校准步骤（S0），在所述第一检测步骤（S1）和所述第二检测步骤（S2）之前，所述校准步骤（S0）确定基准环境光线（LUX_REF），以校准所述第一感光传感器（M1）和第二感光传感器（M2）。

15.如权利要求13或14所述的估算方法，其特征在于包括过滤步骤（S3），当所述第一感光传感器（M1）或所述第二感光传感器（M2）检测到光线扰动（P1，P2）时，所述过滤步骤（S3）确定所述光线扰动（P1，P2）是否是由于人（I）或车辆在所述第一感光传感器（M1）或所述第二感光传感器（M2）前面经过而引起的。

16.如权利要求13到15中任一项所述的估算方法，其特征在于所述第一检测步骤（S1）和所述第二检测步骤（S2）的每一个包括其中一部分测量所述环境光线（LUX1，LUX2），而另一部分将所测的所述环境光线（LUX1，LUX2）与所述基准环境光线（LUX_REF）进行比较。

17.如引用权利要求15的权利要求16所述的估算方法，其特征在于所述过滤步骤（S3）将所测的所述环境光线（LUX1，LUX2）和所述基准环境光线（LUX_REF）之间的比较结果与预设差额（MARGIN）进行比较。

18.如权利要求13到17中的任一项所述的估算方法，其特征在于包括存储步骤，存储至少一个所估算的速度。

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