CN106716174A - 用以监看视野的成像系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用以监看视野(2)的成像系统，所述成像系统具有在上面成像所述视野(2)的光电元件(44)的二维阵列(3)，其中所述成像系统(1)适于针对所述光电元件(44)中的每一个通过由所述成像系统(1)发射至所述视野(2)中且随后到达所述光电元件(44)的光测定所述对应光电元件(44)与位于所述视野(2)中的物件(4、13)的表面之间的距离，及针对所述距离中的每一者测定具有至少一个分量的距离矢量以形成包括所述距离矢量的坐标图像，第一存储器单元(7)适于存储所述坐标图像，第二存储器单元(8)针对所述光电元件(44)中的至少一个存储逻辑关系，所述逻辑关系针对所述分量中的至少一个具有所述对应的分量大于或等于预定下限值且所述分量小于或等于预定上限值的形式，且处理单元(9)适于针对所述光电元件(44)中的每一个询问是否满足所述逻辑关系并在满足所述逻辑关系中的至少一个的情况下输出触发信号。

Description

用以监看视野的成像系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用以监看视野的成像系统及一种用以监看视野的方法。

背景技术

需要测定车辆(尤其是移动车辆)的参数，其中这些参数可用于许多应用中。举例来说，测量车流量和车流速度可用于预测交通堵塞或动态地调整速度限制以控制交通流动。还可设想用以拍摄驾驶员或车号牌的照片，其可用于逮捕罪犯。关于车辆的其它参数包含车辆类型(例如小汽车与卡车之间的辨别)、轮轴编号、车辆速度、车辆方向、车号牌号和车辆载重。

用于测定这些参数的当前系统需要使用多个传感器。举例来说，激光扫描仪用于检测在预定地点处车辆的存在或不存在。一旦通过激光扫描仪检测到车辆的存在，高分辨率摄像机即捕获车辆的照片或底片。如果预定地点的位置的改变为必需的，那么需要对激光扫描仪进行物理调节。此也需要激光扫描仪为人类可接近的或激光扫描仪需设置电动位移单元。

发明内容

本发明的目标为提供一种成像系统和一种用以使用成像系统监看视野的方法，其中所述成像系统具有简单设计，且所述方法容易执行。

根据本发明用以监看视野的成像系统包括在上面成像视野的光电元件的二维阵列，其中所述成像系统适于针对所述光电元件中的每一个通过由成像系统发射至视野中且随后到达光电元件的光测定对应光电元件与位于视野中的物件的表面之间的距离，及针对所述距离中的每一者测定具有至少一个分量的距离矢量以形成包括所述距离矢量的坐标图像，第一存储器单元适于存储所述坐标图像，第二存储器单元针对光电元件中的至少一个存储逻辑关系，所述逻辑关系针对所述分量中的至少一个具有对应的分量大于或等于预定下限值且所述分量小于或等于预定上限值的形式，且处理单元适于针对光电元件中的每一个询问是否满足所述逻辑关系并在满足所述逻辑关系中的至少一个的情况下输出触发信号。

所述用以使用成像系统监看视野的方法，所述成像系统具有在上面成像所述视野的元件的二维阵列，其中所述成像系统适于针对所述元件中的每一个测定所述对应元件与位于视野中的物件的表面之间的距离，其中所述距离中的每一者可用于形成具有至少一个分量的距离矢量以形成包括所述距离矢量的坐标图像，所述方法包括以下步骤：a)针对所述元件中的至少一个预定逻辑关系，所述逻辑关系针对所述分量中的至少一个具有所述对应的分量大于或等于预定下限值且所述分量小于或等于预定上限值的形式；b)针对每一元件测定所述对应的元件与位于所述视野中的物件的表面之间的距离；c)针对所述距离中的所述每一者测定距离矢量；d)存储所述坐标图像；e)针对所述元件中的每一个询问是否满足所述逻辑关系；f)重复步骤b)至e)至少直到满足至少一个逻辑关系；g)在满足至少一个逻辑关系的情况下输出触发信号。

通过使用逻辑关系的特定形式，逻辑关系定义视野内的体积，且在物件的表面位于所述体积内的情况下提供触发信号。由于通过逻辑关系定义所述体积，因此可通过简单地覆写第二存储器单元中存储的逻辑关系通过新的逻辑关系改变所述体积的地点和扩展。因此，所述成像系统和方法提供用于提供触发信号的弹性量，以使得成像系统可用于多种情况下。此外，用于转变所述体积及改变其形状的成像系统的物理访问或成像系统的部分的物理位移有利地为不必要的。由于成像系统测定所述距离，因此仅移动物件可提供触发信号且不是将通过常规视频成像系统检测的强度变化。强度变化可例如由雨水、暗影、水坑、雾、云、自其的反射或环境光变化(尤其是整天的环境光变化)引起。触发信号可用于开始成像系统的另一动作或动作序列，例如所述动作可包括拍摄相同物件的相片，其使得成像系统输出触发信号。

优选的是，选择预定下限值和预定上限值以使得逻辑关系描述视野内的体积，其中所述体积具有扩展使得在用于测定坐标图像的给定重复率和物件的假定最大速度的情况下，至少一个坐标图像显示所述体积内的物件的表面。因此，有利的是，以小于或等于最大速度移动的每个物件由成像系统捕获并使成像系统输出触发信号。优选的是，预定下限值中的至少一个为负无穷大或预定上限值中的至少一个为正无穷大。在此情况下，仅需要一个不等式而非两个不等式，其在计算上为简单的，且由此步骤e)可在短时段内进行，且因此可实现用于重复步骤b)至e)的更高重复率。

成像系统优选地包括界面，用户可使用所述界面设定逻辑关系。其优势为，单个成像系统可以许多不同方式配置以使其适用于不同情况。所述界面可为远的，允许成像系统通过远离视野地点的用户动态地重新配置。优选的是，光电元件也适于测量视野的相片。因此，仅需要为成像系统提供一个阵列，其中成像系统可用于检测所述体积内的物件的存在及拍摄物件的相片，其使得成像系统为有成本效益的。可从相片提取许多类型的信息，例如相片用于提取车号牌或相片可用于识别人类。光电元件还可适于拍摄多个后续相片以记录视野的视频序列。

优选的是，在步骤e)中，每个坐标图像与时间戳一起存储。使用时间戳，有利地可能测定物件何时位于所述体积内。元件优选地为光电元件。

优选的是，在步骤b)中，成像系统在持续时间T_p使用光脉冲照明所述视野，且所述光电元件在具有集成起始时间点T_1b和集成结束时间点T_1e的第一时间积分栅期间以及在具有集成起始时间点T_2b和集成结束时间点T_2e的第二时间积分栅期间捕获从所述视野反射回的光，其中所述积分栅具有至所述光脉冲的发射起始时间点的预定延迟以使得T₀或T₀+T_p中任一者在T_1b与T_1e之间以测定信号值U，所述信号值U取决于在第一积分栅期间到达所述光电元件的所述光脉冲(48)的强度I_p和所述持续时间，且T₀及T₀+T_p在T_2b与T_2e之间以测定到达所述光电元件的光脉冲的强度I_p，其中T₀为当所述光脉冲到达光电元件时的第一时间点，其中所述成像系统通过使用U和I_p来计算每一光电元件的距离。为了设置关于发射起始时间点的积分栅，预定可定位物件的距离范围。自距离范围T_p可选择T_1b和T_1e，以使得针对距离范围的所有可能距离，T₀或T₀+T_p中任一者在T_1b与T_1e之间。可随后选择T_2b和T₂，以使得针对距离范围的所有可能距离，T₀和T₀+T_p在T_2b与T_2e之间。

或者，优选的是，在步骤b)中，成像系统使用在时间点T_c处将其强度从强度I_out,h切换为小于I_out,h的强度I_out,l且在时间点T_c+T_p处回到I_out,h的光来照明所述视野，且所述光电元件在具有集成起始时间点T_1b和集成结束时间点T_1e的第一时间积分栅期间以及在具有集成起始时间点T_2b和集成结束时间点T_2e的第二时间积分栅期间捕获从所述视野反射回的光，其中所述积分栅具有至T_c的预定延迟以使得T₀或T₀+T_p中任一者在T_1b与T_1e之间以测定信号值U，所述信号值U取决于在第一积分栅期间到达光电元件的光的量，且T_2e早于T₀或T_2b迟于T₀+T_p或T₀和T₀+T_p在T_2b与T_2e之间以测定到达光电元件对应于较高强度I_0ut,h的光的强度I_in,h＝I_p，其中T₀为在具有对应于较低强度I_out,l的强度I_in,l的光到达光电元件时的所述第一时间点，其中所述成像系统通过使用U及I_in,h＝I_p来计算每一光电元件的距离。为了设置关于T_c的积分栅，预定可定位物件的距离范围。自距离范围T_p可选择T_1b和T_1e以使得针对距离范围的所有可能距离，T₀或T₀+T_p中任一者在T_1b与T_1e之间。可随后选择T_2b和T_2e，以使得针对所述距离范围的所有可能距离，T_2e早于T₀或T_2b迟于T₀+T_p。

通过以此方式测定所述距离，测定在从物件反射回后从发射至到达光电元件的光脉冲的飞行时间。通过测定光脉冲的飞行时间，有利地，可明确地测定所述距离，如果所述距离为例如通过定期调制从另一装置发射的光强度及通过测量到达装置的检测器上的发射光与背向反射光之间的相位差来测定则并非如此。

优选的是，在步骤a)中，选择预定下限值和预定上限值以使得逻辑关系描述视野内的体积，其中所述体积具有扩展使得在用于测定坐标图像的给定重复率和物件的假定最大速度的情况下，至少一个坐标图像显示所述体积内的物件的表面。优选的是，在步骤a)中，预定下限值中的至少一个为负无穷大或预定上限值中的至少一个为正无穷大。

优选的是，在步骤f)中，重复所述步骤b)至e)直到满足相邻元件的多个逻辑关系，且在步骤g)中，在满足多个逻辑关系的情况下输出所述触发信号。因此，有利地实现为，仅超过某一大小的物件导致输出触发信号。可例如选择多个逻辑关系以使得飞过所述体积的鸟不会导致输出触发信号而机动车的确导致输出触发信号。

每一距离矢量优选地包括作为至少一个分量的距离，具体来说，每一距离矢量由所述距离或球面坐标(r、θ、Φ)构成，其中r为距离，θ为作为第二分量的极角，且Φ为作为第三分量的方位角。仅使用距离r作为唯一分量为最简单的计算方法。如果设立关于成像系统的坐标系，那么球面坐标为尤其适宜的。球面坐标系的顶点可通过成像系统的光轴定义，且球面坐标系的原点可通过阵列定义，由此通过一对角θ和Φ定义单个像素的视线，其为视野的数学上简单描述且因此通过处理单元进行的数据处理较快。

或者，优选的是，每一距离矢量由笛卡尔坐标(x、y、z)构成，其中x为第一分量，y为第二分量且z为第三分量，其由自(r、θ、Φ)至(x、y、z)的坐标变换测定，其中r为所述距离，且所述方法包括以下步骤：a1)针对每一光电元件提供球面坐标系的一对角θ、Φ，其中所述对描述光电元件的视线。如果设立独立于成像系统的位置和定向的坐标系，那么笛卡尔坐标为尤其便利的。轴x、y和z中的一个可例如在街道上的交通流向上定向。

优选的是，所述方法包括以下步骤：h)在输出触发信号的情况下捕获具有阵列的至少一个相片。所述方法优选地包括以下步骤：i)通过使用所述触发信号触发序列及通过重复步骤b)至d)来获取一系列坐标图像，其中每一坐标图像具有时间戳。使用坐标图像的序列及时间戳，有利地可能测定物件的速度、方向、速度及在所述序列包括至少三个坐标图像时的加速度。在步骤i)中，优选地在所述距离矢量回到与光电元件的视线中的物件不存在相关的距离矢量时结束所述序列。或者，优选的是，提供逻辑关系的第二集合，且其中在满足所述第二集合的逻辑关系中的至少一者的情况下所述处理单元输出第二触发信号，且其中在步骤i)中，在输出第二触发信号的情况下终止所述序列。逻辑关系的第二集合定义视野中的第二体积，且当其表面位于第二体积内时，所述物件使得序列终止。优选的是，所述方法包括以下步骤：j)通过使用第一触发信号与第二触发信号之间的时间差来测定物件的速度。此提供用于仅使用所述时间差和第一体积与第二体积之间的距离来测定物件的速度的简单计算方法。

优选的是，所述物件为机动车，且所述方法包括以下步骤：k)通过识别测定到达所述阵列的光脉冲的最高强度I_p的光电元件来识别机动车的车号牌位置。车号牌包括逆反射材料，所述逆反射材料包括其表面上的大量方块和/或棱镜以反射光。使用光脉冲的车号牌的照明产生极强反射，其可借助于第二积分栅检测。因此，可能使用所述方法通过使用信号值U和借助于阵列测定的强度I_p的相同数据集同时测定物件的坐标图像及识别车号牌的位置。由于可使用相同阵列拍摄视野的相片，因此进一步地，可能使用在步骤k)中识别的车号牌的位置来定位相片中的车号牌。

所述方法优选地包括以下步骤：l)通过使用所述触发信号触发所述序列来获取一系列坐标图像，通过重复步骤b)至d)，其中每一坐标图像具有时间戳，及通过使用每一坐标图像中的车号牌的位置来测定机动车的速度。通过使用车号牌，有利地确保，在每一坐标图像中，机动车的相同部分用于测定速度，其使得速度的精度高。

优选的是，所述方法包括以下步骤：m)在提供触发信号的情况下拍摄视野的细节的相片，其中关于车号牌的位置定位所述细节的位置。在此步骤中，使用车号牌的位置以放大所述细节，其中所述细节可例如为车号牌本身或机动车的驾驶员。

优选的是，所述方法包括以下步骤：n)针对至少一个光电元件产生包括所述距离矢量相对于时间的曲线的标记及针对所述物件的分类使用所述标记。所述分类包括不同物件之间(例如小汽车、卡车或摩托车之间)的区别。可通过将逻辑关系应用于曲线或通过测定参考物件的参考标记及将所述标记与参考标记进行比较来进行分类，其中两种方法均为用于对物件自动分类的简单计算方法。

附图说明

在下文中，将根据示意图来解释本发明。

图1展示具有其视野的成像系统，

图2展示具有其视野的细节的成像系统，

图3展示在不同时间点处的第一场景以及由成像系统提供的场景的相应图像，

图4展示包括距离r的曲线的标记，

图5展示包括分量x、y、z的曲线的标记，

图6、图7、图8及图9分别展示光电元件的阵列的第一视图、第二视图、第三视图及第四视图，

图10展示第二场景，

图11展示具有强度及不同积分栅的时间分布图，

图12、图13及图14分别展示根据本发明的方法的不同实施例的第一流程图、第二流程图及第三流程图。

具体实施方式

如图1中可见，成像系统1包括光电元件44的二维阵列3及将视野2投射于阵列3上的镜头6。成像系统1进一步包括适于使用光脉冲照明视野2的光源(未图示)，尤其具有在纳秒或皮秒范围的持续时间且尤其具有矩形时间分布。光脉冲可在可见和/或在红外频谱区域中。成像系统1适于测定在光脉冲已从位于视野2中的物件4的表面反射回之后从自光源的发射至到达对应的光电元件44的每一光电元件44的光脉冲的飞行时间，其中所述表面面向镜头6。成像系统1进一步适于从飞行时间和光速计算光电元件44与物件4表面之间的距离。

成像系统1适于自每一距离测定距离矢量，其中每一距离矢量包括至少一个分量。所有光电元件44的距离矢量形成坐标图像。在距离矢量的第一实施例中，每一距离矢量由作为唯一分量的距离r构成。在距离矢量的第二实施例中，每一距离矢量由作为第一分量的距离r、作为第二分量的极角θ和作为第三分量的方位角Φ构成，其中r、θ、Φ为球面坐标系的分量。球面坐标系的顶点可通过镜头6的光轴定义，且球面坐标系的原点可通过阵列3的中心定义。在距离矢量的第三实施例中，每一距离矢量由作为第一分量的x、作为第二分量的y和作为第三分量的z构成，其中x、y和z为笛卡尔坐标系5的坐标。第三实施例中的距离矢量可通过自(r、θ、Φ)至(x、y、z)的坐标变换来计算。

成像系统1进一步包括适于存储坐标图像或适于存储多个坐标图像的第一存储器单元7，以使得可使用坐标图像进行数据处理。成像系统1包括第二存储器单元8，第二存储器单元8针对光电元件44中的至少一个存储逻辑关系，所述逻辑关系针对距离矢量的分量中的至少一个为v_l,i≤component_i≤v_u,i的形式，其中针对距离矢量的i-th component_i，v_l,i为预定下限值且v_u,i为预定上限值。选择下限值v_l,i和上限值v_u,i以及针对距离矢量的坐标系的配置，以使得逻辑关系描述视野2内的体积12。

已制定逻辑关系的针对每个图片元件44的等式component_i＝v_u,i描述第一二维分布49，且已制定逻辑关系的针对每个图片元件44的等式component_i＝v_l,i描述第二二维分布50，其中通过第一二维分布49和第二二维分布50限制所述体积12。图2展示成像系统1以及视野2，其中展示了单个光电元件44的视线11。所有光电元件44的视线11形成视野2。进一步展示于图2中为单个光电元件的体积12，其中体积12通过远离镜头6的第一二维分布49及通过面向镜头6的第二二维分布50限制。使用图2中显示的笛卡尔坐标系5，单个光电元件44的逻辑关系为v_l≤z≤v_u，其中z＝v_u描述第一二维分布49，且z＝v_l描述第二二维分布50。还可设想设定v_l＝-∞，由此体积12通过第一二维分布49在第一侧上且通过视野2在与第一侧相反设置的第二侧上限制。还可设想制定多个光电元件的逻辑关系。多个光电元件的第一二维分布49和第二二维分布50可在视野2中具有任意形状，例如其可具有矩形形状或其可为弓形。

成像系统1包括适于针对每一光电元件44询问距离矢量是否满足逻辑关系的处理单元9。如果物件4的表面(其中所述表面面向镜头6)位于体积12内，情况也如此。处理单元9进一步适于在满足逻辑关系中的至少一者的情况下输出触发信号。处理单元9还可适于在满足相邻光电元件44的多个逻辑关系的情况下输出触发信号。使用多种逻辑关系，仅超过阈值大小的物件4使得处理单元9输出触发信号。

二维分布具有物件的形状为可能的。如果必须满足多种逻辑关系(尤其是针对相邻光电元件的行和/或列的逻辑关系)，那么仅在具有二维分布的形状的物件位于体积内时输出触发信号为可能的。举例来说，二维分布可成形为使得特定类型的小汽车可引起触发信号的输出。

可选择预定上限值vu,i和预定下限值vl,i以使得体积12具有扩展使得在用于测定坐标图像的给定重复率和物件4的假定最大速度的情况下，至少一个坐标图像显示体积12内的物件4的表面。举例来说，如果成像系统1可使用1kHz的重复率记录坐标图像并假定物件4的300km/h的最大速度，那么在物件4的移动方向上体积12需要具有至少300km/h*10^{- 3}s＝8,33cm的长度以确保至少一个坐标图像使得处理单元9输出触发信号。

成像系统1进一步包括界面10，用户可使用界面10设定逻辑关系。界面10与成像系统1的其它部件之间的连接可例如为LAN或W-LAN连接，且逻辑关系通过软件更新写在第二存储器单元8上。还可设想第二存储器单元8为仅可通过制造商更新的EPROM。

图3展示包括街道14上的机动车13的第一场景，其中成像系统1位于机动车13上方且对角地朝下定向以使得其视野2包括街道14的部分。进一步定向成像系统1以使得在街道14上行驶的机动车13在某一时间点处行驶通过视野。第一场景展示于四个不同时间点处，且成像系统1测定在每一时间点处的坐标图像。在第一、第二、第三及第四时间点处，机动车13分别位于第一位置15、第二位置16、第三位置17和第四位置18中。为了测定坐标图像，成像系统1将视野2成像至光电元件44的其阵列3上。每一时间点的视野2的对应的图像也展示于图4中。

图6、图7、图8及图9分别展示阵列3的第一视图31、第二视图32、第三视图33及第四视图34。如图6中可见，每一光电元件44由一对编号(l,c)表示，其中分别地1为阵列中的行且c为列。图4展示光电元件(2,2)的视线11。图7及图8展示如成像系统1测定的每一光电元件44的距离矢量，其中机动车13分别处于第一时间点和处于第二时间点。选择距离矢量的第一实施例，其意味着每一距离矢量由距离r构成。如图3和图7中可见，机动车13在第一时间点处位于视野2中并使得距离矢量针对光电元件(1,2)和(1,3)回到值r<10，而针对其它光电元件，距离矢量为r>10。在第二时间点处，其它光电元件(2,2)、(2,3)、(3,2)及(3,3)回到值r<10，而针对剩余光电元件，距离矢量为r>10。

图9中有阴影的光电元件35表示设定逻辑关系的光电元件35，其光电元件(2,2)、(2,3)、(3,2)及(3,3)的情况。光电元件35中的每一个的逻辑关系为r≤10，但还可设想设定光电元件35中的每一个的不同逻辑关系。通过针对光电元件35中的每一者询问第一时间点处的距离矢量是否满足逻辑关系，得出逻辑关系当中没有一个不满足，而通过针对光电元件35中的每一者询问第二时间点处的距离矢量是否满足逻辑关系，得出针对所有光电元件35满足逻辑关系。

图4展示借助于光电元件(2,2)记录的机动车13的第一轨迹，其中通过距离r 19与时间20的曲线描述第一轨迹。曲线中还展示了在所述距离等于或低于上限值v_u时满足的逻辑关系51。在机动车13位于第一位置15中的第一时间点处，成像系统1针对光电元件(2,2)测定与光电元件(2,2)的视线11中的物件不存在相关的距离r₀。所述距离r₀为在视线11的方向上光电元件(2,2)与街道14之间的距离。在下文中，机动车13在视线11内行驶，使得在起始时间点22处距离r降至r<r₀。在机动车13位于第二位置16中的第二时间点处，测定机动车13的前端与光电元件(2,2)之间的距离r。在机动车13位于第三位置17中的第三时间点处，测定机动车13的顶部与光电元件(2,2)之间的距离r。当机动车13在视线11外行驶时，距离r在结束时间点23处降至r₀，其在图3中发生于机动车13位于第四位置18中的第四时间点处。起始时间点22与结束时间点23之间的曲线为机动车13的标记21，其中标记21可用于机动车的分类。所述分类可通过将标记21与参考标记进行比较来进行。由于针对标记21使用距离矢量的第一实施例，其中距离r为唯一分量，因此必须应用用于产生标记21和用于产生参考标记的关于机动车13的移动方向的视野2的相同定向以实现将标记21与参考标记进行比较。

图5展示借助于光电元件44记录的另一物件4、13的第二轨迹，其中使用距离矢量的第三实施例。通过分量24x、y、z与时间25的对应曲线将第二轨迹描述于笛卡尔坐标系5中。曲线中还展示如果x≤v₁且z≥V₃满足的逻辑关系29，其中v₁为分量x的上限值，且v₃为分量z的下限值。当满足逻辑关系29时的第一时间点为触发时间点30。如图5中可见，在更早时间25处，分量24x、y、z为常量且与视线11中的物件不存在相关。在起始时间点27处，物件4、13进入视线11，导致分量24x、y、z变化，且在结束时间点28处，物件4、13离开视线11，导致分量24x、y、z回到与物件不存在相关的值。分量x、y、z的起始时间点27与结束时间点28之间的曲线为物件4、13的标记26。如果关于物件的移动方向定向坐标系5，例如其中第一分量在物件的移动方向上定向且其它两个分量垂直于第一分量定向，尤其是其中其它两个分量中的一个垂直于地面或街道，那么在标记26与参考标记之间进行比较是可能的，而不需要关于物件4、13的移动方向的视线11的定向为相同的以测定标记26和参考标记。使用笛卡尔坐标系的此定向，也可能测定机动车13在街道14的车道及横向于街道14的方向上的速度分量。

图10展示包括街道14上的机动车13的第二场景，其中成像系统1位于机动车13上方，且对角地向下定向以使得其视野2包括街道14的第二部分，且在街道14上行驶的机动车13在某一时间点行驶通过视野2。第一触发地点37和第二触发地点38位于视野2中，其中触发地点37、38设置为使得机动车13首先进入第一触发地点37然而进入第二触发地点38。第一触发地点37由第一体积构成且第二触发地点38由第二体积构成。第一和第二体积通过逻辑关系的对应集合描述。在图10中针对每一触发地点37、38展示限制每一体积的一侧的对应二维分布。体积为使得其从对应二维分布在机动车13的移动方向上延伸。可设想体积延伸至视野2的末端，或其延伸至对应的第二二维分布。

当机动车13进入属于第一触发地点37的第一体积时，处理单元9输出第一触发信号。随后将第一触发信号用于起始成像系统1的另一动作。举例来说，触发信号可使得成像系统1获得一系列连续获得的坐标图像，其中每一坐标图像具有时间戳。可设想引起触发信号的坐标图像为序列的第一坐标图像或在引起触发信号的坐标图像后开始所述序列。由于可能将多个坐标图像存储于第一存储器单元7中，在引起触发信号的坐标图像之后获得的坐标图像为所述序列的一部分也是可能的。

当机动车13进入属于第二触发地点38的第二体积时，处理单元9输出第二触发信号。第二触发信号可用于结束所述序列。或者，在距离矢量回到与光电元件44的视线中的物件不存在相关的距离矢量时结束所述序列为可能的。回到与物件不存在相关的距离矢量例如针对图4和图5描述。机动车13的速度可通过使用第一触发信号与第二触发信号之间的时间差以及在与移动方向相反的侧面上限制第一和第二体积的两个二维分布之间的距离来测定。机动车13的速度可通过使用坐标图像的序列来测定。

光电元件44的阵列3也适于拍摄视野的相片。相片包括光电元件44中的每一个的强度信息，且可仅通过使用环境光或通过使用闪光灯照明视野2来拍摄。由于相同阵列3用于测定距离矢量和强度，因此成像系统1通过强度和距离信息的光电元件对应来提供光电元件。通过处理单元9输出触发信号可起始相片或一系列相片以记录视野2的视频序列。还可设想所述序列包括使用相片交替的坐标图像，以使得可得到视野的两个补充描述。还可设想将时间戳嵌于相片内，以使得在拍摄相片后不可能操作时间戳。

图11展示光脉冲和光电元件44的时间积分栅的时间分布图以解释成像系统1如何测定距离及如何拍摄相片。其绘制为强度39与时间40。成像系统1使用具有矩形时间分布和持续时间T_p的光脉冲47照明视野2。光电元件44在具有积分起始时间点T_1b和积分结束时间点T_1e的第一时间积分栅41期间以及在具有积分起始时间点T_2b和积分结束时间点T_2e的第二时间积分栅42期间在其自视野2反射回后捕获光脉冲48。积分栅41、42具有至光脉冲47的发射起始时间点45的预定延迟以使得T₀在T_1b与T_1e之间以测定信号值U，所述信号值U取决于在第一积分栅41期间到达光电元件44的所述光脉冲(48)的强度I_p和所述持续时间，其中T₀为当光脉冲到达光电元件时的第一时间点。针对第二积分栅42，T₀和T₀+T_p在T_2b与T_2e之间以测定到达光电元件上的光脉冲48的强度I_p。可通过使用彼此相邻设置的两个光电元件44或通过使用两个阵列3及借助于光束分光器分解入射光及将每一分解光引导于对应的阵列3上来同时应用第一积分栅41和第二积分栅42。还可能通过使用一个光电元件44连续地应用两个积分栅41、42。

图11中的阴影区域与信号值U成比例，且阴影区域的垂直延伸部分与强度I_p成比例。强度I_p可通过光脉冲的已知持续时间T_p和如借助于第二积分栅42测定的信号值U₂通过I_p＝U₂/T_p来测定。从图11可推导出等式T₀+T_p＝T_1b+U/I_p，从而T₀＝T_1b-T_p+U/I_p。距离r可随后通过r＝0.5*c*T₀计算，其中c为视野2位于其中的介质中的光的速度。

在图11中，成像系统1测定距离r直至相应距离矢量满足逻辑关系，其使用积分栅46产生。处理单元9输出使得成像系统1借助于第三积分栅43拍摄相片的触发信号，其在未使用光脉冲照明视野的情况下应用且为长的以使得拍摄相片的足量光到达阵列3上。

可能通过识别测定最高强度I_p的光电元件44来测定机动车13的车号牌36的地点。所述地点可用于将成像系统1放大至车号牌的地点和/或至相对于车号牌地点的另一地点，且随后通过高倍放大拍摄车号牌36和/或另一地点的相片。所述放大可通过移动镜头6、通过从相片提取地点的像素和/或通过软件放大来执行。界面10可配置为使得提供具有全视野2的图像及同时具有放大地点的图像。放大地点的边界还可标记在视野2的图像内。阵列3包括足够大数目的光电元件44以使得可实现放大图像的高分辨率。坐标图像的序列中的车号牌36的地点还可用于测定机动车13的速度。

图12展示描述用于配置成像系统的优选方法的第一流程图。在步骤a中，界面10为开放的，随后在步骤b中，捕获在不存在物件情况下的视野2的坐标图像。在步骤c中，具有对应体积12的至少一个触发地点定义于坐标图像中。成像系统1应执行的动作或动作序列针对每一触发地点定义于步骤d中。在步骤e中，触发地点和动作存储于成像系统中，且然后，在步骤f中，开始坐标图像的连续获取。

图13展示描述用于监看视野2的优选方法的第二流程图。在步骤g中，坐标图像通过成像系统1测定，且随后在步骤h中与时间戳一起存储于环形缓冲器中。在环形缓冲器中，多个坐标图像与对应的时间戳一起存储，且当新的坐标图像待存储于环形缓冲器时，具有最老时间戳的坐标图像通过新的坐标图像覆写。在步骤j中，处理单元9针对已具备逻辑关系的每一光电元件询问距离矢量是否满足逻辑关系。如果是，那么所述方法继续进行步骤k，否则进行步骤g。如果在步骤c中已定义多个触发地点，那么针对触发地点中的每一个询问是否已满足逻辑关系。在步骤k中，查看动作序列，其中针对每一触发地点37、38，动作序列可为不同的。在步骤1中，序列运行，且在步骤m中，查看是否完成所述序列。如果完成所述序列，那么执行步骤g；如果未完成所述序列，那么执行步骤n。在可选步骤n中，查看是否输出对应于第二触发地点38的第二触发信号。如果是，那么执行步骤g，否则执行步骤1。

图14展示描述动作序列的实例的第三流程图。步骤o指示导致输出触发信号的坐标图像的测定。在步骤p中，所述阵列捕获视野的相片，且在步骤q中，车号牌36的地点借助于如针对坐标图像测定的强度I_p来识别。所述地点随后用于从相片提取车号牌36，且存储所提取的车号牌36。在步骤r中测定第二坐标图像，且在步骤s中等待预定时段后，在步骤t中测定第三坐标图像。在步骤u中，通过使用第二和第三坐标图像以及预定时段来测定机动车的速度和方向。

Claims (22)

1.一种用以监看视野(2)的成像系统，所述成像系统具有在上面成像所述视野(2)的光电元件(44)的二维阵列(3)，其中所述成像系统(1)适于针对所述光电元件(44)中的每一个通过由所述成像系统(1)发射至所述视野(2)中且随后到达所述光电元件(44)的光测定所述光电元件(44)与位于所述视野(2)中的物件(4、13)的表面之间的距离，及针对所述距离中的每一者测定具有至少一个分量的距离矢量以形成包括所述距离矢量的坐标图像，第一存储器单元(7)适于存储所述坐标图像，第二存储器单元(8)针对所述光电元件(44)中的至少一个存储逻辑关系，所述逻辑关系针对所述分量中的至少一个具有所述对应的分量大于或等于预定下限值且所述分量小于或等于预定上限值的形式，且处理单元(9)适于针对所述光电元件(44)中的每一个询问是否满足所述逻辑关系并在满足所述逻辑关系中的至少一个的情况下输出触发信号。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其中选择所述预定下限值和所述预定上限值以使得所述逻辑关系描述所述视野内的体积(12)，其中所述体积(12)具有扩展使得在用于测定所述坐标图像的给定重复率和所述物件(4、13)的假定最大速度的情况下，至少一个坐标图像显示所述体积(12)内的所述物件(4、13)的所述表面。

3.根据权利要求2所述的成像系统，其中所述预定下限值中的至少一个为负无穷大或所述预定上限值中的至少一个为正无穷大。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的成像系统，其中所述成像系统包括界面(10)，用户可使用所述界面(10)设定所述逻辑关系。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的成像系统，其中所述光电元件(44)也适于测量所述视野(2)的相片。

6.一种用以使用成像系统(1)监看视野(2)的方法，所述成像系统(1)具有在上面成像所述视野(2)的元件(44)的二维阵列(3)，其中所述成像系统(1)适于针对所述元件(44)中的每一个测定所述元件(44)与位于所述视野(2)中的物件(4、13)的表面之间的距离，其中所述距离中的每一者可用于形成具有至少一个分量的距离矢量以形成包括所述距离矢量的坐标图像，所述方法包括以下步骤：

a)针对所述元件中的至少一个预定逻辑关系，所述逻辑关系针对所述分量中的至少一个具有所述分量大于或等于预定下限值且所述分量小于或等于预定上限值的形式；

b)针对每一元件(44)测定所述元件与位于所述视野(2)中的物件(4、13)的所述表面之间的所述距离；

c)针对所述距离中的所述每一者测定所述距离矢量；

d)存储所述坐标图像；

e)针对所述元件(44)中的每一个询问是否满足所述逻辑关系；

f)重复步骤b)至e)至少直到满足至少一个逻辑关系；

g)在满足至少一个逻辑关系的情况下输出触发信号。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述成像系统(1)为根据权利要求1至5中任一项所述的成像系统(1)，所述元件为所述光电元件(44)。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤b)中，所述成像系统(1)在持续时间T_p使用光脉冲(47)照明所述视野(2)，且所述光电元件(44)在具有集成起始时间点T_1b和集成结束时间点T_1e的第一时间积分栅(41)期间以及在具有集成起始时间点T_2b和集成结束时间点T_2e的第二时间积分栅(42)期间捕获从所述视野(2)反射回的光脉冲，其中所述积分栅具有至所述光脉冲(47)的所述发射起始时间点(45)的预定延迟以使得T₀或T₀+T_p中任一者在T_1b与T_1e之间以测定信号值U，所述信号值U取决于在所述第一积分栅(41)期间到达所述光电元件(44)的所述光脉冲(48)的强度I_p和所述持续时间，且T₀及T₀+T_p在T_2b与T_2e之间以测定到达所述光电元件(44)的所述光脉冲(48)的所述强度I_p，其中T₀为当所述光脉冲到达所述光电元件(44)时的第一时间点，其中所述成像系统(1)通过使用U和I_p来计算每一光电元件(44)的所述距离，或其中在步骤b)中，所述成像系统(1)使用在时间点T_c处将其强度从强度I_out,h切换为小于I_out,h的强度I_out,l且在时间点T_c+T_p处回到I_out,h的光来照明所述视野(2)，且所述光电元件(44)在具有集成起始时间点T_1b和集成结束时间点T_1e的第一时间积分栅期间以及在具有集成起始时间点T_2b和集成结束时间点T_2e的第二时间积分栅期间捕获从所述视野(2)反射回的光，其中所述积分栅具有至T_c的预定延迟以使得T₀或T₀+T_p中任一者在T_1b与T_1e之间以测定信号值U，所述信号值U取决于在所述第一积分栅期间到达所述光电元件(44)的光的量，且T_2e早于T₀或T_2b迟于T₀+T_p或T₀和T₀+T_p在T_2b与T_2e之间以测定到达光电元件(44)且对应于较高强度I_0ut,h的所述光的强度I_in,h＝I_p，其中T₀为在具有对应于较低强度I_out,l的强度I_in,l的光到达光电元件(44)时的所述第一时间点，其中所述成像系统(1)通过使用U及I_in,h＝I_p来计算每一光电元件(44)的所述距离。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其中在步骤a)中选择所述预定下限值和所述预定上限值以使得所述逻辑关系描述所述视野内的体积(12)，其中所述体积(12)具有延伸部分使得在用于测定所述坐标图像的给定重复率和所述物件(4、13)的假定最大速度的情况下，至少一个坐标图像显示所述体积(12)内的所述物件(4、13)的所述表面。

10.根据权利要求9所述的方法，其中在步骤a)中，所述预定下限值中的至少一个为负无穷大或所述预定上限值中的至少一个为正无穷大。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的方法，其中在步骤f)中，重复所述步骤b)至e)直到满足相邻元件(44)的多个逻辑关系，且在步骤g)中，在满足所述多个所述逻辑关系的情况下输出所述触发信号。

12.根据权利要求6至11中任一项所述的方法，其中每一距离矢量包括作为所述至少一个分量的所述距离，具体来说，每一距离矢量由所述距离或球面坐标(r、θ、Φ)构成，其中r为所述距离，θ为作为第二分量的极角，且Φ为作为第三分量的方位角。

13.根据权利要求6至11中任一项所述的方法，其中每一距离矢量由笛卡尔坐标(x、y、z)构成，其中x为第一分量，y为第二分量且z为第三分量，其由自(r、θ、Φ)至(x、y、z)的坐标变换测定，其中r为所述距离，且所述方法包括以下步骤：

a1)针对每一光电元件(44)提供球面坐标系的一对角θ、Φ，其中所述对描述所述光电元件(44)的视线(11)。

14.根据权利要求6至13中任一项所述的方法，包括以下步骤：

h)在输出所述触发信号的情况下捕获具有所述阵列(3)的至少一个相片。

15.根据权利要求6至14中任一项所述的方法，包括以下步骤：

i)通过使用所述触发信号触发序列及通过重复步骤b)至d)来获取一系列坐标图像，其中每一坐标图像具有时间戳。

16.根据权利要求15所述的方法，其中在步骤i)中，在所述距离矢量回到与缺乏所述光电元件(44)的所述视线中的物件相关的距离矢量的情况下终止所述序列。

17.根据权利要求15所述的方法，其中提供逻辑关系的第二集合，且其中在满足所述第二集合的所述逻辑关系中的至少一者的情况下所述处理单元(9)输出第二触发信号，且其中在步骤i)中，在输出所述第二触发信号的情况下终止所述序列。

18.根据权利要求17所述的方法，包括以下步骤：

j)通过使用所述第一触发信号与所述第二触发信号之间的时间差来测定所述物件(4、13)的速度。

19.根据权利要求8所述的方法，其中所述物件为机动车(13)，且所述方法包括以下步骤：

k)通过识别测定到达所述阵列(3)的所述光脉冲的最高强度I_p的所述光电元件(44)来识别所述机动车(13)的车号牌位置。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：

l)通过使用所述触发信号触发所述序列来获取一系列坐标图像，通过重复步骤b)至d)，每一坐标图像具有时间戳，及通过使用每一坐标图像中的所述车号牌的所述位置来测定所述机动车(13)的速度。

21.根据权利要求19或20所述的方法，其中所述方法包括以下步骤：

m)在提供所述触发信号的情况下获取所述视野的细节的相片，其中关于所述车号牌的所述位置定位所述细节的所述位置。

22.根据权利要求15至21中任一项所述的方法，包括以下步骤：

n)针对至少一个光电元件(44)产生包括所述距离矢量相对于时间的曲线的标记(21、26)及针对所述物件(4、13)的分类使用所述标记(21、26)。