CN110945318A - 用于检测对象的倾斜的装置和方法 - Google Patents

Abstract

倾斜检测装置使用外部生成的电磁信号源来检测对象的相对取向定位的变化。传感器（18）监测从远程定位的源接收的电磁刺激的强度特性，并且控制器（16）利用这些特性的变化来通知对传感器被安装至的对象的倾斜状态的检测和/或测量。

Description

用于检测对象的倾斜的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测主体的倾斜的装置和方法。

背景技术

监测城市中标牌和照明的状况是地方政府的重要任务。该任务的一个方面是迅速识别已经变弯曲的任何杆安装的灯或标志，比如由于车辆碰撞或者由于强风或因不正确的安装所致的角度漂移。特别地，在照明的情况下，倾斜的杆可能导致其照亮周围环境的方式的变化，这可能导致对规定的规范和规则的违反。此外，对于任何杆安装的主体，倾斜可能导致或指示杆的不稳定性，并且因此，迅速识别发生对于避免杆的潜在倒塌从而导致事故和伤害而言非常重要。

目前，只有通过对城镇或城市中整个相关照明和标牌基础设施的例行手动检查才可实现识别杆弯曲。这是费时且效率低下的，并且导致在识别倾斜的杆方面的不必要的延迟。因此，倾斜的自动检测将是有利的。

一种解决方案是将局部倾斜传感器（诸如加速度计）安装到杆，从而使得能够从感测的重力拉力方向导出杆取向。然而，这种方法的主要缺点是，在可以可靠地使用这样的传感器之前，必须原位对它们进行校准。这通常是通过在传感器处于校准模式时手动将对象倾斜不同的倾斜程度来完成的。在杆安装的基础设施的情况下，这显然是不可能的，在该基础设施中，无法进行用于校准目的的人工倾斜。

因此，需要不需要物理校准程序的用于检测对象的倾斜的可替代装置。

WO2015/104603 A2公开了用于入网初始化照明网络中的照明器的方法和设备。特别地，通过检测由网络的各个照明器中的每一个生成的地面占用区域的位置敏感检测器来自动生成拓扑信息。随后将检测结果进行组合以确定位置敏感检测器和照明器的相对位置。

US 5838432 A公开了一种光学角度检测设备，该光学角度检测设备包括光源部分、通过空间与光源部分分开设置的传感器部分、时序控制器和计算处理部分。光源部分包括多个LED和多个第一偏振片，该多个第一偏振片的偏振方向与LED相一致地彼此相差45°。传感器部分包括透镜和二维位置传感器。时序控制器顺序地且周期性地开启多个LED。计算处理部分基于来自二维位置传感器的输出（该输出依照从光源部分入射到传感器部分上的光量和入射点的坐标而改变），计算光源部分相对于由光源部分确定的轴线周围的传感器部分的角度，以及相对于光源部分的光轴的在两个轴向方向上的传感器部分的倾斜角度。

发明内容

本发明由权利要求限定。

根据本文公开的示例，提供了一种用于检测对象的倾斜的装置，该装置包括：用于感测电磁波刺激的传感器，该传感器用于安装至对象并且布置成在使用中接收来自一个或多个远程定位的刺激源的电磁波刺激；以及控制器，被适配为：检测与参考刺激相比的所接收的刺激的一个或多个强度特性的变化，该变化指示一个或多个刺激源与传感器之间的位置关系的变化，并基于所述检测到的一个或多个强度特性的变化和/或所指示的位置关系的变化来确定对象的倾斜状态。

在示例中，接收来自多个远程定位的刺激源的电磁波刺激以检测对象的倾斜状态。如将进一步解释的，当将来自多个远程定位的刺激源的电磁波刺激的一个或多个强度特性与参考刺激进行比较时，可以以提高的准确性和可靠性来检测对象的倾斜状态。例如，从多个刺激源接收的电磁波刺激的一个或多个强度特性的很小但相关联的变化可能已经以较高程度的可靠性和准确性指示了对象的倾斜状态。

该教导基于通过检测接收到的电磁（例如，光学）信号中的特性的变化来检测倾斜，该电磁信号源自随时间推移具有相对稳定的位置或位置模式的外部源。如果对象不存在倾斜，则所接收的刺激或信号的特性（静态地或在某个时间段内作为时间的函数）应当至少从一个周期到下一个周期保持一致。所检测到的信号特性的任何变化都是已经发生了传感器与刺激源之间的相对定位的变化的指示，从而指示倾斜。

所接收的刺激的强度特性可以包括比如所接收的刺激的静态强度分布，或者可以包括在某个定义时间段内的刺激的强度变化的模式。因此，这些可以是瞬时强度特性或动态强度特性。

位置关系的变化可以是固定或静态位置关系的变化，或者是动态位置关系的变化（在以规则且可预测的方式移动的移动源的情况下）。

在刺激源是光学（例如可见光）源的情况下，依照一些示例，可以提供光调制元件以对刺激进行图案化或整形，以便使得更易于识别外部刺激源与传感器之间的相对定位的变化。特别地，光调制元件可以被布置为与进入传感器的光相互作用，以便将光调制图案提供到传感器上，其中，图案的配置取决于入射光的角度。

比如，光调制元件可以包括围绕传感器的周边延伸的边界壁。在这种情况下，当光源相对于传感器成一定角度时，壁阻挡进入传感器的光的至少一部分，从而在传感器上投射特定形状的阴影。通过监测静态地或作为时间的函数地入射在传感器处的总光强度的变化，可以检测传感器的相对定位的变化，以及因此的倾斜。

在一些示例中，光调制元件可以包括在传感器上方延伸的遮掩物，并且其中，对于一个或多个角度组，光调制元件包括由阴影的包含区域围绕的相对高光强度的一个或多个局部区域。

强度特性可以是跨传感器的一维或二维感测输入表面或视场接收的空间强度分布的特性。强度特性可以包括传感器接收的总强度或通量。

参考刺激输入可以有利地是一输入，该输入表示当传感器要与之耦合的对象处于已知的倾斜状态（比如相对于地面基本直立（或竖直））时由传感器接收的输入。

该装置被配置为确定其被安装至的对象的倾斜状态。倾斜状态可以意为相对于比如对象的基部或相对于地面或者对象被安装至的其他对象或主体的倾斜角度或程度。倾斜状态可以是非量化的，并且简单地包括对象是否倾斜的检测。

外部电磁波刺激源可以是静态源或移动源，在任何一种情况下，至少相对于地球上的固定点具有某种稳定的位置关系。

可以方便地使用的移动源的示例包括太阳和/或月亮，它们（通常）相对于地球上的固定点表现出明显的移动，但是依照高度规则且可预测的模式或轨迹，从而表现出与那些固定点的稳定动态位置关系。更复杂的示例可以包括比如具有已知轨迹的沿着道路行进的汽车前灯。由于道路的固定方向性，前灯相对于固定点的移动模式保持稳定。该示例的更多细节将在下面给出。

可以方便地使用的静态源的示例包括局部定位的外部光源，诸如附近的路灯或标牌灯。该装置可以比如用于监测杆灯的倾斜。在这种情况下，固定的外部刺激源可以包括相邻的杆灯。可以向相邻灯杆组中的每一个灯杆提供倾斜检测装置，并且将其相邻灯杆的光源用作固定刺激源。在这种情况下，相邻光源组可以可选地经由通信网络（直接或间接地）通信地链接，以能够实现数据输出的共享。这可以能够实现相邻装置之间的“自动校准”，使得可以通过关联不同装置的输出来确定它们中的哪一个正在倾斜以及哪一个仅检测到相邻装置的倾斜。

依照任何实施例，但是特别是依照其中利用静态电磁波刺激源的示例，可以提供具有视场的传感器，并且其中一个或多个强度特性包括具有与一个或多个相应刺激源相关联的一个或多个强度最大值的视场中的位置，并且通过检测与一组参考位置相比的所述位置的变化来检测倾斜。最大值的感知位置的变化可以指示传感器和外部源之间的相对定位的变化，从而指示倾斜。优选地，特性包括具有与相应的至少两个刺激源相关联的至少两个强度最大值的视场中的位置，尽管本公开不限于这种示例。

附加地或可替代地，可以应用其他曲线比较技术来识别接收的来自静态源的一个或多个刺激的强度特性的变化。这些可以包括检测跨传感器视场接收的来自一个或多个源的强度分布中的相移。这样的相移可以指示刺激源的移动。还可以检测跨视场的接收刺激的强度梯度的变化，并将其用于提供（多个）刺激源的移动的指示。

依照一个或多个示例，传感器可以具有视场，并且其中一个或多个强度特性包括在所述视场内检测到的强度最大值的总数。先前存在的强度最大值从视场中消失可能是视场偏移的指示，并且因此是对象倾斜的指示。

依照以上或任何其他示例，可以在检测接收的强度特性的改变之前进一步处理来自传感器的信号输出，以便改善信号的质量或减少信号噪音。可以应用用于实现这一点的任何已知的方法，包括比如滤波、对多个连续“帧”求平均或对原始信号进行解调以提取包络数据。

如所讨论的，一个或多个刺激源可以相对于传感器具有动态的位置关系。在这些情况下，一个或多个强度特性可以包括在某个定义的时间段内的作为时间的函数的传感器处的测量的电磁强度的变化，其定义在所述定义的时间段内的强度的函数，其中通过检测与在定义的时间段内的参考强度函数相比的在定义的时间段内的所述强度的函数的变化来检测倾斜。示例可以是太阳，它相对于地球上的固定主体遵循已知的轨迹。在整个白天的时间段中，这种轨迹导致在那些时间内的作为时间的函数的传感器处的接收光强度的可预测模式或分布。在白天时间中测量的强度-时间函数的变化可以提供对传感器角度定位的变化的指示，以及因此指示传感器被安装至的主体的倾斜。

在示例中，强度函数随时间的变化可以包括函数在时间维度上的平移。这意味着强度-时间函数的整体模式或形状可以保持相同，但是仅是向前或向后移动（即偏移）一定的时间量。特别地，在传感器包括如上所述的周边壁的情况下，以及当传感器在限定的时间段期间在与刺激源的表观运动相同的方向上旋转时，这可能发生。

在其他示例中，函数的变化可以仅包括在时间维度上函数的峰值强度的位置的平移。

依照一个或多个示例，强度函数随时间的变化可以包括函数的峰值强度的变化。峰值强度意味着测量的强度在定义的时间段（例如白天的时间）内达到的最高水平。特别地，在传感器包括如上所述的周边壁的情况下，以及当传感器在限定的时间段期间在垂直于刺激源的移动的表观方向的方向上旋转时，峰值强度的这种变化可能发生。

依照一个或多个示例，强度函数随时间的变化可以包括在最小强度的起点与相同最小强度的稍后终点之间的在时间维度上的强度函数的宽度的增加。有利地，在这些示例中，传感器可以包括具有非圆形对称的外部形状或截面的周边壁。在这种情况下，强度-时间函数的宽度（在时间维度上）的变化可以指示传感器被安装到的对象的轴向旋转。当传感器轴向旋转时，周边壁的不对称导致不同的最小角度，在任何光直接进入传感器之前，移动源必须克服该最小角度。这导致最小强度的端点之间的强度-时间函数的总宽度或持续时间的变化。

如上所述，一个或多个（移动的）刺激源可以包括太阳和/或月亮。

依照一组或多组实施例，传感器可以包括一个或多个光电二极管（用于检测光学刺激）。可以提供光电二极管阵列以提供传感器的一维或二维视场。

依照一组或多组实施例，传感器可以包括相机，该相机具有视场。依照一个或多个实施例的相机可以包括用于捕获相对宽视场的鱼眼透镜。

如上所述，在传感器是光学传感器的情况下，传感器可以包括光调制元件，该光调制元件被布置成与进入传感器的光相互作用，以便将光调制图案提供到传感器上，其中，图案的配置取决于入射光的角度。

依照一个或多个特定示例，光调制元件可以被适配为依照定义的衰减模式来衰减进入传感器的光。光调制元件可以比如包括半透明或以其他方式部分透明的光学元件，以利用特定模式衰减光。不是将阴影区域投射在传感器上，而是仅投射较低光强度的区域。这可以能够实现倾斜检测功能的更大的细微差别，其中倾斜的较小变化比如导致衰减的相称的小变化，从而允许更精确的测量。

依照本文公开的另一方面的示例提供了多个倾斜检测装置的连接系统。特别地，可以提供一种倾斜检测系统，其包括：多个依照本公开中描述的示例或实施例中的任一个的装置，用于检测对象的倾斜，装置经由通信网络直接或间接链接；并且其中每个装置被适配为经由所述通信网络传送从相应传感器导出的一个或多个数据输出。

这种系统使得收集的传感器数据能够被共享或组合，以提高分析准确性和鲁棒性。特别地，这样的系统提供了“自动校准”功能的可能性，其中来自一个或多个装置的数据可以用作参考，来自另一装置（位于前面的一个或多个装置的附近）的读数可以据此而被校准。特别地，多个连接装置中的至少第一装置可以被适配为利用由多个装置中的第二装置传送的数据输出中的一个或多个作为参考刺激，来检测在第一装置的传感器处接收的刺激的变化。

在示例中，这可能需要所讨论的装置之间的相对位置关系的知识，使得这种几何信息可以用于将一个数据集记录到另一数据集，并且可能折合位置变化。

比如，在使用沿着附近道路行进的车辆前灯作为移动光源的情况下，这可以是特别有用的。在这种情况下，在与道路相邻的已知不同位置处的多个不同传感器处的强度与时间读数的比较可以使得能够识别由倾斜引起的一个传感器处的异常读数。装置可以被布置成使得它们的传感器具有重叠的视场。这可以允许信号/数据的相关性，并且当与和每个传感器相关的位置数据（比如从相关联的GPS传感器导出）组合时，这甚至可以是更加准确的。

依照本文公开的另一方面的示例提供了一种可基部安装的杆，其包括依照以上描述的或在本申请的权利要求中定义的任何实施例或示例的倾斜检测装置，该装置安装到杆并且被适配为检测杆的倾斜，并且可选地，其中杆还包括照明器，从而与杆组合形成杆灯。

依照本文公开的另一方面的示例提供了一种检测对象的倾斜的方法，该方法包括：在用于感测电磁波刺激的传感器处接收来自一个或多个远程定位的刺激源的刺激，该传感器被安装到对象；检测与参考刺激相比的接收的刺激的一个或多个强度特性的变化，该变化指示一个或多个刺激源与传感器之间的位置关系的变化，并且基于所述检测到的一个或多个强度特性的变化和/或指示的位置关系的变化来确定对象的倾斜状态。

附图说明

现在将参考附图详细描述本发明的示例，在附图中：

图1示意性地描绘了依照一个或多个实施例的包括倾斜检测装置的照明器；

图2示意性地图示了依照一个或多个实施例的倾斜检测装置的功能操作；

图3进一步示意性地图示了图2的倾斜检测装置的操作；

图4示意性地图示了依照一个或多个实施例的另一倾斜检测装置的操作；

图5示意性地图示了依照一个或多个实施例的另一倾斜检测装置的操作；

图6示意性地描绘了依照一个或多个实施例的被适配为检测轴向旋转的倾斜检测装置的传感器；

图7和8示意性地描绘了图6的倾斜检测装置的操作；以及

图9示意性地描绘了依照一个或多个实施例的利用光调制遮掩物的另一倾斜检测装置的传感器。

具体实施方式

本文公开的是一种倾斜检测装置，其使用外部生成的电磁信号源来检测对象的相对取向定位的变化。传感器监测从远程定位的源接收的电磁波刺激的强度特性，并且控制器利用这些特性的变化来通知对传感器被安装至的对象的倾斜状态的检测和/或测量。

图1中示意性地图示了一般概念。提供了一种倾斜检测装置，该倾斜检测装置包括控制器16和可操作地耦合至该控制器的光学传感器18的组合。该装置被安装到杆灯型照明器12（杆灯路灯），在杆的顶部处包括光源14。倾斜检测装置的光学传感器18优选地安装在光源14的水平的上方，以便避免照明器的本地光照干扰装置的倾斜检测。

尽管在图1的特定示例中提供了光学传感器18，但是在其他示例中，可以提供用于感测任何其他种类的电磁波的传感器，诸如通过非限制性示例的方式，红外传感器或紫外光传感器。此外，尽管在本示例中传感器18安装在光源14上方，但这不是必需的。可以替代地提供准直或过滤元件，比如以防止本地生成的光进入传感器或以其他方式干扰倾斜检测。可替代地，倾斜检测功能可以仅在白天时间期间或者当本地照明器以其他方式被暂时停用运行，从而避免干扰。为了避免疑问，控制器16的特定定位对于本发明构思的工作并不重要，并且其在图1的示例中的位置仅是说明性的。

传感器18被布置成接收来自一个或多个远程定位的发光源的一个或多个光学输入。在图1的示例中，示出了两个可能的发光输入源和相应的发光输入22，相邻的照明器30和太阳26。尽管在图1中示出了两个可能的源，但这仅用于说明。在使用中，传感器通常可以被适配为仅接收和利用这两种类型的源中的一种（移动或静态），或者至少将在任何时候都仅利用一种类型。

在图1的照明器12的正常的直立位置中，从源中的任一个接收的发光输入由传感器18感测，并且所接收的输入的强度特性（静态或时变）由控制器16识别。当照明器保持在相同的静态位置时，其与源中的每一个的相对位置关系（在相邻照明器30的情况下是这种静态的，或者在太阳26的情况下是动态的）保持恒定。然而，如果杆比如由于与机动车辆的碰撞而变得倾斜，则相对位置关系改变。由于这种关系改变，所以接收的发光输入的强度特性相称地改变。因此，通过监测发光输入的特性的变化，控制器16可以识别照明器12的倾斜状态的变化。

现在将参考多个特定实施例详细描述倾斜检测装置的操作。

如上所讨论的，外部刺激源可以是静态源（相对于地面）或移动源（相对于地面）。

现在将参考图2和3描述被适配为利用静态刺激源的倾斜检测装置的实施例。

图2示出了示例照明器12，该照明器12具有安装在杆的顶部附近的倾斜检测装置的光学传感器18，该光学传感器具有视场42，该视场足够宽以包含两个相邻照明器30、31的光源。光学传感器可以有利地是具有鱼眼透镜的相机，以能够实现捕获足够宽以包含两个相邻光源30、31的视场。

对于本示例，假设相邻照明器30、31的光源与所讨论的照明器12的光源处于相同的海拔高度（距地面的高度）（并且与光学传感器18大致相同）。假设相邻光源的定位保持静态，如果照明器处于直立位置，如图2（a）中示出的，则两个相邻光源对于传感器18而言保持可见，大致沿传感器18的视场42的中心线对准，位于视场的相对端处。

这在图3（a）中被图示出，其图示出了根据图2（a）的直立布置的跨视场42的可观察的强度分布。可观察的强度分布包括在视场的相对端处大致居中定位的两个强度最大值50a、50b。

如图2（b）中示出的，如果照明器12以相对小的量变得倾斜，则光学传感器18的视场42变得相称地倾斜。在图3（b）中示出了对在视场内可见的强度分布的影响，其中与两个相邻光源30、31中的每一个相关联的强度最大值50a、50b变得“垂直”位移了少量，其中与左手侧照明器30相关联的最大值50a向下移动，而与右手侧照明器30相关联的最大值50b向上移动。因此，通过识别位于传感器18的视场中的强度最大值已经相对于由图3（a）的“直立”视场表示的参考位置组移动了位置，倾斜检测装置的控制器16可以检测照明器12的倾斜。

可以通过定量确定强度最大值50a、50b中的每一个在传感器18的视场42内移动的距离来导出倾斜程度的定量评估。可以通过事先计算或使用标准几何和三角法考虑来建模，来实现倾斜角度和最大值偏移距离之间的校准。可替代地，这可以例如在入网初始化期间，通过使用附加的、临时或暂时的校准装置来试验地导出，该校准装置可以与每个照明器大致共同定位，并且被操纵为沿着与照明器相似的轴线倾斜。感测的最大值位置的变化与倾斜角度的关系可以被记录并在将来用于给定照明器，以基于检测到的强度最大值位置的变化来量化倾斜程度。

在照明器12变得甚至进一步倾斜的情况下，如图2（c）中示出的，传感器18的视野的视场42可以变得如此远地位移，以致相邻照明器30、31的光源不再在视场内可见。这在图3（c）中图示出，其示意性地描绘了针对图2（c）的情况的跨视场可观察的强度分布。在这种情况下，倾斜检测装置的控制器16可以通过识别在光学传感器的视场42内可见的强度最大值的总数量减少两个来检测装置的明显倾斜（超过图2（b）的倾斜水平）。

通过使用检测视场42内的强度最大值50a、50b的移动和检测强度最大值从视场的消失的组合，因此可以使用静态发光源来检测对象的倾斜。

尽管为简单起见，在以上示例中，包括了相邻照明器30、31的光源与光学传感器18处于相同的海拔高度（距地面的高度）的假设，但是这种假设不是必须的。在其他示例中，关于照明器和传感器中的每一个的相对高度的信息可以被包括在关于任何照明器的倾斜程度的确定中。例如，这种高度信息可以预先确定并且预存储在每个控制器16处。附加地或可替代地，可以使用位置传感器数据（其中这包括海拔高度信息）来确定该信息。可以基于海拔高度地图来（提前或实时地）导出信息，从而允许确定两个杆（例如，位于山丘上的不同位置处）之间的相对高度差。

相机可以用于光学传感器18。在使用相机的情况下，只要周围的照明器30、31的（3D）位置是已知的，就有可能确定照明器12的绝对3D位置（即，绝对倾斜程度）。这是因为，如上所述，在视场42内的最大值50a、50b的偏移量可以与传感器18（以及因此照明器12）的实际移动相关联。相邻光源的位置可以用作确定这种相关性的计算中的变量。一种简化可以是假设周围的光源30、31与所讨论的照明器12处于相同的高度。

依照另一变型，可以实现倾斜检测装置的连接系统。特别地，对于图2的示例，耦合到三个光源12、30、31中的每一个的倾斜检测装置可以直接地或例如经由中央服务器通信地链接。它们可以经由合适的通信网络链接，其中这可以经由有线或无线网络连接（诸如例如蜂窝网络连接（或其他不受限制的带宽网络）。

这可以能够实现更精确的倾斜检测；尤其是使所有三个照明器的传感器读数相关联以使得一个装置的倾斜能够与其他装置的倾斜相区分的能力。比如，如果照明器31向右倾斜，而照明器12保持直立，则这将记录为光源从照明器12的视场42移出，并且可以错误地导致对照明器12的倾斜而不是照明器31的倾斜的确定。相反，利用连接的系统，可以比较和关联来自所有照明器的传感器的数据，使得可以查明哪个照明器是已经倾斜的照明器。比如，在每个照明器处的传感器18的视场内的最大值的行进方向可以被比较并用于识别哪个照明器是已经变得倾斜的照明器。

照明器的连接可以经由任何适合的通信信道，比如，包括有线或无线网络连接、互联网连接或移动（蜂窝）网络连接。

可以依照在本公开中描述的或在权利要求中定义的任何倾斜检测装置实施例来实现这种连接的系统，并且不限于比如根据图2的示例的倾斜检测装置。在随后的所有示例中，所描述的倾斜检测装置可以有利地经由合适的通信网络链接，以能够实现传感器数据的共享，并且从而实现对倾斜检测的更准确和鲁棒的分析。

现在将参考图4-8描述被适配为利用移动发光源的倾斜检测装置的各种实施例。

图4图示了具有包括光学传感器18和控制器16的倾斜检测装置的示例照明器12。该装置被适配为基于对从太阳接收的光学信号的监测来检测照明器的倾斜。

图4（a）示出了处于直立状态（左）和倾斜状态（右）的照明器12，并且图4（b）示出了光学传感器18的对应倾斜状态及其在一天的不同时间处相对于从太阳接收的光学输入的定位。对于该示例，假设照明器12的倾斜与太阳跨天空的表观运动处于相同的方向，例如，倾斜为东-西方向。

如图4（b）中示出的，该示例中的光学传感器包括以围绕光学传感器18的输入区域的周边延伸的外围边界壁58的形式的光调制元件。边界壁可以是大约轴向对称的（例如，关于穿过传感器中心点延伸的“垂直”中心轴线圆形对称）。然而，这不是必需的。在这种情况下，光学传感器可以具有视场，但不必需具有视场；仅需要光学传感器记录跨感测区域的总光通量或入射强度。

边界壁58用于将阴影投射到光学传感器18上，该阴影的大小和范围取决于太阳相对于传感器的角度而变化。边界壁有效地意味着，只有在一天中的某个时间之后，当太阳已经升起足够的角度以克服壁的高度时，光才可以进入传感器。光首先能够进入传感器以及光停止进入传感器的特定时间将根据传感器和边界壁的倾斜而改变。

这在图4（b）中图示出，其示出了传感器18相对于不同位置处的太阳，该不同位置对应于上午10:00和下午13:00的时间。对于处于直立位置（左）的照明器12（和传感器），来自10:00的太阳的光入射在边界壁58上，并被阻止进入传感器。然而，在13:00时，太阳的角度使得光现在完全进入传感器。这与处于倾斜状态（右）的照明器的传感器形成对比，其中，由于倾斜，在13:00，该角度使得光才刚刚开始完全进入传感器18。

这些时间上的变化随时间在传感器18处的所感测的光强度的结果变化中是可观察到的。这在图4（c）中图示出。这示出了由处于直立状态（迹线64）和倾斜状态（迹线66）中的每一个中的光学传感器18测量的光强度（y轴）随时间（x轴）的相应函数。如示出的，强度-时间函数64、66中的每一个具有相同的总体形状，但是相对于彼此在时间上是平移的。对于处于直立状态的传感器，强度-时间函数64从10:00的零强度增加到大约11:30的峰值强度，然后在大约20:30处下降回到零强度。相比之下，对于处于倾斜状态的传感器，从零强度开始的增加在大约11:30（延后1小时30分钟）才开始，在大约13:00达到峰值强度，然后在22:00下降回到零强度。因此，强度变化的图案在时间上向后偏移了大约1小时30分钟。

因此，依照该实施例，倾斜检测装置的控制器16可以通过在传感器18处识别强度随时间的测量函数时间平移来检测照明器12的倾斜。取决于时间平移的大小，可以确定倾斜程度：时间偏移越大，倾斜程度越大。

在照明器12和传感器18的倾斜与太阳（或其他刺激源）相对于传感器的运动处于相同方向的情况下，上述实施例能够实现倾斜检测。

附加地或可替代地，可以通过检测在传感器处的所测量的强度-时间分布的不同变化来检测照明器12和传感器18在垂直于太阳或其他刺激源的运动的方向上的倾斜。在图5中示出了一示例，其示出了处于两种不同的倾斜状态的与图4的传感器相同的示例传感器18（具有外围壁58），以及这些状态相对于天空中的不同位置处的太阳（当它沿着大致垂直于传感器18的倾斜方向的弧移动时）的配置。该倾斜例如在北-南方向上。

与图4的示例相反，在这种情况下，（现在垂直）倾斜的影响不是所测量的强度-时间函数的时间平移，而是传感器18处所测量的峰值强度的减小。这在图5（b）中被图示出，图5（b）示出了对于直立传感器（迹线64）和倾斜传感器（迹线66）中的每一个的作为时间（x轴）函数的传感器处的测量强度（y轴）。如示出的，强度-时间函数的总体图案或形状对于两种倾斜状态都大致相同，但是仅具有不同的最大（或峰值）强度值。

从图5（a）可以示意地看出其原因。对于本示例，其中倾斜是在垂直于太阳跨天空的运动的方向上，外围壁58的倾斜导致跨一天中的所有时间和太阳的所有位置的对进入光的部分阻挡。这导致到达传感器的光量的持续减少。

因此，可以通过监测传感器处测量的强度-时间函数并识别函数的峰值强度的减少来通过依照上述实施例的控制器16检测传感器18和照明器14在垂直于太阳运动的方向上的倾斜。

该实施例可以有利地与图4的实施例组合，以通过识别与参考强度-时间函数（代表直立状态）相比的测量的强度-时间函数的时间平移以及强度-时间函数的峰值强度的增加或减少，来检测在具有平行于和垂直于太阳运动的分量的方向上的倾斜。

尽管在上面的示例中，只有函数的峰值强度被示出为变化，而“开始”和“结束”点（即最小强度的点）保持相同，但这仅是通过简单说明的方式。在现实世界场景中，由于在所有方向上都存在一定程度的角度依赖性，因此最小强度点很可能会略微偏移。然而，在示例中，该偏移可以由控制器16补偿，比如通过简单的几何计算和补偿。

依照一个或多个示例，传感器18可以设置有以轴向不对称（即，关于中心轴线非旋转对称）的外围壁形式的光调制元件。可以有利地实现这样的实施例，以使得能够实现感测其被安装到的对象的轴向旋转（除了感测对象的倾斜之外）。

图6图示出了这种实施例的示例。提供了一种光学传感器18，其包括具有椭圆形或卵形外部周边或截面的周边壁72。传感器顶部上的孔为卵形或椭圆形。左侧图像示出了传感器和壁的透视图，而右侧图像示出了传感器和壁的俯视图。取决于传感器18和边界壁的轴向旋转，在被边界壁72阻挡之前，光首先和最后能够进入传感器的时间不同。

这在图7和8中被图示出。图7图示了具有依照图6的示例的光学传感器18的照明器12，该光学传感器18安装在照明器的光源14的水平的上方。照明器被示出处于两种不同的轴向旋转状态。假设图7右侧的照明器和传感器相对于左侧的照明器和传感器轴向旋转了90°量。

图8（a）示出了在这两种轴向旋转状态中的光学传感器18（具有椭圆形边界壁72）的截面图，以及示出了在一天的不同时间的太阳相对于这两种状态下的传感器18的位置。如示出的，对于处于第一轴向旋转状态（左）的传感器，在10:00的时间时，光被边界壁72阻挡，使得阴影投射在传感器上，并且没有光入射。相反，对于旋转90°的传感器（右），在这种旋转状态时的传感器的平行于入射光的附加直径“长度”意味着光能够从相对低的仰角进入传感器。因此，在10:00，光能够进入传感器。类似地，光能够继续进入在90°旋转状态（右）下的传感器，直到晚上与处于0°旋转状态的传感器相比的更晚的时候。

如图8（b）中示出的，这种效果在传感器处的所得到的测量的强度-时间函数中是可观察的。迹线64示出了针对处于0°轴向旋转状态的传感器18（图8（a），左）的作为时间（x轴）函数的传感器处的测量强度（y轴）。迹线66示出了针对处于90°轴向旋转状态的传感器18（图8（a），右）的作为时间函数的测量强度。轴向旋转传感器的强度-时间函数与非旋转传感器的不同之处在于，在最小强度的起点（在这种情况下为零）和相同最小强度的后续终点之间在时间维度上具有增加的宽度。

可以有利地将上述实施例与前述两个实施例中的任一个组合，以能够实现检测与移动的发光源的方向平行或垂直的对象的倾斜并且同时检测对象的轴向旋转。

图4-8的特别描述的实施例各自利用以边界壁58、72形式的光调制元件，该边界壁58、72围绕传感器18的周边延伸，以在传感器上提供光调制效果或图案，该光调制效果或图案根据光被引导至传感器处的角度以及还有传感器的倾斜角度而变化。作为结果，可以通过在某个规则时间段内识别传感器处的强度随时间的测量变化的改变来检测传感器的不同倾斜状态。

边界壁是用于提供这种功能的合适光调制元件的一个示例。另一示例可以包括光调制顶部元件，该光调制顶部元件被提供为先前示例的边界壁元件58、72的补充或替代。

图9（a）中图示出了一示例，其示出了具有光调制顶部元件82和仅最小边界壁的光学传感器18。顶部元件82在诸如太阳或月亮的移动光源方面起到与先前示例的边界壁58、72相似的功能。当太阳（例如）移动穿过天空中的不同位置时，顶部元件以不同的方式撞击在指向传感器的光上。如图9（a）中示出的，比如，在10:00，光能够通过顶部元件82与传感器18之间的垂直空间进入传感器。然而，到13:00，太阳已经升起到一海拔高度，使得所有光都被顶部元件阻挡而无法进入传感器。可以容易地意识到，如果传感器比如平行于太阳的运动而倾斜，则光可以进入传感器以及光被顶部元件阻挡的时间将不同。

因此，倾斜在传感器18处的作为时间函数的测量强度的变化中是可检测的。特别地，如在先前的示例中，在平行于太阳运动的方向上倾斜的情况下，所测量的强度-时间函数将在时间上平移，并且在垂直于太阳运动的方向上倾斜的情况下，将具有降低或增加的峰值强度。

图9（b）中示出了图9（a）的光调制顶部元件的变型。该变型的顶部元件可以具有通常圆形或椭圆形的形状，或者半球形或半椭球形的形状，并且由多个通常扇形的楔元件形成，每个楔元件与相邻的楔元件通过狭窄的间隙分开。顶部元件的中央环是敞开的，从而为传感器18提供直接窗口。这种特别的形状使传感器对相对的杆轴向旋转更加敏感。特别地，由于元件的形状，取决于传感器（以及因此照明器12）的旋转，传感器18或者几乎整天暴露于来自太阳的光，或者仅在一天中的一小部分内暴露于光。这将导致强度-时间函数在最小强度的点之间在时间维度上具有相对宽的宽度，或者在这些点之间具有非常窄的宽度。

这在图9（a）中示意性地图示出。比如，在太阳沿着与路径90平行的弧线经过的情况下，无论太阳相对于传感器18的海拔高度如何，在顶部元件下方的传感器18在整个白天时间中都暴露于来自太阳的强度的最大值。即使当太阳在天空中较低的时候，相关的楔形状之间的间隙也允许光穿透到传感器中。相反，在太阳沿着与路径92平行的弧线经过的情况下，除了一天中的中间期间的一段时间（当太阳在天空中较高并且光可以穿透顶部元件的中央环时），来自太阳的光几乎在全天内基本被传感器阻挡。在太阳的较低海拔高度时段期间，插入在太阳光路径中的楔形状阻挡大部分光进入。

提供大致半球形或半椭球形的形状尤其可以使该布置对光源的海拔高度变化不那么敏感，从而将灵敏度简单地限制为轴向旋转（因为增加的“高度”意味着减小了进入传感器的光的变化，例如随着太阳升起时）。

因此，可以通过比较作为时间函数的传感器处的感测的强度来确定轴向旋转的精确确定。从时域中宽强度-时间函数到窄强度-时间函数的变化可以提供已经出现了小的轴向旋转的指示。这之后的回到宽强度时间函数的进一步变化可能表示进一步的轴向旋转。通过使扇形楔适当地窄，可以检测到非常小的轴向旋转。

依照另一示例，可以提供半透明的传感器盖来代替上述的顶部元件。半透明性将为投射在传感器上的阴影添加额外的修改元素。这种示例的优点在于，仍然可以在传感器处接收光，而衰减图案可以用作检测光源相对于传感器的位置的角度变化的标记。

根据另一变型，可以例如基于Martin Bawart，Stefan Bernet和Monika Ritsch- Marte，"Programmable freeform optical elements," Opt. Express 25, 4898-4906 (2017)中描述的原理来提供以诸如形成自由形式透镜的方式构造的顶部元件或其他光调制元件。

这种元件用于将光聚集到传感器上的多个位置。光学操作类似于透镜的光学操作，但不同之处在于，光不聚焦到单个点或线，而是聚焦到焦“图像”或图案，其中光被聚集到多个位置。效果是强烈的角度依赖性，其中，仅当光源位于相对于传感器的特定位置处或特定角度位移处时，传感器才暴露于光。传感器处接收的光量将根据光源的位置而变化，从某些位置的完全暴露变化（潜在地以连续方式）到其他位置的零暴露的（极端）。

倾斜状态或轴向旋转的变化然后可以通过跨传感器18的视场的接收的光图案或光的强度分布的变化来感测。此外，可以映射传感器的特定角度依赖性，以便能够实现控制器16对传感器（和照明器）已经倾斜或旋转的量的精确量化确定。另一优点在于，根据该变化的光不会因遮挡或偏转而浪费，因此传感器可以比如对弱光条件更为敏感。

尽管在上述实施例中，通过示例的方式，太阳被用作与照明器具有已知位置关系的光学刺激源，但是在其他示例中，可以使用不同的移动光学源。例如，可以依照一个或多个实施例使用月亮。对于具有很少晴天的位置和/或在冬季期间，当太阳光时间更为减少或太阳光不怎么可见时，使用月亮而不是太阳可能是方便的。在所有情况下，都可以使用月亮来代替对太阳的利用，或者与对太阳的利用互补。

在另外的示例中，汽车前灯可以用作移动的发光源，因为移动可能与所讨论的道路的方向高度相关联，并且道路的速度限制意味着可以假设移动的速度大致恒定。无需知道车辆在道路上的确切位置；可以简单地通过随时间比较在传感器处检测的随时间的强度函数来确定相对倾斜或旋转程度。

在上述实施例中，利用单个光学传感器18，该光学传感器18被适配为提供传感器处的光强度或通量的单个测量。依照另外的示例，可以使用多个光学传感器。使用多个传感器，可以离散地或根据重叠方案将检测区域分割或分解。

用于不同分段区域的传感器信号的比率可以用于确定跨检测区域的测量光强度的空间分布。这可以能够实现更精确或微妙的倾斜或旋转检测。特别地，比如在仅使用单个传感器单元的情况下（例如在图4-9的示例中可能是这种情况），只可以检测跨传感器的单个整体平均光强度。在这种情况下，可能难以区分一方面的导致由传感器壁58、72投射的阴影的大小变化的光源的相对运动，以及另一方面的仅是例如在太阳作为光源的情况下由临时云层遮盖导致的光源的整体变暗。通过使用来自多个传感器的数据并确定其读数之间的对比，光强度的整体变化（因此影响所有传感器）可以被检测并且可以从对光源位置的变化的确定中被折合。通过在给定的一整天中的连续基础上观察多个传感器之间的对比率，可以对全局变化进行归一化，并且可以实现对光源移动的更准确的持续确定（经由通过壁58、72投射的识别的总阴影区域）。

在提供多个传感器的情况下，这些传感器不需要在单个平面中对齐，而是可以放置在任何3D配置中。只要已知传感器之间的特定位置关系，就可以使用它们相应的信号来确定在传感器处接收的2D或3D强度分布。然后，该空间分布随时间的变化可以用于指示传感器及其安装至的对象的倾斜或旋转状态的变化。

依照一个或多个实施例，可以以光电二极管的形式提供光学传感器18，其与以针孔顶部元件（即，覆盖传感器的遮掩物包括针孔开口）形式的光调制元件耦合。在这些示例中，光电二极管的横向效应可以用于检测太阳或其他移动光源相对于传感器的角度位置的变化。随着该相对角度改变，通过针孔被暴露于太阳的传感器的小区域的位置发生变化，并且这在测量电流的变化中被检测到。这种光照的小区域从一天到下一天作为时间的函数移动的方式的变化可以提供下列指示：传感器及其被安装至的对象的倾斜状态的变化。

依照一个或多个示例，相机可以用作光学传感器18以跟踪移动光源随时间的运动。相机本质上是离散光传感器的平面矩阵，并具有确定相机视场的透镜。可以使用标准信号和计算机视觉算法来执行对光源相对于相机的位置的确定。通过监测检测到的随时间的光源运动模式的变化，可以识别倾斜或旋转状态的可能变化。

尽管在上述的特定示例和实施例中，提出了以光源形式的光学源，但是在其他示例中，可以利用任何光学源，其发射电磁频谱的任何频率或频率组合的辐射，包括例如红外光。

上面已经主要关于使用杆灯或路灯描述了所公开的实施例。然而，本发明构思可更广泛地应用于任何对象的倾斜的感测。本发明构思对于检测大致为杆状的对象或主体或者以其他方式细长并通过其基部安装的主体的倾斜最有效。这是因为对于这些主体，传感器相对于周围环境的任何检测到的移动都指示对象的倾斜。

上面已经主要关于发光源和光学传感器的使用描述了实施例。然而，依照另外的实施例，可以附加地或可替代地使用其他电磁波传感器。在上述示例和实施例中的任一个中，光学传感器和（多个）源可以由不同种类的电磁波刺激的传感器和源代替，而无需对该装置的结构或操作进行任何实质的改变。这些可以通过非限制性示例的方式包括红外传感器或紫外线传感器。

如上所讨论的，实施例利用控制器。可以以利用软件和/或硬件的多种方式来实现控制器，以执行所需的各种功能。处理器是采用一个或多个微处理器的控制器的一个示例，其可以使用软件（例如，微代码）进行编程以执行所需的功能。然而，控制器可以在采用或不采用处理器的情况下实现，并且还可以作为执行一些功能的专用硬件与执行其他功能的处理器（例如，一个或多个编程的微处理器和相关联的电路）的组合来实现。

可以在本公开的各种实施例中采用的控制器部件的示例包括但不限于常规微处理器、专用集成电路（ASIC）和现场可编程门阵列（FPGA）。

在各种实施方式中，处理器或控制器可以与一个或多个存储介质（诸如易失性和非易失性计算机存储器，诸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM）相关联。可以利用一个或多个程序对存储介质进行编码，这些程序当在一个或多个处理器和/或控制器上执行时，执行所需的功能。各种存储介质可以固定在处理器或控制器内，或者可以是可移动的，使得可以将存储在其上的一个或多个程序加载到处理器或控制器中。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在互不相同的从属权利要求中记载某些措施的纯粹事实并不意味着不能有利地使用这些措施的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制范围。

Claims (15)

1.一种用于检测对象（12）的倾斜的装置，所述装置包括：

传感器（18），用于感测电磁波刺激，所述传感器用于安装到所述对象并且被布置成在使用中接收来自多个远程定位的刺激源（30、31）的电磁波刺激；以及

控制器（16），被适配为：

检测与参考刺激相比的所接收的刺激的一个或多个强度特性的变化，所述变化指示所述多个刺激源与所述传感器之间的位置关系的变化，并且

基于所述检测到的所述一个或多个强度特性的变化和/或所指示的所述位置关系的变化，确定所述对象的倾斜状态。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述传感器（18）具有视场（42），并且其中，所述一个或多个强度特性包括具有与所述多个刺激源中的一个或多个相应刺激源相关联的一个或多个强度最大值（50a、50b）的所述视场中的位置，并且通过检测与一组参考位置相比的所述位置变化来检测倾斜。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述传感器（18）具有视场（42），并且其中，所述一个或多个强度特性包括所述视场内的检测到的强度最大值（50a、50b）的总数量。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述多个刺激源（30、31）中的至少一个相对于所述传感器（18）具有动态位置关系，并且其中，所述一个或多个强度特性包括在定义时间段内的作为时间函数的所述传感器处的测量的电磁强度的变化，并且通过检测与所述定义的时间段内的参考强度函数相比的所述定义的时间段内的所述所表现的强度函数的变化来检测倾斜。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，

随时间的所述强度函数的变化包括在时间维度上的所述函数的平移；和/或

随时间的所述强度函数的变化包括所述函数的峰值强度的变化。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其中，随时间的所述强度函数的变化包括在最小强度的起点和相同最小强度的随后终点之间的在时间维度上的所述强度函数的宽度的增加。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的装置，其中，所述多个刺激源中的至少一个包括太阳和/或月亮。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其中，所述传感器（18）包括一个或多个光电二极管。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的装置，其中，所述传感器（18）包括相机。

10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述传感器（18）是光学传感器，并且包括光调制元件（58、72、82），所述光调制元件被布置为与进入所述传感器的光相互作用以便将光调制图案提供到所述传感器上，其中，所述图案的配置取决于入射光的角度。

11.根据权利要求10所述的装置，其中：

所述光调制元件（58、72）包括围绕所述传感器的周边延伸的边界壁，并且其中，对于一个或多个入射光角度组，所述光调制图案包括跨所述传感器的连续阴影的区域；和/或

所述光调制元件包括在所述传感器上方延伸的遮掩物（82），并且其中，针对一个或多个角度组，所述光调制元件包括由阴影的包含区域围绕的相对高光强度的一个或多个局部区域。

12.根据权利要求10或11所述的装置，其中，所述光调制元件被适配为依照定义的衰减图案来衰减进入所述传感器的光。

13.一种可基部安装的杆（12），包括根据前述权利要求中任一项所述的装置，所述装置安装到所述杆并被适配为检测所述杆的倾斜，并且可选地，其中，所述杆还包括照明器（14），以与所述杆组合形成杆灯。

14.一种倾斜检测系统，包括：

多个根据权利要求1-12中任一项所述的装置，用于检测对象的倾斜，所述装置经由通信网络直接或间接链接，并且其中，每个装置被适配为经由所述通信网络传送从相应传感器（18）的读数中导出的一个或多个数据输出，并且可选地，其中，

所述多个装置中的至少第一装置被适配为利用由所述多个装置中的第二装置传送的数据输出中的一个或多个作为参考刺激，以检测在所述第一装置的传感器（18）处接收的刺激的变化。

15.一种检测对象（12）的倾斜的方法，所述方法包括：

在用于感测电磁波刺激的传感器（18）处接收来自多个远程定位的刺激源（30、31）的刺激，所述传感器被安装到所述对象；

检测与参考刺激相比的所接收的刺激的一个或多个强度特性的变化，所述变化指示所述多个刺激源与所述传感器之间的位置关系的变化，并且

基于所述检测到的所述一个或多个强度特性的变化和/或所指示的所述位置关系的变化，确定所述对象的倾斜状态。

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