CN113785355A - 用于人员的语音信号的检测设备以及用于通过这种检测设备检测人员的语音信号的方法 - Google Patents

用于人员的语音信号的检测设备以及用于通过这种检测设备检测人员的语音信号的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于人员(31)的语音信号的检测设备(10)以及用于检测人员(31)的语音信号的方法。检测设备(10)包括光源(30)、传感器装置(11)、评估装置(13)以及第一面状的载体介质(12)。第一面状的载体介质(12)构造为光导体，在光导体处提供有耦入区域(16)和耦出区域(18)。光源(30)的光(100)朝人员(31)的颈部前部区域(31’)的方向发出，在那里反射的光(100’)在耦入区域(16)中耦入到第一面状的载体介质(12)中，借助于内反射传输到耦出区域(18)并在那里耦出。耦出的光(100’)由传感器装置(11)检测，传感器装置提供说明耦出的光(100’)的飞行持续时间的传感器数据。借助于评估装置(13)将传感器数据转换成振动数据，并通过在应用语音诠释标准的情况下评估振动数据而提供语音信号。

Description

用于人员的语音信号的检测设备以及用于通过这种检测设备 检测人员的语音信号的方法
技术领域
本发明涉及一种用于人员的语音信号的检测设备。本发明还涉及一种具有这种检测设备的机动车以及用于通过这种检测设备检测人员的语音信号的方法。
背景技术
在人体中，作为呼吸道的一部分包括从咽部到在颈部前部区域中的气管的过渡部的喉部(所谓的喉头)，对人类声音的产生至关重要。因为为了产生声音，借助于喉部肌肉使布置在喉部区域中的声带振动。已经已知不同的技术方法来检测和评估人员在说话时总会出现的在颈部前部区域中的微运动。这些方法需要传感器，该传感器必须布置成位于与人员的颈部前部区域的直接视线链路中，以便可检测在颈部前部区域中的、含有关于语音信号的信息的微运动。亦即需要光学构件，其优选地必须定位在人员的可见范围中。
US 2016/0267911 A1说明了一种车辆语音检测系统，其包括光学传感器以及麦克风。在此，光学传感器布置在车辆的后视镜中，并且设计成检测机动车内人员的光学导出的声音信号。在此，光学传感器构造为干涉仪。
US 2014/0119737 A1说明了一种用于借助于基于激光的检测装置检测与语音相关的声学信号的系统，该检测装置构造为面罩。面罩戴在说话的人员的脸的一部分上，并且在此遮住使用者的嘴。系统的激光麦克风构造成检测面罩的振动，并且以语音信号的形式输出。
US 6,317,237 B1说明了一种设备，该设备向建筑物的玻璃窗的方向发射红外激光束，光束在该玻璃窗处反射，其中，反射的光束被接收装置接收。以此检测玻璃窗的振动，该振动由房间里的声音产生。因此，通过该设备同样检测和评估房间内的语音信号。
由现有技术已知光学衍射光栅，其以全息方式制造并且因此还被称为全息光栅。在这方面，从学术公开文献“Volume-phase holographic gratings and their potentialfor astronomical applications”(S.C.Barden,J.A.Arns and W.S.Colburn,Proceedings SPIE 3355,Optical Astronomical Instrumentation,1998)已知，以明显处于满足布拉格条件的角度范围外的角度射到这种全息光栅上的光不衍射地/不偏转地经过全息光栅。然而，如果光以一角度射到全息光栅上，使得至少近似满足布拉格条件，则光以一角度衍射。在全息光栅对光的影响的波长相关性方面也显示了类似的行为，这是因为，具有明显位于通过布拉格条件预给定为所谓的布拉格波长的波长范围外的波长的光同样在没有衍射的情况下经过全息光栅，并且仅仅具有至少近似满足布拉格条件的波长的光在全息光栅处衍射。因此，借助于复杂的全息光栅结构，例如可实现，具有两种不同的波长范围的光以相同的角度衍射。此外，可通过全息光栅例如将具有不同波长的光分成不同的光路，从而可借助于全息光栅实现色散分束器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种技术方案，借助于该技术方案可提供用于人员的语音信号的尽可能不显眼的检测设备。
该目的通过独立权利要求的主题来实现。本发明的有利的改进方案通过从属权利要求、下文的说明以及附图公开。
根据本发明的用于人员的语音信号的检测设备包括光源、传感器装置、评估装置以及第一面状的载体介质。评估装置又具有转换单元和诠释/解读/分析单元。第一光源例如为红外波长范围内的激光束的发射器。传感器装置又构造成，检测并以传感器数据的形式提供被反射的光源的光。传感器装置例如为被构造成检测红外光信号的传感器，即红外传感器。
第一面状的载体介质被构造为光导体，在该光导体处提供有耦入区域和耦出区域。载体介质例如实现为由塑料组成的透明薄膜，其中，载体介质附加地将来自环境的光传送给传感器装置。也就是说，载体介质可将耦入载体介质中的光借助于内反射、优选全反射输送给传感器装置。传感器装置本身于是可在被输送的光又从载体介质中耦出时检测被输送的光，并从中产生或生成传感器数据。对此所需的光在具有耦入区域和耦出区域的第一面状的载体介质的表面处借助于第一面状的载体介质获取或接收。在此，载体介质被构造为导光的载体介质。
检测设备的光源被构造成发出脉冲光，其中，脉冲光优选为红外脉冲光。为此，光源例如可布置在面状的载体介质的侧向，或例如布置在第一面状的载体介质旁边。耦入区域构造为具有第一偏转结构的全息元件。通常被称为光栅并且可借助于全息方法制成的这种全息元件的工作原理的说明例如在上面引用的学术出版物中可找到。耦入区域可相应地例如实现为衍射光栅。耦入区域的第一偏转结构被构造成，使由光源发出并在人员处反射的光耦入到第一面状的载体介质中。因此，在该示例中，借助于耦入区域，在人员处反射的被反射的红外脉冲光耦入到检测设备本身中，也就是说，耦入到第一面状的载体介质中。在此，光源在优选的安装位置中布置成，使得脉冲光朝人员的颈部前部区域的方向发出并且在那里被反射。第一偏转结构亦即构造成，使在人员处反射的光耦入到载体介质中，并且在此以如此强的程度偏转，即：使得耦入的光满足角度边界条件。
第一面状的载体介质被构造成，使耦入的反射光借助于内反射从耦入区域传输到耦出区域。反射光可在载体介质内沿着平行于第一面状的载体介质的表面的平面的方向以之字形的运动被导引。最后，同样构造为全息元件的耦出区域具有第二偏转结构，该第二偏转结构被设计成，使射到第二偏转结构上的被传输的反射光从第一面状的载体介质耦出。耦出区域的第二偏转结构例如同样可实现为衍射光栅。
换句话说，光源的在人员处反射的脉冲光在耦入区域的第一偏转结构处偏转或衍射，耦入到载体介质中，被载体介质传输，在第二偏转结构处偏转或衍射并在那里再次从载体介质耦出。在此，耦入区域优选地在该面状的载体介质的整个表面上延伸，从而可视面状的载体介质的尺寸而定在相对较大的面上检测或获取反射光。替代于此，耦入区域可在第一面状的载体介质的表面的部分区域上延伸。
耦入的反射光可从耦入区域开始通过第一面状的载体介质输送至任意选择的耦出区域。为了检测从载体介质耦出的光，传感器装置贴靠在耦出区域上。传感器装置本身构造成，检测在耦出区域中耦出的光，并将其以传感器数据的形式提供。传感器数据说明了由光源发出并在人员处反射的脉冲光、亦即由传感器装置检测的光的飞行时间。因此，传感器装置构造为激光雷达仪(英文light detection and ranging的缩写)，因为其构造成用脉冲光执行飞行时间测量。激光雷达仪是以雷达所用的方法来进行光学距离和速度测量。在此，探测在光脉冲发出之后散射回来的光，并且基于相应的光信号的飞行时间可算出到光脉冲的散射位置的距离。
检测设备的评估装置被构造成，借助于转换单元将传感器数据转换成振动数据，这是因为，从由传感器装置提供的、相应的脉冲光信号的飞行时间差可推算出与人员的距离，并因此最终可探测在人员的颈部前部区域中的微振动。对此的前提条件是，检测设备定位在优选的安装位置中，使得光源的光在人员的颈部前部区域中被反射。
借助于评估装置的诠释单元，通过在应用语音诠释标准的情况下评估振动数据来提供人员的语音信号。因此，振动数据被用来确定呈语音信号的形式的、由人员说出的语音。在此，语音诠释标准含有例如各个振动数据，振动数据与相应的语音信号组分(由语音信号组分最终合成人员的语音信号)相关，从而诠释单元设计成，在使用语音诠释标准的情况下如此评估振动数据，即：使得可提供人员的语音信号。在此至少利用了，反射光借助于具有耦入区域和耦出区域、并且面状地构造的第一载体介质传输到传感器装置。因此，第一面状的载体介质例如可布置在机动车中，更确切地说，如果它是透明的，则布置在机动车的挡风玻璃的区域中。如果现在例如借助于定位在例如上仪表板的区域中的光源朝机动车的驾驶员的方向发出脉冲激光，则可通过面状的载体介质接收、耦入优选地在人员的颈部前部区域中反射的反射光，并将反射光传输到例如定位在挡风玻璃的边缘区域处的传感器装置。由此可将检测设备特别不显眼地集成到机动车中，因为挡风玻璃的大的面积不起眼地在布置有透明的第一面状的载体介质的地方被用作反射光的检测区域。
提供人员的语音信号的这种检测设备例如可用于补充机动车的语音识别系统，其中，语音识别系统例如设计成，借助于识别和解读驾驶员的声学指令来操控机动车的预先规定的驾驶员辅助功能。由此得到的优点是，减少了干扰声的影响，例如机动车的发动机噪声或在机动车中的其他人员的语音信号，因为最终直接检测和评估说话人员、即驾驶员的喉部运动和进而与产生语音信号相关的区域。
具有子单元即转换单元和诠释单元的评估装置例如具有处理器装置，处理器装置设计成提供人员的语音信号。处理器装置为此可具有至少一个微处理器或至少一个微控制器。此外，处理器装置可具有程序代码，程序代码被配置成，在通过处理器装置实施时提供人员的语音信号。程序代码可存储在处理器装置的数据存储器中。
本发明还包括得到附加优点的设计形式。
在本发明的有利的设计形式中，当在应用语音诠释标准的情况下评估振动数据时，所提供的振动数据与在诠释单元中存储的参考振动模式相比较，其中，相应的所存储的参考振动模式分配有相应的语音信号。亦即，语音诠释标准含有各个振动数据、即所谓的参考振动模式，其与用于最终合成人员的语音信号的相应的语音信号组分相关，从而诠释单元设计成，在使用语音诠释标准的情况下如此评估振动数据，使得可提供人员的语音信号。因此，语音诠释标准提供一种语音信号数据库，凭借该语音信号数据库可将振动数据快速且可靠地与相应的语音信号相对应。
一设计形式规定，耦入区域和耦出区域具有作为偏转结构的至少一个光栅、尤其表面全息光栅或体全息光栅。就此而言，检测设备还可称为HoloCam，其为全息摄像机的缩写。
光栅(还被称为衍射光栅)以及其作用方式和制造方法如已经提到的那样是众所周知的，如例如从上文引用的学术出版物中所得知的。原则上，光栅可基于在基底中的至少在部分区段上周期性的结构、即所谓的光栅结构。借助于这种光栅结构，光栅可通过衍射的物理效应引起光偏转，如例如由镜子、透镜或棱镜已知的那样。如果光射入，即光束射到光栅上，其中，入射的光束尤其满足布拉格方程，则光束通过光栅衍射或偏转。因此，光偏转可尤其通过由光栅衍射的光束的干涉现象发生。因此，耦入区域或耦出区域的偏转结构还可被称为衍射结构。
优选地，光栅可构造成相对于入射的光具有方向选择性或角度选择性。因此，仅仅从预先规定的入射方向、例如以预先规定的角度射到光栅上的光、尤其是光的一部分可被偏转。从另一方向射到光栅上的光、尤其是光的一部分优选地不偏转，或者与预先规定的入射方向偏差越大，偏转越小。因此，与预先规定的入射方向或最佳入射方向偏离的那部分光可优选地不受阻碍地传播通过具有光栅的基底。
附加地或替代地，光栅还可构造成具有波长选择性或频率选择性。因此，仅具有预先规定的波长的光、尤其光的第一部分被光栅以确定的衍射角度偏转或衍射。具有与预先规定的波长不同的波长的光、尤其光的第二部分优选地不发生偏转，或者与预先规定的波长的差越大，偏转越小。因此，偏离预先规定的波长或最佳波长的第二光部分可优选地不受阻碍地传播通过具有光栅的基底。由此，可例如从到达光栅的多色光中分离出至少一种单色光成分。有利地，偏转效应对于最佳波长是最大的，并且向更长和更短的波长例如根据高斯钟形曲线的形式递减或变弱。偏转效应尤其仅作用于可见光光谱的一小部分和/或仅在小于90度的角度范围内作用。
光栅的制造可尤其借助于基底的曝光、例如以光刻或全息技术来实现。就此而言，光栅还可被称为全息光栅或全息光学光栅。已知两种类型的全息光栅：表面全息光栅(surface holografic gratings，缩写为SHG)和体全息光栅(volume holograficgratings，缩写为VHG)。在表面全息光栅中，光栅结构可通过基底的表面结构的光学变形而产生。通过改变的表面结构可使到达的光偏转，例如反射。表面全息光栅的示例是所谓的锯齿光栅或闪耀光栅。相比之下，在体全息光栅中，可将光栅结构加工入基底的整个体积或部分体积区域中。表面全息光栅和体全息光栅通常具有频率选择性。然而，还已知可衍射多色光的光栅。其被称为复用体全息光栅(multiplexed volume holografic gratings，缩写为MVHG)，并且例如可通过改变光栅的光栅结构的周期或通过相继布置多个体全息光栅来制造。
聚合物(尤其感光聚合物)或例如由塑料或有机材料制成的薄膜(尤其感光膜)特别适合作为所述的用于加工出光栅的基底的材料。具有例如光栅的形式的、用于衍射光的偏转结构的基底还可被称为全息光学元件(HOE)。
因此，通过以所说明的方式形成耦入区域和耦出区域，可使射到耦入区域上的光朝例如布置在盖板侧向的传感器装置衍射，由此最终可在以上说明的评估步骤之后提供语音信号。
本发明的另一特别有利的设计形式规定，在第二面状的载体介质处提供有光耦入区域和光耦出区域。因此，检测设备除了第一载体介质之外还可包括第二载体介质。在此，光耦入区域被构造为具有第三偏转结构的全息元件。第三偏转结构设计成，使从检测设备的光源射到第三偏转结构上的光耦入第二面状的载体介质中。光耦入区域的第三偏转结构例如可实现为衍射光栅。在此，光耦入区域定位成，使得由光源发出的脉冲光可通过光耦入区域被引入到第二面状的载体介质中。第二面状的载体介质构造成，使耦入的光借助于内反射从光耦入区域传输到光耦出区域。光耦出区域又被构造为具有第四偏转结构的全息元件，其中，第四偏转结构例如同样实现为衍射光栅。第四偏转结构设计成，使射到第四偏转结构上的被传输的光从第二载体介质耦出，并朝人员的方向发出。因此，可行的是，经由在此被作为第二面状的载体介质进行说明的一个面状的载体介质，将光源的光从光源输送至光耦出区域，脉冲光从光耦出区域朝人员的方向发出，接着在人员处被反射，并且通过耦入区域传输到第一面状的载体介质中，并且最终传输至传感器装置。
第二面状的载体介质可与第一面状的载体介质独立构造，并且例如同样构造为透明的薄膜。现在，例如可行的是，光源布置在机动车的第一A柱的区域中，接着，光源的光通过布置在机动车的挡风玻璃上的第二面状的载体介质传输至居中地位于机动车的驾驶员座位前方的中心点，并且借助于定位在那里的光耦出区域朝驾驶员的颈部前部区域的方向发出。在该示例中，可直接在第二载体介质旁边定位同样作为透明薄膜布置在挡风玻璃上的第一载体介质，从而耦入区域定位成靠近光耦出区域，或者甚至至少部分地与之重叠。现在，在耦入区域处，在人员的颈部前部区域处反射的光耦入第一载体介质中，第一载体介质接着将光例如传送至机动车的第二A柱，在第二A柱中定位有传感器装置以及例如同样定位有评估装置。由此可实现完全不显眼的检测设备，该检测设备对于机动车的驾驶员来说在所说明的安装位置中是不可见的，尤其当光源的光是在不可见的波长范围中发出、例如作为红外光发出时是不可见的。因此，通过利用HOE的特性，可实现光源和传感器装置均不必布置在应提供其语音信号的人员的视野范围内，而是可借助于HOE将由光源发出的光以及由人员反射的光朝相应的预给定的目标位置、即人员的颈部前部区域或传感器装置进行信号传输。
根据本发明的特别有利的设计形式，第一面状的载体介质和第二面状的载体介质构造为公共的主载体介质，在该主载体介质处提供有耦入区域、耦出区域、光耦入区域和光耦出区域。因此规定，检测设备仅包括一个载体介质，即所谓的主载体介质，也就是说，第一面状的载体介质和第二面状的载体介质在空间上连续地形成。因此，通过面状地实施公共的主载体介质，实现了用于光源的光的大的光离开面以及用于反射的光的大的光进入面，由此可在一定程度上补偿测量的不精确性。因此，例如可行的是，借助于HOE朝人员的方向发出波前，并且反射的波前同样通过载体介质的耦入区域的预确定的光进入面再次耦入并且传输到传感器装置。由此可实现发出的脉冲光的不同的设计形式，并且因此实现检测设备的不同的设计方案。最终可由此可靠地提供人员的语音信号，因为能够实现光从光源到人员的颈部前部区域以及反射光从人员的颈部前部区域到传感器装置的可靠的传输路径。
在本发明的另一设计形式中规定，检测设备包括麦克风装置。因此，检测设备可包括声音转换器，其将空气声作为交替声压振动转换成相应的电压变化，即相应的麦克风信号。这种麦克风装置例如可已经设置在机动车中，例如用于语音识别装置以进行车辆功能的语音控制。麦克风装置设计成，检测人员的语音数据并且将其提供给评估装置。评估装置又设计成，在应用针对所提供的振动数据和语音数据的权重标准的情况下为评估装置的诠释单元提供原始数据。因此，在由麦克风装置检测的传感器数据和如上文已经说明的、由检测设备的传感器装置提供的传感器数据(转换单元已经基于该传感器数据确定了振动数据)之间进行平衡/均衡。权重标准例如可根据当前的行驶状态和/或语音数据的频率范围来检测，语音数据是否是与说话的人员、即驾驶员相关的数据。此外，必要时可借助于权重标准防止，背景声对原始数据并进而最终对所提供的语音信号的质量产生严重影响。即，如此评估为诠释单元提供的原始数据，使得在应用语音诠释标准的情况下提供人员的语音信号。因此，借助于转换单元提供的振动数据最终被用来与麦克风的语音数据相互作用地分析机动车中的声响，并且提取和处理其中包含的语音。
例如可规定，麦克风的语音数据凭借振动数据通过使用权重标准以如下方式来优化，即：使得提供尽可能纯净且背景声小的语音信号。由此最终优化所提供的人员的语音信号，使得语音信号特别可靠地再现人员的真实说出的语音。
此外，本发明的另一设计形式规定，检测设备包括图像检测装置。图像检测装置例如构造为图像传感器或摄像机传感器，例如CCD传感器(charged coupled device，电荷耦合装置)或CMOS传感器(complementary metal oxide semi conductor，互补金属氧化物半导体)。图像检测装置构造成，对环境光进行检测并将其以与检测到的环境光相关的图像数据的形式提供给评估装置，该环境光从环境到达耦入区域，由第一面状的载体介质传输到耦出区域，并在耦出区域处耦出。在图像检测装置设计为图像传感器的这种设计方案中，其上布置有耦入区域和耦出区域的第一面状的载体介质可附加地承担镜头、即成像光学系统的任务。替代于此，图像检测装置可构造为摄像机或相机、尤其是微型摄像头，并且因此可实现为具有自己的成像光学系统。与检测的环境图像相关的图像数据例如含有关于驾驶员的图像信息，该驾驶员在上文说明的在机动车中的优选的安装位置中坐在检测设备前。
评估装置设计成，在应用针对所提供的振动数据和图像数据的平衡标准的情况下为诠释单元提供原始数据。即，图像数据例如含有关于驾驶员的颈部前部区域或头部相对于预给定的正常取向的当前取向的信息，在该正常取向中，驾驶员透过挡风玻璃在车辆纵向方向上直视前方。现在，如果驾驶员例如相对于挡风玻璃向前或向后移动其头部，或使其头部相对于所说明的正常布置倾斜，则这可凭借图像数据来检测。因此，由此引起的对振动数据的影响可凭借平衡标准修正为，使得原始数据包括对人员的颈部前部区域的实际振动的可靠说明，并且例如没有受到驾驶员的相对于该振动而言缓慢进行的运动的影响。现在，诠释单元构造成，通过评估原始数据并且应用语音诠释标准提供人员的语音信号。因此，可考虑驾驶员的与在驾驶员说话期间其颈部前部区域中的运动无关的运动，从而能始终可靠地提供人员的语音信号，而不会由于驾驶员的头部和颈部区域相对于检测设备的相对运动而影响该信号、即影响语音信号的质量。
在本发明的优选的设计形式中，面状的载体介质在耦入区域和耦出区域之间构造为透明的板、薄膜或涂装部。因此，面状的载体介质可构造成具有小的厚度，使得面状的载体介质的宽度和长度与载体介质的垂直于面状的载体介质的面状的表面的小的厚度相比很大。面状的载体介质的厚度例如可在半毫米和五毫米之间。如果面状的载体介质构造为透明薄膜，其还可构造成可弯曲，也就是说，它可进行非破坏性的变形，其中，非破坏性的变形被理解为薄膜以小于两厘米的弯曲半径弯曲而没有破坏。如果面状的载体介质构造为透明的涂装部，其可具有在微米范围内的厚度，并且因此小于一毫米。由此实现，具有耦入区域和耦出区域的面状的载体介质可不显眼地布置在很多位置，例如布置在机动车内或布置在壁部处，而不会在那里例如遮盖布置在后面的对象，从而可设想例如布置在机动车的窗玻璃上。由此，检测设备可集成到任意环境中。
在本发明的另一设计形式中，耦入区域和耦出区域与载体介质构造成一体，或者载体介质构造成与耦入区域和耦入区域单独的元件。在第一种情况下，耦入区域和耦出区域因此例如可直接形成在载体介质的表面处。也就是说，偏转结构例如可蚀刻或激光加工到载体介质的表面中。因此，载体介质本身可构造为HOE。在第二种情况下，耦入区域、耦出区域和载体介质可单独构造。在此，耦入区域和耦出区域例如可形成至少一个第一元件，而载体介质可形成贴靠在第一元件上的第二元件。因此，耦入区域和耦出区域可构造在至少一个HOE中。耦入区域和耦出区域例如可构造在一个全息的薄膜或板的不同区段中。为了将薄膜或板固定在载体介质处，可将薄膜或板粘到载体介质上。替代地，全息膜还可构造为附着膜，并且直接、即没有粘接剂地通过分子力附着到载体介质的表面上。因此能以不同方式并且尤其成本有利地制造具有载体介质和布置在该载体介质处的耦入区域和耦出区域的检测装置。
根据本发明的机动车包括如上文所述的检测设备。在此，具有耦入区域和耦出区域的第一面状的载体介质布置在机动车中的以下位置中的一个位置处：车内空间中的显示设备的屏幕中、后视镜中、中控台中、仪表板中、组合仪表中、挡风玻璃中、侧窗中和/或机动车的两个A柱之间。在此，第一面状的载体介质可布置在机动车的上述部件的表面上，尤其当第一面状的载体介质构造为透明的载体介质、例如构造为薄膜、盖板或涂装部时。由此，检测设备可用于在至少两个方向上进行测量，尤其是向内朝机动车的内部空间的方向、即例如朝机动车的驾驶员的方向，以及向外朝机动车的环境的方向。由此例如，在机动车外的人员的语音信号(其颈部前部区域中的振动借助于检测设备检测并以该人员的语音信号的形式来提供)可例如借助于在机动车内部中的输出装置输出，使得例如机动车的驾驶员在不必为此打开机动车的车窗的情况下就可听到，在机动车外的人员在当前时刻在说什么。为此，第一面状的载体介质例如可布置在挡风玻璃的外侧或布置在机动车的侧窗中的至少一个侧窗上。最终，重要的仅仅是，第一面状的载体介质在机动车内或机动车的外壁处定位成，使得实现，光源的光可如此发出，即：使得光源的光到达人员、尤其到达人员的颈部前部区域，并且此外反射的光到达第一面状的载体介质的耦入区域，从而检测设备最终布置在上文说明的优选的安装位置中。最终，检测设备可在机动车内安装在各种不同的位置处，并且可用于所提到的不同目的。
本发明还包括根据本发明的机动车的实施方式，其具有已经结合根据本发明的检测设备的改进方案描述过的特征。出于该原因，在此不再说明根据本发明的机动车的相应的改进方案。
根据本发明的机动车优选地设计为汽车，尤其是载客汽车或载重汽车，或者设计为客运巴士或摩托车。
在根据本发明的机动车的一有利的设计形式中规定，机动车包括至少一个检测装置，尤其是摄像机装置、加速度检测装置和/或转速检测装置。转速检测装置有时也被称为陀螺仪。至少一个检测装置构造成，为检测设备的评估装置提供由检测装置检测的检测数据。现在，检测设备的评估装置设计成，评估机动车检测装置的检测数据，以借助于诠释单元产生人员的语音信号。也就是，借助于检测装置可检测例如对机动车的当前运动进行描述的其他参数。
例如可在机动车的行驶期间出现，驾驶员由于惯性而相对于机动车的参考系统进行一定的相对运动，该相对运动最终对传感器数据和进而振动数据(基于该振动数据确定语音信号)具有影响。因此，借助于检测装置能够使用与机动车的运动和/或乘员的运动有关的附加数据(如例如借助于摄像机装置的情况那样)，来最终凭借检测数据在产生语音信号时减少误差源。这具有的优点是，可评估人员的可靠的语音信号。关于机动车本身的运动的信息、并且尤其是关于机动车中的惯性力的信息可利用加速度检测装置和/或转速检测装置来检测，其中，借助于转速检测装置来检测，机动车例如围绕自身的轴以什么样的转动运动来转动。
根据本发明的方法构造成，利用检测设备检测人员的语音信号，其中，检测设备包括光源、传感器装置、具有转换单元和诠释单元的评估装置、以及第一面状的载体介质。第一面状的载体介质构造为光导体，在该光导体处提供有耦入区域和耦出区域，耦入区域构造为具有第一偏转结构的全息元件，耦出区域构造为具有第二偏转结构的全息元件。
根据本发明的方法包括以下步骤：借助于光源朝人员的颈部前部区域的方向发出脉冲光；借助于第一偏转结构使由光源发出并在人员的颈部前部区域处反射的光耦入；借助于第一面状的载体介质使耦入的反射光借助于内反射从耦入区域传输到耦出区域；借助于第二偏转结构使射到第二偏转结构上的被传输的反射光从第一面状的载体介质耦出；借助于传感器装置检测在耦出区域中耦出的光并提供传感器数据，该传感器数据说明了由光源发出并在人员的颈部前部区域处反射的脉冲光的飞行持续时间；借助于评估装置的转换单元将传感器数据转换成振动数据，该转动数据说明了人员的颈部前部区域的相对运动，并且借助于评估装置的诠释单元通过在应用针对振动数据的语音诠释标准的情况下评估振动数据而提供人员的语音信号。只要适用，结合根据本发明的检测设备介绍的优选的设计方案和其优点就相应地适用于根据本发明的方法。出于该原因，根据本发明的方法的相应的改进方案在此不再说明。
本发明还包括用于检测设备的控制装置，其中，控制装置设计成执行根据本发明的方法，该方法借助于检测设备来执行。控制装置具有处理器装置，处理器装置被配置成执行根据本发明的方法的实施方式。为此，处理器装置可具有至少一个微处理器和/或至少一个微控制器。
此外，处理器装置可具有程序代码，程序代码被配置成，在由处理器装置实施时执行根据本发明的方法的实施方式。程序代码可存储在处理器装置的数据存储器中。
本发明还包括所说明的实施方式的特征的组合。
附图说明
在下文中说明本发明的实施例。其中：
图1示出了具有检测设备的机动车的示意图；
图2示出了具有第一面状的载体介质的检测设备的示意图；
图3示出了具有公共的主载体介质的检测设备的示意图。
具体实施方式
下文中阐述的实施例为本发明的优选的实施方式。在实施例中，实施方式的所说明的部件分别为本发明的单独的、可彼此独立地考虑的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，本公开还应包括实施方式的特征的不同于所示组合的组合。此外，所说明的实施方式还可通过本发明的已经说明的特征中的其他特征来补充。
在附图中，相同的附图标记相应表示功能相同的元素。
在图1中概略地绘出了用于人员31的语音信号的检测设备10。检测设备10布置在机动车32中，更确切地说布置在机动车32的车内空间34中。
检测设备10包括光源30，其构造为红外光源。光源30设计成发出脉冲光100。检测设备10还包括传感器装置11，其构造为激光雷达传感器。此外，检测设备10包括评估装置13。检测设备10还包括第一面状的载体介质12，其构造为光导体。此外，检测设备10包括第二面状的载体介质12’，其在第一面状的载体介质12的侧向定位在机动车32的挡风玻璃36的上部区域中。因此，这两个面状的载体介质12、12’布置在机动车32的两个A柱37之间。
不仅第一面状的载体介质12而且第二面状的载体介质12’可分别构造为透明的板、薄膜或涂装部。在该示例中，它们分别构造为布置在挡风玻璃36的内侧上的透明膜。在图1中可清楚地看到，光源30发出的脉冲光100在光耦入区域17中耦入到第二面状的载体介质12’中，并且在第二面状的载体介质12’的光耦出区域19中朝向人员31的方向发出，使得该脉冲光到达人员31的颈部前部区域31’。在那里，脉冲光100被反射，使得反射的光100’朝挡风玻璃36的方向发射回来。在那里，反射的光100’在耦入区域16中耦入第一面状的载体介质12中，并且传输到耦出区域18，传感器装置11贴靠在该耦出区域上。因此，耦入区域16和耦出区域18提供在第一面状的载体介质12处，而光耦入区域17和光耦出区域19提供在第二面状的载体介质12’处。
此外，检测设备10包括评估装置13、麦克风装置40、图像检测装置42以及检测装置44，其中，在该示例中，检测装置44为加速度检测装置，其检测机动车32的加速度。替代于此，检测装置44可为摄像机装置和/或转速检测装置。亦即，检测装置44构造成，检测机动车32和/或在机动车32中的人员31的运动，并且以相应的检测数据的形式来提供。
在图2中更详细地绘出了可如何凭借检测设备10提供人员31的语音信号。在此可看到，耦入区域16构造为具有第一偏转结构20的全息元件14。第一偏转结构20设计成，将由光源30发出并且在人员31处、更确切地说在人员31的颈部前部区域31’处反射的光100’耦入到第一面状的载体介质12中。现在，第一面状的载体介质12构造成，将耦入的反射光100’借助于内反射从耦入区域16传输到耦出区域18。然而，耦入区域16同样构造为具有第二偏转结构22的全息元件14。第二偏转结构22设计成，使落到第二偏转结构22上的被传输的反射光100’从第一面状的载体介质12耦出。耦入区域16和耦出区域18具有作为相应的偏转结构20、22的至少一个光栅、尤其是体全息光栅或表面全息光栅。
传感器装置11构造成，检测在耦出区域18中耦出的光100’，并以传感器数据的形式来提供。传感器数据说明了由光源30发出并在人员31处反射的、由传感器装置11检测到的脉冲光100’的飞行时间。因此，传感器装置11是一种激光雷达仪，其可检测并且提供光100’的飞行时间。评估装置13包括转换单元13a以及诠释单元13b。评估装置13构造成，借助于转换单元13a将传感器数据转换成振动数据，并且借助于诠释单元13b通过在应用语音诠释标准的情况下评估振动数据来提供人员31的语音信号。当在应用语音诠释标准的情况下评估振动数据时，所提供的振动数据与在诠释单元13b中存储的参考振动模式相比较，其中，所存储的各个参考振动模式分配有相应的语音信号。
因此，为了检测人员31的语音信号，进行以下步骤：在步骤S1中，借助于光源30发出脉冲光100。在步骤S2中，将由光源30发出并且在人员31处反射的光100’借助于第一偏转结构20耦入到第一面状的载体介质12中。接着，在步骤S3中，将耦入的反射光100’借助于内反射从耦入区域16借助于第一面状的载体介质12传输到耦出区域18。接着，在步骤S4中，将落到第二偏转结构22上的被传输的反射光100’从第一面状的载体介质12借助于第二偏转结构22耦出。紧接着，在步骤S5中，由传感器装置11检测在耦出区域18中耦出的光100’，然后在步骤S6中，借助于传感器装置11提供传感器数据，其说明了由光源30发出并且由人员31反射的脉冲光100’的飞行时间。在下一步骤S7中，将传感器数据转换成振动数据，更确切地说借助于评估装置13的转换单元13a进行转换。最后，在步骤S8中，借助于诠释单元13b、更确切地说通过在应用对振动数据的语音诠释标准的情况下评估振动数据来提供人员31的语音信号。在此考虑，光源30以如下方式发出光100，即：使得光朝人员31的颈部前部区域31’的方向发出并在那里被反射。因此，反射的光100’含有关于在人员31的喉部区域中的振动的信息，如在人员31说话时预期的那样并且因此可进行测量和评估。
在图3中，代替第一面状的载体介质12，概略地绘出了一个公共的主载体介质12”，其不仅包括第一面状的载体介质12而且包括第二面状的载体介质12’。因此，在该公共的主载体介质12’处提供有耦入区域16和耦出区域18以及光耦入区域17和光耦出区域19。在图1中，第一面状的载体介质12和第二面状的载体介质12’彼此分开地示出，从而在第一面状的载体介质12处提供耦入区域16和耦出区域18，并且在第二面状的载体介质12’处提供光耦入区域17和光耦出区域19。
光耦入区域17构造为具有第三偏转结构24的全息元件14，如在图3中概略地绘出的那样。第三偏转结构24构造成，使从检测设备10的光源30射到第三偏转结构24上的光100耦入到主载体介质12”中。如果代替主载体介质12”，检测设备10包括单独的第二面状的载体介质12’，则由第三偏转结构24将光源30的光100耦入到第二面状的载体介质12’中。现在，主载体介质12”构造成，将耦入的光100借助于内反射从光耦入区域17传输到光耦出区域19。光耦出区域19同样构造为具有第四偏转结构26的全息光学元件14。第四偏转结构26设计成，使落到第四偏转结构26上的传输的光100从主载体介质12”(或者说从第二载体介质12’)耦出，并且朝人员31、尤其是人员31的颈部前部区域31’的方向发出。随后，反射光100’的路径与图2中说明的类似。
检测设备10的在图1中概略地绘出的麦克风装置40设计成，检测人员31的语音数据并且并且将其提供给评估装置13。现在，评估装置13设计成，在应用针对所提供的振动数据和语音数据的权重标准的情况下提供用于诠释单元13b的原始数据，并且通过评估原始数据或应用语音诠释标准而提供人员31的语音信号。
检测设备10的同样在附图中概略地绘出的图像检测装置42构造成，检测从环境射到耦入区域16上、通过第一面状的载体介质12传输到耦出区域18并且在耦出区域18处耦出的环境光，并且以与所检测的环境光相关的图像数据的形式提供给评估装置13。评估装置13设计成，在应用针对所提供的振动数据和图像数据的平衡标准的情况下提供用于诠释单元13b的原始数据，并且通过在应用语音诠释标准的情况下对原始数据进行评估而提供人员31的语音信号。
同样在图1中概略地绘出的检测装置44、即在该示例中的加速度检测装置被构造成，为评估装置13提供由该检测装置检测的检测数据。评估装置13设计成，借助于诠释单元13b评估检测数据，以产生人员31的语音信号。在此，例如可考虑机动车32的加速度，由于该加速度，人员31也在颈部前部区域31’中相对于机动车32进行预给定的相对运动，其可能影响由传感器装置11提供的传感器数据。因此，在考虑机动车32的加速度数据的情况下，可修正所确定的振动数据的可能的误差，从而使人员31的语音信号的质量即使在机动车32行驶时也始终是最佳的。
光源30、评估装置13、传感器装置11和图像检测装置42在图1中概略地绘出的机动车32中分别定位在机动车32的两个A柱37之一中。
代替第一面状的载体介质12以及第二面状的载体介质12’在机动车32的挡风玻璃36中的所说明的位置，第一面状的载体介质12和/或第二面状的载体介质12’和/或公共的主载体介质12”可定位在处于机动车32的车内空间34中的显示设备的屏幕中、后视镜中、中控台中、仪表板中、组合仪表中和/或侧窗中。
总的来说，示例示出了可如何借助于本发明提供例如用于车内空间通话的激光干涉测量。亦即以此提供了用于机动车32的非接触式喉部麦克风。由此最终实现，光学测距仪可凭借具有耦入区域16和耦出区域18的第一面状的载体介质12、即全息光学元件HOE集成到机动车32的窗玻璃中或机动车32中的其他位置上。通过以所说明的示例性的方式集成到机动车32的窗玻璃中、更确切地说挡风玻璃36中，可降低检测区域例如被驾驶员的手遮挡的风险。附加地，例如借助于至少将第一面状的载体介质12定位在机动车32的侧窗中，可减小与待测对象、即人员31的颈部前部区域31’的距离。此外，检测设备10可在两个方向上使用，亦即，向内朝车内空间34以及向外朝机动车32的环境的方向。由此，语音信号例如可从处在机动车32外部的人员31传到车内空间34中，而不必打开相应的车窗。
技术实施方案借助于发射器来实现，也就是说，借助于光源30发出脉冲光100、即例如激光束作为测量光束。发出的光100耦入到光导体中，该光导体由透明的载体材料、即第一面状的载体介质12制成。第一面状的载体介质12例如可定位在机动车32的窗玻璃上，但例如也可定位在移动终端设备的屏幕上或定位在其他设备上。因此，发射的光100通过全息功能、即通过第二面状的载体介质12’或公共的主载体介质12”耦入，并且被导引到相应的特定位置处，以便在那里通过光耦出区域19朝人员31的方向耦出。在此，光100的相应的耦入和耦出可在相应的载体介质12、12’上或在相应的载体介质的边缘处实现。然而，光可在人员31的视野范围的中央朝人员的方向耦出，在那里光源30以及传感器装置11的安装由于其物理存在而是不可能的，因为其例如不可居中定位在挡风玻璃36上，因为挡风玻璃必须是透明的，以便人员31可透过挡风玻璃36观看。接收区域、即耦入区域16优选地是面状的，由此最终增大传感器装置11的传感器面积。由此可在一定程度上补偿在测量中的不精确性。由人员31的颈部前部区域31’反射的光100’可通过同一主载体介质12”或通过第一面状的载体介质12经由耦入区域16接纳到载体介质中，并且朝传感器装置11传送。因此，如光源30那样，传感器装置11可布置成与光100朝人员31的方向发出以及反射的光100’耦入到HOE中的实际部位偏移。
借助于由传感器装置11检测的传感器数据，现在可推算出与人员31的距离，并且因此确定颈部前部区域31’的振动。这样获得的振动模式接着例如被用来分析由麦克风装置40检测到的声响、提取和处理其中含有的语音。因此，凭借振动数据借助于诠释单元13b通过在应用预给定的语音诠释标准的情况下评估振动数据，来处理和提供人员31的语音信号。
因为机动车32是运动的系统，并且惯性作用可引起驾驶员、即人员31与他周围的机动车32的刚性车身的不同的表现，所以可附加地考虑关于机动车32的运动、即在机动车32内的人员31的运动的信息。该信息借助于检测装置44、即借助于摄像机装置、加速度检测装置和/或转速检测装置来确定。凭借检测装置44的检测数据可改善人员31的语音信号的确定，并且还可减少人员31的有错误的语音信号的错误源。

Claims (11)

1.一种用于人员(31)的语音信号的检测设备(10)，所述检测设备(10)包括光源(30)、传感器装置(11)、评估装置(13)以及第一面状的载体介质(12)，该评估装置具有转换单元(13a)和诠释单元(13b)，所述第一面状的载体介质(12)被构造为光导体，在该光导体处提供有耦入区域(16)和耦出区域(18)，其中，
-所述光源(30)被构造成发出脉冲光(100)；
-所述耦入区域(16)被构造为具有第一偏转结构(20)的全息元件(14)，该第一偏转结构被设计成，使由所述光源(30)发出并在该人员(31)处反射的光(100’)耦入到所述第一面状的载体介质(12)中；
-所述第一面状的载体介质(12)被构造成，使耦入的反射光(100’)借助于内反射从所述耦入区域(16)传输到所述耦出区域(18)；
-所述耦出区域(18)被构造为具有第二偏转结构(22)的全息元件(14)，该第二偏转结构被设计成，使射到所述第二偏转结构(22)上的被传输的反射光(100’)从所述第一面状的载体介质(12)耦出；
-所述传感器装置(11)被构造成，检测并以传感器数据的形式提供在所述耦出区域(18)中耦出的光(100’)，该传感器数据说明了由所述光源(30)发出并在所述人员(31)处反射的脉冲光(100’)的飞行持续时间；
-所述评估装置(13)被构造成，借助于所述转换单元(13a)将传感器数据转换成振动数据，并借助于所述诠释单元(13b)通过在应用语音诠释标准的情况下评估所述振动数据而提供所述人员(31)的语音信号。
2.根据上一项权利要求所述的检测设备(10)，其中，当在应用语音诠释标准的情况下评估所述振动数据时，对所提供的振动数据与存储在所述诠释单元(13b)中的参考振动模式进行比较，其中，所存储的各个参考振动模式分配有相应的语音信号。
3.根据上述权利要求中任一项所述的检测设备(10)，其中，所述耦入区域(16)和所述耦出区域(18)具有作为相应的偏转结构(20、22)的至少一个光栅、尤其是体全息光栅或表面全息光栅。
4.根据上述权利要求中任一项所述的检测设备(10)，其中，在第二面状的载体介质(12’)处提供有光耦入区域(17)和光耦出区域(19)，其中，
-所述光耦入区域(17)被构造为具有第三偏转结构(24)的全息元件(14)，该第三偏转结构被设计成，使从所述检测设备(10)的光源(30)射到所述第三偏转结构(24)上的光(100)耦入到所述第二面状的载体介质(12’)中；
-所述第二面状的载体介质(12’)被构造成，使耦入的光(100)借助于内反射从所述光耦入区域(17)传输到所述光耦出区域(19)；
-所述光耦出区域(19)被构造为具有第四偏转结构(26)的全息元件(14)，该第四偏转结构被设计成，使射到所述第四偏转结构(26)上的被传输的光(100)从第二载体介质(12’)耦出并朝人员(30)的方向发出。
5.根据上一项权利要求所述的检测设备(10)，其中，所述第一面状的载体介质(12)和所述第二面状的载体介质(12’)被构造为公共的主载体介质(12”)，在该主载体介质处提供有所述耦入区域(16)、所述耦出区域(18)、所述光耦入区域(17)和所述光耦出区域(19)。
6.根据上述权利要求中任一项所述的检测设备(10)，其中，所述检测设备(10)包括麦克风装置(40)，该麦克风装置被设计成，检测所述人员(31)的语音数据并将该语音数据提供给评估装置(13)，其中，所述评估装置(13)被设计成，在应用针对所提供的振动数据和语音数据的权重标准的情况下提供用于诠释单元(13b)的原始数据，并通过在应用语音诠释标准的情况下评估所述原始数据而提供所述人员(30)的语音信号。
7.根据上述权利要求中任一项所述的检测设备(10)，其中，所述检测设备(10)包括图像检测装置(42)，该图像检测装置被构造成，对环境光进行检测并将其以与所检测到的环境光相关的图像数据的形式提供给所述评估装置(13)，该环境光从环境到达所述耦入区域(16)、由所述第一面状的载体介质(12)朝所述耦出区域(18)传输并在所述耦出区域(18)处耦出，其中，所述评估装置(13)被设计成，在应用针对所提供的振动数据和图像数据的平衡标准的情况下提供用于诠释单元(13b)的原始数据，并通过在应用语音诠释标准的情况下评估所述原始数据而提供所述人员(30)的语音信号。
8.根据上述权利要求中任一项所述的检测设备(10)，其中，具有所述耦入区域(16)和耦出区域(18)的所述第一面状的载体介质(12’)被构造为透明的板、薄膜或涂装部。
9.一种机动车(32)，其具有根据上述权利要求中任一项所述的检测设备(10)，其中，具有耦入区域(16)和耦出区域(18)的第一面状的载体介质(12)布置在以下位置中的一个位置处：
-车内空间(34)中的显示设备的屏幕中；
-后视镜中；
-中控台中；
-仪表板中；
-组合仪表中；
-挡风玻璃(36)中；
-侧窗中；
-所述机动车(32)的两个A柱(37)之间。
10.根据上一项权利要求所述的机动车(32)，其中，所述机动车(32)包括至少一个检测装置(44)，尤其是摄像机装置、加速度检测装置和/或转速检测装置，其中，所述至少一个检测装置(44)被构造成，为评估装置(13)提供由该至少一个检测装置检测到的检测数据，所述评估装置(13)被设计成，借助于诠释单元(13b)评估所述检测数据，以产生人员(30)的语音信号。
11.一种用于通过检测设备(10)检测人员(30)的语音信号的方法，该检测设备包括光源(30)、传感器装置(11)、评估装置(13)以及第一面状的载体介质(12)，该评估装置具有转换单元(13a)和诠释单元(13b)，其中，所述第一面状的载体介质(12)被构造为光导体，在该光导体处提供有耦入区域(16)和耦出区域(18)，该耦入区域被构造为具有第一偏转结构(20)的全息元件(14)，该耦出区域构造为具有第二偏转结构(22)的全息元件(14)，该方法包括以下步骤：
-借助于所述光源(30)朝所述人员(31)的颈部前部区域(31’)的方向发出脉冲光(100)(S1)；
-借助于所述第一偏转结构(20)使由所述光源(30)发出并在所述人员(31)的颈部前部区域(31’)处反射的光(100’)耦入(S2)；
-使耦入的反射光(100’)借助于内反射从所述耦入区域(16)借助于所述第一面状的载体介质(12)传输到所述耦出区域(18)(S3)；
-使射到所述第二偏转结构(22)上的被传输的反射光(100’)借助于所述第二偏转结构(22)从所述第一面状的载体介质(12)耦出(S4)；
-借助于所述传感器装置(11)检测在所述耦出区域(18)中耦出的光(100’)(S5)并提供传感器数据(S6)，该传感器数据说明了由所述光源(30)发出并在所述人员(31)的颈部前部区域(31’)处反射的脉冲光(100’)的飞行持续时间；
-借助于所述评估装置(13)的转换单元(13a)将传感器数据转换成振动数据，该振动数据说明了所述人员(31)的颈部前部区域(31’)的相对运动(S7)，并借助于所述评估装置(13)的诠释单元(13b)通过在应用针对所述振动数据的语音诠释标准的情况下评估所述振动数据而提供所述人员(31)的语音信号(S8)。
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