CN1393005A - 探测装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于探测人或物体以及其运动方向的探测装置，它具有一个用于探测由人体或物体反射或发出的具有可见光和/或不可见光波长的电磁辐射的辐射传感器组，以及一个与该传感器组相连接的分析单元，其中所述分析单元设计为用于产生相应于辐射传感装置所探测到的辐射随时间变化的过程信号，且该分析单元与一个存储器相连接，该存储器设计成，至少存储所述过程信号的部分以及配属于该过程信号的特征参数。
Description
本发明涉及一种探测装置，用于探测人或物以及其运动方向，它具有一组用于探测由人或物反射的或发出的、具有可见光和/或不可见光波长的电磁辐射的传感器组，以及一个与所述传感器组相连的分析单元，该分析单元设计成，从该辐射传感器组探测到的辐射导出一个信号，且尽量对每个由该辐射传感器组探测到的物体或人输出一个探测信号。本发明尤其涉及一种与相应的探测装置相连的人员计数装置。
这种探测装置的应用领域是，对通过一种交通工具的进口或出口区域的人员的探测，以对进入或离开该交通工具的乘客计数。在DE 42 20508和EP 0 515 635中分别公开了这种探测装置，这种探测装置具有按照乘客的预定运动方向前后相接排列的传感器，并通过传感器所探测到的辐射的相关性来确定被探测的人的运动方向。这种探测装置因此能够，不仅能象简单的光栅那样确定物体或人的存在，而且还能确定他们的运动方向。但问题在于要准确确认出未向着目标运动的人，如在巴士上车区域站着的人，或者要区分那些彼此接近的不同的人所发出的信号。
在DE 197 21 741中提到对后一个问题的解决方案。其中建议，对所探测的物体建立连续的距离信号，并将以这种方式获得的距离函数与预先确定的或存储的已知物体的距离特征相比较，以用这种方式获得关于物体数目、运动或类型的信息。按照DE 197 21 741，这借助于一个主动的信号发生器/探测装置实现。所谓主动是指，所述探测器接收由信号发生器发出的并由物体或人反射的辐射。
由DE 197 32 153已知，将对同一个人在不同地点拍摄的两张像片按照其具有特点的图片特征相互配置，以获得空间信息。
本发明要解决的技术问题是，提供一种探测装置，它允许以简单的方式获得对物体或人更准确的探测，或更准确的计数。
按照本发明，上述技术问题通过一种本说明书开始部分提到的探测装置实现，该探测装置包含与分析单元相连的确定个性特征的部件，该部件设计成，获取表征一个物体或一个人的个性特征的信息，并且该部件与一个存储器相连接，该存储器设计成，至少存储所述过程信号的一部分以及配属于该过程信号、作为特征参数的该物体或个人的个性特征信息。其中，所述参数可以直接从该过程信号导出，或从该过程信号和一个附加信号导出，所述附加信号通过一个附加的被动传感器获得，和/或从一个主动辐射源导出。此外，所述参数可以是一维的或多维的，例如为具有多个特别是表征个性特征的值的矩阵或向量。
本发明基于这样的考虑，根据已知的方式将一个被动获得的过程信号与至少一个特征参数相结合，因此产生一个将传感器组探测到的辐射随时间变化的过程的信息与附加信息相结合的至少两维的信号矩阵或参数矩阵。这种布置允许依据DE42 20 508或EP 0 515 635中公知的方式，通过信号关联从过程信号导出运动信号，并且该运动信号借助于特征参数尽可能准确地配属给一个个别物体或一个个别人。特征参数优选描述一个个人特征参数，如头发颜色，身高，体形等。
尽管该附加特征参数在被动排列下，可以仅从信号形态确定，但按照本发明的构思，最好配备另一种具有附加的用于确定特征参数的手段的探测装置。在多种可考虑的附加手段中，有两种不同的手段以未预料到的方式被证明是非常合适的，即一个用以实现所述探测装置的主动排列的辐射源；或者作为替换方式或附加手段的、用于探测除所述辐射外的其它信号(如探测声音信号或气味信号)的附加传感器。
在利用辐射源的主动排列的情况下，所述附加参数可以通过分析由物体或人所反射的辐射与由辐射源发出的辐射之间的比值来确定。以这种方式，可以获得有关信号从辐射源经反射的人而到达传感器组的运行时间的信息，或者有关反射率的信息。
所述传感器组的探测的频率范围或波长范围优选设计为大于1400nm的范围。在带有辐射源的主动排列的情况下，该波长范围也适用于所述辐射源。需明确指出的是，在该波长范围内，既可以获得有利的信噪比，也可以很好地实现保护眼睛的目的。尤其是在该波长范围内的辐射功率与例如在波长范围为1050nm的辐射功率相比，可以比之高出多于1000倍，而不会有损健康。
原则上该探测装置的设置优选为将其布置在入口和出口处，例如车辆或房间的门。
所述探测装置的优选应用领域为例如在巴士中记录乘客的数量。尤其是在这个应用领域内，该探测装置优选地与一个定位装置(例如GPS接收器)相连接。由此可以使由该探测装置借助于计数单元所确定的上、下车的乘客数与该巴士的一定的行驶路程或车站相对应。因此与一个选择的分析单元一起，可以实现集约化的交通工具管理。当不同车辆的探测装置和定位装置通过无线方式与一个中心连接时，这就可以用于所有车辆。
在一种优选的布置中，所述辐射源例如这样设置在车辆的入口区域：辐射源发出的辐射从上面触及通过该入口区的人，并这样被人的头顶部反射：即根据信号的运行时间可以确定人的身高。这样该待存储的特征参数与人的身高相应。可以借助于特征参数将与此同步获得的过程信号与相应身高的一个人明确地相对应。由于大多数人在身高上至少有某种程度的差别，因此以这种方式可以尽量将个人特征与过程信号相对应，从而对由两个彼此十分接近的人发出的辐射所产生的过程信号也能区分出来。
与由DE 197 21 741所公知的装置的主要不同之处在于，例如在确定人的身高的情况下，为了产生特征参数不是存储距离函数(即距离的变化)并与其它距离函数相比较，而只是一方面利用辐射源与传感器组之间的最小距离，另一方面利用辐射源与人的头顶部之间的最小距离。
其实，由DE 42 20 508和EP 0 515 635以及DE 197 21 741公知的解决方案本身都基于两个信号变化曲线或函数的相关性。对于在这里所建议的解决方案，所述特征参数不是通过在信号变化曲线下对函数的比较或相关导出的，而是由信号本身产生的。该信号例如可以由一个用于确定心音的亚声传感器产生，以产生心率；或由一个已描述过的、用于探测人的身高的装置产生；或也可以由一个传感器矩阵组产生，通过入口区的人的图像映射在该传感器矩阵组上，由该图像可以获得该人的轮廓的特征参数。
该传感器矩阵组可与前述类型的辐射源相连接，以构成一个主动传感器，从而可以获取被探测的人的作为特征参数的三维身高轮廓。
为了获得这些或其它个人个性特征信号，首先应至少设置一个相应的传感器。该传感器只有当由过程信号得出被探测的人正好距离该传感器足够近时才被接通。另一种选择是，该传感器保持持续接通，且只对该来自传感器的、在被探测的人最接近于该传感器的时刻所获得的信号的部分信号进行处理。为此所述探测装置优选地包含相应的位置确定部件或距离确定部件，以及与之相连接的选择单元，该选择单元为后续处理选择相应的由该传感器产生的信号的部分。
在本发明的不同实施方式中，可以同时获得多个特征参数或参数的变化曲线，以及将它们加以组合，以实现对所获得的信息的更准确的区分，并由此能够对所探测的人更加明确地个性化。其它优选实施方式在从属权利要求中提及。
这里特别要提及的是，具有用于个人特征(如身高，身形，头发颜色，心音，或者一个人或一个物体的气味)的附加传感器的探测装置。
下面借助一种实施方式对本发明作更详细的描述。
该实施方式的附图如下：
图1为具有一个主动传感器组的所述探测装置的第一种变形；
图2为与图1相似的探测装置，具有被动传感器组及一个用于个人特征的附加传感器；
图3为具有一个用于接收多维个人特征的被动传感器阵列的探测装置；以及
图4为与图3相似的探测装置，具有一个用于接收多维个人特征的主动传感器阵列。
图1所示的探测装置10具有两个红外传感器12和14，它们例如可以沿上车或下车方向在巴士的上车区域上方前后固定排列。在该两个传感器12和14之间安装了一个红外辐射源16。传感器12和14以及辐射源16分别与分析单元18连接。该分析单元18包括三个模块，一个距离模块18.1，一个关联模块18.2，以及一个分配模块18.3。此外分析单元18还与存储器20和计数单元22相连。
传感器12及辐射源16共同与分析单元18的距离模块18.1相连。在距离模块18.1中，确定辐射源16发出的辐射与传感器12接收的辐射之间的相位关系，并因而确定从辐射源16发出的、并被物体反射的信号，为使传感器12将其接收所需的运行时间。因此一方面可以确定辐射源16和传感器12之间的距离，另一方面可以确定反射表面。除了分析运行时间，还可以通过辐射源16发出的信号的波长，以及发出和接收辐射之间的相位关系，可直接确定与反射物体之间的距离。这里所需的技术基本上是已知的。由于辐射源16和传感器12是垂直安装在例如巴士的入口上方的，其与地面的距离已知，因此可以根据前后相接的距离测试序列的最小值，确定通过该上车区域的人的身高。该最小值作为人的身高被存储在存储器20中，并描述人的一个特征参数。
在确定身高的同时，利用两个传感器12和14，接收由人反射的或发出的辐射信号，并将其相互关联起来。根据例如上车的人24的运动，两个辐射传感器12和14接收相似的、在时间上错开的过程信号。由两个传感器12和14间的距离，以及它们所接收的过程信号间的时间间隔，可以确定上车或下车的人24的运动方向和运动速度。
以这种方式可以获得如下信息：
如果传感器12所接收的信号相对于传感器14所接收的信号发生变化，或者相反，则意味着反射或发出辐射的物体处于传感器12和14的探测范围内。辐射背景的变化对两个传感器12和14是同时发生的，因而可以被遮蔽。如果对以这种方式获得的传感器12和14的过程信号的分析得出，该两个过程信号之间有时间偏移，或者尚未相互调协到其相关达到一定程度，则可以由信号的时间偏移确定出物体的速度。
由于如本说明书开始部分所述，并不是所有相互调协的信号都属于一个人，或者一个人也可以站在入口区域，因此由传感器12和14接收的两个过程信号的过程很少发生改变，则可将关联模块18.2确定的信息与距离模块18.1确定的信息结合起来。站在巴士入口处的人很容易由距离模块18.1识别。在存储器20中，一个人的身高信息以这种方式存储，即将其与该人发出的过程信号相对应。这两种信息的组合可以构成该人的最大特征，并且不仅可以在上车时识别一个人，还可以在该人下车时重新识别出该人。
由于通过将身高信息与过程信号信息的比较结果相联系，可以使一个上车的人或下车的人的个性化更强，因此对人数也可以更准确地计数。将借助于距离模块18.1获得的信息与借助于关联模块18.2所获得的信息相对应、有目标地存储这些信息、以及调用这些所存储的信息是通过分配模块18.3来实现的。
考虑到关联模块18.2中的方向信息，分配模块18.3可以识别出一个人是上车还是下车。计数单元22与分配模块18.3相连，并且是这样构成的，对每个由分配模块18.3识别为上车的人，计数器增加1，而对每个下车的人，计数器减1。因此计数单元22的计数状态提供了人数，例如位于巴士中的人的数目。为此该计数单元可以与多个安装在交通工具的多个入口区域的分析单元18相连。
图2中的探测装置10’具有一个由传感器12和14构成的、用于获得过程信号的被动传感器组。附加安装了一个用于获得个人特征(如：头发颜色，或心音，等)的附加传感器26。对该附加信号的分析是通过分析单元18’的分析模块18.1’进行的。如已在图1中所描述的，对由传感器12和14获得的过程信号的分配是通过分配模块18.3实施的。已分析过的附加信号与其所属的过程信号存储在存储器20中。
在图3中，探测装置30的构造与图1中的探测装置10相似。同样安装了两个红外传感器32和34、一个分析单元36、一个存储器38以及一个计数单元40。未安装的是一个如图1中辐射源16那样的主动辐射源。
为此传感器32包含多个以矩阵形式排列的传感器，即传感器矩阵32.1。所述传感器矩阵32.1位于如聚光透镜32.2那样的成像装置的焦点。因此人42所发出的辐射作为人42的图像投射在传感器矩阵32.1上。
在此，每个人都给出其各自的、分别表现各人42特征的投影图形。该投影图形被送至分析单元36的成像模块36.1。在该成像模块36.1中，从该投影图形中提取作为特征参数的特征模型，并将其存储在存储器38中。
在建立特征模型的同时，利用传感器组32和34获取过程信号。为此，传感器组34只包含一个传感器、且对于传感器组32的过程信号只使用传感器矩阵32.1的一个传感器就足够了。
如图1中所示，所述两个过程信号在分析单元36的关联模块36.2中相互关联，以获得有关运动信息。这些运动信息将配属于相应的特征模型并存储在存储器38中。
分析单元36的一个分配模块36.3以类似于图1中的分配模块18.3方式工作，并依据必要时存储的图像模块36.1和关联模块36.2的输出值，对每一个上车或下车的人发出一个信号，该信号控制计数单元40，并使计数器相应地增加或减少。
图4中的探测装置30’与图3中的探测装置30的不同之处主要在于，其具有一个辐射源44，该辐射源44使传感器矩阵32.1成为一个有源传感器组。借助于辐射源44和传感器矩阵32.1可以产生一个物体或一个人在传感器矩阵32.1的探测区域内的三维轮廓。这是通过在分析模块36.1’中对由传感器矩阵32.1探测到的、与辐射源44发出的辐射相关的辐射进行分析计算得出的。为此，分析模块36.1’与辐射源44和传感器矩阵32.1相连接，并且是这样构造的：为从辐射源44发出的、由一个人或物体反射的、并由传感器矩阵32.1探测到的辐射建立一个相应于被探测的物体或人的三维表面轮廓的矩阵。该矩阵作为特征参数和各人的个性特征信息配属于过程信号存储在存储器38中。
通过矩阵比较，可以使一个上车的人在以后下车时重新被识别。为此，分配模块36.3设计成：将人们上车时所探测到的矩阵与下车时所探测到的矩阵相比较。上、下车的方向由过程信号给出。为进行矩阵比较分配模块36.3还设计成用于矩阵变换、特别是矩阵旋转，以便能考虑到对上、下车的人的不同的方向，以及由此而产生的待比较轮廓的变化。
通过所描述的和要求保护的方案的多种变型，可以实现探测装置的所期望的准确性和个性化。
Claims (21)
1.一种探测装置(10；30)，用于探测人(24；42)或物体以及他们的运动方向，该装置具有一个用于探测由人体或物体发出的具有可见光和/或不可见光波长的电磁辐射的辐射传感器组(12，14；32，34)，以及一个与该传感器组(12，14；32，34)相连、并设计成用于产生相应于辐射传感装置所探测到的辐射随时间变化的过程信号的分析单元(18；36)，其特征在于：所述探测装置还包括确定个性特征的部件(16，18.1；26，18.1；32.1，36.1；44，36.1)，它们与分析单元(18；36)相连接，并设计成用于获得表征一个物体或一个人的个性特征的信息，并与存储器(20；38)相连接，所述存储器设计成至少存储所述过程信号的一部分以及配属于该过程信号的、作为特征参数表征的物体或个人的个性特征信息；所述探测装置还包括参数确定部件(16，18.1)，它们与分析单元(18；36)相连接，并设计成用于发出一个附加信号，而所述分析单元(18；36)设计成依据该附加信号产生特征参数，其中，所述参数确定部件(16，18.1)包含一个发出可由传感器组(12，14；32，34)探测到的辐射的辐射源(16)，或者作为另一种替换方式包含一个附属于辐射源(16)的、用于探测个人个性信号的附加传感器(26)。
2.如权利要求1所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述确定个性特征的部件(16，18.1；26，18.1；32.1，36.1；44，36.1)设计成，依据所述过程信号的形态产生特征参数。
3.如权利要求1或2所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述辐射源(16)是红外光源，优选辐射波长范围大于1400nm。
4.如权利要求1至3中任一项所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述分析单元(18；36)与辐射源(16)和传感器组(12，14；32，34)相连接，并设计成将辐射源(16)发出的、由物体或人反射的、并由传感器组(12，14；32，34)接收的信号的运行时间作为附加信号来确定。
5.如权利要求1至4中任一项所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述分析单元(18；36)与辐射源(16)和传感器组(12，14；32，34)相连接，并设计成，将反射率作为附加信号来确定。
6.如权利要求1至5中任一项所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述辐射源(16)设计成，发出一个编码信号；以及所述分析单元(18；36)设计成，确定传感器组(12，14；32，34)接收的辐射中的该编码信号部分。
7.如权利要求6所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述分析单元(18；36)设计成，根据所述传感器组(12，14；32，34)接收的辐射中编码信号部分的强度与辐射源(16)发出的辐射强度的比值确定反射率。
8.如权利要求1至7中任一项所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述编码信号是一个周期性信号，以及所述分析单元(18；36)设计成，依据传感器组(12，14；32，34)接收的编码信号与辐射源(16)发出的编码信号之间的相位关系确定反射信号的运行时间。
9.如权利要求1至8中任一项所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述传感器组(12，14；32，34)至少包含两个传感器组，以及所述分析单元(18；36)设计成，至少产生两组用于不同传感器的过程信号。
10.如权利要求1至9中任一项所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述分析单元(18；36)设计成，将彼此同时或有时间偏移获得的一组或多组过程信号的部分相互进行比较。
11.如权利要求10所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述分析单元(18；36)设计成，产生一个相关系数作为比较过程信号部分的结果。
12.如权利要求10或11所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述分析单元(18；36)设计成，对不同传感器产生的信号部分的比较是多次进行的，即对每次比较将所述信号部分先后偏移不同的时间差，并且产生相应于给出相比较的信号部分的最大相似性或最好相关性的时间偏移的运行时信号。
13.如权利要求12所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述分析单元(18；36)设计成，依据所述运行时信号以及产生该运行时信号的信号部分的传感器的预先给定的距离产生一个速度信号。
14.如权利要求1至13中任一项所述的探测装置(10；30)，其特征在于，多个传感器按矩阵的形式排列，以及所述分析单元(18；36)设计成，将不同传感器产生的信号部分相互在时间上偏移进行比较，并依据该信号部分的比较导出一个方向信号，即依据那些其信号部分具有较大相似性的传感器的空间位置得出一个方向向量。
15.如权利要求1至14中任一项所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述分析单元(18；36)设计成，至少产生一个描述信号部分的参数，并将该参数存储在存储器(20；38)中。
16.如权利要求15所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述分析单元(18；36)和存储器(20；38)是这样连接和设计的，使得在存储器(20；38)中可将一个信号部分以及至少一个描述该信号部分的参数相互对应地存储。
17.如权利要求15或16所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述分析单元(18；36)设计成，检测出一个信号部分的最大振幅作为描述该信号部分的参数，并将其存储在存储器(20；38)中。
18.如权利要求1至17中任一项所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述附加传感器(26)设计成用于探测头发颜色，并给出与头发颜色相关的附加信号。
19.如权利要求1至17中任一项所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述附加传感器(26)为用于探测例如为心音的声音信号、并产生与该声音信号相关的附加信号的麦克风。
20.如权利要求1至17中任一项所述的探测装置(10；30)，其特征在于，所述附加传感器(26)设计成，用于探测气味信号、并产生与该气味信号相关的附加信号。
21.一种用于对运动的人或物体进行计数的计数装置，其特征在于，所述计数装置(22，40)与一个如权利要求1至20中任一项所述的探测装置相连接。
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