CN1698381A - 检测物体或人员的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于检测尤其在汽车(1)内部空间中的物体或人员(2)的本发明，具有至少一个照明单元(3)，该照明单元(3)发射出用于照明要检测的图像范围(5)的光脉冲(4)；和一个包括至少一个图像传感器(7)的图像检测单元(6)，该图像传感器(7)摄取由图像范围(5)中的物体或人员(2)所反射的光脉冲，并检测物体(2)的图像信息；其中，至少一个照明单元(3)与图像检测单元(6)在空间上分开地被布置在汽车(1)内或汽车(1)上，其特征在于，在分开布置的照明单元(3)和图像检测单元(6)中，一个单元(6或3)通过光波发射器(8)发射出用于同步或控制所述单元(3；6)的控制光脉冲(10)，而另一个单元(3或6)通过光波接收器(9)接收控制光脉冲(10)。因此可以以有利的方式不仅选择热技术上有利的地点，而且选择用于照明在汽车(1)内部和/或外部空间中的感兴趣场景的有利地点。本发明不仅尤其适合于现代汽车(1)的乘员保护系统，而且适合于所有的涉及汽车的、具有有源IR照明的视频系统。

Description

检测物体或人员的方法和装置
本发明涉及一种用于尤其在汽车内部空间中检测物体或人员的方法和装置。
公知的用于图像数据处理的装置具有带有至少一个图像传感器的图像检测单元，该图像传感器例如逐行地摄取图像，并立即将逐行地获得的图像数据通过图像数据总线传送到图像控制单元上。这种图像传感器也称为“滚动快门”图像传感器。图像控制单元大多由ASIC或FPGA组成，该ASIC或FPGA实时预处理图像传感器数据，并通过32比特的总线来暂存到暂存器(例如DRAM)中。微控制器控制着ASIC，以及在图像数据处理系统中的数据传输。此外，微控制器还分析处理含有在暂存器中的图像数据。作为例如乘员保护系统的电子控制单元(ECU)的部分的微控制器，最后来执行用于分析处理所接收图像数据的算法。
在移动的图像中，在实例情况下只有有限的时间区间提供给摄取用的图像传感器的逐行图像摄取来使用，因为否则所摄取的图像会变得“模糊”。所以整个的图像数据也必须在有限的时间区间之内来传输，这导致高的数据通量。
此外，还需要图像数据用的可观的存储器需求。为了解决该问题，例如从WO 02/41031中公开了一种以优选两个图像传感器来用于图像数据处理的装置，该两个图像传感器各自拥有一个所谓的取样和保持装置。可以有效接通这种图像传感器，用于在一个可预先给定的图像检测持续时间中检测图像。在检测图像之后，在一个可预先给定的存储持续时间中，可以将所检测图像的、直接在图像传感器芯片上的由各个像素组成的图像数据暂存在存储器中，例如在电容器中。可以说在图像传感器中“冻结”了图像。如此构成的图像传感器优选以CMOS技术来建造，并且也称为“同步快门”图像传感器。
由控制设备来读出所冻结的和存储在图像传感器上的图像数据。在此，可以将图像数据从图像传感器中的读出速率与控制设备中的微控制器的处理速度进行匹配。
通过一系列的约束或条件使得在汽车内外提供图像或图像序列更为困难。一个或多个的图像检测单元尤其必须在所有的光线条件下可靠地工作。对于此公知的是，在图像检测单元之外附加地安排了照明单元，该照明单元为了照明要检测的图像范围的目的，发射出例如具有位于近红外波段中的波长(＞800nm)的、很强和短促的(IR＝红外)光脉冲，以便例如不干扰驾驶员和副驾驶员，或转移其注意力。这尤其在有效接通图像传感器的期间来实现。在此，如果图像检测持续时间等于光脉冲的持续时间，或位于其数量级上，则可以降低附加地来自环境光线的光线分量的，例如通过强烈太阳光的负面影响。当今需要大量的IR-LED用于良好的照明。必要时也将散光玻片(Streuscheibe)或专门计算的光学装置设置到LED前面。
通过例如在50μs至最多2ms范围中的、尽可能短的曝光时间，也可以清晰地检测具有移动物体的图像。在可检测尚清晰图像的、要检测的图像范围中，物体的最高允许的速度与光脉冲的最长的持续时间及光脉冲的彼此的时间间隔有关。在此，优选每一个光脉冲照明一个图像。因此不是不间断地，而是与图像检测单元的摄取同步地来进行照明，并优选只有当来自外部的外界光线不充分时才进行照明。也就是只有当需要时，并当图像检测单元正在摄取图像时，LED才发送出光脉冲，也称为IR闪光。这些LED因此可以同时实现IR通道。
此外，尽管狭窄的构造空间和必要时不利的空间布置，还必须良好地照明感兴趣的场景，并且由附加的照明所产生的损失功率或热量不准损伤总系统的电子装置。如果照明单元又像具有其图像传感器和分析处理电子装置的图像检测单元那样安置在相同的机壳中，这导致电子元件互相加热，并因而只能达到较低的系统使用温度。在热量问题上，通过像在铝底板上的LED(铝上的FR4，铝上的Flex，或类似物)那样的、良好而大多成本昂贵的冷却措施，以及通过具有低损失功率和高的温度使用范围的良好器件，来尝试控制所述的问题。
最后还有，对于主要按边缘轮廓的分析处理来优化的图像处理方法来说，具有像图像检测单元那样相同方向的照明单元是不利的，因为几乎没有阴影投影。
本发明的任务是说明一种改善的用于尤其在汽车内部空间中检测物体或人员的装置和方法，其基本上减小了上述的缺点。
通过独立权利要求所述的特征来解决该任务。有利的扩展方案和改进方案是从属权利要求的主题，这些扩展方案和改进方案可以单个地或以互相的组合来采用。
用于例如在汽车内部空间中检测物体或人员的本发明具有：至少一个照明单元，该照明单元发射出用于照明要检测的图像范围的光脉冲；和一个包括至少一个图像传感器的图像检测单元，该图像传感器摄取由图像范围中的物体或人员所反射的光脉冲，和检测物体的图像信息；其中，至少一个照明单元在空间上与图像检测单元分开地被布置在汽车内或汽车上；其特征在于，在分开布置的照明单元和图像检测单元中，一个单元具有光波发射器，该光波发射器发射出用于同步或控制所述单元的控制光脉冲，而另一个单元具有接收控制光脉冲的光波接收器。在此，可以以有利的方式不仅选择热技术上有利的地点，而且选择用于照明感兴趣场景的有利的地点。
优选在光波发射器和光波接收器之间来安排用于传输控制光脉冲的光波导的装置。
只要应避免固定缆线的有时相当费事的敷设，则对此替代地建议，在光波发射器上和在光波接收器上安排无缆线传输控制光脉冲用的传输装置。
光波发射器根据本发明优选是图像检测单元的组成部分。这具有的优点在于，可以不是不间断地，而是与图像检测单元的摄取同步地进行照明，尤其考虑到，当图像检测单元正在摄取图像的时候。
为了达到相对于外界光脉冲源的和照明错误触发的高度的安全性，如果借助信号调制地，或借助合适的调制方法编码地来传输控制光脉冲，则是有利的。
根据本发明优选安排了具有位于近红外波段中的波长的控制光脉冲。这具有的优点在于，既不干扰驾驶员，也不干扰副驾驶员、或汽车内的另外的乘员、或汽车之外的交通参与者，或不转移它们的注意力。
为了改善阴影投影的目的，照明单元根据本发明优选指向感兴趣的人员或感兴趣的物体，并以对图像检测单元成角度α的关系来布置，为了避免例如在乘员脸部中的所有过大的阴暗面的目的，该角度α优选为0°至45°或(在也可能采用多个照明单元时)为135°至180°，其中，最后提及的角度范围以有利的方式能够充分利用逆光效应。当然也可以累积地起作用的两种布置变型方案，尤其具有改善照明的优点。照明单元(各照明单元)的电源优选独立于图像检测单元，使得也从图像检测单元中完全除去了所述的损失功率，这以有利的方式减小了开始时提及的热量问题。
最后建议，通过时间上较早发射出控制光脉冲，来平衡照明时刻和图像检测时刻的可能的时延。
使用本发明可以更简单地以有利的方式来解决狭小的场地情况，正如它对于汽车用途是典型的那样。此外，本发明通过照明单元在汽车内部和/或外部空间中的结构和物体上的阴影投影，还允许更好的边缘检测。最后实现了与不同的“短纵梁(carlines)”或汽车型号的更简单的适配。所以本发明不仅尤其适合于现代汽车的乘员保护系统，而且适合于所有涉及汽车的、具有有源IR照明的视频系统。
以下借助与附图相结合的优选实施例，来阐述本发明的附加的细节和其它的优点。
图1示意地展示了用于检测在汽车内部空间中的物体或人员的本发明装置；和
图2示意地以放大的局部细节图展示了根据附图1的本发明装置。
附图1展示了用于检测尤其在汽车1内部空间中的物体或人员2的本发明装置。至少一个图像检测单元6属于装置，该图像检测单元6例如在驾驶员座12和副驾驶员座13之间布置在汽车1的天花板中。图像检测单元6与照明单元3处于有效连接之中，该照明单元3根据本发明在空间上与图像检测单元6分开地布置在汽车1中，例如在天花板中相邻于A柱，或在该A柱中，或在像在内反光镜上那样的另外合适的位置上，相邻于挡风玻璃或类似物(未示出)。为了改善阴影投影的目的，照明单元3指向人员或物体2，并以对图像检测单元6成角度α的关系来布置，该角度α通过使用逆光效应可以优选为135°至180°，而在附图1中示范性地选择了140°。只要有用，也可以安排其它的照明单元(未示出)。照明单元(各照明单元)3的电源优选独立于图像检测单元6来实现。
为了同步或控制所述单元3和6的目的，在图像检测单元6和照明单元3之间例如布置了光波导11(示出在附图1的左半侧中)。替代于此和特别优选地，借助用于传输控制光脉冲10的合适的装置8和9，无缆线地来实现单元3和6之间的同步(示出在附图1的右半侧中)。
图像检测单元6包括至少一个图像传感器7(示出在附图1的右半侧中)。但是优选安排了具有两个图像传感器7的图像检测单元6(示出在附图1的左半侧中)。这种图像检测单元6也称为立体摄像机。由于立体摄像机6的各图像传感器7的光学轴线具有可预先给定的距离，所以例如移动物体2的立体图像或3D图像可以以有利的方式来摄取，并且为了在用于分析处理的(未示出的)微控制器上的进一步的数据处理而被传送。然后可以借助算法来求出物体或人员2到图像传感器7的距离。
附图2以放大的局部细节图展示了根据图1的本发明装置。为了改善阴影投影的目的，照明单元3指向人员或物体2，并又以对图像检测单元6成角度α的关系来布置，该角度α替代或累积于附图1地可以优选为0°至45°，而在附图2中示范性地选择了40°。照明单元3优选地单独能够发射出用于照明要检测的图像范围5的光脉冲4。但是要注明，未排除图像检测单元6和照明单元3的本发明装置甚至与公知的图像检测装置的组合，尤其按照车辆型号或专门的用途，其它的照明单元在汽车1内或汽车1上，和/或在图像检测单元6中或相邻于图像检测单元6处，可以是有用的(未示出)。此外还要强调，对于涉及车辆的所谓的外部空间应用，本发明也可以有用地获得应用。
附图2中还可以明显地看出，图像检测单元6如何根据本发明具有光波发射器8，该光波发射器8发射出用于同步或控制所述单元3和6的控制光脉冲10。与此相对应地，照明单元3具有接收控制光脉冲10的光波接收器9。通过光波发射器8或光波接收器9来实现控制光脉冲10的无缆线的传输，其中，优选安排了具有位于近红外波段(IR)中的波长(＞800nm)的控制光脉冲10，为了避免解锁系统或闭锁系统或类似物的错误触发，或为了防护其免受像照明单元3的红外光源那样的外部红外光源，这些控制光脉冲10优选调制和/或编码地来传输。如果应在摄取图像和照明之间必须平衡可能的运行时延，这可以例如通过时间上较早发射出控制光脉冲来实现。
使用本发明可以以有利的方式更简单地解决汽车1内或汽车1上的狭小场地情况。此外，通过照明单元3在汽车1内部和/或外部空间中的结构和物体2上的阴影投影，本发明还允许较好的边缘检测。最后实现了与不同的“纵梁”或汽车型号的更简单的适配。所以本发明不仅尤其适合于现代汽车1的乘员保护系统，而且适合于所有涉及汽车的、具有有源IR照明的视频系统。

Claims (14)

1.用于检测尤其在汽车(1)内部空间中的物体或人员(2)的装置，具有
-至少一个照明单元(3)，该照明单元(3)发射出用于照明要检测的图像范围(5)的光脉冲(4)；并具有
-包括至少一个图像传感器(7)的图像检测单元(6)，该图像传感器(7)摄取所述的由图像范围(5)中的物体或人员(2)所反射的光脉冲，并检测所述物体或人员(2)的图像信息；其中，
-至少一个照明单元(3)与所述的图像检测单元(6)在空间上分开地被布置在所述的汽车(1)内或汽车(1)上，其特征在于，
在分开布置的照明单元(3)和图像检测单元(6)中
-一个单元(6或3)包括光波发射器(8)，该光波发射器(8)发射出用于同步或控制所述单元(3；6)的控制光脉冲(10)，而
-另一个单元(3或6)包括接收所述控制光脉冲(10)的光波接收器(9)。
2.按权利要求1的装置，其特征在于，  在光波发射器(8)和光波接收器(9)之间安排了传输所述控制光脉冲(10)的光波导(11)。
3.按权利要求1或2的装置，其特征在于，在所述的光波发射器(8)和光波接收器(9)上安排了无缆线地传输所述控制光脉冲(10)的传输装置。
4.按以上权利要求之一的装置，其特征在于，所述的光波发射器(8)是所述图像检测单元(6)的组成部分。
5.按以上权利要求之一的装置，其特征在于，所述的控制光脉冲(10)可以调制和/或编码地来传输。
6.按以上权利要求之一的装置，其特征在于，安排了具有位于近红外波段(IR)中的波长的控制光脉冲(10)。
7.按以上权利要求之一的装置，其特征在于，所述的照明单元(3)指向所述的人员或物体(2)，并以对所述图像检测单元(6)成角度α的关系来布置，该角度α优选为0°至45°，和/或135°至180°。
8.按以上权利要求之一的装置，其特征在于，所述照明单元(3)的电源独立于所述图像检测单元(6)用的电源。
9.用于检测尤其在汽车(1)内部空间中的物体或人员(2)的方法，其中采用了
-至少一个照明单元(3)，该照明单元(3)发射出用于照明要检测的图像范围(5)的光脉冲(4)；和
-包括至少一个图像传感器(7)的图像检测单元(6)，该图像传感器(7)摄取所述的由图像范围(5)中的物体或人员(2)所反射的光脉冲并检测所述物体或人员(2)的图像信息；其中，
-至少一个照明单元(3)和图像检测单元(6)在空间上彼此分开地布置在所述的汽车(1)内或汽车(1)上，其特征在于，
在分开布置的照明单元(3)和图像检测单元(6)中
-一个单元(6或3)通过光波发射器(8)发射出用于同步或控制所述单元(3；6)的控制光脉冲(10)，而
-另一个单元(3或6)通过光波接收器(9)接收所述的控制光脉冲(10)。
10.按权利要求9的方法，其中，所述的控制光脉冲通过布置在光波发射器(8)和光波接收器(9)之间的光波导(11)来传输。
11.按权利要求9或10的方法，其中，无缆线地来传输所述的控制光脉冲(10)。
12.按权利要求9至11之一的方法，其中，调制和/或编码地来传输所述的控制光脉冲(10)。
13.按权利要求9至12之一的方法，其中，所述的控制光脉冲(10)的波长位于近红外波段(IR)中。
14.按权利要求9至13之一的方法，其中，通过时间上较早发射出所述的控制光脉冲(10)来平衡可能的时延。
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