DE102015213128A1

DE102015213128A1 - Objekterkennungsvorrichtung und Verfahren

Info

Publication number: DE102015213128A1
Application number: DE102015213128.9A
Authority: DE
Inventors: Jae Young Lee
Original assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Current assignee: Hyundai Mobis Co Ltd
Priority date: 2014-07-29
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2016-02-04
Also published as: CN105319551A; CN105319551B; US9921303B2; KR102240494B1; KR20160014390A; US20160033628A1

Abstract

Es sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Objekterkennung vorgesehen. Objekterkennungsvorrichtung weist auf: einen Verstärker, der zum Verstärken eines reflektierten Ultraschallwellensignals mit variabler Verstärkung ausgebildet ist; einen Verstärkungsregler, der dazu ausgebildet ist, die variable Verstärkung derart einzustellen, dass das innerhalb mindestens eines Zeitbereichs empfangene reflektierte Ultraschallwellensignal mit einer im Vergleich zu anderen Zeitbereichen hohen Verstärkung verstärkt wird; einen Komparator, der zum Vergleichen eines Signals auf einer Hüllkurve, das dem von dem Verstärker verstärkten Signal entspricht, mit einem vorbestimmten Schwellenwert und zum Ausgeben des Signals auf der Hüllkurve ausgebildet ist, wenn das Signal den Schwellenwert übersteigt; eine Recheneinrichtung zum Berechnen eines Absolutwerts eines Differentialwerts erster Ordnung des Signals auf der Hüllkurve und einer Zeit, zu der ein Maximum des Absolutwerts des Differentialwerts erster Ordnung berechnet wird; und einen Detektor, welcher zum Erkennen eines Objekts unter Verwendung einer dritten Zeit ausgebildet ist, wobei die dritte Zeit eine Zeit ist, zu der das Maximum berechnet wird, und vor einer zweiten Zeit gelegen ist, wobei die zweite Zeit eine Zeit ist, zu welcher das den Schwellenwert übersteigende Signal ausgegeben wird.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht nach 35 U.S.C. §119 die Priorität der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2004-0096558 , eingereicht am 29. Juli 2014, deren Offenbarung durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit Teil des Gegenstands der vorliegenden Anmeldung ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Objekterkennungsvorrichtung und ein Verfahren dazu, und insbesondere eine Objekterkennungsvorrichtung und ein Verfahren, bei welchen reflektierte Wellen zur Erkennung eines Objekts mit variabler Verstärkung verstärkt werden können.
Hintergrund
Bei in 1 dargestellten bekannten Ultraschallvorrichtungen für Fahrzeuge wandelt ein Wandler ein von einer Impulserzeugungsvorrichtung erzeugtes elektrisches Signal in Ultraschallwellen um und sendet die Ultraschallwellen, und die von dem Wandler gesendeten Ultraschallwellen werden von der Oberfläche eines Objekts reflektiert und sodann von dem Wandler erneut in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Das durch die Umwandlung mittels des Wandlers erhaltene elektrische Signal, das ein Niveau von wenigen Mikrovolt (μV) aufweist, wird von einem Verstärker (Amp) zu einem Signal mit einem Niveau von wenigen Volt (V) verstärkt, bevor es in ein Digitalsignal umgewandelt wird. Da jedoch ein Fahrzeug-Ultraschallwellensignal eine Frequenz zwischen 20 kHz und 100 kHz aufweist, die gleich oder höher als eine Audiofrequenz ist, wird das verstärkte Signal von einem Bandpassfilter gefiltert, um das Signalrauschverhältnis eines entsprechenden Frequenzbandes zu vergrößern.
Anschließend berechnet ein Hüllkurvendetektor eine Hüllkurve des gefilterten Signals und durch eine Time-of-Flight-Berechnungseinrichtung (ToF) sowie durch einen Komparator wird ein Signalwert der berechneten Hüllkurve mit einem Schwellenwert verglichen.
Wenn das Ergebnis des Vergleichs besagt, dass der Signalwert der Hüllkurve höher als der Schwellenwert ist, wird festgestellt, dass ein Objekt vorhanden ist. In diesem Fall berechnet die ToF-Berechnung die Entfernung von dem Objekt unter Verwendung der Geschwindigkeit der Ultraschallwellen und der Dauer, bis ein Hüllkurvensignal, das größer oder gleich einem Schwellenwert ist, nach einem Sendezeitpunkt empfangen wird.
Wie zuvor beschrieben, befindet sich das Fahrzeug-Ultraschallwellensignal jedoch in einem Frequenzband nahe dem hörbaren Frequenzband und unterliegt Interferenzen, welche durch Oberschwingungskomponenten von Geräuschen in der allgemeinen Umwelt verursacht werden.
Wenn das Niveau der Oberschwingungskomponenten von Umgebungsgeräuschen gleich oder höher als ein Schwellenwert ist, ist es daher möglich, dass das Geräusch erkannt und als Objekt detektiert wird, obwohl kein Objekt vorhanden ist.
Um einen derartigen falschen Alarm zu verringern, durchlaufen bekannte Fahrzeug-Ultraschallvorrichtungen zwei Erfassungsprozesse, um festzustellen, dass nur dann ein Objekt vorhanden ist, wenn zwei Erfassungsinformationselemente gleich sind.
Das heißt, dass bekannte Fahrzeug-Ultraschallvorrichtungen einen Bordstein erkennen müssten, der eine Höhe aufweist, bei welcher ein Fahrzeugstoßfänger beschädigt werden könnte. Da jedoch, wie in 3 dargestellt, ein in geringer Entfernung befindlicher Bordstein außerhalb eines vertikalen Strahlungsrasters liegt, ist die Signaldämpfung hoch und daher sollte ein Verstärke mit einer hohen Verstärkung zur Erkennung eines Objekts verwendet werden.
Wenn ein Verstärker mit hoher Verstärkung verwendet wird, wird ein erstes Übertragungssignal von einem Objekt mit einem hohen Reflexionssignal, beispielsweise einer weit entfernten Wand, reflektiert und mit dem Schwellenwert oder höher empfangen, wenn ein zweites Übertragungssignal gesendet oder empfangen wird.
Anders ausgedrückt: wie in 4 dargestellt kann trotz des Vorhandenseins eines Objekts keine Warnung ausgegeben werden, da die Time-of-Flight (ToF) 1 des ersten Übertragungssignals nicht gleich der ToF 2 des zweiten Übertragungssignals ist.
Wenn darüber hinaus ein Fahrzeug bei niedriger Außentemperatur gestartet wird, kann durch Abgas eine Lufttemperaturschicht gebildet werden, die eine Temperatur über der Außentemperatur aufweist. Wie in 5 gezeigt verstärken bekannte Fahrzeug-Ultraschallvorrichtungen ein von der Lufttemperaturschicht reflektiertes Ultraschallwellensignal mit hoher Verstärkung.
Wenn das von der Lufttemperaturschicht reflektierte Ultraschallwellensignal gleich oder größer als ein Schwellenwert ist, kann somit das Ultraschallwellensignal fälschlicherweise als ein Objekt erkannt werden.
Überblick über die Erfindung
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung eine Objekterkennungsvorrichtung und ein Verfahren dazu, welche zu einer Erhöhung der Beständigkeit gegenüber der Umwelt führen, ohne dass Interferenzen, welche durch ein Objekt verursacht werden, das ein starkes reflektiertes Signal aufweist (beispielsweise eine entfernte Wand), und durch Abgas verursachte Einflüsse auftreten.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Objekterkennungsvorrichtung und ein Verfahren dazu, welche die Häufigkeit des Auftretens von Verzerrungen an einer Position eines Objekts aufgrund einer Änderung in einer variablen Verstärkungskurve verringern können.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Objekterkennungsvorrichtung und ein Verfahren dazu, welche durch die Verwendung einer vergleichsweise einfachen Struktur die Implementierungskosten und die Komplexität verringern können.
Nach einem allgemeinen Aspekt weist die Objekterkennungsvorrichtung auf: einen Verstärker, der zum Verstärken eines reflektierten Ultraschallwellensignals mit variabler Verstärkung ausgebildet ist; einen Verstärkungsregler, der dazu ausgebildet ist, die variable Verstärkung derart einzustellen, dass das innerhalb mindestens einem vorgegebenen Zeitbereich empfangene reflektierte Ultraschallwellensignal mit einer im Vergleich zu anderen Zeitbereichen hohen Verstärkung verstärkt wird; einen Komparator, der zum Vergleichen eines Signals auf einer Hüllkurve, das dem von dem Verstärker verstärkten Signal entspricht, mit einem vorbestimmten Schwellenwert und zum Ausgeben des Signals auf der Hüllkurve ausgebildet ist, wenn das Signal den Schwellenwert übersteigt; eine Recheneinrichtung zum Berechnen eines Absolutwerts eines Differentialwerts erster Ordnung des Signals auf der Hüllkurve und einer Zeit, zu der ein Maximum des Absolutwerts des Differentialwerts erster Ordnung berechnet wird; und einen Detektor, welcher zum Erkennen eines Objekts unter Verwendung einer dritten Zeit ausgebildet ist, wobei die dritte Zeit ist, zu der das Maximum berechnet wird, und vor einer zweiten Zeit gelegen ist, wobei die zweite Zeit eine Zeit ist, zu welcher das den Schwellenwert übersteigende Signal ausgegeben wird.
Der mindestens eine Zeitbereich kann einen Zeitbereich umfassen, in welchem reflektierte Wellen vorliegen, die von einem zu erfassenden Zielobjekt reflektiert werden.
Die Recheneinrichtung kann aufweisen: einen ersten Summierer, der zum sequentiellen Empfangen von Signalen auf der Hüllkurve und zum Ausgeben eines aktuellen Differentialsignals ausgebildet ist, wobei das aktuelle Differentialsignal ein Ergebnis ist, das durch Differenzbildung zwischen einem aktuellen Eingangssignal und einem vorhergehenden Eingangssignal erhalten wird; einen ersten Speicher zum Speichern des vorhergehenden Eingangssignals, einen zweiten Speicher zum Speichern eines vorhergehenden Differentialsignals, wobei das vorhergehende Differentialsignal das Ergebnis der Differenzbildung zwischen dem vorhergehenden Eingangssignal und einem dem vorhergehenden Eingangssignal vorausgehenden Eingangssignal ist; einen ersten Komparator, der dazu ausgebildet ist, das aktuelle Differentialsignal auszugeben, wenn das aktuelle Differentialsignal größer als das vorhergehende Differentialsignal ist; einen dritten Speicher zum Speichern des größeren der beiden Signale, nämlich des vorhergehenden Differentialsignals und des aktuellen Differentialsignals; und einen vierten Speicher zum Speichern der dritten Zeit, wobei die dritte Zeit die Zeit ist, zu dem das größere Signal gespeichert wird, und zum Ausgeben der dritten Zeit, wenn der Komparator das den Schwellenwert übersteigende Signal ausgibt.
Die Objekterkennungsvorrichtung kann ferner einen zweiten Komparator aufweisen, der dazu ausgebildet ist, die in dem dritten Speicher gespeicherte dritte Zeit zurückzusetzen, wenn das aktuelle Differentialsignal zuzüglich eines vorbestimmten Offsets größer als das vorhergehende Differentialsignal ist.
Der Verstärkungsregler kann als die variable Verstärkung einen Wert auf einer Verstärkungskurve verwenden, welche durch lineare Interpolation eines Steigungswerts der Verstärkung für jeden vorbestimmten Abschnitt gebildet wird.
Der Verstärkungsregler kann die Länge eines vorbestimmten Abschnitts als Zweierpotenz einstellen.
Der Verstärkungsregler kann die variable Verstärkung unter Verwendung der folgenden Gleichung einstellen:
wobei die statische Verstärkung eine Verstärkung eines reflektierten Wellensignals in den anderen Zeitbereichen bezeichnet, t die aktuelle Zeit angibt, t_k eine Zeit angibt, die einem vorhergehenden Abschnitt der aktuellen Zeit in dem vorbestimmten Abschnitt entspricht, t_k+1 eine Zeit angibt, welche einem nächsten Abschnitt in dem vorbestimmten Abschnitt entspricht, α(t_k) einen Steigungswert der Verstärkung zur Zeit t_k angibt, und α(t_k+1) einen Steigungswert der Verstärkung zur Zeit t_k+1 angibt.
Der Verstärkungsregler kann aufweisen: einen Zähler, der dazu ausgebildet ist, die aktuelle Zeit zu messen und zurückgesetzt zu werden, wenn die gemessene aktuelle Zeit einer Abschnittslänge einer vorbestimmten Verstärkung entspricht; einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, ein Signal auszugeben und den Zähler zurückzusetzen, wenn die aktuelle Zeit die Abschnittslänge übersteigt; eine Zustandsmaschine, die dazu ausgebildet ist, den Zustand zu wechseln, wenn sie den Ausgang des Komparators erkennt; mehrere Multiplexer, die jeweils dazu ausgebildet sind, entsprechend dem Ausgang der Zustandsmaschine eine vorbestimmte Verstärkung auszugeben, einschließlich einer Verstärkung für einen vorhergehenden Abschnitt der aktuellen Zeit und einer Verstärkung für einen nächsten Abschnitt der aktuellen Zeit; einen ersten Summierer, welcher dazu ausgebildet ist, eine Subtraktion der Verstärkungen der mehreren Multiplexer durchzuführen; ein Schieberegister, das dazu ausgebildet ist, eine Schiebeoperation an einem Ausgang des Summierers durchzuführen; einen Multiplizierer, der dazu ausgebildet ist, die aktuelle Zeit mit dem Ausgang des Schieberegisters zu multiplizieren; einen zweiten Summierer, der dazu ausgebildet ist, die Verstärkung für den vorhergehenden Abschnitt und einen Ausgang des Multiplexers zu addieren; einen dritten Summierer, der dazu ausgebildet ist, einen Ausgang des zweiten Summierers und eine zuvor berechnete variable Verstärkung zu addieren, um die zu der aktuellen Zeit zu verwendende variable Verstärkung zu berechnen; und einen Speicher, der dazu ausgebildet ist, die zur aktuellen Zeit zu verwendende variable Verstärkung derart zu speichern, dass die variable Verstärkung für nachfolgende Operationen des dritten Summierers verwendet wird.
Nach einem anderen allgemeinen Aspekt weist ein Verfahren zur Objekterkennung die folgenden Schritte auf: Verstärken eines reflektierten Ultraschallwellensignals mit einer variablen Verstärkung, wobei das reflektierte Ultraschallwellensignal in mindestens einem Zeitbereich, in welchem reflektierte Wellen von einem zu erfassenden Objekt vorhanden sind, mit einer im Vergleich zu anderen Zeitbereichen starken Verstärkung verstärkt wird; Vergleichen eines Signals auf einer Hüllkurve, das dem verstärkten reflektierten Wellensignal entspricht, mit einem vorbestimmten Schwellenwert; Ausgeben des Signals auf der Hüllkurve, wenn das Signal den Schwellenwert übersteigt; Berechnen eines Maximums eines Absolutwerts eines Differentialwertes erster Ordnung des Signals auf der Hüllkurve; und Erkennen eines Objekts unter Verwendung einer dritten Zeit, wobei die dritte Zeit eine Zeit ist, zu der das den Schwellenwert übersteigende Signal ausgegeben wird, und vor einer zweiten Zeit gelegen ist, wobei die zweite Zeit eine Zeit ist, zu welcher das den Schwellenwert übersteigende Signal ausgegeben wird.
Das Verstärken kann die Verwendung eines Werts auf einer Verstärkungskurve als variable Verstärkung aufweisen, wobei die Kurve durch lineare Interpolation eines Steigungswerts der Verstärkung für jeden vorbestimmten Abschnitt gebildet wird.
Das Berechnen kann aufweisen: das sequentielle Empfangen von Signalen auf der Hüllkurve und das Ausgeben eines aktuellen Differentialsignals, wobei das aktuelle Differentialsignal ein Ergebnis ist, das durch Differenzbildung zwischen einem aktuellen Eingangssignal und einem vorhergehenden Eingangssignal erhalten wird; das Speichern des vorhergehenden Eingangssignals in einem ersten Speicher, das Speichern eines vorhergehenden Differentialsignals in einem zweiten Speicher, wobei das vorhergehende Differentialsignal das Ergebnis der Differenzbildung zwischen dem vorhergehenden Eingangssignal und einem dem vorhergehenden Eingangssignal vorausgehenden Eingangssignal ist; das Ausgeben des aktuellen Differentialsignals, wenn das aktuelle Differentialsignal größer als das vorhergehende Differentialsignal ist; das Speichern des größeren der beiden Signale, nämlich des vorhergehenden Differentialsignals und des aktuellen Differentialsignals, in einem dritten Speicher; das Speichern der dritten Zeit in einem vierten Speicher, wobei die dritte Zeit die Zeit ist, zu dem das größere Signal gespeichert wird, und das Ausgeben der dritten Zeit, wenn das den Schwellenwert übersteigende Signal ausgegeben wird.
Das Objekterkennungsverfahren kann ferner aufweisen: das Addieren des aktuellen Differentialsignals zu einem vorbestimmten Offset; und wenn das aktuelle Differentialsignal mit dem hinzu addierten vorbestimmten Offset größer als das vorhergehende Differentialsignal ist, das Zurücksetzen der in dem dritten Speicher gespeicherten dritten Zeit.
Andere Merkmale und Aspekte ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Ultraschall verwendenden Objekterkennungsvorrichtung nach dem Stand der Technik.
2 ist eine Ansicht zur Darstellung der Time-of-Flight (ToF) einer Ultraschall verwendenden Objekterkennungsvorrichtung nach dem Stand der Technik.
3 ist ein Diagramm zur Darstellung der Time-of-Flight (ToF) einer Ultraschall verwendenden Objekterkennungsvorrichtung nach dem Stand der Technik.
4 ist ein Diagramm zur Beschreibung eines Problems der Falscherkennung von Objekten durch eine Ultraschall verwendende Objekterkennungsvorrichtung nach dem Stand der Technik.
5 ist ein Diagramm zur Darstellung eines durch Abgas reflektierten Wellensignals bei einer Ultraschall verwendenden Objekterkennungsvorrichtung nach dem Stand der Technik.
6 ist eine Kurvendarstellung eines reflektierten Wellensignals, wenn eine Ultraschall verwendende Objekterkennungsvorrichtung eine statische und eine dynamische Verstärkungsregelung an einem Verstärker nach dem Stand der Technik durchführt.
7 ist ein Blockdiaramm zur Darstellung einer Objekterkennungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine Kurvendarstellung einer variablen Verstärkung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine Kurvendarstellung einer reflektierten Wellenform nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine Kurvendarstellung einer Signalform einer Objekterkennungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
11 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Recheneinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
12 ist eine Kurvendarstellung einer variablen Verstärkungskurve nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
13 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Verstärkungsreglers nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung sowie Verfahren zur Implementierung derselben ergeben sich deutlich durch die nachfolgenden Ausführungsbeispiele, die in Zusammenhang mit den zugehörigen Zeichnungen beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch in anderer Form ausgeführt werden und sollte nicht als auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt angesehen werden. Vielmehr sind die Ausführungsbeispiele vorgesehen, um eine eingehende und vollständige Offenbarung zu erreichen, und sie vermitteln dem Fachmann in vollem Umfang den Rahmen der vorliegenden Erfindung. Die hier verwendete Terminologie dient lediglich dem Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll die beispielhaften Ausführungsbeispiele nicht einschränken. In der vorliegenden Verwendung umfassen die Singularformen ”ein”, ”eine” und ”der, die, das” auch die Pluralformen, sofern im Kontext nicht deutlich anderes angegeben ist. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass das Wort ”aufweisen”, wenn es in dieser Beschreibung verwendet wird, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Bauteilen angibt, jedoch nicht dem Vorhandensein oder dem Hinzufügen eines oder mehrerer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Bauteile und/oder Gruppen derselben entgegensteht.
Vor einer detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden ein statisches Verstärkungsregelverfahren und ein dynamisches verstärkungsregelverfahren nach dem Stand der Technik unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. 6 ist eine Kurvendarstellung eines reflektierten Wellensignals, wenn eine Ultraschall verwendende Objekterkennungsvorrichtung eine statische und eine dynamische Verstärkungsregelung an einem Verstärker nach dem Stand der Technik durchführt. Hierbei sind die statische Verstärkungsregelung und die dynamische Verstärkungsregelung Verfahren zur Regelung der Verstärkung eines Verstärkers nach 1 (Amp), und das reflektierte Wellensignal kann ein Ausgang eines Hüllkurvendetektors von 1 sein (Hüllkurvendetektor).
In 6, zeigt die Linie (a) ein reflektiertes Wellensignal bei Verwendung statischer Verstärkung, die Linie (b) zeigt ein reflektiertes Wellensignal bei Verwendung einer dynamischen Verstärkung, die Linie (c) zeigt eine dynamische Verstärkung eines Verstärkers in Bezug auf die Zeit, und die Linie (d) zeigt einen Schwellenwert der Objekterkennung (den Schwellenwert in 1, der in 6 0,5 V beträgt).
Wie zuvor beschrieben erkennt eine Objekterkennungsvorrichtung nach dem Stand der Technik eine Position eines Objekts unter Verwendung einer Zeit, zu der das reflektierte Wellensignal den Schwellenwert übersteigt. In diesem Fall erkennt die Objekterkennungsvorrichtung nach dem Stand der Technik ein befestigtes Objekt (d. h. die Position des Objekts befindet sich bei 0 ms).
Wie an dem Punkt
in 6 dargestellt, verwendet die eine statische Verstärkung verwendende Objekterkennungsvorrichtung nach dem Stand der Technik 0,15 ms, wobei es sich um die Zeit handelt, bei welcher der Schwellenwert von 0,5 V überschritten wird, zur Berechnung des Abstandes von dem Objekt als 2,55 cm (= 0,15 ms × 340 m/s ÷ 2).
Da jedoch ein Abstandsoffset zwischen einer aktuellen Position und einer erkannten Position des Objekts besteht, kompensiert die Objekterkennungsvorrichtung nach dem Stand der Technik die erkannte Position des Objekts durch das Abstandsoffset (hier 2,55 cm).
Wie an dem Punkt
in 6 gezeigt, verwendet die eine dynamische Verstärkung einsetzende Objekterkennungsvorrichtung nach dem Stand der Technik im Gegensatz dazu 0,181 ms, wobei es sich um die Zeit handelt, bei welcher der Schwellenwert von 0,5 V überschritten wird, zur Berechnung des Abstandes von dem Objekt als 3,08 cm (= 0,181 ms × 340 m/s ÷ 2). Das heißt, dass im Vergleich zur Verwendung der statischen Verstärkung ein Erkennungsfehler von weiteren 0,53 cm auftritt, wenn eine dynamische Verstärkung verwendet wird.
Da ein derartiger Erkennungsfehler jedoch in Abhängigkeit von der für die dynamische Verstärkung verwendete Verstärkungskurve variiert, ist es schwierig, den Erkennungsfehler durch ein spezifisches Offset zu kompensieren. Ferner kann sich der Fehlerbetrag weiter erhöhen, wenn sich die Verstärkungskurve schnell verändert.
Um ein derartiges Problem zu verhindern, wird nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Objekt unter Verwendung eines Differentialwerts erster Ordnung eines verstärken Signals und eines Schwellenwerts erkannt.
Die dynamische Verstärkungsregelung des Verstärkers nach dem Stand der Technik dient der Kompensation eines dunklen Bildes in einer medizinischen Ultraschallvorrichtung. Genauer gesagt dient die dynamische Verstärkungsregelung der medizinischen Ultraschallvorrichtung dazu, die Bildhelligkeitsniveaus der gesamten Fläche auf das gleiche Niveau zu bringen. Dementsprechend wendet die medizinische Ultraschallvorrichtung eine monoton ansteigende Funktion auf die dynamische Verstärkungsregelung an und speichert eine mit der Tiefe variierende Verstärkung in einem Speicher. Auf diese Weise ist die dynamische Verstärkungsregelung nach dem Stand der Technik hoch komplex und schwierig auf ein System anzuwenden, das eine begrenzte Speicherkapazität hat.
Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung jedoch kann die dynamische Verstärkungsregelung als vergleichsweise einfache Struktur ausgebildet und in einem einzigen Halbleiterchip implementiert werden, wodurch sie eine geringe Komplexität aufweist.
Eine Objekterkennungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 7 bis 9 beschrieben. 7 ist ein Blockdiaramm zur Darstellung einer Objekterkennungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, 8 ist eine Kurvendarstellung einer variablen Verstärkung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, und 9 ist eine Kurvendarstellung einer reflektierten Wellenform nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Wie in 7 dargestellt weist Objekterkennungsvorrichtung 10 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung einen Impulsgenerator 121, einen Wandler 122, einen Verstärker 140, einen Verstärkungsregler 130, einer AD-Wandler 150, einen Filter 160, einen Hüllkurvendetektor 170, einen Komparator 180, eine Differentialwertberechnungseinrichtung 110, und einen Objektdetektor 190 auf.
Der Impulsgenerator 121 erzeugt und liefert ein elektrisches Signal an den Wandler 122.
Der Wandler 122 wandelt das von dem Impulsgenerator 121 gelieferte elektrische Signal in Ultraschallwellen um und sendet sodann die Ultraschallwellen. Anschließend empfängt der Wandler 122 reflektierte Wellen und wandelt diese wieder in elektrische Signale um.
Der Verstärker 140 verstärkt das durch die Umwandlung durch den Wandler 122 erhaltene elektrische Signal mit einer variablen Verstärkung entsprechend der Regelung durch den Verstärkungsregler 130.
Der Verstärkungsregler 130 regelt die variable Verstärkung des Verstärkers 140. Genauer gesagt stellt der Verstärkungsregler 130 in zumindest einem Zeitbereich, in welchem ein Objekt erfasst wird, die variable Verstärkung höher als einen ersten Wert ein und stellt die variable Verstärkung in den anderen Zeitbereichen niedriger als den ersten Wert ein. Durch mehrere Experimente in einer Umgebung, in welcher die Objekterkennungsvorrichtung 10 angewendet wurde, wurde ersichtlich, dass der mindestens eine Zeitbereich ein Bereich sein kann, in welchem ein zu erkennendes Umgebungsobjekt mit einer vorbestimmten Häufigkeit oder häufiger erkannt wurde. Das heißt, dass der mindestens eine Zeitbereich einen Zeitbereich umfasst, in welchem die von dem zu erfassenden Objekt reflektierten Wellen vorhanden sind.
Wie in 8 dargestellt kann der Verstärkungsregler 130 eine Regelung derart durchführen, dass die Verstärkung des Verstärkers 140 in dem ersten Bereich A1, in welchem eine von einem zu erfassenden Bordstein reflektierte Welle erkannt wird, eine erste variable Verstärkung ist, und er kann eine Regelung derart durchführen, dass die Verstärkung des Verstärkers 140 in dem zweiten Bereich A2, in welchem eine von einem Umgebungsobjekt reflektierte Wellenform erkannt wird, eine zweite variable Verstärkung ist.
Darüber hinaus kann der Verstärkungsregler 130 eine Regelung derart durchführen, dass die Verstärkung des Verstärkers 140 in den anderen Zonen dem ersten Wert entspricht, wobei es sich um eine statische Verstärkung handelt. In diesem Fall erkennt der Verstärkungsregler 130 vorab gespeicherte Verstärkungs-Steigungswerte mehrerer Abschnitte und regelt die variable Verstärkung des Verstärkers 140 unter Verwendung einer Verstärkungskurve, welche durch lineare Interpolation des Verstärkungs-Steigungswerts für jeden Abschnitt berechnet ist. Dies wird später unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben.
Der AD-Wandler 150 wandelt das elektrische Signal (Analogsignal), das mit einer variablen Verstärkung durch den Verstärker 140 verstärkt ist, in ein Digitalsignal um.
Der Filter 160 führt eine Bandpassfilterung des durch die Umwandlung durch den AD-Wandler 150 erhaltenen Digitalsignals durch, um das Signalrauschverhältnis zu erhöhen.
Der Hüllkurvendetektor 170 berechnet eine Hüllkurve entsprechend dem durch das Filtern mit dem Filter 160 erhaltenen Signal.
Der Komparator 180 empfängt ein Signal auf der Hüllkurve und prüft, ob eine Amplitude des empfangenen Signals einen Schwellenwert übersteigt.
Die Differentialwertberechnungseinrichtung 110 berechnet einen Differentialwert erster Ordnung des Signals auf der Hüllkurve und gibt eine (im Folgenden als dritte Zeit bezeichnete) Zeit nach einer ersten Zeit und vor einer zweiten Zeit aus, in der ein Maximum des Differentialsignals erster Ordnung erkannt wird. Hierbei ist die erste Zeit die Sendezeit der Ultraschallwellen und die zweite Zeit ist die Empfangszeit eines Signals auf der Hüllkurve, das eine den Schwellenwert übersteigende Amplitude aufweist.
Der Objektdetektor 190 berechnet die Entfernung von dem Objekt unter Verwendung der Geschwindigkeit der Ultraschallwellen und der zwischen der ersten Zeit und der dritten Zeit erforderlichen Zeit, wie in der folgenden Gleichung (1) ausgedrückt:
Bezugnehmend auf 9 ist ersichtlich, dass bei einem Ausgang des Verstärkers 140 mit dynamischer Verstärkung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, von Abgas oder einer Wand (Umgebungsgeräusch) reflektierte Wellen eine Amplitude aufweisen, die unter einem Schwellenwert liegt, und dass von einem Bordstein oder einem zu erfassenden Objekt reflektierte Wellen eine Amplitude aufweisen, die gleich dem Schwellenwert sind oder diesen übersteigen. Ferner ist zu erkennen, dass das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gegenüber einer experimentellen Änderung unempfindlich ist, da die Amplitudendifferenz zwischen der von Umgebungsrauschen reflektierten Welle und der von dem zu erfassenden Objekt reflektierten Welle groß ist.
Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Einschränkungen von existenten Objekterkennungsvorrichtungen zu überwinden, wie beispielsweise die von einem Objekt (beispielsweise einer entfernten Wand) mit einem starken reflektierten Signal verursachten Interferenzen und den durch Abgas verursachten Einfluss, und die Unempfindlichkeit gegenüber der Umwelt zu erhöhen.
Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf 10 verschiedene Signalformen einer Objekterkennungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben. 10 ist eine Kurvendarstellung einer Signalform einer Objekterkennungsvorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Hierbei wird angenommen, dass sich ein zu erkennendes Objekt bei 0 ms befindet.
In 10 gibt die Linie (e) ein Signal auf einer Hüllkurve bei Verwendung statischer Verstärkung an, und die Linie (f) gibt ein Signal auf einer Hüllkurve bei Verwendung einer variablen Verstärkung an. Darüber hinaus gibt die Linie (g) eine variable Verstärkung wieder, die Linie (h) gibt einen Schwellenwert an, die Linie (i) gibt einen Absolutwert eines Differentialwerts erster Ordnung bei Verwendung statischer Verstärkung an, und die Linie (j) gibt einen Absolutwert eines Differentialwerts erster Ordnung bei Verwendung dynamischer Verstärkung an. Hierbei kann das Signal auf der Hüllkurve ein Ausgang des Hüllkurvendetektors 170 sein.
Wie in 10 dargestellt werden, wenn die Bestimmung an dem Objekt nur unter Verwendung des Referenzwerts durchgeführt wird, eine Zeit (ungefähr 0,15 ms), zu der sich die Linie (e) und die Linie (h) schneiden, und eine Zeit (ungefähr 0,18 ms, im Folgenden als ”zweite Zeit” bezeichnet), zu der sich die Linie (f) und die Linie (h) schneiden, jeweils als eine Position des Objekts bestimmt. Wenn die Position des Objekts nur durch Verwendung des Schwellenwerts bestimmt wird, kann ein von der aktuellen Position des Objekts verschiedener Punkt als die Position des Objekts erkannt werden.
In Anbetracht der Absolutwerte der Differentialwerte erster Ordnung der Linien (i) und (j) in 10, können jedoch Maxima der Absolutwerte der Differentialwerte erster Ordnung bei 0 ms vor der zweiten Zeit erkannt werden. Wenn das Objekt auf der Grundlage des Differentialwerts erster Ordnung erkannt werden kann, ist ersichtlich, dass das Objekt ungeachtet der Verwendung einer variablen Verstärkung erkannt werden kann.
Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 11 eine Recheneinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben, welche eine Zeitposition berechnet, an welcher ein Maximum eines Absolutwerts eines Differentialwerts erster Ordnung auftritt. 11 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung einer Recheneinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 11 ist ein Eingangssignal der Differentialwertberechnungseinrichtung 110 ein Signal einer Hüllkurve, das aus dem Hüllkurvendetektor 170 ausgegeben wird. Das Ausgangssignal wird zur dritten Zeit ausgegeben, das heißt zu einer vor der zweiten Zeit liegenden Zeit, zu der das Maximum des Absolutwerts des Differentialwerts erster Ordnung des Eingangssignals erkannt wird.
Wie in 11 dargestellt weist die Differentialwertberechnungseinrichtung 110 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein erstes Register 111, ein zweites Register 112, ein drittes Register 113, ein viertes Register 114, einen ersten Summierer 115_1, einen zweiten Summierer 115_2, einen ersten Komparator 116, einen zweiten Komparator 117, einen Zähler 119 und einen Schalter 118 auf.
Das erste Register 111 empfängt ein n-tes Signal x[n] und gibt ein (n – 1)-tes Signal x[n – 1] aus.
Der erste Summierer 115_1 addiert das n-te Signal x[n] und einen negativen Wert des (n – 1)-ten Signals x[n – 1]. Das heißt, dass der erste Summierer 115_1 ein Differentialsignal x[n] – x[n – 1] zwischen dem n-ten Signal x[n] und dem (n – 1)-ten Signal x[n – 1] ausgibt.
Das zweite Register 112 empfängt ein n-tes Differentialsignal und speichert ein Maximum unter den empfangenen Differentialsignalen. Das heißt, dass das zweite Register 112 das n-te Differentialsignal speichert, wenn das n-te Differentialsignal {Diff(x[n]) = B}, das ein aktuelles Differentialsignal ist, größer als ein zuvor gespeichertes Differentialsignal{max(Diff(x[n]) = A} ist. Hierbei ist kann der Ausgangswert des zweiten Registers 112, das heißt der Ausgangswert von max(Diff(x[n]) 0 sein.
Der Komparator 116 gibt ”TRUE” aus, wenn das n-te Differentialsignal {Diff(x[n]) = B} größer als das zuvor gespeicherte Differentialsignal {max(Diff(x[n]) = A} ist; ansonsten gibt der erste Komparator 116 ”FALSE” aus. Hierbei kann TRUE ein Digitalsignal ”1” und FALSE ein Digitalsignal ”0” angeben.
Das dritte Register 113 speichert das vorhergehende Differentialsignal, das heißt das (n – 1)-te Differentialsignal Diff(x[n – 1]).
Der zweite Summierer 115_2 addiert ein Offset zu dem n-ten Differentialsignal. Hierbei kann das Offset ein Kalibrierungswert sein. Insbesondere kann das Offset ein Wert sein, der durch mehrere Experimente unter Berücksichtigung eines Grades eingestellt wird, in dem der Wert des n-ten Differentialsignals steigt, wenn die von dem Objekt reflektierten Wellen durch Rauschen beeinflusst werden.
Der zweite Komparator 117 gibt das durch das Offset korrigierte (n – 1)-te Differentialsignal aus, das größer als das (n – 1)-te Differentialsignal ist. Somit kann die in dem vierten Register 114 gespeicherte dritte Zeit zurückgesetzt werden. Das heißt, dass, wie zu der Zeit t4 in 10, in einem Abschnitt, in dem ein Differentialsignal nach dem Maximum ansteigt, kein Objekt erkannt wird. Ferner wird, obwohl das Maximum des Absolutwerts des Differentialwerts erster Ordnung erkannt wird, das Maximum nicht aus den von dem Objekt reflektierten Wellen erkannt, und somit wird das vierte Register 114 zurückgesetzt. Das Differentialsignal kann jedoch auch vor der Zeit t4 aufgrund von Rauschen vorübergehend ansteigen, während das Differentialsignal abnimmt. In diesem Fall wird dem n-ten Differentialsignal ein bestimmtes Offset hinzu addiert, so dass das Register 114 nicht zurückgesetzt wird.
Der Zähler 119 wird angesteuert, um eine Zeit (dritte Zeit) zu prüfen, zu welcher das Maximum des Absolutwerts des ersten Differentialwerts nach der Sendezeit (erste Zeit) der Ultraschallwellen erkennt wird. Das heißt, dass der Zähler 119 die aktuelle Zeit misst.
Wenn das vierte Register 114 ”TRUE” von dem ersten Komparator 116 zu einer Zeit empfängt, zu welcher der Absolutwert des Differentialwerts erster Ordnung maximal ist, wird das vierte Register 114 in die Lage versetzt, die aktuelle Zeit (dritte Zeit) von dem Zähler 119 abzufragen und die aktuelle Zeit zu speichern. Ferner gibt das vierte Register 114 die dritte Zeit aus, wenn der Schalter 118 kurzgeschlossen ist.
Wenn der Ausgang des Komparators 180 in 7 1 ist, wird der Schalter 118 kurzgeschlossen, um die dritte Zeit von dem vierten Register 114 an den Objektdetektor 190 auszugeben.
Wenn hingegen das n-te Differentialsignal um ein vorbestimmtes Offset oder mehr geringer als das vorherige Differentialsignal ist, wird das vierte Register 114 zurückgesetzt.
Es wurde zuvor ein Beispiel beschrieben, bei welchem die Differentialwertberechnungseinrichtung 110 die dritte Zeit ausgibt, sobald sie die zweite Zeit von dem Komparator 180 empfängt. Jedoch kann die Differentialwertberechnungseinrichtung 110 davon abweichend die dritte Zeit ausgeben, sobald das Maximum des Absolutwerts des ersten Differentialwerts erkannt wird. In diesem Fall ist ersichtlich, dass der Objektdetektor 190 das Objekt unter Verwendung der dritten Zeit prüfen kann, sobald er die zweite Zeit prüft. In diesem Fall muss die Differentialwertberechnungseinrichtung 110 den Schalter 118 nicht aufweisen.
Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können das Maximum des Absolutwerts des Differentialwerts erster Ordnung und die Zeit zur Berechnung des Maximums durch eine vergleichsweise einfache Struktur geprüft werden, welche drei Speicher, zwei Addierer und zwei Komparatoren aufweist. Dementsprechend ist es möglich, die Komplexität der Implementierung und die Kosten der Implementierung zu verringern.
Wie zuvor beschrieben wird bevorzugt, dass ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung als einzelner Halbleiterchip implementiert wird, beispielsweise als Fahrzeugeinparkassistent. Daher ist es schwierig, ein auf eine medizinische Ultraschallvorrichtung mit einem großvolumigen Speicher angewendetes Verfahren zur variablen Verstärkungsregelung ohne Modifizierung zu verwenden. Ferner kann die variable Verstärkung bei einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine schnelle Veränderung der Verstärkung aufweisen, wodurch die Verzerrung der Position des Objekts weiter verstärkt wird.
Um diese Einschränkung zu überwinden, ist es nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung möglich, die variable Verstärkung durch eine kontinuierliche Verstärkungskurve zu regeln, indem ein Steigungswert einer Verstärkung für jede angegebene Zeit gespeichert wird und ein Wert verswendet wird, der durch Interpolieren des gespeicherten Steigungswerts erhalten wird, wenn die variable Verstärkung angewandt wird.
Ein Verstärkungsregler nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 12 und 13 beschrieben. 12 ist eine Kurvendarstellung einer variablen Verstärkungskurve nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung und 13 ist ein Blockdiagramm zur Darstellung eines Verstärkungsreglers nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. In 12 ist der Steigungswert der Verstärkung zur Zeit t_k mit α₁ angegeben, der Steigungswert der Verstärkung zur Zeit t_k+1 ist mit α₂ angegeben, und der Steigungswert der Verstärkung zur Zeit t_k+2 ist mit α₃ angegeben. Hierbei gibt dt t_k+1 – t_k an und beträgt 2ⁿ (wobei n eine positive ganze Zahl ist).
Wie in 12 dargestellt erzeugt der Verstärkungsregler nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine kontinuierliche Kurvenform, die durch Interpoliere einer Verstärkung für jeden Abschnitt erhalten wird. Darüber wird das von dem Objekt reflektierte Signal nicht schnell verändert. Somit kann nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine genaue Position des Objekts berechnet werden, wenn ein Objekt auf der Grundlage des Differentialwerts erster Ordnung geschätzt wird.
Die von dem erfindungsgemäßen Verstärkungsregler 130 zu jeder Zeit auf den Verstärker 140 angewandte variable Verstärkung ist im Folgenden als Gleichung (2) ausgedrückt:
wobei die statische Verstärkung eine Verstärkung des reflektierten Wellensignals in Bezug auf einen Zeitbereich ist, in welchem kein Ziel enthalten ist, t die aktuelle Zeit angibt, t_k eine Zeit angibt, die einem vorhergehenden Abschnitt der aktuellen Zeit innerhalb des vorbestimmten Abschnitts entspricht, t_k eine Zeit bezeichnet, die einem nächsten Abschnitt innerhalb des vorbestimmten Abschnitts entspricht, α(t_k) einen Steigungswert einer Verstärkung zu der Zeit t_k bezeichnet, und α(t_k+1) einen Steigungswert einer Verstärkung zur Zeit t_k+1 angibt.
Wie in 13 dargestellt weist der Verstärkungsregler 130 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung eine Zustandsmaschine 131, einen Zähler 132, ein Schieberegister 135, einen ersten Multiplexer 134_1, einen zweiten Multiplexer 134_2, einen Komparator 133, einen Multiplizierer 136, einen Speicher 138, einen oberen Summierer 139, einen linken Summierer 137_1 und einen rechten Summierer 137_2 auf.
Der Zähler 132 misst eine aktuelle Zeit t und wird immer dann zurückgesetzt, wenn die aktuelle Zeit eine Abschnittlänge (dt = t_k+1 – t_k oder t_k+2 – t_k + 1) einer vorbestimmten Verstärkung erreicht.
Der Komparator 133 gibt ein Signal aus, wenn eine von dem Zähler 132 berechnete aktuelle Zeit die vorbestimmte Abschnittslänge der Verstärkung überschreitet.
Die Zustandsmaschine 131 wird beim Erkennen eines Ausgangs des Komparators 133 in einen anderen Zustand verbracht.
Der erste und der zweite Multiplexer 134_1 und 134_2 geben entsprechend dem Ausgang der Zustandsmaschine 131 eine vorbestimmte Verstärkung aus, die eine Verstärkung für einen vorhergehenden Abschnitt der aktuellen Zeit und eine Verstärkung für den nächsten Abschnitt der aktuellen Zeit umfasst.
Der obere Summierer 139 führt eine Subtraktion von Verstärkungen mehrerer Multiplexer durch.
Das Schieberegister 135 kann an einem Ausgang des Summierers eine Schiebeoperation und danach eine Divisionsoperation ausführen.
Der Multiplizierer 136 multipliziert die aktuelle Zeit mit dem Ausgang des Schieberegisters.
Der linke Summierer 137_1 addiert eine Verstärkung für einen vorhergehenden Abschnitt zu einem Ausgang des Multiplizierers 136.
Der rechte Summierer 137_2 addiert einen Ausgang des linken Summierers 137_1 und eine zuvor berechnete variable Verstärkung, um eine zur aktuellen Zeit zu verwendende variable Verstärkung zu berechnen.
Der Speicher 138 speichert eine zu der aktuellen Zeit zu verwendende variable Verstärkung, so dass die gespeicherte variable Verstärkung für nachfolgende Operationen des rechen Summierers 137_2 verwendet wird.
Ein Vorgang zur Einstellung einer variablen Verstärkung des Verstärkungsreglers 130 wird im Folgenden für einen Abschnitt t_k ≤ t < t_k+1 und einen Abschnitt t_k+1 ≤ t < t_k+2 beschrieben.

– t_k+1 ≤ t < t_k-1; dies betrifft einen Fall, in dem der Zählerwert gleich oder geringer als dt ist.

der Komparator 133 setzt den Zähler 132 zurück und liefert ein Signal an die Zustandsmaschine 131, wenn der Ausgang des Zählers 132 eine vorbestimmte Abschnittslänge dt der Verstärkung (hier t_k) übersteigt.
Der Zähler 132 wird zu der Zeit t_k auf 0 zurückgesetzt, und der Ausgang gibt die aktuelle Zeit an. Das heißt, dass der Zähler 132 t – t_k ausgibt.
Die Zustandsmaschine 131 gibt einen anfänglichen Ausgang Mux = 0 zur Zeit t_k aus. Somit gibt der erste Multiplexer 134_1 α₁ _, aus und der zweite Multiplexer 134_2 gibt α₂ aus.
Der obere Summierer 139 addiert einen negativen Wert des Ausgangs α₁ des ersten Multiplexers 134_1 zu dem Ausgang α₂ des zweiten Multiplexers 134_2.
Das Schieberegister 135 empfängt α₂ – α₁ und führt eine Schiebeoperation durch, um (α₂ – α₁)/2ⁿ auszugeben. Da jedoch (t_k+1 – t_k) = 2ⁿ ist, kann der Ausgang des Schieberegisters (α₂ – α₁)/(t_k+1 – t_k) sein.
Der Multiplizierer 136 empfängt (t – t_k) und (α₂ – α₁)/(t_k+1 – t_k) und gibt {(α₂ – α₁)/(t_k+1 – t_k)} × (t – t_k) aus.
Der Multiplizierer 137 empfängt (t – t_k) und (α₂ – α₁)/(t_k+1 – t_k) und gibt {(α₂ – α₁)/(t_k+1 – t_k)} × (t – t_k) aus.
Der rechte Summierer 137_2 addiert den aktuellen Eingang zu einem im Speicher 138 vorab gespeicherten existierenden Eingang, das heißt, er führt eine Integration durch. Dementsprechend ist der Ausgang des rechten Summierers 137_2 der rechte Term mit Ausnahme der statischen Verstärkung in Gleichung (2).
Der Speicher 138 speichert einen Ausgang des rechten Summierers 137_2 und ermöglicht die Verwendung des Ausgangs in nachfolgenden Operationen.
Der linke Summierer 137_1 und der rechte Summierer 137_2 geben jeweilige Integrationswerte von {(α₂ – α₁)/(t_k+1 – t_k)} × (t – t_k) + α₁} und {(α₂ – α₁)/(t_k+1 – t_k)} × (t – t_k) + α₁} aus, die mit der Veränderung des Ausgangs des Zählers 132 variieren, bist der Ausgang des Zählers 132 dt übersteigt.

– t_k+1 ≤ t < t_k-2; dies betrifft einen Fall, in dem der Zählerwert größer als dt ist.

Wenn der Wert des Zählers 132 dt übersteigt, gibt der Komparator 133 ein Signal aus. In diesem Fall wird der Zähler 132 auf 0 zurückgesetzt.
Somit erkennt die Zustandsmaschine 131 das Signal des Komparators 133 als einen Takt und wechselt anschließend den Zustand um Mux = 1 auszugeben. In diesem Fall geben der erste Multiplexer 134_1 und der zweite Multiplexer 134_2 α₂ bzw. α₃ aus.
Da jedoch t_k+2 – t_k+1 = t_k+1 – t_k = dt, wird eine Operation für den nächsten Abschnitt der Gleichung (2) durchgeführt.
In 13 wird ein Beispiel beschrieben, bei welchem drei Verstärkungsabschnitte vorhanden sind. Wenn die Anzahl der Verstärkungsabschnitte größer als 3 ist, kann die Struktur des Verstärkungsreglers 130 verändert werden. Beispielsweise kann der Verstärkungsregler 130 eine größere Anzahl von Multiplexern aufweisen, von denen jeder eine andere Anzahl von Eingängen oder Ausgängen aufweist.
Somit kann ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Schieberegisters mit einer einfachen Struktur anstelle eines Dividierers mit hoher Komplexität implementiert werden, indem die Länge eines Abschnitts einer variablen Verstärkung als eine Zweierpotenz gewählt wird. Dementsprechend kann es mit einer vergleichsweise einfachen Struktur ausgebildet werden, um die Implementierungskosten und die Komplexität zu verringern.
Ferner kann das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Häufigkeit des Auftretens von Verzerrungen der Position eines Objekts verringern, welche durch eine Veränderung der Kurve der variablen Verstärkung verursacht werden.
Nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist es möglich, bestehende Beschränkungen, wie die durch ein Objekt mit einem starken reflektierten Signal (beispielsweise eine entfernte Wand) verursachte Interferenz, und durch Abgas verursachte Einflüsse zu mindern und die Unempfindlichkeit gegenüber der Umwelt zu erhöhen.
Eine Anzahl von exemplarischen Ausführungsbeispielen wurde im Vorangehenden beschrieben. Dennoch ist es ersichtlich, dass verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden können. Beispielsweise können geeignete Ergebnisse erreicht werden, wenn die beschriebenen Vorgänge in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden und/oder wenn Bauteile in einem beschriebenen System, einer Architektur, einer Vorrichtung oder einer Schaltung auf andere Weise kombiniert werden und/oder durch andere Komponenten oder deren Äquivalente ersetzt oder ergänzt werden. Somit fallen andere Implementierungen in den Rahmen der nachfolgenden Ansprüche.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2004-0096558 [0001]

Claims

Objekterkennungsvorrichtung, welche aufweist: einen Verstärker, der zum Verstärken eines reflektierten Ultraschallwellensignals mit variabler Verstärkung ausgebildet ist; einen Verstärkungsregler, der dazu ausgebildet ist, die variable Verstärkung derart einzustellen, dass das innerhalb mindestens eines Zeitbereichs empfangene reflektierte Ultraschallwellensignal mit einer im Vergleich zu anderen Zeitbereichen hohen Verstärkung verstärkt wird; einen Komparator, der zum Vergleichen eines Signals auf einer Hüllkurve, das dem von dem Verstärker verstärkten Signal entspricht, mit einem vorbestimmten Schwellenwert und zum Ausgeben des Signals auf der Hüllkurve ausgebildet ist, wenn das Signal den Schwellenwert übersteigt; eine Recheneinrichtung zum Berechnen eines Absolutwerts eines Differentialwerts erster Ordnung des Signals auf der Hüllkurve und einer Zeit, zu der ein Maximum des Absolutwerts des Differentialwerts erster Ordnung berechnet wird; und einen Detektor, welcher zum Erkennen eines Objekts unter Verwendung einer dritten Zeit ausgebildet ist, wobei die dritte Zeit eine Zeit ist, zu der das Maximum berechnet wird, und die vor einer zweiten Zeit gelegen ist, wobei die zweite Zeit eine Zeit ist, zu welcher das den Schwellenwert übersteigende Signal ausgegeben wird.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der mindestens eine Zeitbereich einen Zeitbereich umfasst, in welcher reflektierte Wellen vorliegen, die von einem zu erfassenden Zielobjekt reflektiert werden.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Recheneinrichtung aufweist: einen ersten Summierer, der zum sequentiellen Empfangen von Signalen auf der Hüllkurve und zum Ausgeben eines aktuellen Differentialsignals ausgebildet ist, wobei das aktuelle Differentialsignal ein Ergebnis ist, das durch Differenzbildung zwischen einem aktuellen Eingangssignal und einem vorhergehenden Eingangssignal erhalten wird; einen ersten Speicher zum Speichern des vorhergehenden Eingangssignals; einen zweiten Speicher zum Speichern eines vorhergehenden Differentialsignals, wobei das vorhergehende Differentialsignal das Ergebnis der Differenzbildung zwischen dem vorhergehenden Eingangssignal und einem dem vorhergehenden Eingangssignal vorausgehenden Eingangssignal ist; einen ersten Komparator, der dazu ausgebildet ist, das aktuelle Differentialsignal auszugeben, wenn das aktuelle Differentialsignal größer als das vorhergehende Differentialsignal ist; einen dritten Speicher zum Speichern des größeren der beiden Signale, nämlich des vorhergehenden Differentialsignals und des aktuellen Differentialsignals; und einen vierten Speicher zum Speichern der dritten Zeit, wobei die dritte Zeit die Zeit ist, zu dem das größere Signal gespeichert wird, und zum Ausgeben der dritten Zeit, wenn der Komparator das den Schwellenwert übersteigende Signal ausgibt.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 3, ferner mit einem zweiten Komparator, der dazu ausgebildet ist, die in dem dritten Speicher gespeicherte dritte Zeit zurückzusetzen, wenn das aktuelle Differentialsignal zuzüglich eines vorbestimmten Offsets größer als das vorhergehende Differentialsignal ist.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Verstärkungsregler als die variable Verstärkung einen Wert auf einer Verstärkungskurve verwendet, welche durch lineare Interpolation eines Steigungswerts der Verstärkung für jeden vorbestimmten Abschnitt gebildet wird.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der Verstärkungsregler die Länge eines vorbestimmten Abschnitts als Zweierpotenz einstellt.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher der Verstärkungsregler die variable Verstärkung unter Verwendung der folgenden Gleichung einstellen kann:
wobei die statische Verstärkung eine Verstärkung eines reflektierten Wellensignals in den anderen Zeitbereichen bezeichnet, t die aktuelle Zeit angibt, t_k eine Zeit angibt, die einem vorhergehenden Abschnitt der aktuellen Zeit in dem vorbestimmten Abschnitt entspricht, t_k+1 eine Zeit angibt, welche einem nächsten Abschnitt in dem vorbestimmten Abschnitt entspricht, α(t_k) einen Steigungswert der Verstärkung zur Zeit t_k angibt, und α(t_k+1) einen Steigungswert der Verstärkung zur Zeit t_k+1 angibt.
Objekterkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Verstärkungsregler aufweist: einen Zähler, der dazu ausgebildet ist, die aktuelle Zeit zu messen und zurückgesetzt zu werden, wenn die gemessene aktuelle Zeit einer Abschnittslänge einer vorbestimmten Verstärkung entspricht; einen Komparator, der dazu ausgebildet ist, ein Signal auszugeben und den Zähler zurückzusetzen, wenn die aktuelle Zeit die Abschnittslänge übersteigt; eine Zustandsmaschine, die dazu ausgebildet ist, den Zustand zu wechseln, wenn sie den Ausgang des Komparators erkennt; mehrere Multiplexer, die jeweils dazu ausgebildet sind, entsprechend dem Ausgang der Zustandsmaschine eine vorbestimmte Verstärkung auszugeben, einschließlich einer Verstärkung für einen vorhergehenden Abschnitt der aktuellen Zeit und einer Verstärkung für einen nächsten Abschnitt der aktuellen Zeit; einen ersten Summierer, welcher dazu ausgebildet ist, eine Subtraktion der Verstärkungen der mehreren Multiplexer durchzuführen; ein Schiebregister, das dazu ausgebildet ist, eine Schiebeoperation an einem Ausgang des Summierers durchzuführen; einen Multiplizierer, der dazu ausgebildet ist, die aktuelle Zeit mit dem Ausgang des Schieberegisters zu multiplizieren; einen zweiten Summierer, der dazu ausgebildet ist, die Verstärkung für den vorhergehenden Abschnitt und einen Ausgang des Multiplexers zu addieren; einen dritten Summierer, der dazu ausgebildet ist, einen Ausgang des zweiten Summierers und eine zuvor berechnete variable Verstärkung zu addieren, um die zu der aktuellen Zeit zu verwendende variable Verstärkung zu berechnen; und einen Speicher, der dazu ausgebildet ist, die zur aktuellen Zeit zu verwendende variable Verstärkung derart zu speichern, dass die variable Verstärkung für nachfolgende Operationen des dritten Summierers verwendet wird.
Verfahren zur Objekterkennung mit den folgenden Schritten auf: Verstärken eines reflektierten Ultraschallwellensignals mit einer variablen Verstärkung, wobei das reflektierte Ultraschallwellensignal in mindestens einem Zeitbereich, in welchem reflektierte Wellen von einem zu erfassenden Objekt vorhanden sind, mit einer im Vergleich zu anderen Zeitbereichen starken Verstärkung verstärkt wird; Vergleichen eines Signals auf einer Hüllkurve, das dem verstärkten reflektierten Wellensignal entspricht, mit einem vorbestimmten Schwellenwert; Ausgeben des Signals auf der Hüllkurve, wenn das Signal den Schwellenwert übersteigt; Berechnen eines Maximums eines Absolutwerts eines Differentialwertes erster Ordnung des Signals auf der Hüllkurve; und Erkennen eines Objekts unter Verwendung einer dritten Zeit, wobei die dritte Zeit eine Zeit ist, zu der das den Schwellenwert übersteigende Signal ausgegeben wird, und vor einer zweiten Zeit gelegen ist, wobei die zweite Zeit eine Zeit ist, zu welcher das den Schwellenwert übersteigende Signal ausgegeben wird.
Objekterkennungsverfahren nach Anspruch 9, bei welchem das Verstärken die Verwendung eines Werts auf einer Verstärkungskurve als variable Verstärkung aufweist, wobei die Kurve durch lineare Interpolation eines Steigungswerts der Verstärkung für jeden vorbestimmten Abschnitt gebildet wird.
Objekterkennungsverfahren nach Anspruch 10, bei welchem die variable Verstärkung unter Verwendung der folgenden Gleichung eingestellt wird:
wobei die statische Verstärkung eine Verstärkung eines reflektierten Wellensignals in den anderen Zeitbereiche n bezeichnet, t die aktuelle Zeit angibt, t_k eine Zeit angibt, die einem vorhergehenden Abschnitt der aktuellen Zeit in dem vorbestimmten Abschnitt entspricht, t_k+1 eine Zeit angibt, welche einem nächsten Abschnitt in dem vorbestimmten Abschnitt entspricht, α(t_k) einen Steigungswert der Verstärkung zur Zeit t_k angibt, und α(t_k+1) einen Steigungswert der Verstärkung zur Zeit t_k+1 angibt.
Objekterkennungsverfahren nach Anspruch 9, bei welchem das Berechnen aufweist: das sequentielle Empfangen von Signalen auf der Hüllkurve und das Ausgeben eines aktuellen Differentialsignals, wobei das aktuelle Differentialsignal ein Ergebnis ist, das durch Differenzbildung zwischen einem aktuellen Eingangssignal und einem vorhergehenden Eingangssignal erhalten wird; das Speichern des vorhergehenden Eingangssignals in einem ersten Speicher; das Speichern eines vorhergehenden Differentialsignals in einem zweiten Speicher, wobei das vorhergehende Differentialsignal das Ergebnis der Differenzbildung zwischen dem vorhergehenden Eingangssignal und einem dem vorhergehenden Eingangssignal vorausgehenden Eingangssignal ist; das Ausgeben des aktuellen Differentialsignals, wenn das aktuelle Differentialsignal größer als das vorhergehende Differentialsignal ist; das Speichern des größeren der beiden Signale, nämlich des vorhergehenden Differentialsignals und des aktuellen Differentialsignals, in einem dritten Speicher; das Speichern der dritten Zeit in einem vierten Speicher, wobei die dritte Zeit die Zeit ist, zu dem das größere Signal gespeichert wird, und das Ausgeben der dritten Zeit, wenn das den Schwellenwert übersteigende Signal ausgegeben wird.
Objekterkennungsverfahren nach Anspruch 12, ferner mit den folgenden Schritten: das Addieren des aktuellen Differentialsignals zu einem vorbestimmten Offset; und wenn das aktuelle Differentialsignal mit dem hinzu addierten vorbestimmten Offset größer als das vorhergehende Differentialsignal ist, das Zurücksetzen der in dem dritten Speicher gespeicherten dritten Zeit.