DE102021105417A1

DE102021105417A1 - Erkennung von objektbewegung auf basis der analyse von ultraschallsensordaten

Info

Publication number: DE102021105417A1
Application number: DE102021105417.6A
Authority: DE
Inventors: Alexey Abdulov
Original assignee: Tymphany Acoustic Technology Co Ltd
Current assignee: Tymphany Acoustic Technology Co Ltd
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2022-09-08

Abstract

Verfahren und Vorrichtungen zum Erfassen der Bewegung eines Objekts umfassen: Empfangen einer Mehrzahl von Ausgangssignalwerten von einem Schallwellenempfänger, wobei jeder der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ für einen Abstand zwischen dem Objekt und dem Schallwellenempfänger ist; Bestimmen, basierend auf der empfangenen Mehrzahl von Ausgangssignalwerten, eines Differenzwertes, der repräsentativ für eine Differenz zwischen einem ersten Ausgangssignalwert und einem zweiten Ausgangssignalwert unter der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten ist; Bestimmen, ob der Differenzwert für eine Bewegung des Objekts repräsentativ ist, basierend darauf, ob der Differenzwert eine Größe zwischen einem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und einem vorbestimmten maximalen Schwellenwert hat; und Ausgeben eines Bewegungserfassungssignals, wenn bestimmt wird, dass der Differenzwert einen Betrag zwischen dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert aufweist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Beschreibung betrifft allgemein Ultraschallsensoren und insbesondere Verfahren und Vorrichtungen zur Erfassung der Bewegung von Objekten auf der Grundlage der Ultraschallsensordatenanalyse.
HINTERGRUND
Näherungssensoren werden verwendet, um Objekte und Objektbewegungen in der Nähe der Sensoren zu erkennen. Ultraschallsensoren können Objekte und Objektbewegungen erkennen, indem sie Ultraschallwellen von einer Ultraschallwellenquelle aussenden und Echos der Ultraschallwellen erfassen, die von umgebenden Objekten reflektiert werden. Wenn der Ultraschallsensor Echos der Ultraschallwellen empfängt, kann er feststellen, dass sich ein oder mehrere Objekte in der Nähe des Ultraschallsensors befinden. Basierend auf den Empfangszeiten und Mustern der Echos kann der Ultraschallsensor individuelle Objekte in der Nähe des Sensors sowie Bewegungsmerkmale der Objekte identifizieren.
ZUSAMMENFASSUNG
In einem Aspekt wird ein computerimplementiertes Verfahren zur Erfassung der Bewegung eines Objekts bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet: Empfangen einer Mehrzahl von Ausgangssignalwerten von einem Schallwellenempfänger, wobei jeder der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ für einen Abstand zwischen dem Objekt und dem Schallwellenempfänger ist; Bestimmen, basierend auf der empfangenen Mehrzahl von Ausgangssignalwerten, eines Differenzwertes, der repräsentativ für eine Differenz zwischen einem ersten Ausgangssignalwert und einem zweiten Ausgangssignalwert unter der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten ist; Bestimmen, ob der Differenzwert repräsentativ für eine Bewegung des Objekts oder eine Nichtbewegung des Objekts ist, basierend darauf, ob der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich einem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich einem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist oder nicht; und Ausgeben eines Bewegungserkennungssignals, wenn bestimmt wird, dass der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist. Weitere optionale Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
In einem anderen Aspekt wird eine Vorrichtung zur Erfassung der Bewegung eines Objekts bereitgestellt. Die Vorrichtung beinhaltet einen Schallwellenempfänger, einen Prozessor und einen Speicher, der mit dem Prozessor gekoppelt ist. Der Speicher ist konfiguriert, um Anweisungen zu speichern, die, wenn sie von dem Prozessor ausgeführt werden, mit dem Prozessor in Betrieb genommen werden, um: eine Mehrzahl von Ausgangssignalwerten vom Schallwellenempfänger zu empfangen, wobei jeder der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ ist für einen Abstand zwischen dem Objekt und dem Schallwellenempfänger; auf Basis der empfangenen Mehrzahl von Ausgangssignalwerten einen Differenzwert zu bestimmen, der für eine Differenz zwischen einem ersten Ausgangssignalwert und einem zweiten Ausgangssignalwert unter der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ ist; zu bestimmen, ob der Differenzwert repräsentativ für eine Bewegung des Objekts oder eine Nichtbewegung des Objekts ist, basierend darauf, ob der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich einem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich einem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist oder nicht; und ein Bewegungserkennungssignal auszugeben, wenn festgestellt wird, dass der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist. Weitere optionale Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
In einem weiteren Aspekt wird ein nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium bereitgestellt. Das nichtflüchtige, computerlesbare Speichermedium beinhaltet Anweisungen zum Erfassen von Bewegung eines Objekts, wobei die Anweisungen, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, mit dem Prozessor in Betrieb genommen werden, um: eine Mehrzahl von Ausgangssignalwerten vom Schallwellenempfänger zu empfangen, wobei jeder der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ ist für einen Abstand zwischen dem Objekt und dem Schallwellenempfänger; auf Basis der empfangenen Mehrzahl von Ausgangssignalwerten einen Differenzwert zu bestimmen, der für eine Differenz zwischen einem ersten Ausgangssignalwert und einem zweiten Ausgangssignalwert unter der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ ist; zu bestimmen, ob der Differenzwert repräsentativ für eine Bewegung des Objekts oder eine Nichtbewegung des Objekts ist, basierend darauf, ob der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich einem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich einem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist oder nicht; und ein Bewegungserkennungssignal auszugeben, wenn festgestellt wird, dass der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist. Weitere optionale Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt.
Figurenliste
Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Beschreibung aufgenommen sind und Bestandteil davon sind, veranschaulichen nicht beschränkende Ausführungsformen der Erfindung. In der folgenden Beschreibung, die sich auf die Zeichnungen bezieht, stehen gleiche Zahlen in verschiedenen Zeichnungen für gleiche oder ähnliche Elemente, sofern nicht anders dargestellt.

1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Szenarios, das die Aussendung und den Empfang eines akustischen Signals durch einen Schallwellenempfänger beinhaltet.
2 ist eine weitere schematische Darstellung eines beispielhaften Szenarios, das die Aussendung und den Empfang eines akustischen Signals durch einen Schallwellenempfänger beinhaltet.
3 ist eine weitere schematische Darstellung eines beispielhaften Szenarios, das die Aussendung und den Empfang eines akustischen Signals durch einen Schallwellenempfänger beinhaltet.
4 ist eine grafische Darstellung einer beispielhaften Beziehung zwischen Signalamplitude und Objektabstand.
5 ist eine Blockdiagramm-Darstellung einer beispielhaften Vorrichtung zur Erkennung von Objektbewegungen gemäß den gegenwärtig offenbarten Ausführungsformen.
6 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Erkennung von Objektbewegungen gemäß den gegenwärtig offenbarten Ausführungsformen.
7 ist eine grafische Darstellung einer zeitabhängigen Verteilung von Ausgangssignalwerten, die Abstände von einem Objekt anzeigen, gemäß den gegenwärtig offenbarten Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Erkennung von Bewegungen von Objekten kann in einem breiten Spektrum von Szenarien eingesetzt werden. Zum Beispiel können Bewegungserkennungssysteme bei Fahrzeugen verwendet werden, um bewegte Objekte in Blindzonen in der Nähe eines Fahrzeugs zu erkennen, wie z.B. als ein Rückfahrsensorsystem. Als weiteres Beispiel können Bewegungserkennungssysteme in einer Stereoanlage eingesetzt werden, um sich bewegende Personen in der Nähe der Lautsprecher oder Mikrofone der Anlage zu erkennen. Die Stereoanlage kann auf Grundlage der erkannten sich bewegenden Personen die Volumenbelastung ausgleichen, Mikrofonechos unterdrücken, die Stereoanlage aktivieren, die Lautstärke der Stereoanlage erhöhen oder verringern, ein oder mehrere Bedienelemente (z.B. eine Taste, einen Touchscreen, eine LED-Anzeige oder dergleichen) beleuchten, eine oder mehrere eingebaute Leuchten aktivieren, ein Bedienfeld beleuchten oder dergleichen.
In einer Vorrichtung zur Erkennung von Objektbewegungen können eine oder mehrere Ultraschallquellen und -sensoren so konfiguriert sein, dass sie Ultraschallwellen aussenden und erfassen. Die Quellen und Sensoren können so konfiguriert sein, dass sie in eine oder mehrere Richtungen gerichtet sind, um einen oder mehrere entsprechende Raumwinkel abzudecken, in denen die Bewegung von Objekten erkannt werden kann. Ein typischer Ansatz („single-threshold approach“) zur Erkennung einer Bewegung eines Objekts in der Nähe kann einen Satz von Abständen des Objekts über einen Zeitraum ermitteln und dann auf der Grundlage einer Änderung des Satzes von Abständen bestimmen, ob sich das Objekt bewegt. Zum Beispiel kann ein Ultraschallsensor (z.B. Texas Instruments PGA460), der im Einzelschwellenwert-Ansatz verwendet wird, Abstandsdaten erzeugen, die die Abstände zu einem erkannten Objekt in der Nähe über einen Zeitraum anzeigen. Änderungen der Abstandsdaten können mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden. Wenn die Änderungen den Schwellenwert überschreiten, kann festgestellt werden, dass sich das Objekt in dem Zeitraum bewegt. Andernfalls kann das Objekt als bewegungslos bestimmt werden.
Der Einzelschwellenwert-Ansatz kann aber bei der Erkennung von Bewegung von Objekten Probleme haben. Wenn das Objekt z.B. eine kleine Längskomponente der Bewegung aufweist oder wenn sich verschiedene Objekte relativ zum Ultraschallsensor im Wesentlichen auf einer Kreisbahn bewegen, kann der Einzelschwellenwert-Ansatz bei der Erkennung solcher Bewegungen versagen, weil sich der Abstand zwischen dem Objekt und dem Ultraschallsensor entlang der Längsrichtung nur wenig oder gar nicht ändern kann. Wenn in einem anderen Beispiel das Objekt unregelmäßige Formen oder Oberflächen aufweist, kann eine kleine Änderung (z.B. eine Drehung) der Position des Objekts eine große Änderung der reflektierten Antwort relativ zu diesem Objekt verursachen, was zu falschen Bewegungserkennungen führen kann. Wenn in einem anderen Beispiel das Objekt eine Oberfläche aufweist, die nicht senkrecht zur Reflexionsrichtung der Ultraschallwelle steht, wie z.B. eine gekrümmte oder schräge Oberfläche, können die reflektierten Ultraschallwellen, die am Sensor empfangen werden, eine flache Signaleinhüllende darstellen, die, wenn überhaupt, wenige Wellenformmerkmale aufweisen, wie Spitzen, die mit relativ starken Reflexionen verbunden sind, die für bestimmte Laufzeiten/Abstände empfangen werden. In solchen Beispielen, neben vielen anderen, können Schwierigkeiten bei der Erkennung der Objekte, der Erkennung der Bewegung der Objekte und/oder der Bestimmung der Anzahl der erfassten Objekte bestehen. In vielen Fällen können auf Einzelabstandsschwellenwerte basierende Systeme darin versagen, diese Herausforderungen zu bewältigen.
Die offenbarten Ausführungsformen stellen Verfahren und Vorrichtungen zur Erkennung von Objektbewegung bereit, indem sie beobachtbare Schwankungen des Ausgangs eines Ultraschallsensors oder von Werten, die auf der Grundlage des Ausgangs erzeugt werden, nutzen. Bei diesem Ansatz kann ein Prozessor einen Satz von Daten von einem Ultraschallsensor empfangen oder einen Satz von Daten auf der Grundlage der vom Prozessor empfangenen Ausgabe des Ultraschallsensors erzeugen oder zusammenfassen. Der Datensatz kann Werte enthalten, die auf Abstände vom Ultraschallsensor zu Objekten, die in der Umgebung des Sensors erkannt werden, hinweisen. Zum Beispiel kann der Datensatz Werte enthalten, die Abstände zwischen dem Sensor und einem oder mehreren Objekten, die in der Umgebung des Sensors erfasst werden, zu einem bestimmten Zeitpunkt repräsentieren. In einigen Fällen kann der Datensatz Werte enthalten, die für Abstände zwischen dem Sensor und einem bestimmten Objekt, das in der Umgebung des Sensors erfasst wurde, zu verschiedenen Zeiten repräsentativ sind. Beispielsweise können die im Datensatz enthaltenen Werte anzeigen, wie sich ein Abstand zwischen dem Sensor und einem in der Umgebung des Sensors erfassten Objekt im Laufe der Zeit ändert.
So kann ein Prozessor in einigen Fällen einen Satz von Werten von einem Ultraschallsensor empfangen, wobei die Werte die Abstände zwischen dem Ultraschallsensor und den erkannten Objekten in der Umgebung des Sensors anzeigen. In anderen Fällen kann der Prozessor Abstandsmessungen von einem Sensor empfangen und die Wertesätze zusammenstellen. Für ein einzelnes Ultraschall-Burst-Ereignis (z.B. wenn Ultraschallwellen in eine Umgebung oder einen Teil der Umgebung des Sensors ausgesendet werden) kann der Sensor so konfiguriert sein, dass er einen oder mehrere Abstandswerte ausgibt, die jedem von einem oder mehreren Objekten in der Umgebung des Sensors entsprechen, die auf der Grundlage von empfangenen Reflexionssignalen erfasst wurden. Basierend auf ausgesendeten Ultraschallsignalen und dem Empfang von Reflexionen der ausgesendeten Ultraschallsignale von Objekten in der Umgebung durch den Sensor kann der Sensor z.B. eine Laufzeit bestimmen, die mit jeder empfangenen Signalreflexion assoziiert ist. Diese Laufzeiten können dann mit Abstandswerten zwischen dem Sensor und den erfassten Objekten korreliert werden. In einem Beispiel kann der Sensor nach der Aussendung eines Ultraschallsignals feststellen, dass sich die Objekte A, B und C in der Umgebung des Sensors in einem Abstand von 1 m, 2 m bzw. 3 m vom Sensor befinden.
Anschließende Sendeereignisse und die Analyse der nachfolgend empfangenen Reflexionen können es dem Sensor und/oder dem Prozessor ermöglichen, zu bestimmen, wie sich Abstandsmessungen relativ zu einem oder mehreren der Objekte in der Umgebung im Laufe der Zeit ändern. Fortfahrend mit dem vorstehenden Beispiel kann der Sensor während eines nachfolgenden Ultraschall-Sende- und Reflexions-Analyseereignisses anzeigen, dass die Objekte A, B und C erneut erfasst werden. Diesmal kann der Sensor aber anzeigen, dass sich die Objekte A, B und C als in Abständen von 1,5 m, 2 m bzw. 2,5 m vom Sensor befindlich erfasst werden. Die vom Sensor ausgegebenen (und den erkannten Objekten zugeordneten) Abstandswerte können über die Zeit verfolgt werden, z.B. durch den Prozessor, um die Bewegungsmerkmale der erkannten Objekte zu bestimmen. Die Überwachung, wie sich diese Abstandswerte mit der Zeit ändern, wie nachstehend näher erläutert, kann es den hier offenbarten Systemen ermöglichen, die tatsächliche Bewegung von Objekten genauer zu erkennen und die Anzahl falscher Bewegungserkennungen zu reduzieren.
Die Abstandsinformationen, die in den gesammelten oder zusammengestellten Datensätzen enthalten sind, können zur Erkennung von Bewegung, die mit einem oder mehreren Objekten in der Umgebung des Sensors assoziiert ist, verwendet werden. Beispielsweise kann der Prozessor durch den Vergleich der Fluktuationen der erfassten Abstände mit einem vorgegebenen Bereich (z.B. innerhalb oberer und unterer Schwellengrenzwerte) feststellen, ob sich die erfassten Objekte bewegen. Dieser Ansatz kann die Empfindlichkeit der Erkennung von Objektbewegungen in alle Richtungen, einschließlich der azimutalen Richtung, erhöhen, die Fehlerkennungsrate und die Fehlablehnungsrate niederhalten und Objekte unterscheiden, die sich im Wesentlichen kreisförmig in Bezug auf den Ultraschallsensor bewegen.
1 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Szenarios, das die Aussendung und den Empfang eines akustischen Signals durch einen Schallwellenempfänger beinhaltet. 1 beinhaltet den Schallwellenempfänger 102 und Objekte 104-108 in einer umliegenden Umgebung des Schallwellenempfängers 102. In einigen Ausführungsformen kann der Schallwellenempfänger 102 ein Ultraschallsensor oder -wandler sein. Eine Schallquelle (z.B. eine Ultraschallquelle) kann Schallwellen (z.B. Ultraschallwellen) in die Umgebung aussenden, z.B. in einem vollen Winkelbereich. Die Schallwellen können von Objekten 104-108 zurück zum Schallwellenempfänger 102 reflektiert werden. In einigen Ausführungsformen kann die Schallquelle mit dem Schallwellenempfänger 102 als ein Einzelgerät integriert sein. In diesen Fällen zeigen die Pfeile in 1 die Richtungen der ausgesendeten und reflektierten Schallwellen an. Der Schallwellenempfänger 102 kann Daten (z.B. analoge Daten oder digitale Daten) erzeugen, die die Entfernungen zu den erfassten Objekten, wie z.B. den Objekten 104-108, angeben. In einigen Ausführungsformen können die Daten an einen Prozessor (in 1 nicht dargestellt) zur weiteren Analyse übermittelt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor mit dem Schallwellenempfänger 102 als ein Einzelgerät integriert sein. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor nicht in den Schallwellenempfänger 102 integriert sein.
2 ist eine weitere schematische Darstellung eines beispielhaften Szenarios, das die Aussendung und den Empfang eines akustischen Signals durch einen Schallwellenempfänger beinhaltet. 2 veranschaulicht bestimmte Herausforderungen eines Einzelschwellenwert-Abstands-Ansatzes bei der genauen Erfassung der Bewegung von Objekten, wenn das Objekt z.B. eine kleine Längskomponente der Bewegung aufweist. Bezugnehmend auf 2 bewegt sich das Objekt 104 horizontal von links nach rechts über eine Distanz D. Eine Ultraschallquelle ist in den Schallwellenempfänger 102 integriert. Der Schallwellenempfänger 102 kann Ultraschallwellen aussenden und vom Objekt 104 reflektierte Ultraschallwellen während zweier unterschiedlicher Burst-Ereignisse empfangen, was zu detektierten Abständen D1 und D2 führt, die dem Objekt 104 zugeordnet sind. In Bezug auf den Schallwellenempfänger 102 kann die Bewegung des Objekts 104 in zwei Elemente zerlegt werden, eine azimutale Komponente A und eine longitudinale Komponente L, wobei L = D2 - D1. Bei einem Einzelschwellenwert-Ansatz ist die detektierbare Bewegung des Objekts 104 in Bezug auf den Schallwellenempfänger 102 die L-Komponente. Wenn sich das Objekt 104 zum Beispiel entlang des Bogens A in 2 bewegt, kann der Schallwellenempfänger 102 nicht in der Lage sein, eine solche Bewegung zu erkennen, und das Objekt 104 möglicherweise als bewegungslos erfassen. Die Erkennung einer Bewegung kann erfolgen, wenn der Längsabstand L größer als ein Bewegungsschwellenwert ist. Wenn L aber klein ist, kann es für den Schallwellenempfänger 102 eine Herausforderung sein, die Bewegung des Objekts 104 mit einem einzelnen Schwellenwert für die Abstandserkennung zu erkennen.
3 ist eine weitere schematische Darstellung eines beispielhaften Szenarios, das die Aussendung und den Empfang von akustischen Signalen durch einen Schallwellenempfänger beinhaltet. 3 veranschaulicht weitere potenzielle Herausforderungen des Einzelschwellenwert-Ansatzes bei der Erkennung der Bewegung von Objekten, wenn das Objekt nicht ideale (z.B. nicht senkrechte) Formen oder Oberflächen aufweist.
Ein ideales Objekt zur Reflexion von Schallwellen kann eine reflektierende Oberfläche haben (z.B. eine harte Oberfläche), und die Oberfläche kann senkrecht zu einer Linie sein, die die Oberfläche und den Ultraschallsensor verbindet. In 3 kann z.B. das Objekt 302 ein ideales Objekt für die Erfassung darstellen, da es eine Oberfläche hat, die senkrecht zu einer Linie ist, die es und den Schallwellenempfänger 102 verbindet. Ein Objekt mit nicht idealen Formen oder Oberflächen kann eine für Schallwellen semireflektierende Oberfläche haben (z.B. eine unscharfe oder flauschige Oberfläche, wie z.B. Kleidung), bei der die Reflexion oder die Echos der Ultraschallwellen zu schwach sein können, um erfasst zu werden. Ein Objekt (z.B. Objekte mit gekrümmten Oberflächen, wie z.B. ein menschliches Bein) mit nicht idealen Formen oder Oberflächen kann auch erhebliche Anteile der Oberflächen des Objekts aufweisen, die nicht perfekt senkrecht zu einem Ultraschallsensor stehen, in denen die Reflexionen der Ultraschallwellen von der Einfallsrichtung der Ultraschallwellen abweichen können, was zu fehlerhaften Abstandserfassungen führt.
Zum Beispiel kann in 3 das Objekt 304 ein nicht ideales Objekt sein, weil seine reflektierende Oberfläche nicht senkrecht zu einer Linie ist, die es und den Schallwellenempfänger 102 verbindet. Reflexionen von Schallwellen können an verschiedenen Stellen oder in einem Bereich von Stellen des Objekts 304 auftreten, was zu einem Bereich von erfassten Entfernungen führt, die dem Objekt 304 zugeordnet sind. Das heißt, obwohl das Objekt 304 ein einzelnes Objekt ist, können die Ultraschallsignale von einem Bereich von Abständen entlang der Länge des Objekts 304 reflektiert werden. 3 zeigt einen Bereich [a, b] mit mehreren möglichen Orten von Schallwellenreflexionen mit unterschiedlichen Reflexionswinkeln relativ zum Schallwellenempfänger 102 (z.B. Winkel von 27°, 33° bzw. 41°). In diesem Beispiel kann schon eine geringfügige Änderung der Winkel eine signifikante Änderung der empfangenen Reflexionssignalstärken bewirken, was als Längsbewegung des Objekts interpretiert werden kann, selbst wenn keine Längsbewegung stattgefunden hat.
4 ist eine grafische Darstellung einer beispielhaften Beziehung zwischen Signalamplitude und Objektabstand für das Beispiel von 3. 4 zeigt eine Signalamplitudenkurve 402 eines akustischen Signals, das von der Oberfläche des Objekts 304 reflektiert und vom Schallwellenempfänger 102 empfangen wird. Bezugnehmend auf 4 stellt die vertikale Achse die Signalamplitude dar und die horizontale Achse stellt Abstände dar, die auf Grundlage der Signalamplitude und der Laufzeitinformation bestimmt wurden. Bemerkenswert ist, dass das Objekt 304 nicht mit einem einzelnen Abstand assoziiert ist (was durch einen relativ schmalen Peak bei einem bestimmten, dem Objekt 304 zugeordneten Abstand angezeigt würde). Stattdessen ergibt, wie in 4 gezeigt, das Objekt 304 in der in 3 gezeigten Orientierung einen breiten Bereich von Abständen von Abstand a bis Abstand b, die alle dem Objekt 304 zugeordnet sind und alle einen detektierten Signalstärkenschwellenwert T überschreiten. Im Ergebnis können selbst geringe Änderungen in der Orientierung von Objekt 304 relativ zum Sensor signifikante Änderungen in den Abstandbestimmungen relativ zum Objekt 304 auslösen.
Wieder Bezug nehmend auf 3, veranschaulicht 3 auch die Herausforderungen eines Einzelschwellenwert-Ansatzes bei der Erkennung der Bewegung von Objekten, wenn sich verschiedene Objekte relativ zum Ultraschallsensor im Wesentlichen auf einer Kreisbahn bewegen. In 3 können sich z.B. die Objekte 306 und 308 auf einer kreisförmigen Bahn (die Bewegung weist z.B. keine Längskomponente auf) um den Schallwellenempfänger 102 bewegen. Die Abstände vom Schallwellenempfänger 102 zu den Objekten 306 und 308 sind gleich, D. Wie in den Beschreibungen zu 2 erläutert, kann der Einzelschwellenwert-Ansatz möglicherweise nicht zwischen den Objekten 306 und 308 differenzieren. Mit anderen Worten, aufgrund des gleichen Abstands kann der Schallwellenempfänger 102 nicht in der Lage sein, zwischen den Objekten 306 und 308 zu unterscheiden, und sie als ein einziges Objekt erfassen. Wenn in einem solchen Beispiel eines der Objekte 306 oder 308 von seiner Kreisbewegung abweicht und eine sich ändernde Längskomponente der Bewegung relativ zum Sensor zeigt, kann der Schallwellenempfänger 102 zwar zwischen den Objekten 306 und 308 unterscheiden, aber die plötzliche Unterscheidung kann so aussehen, als ob ein neues Objekt plötzlich in der Umgebung des Sensors aufgetaucht ist.
In jedem dieser Beispiele kann ein Einzelschwellenwert-Ansatz zu hohen Fehlablehnungsraten und/oder hohen Fehlerkennungsraten führen. Eine falsche Ablehnung tritt auf, wenn eine tatsächliche Bewegung nicht erkannt wird, und eine falsche Erkennung tritt auf, wenn eine Nichtbewegung irrtümlich für eine Bewegung gehalten wird. Eine Möglichkeit, mit solchen Fehlerkennungen umzugehen, ist die Anhebung eines Erkennungsschwellenwerts. Eine solche Anhebung bei einem einzelnen Schwellenwert kann aber das System unempfindlich machen und zu einem unbeabsichtigten Anstieg der falschen Ablehnungen führen. Durch die Anpassung eines einzelnen Schwellenwerts allein ist es schwierig, sowohl die falsche Ablehnung als auch die falsche Erkennung zu unterdrücken.
Es sollte beachtet werden, dass, obwohl in dieser Beschreibung durchgängig „Ultraschall“ verwendet wird, Ausführungsformen dieser Beschreibung nicht auf Ultraschallwellen und/oder Ultraschalldaten beschränkt sind, und die hierin offenbarten Verfahren und Vorrichtungen auch mit Objektbewegungserkennung unter Verwendung von Nicht-Ultraschallwellen, wie z.B. hörbaren Schallwellen, Infraschallwellen oder Lichtwellen (z.B. Infrarot-Lichtwellen usw.), durchgeführt oder implementiert werden können. Zur Vereinfachung der Erläuterung, ohne Unklarheiten zu verursachen, werden in der folgenden Beschreibung Ultraschallwellen als Beispiele verwendet, aber es sollte beachtet werden, dass anstelle der Ultraschallwellen irgendwelche geeigneten Signalwellen als Medium für die Objektbewegungserkennung verwendet werden können.
5 ist ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Vorrichtung 500 zur Erkennung von Objektbewegungen gemäß den gegenwärtig offenbarten Ausführungsformen. Bezugnehmend auf 5 kann die Vorrichtung 500 eine Kommunikationsschnittstelle 505, einen Prozessor 504 und einen Speicher 506 aufweisen. Die Kommunikationsschnittstelle 505, der Prozessor 504 und der Speicher 506 können innerhalb der Vorrichtung 500 elektrisch (indirekt oder direkt) miteinander verbunden sein. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 500 zusätzlich den Schallwellenempfänger 102 als eine Einzelvorrichtung enthalten. In einigen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 500 unabhängig vom Schallwellenempfänger 102 sein.
Die Kommunikationsschnittstelle 505 kann konfiguriert sein, um mit dem Schallwellenempfänger 102 zu kommunizieren, um vom Schallwellenempfänger 102 erzeugte Daten zu empfangen oder um Steuerdaten an den Schallwellenempfänger 102 zu übermitteln. In einigen Ausführungsformen, wenn die Vorrichtung 500 unabhängig vom Schallwellenempfänger 102 ist, kann die Kommunikationsschnittstelle 505 mit dem Schallwellenempfänger 102 gemäß einem Kommunikationsstandard oder -protokoll gekoppelt oder verbunden sein. Der Kommunikationsstandard kann beispielsweise einen kabelgebundenen Kommunikationsstandard, einen Bluetooth®-Standard, einen Nahfeldkommunikations (NFC)-standard, ein Infrarot-Kommunikationsprotokoll oder jeden geeigneten kabelgebundenen oder drahtlosen Kommunikationsstandard umfassen. Wenn die Vorrichtung 500 einen Schallwellenempfänger 102 enthält, kann die Kommunikationsschnittstelle 505 in einigen Ausführungsformen über einen internen Bus mit dem Schallwellenempfänger 102 gekoppelt oder verbunden sein.
Der Prozessor 504 kann ein beliebiges elektronisches Gerät enthalten, das in der Lage ist, Information zu manipulieren oder zu verarbeiten. Wenn der Prozessor 504 mit hier beschriebenen Anweisungen programmiert wird (z.B. indem dem Prozessor 504 ein Zugriff auf eine oder mehrere Speichervorrichtungen (z.B. wie Speicher 506) bereitgestellt wird, die die hier beschriebenen Anweisungen enthalten), kann die Vorrichtung 500 zu einer spezialisierten Maschine für die Bewegungserkennung werden. Der Prozessor 504 kann eine integrierte Schaltung oder einen Chip zur Verarbeitung von Daten enthalten, wie z.B. Daten, die von der Kommunikationsschnittstelle 505 übermittelt werden. Beispielsweise kann der Prozessor 504 eine beliebige Kombination aus einer beliebigen Anzahl von speicherprogrammierbarer Steuerung, einem Mikrocontroller, einem Mikroprozessor, einem digitalen oder analogen Signalprozessor, einem Intellectual Property (IP)-Core, einer programmierbaren logischen Anordnung (PLA), einer Programmable Array Logic (PAL), einer Generic Array Logic (GAL), einer Complex Programmable Logic Device (CPLD), einem Field-Programmable Gate Array (FPGA), einem System-on-Chip (SoC), eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), einer zentralen Verarbeitungseinheit (oder „CPU“), einem Grafikprozessor (oder „GPU“), einem optischen Prozessor oder jeder Art von Schaltkreisen, die Daten verarbeiten können, enthalten. Der Prozessor 504 kann mit dem Speicher 506 gekoppelt sein und im Speicher 506 gespeicherte Anweisungen ausführen.
Der Speicher 506 kann ein allgemeines oder spezifisches elektronisches Gerät sein, das in der Lage ist, Codes und Daten zu speichern, auf die der Prozessor 504 zugreifen kann. Der Speicher 506 kann jede Art von flüchtigen oder nichtflüchtigen Speichergeräten oder eine Kombination davon umfassen. Beispielsweise kann der Speicher 506 eine beliebige Kombination aus einer beliebigen Anzahl von einem Random-access memory (RAM), einem statischen Random-access memory (SRAM), einem Festwertspeicher (ROM), einem Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EEPROM), einem Erasable Programmable Read-Only Memory (EPROM), einem programmierbaren Festwertspeicher (PROM), einer optischen oder magnetischen Platte, einer Festplatte, einem Solid-State-Drive, einem Flash-Laufwerk, einer Security Digital (SD)-Karte, einem Memory Stick, einer Compact Flash (CF)-Karte oder einer beliebigen Art von Speichervorrichtung sein. Wenn die Anweisungen im Speicher 506 vom Prozessor 504 ausgeführt werden, kann die Vorrichtung 500 eine Operation mit den vom Schallwellenempfänger 102 empfangenen Daten durchführen.
6 ist ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens 600 zur Erkennung von Objektbewegung gemäß den hier offenbarten Ausführungsformen. Das Verfahren 600 kann beispielsweise von der Vorrichtung 500 ausgeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 600 als Software oder Firmware implementiert werden, z.B. als Programmcodes oder Anweisungen, die in einem computerlesbaren Speichermedium (z.B. Speicher 506) gespeichert sind. Die Programmcodes oder Anweisungen können von einem Prozessor (z.B. dem Prozessor 504) gelesen und ausgeführt werden, um das Verfahren 600 zu implementieren.
Bezug nehmend auf 6 empfängt ein Prozessor (z.B. Prozessor 504) in Schritt 602 eine Mehrzahl von Ausgangssignalwerten von einem Schallwellenempfänger (z.B. Schallwellenempfänger 102). Jeder Ausgangssignalwert kann repräsentativ für einen Abstand zwischen einem Objekt und dem Schallwellenempfänger sein. Der Schallwellenempfänger kann die Ausgangssignalwerte erzeugen, die die Abstände zu einem bestimmten Zeitpunkt repräsentieren. Zum Beispiel kann der Schallwellenempfänger die empfangenen Signalreflexionen für einen bestimmten Bereich von Zeiten abfragen, zu denen Signalreflexionen erwartet werden. Unter der Annahme, dass sich Schall mit 343 m/s ausbreitet, kann ein Beispiel für einen Wertebereich für relevante Laufzeiten 0 bis 30 Millisekunden umfassen (entsprechend einem Abstandsbereich von 0 m bis etwa 10 m vom Sensor). Natürlich können andere Zeitbereiche verwendet werden, abhängig von den Anforderungen einer bestimmten Anwendung und davon, wie weit vom Sensor entfernt Objekte von Interesse zu erwarten sind. Nach einem Ultraschall-Burst kann der Sensor beispielsweise eine Zeit lang „abhören“ (z.B. 20 ms, 30 ms, 40 ms, 50 ms oder mehr) und Ultraschallsignale empfangen, die von Objekten in der Umgebung reflektiert werden. Jedes empfangene reflektierte Signal kann zu einem bestimmten Zeitpunkt während der Abhörperiode empfangen werden, und der Abstand zu dem Objekt, von dem das empfangene Signal reflektiert wurde, kann auf Basis des Zeitpunkts, zu dem der Sensor das reflektierte Signal empfangen hat, bestimmt werden. Empfangene reflektierte Signale können mit einem Anstieg der Signalamplitude zum Zeitpunkt des Empfangs verbunden sein. Unter Verwendung der detektierten empfangenen Signale und ihrer entsprechenden Empfangszeitpunkte kann der Sensor Abstandswerte ausgeben, die einem oder mehreren der empfangenen reflektierten Signale zugeordnet sind, wobei die Abstandswerte z.B. den Entfernungen zwischen dem Sensor und den in der Umgebung des Sensors detektierten Objekten entsprechen. In einigen Ausführungsformen können die empfangenen Ausgangssignalwerte als Array gespeichert werden (z.B. im Speicher 506).
In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor die Ausgangssignalwerte über eine Kommunikationsschnittstelle (z.B. die Kommunikationsschnittstelle 505) empfangen. In einigen Ausführungsformen kann der Schallwellenempfänger einen Ultraschallsensor umfassen. In einigen Ausführungsformen kann der Schallwellenempfänger einen Ultraschallwandler umfassen.
In einigen Fällen können die vom Prozessor empfangenen Ausgangssignalwerte mindestens zwei Ausgangssignalwerte umfassen, wie z.B. einen ersten Ausgangssignalwert und einen zweiten Ausgangssignalwert. Das erste Ausgangssignal kann z.B. einem ersten Abstandswert (oder Indikator für den Abstand) entsprechen, der mit einem ersten in der Sensorumgebung erfassten Objekt verbunden ist. Das zweite Ausgangssignal kann einem zweiten Abstandswert (oder Indikator für den Abstand) entsprechen, der einem zweiten in der Sensorumgebung erfassten Objekt zugeordnet ist. In solchen Fällen können das erste und das zweite Ausgangssignal aus einer gemeinsamen „Abhör“-Periode des Sensors stammen. In anderen Fällen kann der erste Ausgangssignalwert einem ersten Abstandswert (oder Abstandsindikator) zugeordnet sein, der einem ersten in der Sensorumgebung detektierten Objekt zugeordnet ist, und der zweite Ausgangssignalwert kann einem weiteren Abstandswert (z.B. demselben oder einem anderen) zugeordnet sein, der dem ersten Objekt zugeordnet ist. In solchen Fällen können der erste und der zweite Ausgangssignalwert aus unterschiedlichen „Abhör“-Perioden des Sensors stammen.
In einigen Fällen kann der Schallwellenempfänger den ersten Ausgangssignalwert zu einem ersten Zeitstempel und den zweiten Ausgangssignalwert zu einem zweiten Zeitstempel ausgeben. Der zweite Zeitstempel kann nach dem ersten Zeitstempel liegen und kann innerhalb derselben „Abhör“-Periode wie der erste Zeitstempel oder innerhalb einer nachfolgenden „Abhör“-Periode auftreten. In einigen Ausführungsformen kann der Schallwellenempfänger keine Ausgangssignalwerte zwischen dem ersten und zweiten Zeitstempel ausgeben. Beispielsweise kann der Schallwellenempfänger die ersten und zweiten Ausgangssignalwerte zu benachbarten Zeitstempeln ausgeben. In einigen Ausführungsformen kann der Schallwellenempfänger einen, zwei, drei oder eine beliebige Anzahl von Ausgangssignalwerten zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitstempel ausgeben. Beispielsweise kann der Schallwellenempfänger den ersten und den zweiten Ausgangssignalwert in einer nicht benachbarten Weise ausgeben, z.B. getrennt durch einen Ausgangswert, getrennt durch zwei Ausgangswerte, drei Ausgangswerte oder durch irgendein anderes periodisches Muster oder Paarungsprotokoll.
In einigen Ausführungsformen können die empfangenen Ausgangssignalwerte wie in 7 dargestellt werden. 7 ist eine grafische Darstellung einer zeitabhängigen Verteilung von Ausgangssignalwerten, die Abstände von einem Objekt angeben, gemäß den gegenwärtig offenbarten Ausführungsformen. In einigen Fällen können die in 7 dargestellten Werte Abstandswerte repräsentieren, die einem bestimmten Objekt zugeordnet sind, das in einer Umgebung des Sensors erfasst wird, was bestimmt wird, während sich das Objekt über die Zeit bewegt. In einigen Beispielen kann jede Abstandsmessung von verschiedenen „Abhör“-Perioden des Sensors abgeleitet werden (z.B. sequentielle oder nicht sequentielle Abhörperioden). Bezug nehmend auf 7 repräsentiert die horizontale Achse die Zeiten, zu denen der Prozessor die Ausgangssignalwerte (oder andere Zeitwerte, die mit der Erfassung von Abständen assoziiert sind, die mit Objekten in der Sensorumgebung assoziiert sind) empfängt. Die vertikale Achse repräsentiert die Ausgangssignalwerte, die die erfassten Abstände zum Objekt anzeigen, einschließlich der Werte 702-734. In diesem Beispiel sind die Werte 702-734 als runde schwarze Punkte dargestellt und weisen vier verschiedene Werte D1, D2, D3 und D4 auf. Die Werte D1, D2, D3 und D4 sind in 7 als äquidistant gezeigt. Es ist aber zu beachten, dass die Werte 702-734 andere mögliche Werte haben können und nicht auf irgendeinen endlichen Satz von Werten beschränkt sind. Zum Beispiel können die Abstandswerte über die Zeit gleichmäßig variieren. In einigen Ausführungsformen kann der Schallwellenempfänger die Ausgangssignalwerte in einer zeitlichen Reihenfolge erzeugen. Jeder Ausgangssignalwert kann vom Schallwellenempfänger mit einem anderen Zeitstempel erzeugt werden. Die erzeugten Ausgangssignalwerte können in Schritt 602 vom Prozessor empfangen werden.
In einem Beispiel kann der Prozessor Abstandswerte 720-728 (neben anderen empfangenen Werten) empfangen und sie als Array [D1, D2, D3, D4, D3] im Speicher speichern, wobei jeder Abstandswert mit einem bestimmten detektierten Objekt zu einem bestimmten Zeitstempel verknüpft ist. Wie vorstehend angeführt, kann das Array von Abstandswerten durch Überwachung der vom Sensor über die Zeit ausgegebenen Abstandswerte zusammengestellt werden, so dass die Bewegung eines bestimmten erfassten Objekts erkannt und/oder charakterisiert werden kann. In einigen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Ausgangssignalwerte, wie z.B. {702, 704}, {704, 706}, {706, 708} usw., aus aufeinanderfolgenden Abhörperioden für den Sensor stammen, aber in anderen Fällen können die ersten und zweiten Ausgangssignale aus nicht aufeinanderfolgenden Abhörperioden stammen. Es ist zu beachten, dass, obwohl die Werte 702-734 in 7 als periodisch empfangen oder bestimmt dargestellt sind, in einigen Ausführungsformen das Intervall zwischen ihnen nicht gleich sein kann.
Wieder Bezug nehmend auf 6, kann in Schritt 604 der Prozessor, basierend auf der Mehrzahl der in Schritt 602 empfangenen Ausgangssignalwerte (z.B. einem ersten Abstandswert 702, der einem ersten Objekt zugeordnet ist und während einer ersten Abhörperiode bestimmt wurde, und einem zweiten Abstandswert 704, der dem ersten Objekt zugeordnet ist und während einer zweiten Abhörperiode nach der ersten Abhörperiode bestimmt wurde), die Ausgangssignalwerte/Abstände vergleichen. In einigen Fällen kann der Vergleich als Differenzwert (z.B. eine Differenz zwischen dem Abstandswert 704 und dem Abstandswert 702) aufgezeichnet werden. Der Differenzwert kann eine Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Ausgangssignalwert repräsentieren oder einen Betrag, um den sich der Abstand zu einem bestimmten Objekt in der Sensorumgebung zwischen den beiden Zeitstempeln geändert hat, die dem ersten und dem zweiten Ausgangssignalwert zugeordnet sind, die zur Bestimmung des Differenzwertes verwendet werden. In einigen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Ausgangssignalwerte, die zur Bestimmung des Differenzwertes verwendet werden, benachbarte Paare von Ausgangssignalwerten sein. In einigen Ausführungsformen können die ersten und zweiten Ausgangssignalwerte, die zur Bestimmung des Differenzwertes verwendet werden, nicht benachbarte Paare von Ausgangssignalwerten sein, wie z.B. alle zwei, drei, vier oder eine beliebige Anzahl von Ausgangssignalwerten in einem beliebigen periodischen Differenzmuster oder einem beliebigen Paarungsprotokoll (pairing protocol). In einigen Ausführungsformen kann der Differenzwert als Differenz zwischen zwei beliebigen Ausgangssignalwerten, die vom Prozessor empfangen werden, bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor einen Satz mit einem oder mehreren Differenzwerten bestimmen. Mit anderen Worten, der Prozessor kann (z.B. in einem Array) Differenzwerte zwischen einem oder mehreren Paaren von Abstandswerten speichern (z.B. [704-702, 706-704, 708-706, ...]).
In einem speziellen Beispiel, das sich auf 7 bezieht, kann der Prozessor auf der Grundlage der empfangenen Werte 720-728 ein Array von Abstandswerten zusammenstellen und speichern, wie z.B. [D1] oder [D1, D2] oder [D1, D2, D3] oder andere Arrays, die mehrere Abstandswerte enthalten. Basierend auf einem solchen Array, das zwei oder mehr Abstandswerte enthält, kann der Prozessor Differenzwerte bestimmen, wie z.B. (D2-D1), (D3-D2), (D4-D3), (D3-D4) usw. Diese Differenzwerte können einzeln verwendet werden, um die Bewegungsmerkmale eines erkannten Objekts zu bestimmen. In einigen Fällen können mehrere Abstandswerte analysiert werden, um Bewegungstrends eines erkannten Objekts zu beobachten. Zum Beispiel können mehrere Differenzwerte analysiert werden, um ein endliches Bewegungsereignis zu bestimmen (z.B. wenn ein erfasstes Objekt ein Bewegungsereignis startet und ein Bewegungsereignis beendet). Ein solches Bewegungsereignis kann beinhalten, dass sich das Objekt über einen Zeitraum dem Sensor nähert, sich über einen Zeitraum vom Sensor entfernt oder über einen Zeitraum irgendeine erkennbare Bewegung relativ zum Sensor zeigt. Wie angeführt, kann der Satz der Differenzwerte nur einen Wert enthalten (z.B. wenn nur zwei Ausgangssignalwerte verwendet werden), und die Differenzwerte können auf der Grundlage eines beliebigen benachbarten oder nicht benachbarten Paares von Abstandswerten bestimmt werden (z.B. alle zwei, drei, vier oder eine beliebige Anzahl von Ausgangssignalwerten). Die nicht benachbarten Werte können in einem beliebigen periodischen Differenzmuster oder einem beliebigen Paarungsprotokollvorliegen.
Bezug nehmend auf 6 kann der Prozessor in Schritt 606 bestimmen, ob ein bestimmter Differenzwert für die Bewegung des Objekts oder die Nichtbewegung des Objekts repräsentativ ist. Diese Bestimmung kann auf einem Vergleich des Differenzwertes (z.B. wie viel sich ein Objekt zwischen zwei Zeitstempeln bewegt hat) relativ zu zwei Bewegungsschwellenwerten basieren. Zum Beispiel kann die Bewegungsbestimmung darauf basieren, ob der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich einem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich einem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist oder nicht. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor die Schritte 604-606 nacheinander („on the fly“) für jeden Differenzwert ausführen, sobald dieser ermittelt wird. Bezug nehmend auf 7: Wenn der Prozessor z.B. die Abstandswerte 720-728 für ein bestimmtes erfasstes Objekt bestimmt, können diese Werte im Speicher gespeichert werden. In einigen Fällen können die Abstandswerte als aktives Array (running array) gespeichert werden, das einige oder alle der Abstandswerte enthält, die über die Zeit relativ zu einem bestimmten erfassten Objekt empfangen wurden (z.B. [D1₇₂₀, D2₇₂₂, D3₇₂₄, D4₇₂₆, D3₇₂₈]). Die im Array enthaltenen Abstandswerte können zwei oder mehr Abstandswerte für ein bestimmtes Objekt enthalten, die auf der Grundlage von zwei oder mehr „Abhör“-Perioden ermittelt wurden. In Schritt 604 kann der Prozessor einen ersten Differenzwert (z.B. D2₇₂₂-D1₇₂₀) bestimmen und in Schritt 606 feststellen, ob dieser Differenzwert für die tatsächliche Bewegung des Objekts oder für die Nichtbewegung des Objekts repräsentativ ist. Diese Bestimmung kann wie angeführt auf einem Vergleich des Differenzwertes mit einem unteren vorbestimmten Schwellenwert und einem oberen vorbestimmten Schwellenwert beruhen. Der obere und der untere vorgegebene Schwellenwert können je nach den Anforderungen einer bestimmten Anwendung auswählbar sein. Der untere Schwellenwert kann es dem System ermöglichen, falsch positive Befunde zu reduzieren oder zu eliminieren, die mit kleinen Differenzwerten verbunden sind (z.B. kleine Änderungen im erkannten Objektabstand zwischen zwei Zeitstempeln), die sich aus dem Rauschen oder Nichtbewegungsphänomenen ergeben. Der obere Schwellenwert kann es dem System ermöglichen, falsch positive Befunde zu reduzieren oder zu eliminieren, die mit großen Differenzwerten assoziiert sind, die nicht repräsentativ für tatsächliche Bewegung sind (z.B. Differenzwerte, die durch Rauschen oder Objektdrehungen usw. beeinflusst werden, die zu größeren Abstandsänderungen als erwartet zwischen Zeitstempeln führen können). In einigen Fällen, wie z.B. in einer häuslichen Umgebung, kann z.B. erwartet werden, dass sich Objekte von Interesse (z.B. Personen) innerhalb bestimmter Geschwindigkeitsgrenzen bewegen. Ein oder mehrere der oberen und unteren Schwellenwerte können in Übereinstimmung mit den erwarteten Geschwindigkeitsgrenzen der Objekte von Interesse ausgewählt werden, so dass Abstände zwischen Zeitstempeln, die nicht mit den Geschwindigkeitsgrenzen konsistent sind (z.B. eine Abstandsdifferenz, die für ein Objekt in einem Haus repräsentativ ist, das sich mit 20 m/s, 30 m/s, 40 m/s usw. bewegt), nicht als tatsächliche Bewegung interpretiert werden.
In einigen Ausführungsformen können die Schwellenwerte (z.B. die minimalen und maximalen Schwellenwerte) durch Versuche in verschiedenen Testumgebungen ermittelt werden. In einer Testumgebung kann z.B. ein Testobjekt verwendet werden, um eine Art von Bewegung zu simulieren. Das Testobjekt kann sich in einem Bereich von sinnvollen Geschwindigkeiten bewegen, die der Art der Bewegung entsprechen. Die Geschwindigkeitswerte des Testobjekts können gesammelt werden, und aus den Geschwindigkeitswerten (z.B. Raten, mit denen sich der Abstand ändert) können ein minimaler Schwellenwert und ein maximaler Schwellenwert bestimmt werden. Beispielsweise kann der minimale Schwellenwert als entsprechend einem Wert bestimmt werden, der nahe oder am unteren Ende des Bereichs (z.B. ein Wert innerhalb von 3 %, 5 %, 10 % usw. des unteren Endes des Bereichs) der beobachteten Abstandsänderungen ist, die den getesteten Geschwindigkeitswerten gereiht in absteigender Reihenfolge entsprechen. Der maximale Schwellenwert kann als ein Wert an oder in der Nähe eines höheren Endes des Bereichs (z.B. innerhalb von 3%, 5%, 10%, usw. des oberen Endes des Bereichs) von beobachteten Änderungen im Abstand entsprechend der getesteten Geschwindigkeitswerte gereiht in absteigender Reihenfolge bestimmt werden. Es sollte beachtet werden, dass die Arten zur Bestimmung der minimalen und maximalen Schwellenwerte nicht auf die hier beschriebenen Beispiele beschränkt sind und eine empirische Methode, eine statistische Methode, eine Methode des maschinellen Lernens oder jede andere geeignete Methode umfassen können. Basierend auf den Schwellenwerten der Geschwindigkeiten können Schwellenwerte der Ausgangssignalwerte bestimmt werden.
In einem Beispiel kann das Testobjekt zur Simulation einer gehenden Person zu Hause verwendet werden. Der Bereich der sinnvollen Geschwindigkeiten in diesem Beispiel kann z.B. zwischen 1 Meter pro Sekunde und 2 Meter pro Sekunde liegen. Wenn der Schallwellenempfänger in einem festgelegten und gleichen Zeitfenster von 50 Millisekunden abfragt, kann ein sinnvoller Bereich der Entfernungen, die sich das Testobjekt bewegt, zwischen 50 Millimetern und 100 Millimetern liegen. Basierend auf dem sinnvollen Bereich der Abstände und der entsprechenden Beziehung zu den Ausgangssignalwerten des Schallwellenempfängers können in Schritt 606 des Verfahrens 600 ein minimaler Schwellenwert und ein maximaler Schwellenwert für die Ausgangssignalwerte bestimmt werden, z.B. als korrelierend zu beobachteten Änderungen der Abstandswerte, die mit Werten an oder nahe einem oberen Ende der beobachteten Geschwindigkeiten verbunden sind (z.B. innerhalb von 3 %, 5 %, 10 % der maximalen Geschwindigkeitswerte usw.) (Max-Schwellenwert) und an oder nahe einem unteren Ende der beobachteten Geschwindigkeiten (z.B. innerhalb von 3 %, 5 %, 10 % der minimalen Geschwindigkeitswerte usw.) (Min-Schwellenwert).
In einem anderen Beispiel kann das Testobjekt verwendet werden, um ein Auto zu simulieren, das sich einer Wand nähert (z.B. ein Auto, das rückwärts in einer Parkbucht gegen eine Wand fährt). Typischerweise können die zu erwartenden Geschwindigkeiten, die mit diesem Beispiel verbunden sind, im Bereich von etwa 0,1 Metern pro Sekunde liegen. Die Versuche können in ähnlicher Weise durchgeführt werden wie im Beispiel der Simulation der gehenden Person, und auch die minimalen und maximalen Schwellenwerte der Geschwindigkeitswerte und Ausgangssignalwerte können in ähnlicher Weise bestimmt werden. Wenn sich aber ein Auto unerwartet mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt (z.B. ein Fahrer verwechselt das Gaspedal mit der Bremse), ist es wünschenswert, dass der Schallwellenempfänger ein solches unerwartetes Ereignis als tatsächliche Bewegung identifizieren kann, anstatt ein solches Ereignis mit hoher Geschwindigkeit als unerwünschtes Rauschen zu identifizieren. Dementsprechend kann das obere Ende des Bereichs sinnvoller Geschwindigkeiten als hoher Wert festgelegt werden. In einigen Ausführungsformen kann der maximale Schwellenwert in diesem Beispiel auf unendlich gesetzt werden.
In einigen Ausführungsformen können, wenn der maximale Schwellenwert auf unendlich gesetzt wird, eine oder mehrere zusätzliche Bedingungen eingeführt werden, um das Rauschen effektiv zu reduzieren. In einigen Ausführungsformen kann eine solche zusätzliche Bedingung beinhalten, dass gefordert wird, dass eine Reihe von Ausgangssignalwerten innerhalb eines vorgegebenen Schwankungsbereichs fluktuiert. Im Beispiel der Simulation eines Autos, das sich der Wand nähert, kann der Bereich der sinnvollen Geschwindigkeiten z.B. zwischen 0,1 Meter pro Sekunde und unendlich liegen. Wenn der Schallwellenempfänger in einem festgelegten und gleichen Zeitfenster von 50 Millisekunden abfragt, kann ein sinnvoller Bereich der Abstände, die sich das Testobjekt bewegt, zwischen 5 Millimetern und unendlich liegen. Basierend auf dem sinnvollen Bereich der Abstände können die minimalen und maximalen Schwellenwerte der Ausgangssignalwerte bestimmt werden, die in Schritt 606 des Verfahrens 600 zu verwenden sind. Der Schallwellenempfänger kann eine Mehrzahl von Ausgangssignalwerten empfangen. Wenn ein erster Ausgangssignalwert den minimalen Schwellenwert überschreitet und der Schallwellenempfänger einen zweiten Ausgangssignalwert empfängt, kann der zweite Ausgangssignalwert mit dem ersten Ausgangssignalwert verglichen werden, um festzustellen, ob ihre Differenz den vorgegebenen Schwankungsbereich überschreitet. Wenn ihre Differenz den vorbestimmten Schwankungsbereich nicht überschreitet, kann der zweite Ausgangssignalwert als ein reales Signal identifiziert werden. Andernfalls kann der zweite Ausgangssignalwert als potenzielles Rauschen identifiziert werden. Wenn auf ein potenzielles Rauschen ein oder mehrere Ausgangssignalwerte innerhalb des vorgegebenen Schwankungsbereichs folgen, kann es als ein Signal identifiziert werden, das z.B. eine Bewegung des Autos mit einer unerwartet hohen Geschwindigkeit repräsentiert. Wenn auf das potenzielle Rauschen nicht ein oder mehrere Ausgangssignalwerte innerhalb des vorgegebenen Schwankungsbereichs folgen, kann es als echtes Rauschen identifiziert werden. In einigen Ausführungsformen kann der vorgegebene Schwankungsbereich durch einen Koeffizienten gesteuert werden, um verschiedenen Szenarien gerecht zu werden. Zum Beispiel kann die vorstehend beschriebene zusätzliche Bedingung wie folgt ausgedrückt werden: $S_{i + 1} - S_{i} \in α \cdot Δ$
wobei S_i und S_i+1 aufeinanderfolgende Ausgangssignalwerte darstellen, Δ den vorgegebenen Schwankungswert darstellt und α den Koeffizienten darstellt. In einigen Ausführungsformen kann α 0,5 sein.
In einigen Ausführungsformen kann der vorgegebene Schwankungsbereich ein Prozentsatz sein, der mit mindestens einem von dem minimalen Schwellenwert oder dem maximalen Schwellenwert der Ausgangssignalwerte assoziiert ist. Zum Beispiel kann der vorgegebene Schwankungsbereich ein Prozentsatz (z.B. ±5 %) des minimalen Schwellenwerts sein. In einigen Ausführungsformen kann der Prozentsatz mit anderen Ausgangssignalwerten assoziiert sein, wie z.B. mit einem Ausgangssignalwert, der einem aktuellen Ausgangssignalwert vorausgeht. Der vorgegebene Schwankungsbereich kann z.B. ein Prozentsatz (z.B. ±5 %) des vorhergehenden Ausgangssignalwerts sein. In einigen Ausführungsformen kann der Prozentsatz asymmetrisch sein. Zum Beispiel kann der Schwankungsbereich -3 % des minimalen Schwellenwerts und +8 % des minimalen Schwellenwerts betragen.
In einigen Ausführungsformen kann der vorgegebene Schwankungsbereich eine tatsächliche Zahl sein, die mit mindestens einem von dem minimalen Schwellenwert oder dem maximalen Schwellenwert der Ausgangssignalwerte assoziiert ist. Zum Beispiel kann der vorbestimmte Schwankungsbereich ±500 des minimalen Schwellenwerts (oder ein anderer geeigneter tatsächlicher Zahlenwert oder -bereich) sein. In einigen Ausführungsformen kann die tatsächliche Zahl mit anderen Ausgangssignalwerten assoziiert sein, wie z.B. mit einem Ausgangssignalwert, der einem aktuellen Ausgangssignalwert vorausgeht. Zum Beispiel kann der vorgegebene Schwankungsbereich ±500 des vorhergehenden Ausgangssignalwertes betragen. In einigen Ausführungsformen kann die tatsächliche Zahl asymmetrisch sein. Zum Beispiel kann der Schwankungsbereich -700 des minimalen Schwellenwerts und +900 des minimalen Schwellenwerts sein.
In einigen Ausführungsformen kann der vorgegebene Schwankungsbereich durch eine Formel bestimmt werden. Zum Beispiel kann der vorgegebene Schwankungsbereich einen Prozentsatz plus eine tatsächliche Zahl enthalten, die beide mit mindestens einem von dem minimalen Schwellenwert oder dem maximalen Schwellenwert der Ausgangssignalwerte assoziiert sein können. In einigen Ausführungsformen kann der vorgegebene Schwankungsbereich ein dynamischer Wert sein.
Der Prozessor kann einen zweiten Differenzwert (z.B. D3₇₂₄-D2₇₂₂) bestimmen und feststellen, ob dieser zweite Differenzwert für die Bewegung des Objekts oder die Nichtbewegung des Objekts repräsentativ ist. Der Prozessor kann damit fortfahren, Differenzwerte zu bestimmen und die ermittelten Differenzwerte relativ zu den vorgegebenen oberen und unteren Schwellenwerten zu vergleichen, um festzustellen, ob sich das erfasste Objekt tatsächlich bewegt oder nicht (oder sich mit Bewegungsmerkmalen innerhalb eines bestimmten Bereichs bewegt). Wenn aufgrund des Vergleichs eines oder mehrerer Differenzwerte mit den beiden Schwellenwerten eine tatsächliche Bewegung festgestellt wird, dann kann der Prozessor eine oder mehrere Aktionen auslösen (z.B. Alarme, Änderung des Zustands der Schnittstellenkomponente usw.).
Zurückkehrend auf das Beispiel von 2, kann die vorstehend beschriebene Detektionstechnik mit zwei Schwellenwerten das System bei der Erkennung der Bewegung eines Objekts in der Umgebung unterstützen, selbst wenn die Bewegung einem gekrümmten Weg (oder einem allgemein gekrümmten Weg) relativ zum Sensor folgt (z.B. mit einem konstanten Abstand oder einem nahezu konstanten Abstand, bei dem die L-Komponente klein ist). Im Beispiel von 3 kann das offenbarte System dabei helfen, falsch positive Ergebnisse zu reduzieren, wenn ein erfasstes Objekt 304 eine nicht ideale reflektierende Oberfläche oder eine Orientierung aufweist, die andernfalls zu großen Änderungen in den reflektierten Signalstärken und Laufzeitmessungen beitragen kann, was wiederum zu signifikanten Schwankungen in den Abstandsbestimmungen für erfasste Objekten führen kann.
Zurückkehrend zu 7 kann jeder Differenzwert, der auf der Grundlage der Differenz (z.B. absolute Werte) im Abstand zwischen zwei beliebigen Punkten mit unterschiedlichen Zeitstempeln bestimmt wird, mit einem vorbestimmten minimalen Schwellenwert Δ_min und einem vorbestimmten maximalen Schwellenwert Δ_max verglichen werden. Zum Beispiel ist die Änderung im Abstand zwischen den Punkten 714 und 712 |D2-D1|. Wie in dargestellt, kann dieser Differenzwert größer sein als Δ_min, aber kleiner als Δ_max, und kann daher als der tatsächlichen Bewegung des erfassten Objekts entsprechend bestimmt werden. Wenn andererseits die Änderung im Abstand zwischen den Punkten 712 und 710 unter Δ_min fällt, würde daher der Prozessor feststellen, dass dies nicht die Bewegung des erfassten Objekts anzeigt. Ähnlich verhält es sich, wenn eine Änderung im Abstand zwischen zwei Punkten den Δ_max überschreitet, dann würde der Prozessor auch feststellen, dass die Änderung im Abstand nicht mit einer tatsächlichen Bewegung des erfassten Objekts verbunden war.
Wieder Bezug nehmend auf 6, kann der Prozessor in Schritt 608, wenn ein ermittelter Differenzwert gemäß Bestimmung einen Betrag aufweist, die größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist, ein Bewegungserkennungssignal ausgeben und/oder eine Aktion als Reaktion auf eine erkannte Bewegung eines Objekts in der Sensorumgebung auslösen. In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor die Schritte 604-608 nacheinander („on the fly“) für den für ein Objekt in der Umgebung empfangenen Abstandswert und auf der Grundlage jedes Differenzwerts ausführen, nachdem dieser bestimmt wurde (z.B. auf der Grundlage eines neuen Abstandswertes für ein bestimmtes Objekt im Vergleich zu einem vorherigen Abstandswert für das Objekt, der auf der Grundlage einer vorherigen „Abhör“-Periode des Sensors bestimmt wurde). Wenn der Prozessor z.B. wie in 7 gezeigt Abstandswerte 720-728 empfängt, kann jeder neu empfangene Abstandswert die Bestimmung eines neuen Differenzwertes auslösen, indem der neu empfangene Differenzwert mit einem zuvor erhaltenen Abstandswert verglichen wird. Und jeder neue Differenzwert kann mit den minimalen und maximalen Schwellenwerten verglichen werden, um festzustellen, ob sich das Objekt bewegt.
In einigen Fällen kann der Prozessor, wenn ein Differenzwert zwischen den minimalen und maximalen Schwellenwert fällt, ein Bewegungserkennungssignal ausgeben, das das Vorhandensein einer erkannten Bewegung anzeigt, oder eine oder mehrere Aktionen als Reaktion auf die erkannte Bewegung veranlassen. In anderen Fällen kann der Prozessor verlangen, dass zwei oder mehr aufeinanderfolgende Differenzwerte (z.B. 2, 3, 4, 10, 20 usw.) in den minimalen und maximalen Schwellenwertbereich fallen, bevor festgestellt wird, dass sich das erkannte Objekt bewegt. In anderen Fällen kann der Prozessor verlangen, dass eine Anzahl von aufeinanderfolgenden Differenzwerten zwischen den minimalen und maximalen Schwellenwerten liegt und sich innerhalb eines vorbestimmten Schwankungsbereichs voneinander unterscheiden, bevor festgestellt wird, dass sich das erkannte Objekt bewegt. Der vorbestimmte Schwankungsbereich kann z.B. ein Prozentsatz, eine tatsächliche Zahl oder durch eine Formel bestimmt sein, wie solche, die in Schritt 606 beschrieben sind.
In einigen Ausführungsformen kann die Anzahl der aufeinanderfolgenden Differenzwerte, die erforderlich ist, um auf das Vorhandensein einer tatsächlichen Bewegung zu schließen, mithilfe einer empirischen Methode, einer statistischen Methode, einer Methode des maschinellen Lernens oder einer anderen geeigneten Methode bestimmt werden. Beispielsweise kann experimentell ermittelt werden, dass ein einzelner Wert, der zwischen den minimalen und maximalen Schwellenwerten liegt, mit hoher Wahrscheinlichkeit einen Hinweis auf eine tatsächliche Bewegung liefert, aber nur eine Genauigkeit von 50 % aufweisen kann, da in etwa der Hälfte der Fälle, in denen auf eine Bewegung geschlossen wurde, keine Bewegung vorhanden war. In anderen Tests kann festgestellt werden, dass die Forderung, dass eine höhere Anzahl von aufeinanderfolgenden Differenzwerten (z.B. 2, 3, 5 usw.) in den Bereich der minimalen und maximalen Differenzschwellenwerte fallen, zu weniger Bestimmungen der tatsächlichen Bewegung führen kann, aber in den Fällen, in denen eine Bewegung abgeleitet wird, die Genauigkeit höher sein kann. Daher kann das Vertrauen in die ausgegebenen Bewegungssignale in einigen Fällen höher sein, wenn zwei oder mehr aufeinanderfolgende Differenzwerte, die in den Min- und Max- Schwellenwert fallen, erforderlich sind, um ein Bewegungssignal auszugeben.
In einigen Ausführungsformen kann der Prozessor gesammelte Abstandswerte und/oder ermittelte Differenzwerte analysieren, um nicht nur die tatsächliche Bewegung eines erfassten Objekts, sondern auch Bewegungsereignisse zu identifizieren. Zum Beispiel kann der Prozessor einen Zeitpunkt bestimmen, an dem ein erfasstes Objekt beginnt, sich zu bewegen (z.B. wenn ein Differenzwert zwischen zwei erfassten Abstandswerten, die dem Objekt zugeordnet sind, zwischen dem minimalen und maximalen Schwellenwert liegt). Der Prozessor kann bestimmen, wie lange sich das Objekt weiterbewegt (z.B. eine Zeitspanne, in der eine Sequenz von Differenzwerten alle zwischen den minimalen und maximalen Schwellenwert fallen, oder wenn ein vorbestimmter Prozentsatz von Differenzwerten (z.B. 50%, 75%, 90% usw.) innerhalb einer Sequenz zwischen den minimalen und maximalen Schwellenwert fällt). Auf diese Weise und durch die Überwachung der Abstands- und Differenzwerte über die Zeit kann der Prozessor bestimmen, wann ein Objekt beginnt, sich zu bewegen, wann das Objekt aufhört, sich zu bewegen, und wie sich das Objekt während des Zeitraums der erfassten Bewegung bewegt.
In einigen Ausführungsformen kann, wenn der Prozessor das Bewegungserkennungssignal ausgibt, das Bewegungserkennungssignal verwendet werden, um eine Komponente in einem System zu aktivieren. In einigen Fällen kann die aktivierte Komponente mit dem Schallwellenempfänger gekoppelt sein. Zum Beispiel kann der Schallwellenempfänger in eine Stereoanlage integriert sein. Wenn eine tatsächliche Bewegung erkannt wird, kann das Bewegungserkennungssignal die Stereoanlage veranlassen, die Volumenbelastung auszugleichen, Mikrofonechos zu unterdrücken, die Stereoanlage zu aktivieren, die Lautstärke der Stereoanlage zu erhöhen oder zu verringern, ein oder mehrere Bedienelemente (z.B. eine Taste, einen Touchscreen, eine LED-Anzeige oder dergleichen) zu beleuchten, eine oder mehrere eingebaute Leuchten zu aktivieren, ein Bedienfeld zu beleuchten oder dergleichen. Es ist zu beachten, dass die Anwendung des Bewegungssignals nicht auf die hier beschriebenen Beispiele beschränkt ist.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 600 in einer iterativen Weise durchgeführt werden, um verschiedene Bewegungsereignisse von einem oder mehreren Objekten in der Sensorumgebung zu erkennen. Zum Beispiel kann der Prozessor feststellen, dass ein erster Satz von Differenzwerten, die nacheinander als innerhalb von (Δ_min, Δ_max) bestimmt wurden, eine erste Bewegung darstellt. Der Prozessor kann bestimmen, dass die erste Bewegung endet, wenn ein oder mehrere neue Differenzwerte außerhalb (Δ_min, Δ_max) sind. Der Prozessor kann bestimmen, dass ein zweiter Satz von Differenzwerten, die innerhalb von (Δ_min, Δ_max) bestimmt werden, ein zweites Bewegungsereignis darstellt. Wie in 7 dargestellt, können die Werte 702-708 beispielsweise ein erstes Bewegungsereignis darstellen. Die Werte 710-712 können eine Nichtbewegung darstellen (z.B. ist das Objekt bewegungslos). Die Werte 714-716 können ein zweites Bewegungsereignis repräsentieren. Die Werte 718-720 können eine Nichtbewegung repräsentieren (z.B. weist das Objekt eine nicht ideale Form oder eine Oberfläche auf, die sich ein wenig dreht). Die Werte 722-734 können ein drittes Bewegungsereignis repräsentieren. Während 7 der Bewegung eines einzelnen erfassten Objekts über die Zeit entspricht, ist zu beachten, dass das offenbarte System in ähnlicher Weise die Bewegung mehrerer Objekte in der Sensorumgebung über die Zeit überwachen kann, um zu bestimmen, welche dieser Objekte mit einer tatsächlichen Bewegung verbunden sind.
Die vom Sensor empfangenen Abstandswerte können je nach den Anforderungen einer bestimmten Anwendung gespeichert werden. In einigen Fällen werden nur die letzten beiden Abstandswerte für ein bestimmtes Objekt gespeichert oder beibehalten, um zu bewerten, ob die letzte Abstandsänderung innerhalb der minimalen und maximalen Schwellenwerte liegt. In anderen Fällen kann eine Reihe von Abstandswerten für ein bestimmtes Objekt im Laufe der Zeit im Speicher gehalten werden. Das Beibehalten mehrerer Abstandswerte kann die Erkennung und/oder Charakterisierung von Bewegungsereignissen ermöglichen, wie vorstehend beschrieben. In einigen Fällen können die empfangenen Abstandswerte in Form eines Schiebefensters (sliding window) beibehalten werden. Mit anderen Worten, sobald z.B. ein Array mit einer vorgegebenen Anzahl von Abstandswerten erfasst wurde, können neu empfangene Abstandswerte gemäß einem First-in-First-out (FIFO)-Protokoll in das Array eingefügt werden.
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen können unter Verwendung von Softwareprogrammierung oder Softwareelementen implementiert werden, wobei die Offenbarung mit beliebigen Programmier- oder Skriptsprachen, wie z.B. C, C++, Java, Assembler oder dergleichen, implementiert werden kann, wobei die verschiedenen Algorithmen mit einer beliebigen Kombination von Datenstrukturen, Objekten, Prozessen, Routinen oder anderen Programmierelementen implementiert werden. Funktionale Aspekte können in Algorithmen implementiert werden, die auf einem oder mehreren Prozessoren ausgeführt werden. Darüber hinaus können die Ausführungsformen der Offenbarung eine beliebige Anzahl von konventionellen Techniken zur Elektronikkonfiguration, Signalverarbeitung und/oder Steuerung, Datenverarbeitung und dergleichen verwenden. Die Schritte aller hier beschriebenen Verfahren können in jeder geeigneten Reihenfolge ausführbar sein, sofern hier nicht anders angegeben oder durch den Kontext sich eindeutig etwas anderes ergibt.
In dieser Offenbarung werden die Begriffe „Signal“, „Daten“ und „Information“ austauschbar verwendet. Die Verwendung von „enthaltend“ oder „aufweisend“ und deren Variationen soll hier bedeuten, dass die nachfolgend aufgeführten Elemente und deren Äquivalente sowie zusätzliche Elemente umfasst sind. Sofern nicht anders angegeben oder eingeschränkt, werden die Begriffe „montiert“, „verbunden“, „getragen“ und „gekoppelt“ und Variationen davon weit gefasst und umfassen sowohl direkte als auch indirekte Montage, Verbindungen, Träger und Kopplungen. Darüber hinaus sind die Begriffe „verbunden“ und „gekoppelt“ nicht auf physikalische oder mechanische Verbindungen oder Kopplungen beschränkt.
Der Begriff „Beispiel“ wird hier verwendet bedeutet, dass es als Beispiel, Instanz oder Illustration dient. Jeder Aspekt oder jedes Design, das hier als „Beispiel“ beschrieben wird, ist nicht unbedingt als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Designs zu verstehen. Vielmehr soll die Verwendung des Wortes „Beispiel“ dazu dienen, Konzepte in einer konkreten Weise darzustellen.
Darüber hinaus sollten der Artikel „ein“, wie er in dieser Offenbarung und den beigefügten Ansprüchen verwendet wird, im Allgemeinen so ausgelegt werden, dass er „eine oder mehrere“ bedeutet, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext klar hervorgeht, dass er sich auf eine Singularform bezieht. Darüber hinaus ist die Verwendung des Begriffs „ein Aspekt“ durchgängig nicht so zu verstehen, dass damit dieselbe Ausführungsform oder derselbe Aspekt gemeint ist, es sei denn, er wird als solcher beschrieben. Darüber hinaus soll die Angabe von Wertebereichen hier nur als Kurzformmethode dienen, um sich individuell auf jeden einzelnen Wert zu beziehen, der in den Bereich fällt, sofern hier nichts anderes angegeben ist, und jeder einzelne Wert wird in die Beschreibung aufgenommen, als ob er hier einzeln aufgeführt wäre.
Wie in dieser Offenbarung verwendet, soll der Begriff „oder“ eher ein einschließendes „oder“ bedeuten als ein ausschließendes „oder“ für zwei oder mehr Elemente, die er verbindet. Sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, ist mit „X enthält A oder B“ jede der natürlichen inklusiven Permutationen gemeint. Mit anderen Worten: Wenn X A enthält, X B enthält oder X sowohl A als auch B enthält, dann ist „X enthält A oder B“ in jedem der vorstehenden Fälle erfüllt. In ähnlicher Weise soll „X enthält eines von A und B“ als Äquivalent zu „X enthält A oder B“ verwendet werden. Der in dieser Offenbarung verwendete Begriff „und/oder“ soll ein „und“ oder ein inklusives „oder“ bedeuten. Das heißt, „X enthält A, B und/oder C“ soll bedeuten, dass X jede Kombination von A, B und C enthält, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich. Mit anderen Worten, wenn X A enthält; X B enthält; X C enthält; X sowohl A als auch B enthält; X sowohl B als auch C enthält; X sowohl A als auch C enthält; oder X alle A, B und C enthält, dann ist „X enthält A, B und/oder C“ in jedem der vorgenannten Fälle erfüllt. In ähnlicher Weise soll „X enthält mindestens eines von A, B und C“ als Äquivalent zu „X enthält A, B und/oder C“ verwendet werden.
Die hier gezeigten und beschriebenen Aspekte sind illustrative Beispiele der Offenbarung und sollen den Umfang der Offenbarung in keiner Weise einschränken. Der Kürze halber werden konventionelle Elektronik, Steuerungssysteme, Softwareentwicklung und andere funktionale Aspekte der Systeme (und Komponenten der einzelnen Betriebskomponenten der Systeme) möglicherweise nicht im Detail beschrieben. Darüber hinaus sollen die in den verschiedenen dargestellten Figuren gezeigten Verbindungslinien oder Verbinder beispielhafte funktionale Beziehungen und/oder physikalische oder logische Kopplungen zwischen den verschiedenen Elementen repräsentieren. Viele alternative oder zusätzliche funktionale Beziehungen, physikalische Verbindungen oder logische Verbindungen können in einer praktischen Vorrichtung vorhanden sein.
Während die Offenbarung in Verbindung mit bestimmten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist verständlich, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die in den Umfang der beigefügten Ansprüche fallen, wobei der Umfang die breiteste Auslegung zugestanden werden soll, um alle derartigen Modifikationen und äquivalenten Strukturen zu umfassen, die nach dem Gesetz zulässig sind.

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zum Erfassen der Bewegung eines Objekts, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen einer Mehrzahl von Ausgangssignalwerten von einem Schallwellenempfänger, wobei jeder der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ für einen Abstand zwischen dem Objekt und dem Schallwellenempfänger ist; Bestimmen, basierend auf der empfangenen Mehrzahl von Ausgangssignalwerten, eines Differenzwertes, der für eine Differenz zwischen einem ersten Ausgangssignalwert und einem zweiten Ausgangssignalwert unter der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ ist; Bestimmen, ob der Differenzwert repräsentativ ist für eine Bewegung des Objekts oder eine Nichtbewegung des Objekts, basierend darauf, ob der Differenzwert einen Betrag aufweist, die größer als oder gleich einem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich einem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist oder nicht; und Ausgeben eines Bewegungserkennungssignals, wenn festgestellt wird, dass der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Identifizieren eines dem Objekt zugeordneten Bewegungsereignisses auf der Grundlage von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Differenzwerten, die gemäß der Bestimmung Beträge aufweisen, die größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert sind.
Computerimplementiertes Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Identifizieren eines dem Objekt zugeordneten Bewegungsereignisses auf der Grundlage mindestens einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Differenzwerten mit Beträgen, die größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert sind.
Computerimplementiertes Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Differenzwert auf der Grundlage benachbarter Paare von Ausgangssignalwerten aus der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten von dem Schallwellenempfänger bestimmt wird.
Computerimplementiertes Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der Schallwellenempfänger einen Ultraschallsensor umfasst.
Computerimplementiertes Verfahren nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Ausgangssignalwert von dem Schallwellenempfänger zu einem ersten Zeitstempel ausgegeben wird und der zweite Ausgangssignalwert von dem Schallwellenempfänger zu einem zweiten Zeitstempel ausgegeben wird, wobei der zweite Zeitstempel später als der erste Zeitstempel ist und wobei der Schallwellenempfänger keinen Ausgangssignalwert zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitstempel ausgibt.
Vorrichtung zum Erfassen der Bewegung eines Objekts, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Schallwellenempfänger; einen Prozessor; und einen Speicher, der mit dem Prozessor gekoppelt ist, wobei der Speicher konfiguriert ist, um Anweisungen zu speichern, die, wenn sie durch den Prozessor ausgeführt werden, mit dem Prozessor in Betrieb genommen werden, um: eine Mehrzahl von Ausgangssignalwerten vom Schallwellenempfänger zu empfangen, wobei jeder der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ ist für einen Abstand zwischen dem Objekt und dem Schallwellenempfänger; auf Basis der empfangenen Mehrzahl von Ausgangssignalwerten einen Differenzwert zu bestimmen, der für eine Differenz zwischen einem ersten Ausgangssignalwert und einem zweiten Ausgangssignalwert unter der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ ist; zu bestimmen, ob der Differenzwert repräsentativ für eine Bewegung des Objekts oder eine Nichtbewegung des Objekts ist, basierend darauf, ob der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich einem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich einem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist oder nicht; und ein Bewegungserkennungssignal auszugeben, wenn festgestellt wird, dass der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Speicher ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, mit dem Prozessor in Betrieb genommen werden, um: ein dem Objekt zugeordnetes Bewegungsereignis auf der Grundlage von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Differenzwerten zu identifizieren, die gemäß der Bestimmung Beträge aufweisen, die größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei der Speicher ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie vom Prozessor ausgeführt werden, mit dem Prozessor in Betrieb genommen werden, um: ein dem Objekt zugeordnetes Bewegungsereignis auf der Grundlage von mindestens einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Differenzwerten mit Beträgen, die größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert sind, zu identifizieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Differenzwert auf der Grundlage benachbarter Paare von Ausgangssignalwerten aus der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten des Schallwellenempfängers bestimmt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Schallwellenempfänger einen Ultraschallsensor umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Schallwellenempfänger einen Ultraschallwandler umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der erste Ausgangssignalwert von dem Schallwellenempfänger zu einem ersten Zeitstempel ausgegeben wird und der zweite Ausgangssignalwert von dem Schallwellenempfänger zu einem zweiten Zeitstempel ausgegeben wird, wobei der zweite Zeitstempel später als der erste Zeitstempel ist und wobei der Schallwellenempfänger keinen Ausgangssignalwert zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitstempel ausgibt.
Nichtfüchtiges, computerlesbares Speichermedium, das Anweisungen zum Erfassen der Bewegung eines Objekts enthält, wobei die Anweisungen, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, mit dem Prozessor in Betrieb genommen werden, um: eine Mehrzahl von Ausgangssignalwerten vom Schallwellenempfänger zu empfangen, wobei jeder der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ ist für einen Abstand zwischen dem Objekt und dem Schallwellenempfänger; auf Basis der empfangenen Mehrzahl von Ausgangssignalwerten einen Differenzwert zu bestimmen, der für eine Differenz zwischen einem ersten Ausgangssignalwert und einem zweiten Ausgangssignalwert unter der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten repräsentativ ist; zu bestimmen, ob der Differenzwert repräsentativ für eine Bewegung des Objekts oder eine Nichtbewegung des Objekts ist, basierend darauf, ob der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich einem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich einem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist oder nicht; und ein Bewegungserkennungssignal auszugeben, wenn festgestellt wird, dass der Differenzwert einen Betrag aufweist, der größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert ist.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 14, das ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, mit dem Prozessor in Betrieb genommen werden, um: ein dem Objekt zugeordnetes Bewegungsereignis auf der Grundlage von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Differenzwerten zu identifizieren, die gemäß der Bestimmung Beträge aufweisen, die größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert sind.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 15, das ferner Anweisungen umfasst, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, mit dem Prozessor in Betrieb genommen werden, um: ein dem Objekt zugeordnetes Bewegungsereignis auf der Grundlage von mindestens einer vorbestimmten Anzahl von aufeinanderfolgenden Differenzwerten mit Beträgen, die größer als oder gleich dem vorbestimmten minimalen Schwellenwert und kleiner als oder gleich dem vorbestimmten maximalen Schwellenwert sind, zu identifizieren.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei der Differenzwert auf der Grundlage benachbarter Paare von Ausgangssignalwerten aus der Mehrzahl von Ausgangssignalwerten des Schallwellenempfängers bestimmt wird.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei der Schallwellenempfänger einen Ultraschallsensor umfasst.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei der Schallwellenempfänger einen Ultraschallwandler umfasst.
Nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei der erste Ausgangssignalwert von dem Schallwellenempfänger zu einem ersten Zeitstempel ausgegeben wird und der zweite Ausgangssignalwert von dem Schallwellenempfänger zu einem zweiten Zeitstempel ausgegeben wird, wobei der zweite Zeitstempel später als der erste Zeitstempel ist und wobei der Schallwellenempfänger keinen Ausgangssignalwert zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitstempel ausgibt.