MX2014003119A - Sensor de telemetro laser mejorado. - Google Patents

Abstract

La especificación describe un sistema localizador de márgenes con láser de tiempo de vuelo pulsado, utilizado para obtener información de clasificación de vehículo. El sensor determina un margen de distancia en porciones de un vehículo que viaja dentro de una zona de detección del sensor. Un mecanismo de exploración formado de un cubo de cuatro facetas, que tiene superficies reflectoras, se utiliza para colimar y dirigir el láser hacia los vehículos en movimiento. Un sistema de procesamiento procesa los datos de margen de distancia respectivos y los datos de margen angular para determinar la forma tridimensional del vehículo.

Description

SENSOR DE TELÉMETRO LÁSER MEJORADO CAMPO La presente especificación' se refiere generalmente a sensores de objetos, y en particular a sensores de telémetro de láser mejorados útiles en la localización, detección, y/o clasificación exactas y precisas de vehículos mientras que permiten la activación de cámaras de tráfico, importación, exportación, u otra ejecución reglamentaria.

ANTECEDENTES Un sensor optoelectrónico convencional utiliza un sistema de telémetro de láser de tiempo de vuelo para medir la distancia normal en una superficie de carretera desde un punto fijo por encima de la superficie de carretera y luego medir la distancia a un vehículo que pasa o se detiene bajo el sensor. Debido al alto índice de repetición del haz pulsado, los sistemas tradicionales son capaces de desarrollar un perfil longitudinal del vehículo utilizando múltiples mediciones de margen consecutivas a medida que el vehículo se mueve bajo el sensor. Algunos sistemas convencionales también pueden ser capaces de determinar la velocidad del vehículo y utilizar esta información para desarrollar un perfil del vehículo.

Convencionalmente, el sensor recibe una porción de la energía reflejada del área o un objeto situado dentro del área, tal como un vehículo. La energía de pulso regresada entonces se proporciona como una entrada a un receptor para determinar un tiempo de cambio de vuelo para los pulsos emitidos y recibidos, que pueden ser provocados por la presencia de un objeto dentro del área. El sensor también se proporciona con varias características útiles para proporcionar salidas que indiquen la velocidad, matrícula, tamaño o forma de uno o más objetos en el área. Por ejemplo, un sensor típico se proporciona con un componente para recibir una entrada del medio de determinación de tiempo de vuelo y para proporcionar una salida que indica si el objeto cumple con uno de una pluralidad de criterios de clasificación (por ejemplo, es el objeto de un automóvil, camión o motocicleta) .

Tales sensores se utilizan como soluciones no invasivas para rastrear y analizar el tráfico a través de una amplia gama de aplicaciones, que incluyen cobro de peaje, análisis de flujo de tráfico, verificación de luces de puentes/túneles, así como control de tráfico y vigilancia. Estas aplicaciones tienen entornos operativos altamente dinámicos que exigen capacidades muy precisas de rastreo y detección con sensores. Los sistemas convencionales aún son incapaces de medir y rastrear con precisión el flujo de tráfico de alta velocidad a través de una ubicación con índices de exploración suficientemente altos para permitir una identificación y clasificación de vehículo, particularmente durante inclemencias del tiempo.

Por consiguiente, existe la necesidad de un sistema de sensor con una precisión y resolución de margen mejoradas a altos índices de exploración. También existe la necesidad de un sistema de sensor que reduzca las mediciones falsas que surgen debido a condiciones climáticas adversas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente especificación describe un sensor de margen de tiempo de vuelo pulsado que comprende medios de láser para proporcionar información de clasificación de vehículo. Más específicamente, la presente especificación describe un sensor de margen de tiempo de vuelo pulsado que comprende medios de láser para determinar un margen de distancia desde el sensor hasta porciones de un vehículo por las cuales el vehículo se desplaza dentro de un área de detección del sensor. La presente especificación también describe respectivas salidas de datos de margen correspondientes con un ángulo de sensor para cada salida de datos de margen de distancia. Además, se proporcionan medios de exploración para explorar al menos un haz a través del vehículo, el cual en una modalidad es un cubo de cuatro facetas, que tiene superficies reflectoras, que se utiliza como un espejo de exploración. Además, también se proporcionan medios de procesamiento para procesar los datos respectivos de margen de distancia y los datos de margen de ángulo para determinar la forma tridimensional del vehículo.

En una modalidad, la presente especificación es un sistema para determinar la forma tridimensional de un vehículo, el sistema comprende: un sensor de distancia que comprende un transmisor de láser y un fotodetector, para generar una pluralidad de haces de láser y para detectar una pluralidad de hacer reflejados, cada uno de los haces reflejados corresponde a uno de la pluralidad de haces de láser generados; un mecanismo de exploración, colocado con respecto al sensor de distancia, para colimar cada uno de los haces de láser generados a través del vehículo, en donde el mecanismo de exploración comprende un cubo de cuatro facetas, cada una teniendo una superficie reflectora, en donde el cubo de cuatro facetas se coloca con respecto al sensor de distancia de tal manera que se adapta para reflejar los haces de láser generados, y en donde el mecanismo de exploración además comprende un circuito de control de explorador en comunicación de datos con el sensor de distancia para activar la generación de los haces de láser para crear ángulos de exploración predefinidos, y un sistema de procesamiento para determinar márgenes de distancia desde el sensor hasta las porciones del vehículo utilizando las mediciones de tiempo de vuelo derivadas de los tiempos de haces de láser generados y haces reflejados, cuando el vehículo se desplaza dentro de un área de detección del sensor y para determinar una forma tridimensional del vehículo basándose en márgenes de distancia .

Además, el sistema de la presente especificación comprende un convertidor de tiempo a digital (TDC) para las mediciones de tiempo de vuelo, en donde el TDC se adapta para recibir hasta cuatro pulsos de retorno de un solo pulso de láser. En una modalidad, el sistema comprende al menos dos TDCs.

En una modalidad, el cubo de cuatro facetas descrito en la presente especificación gira continuamente en una dirección a una velocidad constante y permite cuatro exploraciones por cada revolución.

En una modalidad, el sistema genera una pluralidad de huellas de láser y en donde las huellas de láser aparecen como rayas que se tocan de extremo a extremo y proporcionan una línea continua de detección.

En una modalidad, la presente especificación describe un método para determinar una forma tridimensional de un vehículo que pasa a través de un área de detección de un sensor de margen que comprende un transmisor de láser y un fotodetector, el método comprende: explorar una pluralidad de haces de láser a través del vehículo utilizando un mecanismo de exploración que comprende un cubo de cuatro facetas, el cubo de cuatro facetas tiene superficies reflectoras que se utilizan para dirigir los haces de láser a través de su campo de visión en una línea recta, el mecanismo de exploración además comprende un circuito de control de explorador que activa el láser en ángulos de exploración predefinidos; determinar un margen de distancia desde el sensor hasta porciones del vehículo utilizando mediciones de tiempo de vuelo, y procesar los datos de margen de distancia por cada ángulo de exploración para determinar la forma tridimensional del vehículo.

En una modalidad, el cubo de cuatro facetas gira continuamente en una dirección a una velocidad constante durante la exploración. En otra modalidad, el cubo de exploración se adapta para producir cuatro exploraciones por cada revolución.

En una modalidad, el método de la presente especificación además utiliza un convertidor de tiempo a digital (TDC) para las mediciones de tiempo de vuelo, en donde el TDC se adapta para recibir hasta cuatro pulsos de retorno de un solo pulso de láser. En otra modalidad, el sistema comprende al menos dos TDCs.

En una modalidad, el sistema genera una pluralidad de huellas de láser durante una exploración y en donde cada una de las huellas de láser aparece como rayas que se tocan extremo a extremo y proporcionan una linea continua de detección .

En una modalidad, la resolución de margen de distancia del sistema es ±1 cm. En otra modalidad, los limites de las mediciones de margen de distancia pueden personalizarse.

En una modalidad, el circuito de control de explorador activa un pulso de láser una vez por cada grado de ángulo de exploración .

Las modalidades anteriormente mencionadas y otras de la presente especificación se describen en mayor detalle en las figuras y la descripción detallada proporcionada a continuación .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Estas y otras características y ventajas de la presente invención se apreciarán adicionalmente, a medida que se entiendan mejor por referencia a la descripción detallada cuando se consideren junto con las figuras acompañantes: La FIGURA 1 muestra una vista en elevación frontal de una modalidad de un sistema de sensor optoelectrónico montado sobre una carretera.

La FIGURA 2 es una vista en elevación lateral del sensor, descrito en la FIGURA 1A, montado a una altura ??' y con un ángulo descendente frontal ??' .

La FIGURA 3 muestra la huella de láser, en una modalidad, en donde el sensor se monta a una altura de aproximadamente 7 metros.

La FIGURA 4 es una tabla que proporciona datos de cobertura de carril de acuerdo con diferentes alturas de montaje para el sensor cuando el sensor tiene un ángulo de 0 grados con respecto a la dirección de tráfico.

La FIGURA 5A es una tabla que muestra una pluralidad de parámetros de rendimiento para el sistema de detección de acuerdo con una modalidad.

La FIGURA 5B es una tabla que describe una pluralidad de parámetros de salida de láser de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La FIGURA 5C es una tabla que muestra una pluralidad de factores ambientales y parámetros de rendimiento asociados en donde el sensor es capaz de desempeñarse, de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Y La FIGURA 6 ilustra un explorador de cubo giratorio de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La presente especificación describe un sistema de sensor de margen de tiempo de vuelo pulsado que comprende medios de láser para proporcionar información de clasificación de vehículo. Más específicamente, la presente especificación describe un sistema de sensor de margen de tiempo de vuelo pulsado que comprende un medio de láser para determinar un margen de distancia desde el sensor hasta porciones de un vehículo mediante las cuales el vehículo se desplaza dentro de un área de detección del sensor y un margen respectivo de salidas de datos correspondientes con un ángulo de sensor por cada salida de datos de margen de distancia.

Además, el sistema de detección comprende un medio de exploración para explorar al menos un haz a través del vehículo, el cual, en una modalidad, es un cubo de cuatro facetas, que tiene superficies reflectoras, que se utiliza como espejo de exploración. Además, un medio de procesamiento también se proporciona para procesar los datos respectivos de margen de distancia y datos de margen de ángulo para determinar la forma tridimensional del vehículo.

La presente especificación describe múltiples modalidades. La siguiente descripción se proporciona para permitir a una persona que tiene experiencia ordinaria en la técnica poner en práctica la invención. El lenguaje utilizado en esta especificación no debe interpretarse como negación general de ninguna modalidad especifica o utilizarse para limitar las reivindicaciones más allá del significado de los términos utilizados en la presente. Los principios generales definidos en la presente pueden aplicarse a otras modalidades y aplicaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. También, la terminología y fraseología utilizadas son con el fin de describir modalidades ejemplares y no deben considerarse limitantes. De esta manera, la invención actualmente descrita serpa de acuerdo con el alcance más amplio que abarca numerosas alternativas, modificaciones y equivalentes consistentes con los principios y características descritas. Para fines de claridad, los detalles que se relacionan con el material técnico que se conoce en los campos técnicos relacionados con la invención no se han descrito en detalle para no oscurecer innecesariamente la presente invención.

La FIGURA 1 muestra una vista en elevación frontal de un sensor optoelectrónico 105 de un sistema de detección que se monta sobre una carretera 110, que tiene una pluralidad de carriles de circulación 115, para localizar, detectar, y/o clasificar vehículos 120 que pasan por debajo del sensor 105 y también para activar el equipo de captura de video y/o audio. De acuerdo con una modalidad, el sensor 105 se utiliza en las operaciones de cobro de peaje electrónico de varios carriles para detectar los vehículos que viajan a velocidades de autopista. El sensor 105 se monta normalmente por encima de los carriles de circulación en cualquiera de un pórtico, brazo de poste o estructura de cubierta de peaje 125. Más específicamente, el sensor se monta de preferencia en o alrededor del punto central de una porción horizontal de la estructura de pórtico 125 que se extiende sobre y por encima de la carretera 110 y se mantiene en lo alto al ser unido de manera fija a las porciones verticales derecha e izquierda de la estructura de pórtico 125.

La FIGURA 2 es una vista en elevación lateral del sensor 205 montado a una altura H' de aproximadamente 7 metros (23 pies) y en un ángulo descendente frontal 215 de 10 grados. El sensor se monta de preferencia desplazado de la forma normal de manera que un haz 225 emitido desde el sensor 205 se desplaza hacia abajo, hacia la carreta y cruza la carretera en un ángulo que, con respecto al pórtico 230, es menor a 90 grados. Tal ángulo puede formarse al tener el sensor 205 montado, con respecto al pórtico 230, utilizando un ángulo descendente 215 en un margen de menos de 25 grados y de preferencia aproximadamente 10 grados.

Con referencia a la FIGURA 1 y FIGURA 2, durante la operación, el sensor 105, explora la carretera, tomando mediciones de distancia/margen a través del ancho de la carretera bajo el sensor. Cuando no hay vehículos presentes, las mediciones de distancia son iguales al margen de distancia a la carretera 110. Cuando un vehículo 120 se presenta por debajo del sensor, la distancia a la superficie superior del vehículo se mide y proporciona un perfil de altura transversal del vehículo en cada exploración. De esta manera, cuando un vehículo pasa a través del haz de láser de exploración, como se muestra en la FIGURA 2, las distancias o márgenes a varios puntos sobre la superficie del vehículo se miden al emitir una pluralidad de haces de láser hacia el vehículo, detectar un haz de reflexión correspondiente para cada uno de la pluralidad de haces de láser, registrar el tiempo de vuelo para cada haz de reflexión correspondiente y emitido y al utilizar los datos de tiempo de vuelo para generar la información de distancia. En una modalidad, el sensor 105 explora un haz de láser estrecho 135 a través del ancho del campo de visión de 90 grados a una proporción de 120 exploraciones por segundo (sps) . El ancho de haz de láser estrecho permite la detección y separación de vehículos que se siguen muy de cerca que viajan a alta velocidad.

Estos márgenes o distancias medidas entonces se utilizan para generar un perfil de vehículo. El perfil se forma al utilizar transformaciones geométricas, bien conocidas en la técnica, para las mediciones de distancia obtenidas. En una modalidad, la exploración por láser se lleva a cabo en varios ángulos de exploración para obtener una gama más amplia de mediciones de distancia, y para generar un perfil de vehículo más preciso.

En una modalidad, estas mediciones se transmiten (utilizando red cableada y/o inalámbrica) en tiempo real a un ordenador que se programa únicamente para detectar, clasificar y determinar la posición de cada vehículo en la carretera . De acuerdo con un aspecto de la presente invención, el telémetro de láser de exploración mide un perfil de un solo plano que permite mejorar la precisión de detección y activación de vehículo. En una modalidad, las mediciones de margen de tiempo de vuelo pulsado proporcionan perfiles de vehículo precisos de ±2.5 cm (+1.0 cm) . Al transmitir exploraciones consecutivas a la computadora, un perfil de vehículo completamente tridimensional puede desarrollarse en tiempo real.

Cabe señalar en la presente que la altura de montaje de sensor puede variar con cada lugar de instalación. Varias correlaciones de ancho de haz horizontal y altura de montaje se proporcionan a continuación y se muestran con respecto a la FIGURA 4, la cual proporciona una tabla que proporciona cobertura de carril, en términos de ancho de haz horizontal 405, con respecto a distintas alturas de montaje 415 para el sensor cuando el sensor tiene un ángulo de 0 grados en el tráfico. En una modalidad preferida, el ángulo descendente frontal '?' se encuentra en el margen de 0 a 10 grados para crear alta reflexión de luz de láser emitido. Una banda reflectora opcionalmente puede pintarse en la superficie de carretera en longitudes en la carretera situada en un ángulo frontal de más de 10 grados para incrementar la reflexión de luz de láser emitido. Una banda reflectora opcionalmente se emplea si el pavimento está muy oscuro y por lo tanto de baja reflexión. Esto asegura que haya una cantidad suficiente de energía reflejada de vuelta en la lluvia, donde el agua se queda en el pavimento y tiende a reflejar la energía lejos del explorador (un efecto de espejo).

Haciendo de nuevo referencia a la FIGURA 1 y FIGURA 2, de acuerdo con una modalidad, el sensor 105, 205 emplea un telémetro de tiempo de vuelo pulsado que comprende un transmisor de diodo láser y un receptor de fotodiodo de avalancha de silicio (APD) en una configuración de lado a lado, fuera de eje. Para referencia, un fotodiodo de avalancha, como se utiliza en la presente, es un fotosensor que genera una gran cantidad de corriente cuando es golpeado por una pequeña cantidad de vuelo debido a la avalancha de electrones. El transmisor comprende un diodo láser, su circuito de control, y una lente de colimación. El receptor óptico comprende un objetivo, filtro óptico de banda estrecha, detector/amplificador, y detector de umbral, cada uno acoplado entre si.

El diodo láser, en una modalidad, es un láser de inyección de InGaAs excitado por un diodo controlador para producir una salida pulsada. Un pulso de activación de un circuito de control de explorador activa el láser en los ángulos de exploración requeridos. En una modalidad, una longitud de onda de emisión láser ideal para el receptor de APD de silicio es de 904 nm. La FIGURA 5B muestra una pluralidad de parámetros de salida de láser de acuerdo con una modalidad de la presente invención, que incluyen, pero no limitan a, longitud de onda, ancho de pulso máximo, máxima energía por pulso, y potencia de láser promedio. En una modalidad, la longitud de onda de láser es de 904 nm. En una modalidad, el ancho máximo de pulso es de 8 ns. En una modalidad, la energía máxima por pulso es de 64 nJ. En una modalidad, la potencia de láser promedio es de 8 µ?. Los valores indicados en lo anterior son valores ejemplares que reflejan una modalidad de la presente invención. Cabe señalar que estos valores pueden cambiar y que pueden existir ligeras variaciones de unidad en unidad debido a las fluctuaciones en la industria manufacturera.

De acuerdo con una modalidad de la presente invención, el sensor también emplea un cubo de cuatro facetas giratorio para explorar por lineas, y de esta manera, dirige efectivamente el pulso de diodo láser a través de su campo de visión (carretera) en una linea recta. Por lo tanto, el cubo de cuatro facetas se emplea como un colimador de láser. Con referencia a la FIGURA 6, el explorador de cubo 601 gira continuamente en una dirección a una velocidad constante. El explorador de cubo 601 comprende cuatro lados o facetas, 601a, 601b, 601c y 601d. En una modalidad, el explorador de cubo 601 comprende un bloque cuadrado o rectangular 691 formado por cuatro facetas 601a, 601b, 601c, y 601d y un segundo bloque cuadrado o rectangular 692 también formado por cuatro facetas. El segundo bloque 692, que se configura para recibir y reflejar la energía transmitida desde el diodo láser 602, y el primer bloque 691, que se configura para recibir y reflejar la energía reflejada de la carretera o vehículos, puede separarse por un espacio libre, y puede acoplarse físicamente a través de un eje de tal manera que los dos bloques 691, 692 sean capaces de girar uno respecto del otro. Los dos bloques 691, 692 se montan sobre una base 693 que puede separarse del segundo bloque 692 por un espacio libre, y acoplarse a ambos bloques de una manera que les permita girar.

Cada faceta en cada bloque 691, 692 comprende una superficie reflectora. El ángulo entre cada faceta y entre cada faceta y la base del bloque respectivo es de 90 grados. El cubo de cuatro facetas de exploración permite cuatro exploraciones por cada revolución. Sistemas de exploración convencionales utilizan una superficie de espejo simple montada en un ángulo de 45 grados con respecto al eje de láser, permitiendo por consiguiente sólo una exploración por revolución del espejo. Al tener cuatro facetas que son perpendiculares al eje de láser, el cubo 601 del presente sistema proporciona cuatro exploraciones por revolución. Como tal, el motor en el presente sistema necesita girar a sólo H de velocidad de los motores en los sistemas convencionales para lograr el mismo número de exploraciones. Además, puesto que el láser es pulsado a 1 grado de rotación en el presente sistema, el uso del cubo de cuatro caras permite que el láser en el presente sistema sea pulsado a de la tasa de repetición de los sistemas convencionales. Esto permite que el presente sistema haga girar el motor más rápido, explore más rápidamente, y pulse el láser a una frecuencia más baja, lo cual evita que el láser trabaje demasiado o se caliente hasta una temperatura peligrosa.

El cubo giratorio permite una separación angular fija necesaria para explorar el diodo láser 602 en una linea casi recta a través de toda una carretera, incluso aquellas que tienen tres o más carriles. Un mecanismo de control de motor 603 se acopla al cubo 601 para facilitar la rotación. Las señales para el control de velocidad de motor 631 y la posición de faceta 632 se generan a través de un procesador de señales digitales (DSP) 610 que, en una modalidad, se conecta a una computadora a través de una interfaz adecuada 660.

El DSP 610 también genera la señal de activación de láser 633, que activa el controlador de láser 604 para activar el diodo láser 602. El haz de láser emitido desde el diodo láser se colima mediante la lente 605. El haz 640 se dirige por el explorador de cubo giratorio 601 y pasa a través de una ventana de temperatura controlada 606 para explorar el vehículo objetivo. Debido a que la ventana es capaz de calentarse y/o enfriarse, según sea necesario, la ventana es menos susceptible a tener niebla o estar borrosa debido a la condensación.

En una modalidad, los circuitos de detección óptica convierten la radiación óptica reflejada por el vehículo y/o carretera en un equivalente análogo eléctrico de la radiación de entrada y, posteriormente, una señal de nivel lógico. De esta manera, el haz de láser reflejado por el vehículo objetivo 650 se dirige de nuevo por el cubo de exploración 601 a través de circuitos de detección óptica que comprenden un objetivo de receptor 607, un filtro 608 y un detector de APD 609/ y finalmente un receptor óptico 611. Las señales de nivel lógico se procesan dentro de un contador lógico de margen 620 para producir datos digitales de margen 634.

En una modalidad, las mediciones de tiempo de vuelo por pulsos se leen por el procesador de señales digitales (DSP) 610 y se convierten en mediciones de distancia/margen. En una modalidad, un convertidor de tiempo a digital (TDC) se utiliza como un circuito integrado en un solo chip para mediciones de tiempo de vuelo. Este dispositivo permite que el software integrado del sistema determine el margen de un objeto bajo el explorador al proporcionar el período de tiempo entre un pulso de inicio 635, el cual se genera cuando se activa el láser, y un pulso de detención 636, el cual se genera cuando la energía reflejada del láser alcanza un objetivo y se refleja nuevamente en el explorador. El uso del TDC proporciona una mejor resolución, menor tamaño, circuitería más simple, menor consumo de energía, y un menor costo en comparación con la circuitería de varios chips de conversión de tiempo a análogo (TAC) y de análogo a digital (ADC) . Esto es debido a que mientras la tecnología de TDC convierte los segmentos de tiempo en una representación digital de ese tiempo, la tecnología de TAC convierte un segmento de tiempo en un valor análogo que después debe convertirse en un valor digital. La TAC requiere una cantidad relativamente grande de circuitería electrónica para llevar a cabo la tarea, mientras que una TDC se compone de un pequeño circuito integrado. La TDC consume aproximadamente 0.005% del estado real de la tarjeta de circuito en comparación con la que se necesita por la circuitería de TAC equivalente. En una modalidad, la resolución de margen se mejora para ser ±1 cm, como contra ±7.62 cm de la técnica anterior.

Además, la TDC puede recibir hasta cuatro pulsos de retorno de un solo pulso de láser. De acuerdo con una modalidad, al utilizar dos chips de TDC en el sensor, y la conmutación de ida y vuelta entre los mismos, pueden recibirse ocho pulsos de retorno de un solo pulso de láser. En una modalidad, con el margen máximo fijado en 11.58 metros (35 pies) , se reciben ocho pulsos de retorno en no más de 70 ns o 0.00000007 segundos. Cabe señalar que esto también puede conseguirse utilizando una TAC, pero la cantidad de circuitería requerida para ese propósito puede ocupar al menos hasta 200 veces más espacio en una tarjeta de circuito. Esta configuración mejora la capacidad de ver a través de condiciones climatológicas adversas como lluvia, nieve y niebla al ignorar los resultados que provienen de las condiciones climáticas adversas y al utilizar los resultados de los vehículos que circulan por debajo del sensor.

La FIGURA 5C muestra una pluralidad de factores ambientales y parámetros de rendimiento asociados en los cuales el sensor es capaz de desempeñarse de acuerdo con una modalidad de la presente invención. En una modalidad, los factores ambientales incluyen, pero no se limitan a, temperatura, choque térmico, humedad, lluvia, carga de nieve, carga de hielo, carga de viento, polvo, vibración, choque, conflabilidad, y mantenimiento.

En una modalidad, la geometría de láser y la óptica de colimación proporcionadas (cubo de cuatro facetas) proporcionan una huella de láser con una divergencia característica de 82.6u radianes en el eje vertical y 16.5m radianes en el eje horizontal. Cuando el sensor 105 mostrado en la FIGURA 1 se monta a 7.65 m (25 pies) por encima de la carretera, el ancho de la carretera en el terreno iluminado por los pulsos de láser de 90 de exploración cubre 15.3 metros (50 pies) . En una modalidad, cuando el sensor 105 se monta en aproximadamente 6 m (20 pies) por encima de la carretera, un solo pulso de láser ilumina una banda/huella de 0.762 mm (0.03") por 139 mm (5.49") sobre la carretera proporcionando por consiguiente alta resolución en carriles y cobertura óptima de cruce de carriles para dos a tres carriles cuando el láser se pulsa una vez cada grado del ángulo de exploración. En otra modalidad, si el sensor se monta a una altura de 7 metros, por ejemplo, cada medición de margen para el haz de láser ilumina una banda/huella de 0.508 mm (0,02") por 115.6 mm (4.55") en el pavimento.

Con referencia a la FIGURA 3, en otra modalidad cuando el sensor se monta a una altura de 7.65 m (25 pies), la huella de láser que cae sobre el pavimento es de aproximadamente 3.6 mm (0.15 pulgadas) en una dirección vertical 310 y 117 mm (4.6 pulgadas) en una dirección horizontal 305. Se debe apreciar que las huellas aparecen como rayas a lo largo del pavimento. Estas huellas de patrón de "rayas" se forman durante la exploración y aparecen como rayas sucesivas a través de la carretera que se acaban de tocar extremo a extremo, por lo tanto proporcionan una linea continua de detección. El patrón de huellas de rayas es resultado de la utilización de un diodo láser conde la faceta de salida del chip emisor de luz tiene forma rectangular.

En una modalidad, el sistema genera 90 pixeles por cada exploración, que se alinean a través de la linea de exploración, con muy poco espacio entre las mismas. Con la geometría de montaje de la FIGURA 1, la relación de píxel a espacio es mayor a 18.8. El espacio libre entre los pixeles posteriores es de aproximadamente 6.6 mm (0,26") a esta altura de montaje. De esta manera, cualquier forma superior al tamaño del espacio libre, por ejemplo, una barra de arrastre de 5 cm (2") , se detectará por al menos un pixel del sensor, permitiendo de ese modo que la precisión de detección de vehículo exceda 99% en una modalidad. Este tipo de huella de láser que aparece como línea de exploración continua permite, por ejemplo, la detección de un remolque y también su unión al vehículo de remolque. Cabe señalar que la alta relación de píxel a espacio libre se logra por el uso del diseño de línea de exploración continua con rayas del presente sistema. En una modalidad, el láser es pulsado a intervalos de 1 grado. Con el intervalo conocido, el ancho adecuado de láser y la óptica se seleccionan para producir una divergencia de haz específica, de tal manera que el ancho de láser incrementa de tamaño a la proporción exacta como la separación de ángulo. Alguien de experiencia ordinaria en la técnica apreciará que los exploradores de láser convencionales tienen una huella redonda, en comparación con una línea de exploración continua de rayas de la presente invención, y por lo tanto, exploradores convencionales producen una gran cantidad de superposición a medida que incrementa el margen, mientras que las modalidades actualmente descritas minimizan la superposición.

La FIGURA 5A es una tabla que muestra una pluralidad de parámetros de rendimiento para el sensor de la presente invención de acuerdo con una modalidad, tal como proporción de exploración, precisión de margen, resolución angular, etc. De acuerdo con un aspecto de la invención descrita, la puerta de margen mínimo del sensor puede ajustarse y/o personalizarse por un cliente. Esto permite al cliente configurar el sensor para ignorar los resultados de hasta un margen predeterminado y sólo procesar distancias más allá de ese margen. En una modalidad, la puerta de margen mínimo puede ajustarse desde 0 m hasta 7.65 m (0 pies hasta 25 pies) en incrementos de 0.038 m (1/8 de pie). Esto también puede utilizarse para evitar que condiciones climáticas adversas causen distancias cortas (falsas alarmas) que podrían distorsionar el perfil tridimensional resultante del vehículo que se está explorando.

En una modalidad, el cliente puede personalizar el número de pulsos que se producirán dentro de cada exploración. En una modalidad, el cliente puede personalizar el ángulo de exploración. En una modalidad, el ángulo de exploración puede ajustarse desde un máximo de 90 grados hasta un mínimo de 20 grados. Una persona de experiencia ordinaria en la técnica apreciará que otros diversos parámetros pueden ajustarse por el software de acuerdo con las preferencias del usuario.

Las personas con experiencia ordinaria en la técnica deben apreciar que puesto que el sensor de la presente invención mide los márgenes en un solo plano, la velocidad del vehículo en movimiento opcionalmente se captura por otro sensor (s) a fin de permitir una medición tridimensional calibrada. Sin embargo, incluso un perfil 3D no calibrado permite información valiosa sobre el perfil de vehículo y permite que el equipo distinga fácilmente entre, por ejemplo, un camión y un autobús . Alguien de experiencia ordinaria en la técnica apreciará que los diversos tipos de clasificaciones de vehículos, tales como camión, autobús, camioneta, coche, furgoneta, sedán, convertible, compacto, etc., sólo se limita por la complejidad del software, y por lo tanto el sistema puede adaptarse para clasificar vehículos en cualquier número de categorías. En una modalidad, el sistema es capaz de clasificar hasta 12 clases de vehículos. En una modalidad, el sensor de la presente invención inicia automáticamente el proceso de margen con el encendido, y su proceso de auto-calibración elimina la necesidad de ajustes de campo con el inicio.

De acuerdo con otro aspecto, el sistema de la presente invención tiene la capacidad de informar de la intensidad de los objetos reflejados junto con los datos de margen. El propósito de la captura de intensidad reflejada para cada píxel a través de la línea de exploración es para realizar la corrección de margen y para proporcionar datos adicionales al algoritmo de clasificación para determinar la clase de vehículo. Además, los datos de intensidad pueden utilizarse para mejorar la clasificación y detección de vehículos durante condiciones meteorológicas adversas. En el caso de reflexión por la acumulación de agua o aceite en el terreno o la reflexión por un parabrisas de vehículo, el margen indicado por el sensor puede ser significativamente más grande que el margen real de la superficie de referencia. Por lo tanto, la captura de datos de intensidad ayuda al usuario a comprender por qué los datos informados desde el sensor parecen ser erróneos. Otro ejemplo para la solución de problemas es el caso en donde la alineación óptica del sensor ha sido alterada por razones desconocidas. En este caso, la intensidad reflejada nuevamente al explorador puede ser demasiado baja para un uso correcto y consistente. Por consiguiente, el análisis de los datos de margen e intensidad permite a los operadores del sistema identificar la causa del rendimiento reducido del sensor.

Los ejemplos anteriores son meramente ilustrativos de las muchas aplicaciones del sistema de la presente invención. Aunque sólo algunas modalidades de la presente invención se han descrito en la presente, debe entenderse que la presente invención puede desempeñarse en muchas otras formas especificas sin apartarse del espíritu o alcance de la invención. Por lo tanto, los presentes ejemplos y las modalidades se considerarán como ilustrativos y no como restrictivos, y la invención puede modificarse dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (19)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención como antecede, se considera como novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo descrito en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un sistema para determinar la forma tridimensional de un vehículo, el sistema caracterizado porque comprende: un sensor de distancia que comprende un transmisor de láser y un fotodetector, para generar una pluralidad de haces de láser y para detectar una pluralidad de haces reflejados, cada uno de los haces reflejados correspondiente a uno de la pluralidad de haces de láser generados; un mecanismo de exploración, colocado con respecto al sensor de distancia, para colimar cada uno de los haces de láser generados a través del vehículo, en donde el mecanismo de exploración comprende un cubo de cuatro facetas, cada una teniendo una superficie reflectora, en donde el cubo de cuatro facetas se sitúa con respecto al sensor de distancia de tal manera que se adapta para reflejar los haces de láser generados, y en donde el mecanismo de exploración además comprende un circuito de control de explorador en comunicación de datos con el sensor de distancia para activar la generación de los haces de láser para crear ángulos de exploración predefinidos; y un sistema de procesamiento para determinar márgenes de distancia desde el sensor hasta las porciones del vehículo utilizando las mediciones de tiempo de vuelo derivadas de los tiempos de haces de láser generados y haces reflejados, cuando el vehículo se desplaza dentro de un área de detección del sensor y para determinar una forma tridimensional del vehículo basándose en márgenes de distancia.

2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza además porque comprende un convertidor de tiempo a digital (TDC) para las mediciones de tiempo de vuelo.

3. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque el TDC se adapta para recibir hasta cuatro pulsos de retorno de un solo pulso de láser.

4. El sistema de conformidad con la reivindicación 2, se caracteriza porque comprende al menos dos TDCs.

5. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el cubo de cuatro facetas gira continuamente en una dirección a una velocidad constante.

6. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el cubo de cuatro facetas permite cuatro exploraciones por cada revolución.

7. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque el sistema genera una pluralidad de huellas de láser y en donde las huellas de láser aparecen como rayas que se tocan extremo a extremo y proporcionan una linea continua de detección.

8. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque la resolución de margen de distancia del sistema es +1 cm.

9. El sistema de conformidad con la reivindicación 1, se caracteriza porque los limites de mediciones de margen de distancia son adaptables.

10. Un método para determinar una forma tridimensional de un vehículo que pasa a través de un área de detección de un sensor de margen que comprende un transmisor de láser y un fotodetector, el método caracterizado porque comprende: explorar una pluralidad de haces de láser a través del vehículo utilizando un mecanismo de exploración que comprende un cubo de cuatro facetas, el cubo de cuatro facetas tiene superficies reflectoras que se utilizan para dirigir los haces de láser a través de su campo de visión en una línea recta, el mecanismo de exploración además comprende un circuito de control de explorador que activa el láser en ángulos de exploración predefinidos; determinar un margen de distancia desde el sensor hasta las porciones del vehículo utilizando mediciones de tiempo de vuelo; y procesar los datos de margen de distancia para cada ángulo de exploración para determinar la forma tridimensional del vehículo.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, se caracteriza porque el cubo de cuatro facetas gira continuamente en una dirección a una velocidad constante durante la exploración.

12. El método de conformidad con la reivindicación 10, se caracteriza porque el cubo de exploración se adapta para producir cuatro exploraciones por cada revolución.

13. El método de conformidad con la reivindicación 10, se caracteriza además porque comprende utilizar un convertidor de tiempo a digital (TDC) para las mediciones de tiempo de vuelo.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, se caracteriza porque el TDC se adapta para recibir hasta cuatro pulsos de retorno de un solo pulso de láser.

15. El método de conformidad con la reivindicación 13, se caracteriza porque el sistema comprende al menos dos TDCs.

16. El método de conformidad con la reivindicación 10, se caracteriza porque el sistema genera una pluralidad de huellas de láser durante una exploración y en donde cada una de las huellas de láser aparecen como rayas que se tocan extremo a extremo y proporcionan una línea continua de detección.

17. El método de conformidad con la reivindicación 10, se caracteriza porque la resolución de margen de distancia de las mediciones es ±1 cm.

18. El método de conformidad con la reivindicación 10, se caracteriza porque los limites de mediciones de margen de distancia son adaptables.

19. El método de conformidad con la reivindicación 10, se caracteriza porque, cuando el circuito de control de explorador activa un pulso de láser, es una vez por cada grado de ángulo de exploración.