TWI651518B - 具有模型化背景減除之紅外線存在感測技術 - Google Patents

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Abstract

一運動感測裝置包括一紅外線輻射(IR)感測器，其組配來接收來自一溫暖物體之信號IR及背景IR，以生成一直流輸出。第一轉換過濾器接收該直流輸出並產生一經過濾背景。一第二轉換過濾器接收該直流輸出並產生一經過濾信號。一評比器比較該經過濾信號與該經過濾背景，以基於該經過濾信號與該經過濾背景之間的一經檢測差異來產生一結果信號。

Description

具有模型化背景減除之紅外線存在感測技術
本發明係有關感測器，更特定言之，乃有關熱感測裝置。
紅外線(IR)檢測器，例如遠IR檢測器，可配合諸如多焦點菲涅耳(Fresnel)透鏡的額外光學元件操作。例如，熱電檢測器典型由兩個相反連接的熱感測元件所組成。此二熱感測元件消除同樣接收到的輻射，諸如照射的日光，而因此需要將例如人之一局部化移動熱點的輻射照射到兩個元件中僅一者上的一光學系統。
圖1A係為一傳統檢測器100的示意截面側視圖，此檢測器係組配來檢測一生物(例如人)在一受監測空間內的位置、運動及/或方向。一般而言，「受監測空間」一詞係指一實體區域(例如房間、走廊、室外區域等)，此實體區域為檢測器100設置處及檢測器100可以盡所能地檢測有無生物之處。檢測器的視場(FOV)描繪出檢測器能夠感測一溫暖物體的一區域，且可為受監測空間的一部分，或可包括所有受監測空間。
檢測器100具有含一或多個熱感測裝置(例如熱電堆)的一感測器模組102，及至少部分覆蓋感測器模組102的一透鏡陣列104。此透鏡陣列104具有多個透鏡，其各配置來將入射熱能從受監測空間導引到至少部分的感測器模組102上。各個獨立透鏡可將入射熱能從受監測空間中多個不同實體區位中之一者導引到感測器模組102上。
一積體電路106在各種實施態樣中可形成一以電腦為主的處理器、以電腦為主的記憶體儲存裝置、及/或其他電路，以執行及/或支援本文所述之數個功能性中之一或多者。電氣導體(例如沿基體110之上及/或下表面延伸的跡線、延伸穿過基體的通孔108、焊料凸塊112等)係設置來將檢測器100之電氣組件連接至外部組件。
熱感測裝置，諸如熱電堆或光子檢測器，通常可操作來產生一直流(DC)輸出，此DC輸出與在那個熱感測裝置所接收的熱能數量實質上成比例。如果傳遞到此一熱感測裝置的熱能數量保持大致固定，則由那個熱感測裝置所產生的DC輸出即保持固定。傳遞到熱感測裝置的熱能數量增加，通常在由那個感測裝置所產生之DC輸出中導致一成比例的增加。同樣地，傳遞到熱感測裝置的熱能數量降低，在由那個感測裝置所產生之DC輸出中導致一成比例的降低。來自熱感測裝置的DC輸出可為DC電壓或DC電流。
目前的運動檢測器典型運用熱電材料，常搭配透鏡陣列104以檢測人員在一房間中的移動。一熱電材料在進入之熱輻射(來自諸如人體之一熱源)改變時產生一信號。數學上來說，熱電檢測器產生遵循入射熱通量之時間導數的一電氣信號。因此，若一人進入或離開檢測器的FOV時，則熱通量改變且有一個別信號產生。信號的幅度取決於熱源溫度及所謂FOV的填充因子。來源的溫度愈高且更多來源填入檢測器之FOV，則所得信號愈高。
一溫暖物體輻射出可利用熱感測器予以感測到的熱，此熱感測器諸如熱電感測器、熱電堆、輻射熱計等。在物體移動穿過此等感測器之視場的情況下，輻射量隨時間改變。為區別來自那個物件之移動在時間上的變化(信號)與源自於在溫度及因此輻射量上有變化的區域性熱源之在時間上的變化(背景)，背景可從該信號移除。此稱為背景減除。
傳統上，熱電檢測器實施採用一擾偏(scrambling)光學組件及空間上分開之至少兩個感測元件的組合。擾偏光學組件將物體移經之FOV的一些部分分成數個區段，使得數個元件之一者上的淨輻射變化夠快而可被感測到，且個別元件所見之淨輻射大為不同。此方法係圖1B所繪示者。至少兩個感測元件221、222連接一起，使得同樣接收到的輻射在電氣輸出231、232處被消除，且不會造成所得信號230隨著時間的任何變化(信號240)。若環境例如正在加熱或冷卻，則輻射量上升或下降但被元件二者共同看見，且因而不會被感測出來。為了在那個感測元件組合中產生一信號240，一個感測元件221必須看見不同於另一個感測元件222的輻射量。
為了觀察物體在感測器之視場內的移動，於感測器上所接收的輻射在空間與時間上變動。這可由取決於物體在FOV中之位置而將物體位置投射到元件221、222之一者上的擾偏光學組件來實現。物體經過FOV的移動造成感測元件上之輻射的一非平衡改變，且又產生一非零信號240。一般而言，物體必須從一區位(A/B 210)改變位置到另一區位(B/A 210)以被感測到。留在一區位中的物體不會被感測到。
然而，傳統單一元件熱電檢測器無法感測所接收輻射的DC組分，因而使用一調變輻射來對後端的處理電子組件提供一輸出。據此，業界有克服這些限制中的一或多者之一需求。
本發明之數個實施例提供具有模型化背景減除之紅外線存在感測技術。簡單來說，本發明係針對具有一紅外線輻射(IR)感測器的一運動感測裝置，此IR感測器係組配來接收來自一溫暖物體的一信號IR及背景IR以產生一直流輸出。一第一轉換濾波器接收該直流輸出並產生一經過濾背景。一第二轉換濾波器接收該直流輸出並產生一經過濾信號。一評比器比較經過濾信號及經過濾背景，以基於經過濾信號與經過濾背景間的一經檢測差異來產生一結果信號。
本發明之其他系統、方法及特徵對於熟習此技藝者而言在檢視附圖及以下詳細描述之際將變得明顯。為人所欲的是，所有此種額外系統、方法及特徵被含括在此說明書內、於本發明之範疇內、且由後附申請專利範圍所保護。
以下定義係用於解釋應用在本文所揭露之實施例之特徵的用語，且僅欲界定在本揭露範圍內之元件。
在本文中使用時，「檢測器」係指具有一或多個熱感測元件的一熱感測裝置。單一元件檢測器含有單一熱感測元件，而多重元件檢測器含有兩個或更多熱感測元件。例如，一多重元件檢測器包括數百個或數千個個別熱感測器或像素。
現將進一步參考本發明之數個實施例，其等之範例係於附圖中例示。在可行時，相同標號於圖式及說明內容中用來表示相同或相似部分。
顯示於圖3中之一運動感測裝置300之第一範例實施例可與單一元件檢測器325配合操作。此單一元件檢測器325可類似於傳統的檢測器100 (圖1)，具有能夠感測幾近靜態情況之即使非常緩慢之輻射變化的單一感測元件102 (圖1)，例如熱電堆、輻射熱計、光子感測器、及/或以半導體為基礎的IR感測器(塊體或磊晶、本質或異質等)。單一元件檢測器325通常組配來產生與所接收之熱能數量實質上成比例的一直流電流(DC)或電壓輸出。此一單一元件檢測器325可選擇性地裝設有擾偏光學組件104 (圖1)。
相較於較早的檢測器，在第一實施例之下，溫暖物體可在任何方向移動(與具有一分段空間的傳統方法相反)，且此移動通常造成由運動感測裝置300所接收之輻射在時間上的變化。一般而言，一穩態周邊背景可被量測出並從運動感測裝置300輸出減除。然而，對於周邊背景隨著時間的變化實際上令此種方法失效。
一溫暖前景物體可藉由以時間為基礎的一信號分析來與背景(例如周邊溫度的改變)區別。此第一實施例應用了背景模型，其可具有不同功能特性，例如信號的上升及下降時間、信號形式及信號振幅等等。此模型可用來將背景從在時間上具有實質上不同功能特性之信號濾除/分開。
為說明此想法，以下簡單範例係透過圖2A及圖2B所繪示。一關注物體250，例如人員，位在單一元件檢測器325之FOV 290中，而FOV 290係例如經由受監測空間中的一窗戶而暴露於日光下。太陽260照耀但有雲270經過，造成單一元件檢測器325之FOV 290內所監測的背景區域隨機地加熱及冷卻。關注物體250在FOV 290中朝向單一元件檢測器325移動，而藉由感測器由於所關注物體而接收之輻射量係表示為「信號」，在圖2B中以一點鏈線表示，此輻射量隨關注物體接近單一元件檢測器325而增加。信號281可從以一虛線表示之背景282減除。單一元件檢測器325之總輸出表示信號281及背景282的總和280，在圖2B之圖表中以一實線表示。由於信號281顯著地較背景282上升得快，故背景282可透過應用一簡單低通濾波技術利用可相比於背景者的一時間常數來過濾，以從總和280減除經過濾的信號。留下的即為信號281，其可藉由簡單的臨界值來分析。
在其他實施例中，一信號模型可被應用在由單一元件檢測器325所看見的總和上。接著，經過濾的信號及經過濾的背景之簡單減除可透過臨界值來估計。更複雜的信號分析，例如快速傅立葉轉換(FFT)、函數擬合、機器學習及模型化等，可應用在此基本原理以進一步提高信號與背景之間的區別。此原理不限於時域，而可利用任何其他數學轉換法實行，例如頻域、拉普拉斯轉換、多變數展開(multi-variable expansion)等。
第一實施例不受限於以上範例。任何來源可表示為「信號」而另一來源可表示為「背景」，只要兩個來源的輻射在時間上行為能以可分開方式模型化及/或描述即可。背景可為例如從感測器移動一長距離的人員，而信號可為在FOV之前景中移動的人員。此背景/信號可為在所產生輻射量上具有不同幅度但有相同空間位置的來源(汽車、寵物、人員、火等)。本文所述之此等實施例不受限於空間上的變化。例如，檢測器300可區別一加熱器與一局部火焰，或可區別一成人與一寵物/孩童。
本發明之數個範例實施例包括單一元件背景減除熱電堆感測器(TP)，其可在沒有諸如多焦點菲涅耳透鏡之額外光學元件的情況下操作。
在第一實施例中，包括一熱電堆感測器之一檢測器提供與淨輻射成比例之一電流或電壓並感測DC組件。因此，一靜止熱點，諸如不動人員，可在與任何檢測到之背景輻射分開後而被感測到，此檢測到的背景輻射可由一加熱器、一變動日光荷載、空調等產生。此第一實施例藉由下文進一步詳細敘述的模型化技術來結合該背景的減除。
最簡單的背景減除可藉由在沒有關注物體存在的情況下量測淨輻射來實現，藉此僅量測背景。所記錄的數值用作從感測器輸出減除的一偏差。移動到TP之視場中的一物體可透過經減除偏差之信號上的一簡單臨界值分辨出。然而，簡單背景減除在周邊條件隨時間變化之際可能不適當，因而使偏差無效。
圖3係為一感測裝置300之第一實施例的概要圖。IR輻射310包括來自例如一人員250 (圖2A)之一溫暖物體的一信號312，及例如感測裝置300之FOV內之周邊熱的背景輻射314。感測裝置300辨識FOV中一溫暖物體之存在及/或運動，以例如在一開關380中產生一動作。例如，開關380可被致動以作為檢測到及/或沒有檢測到在FOV中之溫暖物體的結果。裝置300拆分單一元件檢測器325之原始輸出用於背景及信號之個別處理以決定開關380之動作。在其他實施例，感測裝置300的輸出可為非該開關380的某種事物，例如一輸出信號、或一視覺指示器，諸如指示燈或顯示螢幕上的指示圖像。
單一元件檢測器325檢測IR輻射310，伴隨一些雜訊320，例如自我雜訊或系統雜訊。單一元件檢測器325提供一原始資料輸出330，例如一類比電壓/電流準位、或例如來自一類比對數位轉換器(ADC)之此一類比輸出信號的一數位轉換，其與所接收的淨IR輻射310成比例。應注意的是，在下文敘述的第三實施例中，一多重感測器檢測器可產生來自各感測器的多重輸出信號及/或來自各感測器的集合輸出信號。針對第一實施例，單一元件檢測器325具有產生單一原始檢測器輸出330之單一感測器。
原始檢測器輸出330可例如利用一多工器(圖中未顯示)被拆分，且饋入兩個或更多資料分析分支。為求簡明，第一實施例中僅敘述兩個分支。然而，於替代實施例中可使用例如三個或更多分支來區別多重信號與另一者及背景。第一分支係饋入產生一經過濾背景345的第一轉換過濾器340，而第二分支係路由至產生一經過濾信號355之第二轉換過濾器350的輸入。第一轉換過濾器340可將為時間函數的原始資料轉換成可將背景與信號及雜訊分開的一變數，產生經過濾背景信號345。第二轉換過濾器350可將為時間函數的原始資料轉換成可將信號與背景及雜訊分開的一變數。此等轉換過濾器340、350可藉由可變參數操縱，例如背景模型參數342及信號模型參數352，例如頻率範圍、振幅範圍等。
一般而言，第一轉換過濾器340及第二轉換過濾器350可具有相異數學運算。例如，一比較動作，譬如由諸如一比較器之一評比器裝置370執行者，係在決定改變一開關380之狀態前，執行來區別經過濾背景345與經過濾信號355。例如，評比器可判定經過濾信號355足以與經過濾背景345區別，以指出一溫暖物體在運動感測裝置300之FOV中的存在/不存在/運動。評比器370可存取評比模型參數372的儲存，例如臨界值、時間常數、公差窗段、信號改變指示符等。
圖4顯示一運動感測模組400之第二範例實施例。為人所欲的是，具有一整合式單一通道熱電堆425螢幕之液晶顯示器(LCD)可在日光使運動感測裝置之FOV中的一圍繞隔室變熱之際感測來自一接近人員的IR輻射410。單一通道熱電堆425感測來自太陽414之一緩慢上升組分及來自人員412之一快速上升信號組分。應用一第一轉換過濾器440，例如熱電堆ADC輸出430信號上具有8秒切(cut-on eight second)上升時間442的低通濾波器，移除此信號組分及任何ADC波動420，產生一經過濾背景445。在經過濾背景445可從熱電堆ADC輸出430減除時，一第二轉換過濾器450，例如熱電堆ADC輸出430信號上具有1秒切(cut-on one second)上升時間452的一低通濾波器，移除此背景組分及任何ADC波動420，產生一經過濾信號455。一臨界值比較器470可應用來執行一動作，例如用來在單一通道熱電堆425內啟動LCD的一中斷 480。
臨界值比較器470可存取一或多組臨界值參數472，以適合不同檢測情境，如同轉換過濾器440、450一樣。例如，背景可為提供原始資料輸出由於空氣擾動之一快速變化的一空氣流。若背景波動快於人員運動，則一低通濾波階段不僅將信號與ADC波動分開，更將信號與空氣擾動分開。此改善從經過濾信號455減除經過濾背景445的結果。將用於信號之一或多個參數改變至一較高截止值，可能造成抑制在單一通道熱電堆425前方移動之人員可能觸發進一步事件的信號，即便該人員係在單一通道熱電堆425之視場中。利用此一較高截止參數，一延遲可能被操縱來切換單一通道熱電堆425，因而經過單一通道熱電堆425之FOV的一人員可與一靜止人員區別。
改變第一及第二轉換過濾器440、450之過濾器參數，可用來例如區別一快速溫度變化與一緩慢溫度變化，諸如燃燒的功率電子組件。類似地，除了執行一過濾器操作以外，區別對單一通道熱電堆425之二或更多輸出可使用其他類型的數學運算來實現。
回到圖3，可將一模型應用到熱電堆ADC信號作為一時間函數，其用以辨別特定標記，諸如由正行走經過單一元件檢測器325(圖3)之FOV的人員、正經過FOV的狗、及經過FOV之車輛所產生的一標記信號。此等三個情況可透過信號振幅、信號速度及最終一信號圖樣之組合來區別。此模型可藉由一多變數展開來分析。將原始資料 通過此過濾階段，產生經過FOV之物體為人員、車輛或寵物的一概度(likelihood)。裝置輸出可為指出最靠近匹配的一概度估計。就週期性信號而言，可使用傅立葉轉換。例如，一快速傅立葉轉換(FFT)輸出可區別一週期性背景與一非週期性信號。
一模型可應用於作為一時間函數遵循背景標記的背景組分。此模型可採多種不同方式來決定。例如，此模型可在不仰賴先前儲存(經記憶)資料的情況下提供檢測器輸出350之動態分析。
此分析可藉由過濾出背景且在之後將其減除來執行。例如，若此信號變動非常緩慢，則可應用一單一低通階段，此階段在物體於視場中移動時不響應於熱電堆輸出之一快速變化。此結果亦可透過以較快響應之一低通來「過濾」該信號予以改善以在之後作減除。
若背景IR輻射314之標記例如由一模型為可預測的，則可直接應用背景IR輻射314之標記。學習程序可在一參數空間執行，此學習程序可適合將背景345與信號355分開。此學習程序可例如透過一數學(多)變數展開來執行，例如傅立葉轉換、拉普拉斯轉換或其他者，其中資料係轉換到頻域或其他域別。替代或除此之外，此學習步驟亦可在時域執行。
圖6顯示用以從單一元件紅外線(IR)感測器325(圖3)之輸出區別一關注信號與背景之方法600的一範例實施例。方法600之步驟將參照圖3所示之元件。然而， 熟習此技藝者將了解此方法亦可應用在以下描述之圖7之多重元件IR感測器。應注意的是，流程圖中的任何程序描述或方塊應了解為代表性模組、區段、碼之部分、或包括用以實施程序中之特定邏輯功能之一或多個指令，且替代實施態樣係包括在本發明之範疇內，其中如同由本發明之領域中熟習此技藝者所了解地，功能可取決於所涉及的功能性而不依所顯示或論述的順序執行，包括大致上同時或相反順序。
如方塊610所示，來自IR感測器325之一直流輸出330係例如經由一多工器(圖中未顯示)分成一第一部分及一第二部分。如方塊620所示，此第一部分係以一第一轉換過濾器340進行轉換，來產生一經過濾背景345。
如方塊630所示，第二部分係以一第二轉換過濾器350進行轉換，來產生一經過濾信號355。如方塊640所示，經過濾信號及經過濾背景係例如透過一評比器770比較，以區別信號與背景。此評比器770可存取評比模型參數772的儲存，例如以適配不同比較情境。如方塊650所示，經過濾信號與一經儲存的信號標記比較。例如，經儲存的信號標記可包括用於比較步驟中之一範圍的參數及/或臨界值，以判定經過濾信號355及/或經過濾背景345是否匹配，或在一或多個方面與經儲存的信號標記類似。如方塊660所示，若經過濾信號被識別出，例如倘若經過濾信號與經儲存的信號標記匹配，則如方塊670所示執行一動作，如致動一開關380。替代地，即便經過濾信號355沒有被確實識別出但與經過濾背景345係明顯區別，仍可執行動作(方塊670)。
雖然「過濾器」一語在本文中係針對第一轉換過濾器340及第二轉換過濾器350使用，但此領域中熟習此技藝者將了解第一及/或第二過濾器340、350除了或替代傳統高通、低通、帶通或陷波(notch)濾波，可包括時域及/或頻域中的其他數學模型化程序。例如，第一及/或第二轉換過濾器340、350可包括在原始檢測器輸出330上的函數擬合、諸如FFT的傅立葉轉換、拉普拉斯轉換、多變數展開等其他運算。
圖7顯示一運動感測裝置700的第三實施例，其中使用一多重元件感測器(檢測器)725而非第一實施例的單一元件感測器325(圖3)。多重元件感測器725可具有2、3、4或更多元件，例如一多像素感測器。
圖7所示之感測裝置700的第三範例實施例可配合具有多重感測元件的一多重元件檢測器725來操作，此等感測元件例如熱電堆、輻射熱計、光子感測器、以半導體為基礎的IR感測器(塊體或磊晶、本質或異質等)，能夠感測幾近靜態情況之即使非常緩慢的輻射變化。此多重元件檢測器725通常組配來產生與所接收之熱能量實質上成比例的一直流(DC)輸出。此一多重元件檢測器725可選擇性裝設有擾偏光學組件104 (圖1)。
IR輻射310可包括來自例如一人員250(圖2A)之一溫暖物體的信號312、及例如環境熱的背景輻射314。感測裝置700辨別一溫暖物體的存在及/或運動，以產生開關380中的一動作。例如，開關380可因檢測到及/或未檢測到溫暖物體而致動。感測裝置700將多重元件檢測器725之信號分成用以獨立處理背景及信號的二或更多分支，來決定開關380之動作。在其他實施例中，系統輸出可為非該開關380的某種事物，例如一輸出信號、或在顯示裝置或監視器上供觀看的一指示符。
多重元件檢測器725檢測IR輻射與一些雜訊320，例如自我雜訊或系統雜訊。此多重元件檢測器725提供一原始多重感測器輸出730，例如一類比電壓/電流準位、或此一類比輸出信號例如透過一類比對數位轉換器(DC)的數位轉換，其與所接收之淨IR輻射310成比例。針對第三實施例，多重元件檢測器725具有產生原始多重感測器輸出730之二或更多感測器。
原始多重感測器輸出730可被拆分及饋入二或更多資料分析分支。第一分支係饋入產生一經過濾背景745之的第一轉換過濾器740，而第二分支係路由至產生一經過濾信號755之第二轉換過濾器750之輸入。第一轉換過濾器740將作為時間函數的原始資料轉換成可把背景與信號及雜訊分開的一變數，進而生成經過濾背景信號745。第二轉換過濾器750可將作為時間函數的原始多重感測器輸出730轉換成可把信號與背景及雜訊分開的一變數。此等轉換過濾器740、750可藉由可變參數操縱，例如背景模型參數742及信號模型參數752。
一般而言，第一轉換過濾器740及第二轉換過濾器750可具有相異的數學運算。例如透過一評比器770的比較，係在背景於決定改變開關380之狀態之前被感測到及/或與信號區別之際執行。
如先前所提，本案用以執行上文詳細敘述之功能性的系統可為一電腦，其範例係顯示於圖5之示意圖中。系統500含有一處理器502、儲存裝置504、儲存有界定先前所提功能性的軟體508之記憶體506、輸入及輸出(I/O)裝置510 (周邊裝置)、及允許在系統500內進行通訊的本地匯流排或本地介面512。此本地介面512可為例如但不限於一或多個匯流排或其他有線或無線連接，如業界所熟知地。本地介面512可具有額外元件以能夠進行通訊，此等元件為求簡明而省略未示，諸如控制器、緩衝器(快取記憶體)、驅動器、轉發器、接收器。再者，本地介面512可包括位址、控制及/或資料連接，以在前述構件之間能有合適通訊。
處理器502係為用以執行軟體，特別是儲存在記憶體506中者的一硬體裝置。處理器502可為任何定製或商業上可用之單核心或多核心處理器、一中央處理單元(CPU)、與本系統500相關聯之數個處理器之間的一輔助處理器、一以半導體為基礎之微處理器(以一微晶片或晶片組之形式)、巨處理器、或一般用以執行軟體指令的任何裝置。
記憶體506可包括依電性記憶體元件(例如隨機存取記憶體(RAM，諸如DRAM、SRAM、SDRAM等))及非依電性記憶體元件(例如ROM、硬碟、磁帶、CDROM等)之任一者或組合。此外，記憶體506可合併電子、磁性、光學及/或其他類型的儲存媒體。應注意的是，記憶體506可具有一分散式架構，其中各種構件彼此遠隔座落，但可由處理器502所存取。
根據本案發明，軟體508界定由系統500執行的功能性。記憶體506中之軟體508可包括一或多個分開的程式，其各含有如以下敘述之用以施行系統500之邏輯功能之一順序排列的可執行指令串列。記憶體506可含有一作業系統(O/S) 520。此作業系統基本上控制系統500內之程式的執行，且提供排程、輸入-輸出控制、文件及資料管理、記憶體管理、及通訊控制與相關服務。
I/O裝置510可包括輸入裝置，例如但不限於鍵盤、滑鼠、掃描器、麥克風等。此外，I/O裝置510亦可包括輸出裝置，例如但不限於印表機、顯示器等。最後，I/O裝置510可更包括經由輸入及輸出二者通訊的裝置，例如但不限於一調變器/解調器(數據機；用於接取另一裝置、系統或網路)、射頻(RF)或其他收發器、電話介面、橋接器、路由器、或其他裝置。
當系統500在運作時，處理器502係組配來執行儲存在記憶體506內之軟體508，用以將資料傳送往返記憶體506，且用以依據軟體508大致控制系統500之運作，如以上所說明地。
當系統500之功能性在運作時，處理器502係組配來執行儲存在記憶體506內之軟體508，用以將資料傳送往返記憶體506，且用以依據軟體508大致控制系統500之運作。作業系統520係由處理器502所讀取，或許在處理器502內緩衝，而後執行。
當系統500在軟體508中實行時，應注意的是用以實行系統500的指令可被儲存在透過或配合任何電腦相關裝置、系統或方法使用之任何電腦可讀媒體上。此一電腦可讀媒體於一些實施例中可對應於記憶體506或儲存裝置504之任一者或兩者。在本案詳載內容之脈絡中，一電腦可讀媒體係為可含有或儲存透過或配合一電腦相關裝置、系統或方法使用之電腦程式的電子、磁性、光學或其他實體裝置或構件。用以實現系統的指令可體現於透過或配合處理器或其他此種指令執行系統、設備或裝置使用的任何電腦可讀媒體中。雖然處理器502僅以範例敘述，但此種指令執行系統、設備或裝置在一些實施例中可為任何以電腦為基礎的系統、含處理器系統、或可從指令執行系統、設備或裝置擷取指令及執行該等指令的其他系統。於本案詳載內容之脈絡中，一「電腦可讀媒體」可為可儲存、通訊、傳播、或傳送透過或配合處理器或其他此種指令執行系統、設備或裝置使用的程式之任何構件。
此一電腦可讀媒體可為例如但不限於一電子、磁性、光學、電磁、紅外線或半導體系統、設備、裝置或傳播媒體。電腦可讀媒體的更多特定範例(非盡列清單)可以包括下列項目：具有一或多條線路之一電氣連接(電子)、一可攜式電腦磁片(磁性)、一隨機存取記憶體(RAM)(電子)、一唯讀記憶體(ROM)(電子)、一可抹除可規劃唯讀記憶體(EPROM、EEPROM或快閃記憶體)(電子)、一光纖(光學)、及一可攜式實密光碟唯讀記憶體(CDROM)(光學)。應注意的是，電腦可讀媒體甚至可為供程式列印於其上的紙張或任何合適媒體，因為程式可經由例如對紙張或其他媒體進行光學掃描而被電子式抓取出來，接著若有必要的話進行編譯、解譯或以一合適形式採其他方式處理，而接著儲存在一電腦記憶體中。
在一替代實施例中，其中系統500在硬體中實行的情況下，系統500可採以下各為習知之技術中之任一者或組合實施：具有用以對資料信號執行邏輯功能之邏輯閘的分立邏輯電路、具有合適組合式邏輯閘之特定應用積體電路(ASIC)、可規劃閘陣列(PGA)、可現場規劃閘陣列(FPGA)等。
對於熟於此技者將會明顯的是，多種修改及變化可在不脫離本發明之範疇或精神下針對本案之結構作成。例如，在一些實施例中，兩個經低通過濾信號之間的差異可能無法僅藉量測高於一臨界值之正值且還藉由在進入視場之人員已離開視場後量測信號的消失，來感測進入視場之人員的存在。此人員可能被視為背景的部分，例如在人員滯留久於背景過濾器的時間常數時。
於一些實施例中，背景過濾器(還有信號過濾器)的時間常數可在感測到物體時降低到一快速響應，以較快達到兩個過濾器之間的零差異(重設)，且備妥以感測物體的消失。當物體再次離開視場時，可選擇快速過濾器設定來針對相同物體或不同物體進入FOV時將系統重設。
背景的週期性行為可經示現以被減除，以便預測背景。此可為一簡單狀況，諸如日夜溫度波動，但可藉記錄任何背景的重覆行為來擴展到機器學習。
鑒於前述內容，吾人意欲的是本發明涵蓋此發明之種種修改及變化，只要它們落入後附申請專利範圍及其等效物之範疇內。
100‧‧‧檢測器
102‧‧‧感測器模組；單一感測元件
104‧‧‧透鏡陣列；擾偏光學組件
106‧‧‧積體電路
108‧‧‧通孔
110‧‧‧基體
112‧‧‧焊料凸塊
210‧‧‧區位
221、222‧‧‧感測元件
230‧‧‧所得信號
231、232‧‧‧電氣輸出
325‧‧‧單一元件檢測器；IR感測器
240‧‧‧(非零)信號
250‧‧‧關注物體；人員
260、414‧‧‧太陽
270‧‧‧雲
280‧‧‧總和
281、312‧‧‧信號
282‧‧‧背景
290‧‧‧視場(FOV)
300‧‧‧(運動)感測裝置；檢測器；裝置
310、410‧‧‧IR輻射
314‧‧‧背景(IR)輻射
320‧‧‧雜訊
480‧‧‧中斷
500‧‧‧系統
330‧‧‧原始資料輸出；原始檢測器輸出；直流輸出
340、440‧‧‧(第一)轉換過濾器
342‧‧‧背景模型參數
345‧‧‧經過濾背景(信號)；背景
350、450‧‧‧(第二)轉換過濾器
352‧‧‧信號模型參數
355‧‧‧(經過濾)信號
370‧‧‧評比器(裝置)
372‧‧‧評比模型參數
380‧‧‧開關
400‧‧‧運動感測器模組
420‧‧‧ADC波動
425‧‧‧單一通道熱電堆
430‧‧‧熱電堆ADC輸出
442‧‧‧8秒切上升時間
445‧‧‧經過濾背景
452‧‧‧1秒切上升時間
470‧‧‧臨界值比較器
502‧‧‧處理器
504‧‧‧儲存裝置
506‧‧‧記憶體
508‧‧‧軟體
510‧‧‧輸入及輸出(I/O)裝置
512‧‧‧本地介面
520‧‧‧作業系統
600‧‧‧方法
610~660‧‧‧方塊
670‧‧‧方塊；動作
700‧‧‧(運動)感測裝置
725‧‧‧多重元件感測器；多重元件檢測器
730‧‧‧原始多重感測器輸出
740‧‧‧(第一)轉換過濾器
742‧‧‧背景模型參數
745‧‧‧經過濾背景(信號)
750‧‧‧(第二)轉換過濾器
752‧‧‧信號模型參數
755‧‧‧經過濾(背景)信號
770‧‧‧評比器
772‧‧‧評比模型參數
附圖係被包括以提供本發明的進一步了解，且係併入此說明書內容中且構成其之一部分。圖式中的組件不一定有依比例繪製，而是在要清楚闡明本發明之原理處作了些強調。此等圖式說明本發明之數個實施例，且一同配合說明書用來解釋本發明之原理。
圖1A係為根據先前技術之一範例檢測器的概要橫截面視圖。
圖1B係為根據先前技術顯示具有示意性光學組件及電子組件之一簡化雙元件熱電檢測器的概要圖。
圖2A係為表示在一範例檢測器之視場中之一關注物體及一背景的概要圖。
圖2B繪出由圖2A所顯示之景象的信號、背景及總和隨時間的幅度。
圖3係為一運動及存在感測裝置之第一實施例的概要圖。
圖4係為一運動及存在感測裝置之第二實施例的概要圖。
圖5係為繪示用以執行本發明之功能性之一系統範例的概要圖。
圖6係為用以區別單一元件熱感測器之信號與背景之一範例方法的流程圖。
圖7係為一運動及存在感測裝置之第三實施例的概要圖。

Claims (15)

  1. 一種感測裝置，其包含：一紅外線輻射(IR)感測器，組配來接收來自一溫暖物體之信號IR及背景IR以產生一直流輸出；一第一轉換過濾器，組配來接收該直流輸出及產生一經過濾背景；一第二轉換過濾器，組配來接收該直流輸出及產生一經過濾信號；以及一評比器，組配來比較該經過濾信號及該經過濾背景，且基於該經過濾信號與該經過濾背景之間之一經檢測差異來產生一結果信號，其中該IR感測器係為一單一元件感測器。
  2. 如請求項1之感測裝置，其更包含組配來將該直流輸出轉換成一數位表示型態的一類比對數位轉換器(ADC)。
  3. 如請求項1之感測裝置，其更包含組配來接收該結果信號並根據所接收的該結果信號來致動的一開關。
  4. 如請求項1之感測裝置，其更包含與該第一轉換過濾器連通且組配來儲存背景模型參數之一第一記憶體。
  5. 如請求項4之感測裝置，其更包含與該第二轉換過濾器連通且組配來儲存信號模型參數之一第二記憶體。
  6. 如請求項5之感測裝置，其更包含與該評比器連通且組配來儲存評比模型參數之一第三記憶體。
  7. 如請求項1之感測裝置，其中該第一轉換過濾器及/或該第二轉換過濾器係從由下列項目所組成之群組中選擇：一低通濾波器；一帶通濾波器；一傅立葉轉換模型；一拉普拉斯轉換模型；以及一多變數展開模型。
  8. 如請求項1之感測裝置，其中該第一轉換過濾器及/或該第二轉換過濾器包含一頻域程序模型。
  9. 一種用以自單一元件紅外線(IR)感測器之輸出區別關注信號與背景的方法，該方法包含下列步驟：將來自該IR感測器之一直流輸出分成一第一部分及一第二部分；以一第一轉換過濾器轉換該第一部分，來產生一經過濾背景；以一第二轉換過濾器轉換該第二部分，來形成一經過濾信號；比較該經過濾信號及該經過濾背景，以區別該經過濾信號與該背景；將該經過濾信號與一儲存的信號標記比較；以及若該經過濾信號與該儲存的信號標記匹配，則執行一 第一動作。
  10. 如請求項9之方法，其更包含導出一組背景模型參數來隔離經過濾背景之步驟。
  11. 如請求項10之方法，其更包含將該等背景模型參數應用在該第一轉換過濾器之步驟。
  12. 如請求項9之方法，其更包含導出一組信號模型參數來隔離該經過濾信號之步驟。
  13. 如請求項12之方法，其更包含將該等信號模型參數應用在該第二轉換過濾器之步驟。
  14. 如請求項9之方法，其更包含導出一組評比模型參數之步驟。
  15. 一種感測裝置，其包含：一紅外線輻射(IR)感測器，組配來接收來自一溫暖物體之信號IR及背景IR以產生一直流輸出；一第一轉換過濾器，組配來接收該直流輸出及產生一經過濾背景；一第二轉換過濾器，組配來接收該直流輸出及產生一經過濾信號；以及一評比器，組配來比較該經過濾信號與該經過濾背景，並依據該經過濾信號與該經過濾背景之間的一經檢測差異來產生一結果信號，其中該IR感測器包含多個感測元件。
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