车辆上用于检测操作手势的通用传感器系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种传感器系统，该传感器系统用于光学辅助地识别对机动车进行的 操作手势或者操作动作。
[0002] 本发明尤其涉及如下传感器系统，该传感器系统能够检测并评估在时间上以及在 空间上分辨开的信息，以识别使用者的操作意图。
【背景技术】
[0003] 在现有技术中公知有如下光学方法，该方法响应于对图像信息的评估来识别操 纵，并且随后触发例如转换过程。例如这里要提到监控系统的自动视频评估，其从各个图像 或者一系列图像读取模本或者运动。此外，还公知有很多其他光学辅助的系统，其中，它们 属于最基本的光栅或者亮度传感器。然而，具有较高复杂性的光学器件常常利用大多被称 为像素的光敏检测单元的阵列，例如以CCD阵列的形式，它们并行地采集光学信息。
[0004] DE 10 2008 025 669 Al公开了一种光学传感器，该传感器探测到一个手势，随后 自动地运动车辆的关闭元件。
[0005] WO 2008/116699 A2涉及一种光学传感器芯片，并且涉及一种光学防夹保护设备， 其用于监控机动车中的车窗玻璃、推拉门或尾盖。
[0006] WO 2012/084222 Al公开了一种用于操纵和监控关闭元件的光学传感器。
[0007] 因为手势控制在不同技术领域中得到越来越多认可，所以也已经尝试将这种纯光 学系统用于在机动车中识别操作意图。然而，在这种系统中，此外还通过电容系统进行操作 检测。
[0008] DE 10 2011 089 195 Al公开了一种用于利用类似类型的光学辅助装置来非接触 式检测物品和操作手势的系统，正如该光学辅助装置也能用于本发明那样。然而，这种系统 经常单独地与车辆上的使用区域相协调，从而针对不同的装配位置和安装条件要提供不同 的装置。
【发明内容】
[0009] 本发明的任务是提供一种光学辅助的并且通用的用于在针对车辆的接近系统中 进行操作控制的系统。
[0010] 该任务通过具有权利要求1的特征的装置来解决。
[0011] 根据本发明的系统利用了光学检测，但不是纯粹的图像检测。使用以时间驱控的 像素阵列，该像素阵列允许了间距检测，并且通过分析时间序列中的间距信息可以检测物 体的运动。公知有如下检测装置，其检测相对于像素的位置信息，尤其是距传感器或者检测 装置的距离。根据采用的评估方法，该系统被称为例如"飞时测距（Time-of-Flight) "系统 或者也被称为"3D成像仪"或者"区域成像仪（Range Imager)"。这种系统的应用领域主要 是工业自动化技术领域、安全技术和机动车领域。在机动车中，3D传感器使用在车道保持系 统中，用于保护行人或者作为停车辅助器使用。不仅三角测量的方案而且干涉法的方案以 及光传播时间测量（飞时测距（ToF))的方案均可以用光学传感器来实现。
[0012] 根据本发明的系统除了光源以外具有光敏像素阵列。光源布置在敏感像素阵列的 区域中，例如以与阵列很短的间距。控制电路不仅控制光源的运行而且控制像素阵列的运 行。
[0013] 在这方面，参考与之相关的详细描述技术设计方案及其实现的文章，尤其是博 士论文uPhotodetektoren und Auslesekonzepte flir3D-Time-〇f-Flight-BiIdsensor en in 0, 35 μ m-Standard-CMOS-Technologie^ , Andreas Spickermannj Fakultat flir Ingenieurwissenschaften der University Duisburg-Essen，2010( "用于 0· 35 微米标准 CMOS技术中的3D中的飞时测距图像传感器的光电探测器和读取设计方案"，作者：AndeaS Spickermann，杜伊斯堡埃森大学工程技术专业，2010年）^
[0014] 另外，参考公开文章 "Optimized Distance Measurement with 3D-CM0S Image Sensor and Real-Time Processing of the 3D Data for Applications in Automotive and Safety Engineering"，Bernhard Konig, Fakultat filr Ingenieurwissenschaften der UniversitSt Duisburg-Essen, 2008( "利用3D-CM0S成像传感器的优化的间距测量以 及3D数据的实时处理在自动化和安全工程中的应用"，作者：Bernhard Kiinig，杜伊斯堡埃 森大学工程技术专业，2008年）。
[0015] 上述论文描述了可用的光学传感器系统的设计和实现，从而在本申请的框架内参 考其公开内容，并且仅为了理解本申请而对相关的方面进行解释。
[0016] 本发明涉及一种利用飞时测距（ToF)方法的传感器系统，因此在这里对其进行简 要的解释。
[0017] 在ToF方法中，用光源照亮空间区域，并且用面传感器记录从空间区域中的物体 反射回来的光的传播时间。为此，应当将光源和传感器尽可能彼此靠近地布置。由光传播 时间和光速的线性关系可以确定传感器和被测物体之间的间距。为了测量时间延迟，必须 建立光源和传感器之间的同步。通过使用脉冲光源可以优化该方法，这是因为短的光脉冲 (在纳秒范围内）可以实现有效的背景光抑制。此外，只要间距足够大，通过使用脉冲光就 可以避免在特定距离情况下的可能的模糊性。
[0018] 一方面，在该设计方案中，光源以脉冲的方式运行。此外，将探测单元也就是说像 素阵列以对脉冲敏感的方式（gepulst sensitiv)连接，也就是说，将各个像素的积分窗 (Integrationsfenster)在时间上与光源同步，并且以积分持续时间进行限制。通过比较以 不同积分持续时间得到的结果，尤其可以计算出背景光的影响。
[0019] 重要的是：该检测方法不是基于图像的检测方法。它是针对每个像素探知间距信 息，这通过时间分辨的光探测来实现。最后，在像素阵列的应用中存在间距值的矩阵，其在 周期性检测时允许对物体运动的注释和跟踪。
[0020] 根据本发明，能通用的传感器装置具有像素阵列，其能够自动化地适配于不同的 安装状况。为此，根据本发明，使用具有能通用的形式和像素数的阵列。相对于公知的装置， 驱控和评估装置具有初始化模式或测量模式。因而，由驱控和评估装置能够驱控光源和像 素阵列的至少两个运行模式，即初始化模式和在初始化之后的检测模式。
[0021] 在初始化模式中，通过设备的测量过程确定装入的传感器装置的哪些像素在考虑 到安装状况的情况下可供用于传感检测。为此，在初始化模式中，运行光源并且确定哪些像 素具有与光源的驱控模型相兼容的信号图像。在根据初始化模型驱控光源的情况下没有表 现出相兼容的信号变化的那些像素持久地、始终直至下次初始化都停止运行，或者至少在 评估模型数据和距离数据时就其值而言不予考虑。
[0022] 也就是说，用于像素阵列的评估模型依赖于在初始化过程中获得的数据而进行适 配。相应地，在实施初始化过程之后，评估模型仅回到如下像素值，这些像素值在初始化过 程中以预定的程度表现出对驱控光源的响应。
[0023] 针对初始化本身，可以针对光源和评估装置使用不同的驱控模型。例如，光源可以 在初始化期间在更大的持续时间，例如数秒上进行驱控，以便辐射出光。在该辐射持续时间 期间，像素阵列被多次在不同的持续时间上激活地接通，并且检查是否依赖于激活电路的 持续时间地在像素处存在一致的信号增加。此外，在像素区上对信号应答进行比较。以这 种方式，在控制和评估装置中把像素归类为相关像素或者不相关像素。这种分组持久地存 储在控制和评估装置中。直至下一初始化，为了测量仅对相关像素的信号进行访问。
[0024] 重要的是：具有统一尺寸的像素区在探测模式下可以具有不同的激活的区大小。 这种通用传感器装置可以在车辆的不同位置上并且在不同的安装状况下使用。结构相同的 传感器系统可以例如为了门控制而装配在车辆的B柱上，或者为了监控而装配在车尾区域 或者前部区域中。在不同的安装位置上，像素阵列在探测区域中的自由视野是不同的，例如 受到探测开口大小的限制，或者受到车辆上的其他结构的限制。
[0025] 此外，重要的是：对传感区的测量全自动地在初始化模式下进行。通过初始化协 议，通过光源控制装置和评估装置的控制检测能传感激活的像素面。采用如下判据作为判 据，这些判据允许了像素响应的区分。根据本发明，可以例如在该面上对像素的表现进行比 较。如果一些像素组在不同的测量过程中显示出到物体的不同的距离，而其他像素组始终 显示出相同的距离，那么可以得出后提到的像素被车辆部件遮挡了，并且在探测区域上没 有自由视野。初始化过程可以一直进行，直至探测到在像素表现方面的明确的区别。
[0026] 在本发明的应用中，可以针对测量过程提供人工环境。例如可以将为此设置的半 球状的系统以其空心侧倒扣在光源和传感区上，以便实现对系统的均匀的照射。这样的半 球体导致对实际激活的像素，即具有到探测区域的自由视野的那些像素的可靠探测被检测 到。备选地，可以将彼此不同的半球体或者其他物体保持在传感器之前，仅那些在驱控时也 得出不同距离的像素被认为是有效像素。
[0027] 初始化本身可以通过用户来发起，或者在装配车辆时一次性地实施。此外，也可以 进行初始化的重复，以便分别测量到针对探测当前可接近的区域。在最后提到的情况下，初 始化甚至可以被设计为例如通过传感器装置的初始化或者不可接近的像素的相应的解除 激活使车辆上的会导致传感区受到不利影响的临时结构或者其他变化得以考虑。
[0028] 也就是