专利名称：用于检测轮轴的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在行车道上检测汽车轮轴的装置和方法。
技术背景
在很多应用中希望检测汽车轮轴。例如由可靠地识别轮轴可以识别出在确定的交 通面上的行驶，例如用于边界监控或者用于触发确定的动作，诸如触发警报、开启照明、打 开挡路竿、为了监控目的拍摄照片等。现代的交通收费系统往往适于根据汽车的轴数来确 定费用，从而轮轴的检测也可以是公路收费系统或泊车收费系统的重要基础。
当今，使用极其不同的系统来检测轮轴，如嵌入行车道中的感应环、刚好在行车道 上方的光栅或者行车道上方的雷达扫描器或激光扫描器，它们在汽车轮廓识别过程中也检 测轮轴。所有已知的系统共同之处在于，它们成本极其高感应环要求打开行车道表面，光 栅需要安装在两个行车道边缘上并且在具有多个行车道的公路时失灵，而雷达扫描器或激 光扫描器在结构方面成本较高并且昂贵。发明内容
本发明的目的在于，提供用于检测轮轴的装置和方法，所述装置和方法可以比已 知的解决方案更简单地实现。
所述目的在本发明的第一方面以一种装置实现，所述装置的特征在于，设有按照 光切法(Lichtschnitt-Verfahren)工作的传感器，该传感器从沿着行车道的第一位置射 出至少一个光扇，以便将光线投射到行车道和可能位于行车道上的汽车上，并且从沿着行 车道同一侧面的第二位置记录所述光线，一旦记录到的光线在其从行车道的所述侧面出发 的延伸中表现出与其在空行车道时的延伸不同的、没有位错的方向改变，就检测到轮轴。
以此方式，首次将在技术上已知的光切法用于轮轴检测。在光切法中，以第一角 度投射到表面形貌上的光线被以与第一角度不同的第二角度观察并且因而在切面(“光切 面”)中临摹该表面形貌，这在此被充分用于特别简单的轮轴检测如果在行车道上没有汽 车，则光线的图像表现为基本上连续的线；如果在行车道上有汽车，该汽车的在行车道上的 车轮支撑点(并且由此轮轴)恰好与光线相遇，则光线在拍摄图像中获得方向改变(看起 来是“弯曲的”)；相反，如果在行车道上有汽车，该汽车的车轮支撑点(并且由此轮轴)恰好 不在光线的位置处，则从侧面入射的光线至少部分地照射到汽车下方，光线的图像在拍摄 照片中看起来位错地弯曲，也就是说，在其方向改变的位置处也获得偏移。因此仅需要以此 标准来监控唯一一条光线在拍摄图像中的延伸，以便检测轮轴，这借助非常简单的图像处 理仪器是可能的。本发明的装置完全不需要安装在行车道中，可以仅仅安装在行车道的仅 一个侧面上并且与雷达扫描设备或者激光扫描设备相比仅仅需要非常简单的光投射仪器、 摄像仪器和图像处理仪器。
优选地，传感器包括在第一位置处的光投射器和在第二位置处的、与该光投射器 分开设置的摄像机，由此可以在投射方向和记录方向之间产生足够的角度差。
特别有利的是，光投射器是激光发射器或者发光二极管发射器，由此可以得到高 的亮度。
优选地，光投射器在窄带的光频范围内工作，特别优选地在红外线范围内或者紫 外线范围内工作。
本发明尤其是也公开了一种将已经存在的交通监控摄像机用作摄像机的可行方 案，这进一步降低了结构成本。
根据本发明的另一有利的方案可以规定，传感器投射和记录多条平行的光线，以 便同时检测多个轮轴。由此例如也可以对静止的汽车检测轮轴，或者可以在仅一个步骤中 检测一辆或多辆汽车的在行车道上彼此相继运动的轮轴。
在此处应指出，所述一条或多条光线相对于行车道的角度可以可变地选择。同样 可以想到不平行地延伸的多条光线的组合。
如果希望，则传感器可以附加地投射和记录栅格状交叉的光线，以便由此以本身 已知的方式确定汽车的整个表面轮廓。由此例如也可以实施为了监控目的或者收费目的的 汽车分类。
在第二方面中，本发明通过具有以下步骤的方法实现其目的
从沿着行车道的第一位置投射至少一个光扇，以便将光线投射到行车道和可能位 于该行车道上的汽车上，
从沿着行车道同一侧面的第二位置记录光线，以及
一旦记录到的光线在其从行车道的所述侧面出来的延伸中表现出与其在空行车 道时的延伸不同的、没有位错的方向改变，就检测到轮轴。
在此，不仅光扇静止而汽车运动是可行的，而且汽车静止而光扇运动也是可行的。
关于根据本发明的方法的优点和另外的特征可参阅上面对于装置的说明。
以下根据附图中示出的实施例详细地解释本发明。在附图中
图1至3示出本发明的装置和方法，其中汽车在三个不同的阶段中在行车道上通 过，
图4对于多个彼此并排的行车道示出本发明的第二实施方式，
图5示出在使用光条纹投影情况下的本发明的第三实施方式，
图6示出在使用光格栅投影情况下的本发明的第四实施方式。
具体实施方式
在图1至3中示出用于检测在行车道3上行驶的汽车4的轮轴2的装置1。装置 1具有一按照光切法工作的传感器5，所述传感器设置在行车道边缘上或者行车道3上方并 且包括一光投射器6、一摄像机7和一与它们连接的评价装置8。
汽车4可以是任意类型的，由牵引车和挂车构成的联合体也落入在此使用的概念 “汽车”中。装置1既可以构造成静止的也可以构造成移动式的。
光投射器6从在行车道3侧上方的第一位置借助光扇9将光线10投射到行车道3 的表面上。摄像机7从沿着行车道3的同一侧面的第二位置，即从无论如何不在光扇9平面内的位置，例如在行车道3侧上方并且在行车道纵向上与第一位置间隔开地，观测行车 道表面，以便以与投射角度不同的角度拍摄光线10的图像。在空的行车道3时，光线10的 由摄像机7拍摄的图像是连续的线(图1)。
如果汽车4经过传感器5，则光线10在由摄像机7记录的图像中看起来不同地“弯 曲”，更确切地说，视光扇9是在轮轴2旁边(图幻还是在轮轴2的位置处(图幻入射到 汽车4上而定在轮轴2的位置处，光线10的图像，在其延伸中从传感器5所在的行车道侧 面观察，表现出“没有位错的”方向改变11，参见图3 ；而光线10在轮轴2旁边，由于汽车4 被光投射器6倾斜地照射，照到汽车4下方的一段。由此，光线10的图像在方向改变的位 置处同时表现出位错(偏移)12，参见图2。
这些线形状可以在由摄像机7拍摄的图像中由评价装置8以相对简单的图像处理 仪器检测并且用作轮轴2出现的标准如果光线10的图像在其延伸中从传感器5所在的行 车道侧面观察表现出根据图3的“没有位错的”方向改变，则这被评价为轮轴2出现。
作为光投射器6，可以使用能够例如借助光阑、平面镜、透镜或者它们的组合发出 线状光或者光扇9的任意类型的光源。例如借助透镜或者光阑使它的光呈扇状展开的激光 二极管发射器或者由大功率发光二极管组构成的发射器尤其适合于此。
为了即使在不利的环境光条件下、例如在直接的阳光下也改善由光投射器6产生 的光线10的对比度，可以可选择地脉冲式地以高脉冲峰值功率使光投射器6运行，其中，摄 像机7便也仅需在光投射器6的光脉冲时间运行。
摄像机7可以是任意的照相机或者摄影机。优选地，作为摄像机7使用已经在行 车道3上存在的交通监控摄像机，例如公路收费站的摄像机，其规定用于记录收费处违法 行为。
图4示出图1至3的装置和方法在具有多个以并排车道的形式的行车道3的公路 中的应用。行车道3中的每一个具有一个自己的装置1，该装置不安装在行车道3的中间， 也就是说，大致安装在行车道3的侧上方，并且由此能够从斜上方发出一个或多个光扇9到 行车道表面和通过的汽车4上。由此对于每个行车道3可以检测在行车道3的表面上出 现的光线10是否由于通过的轮轴2而被无中断地弯曲。
图5示出具有一个或多个光投射器的另一实施方式，所述光投射器可以投射多个 平行的光扇9并且由此投射多条光线10到行车道3的表面上。由此可以同时借助同一个 摄像机检测多个轮轴2。这种由平行光线组成的投射图案的应用在光切技术中也称作光条 纹投影。
在图6的变型方案中，代替光条纹图案，投射并记录由交叉的光线10形成的格栅， 由此由光栅格由于通过的汽车而发生的畸变可以推断出汽车4的整个表面轮廓(“三维形 貌”)，如本领域技术人员已知的那样。如此确定的汽车表面轮廓例如可以用于汽车分类。
本发明不限于所示的实施例，而是包括所有落入所附权利要求书的范围内的变型 方案和改型。
权利要求
1.用于在行车道(3)上检测汽车(4)的轮轴(2)的装置(1)，其特征在于，设有按照光 切法工作的传感器(5)，所述传感器从沿着行车道(3)的第一位置射出至少一个光扇(9)， 以便将光线(10)投射到行车道(3)和可能位于行车道上的汽车(4)上，并且所述传感器从 沿着行车道同一侧面的第二位置记录所述光线(10)，并且一旦记录到的光线(10)在其从 行车道的所述侧面出来的延伸中表现出与其在空行车道时的延伸不同的、没有位错的方向 改变(11)，就检测到轮轴O)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器( 包括在第一位置处的光投 射器(6)和在第二位置处的、与所述光投射器分开设置的摄像机(7)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述光投射器(6)是激光发射器或者发光 二极管发射器，优选在窄带的光频范围内，特别优选地在红外线范围内或者紫外线范围内。
4.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述摄像机(7)是交通监控摄像机。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述传感器( 投射和记录 多个平行的光线(10)，以便同时检测多个轮轴O)。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述传感器附加地投射和记录格栅状交 叉的光线(10)，以便由此以本身已知的方式确定汽车的表面轮廓。
7.用于在行车道C3)上检测汽车的轮轴的方法，具有以下步骤从沿着行车道(3)的第一位置投射至少一个光扇(9)，以便将光线(10)投射到行车道 (3)和可能位于行车道上的汽车(4)上，从沿着行车道同一侧面的第二位置记录光线(10)，以及一旦记录到的光线(10)在其从行车道的所述侧面出来的延伸中表现出与其在空行车 道时的延伸不同的、没有位错的方向改变(11)，就检测到轮轴O)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，光线(10)静止，而汽车(4)运动。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，汽车(4)静止，而光线(10)运动。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，投射和记录多条平行的光 线(10)，以便同时检测多个轮轴(2)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，附加地投射和记录格栅状交叉的光线 (10)，以便由此以本身已知的方式确定汽车⑷的表面轮廓。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法用于对汽车(4) 进行与轮轴数量有关的收费。
全文摘要
本发明涉及一种借助按照光切法工作的传感器(5)在行车道(3)上检测汽车(4)的轮轴(2)的装置和方法，所述传感器从沿着行车道(3)的第一位置射出至少一个光扇(9)，以便将光线(10)投射到行车道(3)和可能位于行车道上的汽车(4)上，并且所述传感器从沿着行车道同一侧面的第二位置记录所述光线(10)，并且一旦记录到的光线(10)在其从行车道的所述侧面出来的延伸中表现出与其在空行车道时的延伸不同的、没有位错的方向改变(11)，就检测到轮轴(2)。
文档编号B61L1/00GK102030017SQ20101029787
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月28日 优先权日2009年10月1日
发明者O·纳吉 申请人:卡波施交通公司