用于通过飞行时间传感器检测物体的方法与流程

实施例和实现方式涉及通过装置进行的物体检测，特别是通过飞行时间传感器对检测区域中的物体的检测。

背景技术：

1、飞行时间传感器是利用光传播来测量物体与传感器之间的距离的传感器。具体地，飞行时间传感器被配置为朝向物体发射例如红外线或激光辐射类型的光辐射，并测量飞行时间，即在该辐射的发射与该辐射在其已经从物体反射之后被传感器接收到之间所经过的时间。通过测量飞行时间，能够确定物体与传感器之间的距离，因为辐射的速度(光速)是已知的。

2、其他已知装置使得能够根据光辐射检测物体，诸如例如采用光栅的装置。光栅通常具有一组led和光电二极管阵列，每个光电二极管连续地接收由led发射的光辐射。光电二极管阵列使得能够根据已经检测到物体(即，当光电二极管不再接收辐射时)还是尚未检测到物体来返回布尔数据。

3、然而，这些装置通常比较昂贵和复杂，因为光栅是如下的应用：该应用可能需要使用专用集成电路(通常用缩写词“asic”表示)，并且需要与大量光电二极管要处理的数据量有关的大量的计算能力，这可能会导致过多的能量消耗。此外，这些装置的检测率往往有限，很少超过90％。

4、另外，众所周知的是，在飞行时间传感器中实施的算法在它们错误地指示物体的存在时很可能生成通常被称为“假阳性”的错误结果。其他错误结果可能是由于未能检测到位于传感器的检测区域内的被误认为是传感器环境的物体，诸如例如壁。这些算法不能实现足以避免这些错误结果的检测率，并且无法实现对在任何环境中的物体，尤其是壁附近的物体的检测。

5、此外，在使用这些算法时，传感器的检测受到限制，因为这些算法无法使传感器检测到诸如硬币或灰尘颗粒这样的小物体。灰尘颗粒一旦被积聚在检测区域中，在一些应用中就会像其他较大的物体一样成为问题，诸如在屏幕上显示数据时，屏幕的部分可能会被这些物体遮挡。

6、因此，需要提供用于改进物体检测的物体检测解决方案。

技术实现思路

1、根据一个方面，提供了一种用于检测在飞行时间传感器的检测区域中的至少一个物体的方法。该方法包括：由飞行时间传感器的发射电路装置(circuitry)发射光辐射，由飞行时间传感器的接收电路装置接收被所述至少一个物体反射的光辐射的光子量，由飞行时间传感器的测量电路装置测量光子量以及飞行时间传感器与所述至少一个物体之间的距离，以及分析所检测到的光子量和相关联的距离，从而确定至少一个物体在飞行时间传感器的检测区域中的存在。

2、因此，提供了一种使用基于两种类型的不同测量数据的分析的物体检测算法的飞行时间传感器。这些类型的不同测量数据包括由传感器在接收所反射的光辐射时检测到的光子量和根据光辐射的发射与接收之间经过的时间计算出的距离。该分析将这两种类型的数据关联起来，使得当物体出现在检测区域中时，这些数据的值一致。

3、通过测量所反射的辐射的光子量并且将该量与所测量的距离相关联，检测区域中的物体的检测精度得以提高。事实上，所反射的辐射的光子量还提供了关于物体位置的信息，即，物体是更靠近传感器还是不太靠近传感器，并且该光子量还会根据物体的性质(尤其是由于物体的能够影响其光学反射特性的材料)而变化。当辐射例如从靠近传感器的物体反射时，来自从物体反射的辐射的光子量相对高，因为光子几乎全部被传感器检测到。换句话说，在传感器与物体之间的短距离处，所接收的光子的数目与所发射的光子的数目的比值接近1，并且在较远的距离处，该比值减小。

4、当物体位于靠近壁时，分析所检测到的光子量和所测量的距离使得能够能将物体与壁区分开。

5、此外，使用飞行时间传感器在集成(其比其他光子传感器更简单)、温度补偿、能耗和检测率方面具有优势，因为飞行时间传感器能够实现对减小尺寸的物体的检测。例如，飞行时间传感器能够在硬币的边缘位于面向传感器时检测到诸如硬币这样的小物体，其中该硬币可以是约11mm宽且约1.5mm厚。飞行时间传感器还能够检测到诸如灰尘颗粒这样的比硬币小的物体。

6、因此，该检测方法利用了具有宽视场和测量数个光辐射参数的能力的传感器，从而提高了检测的可靠性。

7、根据一种实现方式，分析与所测量的距离相关联的光子量包括：相继存储光子量和相关联的距离的n个值，根据n个光子量计算光子量中心趋势指标(indicator)，并且计算距离中心趋势指标，使得所述至少一个物体根据所计算出的所述中心趋势指标被检测到。

8、诸如平均值或中值这样的中心趋势指标与统计值相对应，该统计值使得能够根据所测量的光子量和距离的值的序列来相对精确地估计要被检测的物体的位置。中心趋势指标能够根据在时间窗口(即，给定的时间区间)内相继测量的n个光子量和距离被计算出，该时间窗口可以是滑动的。取决于在中心趋势指标的计算时要被存储和考虑的所测量的光子量和距离的n个值，该时间区间可以更长或更短。高数目n使得能够限制在同一时间区间内被生成的某些测量数据的异常值，并因此避免产生关于对物体在检测区域中的检测的错误结果。

9、根据一种实现方式，当距离中心趋势指标在距离区间内并且光子量中心趋势指标在光子量区间内时，所述至少一个物体被检测到。

10、距离区间包括在检测区域中不存在物体时的距离值。这些值通常对应于无兴趣被检测的物体。因此，距离区间能够使得这些物体从由飞行时间传感器进行的检测中被排除。

11、传感器能够被参数化以定义距离区间和光子量区间，针对这些区间，假定在检测区域中检测到或未检测到物体。

12、根据一种实现方式，当距离中心趋势指标低于第一距离时，至少一个物体被检测到。

13、能够根据所测量的距离可靠地检测相对靠近于飞行时间传感器的物体，而无需考虑与该距离相关联的光子量。

14、根据一种实现方式，光子量中心趋势指标是n个光子量的中值，并且距离中心趋势指标是n个相关联的距离的中值。

15、计算光子量和距离的中值在可靠性方面会是有利的，因为这样可以减小异常值对检测结果的影响。

16、根据一种实现方式，光子量中心趋势指标是n个光子量的平均值，并且距离中心趋势指标是n个相关联的距离的平均值。

17、对平均值的计算是对光子量和相关联的距离的中值的计算的替代。

18、根据另一方面，提供了一种用于检测腔(cavity)中的至少一个物体的方法，该腔包括开口和底部，至少一个物体能够穿过该开口进入腔，飞行时间传感器被安装到腔的壁，该飞行时间传感器具有在该飞行时间传感器与腔的在该飞行时间传感器对面的壁之间延伸到腔的底部的检测区域。

19、该方法包括：通过飞行时间传感器来实施先前提到的方法，从而在所述至少一个物体正停留在腔的底部上时检测到所述至少一个物体的存在。

20、因此，该方法能够在飞行时间传感器能够检测到其壁的部分封闭的空间中的物体检测的情境中被实施。在该应用中，该方法是特别有利的，因为它使得能够将对停留在腔的底部处的物体的检测与由飞行时间传感器对腔的壁的检测区分开。

21、根据一种实现方式，该检测方法包括：通过位于腔的底部处的屏幕发射光束，并且通过被放置在开口处的倾斜反射镜引导光束朝向腔的外部。

22、因此，具有这种结构的腔能够在保护位于腔内部的屏幕的同时，将被显示在屏幕上的信息清晰地传输到腔的外部。

23、根据一种实现方式，该方法包括：校准飞行时间传感器，从而根据对腔的在飞行时间传感器对面的壁的检测来确定距离区间和光子量区间。

24、校准使得能够例如在腔中安装传感器之后通过传感器记录壁的位置，以免在检测阶段期间将物体错认为该壁，并且因此便于将该传感器集成到包括可变尺寸的腔的检测系统中。

25、根据另一方面，提供了一种飞行时间传感器，该飞行时间传感器包括：发射电路装置，其被配置为发射光辐射；接收电路装置，其被配置为检测从所述至少一个物体反射的光辐射的光子量；测量电路装置，其被配置为测量光子量以及所述飞行时间传感器与所述至少一个物体之间距离；以及处理电路装置，其被配置为分析光子量和相关联的距离，从而确定至少一个物体在检测区域中的存在。

26、根据一个实施例，处理电路装置包括存储电路装置和计算电路装置，该存储电路装置被配置为相继存储光子量和相关联的距离的n个值，该计算电路装置被配置为根据n个光子量计算光子量中心趋势指标，并且根据n个距离计算距离中心趋势指标，使得所述至少一个物体根据所计算出的所述中心趋势指标被检测到。

27、根据一个实施例，当距离中心趋势指标在距离区间内并且光子量中心趋势指标在光子量区间内时，所述至少一个物体被检测到。

28、根据一个实施例，当中心距离趋势指标低于第一距离时，所述至少一个物体被检测到。

29、根据一个实施例，光子量中心趋势指标是n个光子量的中值，并且距离中心趋势指标是n个相关联的距离的中值。

30、根据一个实施例，光子量中心趋势指标是n个光子量的平均值，并且距离中心趋势指标是n个相关联的距离的平均值。

31、根据另一方面，提供了一种检测系统，该检测系统包括腔和先前提到的飞行时间传感器，该腔包括开口和底部，至少一个物体能够穿过该开口进入腔，该飞行时间传感器被安装到腔的壁，该飞行时间传感器的检测区域在飞行时间传感器与腔的在该飞行时间传感器对面的壁之间延伸到腔的底部，从而能够在所述至少一个物体正停留在腔的底部上时检测所述至少一个物体的存在。

32、根据一个实施例，腔包括：屏幕，该屏幕位于腔的底部；以及倾斜反射镜，该倾斜反射镜位于开口处并且被配置为引导由屏幕发射的光束朝向腔的外部。

33、根据一个实施例，飞行时间传感器包括校准电路装置，该校准电路装置被配置为根据对腔的在飞行时间传感器对面的壁的检测来确定距离区间和光子量区间。