车辆上用于检测操作手势的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，这种类型 的系统在能量消耗方面是要求很高的，由于能量需求，对在车辆周围的接近控制的持续监 控是存在问题的。
【发明内容】
[0009] 本发明的任务是提供一种光学辅助的并且能量优化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''Photodetektoren und Auslesekonzepte filr3D-Time-〇f-Flight-BiIdsensor en in 0, 35 μ m_Standard_CMOS_Technologie'，，Andreas Spickermann, Fakultat filr Ingenieurwissenschaften der University Duisburg-Essen, 2〇10( "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 With3D-CMOS Image Sensor and Real-Time Processing of the 3D Data for Applications in Automotive and Safety Engineering"，Bernhard Konig, Falcultat filr Ingenieurwissenschaften der Universitat 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 IGinig，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。它是针对每个像素获知间距信 息，这通过时间上的光探测来实现。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] 然而，根据本发明，在检测装置的不同运行模式之间存在差别。对此，形成为了检 测而由控制装置分开进行驱控的像素组。
[0021] 在对其余像素同时解除激活的情况下驱控像素的子组时，实现了能量节约。
[0022] 也就是说，根据本发明，将阵列的各个像素组合成不同的组，其中，这些组中的一 个组例如可以包括所有像素，而第二组仅包括一部分像素。在此，由对像素信号的评估得出 何时以哪种模式接通。在本申请的框架内，将该设计方案称为驱控模型。因此也就是说，驱 控模型可以包括像素选择和附属的驱控参数（例如时间参数）。
[0023] 也就是说，如果仅运行像素的子群，那么仍然以预先规定的的方式对该像素的子 群进行驱控和评估以获知各个像素中的每一个像素的间距值。在此，可以以不同于在运行 全部像素的情况下进行驱控的方式，尤其是以不同的时间参数对一部分像素进行驱控。例 如，如果在像素阵列上的矩形的像素布置中仅驱控在外缘上的像素组，那么这足以检测在 传感器系统的检测区域中操作者的接近。虽然这种检测在其精确度上与利用全部像素的检 测是不等价的，但这也是不需要的，因为在有对精确度的改善需求时全部像素将会被激活。
[0024] 也就是说，如果例如将所提到的像素框在息止模式下保持激活，那么相比于激活 模式，通过该像素框可以以更大的时间间隔进行检测，并且较粗略地评估是否存在可能的 使用者接近。如果存在使用者接近，那么将传感器系统变换到另一运行模式，即激活模式， 在该激活模式下将另一像素组，例如全部像素激活并进行评估。进行评估的频率在不同的 运行模式下也可以是不同的。
[0025] 如上面已经提到的那样，像素组可以具有交集，并且一个像素组可以完全包含另 一像素组。
[0026] 原则上评估模型也分别属于其中每个驱控模型。评估模型可以在驱控模型方面进 行适配。
[0027] 如果在车辆上使用这种类型的传感器系统，用于监控外部区域并且用于对进入车 辆进行控制，那么激活像素的子集就足以至少能确定使用者的接近。如果使用者在该区域 中运动，那么这通过在多个像素中的距离值的表征的信号变化被检测到。虽然利用在息止 模式下的减小的像素阵列分辨率不能进行精确的手势识别，但是这种精确的手势识别也是 不需要的。确切的说，对使用者接近的粗略识别导致通过控制装置进行的驱控发生改变，从 而使得现在在激活模式下驱控另一像素组，可能是包括第一像素组的像素组。于是，借助提 高的分辨率，可以检测到运动手势。
[0028] 在本发明的一个优选设计方案中，从像素阵列中，将位于靠外的区域，例如像素阵 列边缘中的像素作为第一组进行激活。通过该措施，在减小像素数的同时最优地利用了信 号的可区分性和空间延伸。
[0029] 在本发明的另一设计方案中，在利用第一像素组的运行模式（息止模式）中的询 问频率相对于如下询问频率被减小，扩展的像素组以该询问频率在激活模式中运行以进行 手势识别。根据本发明，相比于对使用者手势的更精确分辨的检测，以较低频率对使用者的 接近检测进行检查就足够了。
[0030] 在传感器阵列上选出的像素组的布置也可以以可随着时间改变的方式实现。例 如，可以交替地周期性地询问传感器面的四分之一，从而虽然像素数在省电模式下在每次 询问时基本相同，但并不总是相同的像素被用于这种节能询问。在上述使用像素的四分之 一的示例中，可以例如周期性地改变四分之一区块，从而使每个像素仅在每四次的询问中 被激活。
[0031] 重要的是，通过驱控阵列的像素子组，传感器本身在其他运行模式中作为省电的 激活传感器运行。这种根据本发明的做法相对于使用独立的激活传感器具有结构上的优 点，这是因为需要更少的部件。
[0032] 根据本发明，在节能模式下进行的检测，即使它是首次的粗略检测，也可以附加地 用于对运动手势的随后的并且更精确分辨的检测。
【附图说明】
[0033] 现在，参照实施例更详细地阐述本发明。其中：
[0034] 图1示意性示出根据本发明的检测设备在车辆上的使用状况；
[0035] 图2