專利名稱：電子光學(xué)的目標(biāo)測距和成象的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于光學(xué)測距和繪制靜止目的物的裝置。本發(fā)明取得供確定車輛中乘客坐位占用者的存在和位置用的這類裝置中的應(yīng)用。在提供汽車乘客碰撞保護(hù)方面，特別對于可充氣的氣囊，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在充氣時(shí)需要按照占用者相對于氣囊安裝結(jié)構(gòu)的位置去控制氣囊的充氣數(shù)量或速率。為了防止萬一氣囊的充氣相對于占用者的體積過急或過強(qiáng)時(shí)身體的損害，也還需要去確定占用者體格的體積和外形。在車輛前部乘客坐位上有兒童和嬌弱或瘦小成年人的情況下已經(jīng)遇到過這類問題。
因而，已經(jīng)有需要去提供檢測目的物，特別是車輛前部乘客坐位占用者，的地段或范圍，體積和位置的可靠的并廉價(jià)的方式或方法，在某種意義上從中能獲得足夠的信息以提供為保護(hù)占用者的氣囊充氣的合適速率或抑制。迄今，已經(jīng)建議在坐位上使用重量敏感裝置去確定乘客坐位占用者的質(zhì)量并從重量推斷占用者的體積。然而，這種在坐位上的重量傳感器不能提供關(guān)于占用者對氣囊相對位置的任何信息，而且也沒有關(guān)于占用者體積和形狀的任何直接信息。于是，已經(jīng)有需要提供確定在碰撞時(shí)占用者身體的外形和相對于氣囊位置的其他方式和方法。
已經(jīng)被建議使用一對視頻攝像機(jī)用于在車輛運(yùn)行期間占用者位置的適時(shí)三維監(jiān)視，然而，這類技術(shù)已被發(fā)現(xiàn)對安裝在車輛中可能過于龐大和突出，并且還已經(jīng)被考慮到對機(jī)動車輛的大批生產(chǎn)的過高成本。
因而，有需要提供廉價(jià)、小型、簡單并易于安裝的、用于確定有如在機(jī)動車輛坐位上乘客的用充氣氣囊保護(hù)的目的物的體積和位置的傳感器。
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用單個(gè)攝象機(jī)或光檢測器供對目的物光學(xué)測距用的簡單、較廉價(jià)的系統(tǒng)或裝置。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供對目的物實(shí)時(shí)光學(xué)測距和繪制，供目的物三維成象用的單個(gè)攝象機(jī)。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供單個(gè)光檢測裝置，用于對目的物光學(xué)測距和繪制以及三維成象，該裝置適用于實(shí)時(shí)監(jiān)視機(jī)動車輛坐位上用氣囊保護(hù)的占用者的體積和位置。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是提供被配置在固體器件上的多個(gè)光檢測象素陣列去光學(xué)測距和三維圖象繪制。
本發(fā)明的更進(jìn)一步目的是提供單個(gè)攝象機(jī)實(shí)時(shí)光學(xué)測距和三維圖象繪制并從其中提供電信號，該信號可被使用供控制為車輛占用者碰撞保護(hù)的氣囊充氣用。
本發(fā)明為了測距利用具有至少一個(gè)光檢測器的單個(gè)攝象機(jī)。對于成象，當(dāng)三維成象的光從被一對光源所順序照明的目的物反射時(shí)，最好使用固體象素光檢測器陣列供接收和用電子學(xué)方法繪制用。固體光檢測器提供可被電子計(jì)算機(jī)供多種目的使用的電信號，特別是用于提供對車輛占用者保護(hù)氣囊的抑制充氣的信號。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，照明光源發(fā)射光，其頻譜波長在350-14000nm范圍內(nèi)。
附圖簡述

圖1是如本發(fā)明所實(shí)施的含有光源及用于照明和檢測從目的物反射光的組件的透視圖；圖2是圖1的裝置的頂視圖；圖3是圖1的攝象機(jī)裝置一部分的放大剖面圖；圖4是具有占用者的機(jī)動車乘客坐位，同時(shí)具有象本發(fā)明那樣被安裝的占用者位置檢測器的側(cè)視圖；圖5是圖4的車輛的占用者坐位部分的頂視圖；圖6是類似于圖4的視圖，示出作為車輛中為檢測占用者位置使用的供本發(fā)明的照明和攝象機(jī)組件用的替代的地點(diǎn)；圖7是如本發(fā)明中所實(shí)施的用于使用透鏡生成離實(shí)際光源的地點(diǎn)更遠(yuǎn)的光源虛象的光學(xué)簡圖；圖8是示出遠(yuǎn)離裝配反射鏡的光源實(shí)際位置的該光源虛象生成的光學(xué)簡圖；圖9是本發(fā)明的使用單個(gè)光源和旋轉(zhuǎn)快門的另一個(gè)實(shí)施方案的光學(xué)簡圖。該快門交替導(dǎo)引來自球面鏡和反射鏡的光在離目的物大于光源實(shí)際地點(diǎn)的距離處以生成光源的虛象；圖10是圖9的實(shí)施方案的旋轉(zhuǎn)快門的放大的詳情。
圖11是本發(fā)明使用具有透鏡和光圈的旋轉(zhuǎn)快門的替代實(shí)施方案的透視圖；圖12是為本發(fā)明檢測器所使用的有源互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)象素陣列的放大的視圖；圖13是無源CMOS象素陣列的類似于圖12的視圖；圖14是本發(fā)明的具有雙光源和單個(gè)光檢測器陣列的用于對目的物測距并用于繪制及三維成象的系統(tǒng)算法的方框圖；以及圖15是作為供車輛占用者位置傳感器使用的系統(tǒng)的算法的方框圖。
圖16是用于本發(fā)明為對車輛占用者感知和氣囊抑制使用的系統(tǒng)的電路功能的方框圖。
參看圖1，本發(fā)明的系統(tǒng)被概括地以10表明，并且包含被配置在離僅待測距或者既待測距又待成象的目的物一預(yù)定距離L處的攝象機(jī)組件12。組件12包括最好按有間距的關(guān)系被配置在攝象機(jī)16的相對的兩側(cè)上被表示為L1、L2的多個(gè)照明光源，攝象機(jī)16在本發(fā)明目前的優(yōu)選實(shí)施中利用至少一個(gè)光檢測器僅為測距用而為成象則利用被概括以18表明的多個(gè)光檢測器，它們在下文中將被較詳細(xì)地描述，以及用于為目的物14的三維成象測距和繪制的聚焦透鏡20。
雖然照明光源L1、L2在圖1和圖2的實(shí)施方案10中以配置在一般位置或離目的物14距離L處的形式被圖解，但應(yīng)理解到這么做是由于方便和緊湊的緣故，緊湊正是供本發(fā)明的機(jī)動車輛占用者傳感器應(yīng)用的情況。應(yīng)將理解到在其他場地許可的應(yīng)用中光源L1、L2仍可能被放置在離目的物不同距離處。
在本發(fā)明目前的優(yōu)選實(shí)施中，本發(fā)明的系統(tǒng)10，是打算用做機(jī)動車輛占有傳感器應(yīng)用的型式，如在下文中將被描述，透鏡22鄰近光源L2被配置并被放置在光源L2與目的物14之間用于提供光源L2的虛象到目的物。應(yīng)將理解到，對于光源L1和L2被放置在離目的物不同距離處的應(yīng)用，透鏡22是不需要的。
參看圖2和3，攝象機(jī)16最好在透鏡20前面使用一個(gè)合適的濾光器以改善從目的物所反射的光的信號噪聲比。
參看圖7，透鏡22具有用參考字母FP表示的焦點(diǎn)，它離透鏡22比光源L2離透鏡22的距離DL2更遠(yuǎn)。來自光源L2的光線穿過透鏡22將被位于目的物14處的觀察者看作從如圖7中所示位于IL2處并被離透鏡22的距離DIL2所指示的虛象發(fā)出的。虛象IL2位于離光源L2距離δd處并且離目的物14一段距離D02。因而，透鏡22形成目的物14被光源L2照明的效果，當(dāng)與兩個(gè)光源實(shí)際被放置處的距離D1(圖1和圖2中的L)相對比，好象L2被實(shí)際放置在離目的物14距離D02處(距透鏡22DIL2)。
如熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員所理解的，用光源對目的物的照度反比于離光源距離的平方而正比于光源的強(qiáng)度。因而，如果光源L1和L2有相同的強(qiáng)度和波長，則在圖2的裝置中目的物將被照明好象光源L1在距離L處而光源L2離目的物14一段距離D02處。還將進(jìn)一步理解到，按時(shí)間或畫面在任一瞬間，目的物的照明，被順序地或交替地照明，是環(huán)境的光和來自光源L1或L2中任何一個(gè)的光的總和。
本發(fā)明通過記錄目的物14僅用環(huán)境的光照明的強(qiáng)度并記錄光檢測器18的輸出信號，獲得測距和成象的信息。光源L1、L2按順序地被交替激發(fā)一個(gè)短暫的瞬間，在本發(fā)明的目前的實(shí)施中，它為10毫秒的間隔已被發(fā)現(xiàn)是滿意的；并且，對由光源L1，L2各自照明的光檢測器18的輸出被轉(zhuǎn)換到數(shù)字形式并被存儲在存儲器中。先前獲得的僅用環(huán)境光的光檢測器18的輸出然后可從用于分別用光源L1、L2照明光檢測器的每個(gè)輸出中減去。通過對每個(gè)光源照明相減所獲得信號值平方的比率可被計(jì)算出。這個(gè)比率然后可被用于計(jì)算目的物離光檢測器的距離，因?yàn)檎彰鞯谋嚷蕦凑漳康奈镫x光檢測器的距離變化。
對于給定象素的計(jì)算被陳述如下。
參看圖7，對于具有位于離透鏡距離FL處的焦點(diǎn)FP的給定透鏡22和位于離透鏡距離DL2處的光源L2，虛象IL2離透鏡的距離DIL3是DIL2=|FLxDL2FL-DL2|]]>如果L1在離目的物相同的實(shí)際距離D1處，在虛擬距離中的差值被計(jì)算為δD＝DIL2-DL2在給定的光檢測器或象素上所接收的光可用下式描述Ipx=Iα+Kd2,]]>而Iα是如果沒有光源L1、L2任何一個(gè)所接收到的光強(qiáng)，項(xiàng)K/d2是照明源離目的物距離d的函數(shù)。系數(shù)K是已知的根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的照明強(qiáng)度和目的物反射率的函數(shù)。
重新整理上述內(nèi)容給出Ipx-Iα=Kd2and,d=K(Ipx-Iα).]]>給定兩個(gè)光源L1，IL2分別在離目的物距離D1和D02處，如果順序照明的量度(畫面)被量出并且L1和IL2之間的距離是已知的D1=K(IPXL1-Iα);]]>D02=K(IPXIL2-Iα)]]>則到目的物的實(shí)際距離就能被算出。
取上列二式之比以消除反射率項(xiàng)D1D02=K(IPXL2-Iα)K(IPXIL2-Iα);]]>D1D02=(IPXIL2-Iα)(IPXL1-Iα)]]>從圖7可看出δD＝D02-D1或D1＝D02-δD因此，代入D02-δDD02=(IPXIL2-Iα)(IPXL1-Iα)]]>，所以距離D02能被寫成用δD表示D02=-δD{-1+(IPXIL2-Iα)(IPXL1-Iα)}]]>在目前的實(shí)施中，對于需要測距和成象的車輛占用者傳感器，光檢測器最好是象素陣列，包含裝配在固體CMOS器件或是示于圖12中的有源固體陣列18或是示于圖13中的無源固體陣列18’。示于在圖12和13中所說明的陣列中的每個(gè)象素因而具有一對直角坐標(biāo)X，Y，它們可被用于形成在每個(gè)象素的特殊坐標(biāo)系的從目的物14所反射的光的強(qiáng)度圖。從目的物14所反射的光的強(qiáng)度將對每個(gè)象素變化，該變化依賴于目的物的形狀和對于給定的象素目的物上獨(dú)立的點(diǎn)對應(yīng)于坐標(biāo)X，Y的距離。因而，從對于給定象素的強(qiáng)度比率計(jì)算值所確定的距離是目標(biāo)的一部分的距離的函數(shù)，從該部分反射的光被象素接收，所確定的距離使用象素的坐標(biāo)系可被繪制以給出目的物的三維圖象。
本發(fā)明因而提供了一種用于對目的物測距的簡單和較廉價(jià)的技術(shù)，該技術(shù)使用交替激發(fā)的照明源和至少一個(gè)可能包含在普通的固體器件上的一個(gè)或多個(gè)象素的光檢測器。另外，如果多個(gè)光檢測器被優(yōu)先地按陣列被使用，則目的物的三維成象就能被完成。
參看圖8，虛光源IL2的一種替代的裝置被說明其中透鏡22被凹面鏡24替代，它具有被配置在凹面鏡焦點(diǎn)FP’與為防止來自光源L2的光直接照明目的物14而設(shè)置的護(hù)罩26之間的光源L2。反射鏡24有虛象IL2’，它在反射鏡后面離光源L2的實(shí)際位置有一段顯著的距離，因而形成光源L2離目的物14的明顯的較大距離D02’。
參看圖4和圖5，本發(fā)明被示出用作供對占用者測距和成象用的占用者位置傳感器，占用者概括地以28表示，坐在機(jī)動車輛32的前部坐位中，同時(shí)攝象機(jī)組件12被配置在車輛上占用者的前面和風(fēng)擋的上面。在另一種替代的裝置中，如圖6所示組件12可被放置在車輛頂部襯板上面占用者坐位30’之上。在圖6的裝置中，光源L1、L2被交替地配置在光檢測器18’的一邊。
參看圖9到11，僅利用具有旋轉(zhuǎn)快門部件的單個(gè)照明源L3的本發(fā)明的替代裝置被示出，概括地以38表明，它包含聯(lián)接到轉(zhuǎn)輪42的電動機(jī)40，轉(zhuǎn)輪具有被安裝在其上的在輪42的共有半徑上被排成一行并在輪中心同側(cè)的彎曲的，一般不反射的或涂黑的擋板44和平面反射鏡46。光源L3具有固定的護(hù)罩48被配置以防止L3直接照明目標(biāo)14；并且，凹面鏡50被配置在L3的護(hù)罩48的對面，當(dāng)光源L3激發(fā)時(shí)目的物14就被來自凹面鏡50的反射光照明。圖9的裝置中的目的物14被照明似乎光源L3位于虛象點(diǎn)IL3，該虛象點(diǎn)比L3的實(shí)際位置離目的物14明顯更遠(yuǎn)。這是具有在圖9中以實(shí)輪廓線表示位置的轉(zhuǎn)輪42的系統(tǒng)的情況，其中反射鏡46和擋板44都在凹面鏡50后面被旋轉(zhuǎn)。
隨著轉(zhuǎn)輪42旋轉(zhuǎn)到在圖中以虛輪廓線表示的擋板44和反射鏡46所處的位置，反射鏡50被擋板44與光源L2隔離；并且，來自L3的光由平面鏡46被反射以幾乎直接照明的方式照明目的物14。因而，快門輪42的旋轉(zhuǎn)從單一光源L3的實(shí)際位置和從在IL3處的虛擬位置產(chǎn)生對目的物14的交替照明。
參看圖11，來自燈L3’單一光源照明的另一個(gè)替代的裝置被說明，其中透鏡52被安裝在由電動機(jī)40’驅(qū)動的旋轉(zhuǎn)的快門輪42’上，同時(shí)透鏡52被配置在轉(zhuǎn)輪42’上與光圈54沿徑向相對。因而轉(zhuǎn)輪42’的旋轉(zhuǎn)容許通過光圈54直接照明并且通過光穿過透鏡52交替地使目的物14照明，而透鏡52在其后面顯著的距離處有虛象點(diǎn)IL3’以致由單一光源L3’通過透鏡52與光圈54對目的物的照明強(qiáng)度基本上是不同的。
參看圖14，系統(tǒng)的運(yùn)行以方框圖形式被示出，其中在步驟60僅用環(huán)境光的目的物14的照明強(qiáng)度由光檢測器18檢測。環(huán)境光隨后在步驟62被濾掉由于其強(qiáng)度已知在光學(xué)上是無意義的。
系統(tǒng)隨后在步驟64著手選通或激發(fā)光源L1一段選定的時(shí)間間隔，它可被選擇足夠短以保證在照明期間目的物不發(fā)生明顯的移動。在本發(fā)明目前的實(shí)施中，已發(fā)現(xiàn)10毫秒的間隔對于車輛占用者傳感器的應(yīng)用是滿意的；然而，其他的時(shí)間間隔可以被用作應(yīng)用的保證。系統(tǒng)進(jìn)行到步驟66，然后就記錄用于陣列18中各象素的從目的物所接收的反射光的強(qiáng)度。
參看圖14，系統(tǒng)進(jìn)行到步驟68，執(zhí)行數(shù)字濾波操作以消除環(huán)境光對通過每個(gè)象素生成的信號值的影響。然后系統(tǒng)進(jìn)行到步驟70，激發(fā)或選通光源L2用于照明目的物14同時(shí)光源L1被關(guān)閉。系統(tǒng)于是進(jìn)行到步驟72，將在步驟70因光源L2的照明期間從各象素的輸出信號形成的數(shù)字信號存儲進(jìn)存儲器。
系統(tǒng)于是進(jìn)行到步驟74，執(zhí)行數(shù)字濾波操作對每個(gè)象素減去或消除因環(huán)境光存儲的信號值，從而產(chǎn)生只有光源L2照明所表示的存儲的信號值。
系統(tǒng)于是進(jìn)行到步驟76，執(zhí)行用于計(jì)算分別用L1、L2照明各象素所存儲的信號的距離D02比率的計(jì)算，并且進(jìn)行到步驟78使用每個(gè)象素的坐標(biāo)系繪制在步驟76所確定的距離由此在步驟80產(chǎn)生目的物的三維圖象。系統(tǒng)在步驟78的操作的執(zhí)行中，比較計(jì)算值與存儲在存儲器中來自加工操作的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，它被示于圖14中，象在步驟79中從存儲在存儲器中的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)所得的數(shù)據(jù)那樣。
參看圖15，對于本發(fā)明應(yīng)用于車輛坐位占用者位置檢測的感知應(yīng)用，系統(tǒng)的操作用流程圖示出，其中在車輛中的系統(tǒng)對步驟100的車輛起動到步驟102的靠光源L1、L2根據(jù)在步驟60所記錄的環(huán)境的數(shù)據(jù)執(zhí)行調(diào)節(jié)起反應(yīng)。
系統(tǒng)進(jìn)行到步驟104，執(zhí)行圖14中60直到80的深度繪制操作，并進(jìn)行到步驟106，根據(jù)步驟105來自存儲器輸入到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為面對風(fēng)險(xiǎn)的情況做試驗(yàn)。如果在步驟106的試驗(yàn)是肯定的，系統(tǒng)進(jìn)行到步驟108，生成對氣囊充氣機(jī)系統(tǒng)的信號建議氣囊抑制。于是系統(tǒng)回到步驟104。
然而，如果在步驟106的確定是否定的，則系統(tǒng)再循環(huán)到步驟104。
參看圖16，本發(fā)明的電系統(tǒng)的功能作為實(shí)施在車輛中占用者傳感器的應(yīng)用以方框圖的形式被說明并將在下文被描述。
系統(tǒng)拍攝車輛乘客室內(nèi)預(yù)先確定區(qū)域的圖象，將圖象數(shù)據(jù)存儲在存儲器中并用軟件處理圖象數(shù)據(jù)編程進(jìn)入電子線路器件如微處理機(jī)。圖象數(shù)據(jù)處理提供車輛前部坐位乘客旁邊占用者的分類并確定在這坐位的目的物是否處于“面對風(fēng)險(xiǎn)區(qū)”。如果情況是這樣，系統(tǒng)將指令外部器件去抑制或使乘客旁邊的氣囊充氣機(jī)能啟動。
在加工運(yùn)行期間，車輛特定信息被編程進(jìn)入非易失性存儲器224。當(dāng)系統(tǒng)增加動力消耗時(shí)，占用者分類處理器230讀取非易失性存儲器224的內(nèi)容并將系統(tǒng)操作參數(shù)設(shè)置在處理器230中及面對風(fēng)險(xiǎn)區(qū)現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)210。
FPGA210指令攝象機(jī)220拍攝“圖象”。圖象的數(shù)據(jù)從攝象機(jī)220被發(fā)送通過FPGA210并被存儲于FPGA內(nèi)部隨機(jī)存儲器(RAM)及光耦合(OC)圖象RAM218存儲器。當(dāng)完整的圖象畫面已存儲于OC圖象RAM218時(shí)，F(xiàn)PGA210通知光耦合器(OC)230。OC230處理在OC圖象RAM218中的圖象數(shù)據(jù)并確定乘客旁邊的占用者的分類。OC圖象RAM218數(shù)據(jù)在OC數(shù)據(jù)處理期間被發(fā)送通過FPGA210并送至數(shù)據(jù)總線。FPGA210處理來自其內(nèi)部RAM存儲器的圖象數(shù)據(jù)以確定目的物是否處于面對風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。作為OC和FPGA圖象數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，系統(tǒng)將通過機(jī)載收發(fā)器232和處理器板卡連接器234發(fā)送信息至外部器件建議是否抑制或啟動乘客尺寸的氣囊充氣機(jī)。
系統(tǒng)包含照明線路以照明由紅外發(fā)光二極管(IR LED)驅(qū)動器208，近強(qiáng)度控制器200，遠(yuǎn)強(qiáng)度控制器202，近紅外LED204和遠(yuǎn)紅外LED206組成的汽車乘客室。應(yīng)理解LED204和206對應(yīng)于在上文中描述的照明光源L1，L2。通過選通合適的IR LED驅(qū)動器208，信號遠(yuǎn)-控制轉(zhuǎn)向開/關(guān)遠(yuǎn)紅外LED206。通過選通合適的IR LED驅(qū)動器208，信號近-控制轉(zhuǎn)向開/關(guān)近紅外LED206。在FPGA210里面的內(nèi)部寄存器控制這些信號的邏輯狀態(tài)。OC230寫入這個(gè)寄存器的內(nèi)容。信號強(qiáng)度-控制和強(qiáng)度-數(shù)據(jù)被用于控制紅外LED所源自的電流量。在FPGA210里面的內(nèi)部寄存器控制這些信號的邏輯狀態(tài)。OC203寫入這個(gè)寄存器的內(nèi)容。
FPGA210控制LED214(外部)情況的狀態(tài)。在FPGA210里面的內(nèi)部寄存器控制這些信號的邏輯狀態(tài)。OC230更新這個(gè)寄存器的內(nèi)容。
在OC230讀或?qū)懺L問外部器件期間，F(xiàn)PGA210生成合適的定時(shí)和控制信號。OC230圖象數(shù)據(jù)處理軟件程序和其他軟件程序保存在快速只讀存儲器(ROM)226中。OC所需要的額外的RAM存儲器空間被配備在OC用戶RAM228中。FPGA的內(nèi)部線路和OC所需要的時(shí)鐘信號分別從振蕩器線路212和236得出。非易失性存儲器224還被用于存儲系統(tǒng)故障碼。機(jī)載電源222生成不同系統(tǒng)線路組分所需要的5伏特和3.3伏特電源信號。
因此本發(fā)明以其最簡單的方式提供一個(gè)供目的物光學(xué)測距的獨(dú)特的和新穎的系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用具有被交替選通的照明光源的單一光檢測器并且計(jì)算在檢測器接收的光的比率及確定關(guān)于目的物反射到檢測器的范圍。在另一種實(shí)施方案中，多個(gè)光檢測器被使用；而且，交替選通光源使系統(tǒng)能數(shù)字式地繪制由各檢測器所接收的光的比率被計(jì)算的距離，當(dāng)如此選通以使繪制能生成目的物的三維圖象。本發(fā)明的系統(tǒng)可以用離照明目的物實(shí)際隔開不同距離或與反射透鏡或反射鏡共同放置的照明光源操作，透鏡或反射鏡被用于生成一個(gè)光源的虛象以引起光源離照明目的物在距離上差別的效果。在一種替代的實(shí)施方案中，單一照明光源被使用伴隨著裝上快門供來自光源的光交替?zhèn)鞑セ蛲ㄟ^透鏡或通過反射鏡到目的物以生成不同于光源實(shí)際地點(diǎn)的虛擬的距離并通過簡單的光圈供直接照明用。來自光源L1、L2的約在350至14000納米波長范圍的光最好被使用。
雖然本發(fā)明已在上文根據(jù)圖解說明的實(shí)施方案被描述，應(yīng)理解到本發(fā)明是能夠改善和變更的并且只受下列的權(quán)利要求的限制。
權(quán)利要求
1.對目的物光學(xué)測距和成象的方法包含(a)將第一個(gè)光源配置在離該目的物一定距離處并用第一個(gè)光源照明該目的物；(b)將第二個(gè)光源配置在離該目的物不同于上述一定的距離的某個(gè)虛擬的距離處并用第二個(gè)光源照明該目的物；(c)為了檢測從該目的物反射的光將多個(gè)光檢測器配置成陣列，并生成表現(xiàn)出用該檢測器所檢測的反射光強(qiáng)度的電信號；(d)交替激發(fā)該第一個(gè)和第二個(gè)光源并將從目的物的反射光聚焦到該檢測器上；(e)當(dāng)該目的物首先被該第一個(gè)和第二個(gè)光源之一并隨后用該第一個(gè)和第二個(gè)光源中的另一個(gè)照明時(shí)，存儲所生成的電信號值；以及(f)當(dāng)用該一個(gè)光源并隨后用另一個(gè)該光源照明時(shí)計(jì)算檢測器所產(chǎn)生該信號值的比率，并且由該比率計(jì)算目的物離該檢測器的距離及繪制所計(jì)算的距離作為該目的物的圖象。
2.權(quán)利要求1所確定的方法，其中照明該目的物的該步驟包含用具有波長約在350到14000納米范圍內(nèi)的光照明。
3.權(quán)利要求1所確定的方法，其中該配置光檢測器的步驟包含將該多個(gè)檢測器配置成任何陣列。
4.權(quán)利要求1所確定的方法，其中該配置該光檢測器的步驟包含將象素陣列配置在集成固體器件中。
5.權(quán)利要求1所確定的方法，其中該第二個(gè)光源虛擬地配置在虛擬地不同的預(yù)定距離處的步驟包含將透鏡配置在該第二個(gè)光源與該目的物之間。
6.權(quán)利要求1所確定的方法，其中該繪制步驟包含將電信號從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式。
7.權(quán)利要求1所確定的方法，其中該配置光檢測器的步驟包含將該檢測器陣列配置在該第一個(gè)和第二個(gè)光源的中間。
8.權(quán)利要求1所確定的方法，其中該聚焦步驟包含使該反射光通過透鏡。
9.權(quán)利要求1所確定的方法，其中該聚焦步驟包含用反射鏡從該目的物反射該光。
10.權(quán)利要求1所確定的方法，其中該聚焦步驟包含使該反射光通過光圈。
11.權(quán)利要求1所確定的方法，其中該照明步驟包含用反射鏡反射來自該第一個(gè)和第二個(gè)光源之一的光。
12.權(quán)利要求1所確定的方法，其中該配置光檢測器的步驟包含將象素陣列配置在由包含(a)電荷耦合器件及(b)CMOS器件的組合中所選定的固體器件上。
13.權(quán)利要求1所確定的方法，其中該配置光檢測器的步驟包含配置由(a)有源象素陣列傳感器及(b)無源象素陣列傳感器組成的組合中所選定的固體器件。
14.供對目的物光學(xué)測距和成象用的系統(tǒng)包含(a)第一個(gè)光源被配置在離該目的物一定距離處并且可操作用于照明該目的物；(b)第二個(gè)光源被配置在離該目的物虛擬地不同于上述該一定距離的某個(gè)距離處并且可操作用于照明該目的物；(c)可操作用于交替激發(fā)該第一個(gè)和第二個(gè)光源的裝置；(d)多個(gè)光檢測器和用于使從該目的物所反射的光聚焦到該檢測器上的裝置，同時(shí)各檢測器可操作以提供表現(xiàn)出在那里所接收的光強(qiáng)度的電信號；(e)可操作用于存儲對每次照明關(guān)于各檢測器的該信號值的裝置；(f)可操作用于計(jì)算對于第一個(gè)和第二個(gè)光源照明關(guān)于各檢測器的該信號值的比率的裝置；(g)可操作用于由各被計(jì)算的信號比率計(jì)算目的物離各該檢測器距離的裝置；以及(h)可操作用于繪制該被計(jì)算的距離并對該目的物成象的裝置。
15.權(quán)利要求14所確定的系統(tǒng)，其中第一個(gè)和第二個(gè)光源發(fā)射的光在可見光譜中。
16.權(quán)利要求14所確定的系統(tǒng)，其中第一個(gè)和第二個(gè)光源發(fā)射的光在紅外光譜中。
17.權(quán)利要求14所確定的系統(tǒng)，其中第一個(gè)和第二個(gè)光源發(fā)射的光約在350至14000納米的波長范圍內(nèi)。
18.權(quán)利要求14所確定的系統(tǒng)，其中光檢測器的陣列包含在固體器件上的象素。
19.權(quán)利要求14所確定的系統(tǒng)，其中光檢測器的陣列包含在CMOS固體器件上的象素。
20.權(quán)利要求14所確定的系統(tǒng)，其中可操作用于存儲的裝置包含模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換器。
21.權(quán)利要求14所確定的系統(tǒng)，其中為了影響不同于該一定距離的虛擬距離，第二個(gè)光源有透鏡被配置在該第二個(gè)光源與該目的物之間。
22.權(quán)利要求14所確定的系統(tǒng)，其中該檢測器的陣列被配置在該第一個(gè)和第二個(gè)光源的中間。
23.權(quán)利要求14所確定的系統(tǒng)，其中該第一個(gè)和第二個(gè)光源包含發(fā)光二極管。
24.權(quán)利要求14所確定的系統(tǒng)，其中該可操作用于計(jì)算比率的裝置包含可操作以消除在該檢測器上的環(huán)境光對該信號的影響的裝置。
25.用于確定在車輛中坐位占用者的存在和位置并且由此提供電信號的系統(tǒng)包含(a)第一個(gè)光源被配置在該車輛中離該坐位一定的距離處并且可操作用于照明該坐位及在那里的占用者；(b)第二個(gè)光源被配置在離該坐位虛擬地不同于上述一定距離的某個(gè)距離處并且可操作用于照明該坐位及占用者；(c)多個(gè)光檢測器被配置以各自接收來自該占用者的反射光并且可操作用于表現(xiàn)出該所接收光的強(qiáng)度的電信號；(d)可操作用于交替地激發(fā)該第一個(gè)和第二個(gè)光源的裝置；(e)可操作用于存儲對每次照明各檢測器所生成的該信號值的裝置；(f)可操作用于計(jì)算對于第一個(gè)和第二個(gè)光源照明各檢測器該被存儲的信號值的比率的裝置；(g)可操作用于由每個(gè)該所計(jì)算的信號比率計(jì)算該占用者離檢測器距離的裝置；以及(h)可操作用于繪制該所計(jì)算距離并且可操作用于提供占用者存在的該電信號及該位置圖象的裝置。
26.權(quán)利要求25所確定的系統(tǒng)，其中該第二個(gè)光源包含生成該第二個(gè)光源虛象的裝置，該裝置是從由包含透鏡和反射鏡的組合中所選定的。
27.用于確定在車輛中坐位占用者的存在和位置并且從那里提供電圖象的方法，包含(a)配置多個(gè)光檢測器用于檢測從該占用者所反射的光并生成表現(xiàn)出該檢測器所檢測的反射光的強(qiáng)度的電信號；(b)將第一個(gè)光源配置在離該目標(biāo)一定距離處用于照明該坐位和占用者；(c)將第二個(gè)光源配置在離該坐位虛擬地不同于該一定距離的某個(gè)距離處為了用該第二個(gè)光源照明該坐位和占用者；(d)交替地激發(fā)該第一個(gè)和第二個(gè)光源并照明該坐位和占用者；(e)將從該占用者反射的來自該第一個(gè)和第二個(gè)光源的光聚焦到該檢測器上；(f)順序地存儲對每次交替激發(fā)所生成的該電信號值；以及(g)計(jì)算對每次交替激發(fā)各檢測器所生成的該信號值的比率并計(jì)算該占用者離該檢測器的距離并繪制該被計(jì)算距離且形成該占用者位置的圖象。
28.權(quán)利要求27所確定的方法，另外包含當(dāng)該圖象顯示容許偏差外的占用者位置時(shí)生成抑制信號應(yīng)用于阻止氣囊充氣機(jī)的激勵(lì)。
29.權(quán)利要求27所確定的方法，另外該順序地存儲步驟包含將模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字。
30.用于對目的物光學(xué)測距的系統(tǒng)包含(a)至少一個(gè)光檢測器被配置以接收從該目的物所反射的光并可操作以生成該被接收光的強(qiáng)度的電信號；(b)第二個(gè)光源被配置在離該目的物一定距離處并且在激發(fā)時(shí)可操作以照明該目的物；(c)第二個(gè)光源被配置在離該目的物虛擬地不同于上述一定距離的某個(gè)距離處并且在激發(fā)時(shí)可操作以照明該目的物；(d)可操作以存儲對通過該第一個(gè)和第二個(gè)光源各次照明該目的物的該電信號值的裝置；以及(e)可操作以計(jì)算該被存儲的電信號值的比率并可操作從該比率計(jì)算該目標(biāo)范圍的裝置。
31.權(quán)利要求30所確定的系統(tǒng)，其中該至少一個(gè)光檢測器包含多個(gè)光檢測器。
32.權(quán)利要求30所確定的系統(tǒng)，其中該第一個(gè)和第二個(gè)光源發(fā)射選自包含波長約在350至14000納米范圍的組合中的光。
33.對目的物光學(xué)測距和成象的方法包含(a)配置多個(gè)光檢測器用于接收從該目的物所反射的光并生成表現(xiàn)出所接收光的強(qiáng)度的電信號；(b)提供光源并將來自該光源的光導(dǎo)引和成幀到該目的物，交替地從實(shí)光源和離該目的物比該實(shí)光源有顯著不同距離處的虛光源。(c)存儲對該多個(gè)光檢測器中各個(gè)的該電信號值；(d)計(jì)算用于真實(shí)的和虛擬的畫面組的該值的比率并對各個(gè)比率計(jì)算目的物范圍；(e)對于多個(gè)光檢測器中各個(gè)檢測器繪制計(jì)算的目的物距離并使目的物成象。
34.權(quán)利要求33所確定的方法，其中該成幀步驟包含關(guān)閉快門。
35.權(quán)利要求33所確定的方法，其中該交替導(dǎo)引步驟包含由反射鏡反射光。
36.權(quán)利要求33所確定的方法，其中該交替導(dǎo)引步驟包含使光通過透鏡。
37.權(quán)利要求33所確定的方法，其中該成幀步驟包含旋轉(zhuǎn)快門。
全文摘要
供目的物光學(xué)測距并三維成象用的系統(tǒng)。當(dāng)用一對選通光源或快門選通直接和虛擬成象的單個(gè)光源替換著照射時(shí)僅有的單個(gè)光檢測器能夠檢測從目的物所反射的光。檢測器對于每次照射的輸出信號含有從其中所減去的環(huán)境獨(dú)自的光強(qiáng)信號和所計(jì)算的直接成象光與虛擬成象光的比率以及從這個(gè)比率所確定的目的物的距離。對于成象檢測器陣列被使用并且所計(jì)算的距離使用檢測器坐標(biāo)系被繪制以給出三維圖象。光最好在350到14000納米的波長范圍內(nèi)。該系統(tǒng)特別適合作為車輛占用者的傳感器以及被使用以生成氣囊充氣抑制信號的圖象,如果圖象指示不容許的占用者的性能及位置。
文檔編號G01S17/08GK1267835SQ0010470
公開日2000年9月27日 申請日期2000年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月22日
發(fā)明者Z·阿爾馬杰德, W·J·雅努特卡, M·G·塔拉諾夫斯基 申請人:易通公司