專利名稱：乘坐者檢測成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種基于成像系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)車輛用乘坐者檢測系統(tǒng)，具體涉及一種用于乘坐者檢測成像系統(tǒng)的照明裝置。
背景技術(shù)：
對(duì)機(jī)動(dòng)車輛中輔助約束系統(tǒng)例如氣囊等的適當(dāng)控制需要可靠地檢測與輔助約束系統(tǒng)相關(guān)的車座的占用情況。如果其展開適合于車座的實(shí)際占用情況，則輔助約束系統(tǒng)事實(shí)上最有效。此外，如果乘坐者不在適當(dāng)?shù)奈恢?，例如，如果乘坐者處于氣囊展開的位置內(nèi)將可能導(dǎo)致乘坐者嚴(yán)重受傷，則可靠地檢測可能的乘坐者的位置非常重要，目的是使氣囊不起作用。
一種類型的乘坐者檢測系統(tǒng)是基于光學(xué)成像系統(tǒng)，用于確定乘坐者存在和/或其當(dāng)前就座的位置，以及/或者乘坐者的局部所處的位置，例如乘坐者頭部的位置。這種光學(xué)成像系統(tǒng)包括，例如，CCD或者CMOS攝像機(jī)，其用于監(jiān)視特定檢測區(qū)域；相關(guān)的控制單元，其用于評(píng)測通過攝像機(jī)拍攝到的圖像?？刂茊卧\(yùn)用適合的圖像處理處理算法，以便確定代表例如乘客存在的預(yù)定圖案，并且探測特定部分例如乘坐者頭部的位置。根據(jù)該位置，控制單元可推斷出乘坐者就座的位置，并產(chǎn)生用于氣囊控制單元的相應(yīng)控制信號(hào)。
由于乘坐者的位置必須在三維空間內(nèi)確定，所以優(yōu)選使用3D攝像機(jī)，其在紀(jì)錄位置圖像(例如基于飛行時(shí)間(TOF)原理)的同時(shí)記錄深度信息。由此，這種攝像機(jī)可以立即提供確定三維空間內(nèi)的位置所需的數(shù)據(jù)。
但是，用于汽車乘坐者檢測的3D-TOF攝像機(jī)需要使用脈沖或調(diào)節(jié)的照明，其在被查看的區(qū)域具有高照明強(qiáng)度，目的是對(duì)于大范圍的場景反射系數(shù)和不同外界照明條件能夠提供必需的深度分辨率和準(zhǔn)確度。由此，使用這種類型成像元件的檢測系統(tǒng)必須設(shè)置適當(dāng)?shù)恼彰餮b置。但由于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)尺寸的限制，所述照明系統(tǒng)必須覆蓋大孔徑張角，因?yàn)閷⒈粰z測系統(tǒng)覆蓋的區(qū)域通常很大。因此，均勻的高照明強(qiáng)度將需要非常強(qiáng)的光源。但是，使用這種強(qiáng)光源會(huì)導(dǎo)致較大的動(dòng)力消耗及導(dǎo)致問題的熱量產(chǎn)生，由此其不符合機(jī)動(dòng)車輛領(lǐng)域的要求。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是提供一種帶有適當(dāng)照明裝置的基于成像裝置的檢測系統(tǒng)，其適合在機(jī)動(dòng)車輛中使用。
發(fā)明總體描述為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種用于機(jī)動(dòng)車輛的檢測系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)成像元件和至少一個(gè)照明裝置，它們將被安置在機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)，用于檢測在與車輛相關(guān)的檢測區(qū)域內(nèi)的對(duì)象的存在。根據(jù)本發(fā)明照明裝置包括至少一個(gè)光源，其用于產(chǎn)生光束；以及光束成形裝置(light beam shaping means)，其用于在所述檢測區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生非均勻的(inhomogeneous)光線分布，所述非均勻的光線分布在所述檢測區(qū)域的特定區(qū)間內(nèi)具有至少一個(gè)局部強(qiáng)度最大值。
不是用均勻光線分布照明整個(gè)檢測區(qū)域，本發(fā)明計(jì)劃提供一種照明裝置，其具有適當(dāng)?shù)墓馐尚窝b置，用于產(chǎn)生非均勻的強(qiáng)度分布。這意味著特別感興趣的區(qū)域例如用于車上乘坐者檢測的區(qū)域被識(shí)別，并且照明裝置優(yōu)先將光線指引到這些區(qū)域上，以致照明分布呈現(xiàn)為在這些特別感興趣的區(qū)域局部功率最大。在檢測區(qū)域內(nèi)對(duì)感興趣的特定區(qū)間優(yōu)先照明，降低了整體能量消耗并減少熱量產(chǎn)生，而不會(huì)影響檢測裝置的可靠操作。此外，對(duì)特定區(qū)間優(yōu)先照明能夠減小照明裝置的尺寸，這反過來又使得其被容易組裝到車輛上并且減少費(fèi)用。
通過至少一個(gè)半導(dǎo)體光電子器件例如發(fā)光二極管、激光二極管或者豎直空腔表面發(fā)射激光器形成所述至少一個(gè)光源裝置。所述至少一個(gè)光源的優(yōu)選波長是在近紅外區(qū)域(NIR)內(nèi)，大約830nm。所述至少一個(gè)光源可被放置于反射凹腔內(nèi)，目的是具有更高程度定向的輸出。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述光束成形裝置包括衍射光學(xué)元件，其被安置在所述至少一個(gè)光源前面。所述衍射光學(xué)元件被構(gòu)成用于將從所述至少一個(gè)光源發(fā)出的光線分割成不同的局部光束，它們具有預(yù)定強(qiáng)度比并沿預(yù)定方向傳播?；谶@種結(jié)構(gòu)，所述光束成形裝置可還包括折射光學(xué)元件，其被安置在所述至少一個(gè)光源和所述衍射光學(xué)元件之間?？稍O(shè)置折射光學(xué)元件，例如具有適當(dāng)聚焦特性的透鏡，用于在光束進(jìn)入衍射器件之前對(duì)光束的大小(尺寸)進(jìn)行成形。
應(yīng)該注意到，使用包括衍射光學(xué)元件的光束成形器件可使照明分布容易地適應(yīng)于不同類型的汽車。僅僅衍射光學(xué)元件的衍射模式需要被構(gòu)造成適應(yīng)于特定車輛的特定檢測區(qū)域，而其它元件例如至少一個(gè)光源，以及可能使用的其它光學(xué)元件例如附加折射元件等，可保持不變。
這種光束成形器件被最優(yōu)化，以使得通過至少一個(gè)光源產(chǎn)生的全部照明對(duì)應(yīng)于與檢測區(qū)域幾何構(gòu)造相關(guān)的預(yù)定照明分布。這種最優(yōu)化可對(duì)多個(gè)參量進(jìn)行，例如折射元件的焦距，光源和折射元件間的距離，可能的多個(gè)光源的相對(duì)位置，衍射光學(xué)元件的衍射模式等等。通過使用數(shù)字全息術(shù)中已知的處理算法例如直接二元搜索，可實(shí)現(xiàn)這種最優(yōu)化。通過已知技術(shù)，例如在感光材料的光刻術(shù)，可制造出衍射光學(xué)元件的特定衍射模式。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，照明裝置包括多個(gè)獨(dú)立的光源，它們被設(shè)置成陣列結(jié)構(gòu)。獨(dú)立的光源可包括例如半導(dǎo)體光電子裝置，如發(fā)光二極管、激光二極管或者豎直空腔表面發(fā)射激光器。不同的光源被優(yōu)選地設(shè)置在公共基板上，并可被放置在反射凹腔內(nèi)，目的是提供更高程度定向的輸出?；谶@種結(jié)構(gòu)，所述光源可被制造在與成像元件相同的基板上。
在可行的實(shí)施例中，單一的光學(xué)元件可與多個(gè)光源相關(guān)聯(lián)，目的是在檢測區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生所需要的強(qiáng)度分布。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述光束成形裝置包括多個(gè)單獨(dú)的光學(xué)元件，每個(gè)單獨(dú)的光學(xué)元件與一個(gè)單獨(dú)的光源相關(guān)聯(lián)。在每個(gè)單獨(dú)光學(xué)元件與一個(gè)單獨(dú)的光源相關(guān)聯(lián)的情況下，光學(xué)元件的數(shù)量可等于光源的數(shù)量，以致每個(gè)光源自己具有與其相關(guān)聯(lián)的光學(xué)元件。但是，在可行的改型中，一個(gè)公共光學(xué)元件可與所述多個(gè)光源中的一部分相關(guān)聯(lián)，而其它單獨(dú)的光源可具有與其相關(guān)聯(lián)的單獨(dú)光學(xué)元件。
所述單獨(dú)光學(xué)元件可包括折射光學(xué)元件，其以下述方式設(shè)置在相關(guān)聯(lián)光源的前面，即每個(gè)折射光學(xué)元件的光軸相對(duì)于所述相關(guān)聯(lián)光源的光軸偏移。折射光學(xué)元件光軸的偏移能使通過相關(guān)聯(lián)光源產(chǎn)生的光束被指引到檢測區(qū)域的特定區(qū)間。通過對(duì)每個(gè)不同光源單獨(dú)調(diào)整偏移量，可只依靠這些折射光學(xué)元件產(chǎn)生所需要的光線分布。因此，在這個(gè)實(shí)施例中，光束成形裝置不是必須采用用于在檢測區(qū)域產(chǎn)生預(yù)期光線分布的折射元件。
應(yīng)該理解，所述成像元件和所述照明裝置可被構(gòu)造成被安置在車輛中的相隔一段距離的位置處。但是，在優(yōu)選實(shí)施例中，所述成像元件和所述照明裝置被構(gòu)造成被彼此鄰近地安置在車輛內(nèi)，優(yōu)選為在單一的殼體內(nèi)。
應(yīng)該理解，所述照明裝置優(yōu)選還包括用于調(diào)節(jié)所述至少一個(gè)光源或多個(gè)光源的照明強(qiáng)度的裝置。例如，這種光源強(qiáng)度調(diào)節(jié)可用于降低一或多個(gè)光源的強(qiáng)度，例如，在檢測區(qū)域的相應(yīng)部分被檢測為是空的時(shí)。由此，可減少系統(tǒng)的整體能量消耗而同時(shí)增加各個(gè)光源的使用壽命。此外，一陣列光源中的各個(gè)光源的光線強(qiáng)度的適當(dāng)調(diào)整可用于進(jìn)一步對(duì)檢測區(qū)域內(nèi)的光線分布進(jìn)行成形。
應(yīng)該理解，本發(fā)明的檢測系統(tǒng)可在機(jī)動(dòng)車輛中用于不同用途。例如，這種檢測系統(tǒng)能夠用在機(jī)動(dòng)車輛的障礙物檢測系統(tǒng)中。在這個(gè)實(shí)施例中，成像元件和照明裝置被設(shè)置在所述車輛內(nèi)，以使得所述檢測區(qū)域覆蓋車輛周圍環(huán)境的一部分。因此所述系統(tǒng)能夠檢測行人或者檢測區(qū)域內(nèi)的對(duì)象，然后相應(yīng)的信息在行人保護(hù)系統(tǒng)、防撞系統(tǒng)或者停車系統(tǒng)中使用。應(yīng)該注意到，特定的光線分布可用于本實(shí)施例中，目的是適當(dāng)成形檢測區(qū)域。事實(shí)上，通過降低車輛周圍環(huán)境不重要區(qū)域內(nèi)的照明強(qiáng)度，可從檢測區(qū)域中消除這些不重要區(qū)域。
在不同的應(yīng)用中，所述檢測系統(tǒng)被用在機(jī)動(dòng)車輛的乘坐者檢測系統(tǒng)中，如上所述。因此，所述成像元件和照明裝置被安置在乘客室內(nèi)，以使得所述檢測區(qū)域覆蓋車輛內(nèi)室的一部分。
還應(yīng)注意到，在所述檢測區(qū)域的特定區(qū)間中，光線分布具有最大強(qiáng)度值的區(qū)域，可以例如位于相對(duì)于成像元件和/或照明裝置而言的檢測區(qū)域最遠(yuǎn)部分內(nèi)。對(duì)應(yīng)乘坐者的檢測用途，檢測區(qū)域最重要的部分是那些當(dāng)乘坐者坐在正確位置或完全偏離原位的位置時(shí)乘坐者頭部所處的位置。因此，為了這種應(yīng)用，特定區(qū)間可位于車座的頭枕位置附近和/或者車輛儀表盤附近。


通過下面參照附圖對(duì)一些非限定實(shí)施例的描述，本發(fā)明將變得更清楚。
圖1是從乘客一側(cè)所作的帶有成像系統(tǒng)的汽車內(nèi)部的示意圖。
圖2是成像系統(tǒng)的示意性正視圖。
圖3是具有光束成形光學(xué)元件的單一光發(fā)射元件的示意性側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出汽車內(nèi)部10的示意性俯視圖，其裝配有用于乘客一側(cè)的檢測系統(tǒng)12。所述檢測系統(tǒng)(裝置)12包括，例如3D成像攝像機(jī)以及照明裝置，它們被安置在位于車頂中的單一殼體內(nèi)。所述照明裝置用于向汽車內(nèi)部的一部分提供隨時(shí)間調(diào)整的照明分布。這種照明光線被汽車內(nèi)部和可能的乘坐者反射，反射光線用作3D成像攝像機(jī)的輸入。由攝像機(jī)提供的3D圖像被用于汽車乘坐者的檢測用途。
通過多個(gè)發(fā)光元件14組成的陣列形成照明裝置，所述發(fā)光元件14由專用基板16上的半導(dǎo)體光電子光源和適當(dāng)?shù)墓馐尚喂鈱W(xué)元件18形成。不同發(fā)光元件14作為示例以適當(dāng)陣列配置被安置在成像元件的光學(xué)系統(tǒng)24的周圍。通過折射和衍射微光學(xué)元件18的最佳組合來單獨(dú)處理發(fā)光元件14的輸出，目的是提供所需要的照明分布。光束成形光學(xué)元件18被最優(yōu)化，以致從不同光源14產(chǎn)生的全部照明光線對(duì)應(yīng)于與檢測區(qū)域幾何構(gòu)造相關(guān)的預(yù)定照明分布。
在優(yōu)選實(shí)施例中，所述光源是發(fā)光二極管20，它們被布置在帶有基板16的反射表面的凹腔22的內(nèi)部，目的是提供更高程度定向的輸出。焦距為F的透鏡26被布置在發(fā)光二極管20前面距離d處。透鏡20被設(shè)置成用于在光束進(jìn)入衍射元件28之前對(duì)光束的大小(盡寸)進(jìn)行成形。接著，光線通過衍射光學(xué)元件28，所述衍射光學(xué)元件將光線重新引導(dǎo)為多個(gè)具有不同強(qiáng)度比并沿不同方向傳播的局部光束(partial beams)30、32、34。
應(yīng)該注意到，使用由折射光學(xué)元件26、衍射光學(xué)元件28組合形成的光束成形光學(xué)元件18，可使照明分布容易適應(yīng)于不同類型的汽車。只有衍射光學(xué)元件28的衍射模式需要改造，而光源20以及折射光學(xué)元件26保持不變。
附圖標(biāo)記10汽車內(nèi)部22凹腔12檢測系統(tǒng)(裝置) 24成像元件的光學(xué)系統(tǒng)14發(fā)光元件26透鏡16基板28衍射元件18光束成形光學(xué)元件30、32、34局部光束20發(fā)光二極管
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)動(dòng)車輛的檢測系統(tǒng)，包括至少一個(gè)成像元件和至少一個(gè)照明裝置，它們被設(shè)置在機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)，用于檢測與所述車輛相關(guān)的檢測區(qū)域內(nèi)的對(duì)象的存在，所述照明裝置包括至少一個(gè)光源，用于產(chǎn)生光束，其特征在于，所述至少一個(gè)照明裝置還包括光束成形裝置，用于在檢測區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生非均勻的光線分布，所述非均勻的光線分布在所述檢測區(qū)域的特定區(qū)間內(nèi)具有至少一個(gè)光強(qiáng)度最大值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述光束成形裝置包括衍射光學(xué)元件，其被設(shè)置在所述至少一個(gè)光源前面，所述衍射光學(xué)元件被構(gòu)成用于將從所述至少一個(gè)光源發(fā)出的光線分割成不同的局部光束，所述局部光束具有預(yù)定強(qiáng)度比并沿預(yù)定方向傳播。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述光束成形裝置還包括折射光學(xué)元件，其設(shè)置在所述至少一個(gè)光源和所述衍射光學(xué)元件之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述照明裝置包括多個(gè)獨(dú)立的光源，它們被以陣列的形式布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述光束成形裝置包括多個(gè)獨(dú)立的光學(xué)元件，每個(gè)獨(dú)立的光學(xué)元件與一個(gè)獨(dú)立的光源相關(guān)聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述獨(dú)立的光學(xué)元件是折射光學(xué)元件，它們以下述方式設(shè)置在相關(guān)聯(lián)光源的前面，即，每個(gè)折射光學(xué)元件的光軸相對(duì)于所述相關(guān)聯(lián)光源的光軸偏移。
7.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述特定區(qū)間位于相對(duì)于成像元件和/或照明裝置而言的檢測區(qū)域最遠(yuǎn)部分內(nèi)。
8.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述特定區(qū)間位于車輛儀表盤附近。
9.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述特定區(qū)間位于車座的頭枕位置附近。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述成像元件和所述照明裝置被構(gòu)造成在車輛內(nèi)彼此鄰近設(shè)置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述成像元件和所述照明裝置被構(gòu)造成設(shè)置在車輛內(nèi)相隔一段距離的位置處。
12.根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述照明裝置包括用于調(diào)節(jié)所述至少一個(gè)光源的照明強(qiáng)度的裝置。
13.一種用于機(jī)動(dòng)車輛的乘坐者檢測系統(tǒng)，包括根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述成像元件和所述照明裝置被設(shè)置在乘客室內(nèi)，以使得所述檢測區(qū)域覆蓋車輛內(nèi)室的一部分。
14.一種用于機(jī)動(dòng)車輛的障礙物檢測系統(tǒng)，包括根據(jù)前面任一權(quán)利要求所述的檢測系統(tǒng)，其中，所述成像元件和所述照明裝置被設(shè)置在所述車輛內(nèi)，以使得所述檢測區(qū)域覆蓋車輛周圍環(huán)境的一部分。
全文摘要
一種用于機(jī)動(dòng)車輛的檢測系統(tǒng)，包括至少一個(gè)成像元件和至少一個(gè)照明裝置，它們被設(shè)置在所述機(jī)動(dòng)車輛內(nèi)，用于檢測與機(jī)動(dòng)車輛相關(guān)的檢測區(qū)域內(nèi)的對(duì)象的存在。根據(jù)本發(fā)明，所述照明裝置包括至少一個(gè)光源，其用于產(chǎn)生光束；以及光束成形裝置，其用于在所述檢測區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生非均勻的光線分布，所述非均勻的光線分布在所述檢測區(qū)域的特定區(qū)間內(nèi)具有至少一個(gè)強(qiáng)度最大值。
文檔編號(hào)B60R21/00GK101044043SQ200580035844
公開日2007年9月26日 申請(qǐng)日期2005年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月22日
發(fā)明者伊夫·德科斯泰, 讓－呂克·凱澤, 馬里耶－阿斯特麗·科基, 沃爾特·基弗 申請(qǐng)人:Iee國際電子工程股份公司