本發(fā)明涉及對象檢測系統(tǒng)，例如用于在控制照明系統(tǒng)以通過監(jiān)控活動來提供能量節(jié)省中使用。

背景技術(shù)：

對象檢測可以由照明系統(tǒng)所使用以提供對照明的自動化控制，例如以在不需要照明時提供能量節(jié)省。

對象檢測可以基于使用飛行時間傳感器原理而將范圍映射到視場內(nèi)的對象。飛行時間測量是基于被投射到所觀察的場景上的主動光照。來自主動光照源的反射的光由傳感器所捕獲，傳感器測量所傳送和接收的光照之間的相位，從該相位可以取得 飛行時間以及因此范圍。通過分析針對完整視場的范圍信息，可以使用圖像分析技術(shù)來標識對象。

相位測量以及因而范圍數(shù)據(jù)的準確度取決于場景中的對象的光照強度和反射率。

已知的飛行時間解決方案例如可能旨在通過使用強烈且均勻的光照而達到針對整個所觀察的區(qū)域的厘米準確度。然而，諸如室外照明控制之類的一些應用實際上取決于感測任務和對象屬性而要求明顯更低的準確度。針對其檢測任務而優(yōu)化的感測解決方案因此將總是導致比額外指定的解決方案更低的能耗。

因此，存在使感測功能適應于所要求的準確程度的需要。這在飛行時間感測的情況下特別重要，因為其要求連續(xù)的主動光照，這要求比被動感測方法更多的能量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明由權(quán)利要求限定。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于視場內(nèi)的對象檢測的對象檢測系統(tǒng)，包括：

用于向視場提供檢測光照的光源；

用于感測來自視場的反射的光的傳感器；以及

用于處理所感測的反射的光并且用于執(zhí)行飛行時間分析以提供關(guān)于視場內(nèi)的對象的距離或存在信息的控制器，

其中控制器被適配成取得涉及距離或存在信息的信號質(zhì)量參數(shù)并且依賴于信號質(zhì)量參數(shù)而控制光源強度。

本發(fā)明是基于以下認識：用于飛行時間系統(tǒng)的光照強度可以根據(jù)所測量的信號質(zhì)量來適配，例如與所要求的信號質(zhì)量相組合。例如，具有高反射率的場景的背景的部分給出更高的信號質(zhì)量并且因此可以要求更低的光照強度。

以該方式，可以獲得用于飛行時間感測的優(yōu)化的光照強度。強度可例如取決于所觀察的場景中的信噪水平。光照強度然后可以基于要檢測的對象以及場景的屬性而優(yōu)化。具有高反射率的對象的檢測要求較低的光照強度。而且，較大尺寸的對象要求較少的光照強度，因為對象將占據(jù)感測矩陣的更多元件。來自多個感測元件的信息在該情況下可以用于增大信噪比。

例如，在基于存在的照明應用中，相比于較小且不太反射的行人而言，車輛的檢測要求較低的飛行時間光照強度。最佳的飛行時間光照強度可以通過場景中的信號質(zhì)量水平的分析來確定和/或由規(guī)定的檢測任務來限定。

控制器可以適配成比較信號質(zhì)量參數(shù)與目標值并且響應于比較而控制光源強度。以該方式，用于信號質(zhì)量的目標值被設定，并且這對應于針對特定場景以及要檢測的對象的所要求的信號質(zhì)量。以該方式，光照強度可以保持為最低而同時確?？梢詫嵤┢谕膶ο髾z測。

系統(tǒng)可以包括用于向視場的不同分區(qū)提供檢測光照的至少第一和第二光源，其中控制器適配成針對每個分區(qū)比較信號質(zhì)量參數(shù)與相應的目標并且響應于比較而控制用于每一個光源的光源強度。

這使得能夠?qū)崿F(xiàn)單獨地處置視場的不同部分。例如，視場的不同分區(qū)可以包括指定用于車輛的第一分區(qū)和指定用于行人的第二分區(qū)，或者相對高的背景反射率的第一分區(qū)和相對低的背景反射率的第二分區(qū)。相比于針對人員而言，車輛檢測可以要求用于更低的信號質(zhì)量，并且類似地，高度反射的背景可以給出用于給定光照強度的改進的信號質(zhì)量。

本發(fā)明還提供了一種照明系統(tǒng)，包括：

本發(fā)明的對象檢測系統(tǒng)；以及

用于照明視場的照明系統(tǒng)。

照明系統(tǒng)然后可以依賴于通過對象檢測系統(tǒng)的對象的檢測而被控制。這使得照明能夠?qū)θ藛T（行人或車輛駕駛員）的存在作出反應，使得僅在需要時提供照明。這使得能夠獲得電力節(jié)省。照明系統(tǒng)可以包括街燈。

本發(fā)明還提供了一種用于視場內(nèi)的對象檢測的對象檢測方法，包括：

向視場提供檢測光照；

感測來自視場的反射的光；

處理所感測的反射的光并且執(zhí)行飛行時間分析以提供關(guān)于視場內(nèi)的對象的距離或存在信息；

取得涉及距離或存在信息的信號質(zhì)量參數(shù)；以及

依賴于信號質(zhì)量參數(shù)來控制檢測光照的強度。

本發(fā)明還提供了一種包括代碼構(gòu)件的計算機程序，該代碼構(gòu)件適配成當其在計算機上運行時實施本發(fā)明的方法。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖詳細描述本發(fā)明的示例，其中：

圖1示出了通過場景的飛行時間分析獲取的信息的第一示例；

圖2示出了通過場景的飛行時間分析獲取的信息的第二示例；

圖3示出了在道路照明燈具內(nèi)使用的本發(fā)明的系統(tǒng)的示例；

圖4示出了本發(fā)明的方法；以及

圖5用于示出視場的不同分區(qū)如何可以具有適用于飛行時間分析的不同光照強度。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種用于視場內(nèi)的對象檢測的對象檢測系統(tǒng)。光源向視場提供檢測光照并且傳感器感測來自視場的反射的光。飛行時間分析用于提供針對視場內(nèi)的對象的距離或存在信息?？刂破鞅贿m配成取得 涉及距離或存在信息的信號質(zhì)量參數(shù)并且依賴于信號質(zhì)量參數(shù)而控制光源強度。以該方式，通過使檢測系統(tǒng)設置適配于所觀察的場景而使得能量節(jié)省成為可能。

通過控制光源強度，基于檢測任務來適配所傳送的光學功率，使得實現(xiàn)較低功耗并且生成較少的熱能。較低功耗可以例如使得由太陽能或電池供電的設備能夠在較長時段內(nèi)操作。減少的熱能耗散使得能夠?qū)崿F(xiàn)更為緊湊的模塊的設計，并且與感測模態(tài)本身有關(guān)的減少的熱干擾導致較低的噪聲水平。

圖1示出了表示使用在6m高度處朝向地面定向的飛行時間成像儀的范圍測量的圖像。圖像是被光照的場景的頂視圖。例如，這表示從燈桿或燈柱的頂部向下的視圖。

以灰度級圖表示范圍距離，其中較淺的陰影表示較近的對象并且較深的陰影表示更遠的對象。

分區(qū)10表示草坪區(qū)域，而分區(qū)12表示道路表面。由于減少的反射性屬性的緣故，范圍數(shù)據(jù)中的變化對于草坪區(qū)域10而言更大。因而，可以看出，信噪比對于區(qū)域10而言更低。

圖像包含坐標（x,y:75,100）處的行人。由于行人和道路表面二者的高反射率，對行人的區(qū)分由于高信噪比而不重要。在該情況下，降低飛行時間光照強度將仍舊導致適當?shù)臋z測性能。

替代地，如果行人正在草坪表面10上行走，則信噪比將較低，并且對于適當?shù)臋z測性能，要求更多的光照來創(chuàng)建類似的對比度。

圖2示出了當存在車輛16時具有相同設定的范圍測量。由于其尺寸的緣故，車輛占據(jù)視場的較大區(qū)域并且因此光照感測矩陣的更多元件。來自所有這些元件的信息的累加可以用于顯著地改進信噪比并且因而使得能夠?qū)崿F(xiàn)甚至更低的光照強度。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的對象檢測系統(tǒng)的示例，其集成到道路照明燈具18中。其包括用于向視場提供檢測光照22的光源20以及用于感測來自視場的反射的光26的傳感器24。傳感器例如包括電荷耦合器件（CCD）光學傳感器或光電二極管陣列。

本發(fā)明是基于以下認識：不同類型的對象和照明條件要求用于場景的光照的不同光學功率以用于由傳感器處理。

對象越大，就可以應用越多的噪聲過濾，使得針對可接受的檢測而言要求較少的光學功率。

對象和背景之間的對比度可以通過對象關(guān)于背景的高反射系數(shù)或者通過背景關(guān)于對象的高反射系數(shù)而引起。在第一種情況下，光學功率水平可以被選取成使得僅場景中的對象提供充足的反射率以使得能夠確定范圍或存在信息。在后一種情況下，提供最小量的光學功率來檢測背景，使得前景對象將基于范圍或存在信息的缺失而引起讀數(shù)。

對象和背景的不同吸收和反射屬性將與波長有關(guān)。除與波長有關(guān)的吸收之外，表面特性也發(fā)揮著作用。例如，相比于具有高反射率的不可滲透的表面而言，多孔表面將更多地衰減入射光。

用于對象檢測的波長可以例如是通常在飛行時間系統(tǒng)中使用的典型的近紅外（NIR）帶（例如，830nm到940nm）。取決于要檢測的對象/背景的頻譜屬性，波長還可以包括典型光源（例如，LED）的可見的小部分或完整的頻譜。

控制器28處理所感測的反射光26并且執(zhí)行飛行時間分析以提供到視場內(nèi)的對象的距離信息，或者另外地執(zhí)行更為簡單的存在檢測。

燈具具有用于利用可見光來光照場景的單獨的光源29。

飛行時間分析是公知的，并且飛行時間相機例如是廣泛地可獲得的。飛行時間相機通過針對圖像的每一個點測量主題與相機之間的所發(fā)射的光信號的飛行時間而基于已知光速度來求解距離。整個場景可以利用每一個激光或光脈沖來捕獲，使得不要求掃描系統(tǒng)。已知的系統(tǒng)覆蓋幾厘米到高達若干千米的范圍。距離分辨率為大約1cm。作為示例，傳感器可以包括320x240像素的陣列。像素數(shù)目可以根據(jù)系統(tǒng)需要進行選擇，并且當然，更多的像素被提供，就要求更多的圖像處理。系統(tǒng)可以非?？斓夭僮?，例如每秒提供高達160個圖像。

最簡單版本的飛行時間系統(tǒng)使用光脈沖。光照在非常短的時間內(nèi)被接通，并且所得到的光脈沖光照場景并由對象反射。傳感器搜集反射的光并且將它成像到傳感器平面上。

取決于距離，傳入的光經(jīng)歷延遲。因為光具有大概c=300,000,000米每秒的速度，所以該延遲非常短：遠離2.5m的對象將使光延遲16.66ns。

光照的脈沖寬度確定相機可以處置的最大范圍。在例如50ns的脈沖寬度的情況下，范圍限于7.5m。

為了生成所要求的短的光脈沖，可以使用LED或激光器。

傳感器平面包括像素的陣列，每一個像素包括諸如光電二極管之列的光敏元件。飛行時間測量可以例如利用以若干吉赫運行、連接到每個光電檢測器像素的時間計數(shù)器，其在感測到光時停止計數(shù)。

為了消除背景信號的影響，測量可以在光照被切斷的情況下執(zhí)行第二次。還可能的是，通過利用以附加脈沖寬度延遲的控制信號執(zhí)行第二測量而消除進一步遠離距離范圍的對象的效應。

飛行時間系統(tǒng)實質(zhì)上創(chuàng)建諸如在圖1和2中所示的距離圖。為了識別視場內(nèi)的對象，基于要檢測的對象的已知特性而執(zhí)行圖像處理技術(shù)，諸如基于其尺寸、反射系數(shù)、預期的移動速度等。標準圖像處理技術(shù)可以用于基于距離圖的對象檢測。作為可替換方案（在下文討論），替代于像素化的距離圖，可以提供對象的簡單檢測，即，基于場景和已知靜態(tài)背景之間的差異的檢測。在該情況下，不要求圖像處理來嘗試標識對象的本性。因而，在該示例中，飛行時間傳感器生成存在信息而不是距離信息。

依照本發(fā)明，控制器28被適配成取得 涉及距離信息的信號質(zhì)量參數(shù)（即，飛行時間數(shù)據(jù)）并且取決于信號質(zhì)量參數(shù)而控制光源強度。例如，該信號質(zhì)量參數(shù)可以包括信噪比。

出于該目的，控制器實施在觀察到場景及其對象時估計飛行時間傳感器信號的信噪比的算法。

為了獲取信噪比，可以通過機器學習過程或統(tǒng)計分析來構(gòu)造背景模型，通過該背景模型分析一段時間內(nèi)的觀察以除去由移動的對象引起的干擾。對于圖像中的每一個像素位置，可以獲得噪聲基底（例如，通過高斯混合建模）。替代于個體像素水平下的顆粒度，可以使用較大的分區(qū)來獲得統(tǒng)計（例如，8x8塊）。

基于所構(gòu)造的背景模型，由于相對于背景的像素值中的改變，感興趣的對象可以被標識。對象將包括像素群組，可以從其取得 對象的典型形狀屬性。對應的像素值被用于基于多個觀察（機器學習或統(tǒng)計分析）而建立通用對象模型?；谒鶛z測的對比度，光學功率然后可以被適配成使得能夠以充分的檢測性能實現(xiàn)最佳能量效率。真實信號則是基于所建模的噪聲基底和經(jīng)訓練的對象模型的閾值以上的信號中的偏離。

信噪比僅僅是適當測量的一個示例。可以測量其它參數(shù)而不是測量信噪比，其它參數(shù)本身對信噪比具有影響。這些參數(shù)因而可以被視為信號質(zhì)量參數(shù)，并且它們還可以用作信號質(zhì)量的指示符，使得可以調(diào)節(jié)所要求的光學功率。

例如，可以考慮到所檢測的對象的時間屬性。將更多地觀察到緩慢移動的對象，并且因而時間過濾可以改進信噪比以及因而較低的光學功率。對象的速度可以利用計算機視覺中常見的對象追蹤算法來取得 。

對象的空間屬性也具有影響。大的對象包括更多的像素，并且因而空間過濾可以改進信噪比以及因而較低的光學功率。對象的形狀可以利用計算機視覺中常見的形態(tài)/形狀分析算法來取得 。

除范圍信息（3D信息）之外，飛行時間分析也可以提供外觀信息（在比如2D平常相機中）。具有高明亮度的對象要求較少的發(fā)射的光學功率來提供范圍信息，使得可以考慮到反射系數(shù)屬性。對象的明亮度可以利用基本的計算機視覺算法取得 。

還可以取得 對象的3D幾何形狀。具有獨特3D幾何形狀/簽名（例如，傾斜、非連續(xù)性等）的對象將相對于背景的平面表面而凸顯。更為特異/獨特的3D輪廓導致在3D中與背景的更高的對比度并且因而將要求減少的光學功率。

環(huán)境光照（人造或太陽光）將影響信噪比。較少的環(huán)境光將改進信噪比并且因而將要求減少的光學功率。這可以通過強度信息的圖像分析直接地被測量。

對于特定的檢測任務，可以預設定對應于提供檢測功能的正確能力的對應的目標信噪比（或針對其它質(zhì)量參數(shù)的目標值）。

這樣的目標值可以例如基于來自校準測量的信息而在產(chǎn)品研發(fā)期間被建模。在傳感器配置期間，用戶可以指示傳感器視場內(nèi)的分區(qū)并且描述其流量類型（汽車、行人等）或地面覆蓋類型（道路、草坪等）。因而，用戶或工廠校準功能可以用于幫助學習過程。在傳感器初始化期間，傳感器可以基于對象和背景模型之間的測量的信噪比來適配預編程的傳感器行為。在正常操作期間，傳感器可以監(jiān)控信噪水平并且在大的偏離的情況下更新對象和背景模型。因而，可以使用學習過程以維持準確的感測。

基于目標信噪比水平，可以取得 針對飛行時間系統(tǒng)的最低要求的光照強度。光照系統(tǒng)然后被控制適配于所要求的光照強度。這可以包括用于視場的不同部分的單個光源或者多個光源。

圖4示出了方法。該方法在步驟30中開始。在步驟32中，以常規(guī)方式執(zhí)行飛行時間分析。檢測光源的光照設置將已經(jīng)通過方法的之前迭代而被設定，或者其可以包括初始的起始值。例如，在啟動時，可以使用最大強度，并且系統(tǒng)然后降低該強度直到達到限度為止。

在步驟34中，獲得信號質(zhì)量參數(shù)，諸如信噪比（SNR）。

在步驟36中，將信號質(zhì)量參數(shù)與目標進行比較。

在步驟38中，基于信號質(zhì)量與目標值的比較而設定檢測照明強度。

過程連續(xù)地重復直到系統(tǒng)關(guān)斷并且過程然后在步驟40中結(jié)束。

相比于飛行時間分析，強度設置可以不太頻繁地被執(zhí)行。

典型地，飛行時間傳感器以30Hz的采樣速率運行。然而，不要求以相同的頻率適來配強度。信噪比取決于相對緩慢地改變的條件，比如天氣條件和環(huán)境光水平（日落、日間、日沒、夜晚時間）。因而，強度的更新速率將是低頻率的（例如，比1分鐘大得多）。燈具的狀態(tài)也可影響信噪比并且強度可以以與燈具輸出的切換相同的頻率被適配（例如，30秒到15分鐘）。

系統(tǒng)的一個應用是針對特定對象類型而適配光照。

圖5（a）示出了其中光照強度針對流量類型變化的示例。

在該示例中，系統(tǒng)包括用于向視場的不同分區(qū)提供檢測光照的兩個光源。每一個分區(qū)具有其自身的目標信號質(zhì)量參數(shù)，并且基于信號質(zhì)量比較來控制每一個光源的光源強度。

視場包括指定用于車輛的第一分區(qū)50和指定用于行人的第二分區(qū)52。除對象類型方面的差異之外，不同的分區(qū)也可具有不同的背景特性。例如，第一分區(qū)50可以具有相對高的背景反射率（諸如，道路），而第二分區(qū)具有相對低的背景反射率（諸如，草坪邊緣）。

不太強烈的檢測照明射束可以用于僅具有車輛的分區(qū)50，而更強烈的檢測光照射束可以用于行人區(qū)域52。該系統(tǒng)可以利用觀察單獨的射束的兩個單獨的飛行時間傳感器而實現(xiàn)，或者另外地，單個的（多元件）飛行時間傳感器可以觀察兩個射束。

關(guān)于背景屬性，具有較少的反射表面的區(qū)域52可以通過具有正常強度的射束來光照，而具有高反射率的分區(qū)50可以利用較低的光照強度。

圖5（b）示出了其中光照強度針對背景表面的類型而變化，甚至針對相同流量類型而變化的示例。在該情況下，將在兩個不同分區(qū)中檢測人員。

目標信號質(zhì)量參數(shù)因而將考慮到視場中或者視場的不同部分中的場景的本性二者，以及要利用視場或者視場的相應部分被檢測的對象的尺寸和反射特性。要檢測的對象可以在不同的分區(qū)中相同（圖5（b）），或者場景可以相同（諸如，柏油人行道和柏油道路）但是目標可以不同，或者另外地，可以存在二者中的差異（圖5（a））。

檢測照明強度還可以適配成考慮到對象距離。反射的信號取決于對象反射率和對象距離，使得緊密的對象將具有強反射。范圍信息因而還可以用于適配光照強度。該方案還可以用于防止具有低反射率的附近對象的強烈光照。

為了創(chuàng)建圖1和2的距離圖圖像，可以使用的是使用傳感器元件陣列的飛行時間傳感器。然而，在最簡單的實施例中，可以使用單元件飛行時間傳感器（例如，針對一個單獨視場一個元件）。單個的檢測器元件可以簡單地用于提供存在與不存在之間的區(qū)分，其中沒有空間信息。飛行時間傳感器將向視場中的對象提供最短的范圍。

基于所檢測的范圍和信號強度，甚至從單個元件傳感器辨別車輛或行人的存在而可以成為可能。因而，然后可能不要求兩個單獨的專用檢測區(qū)。

所要求的檢測照明強度可以通過在單元件飛行時間傳感器的情況下監(jiān)控信噪水平或者在多元件飛行時間傳感器的情況下監(jiān)控信噪水平的分布來估計。

所要求的光照強度可以考慮到用戶輸入，例如以給出關(guān)于視場的本性和所要求的檢測任務的信息。這可以例如替換或者簡化校準或初始化階段。

如將從以上示例清楚的，本發(fā)明對使用主動光照而進行照明控制和活動監(jiān)控感興趣?？梢允沟媚芎姆矫娴臏p少以及改進的性能成為可能。

然而，本發(fā)明還適用于傳感器驅(qū)動的應用，比如手勢控制。在該情況下，目的不是檢測特定類型的對象的存在，而是檢測特定手勢。再次，將存在處于其中不再能夠檢測到手勢的閾值信號質(zhì)量水平，并且系統(tǒng)通過減少光照強度直到逼近該閾值而使得能夠?qū)崿F(xiàn)電力節(jié)省。

如上文所討論的，本發(fā)明利用控制器?？刂破骺梢砸员姸喾绞嚼密浖?或硬件而被實施，以執(zhí)行所要求的各種功能。處理器是控制器的一個示例，其采用可以使用軟件（例如，微代碼）被編程以執(zhí)行所要求的功能的一個或多個微處理器。然而，控制器可以在采用或不采用處理器的情況下被實施，并且還可以被實施為執(zhí)行一些功能的專用硬件和執(zhí)行其它功能的處理器（例如，一個或多個編程微處理器和相關(guān)聯(lián)的電路）的組合。

可以在本公開的各種實施例中采用的控制器組件的示例包括但不限于，常規(guī)微處理器、專用集成電路（ASIC）和現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）。

在各種實施方式中，處理器或控制器可以與一個或多個存儲介質(zhì)相關(guān)聯(lián)，諸如易失性和非易失性計算機存儲器，諸如RAM、PROM、EPROM和EEPROM。存儲介質(zhì)可以編碼有一個或多個程序，當程序在一個或多個處理器和/或控制器上運行時，其執(zhí)行所要求的功能。各種存儲介質(zhì)可以固定在處理器或控制器內(nèi)或者可以是可輸運的，使得存儲在其上的一個或多個程序可以加載到處理器或控制器中。

本領(lǐng)域技術(shù)人員在實踐所要求保護的發(fā)明時，通過研究附圖、公開內(nèi)容和隨附權(quán)利要求，可以理解和實現(xiàn)對所公開的實施例的其它變形。在權(quán)利要求中，詞語“包括”不排除其它元件或步驟，并且不定冠詞“一”或“一個”不排除多個。在相互不同的從屬權(quán)利要求中記載某些措施的僅有事實不指示這些措施的組合不能用于獲益。權(quán)利要求中的任何參考標記不應當解釋為限制范圍。