视线光学检测系统以及通信系统的制作方法

专利名称：视线光学检测系统以及通信系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及视线光学检测系统，特别是用于对物体、动物或人的存在进行检测的视线光学检测系统，更特别地是能够对已检测到的物体、动物或人的位置进行检效'J的视线光学检须'J系统。
本发明总体上还涉及通信系统，其用于向人或装置发送个性化的消息或者从人或装置接收个性化的消息。
背景技术：
在许多应用中，希望具有能够对物体、动物或人的位置进行检测的冲企测系统。
例如，特别是在建筑物的内部和户外，入侵检测系统可能是所希望的，其能够检测物体、动物或人的存在，能够检测所述物体、动物或人的位置，能够跟踪所述物体、动物或人，并且或许甚至能够测量所述物体、动物或人的大小。
此外，在交通运输的背景下，交通检测系统可能是所希望的，其能够对车辆的存在进行检测，能够对所述车辆的位置进行检测并且能够对
车辆的运动进行检测。利用这种交通检测系统，可以对交通量进行计数、
检测交通阻塞、开放附加的交通车道以緩解交通阻塞、检测未经许可而
使用受限制的行车道等等。
此外，在安全防护背景下，障碍检测系统可能是所希望的，其能够检测某个区域不受障碍影响。例如，安全规程可以要求只有所有人都处于某个安全距离的情况下才允许操作某台机器。或者，如果物体、动物或人位于诸如用在电梯等中的自动门之间，那么该自动门不应当关闭。
视线检测系统已经是已知的。基本上，视线检测系统包括光源和光检测器。光源被设置为产生相对较窄的光束，而光检测器被设置为主要对来自该光源的光敏感(例如通过屏蔽环境光)。如果该光检测器确实接收了来自光源的光，那么在光源和光检测器之间的视线不受障碍的影
响，并且检测的状态是"未检测到障碍(NOTHING DETECTED)，，。如果光检测器没有接收来自该光源的光，那么;f艮显然，在光源和光检测器之间的视线被阻挡，并且检测的状态是"已检测到障碍(PRESENCEDETECTED)"。如前所述，由于一见线检测系统已经是已知的，因此不需要对其功能做进一步解释。
基于相同的视线检测的原理，用于检测大气条件的检测系统是已知的，特别是雾检测系统。在这些系统中，光源和光检测器被设置在人或动物非常不可能位于其间的位置，至少在较长的时期内(允许鸟飞过)不位于其间。因此，检测的光照水平的降低被认为是由大气能见度的降低而引起的。
应当指出的是，上面的视线检测系统的可能应用仅仅通过非限制性例子来给出。
存在许多其中希望人或装置能够与周围的装备或系统进行通信的应用。
一个例子是存在响应系统。自动识别接近或进入房间的人。该识别可以包括授权方面如果该人未经4受权而进入房间，那么系统可以采取某种行动。相反，可能是一个人未经授权而离开房间或建筑物的情况如果系统识别出这个人正试图离开，那么系统可以采取某种行动。另一方面，如果系统识别出这个人经授权而进入房间，那么该系统可以采取自动动作，如打开门、打开灯、广播和/或电视、拉窗帘等。
该系统也可以是导游设备的 一部分。向某个人提供接收器和声音发生器(例如耳机)，以用于接收和播放音频，即音乐和/或口述文本。例如在博物馆中，这个人能够自动地获得有关其正在参观的对象的令人感
预先录制的讲解(presentation)的这种系统的是，该人完全随意地按照任何顺序进行游览，并且在某个时间向其呈现的信息是在该特定时间的相关信息，因为他正在观看特定项目。该系统也可以是警告系统的一部分，警告这个人在其所处的环境中的危险。此外，向这个人提供接收器和声音发生器(例如耳机)，以用于接收和播放音频，即警告声音和/或口述文本。这对于那些视力受损的人是特别有帮助的。举例来说，该系统能够通知这个人交通信号灯的状态。作为另一个例子，该系统能够通知这个人正在靠近的公共汽车线路和/或目的地。作为另一个例子，该系统能够警告这个人他正在接近危险情况，如楼梯、设备等。
可移动的装置也可以自动地适应其周围环境。例如，汽车能够自动地调整其速度以适应限速。

发明内容
在所有当前已知的视线检测系统中，存在一些基本的缺点。一个基本缺点在于，光源和光检测器都是专用仪器，其仅在该检测系统中用于它们的任务。这意味着，光源和光检测器的成本仅在该检测系统中具有其合理性，换句话说，这增加了该4企测系统的成本。
另一个基本缺点在于，该检测系统只能进行一维检测，而不具有沿该一维方向的位置分辨率。如果该光检测器不再接收来自该光源的光，那么结论只能是光源和光检测器之间的视线在沿着该视线的某个位置被阻挡，但是该障碍可能位于沿着该视线的任何位置。另一种结果是这
种检测系统不能测量障碍的尺寸看到的是人还是老鼠？同样，对于在
交通量计数系统中的使用，当光源和光检测器位于道路的相对的两侧时，可以通过检测已接收到的光的短暂中断检测车辆的经过，但是不可能区分两条车道，并且如果两辆(或更多)车在不同车道内同时经过，那么这些车辆将被检测到并且被计数为一。类似地，对于在用于检测大气条件的检测系统中的使用，可能会由于光源或光检测器的污染而降低已检测到的光照水平，这可能因此被错误地解释为雾。
对于整个系统来说，如果所希望的是减少上面提到的具有一维检测能力但沿该一维方向不具有位置分辨率的缺点，那么整个系统将需要多个光源/;险测器组，这进一步增加了该系统的成本。
本发明的目的
本发明的目的在于减轻上面的问题。
根据本发明的 一 个方面，视线检测系统包括多个光源和至少 一 个能够接收来自每个光源的光的光检测器，其中对来自这些光源的光进行编码，从而使该光检测器能够确定被检测光的起源(光源的标识)。由于各个光源的位置是已知的，因此对应的视线的方向是已知的。在优选实施例中，该检测系统包括多个光检测器，每个检测器都能够接收来自多个光源的光。因此，产生了大量的视线组合。每条视线将构成一维存在检测器，但是整个系统构成多维检测器，其具有两维乃至三维检测能力，
这取决于光源和光检测器的位置分布。在现有技术中，提供N个光源/
6检测器组将只产生N个视线组合，而与现有技术相反，本发明允许提供N个光源和M个(与N无关)光4企测器的组合，从而提供NxM个^L线的组合(如果所有光源都看到所有的检测器，反之亦然)。
在特别优选的实施例中，光源被实现为LED并且光的编码通过CDMA来实现，从而允许每个光源传输数字标识码并且可能传输其他数据。
在特别优选的实施例中，这些光源是正常照明基础设施的一部分，即光源作为照明光源来工作。在建筑物的内部和户外，可以由多个可调光的LED来对空间(房间、道路)进行照明。LED的调光不是通过减小LED电流而是通过有规律地中断LED电流来实现；可以对这些中断进行模式化以形成代码。由于CDMA本身是一种已知的编码原理，因此这里不需要进一步的详细描述。使用正常照明基础设施的LED的重要优势在于， 一方面可以使用现有的基础设施，从而不需要安装新的LED,而另一方面这种基础设施的成本不仅与检测系统有关，而且(主要)与照明目的有关，无论如何这是需要的，因此检测系统的成本相对较低。
在现有技术的个人消息传递系统中，典型地利用RF数据传输。这意味着使用RF数据发射器和RF数据接收器，这是相对昂贵的。
根据本发明的另 一 个方面，个人消息传递系统包括多个光源和至少一个能够接收来自每个光源的光的光检测器，其中对来自这些光源的光进行编码以便传输数据。
在特别优选的实施例中，光源被实现为LED,光的编码通过CDMA来实现。
在特别优选的实施例中，这些光源是正常照明基础设施的一部分，即光源作为照明光源来工作。在建筑物的内部和户外，可以由多个可调光的LED对空间(房间、道路)进行照明。LED的调光不是通过减小LED电流而是通过有规律地中断LED电流来实现；可以对这些中断进行^t式化以形成代码。由于CDMA本身是一种已知的编码原理，因此这里不需要进一步的详细描述。使用正常照明基础设施的LED的重要优势在于， 一方面可以使用现有的基础设施，从而不需要安装新的LED,而另一方面这种基础设施的成本不仅与通信系统有关，而且(主要)与照明目的有关，无论如何这是需要的，因此通信系统的成本相对较低。其他有利的详细描述在从属权利要求中提及。


本发明的这些和其他方面、特征和优点将通过下面参考附图描述的 一个或多个优选实施例而被进一步地解释，在附图中相同的附图标记表
示相同或相似的部件，并且在附图中
图1示意性地示出一见线光学才企测系统的一个实施例； 图2示意性地示出通信系统的框图。
具体实施例方式
图1示意性地示出视线光学检测系统1。该系统1包括多个LED 11、 12、 13、 14;图1中示出的LED的数量等于4，但是该系统可以具有不 同数量的LED。该系统还包括多个光检测器21、 22、 23、 24,适当地为 光电晶体管；图1中示出的检测器的数量等于4,但是该系统可以具有 不同数量的检测器。这些检测器的输出耦合到控制器30,控制器30例 如可以是适当编程的微处理器。
LED是用于照亮房间的照明系统10的一部分，其受控制器30的控 制，控制器30控制这些LED，从而使其发射CDMA编码的光。每个LED 按照不同的方式被编码。特别地，每个LED发射标识码。LED的物理 定位可以是规则的或者不规则的；在图中，LED以等间距排成行，但这 不是必需的。这同样适用于检测器的物理定位。在图中，这些检测器被 设置在对应的LED的对面，但这不是必需的。
尽管在实践中可能出现的情况是检测器不能"看到"所有LED,和/ 或LED不能"看到"所有检测器，但是在图中的例子中，每个LED都"看 到"所有检测器，并且反之亦然。该图示出纵横交错的视线，即将LED 与检测器连接的多条直线。每条视线都是光从LED到检测器所行进的路 径。 一个检测器接收到的光是来自不同LED的贡献的总和。鉴于在各光 中进行编码，控制器30能够对来自某个检测器的输出信号进行分析以 确定哪些LED发射出由该检测器接收到的光，换句话说,确定与该特定 检测器相关联的哪些视线是"不受阻碍的"。
在具有4个LED和4个检测器的现有技术的系统中，仅仅存在分别 从LED 11、 12、 13、 14到检测器21、 22、 23、 24的4条^L线。因此， 不能检测到如图所示位于上述4条视线的两条之间的物体2 。与此相反，
8在本发明的系统中，纵横交错的视线精细得多，并且检测到物体2:尽 管检测器24确实接收到来自LED 13和14的光，但是其没有接收到来 自LED11和12的光。此外，鉴于仅仅阻挡这两条视线的事实，控制器 30能够相当精确地确定物体2的二维位置，并且估计该物体的尺寸。
应当指出的是，在实践中可以将这些LED和检测器设置在三维阵 列中，从而使控制器30能够确定物体2的三维位置。
如果物体2移动，那么会阻挡不同的视线，从而使得控制器30注 意到该运动。
图1可以设想为房间的顶视图；在该情况下，这些纵横交错的视线 对应于由该系统覆盖的地板部分。
也可以将图1设想为用于自动门的安全系统的侧视图，各个LED 在彼此之上地安装在一个门上并且检测器在彼此之上地安装在相对的 门上。
也可以将图1设想为交通控制系统的顶视图，该交通控制系统用于 监控用虚线表示的具有多个车道A、 B的道路40的交通流量。LED和 -险测器分别位于道路40的相对的两侧。在现有4支术的系统中，不可能 分辨物体2是位于车道A还是B中，但是图1清楚地说明系统1能够确 定物体(车辆)2位于车道B中。
图2示意性地示出根据本发明的通信系统100的各部件，该通信系 统包括多个LEDlll、 112、 113、 114。图1中示出的LED的数量等于 4，但是该系统可以具有不同数量的LED。 LED是用于照亮房间的照明 系统110的一部分，其受控制器130的控制，该控制器130例如可以是 适当编程的微处理器。控制器130控制这些LED,从而使其发射CDMA 编码的光。LED的物理定位可以是规则的或者不规则的；在图中，LED 以等间距排成行，但这不是必需的。
使用该系统的人(未示出)具有接收器200,其能够接收来自LED 111、 112、 113、 114的光。为此目的，接收器200包括设置在例如衣服 (如外衣)的外表面上的至少一个光学检测器211,适当地为光电晶体 管或者光电二极管。当然，可以将整个接收器200设备设置在外衣的外 表面上，例如在翻领上，但是至少该光学检测器211位于"看得见的"位 置。光学检测器211也可以位于汽车上。
接收器200还包括跨阻抗放大器(TIA) 221。将来自跨阻抗放大器
9221的输出信号数字化并且馈送到CPU 230的存储器中。CPU 230将来 自跨阻抗放大器221的输出信号进行解码，并且决定采取什么动作。例 如，如果从一个或多个LED接收的数据包含有关信息，那么CPU 230 可以启动音频发生设备240,如扬声器、耳机等，以便生成音频状态信 号。CPU 230也可以启动光学发射器250,典型地是红外LED，以便生 成反馈信号SFB,该反馈信号由为了使控制器130能够控制照明基础设 施而存在的传感器(未示出)来获取。在接收器200与汽车相关联的情 况下，可以向CPU 230提供接口 260,用以与汽车的部件进行通信，例 如用于自动地控制汽车的速度。
在可能的实现方式中，LED可以是交通信号灯的一部分。可以对红 色LED、黄色LED和绿色LED进行不同的编码，以便传送消息，该消 息指示当前起作用的颜色。LED的编码也可以包括指示该交通信号灯的 标识或位置的消息。在将接收器集成在人的衣服中的情况下，音频消息 可以通知这个人交通信号灯的状态。在将接收器集成在汽车中的情况 下，该汽车可以自动停止。
在可能的实现方式中，LED可以是与道路建设和限速相关联的警告 信号灯的一部分。在将接收器集成在汽车中的情况下，该汽车可以自动 减速以遵守限速。
在可能的交互式的实现方式中，LED可以是具有危险装备的室的照 明系统的 一部分。在所发射的LED光的编码中包含的消息可以包括警告 穿戴者他正在接近潜在的危险的情况。可以预期CPU230利用LED 250 发送已编码的光来发送响应消息。该响应消息可以将穿戴者标识为经授 权的人员，但是如果穿戴者是未经授权的，那么该系统可以向中央控制 报警和/或可以临时关闭该危险装备。
总之，本发明提供了视线光学检测系统，其包括
-多个可调光的光源ll、 12、 13、 14;
-控制器30,其用于控制这些光源以发射编码的光；
-检测器21、 22、 23、 24，其接收来自两个或更多所述光源的光。
该控制器对检测器输出信号进行解码，确定哪个光源对由检测器接 收到的光作出贡献，并且基于该结果来确定物体2的位置。
本发明还提供了通信系统100,其包括
-多个可调光的光源lll、 112、 113、 114;-控制器130,其用于控制这些光源以发射编码的光； -接收器200,其包括CPU 230和光检测器211，接收来自至少一
个所述光源的光。
CPU 230对检测器输出信号进行解码，并且基于该结果决定将会采
取的动作。
尽管已经在附图中示出并且已经在前面的描述中详细地描述了本 发明，但是本领域技术人员应当清楚，所述图示和描述应当被认为是说 明性的或者是示范性的而非限制性的。本发明不限于已公开的这些实施 例；相反， 一些变化和修改在如所附权利要求中限定的本发明的保护范 围内都是可能的。
本领域技术人员在实施要求保护的本发明时，通过对附图、公开内 容和所附权利要求的研究，能够理解和实现对所公开的这些实施例的其 他变型。在权利要求中，词语"包括"不排除其他的元件或步骤，不定冠 词"一"不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现在权利要求中列举
的几个项目的功能。在相互不同的从属权利要求中列举某些措施的事实 不表示不能有利地使用这些措施的组合。计算机程序可以存储/分布在适 当介质上，例如连同其他硬件一起提供的或者作为其他硬件的 一部分而 提供的光学存储介质或固态介质，但是也可以按照其他形式来分布，例 如经由因特网或者其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标 记不应当被解释为对范围的限制。
在上文中，已经参考示出了根据本发明的设备的功能块的框图解释 了本发明。应当理解的是，这些功能块中的一个或多个可以在硬件中实 现，其中这种功能块的功能由单独的硬件部件来执行，但是这些功能块 中的 一 个或多个也可以在软件中实现，因此这种功能块的功能通过计算 机程序或可编程设备的一个或多个程序行来执行，所述可编程设备如微 处理器、微控制器、数字信号处理器等。
ii
权利要求
1.视线光学检测系统(1)，包括-照明系统(10)，其包括多个可调光的光源(11，12，13，14)；-控制器(30)，其被设计用于控制这些光源，从而使其发射编码的光；-至少一个光检测器(21，22，23，24)，其具有耦合到该控制器的输出端，该检测器能够接收来自两个或更多所述光源(11，12，13，14)的光；其中，该控制器(30)被设计为对从该检测器接收到的信号进行解码，以确定哪个光源对由该检测器接收到的光作出贡献，并且基于该结果来确定物体(2)的位置。
2. 根据权利要求1所述的检测系统，其中所述光源是LED。
3. 根据权利要求1所述的检测系统，其中所述控制器使用CDMA 编码。
4. 根据权利要求1所述的检测系统，包括多个光检测器(21, 22, 23， 24),每个光检测器都具有耦合到所述控制器的输出端，每个检测 器都能够接收来自两个或更多所述光源(11, 12， 13, 14)的光；其中，所述控制器(30)被设计为对从这些检测器接收到的信号进 行解码，以确定哪个光源对由每个检测器接收到的光作出贡献，并且基 于该结果来确定物体(2)的位置。
5. 入侵检测系统，包括根据权利要求1所述的视线光学检测系统。
6. 入侵者跟踪系统，包括根据权利要求1所述的视线光学检测系统。
7. 交通监控系统，包括根据权利要求1所述的视线光学检测系统。
8. 交通量计数系统，包括根据权利要求1所述的视线光学检测系统。
9. 天气监控系统，包括根据权利要求1所述的视线光学检测系统。
10. 装置安全系统，包括根据权利要求1所述的视线光学检测系统。
11. 通信系统(100)，包括國照明系统(110),其包括多个可调光的光源(111, 112， 113， 114);-控制器(130),其被设计用于控制这些光源，从而使其发射编码的光；-接收器(200 ),其包括CPU (230)和光检测器(211)，该光 检测器具有耦合到CPU ( 230 )的输出端，该检测器能够接收来自至少 一个所述光源的光；其中，CPU ( 230)被设计成对从该检测器接收到的信号进行解码， 并且基于该结果来决定将会采取的动作。
12. 根据权利要求11所述的通信系统，其中所述光源是LED。
13. 根据权利要求11所述的通信系统，其中所述控制器(130)使 用CDMA编码。
14. 根据权利要求11所述的通信系统，其中将光检测器(211 )的 输出经由跨阻抗放大器(221)而耦合到CPU (230)。
15. 根据权利要求11所述的通信系统，其中所述接收器(200)还 包括音频发生设备(240),并且其中CPU (230)被设计成基于从该检 测器接收到的信号来启动该音频发生设备以便生成可听信号。
16. 根据权利要求11所述的通信系统，其中所述接收器(200)还 包括光学发射器(250 ),并且其中CPU ( 230 )被设计成基于从该检测 器接收到的信号来启动该光学发射器以便生成反馈信号(SFB)。
17. 根据权利要求11所述的通信系统，其与装置或车辆相关联， 并且其中所述接收器(200)还包括接口 ( 260),该接口用于与该装置 或车辆的各部件通信。
18. 警告系统，包括根据权利要求11所述的通信系统，其中所述 接收器能够播放音频警告消息。
19. 车辆控制系统，包括根据权利要求17所述的通信系统，其中 CPU ( 230)能够响应于从所述检测器接收到的信号而影响相关联的车 辆的操作。
全文摘要
一种视线光学检测系统包括多个可调光的光源(11，12，13，14)；控制器(30)，其用于控制这些光源以发射编码光；检测器(21，22，23，24)，其接收来自两个或更多所述光源的光。该控制器对检测器输出信号进行解码，确定哪个光源对由该检测器接收到的光作出贡献，并且基于该结果来确定物体(2)的位置。一种通信系统(100)包括多个可调光的光源(111，112，113，114)；控制器(130)，其用于控制这些光源以发射编码的光；接收器(200)，其包括CPU(230)和光检测器(211)，该光检测器接收来自至少一个所述光源的光。CPU(230)对所述检测器输出信号进行解码，并且基于该结果来决定将会采取的动作。
文档编号H04B10/114GK101652801SQ200880011530
公开日2010年2月17日 申请日期2008年4月3日 优先权日2007年4月6日
发明者H·T·G·M·彭宁德夫里斯, L·费里, P·H·A·达明克, S·B·科拉克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司