[发明专利]改进的激光测距传感器

说明书

交叉引用

本说明书依赖于2011年9月13日提交、发明名称为“改进的激光测距传感器”的美国临时专利申请第61/534,148号。在此通过引用全文并入上述说明书。

技术领域

本说明书涉及一般涉及物体传感器，尤其涉及可用在精确和准确感测，检测和/或分类车辆中，同时也能够触发交通、进口、出口或其它监管执法摄像机的改进激光测距传感器。

背景技术

传统光电传感器使用飞行时间型激光测距系统来测量从道路表面上方的固定点到道路表面的垂直距离，然后测量到从传感器下面通过或停止在传感器下面的车辆的距离。由于脉冲束的高重复速率，传统系统能够随着车辆在传感器下面移动使用多个相继范围测量值得出车辆的纵向轮廓。一些传统系统可能还能够确定车辆速率并使用这个信息得出车辆的轮廓。

传统上，传感器接收从该区域或像车辆那样的位于该区域内的物体反射的能量的一部分。然后将返回的脉冲能量作为输入提供给接收器，以便确定可能由该区域内物体的存在引起的、发射和接收的脉冲的飞行时间变化。该传感器还具有可用在提供指示该区域中的一个或多个物体的速度、调查、尺寸或形状的输出中的各种特征。例如，典型的传感器配备了从飞行时间确定装置接收输入以及提供指示该物体是否满足多条分类准则之一(例如，该物体是汽车，卡车还是摩托车)的输出的组件。

这样的传感器正跨越包括收费、流通流分析、桥梁/隧道净空验证，以及交通控制和监察的各式各样应用，用作跟踪和分析交通的非侵入性解决方案。这些应用具有需要高度准确传感器跟踪和检测能力的高度动态操作环境。传统系统仍然不能具有使车辆得到识别和分类的足够高扫描速率地精确测量和跟踪通过一个地点的高速交通流，尤其在恶劣天气期间。

于是，需要一种在高扫描速率上具有提高的范围精度和分辨率的传感系统。还需要一种减少由不利天气状况引起的假测量值的传感器系统。

发明内容

本说明书公开了一种包含用于提供车辆分类信息的激光装置的脉冲飞行时间测距传感器。更具体地说，本说明书公开了一种包含在车辆在传感器的感测区内行进的情况下确定从传感器到车辆的各部分的距离范围的激光装置的脉冲飞行时间测距传感器。本说明书还公开了与每个距离范围数据输出的传感器角相对应的各自范围数据输出。另外，提供了让至少一条光束扫过车辆的扫描装置，在一个实施例中该扫描装置是用作扫描镜、具有反射表面的四面立方体。并且，还提供了处理各个距离范围数据和角度范围数据以便确定车辆的三维形状的处理装置。

在一个实施例中，本说明书提供了一种确定车辆的三维形状的系统，该系统包含：包含激光发射器和光电检测器的距离传感器，用于生成多条激光束和检测多条反射束，所述反射束的每一条对应于多条生成激光束之一；相对于该距离传感器放置的扫描机构，用于对准跨过车辆的所述生成激光束的每一条，其中所述扫描机构包含每一个具有反射表面的四面立方体，其中相对于该距离传感器地放置所述四面立方体，以便适合反射所生成激光束，以及其中所述扫描机构进一步包含与所述距离传感器数据通信触发激光束的生成以便形成预定扫描角的扫描器控制电路；以及处理系统，用于当车辆在传感器的感测区内行进时，使用从所述生成激光束和反射束的定时中导出的飞行时间测量值确定从传感器到车辆的某些部分的距离范围，以及根据距离范围确定车辆的三维形状。

并且，本说明书的系统还包含用于飞行时间测量的时间到数字转换器(TDC)，其中该TDC适用于接收来自单个激光脉冲的多达四个返回脉冲。在一个实施例中，该系统包含至少两个TDC。

在一个实施例中，本说明书所述的四面立方体以恒定速度沿着一个方向连续旋转，使得每转一圈能够扫描四次。

在一个实施例中，该系统生成多个激光覆盖区，以及其中所述激光覆盖区表现为端到端接触和提供连续检测线的条纹。

在一个实施例中，本说明书公开了一种确定通过包含激光发射器和光电检测器的测距传感器的感测区的车辆的三维形状的方法，该方法包含：使用包含四面立方体的扫描机构让多条激光束扫过车辆，所述四面立方体具有用于沿着直线引导激光束跨过其视场的反射面，所述扫描机构进一步包含在预定扫描角上触发激光器的扫描器控制电路；使用飞行时间测量值确定从传感器到车辆的某些部分的距离范围；以及处理每个扫描角的距离范围数据以便确定车辆的三维形状。

在一个实施例中，该四面立方体在扫描期间以恒定速度沿着一个方向连续旋转。在另一个实施例中，该扫描立方体适用于每转一圈扫描四次。