[发明专利]光学测速方法和光学测速传感器

说明书

技术领域

本发明涉及用于对物体表面相对于传感器的速度进行测量的方法，其中该传感器具有彼此在空间上分隔布置的多个光敏元件，每隔一段时间从这些光敏元件获取一些读数(read-out)。此外，本发明涉及传感器，用于对物体表面相对于该传感器的速度进行测量。

背景技术

为了对观察方和/或传感器与物体表面之间的相对速度进行测量，本领域中存在根据各种方法进行操作的传感器。通常，在对传感器和表面之间的相对速度进行测量时，无论是传感器相对物体进行移动，还是物体相对于传感器进行移动，都是无关紧要的。归根结底，速度测量是基于长度的确定，例如，基于特定时间内传感器测量区域中由物体覆盖的路径。由此，可以根据测量的位移和所需的时间来确定速度。通过测量时间上的简单积分，物体的长度和/或覆盖的路径也可以利用适当的传感器来确定。因此，用于对相对速度进行无接触测量的传感器也适用于长度的测量。

本领域中存在多种方法以用于对相对速度进行无接触测量。这些方法之一是空间频率滤波器方法。通常，物体表面由光进行照射，并且散射回的光通过光栅由光敏检测器测量。作为物体表面移动的结果，在光栅中出现明暗起伏，该明暗起伏的频率与物体表面的速度成比例。在空间频率滤波器方法中，物体表面被划分成图谱(patterned)区域，这些区域对应于光栅，并且其亮度被估算(evaluate)。与例如激光多普勒方法相比，用于空间频率滤波器方法的传感器的结构复杂度相对较低。然而，缺点在于空间频率滤波器方法在较低物体速度的领域内会产生相对较大的测量误差，因为速度的确定基于通常带有噪音的信号的频率测量。尤其有问题的事实是：如果待测的物体是静止的，这会导致频率为“0”，其不能由空间频率滤波器方法检测到。

用于对物体表面相对于传感器的位移进行测量的另一选择是图像处理方法。在此方法中，以特定时间间隔获取线条或区域(area)形式的物体表面图像，并将这些图像彼此进行比较。在这种比较的上下文中，例如，各个图像可以在像素方面彼此移位，在每个情况下会形成差别图像。如果通过特定的位移向量该结果是图像的虚拟消除(virtual cancellation)，则此位移向量代表物体移位。在图像处理方法的另一实施方式中，计算以特定时间间隔获取的两个图像之间的相关函数，根据该相关函数的特征行为，物体表面在图像被获取的该时间间隔中的位移可以以本身公知的方式确定。在图像处理方法的又一备选实施方式中，在每个图像中定位精确的物体特征，并通过与在另一时间点处获取的图像进行比较，确定精确物体特征的位移，并由此确定物体的位移。

图像处理方法的优势基于这样的事实：即使在超低物体速度的情况下，或者如果物体是静止的，也可以确定正确的速度值。然而，图像处理方法总是与高水平的计算努力联系在一起。此外，可以达到的分辨率低于空间频率滤波器方法，或者低于激光多普勒方法。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种用于对物体表面相对于传感器的速度进行测量的方法，其支持在大速度范围上的精确测量，即使在低速情况下也是如此，并且其在有限的技术复杂度和计算努力方面也具有很大优势。

根据具有权利要求1前序的方法的本发明，该目标得以实现，其中根据空间频率滤波器方法和图像处理方法进行测量，针对确定的频率值和/或针对至少一个质量特征对空间频率滤波器方法中确定的频率信号进行监控，以及在频率信号低于将被建立的频率值和/或频率信号未达到将被建立的质量特征值的情况下，使用在图像处理方法中确定的值来确定相对速度。

根据本发明的方法的特定优势在于：其普遍适用于对快速移动的物体、慢速移动的物体或有时甚至是静止的物体进行精确无接触速度测量。对于每个速度范围，在可以由用户规定的标准的基础上(即，与速度限制成比例的限制频率)或在其他信号质量特征规定的标准的基础上，借助于传感器中提供的选择来确定在每个情况下选择哪个方法以便确定速度。由此，如果频率信号高于用户规定的频率值和/或如果达到用户规定的信号质量特征，则通常可以使用与低测量误差以及相对较低水平的计算努力相关联的精确空间频率滤波器方法来确定物体表面的速度。在另一情况下，即，在空间频率滤波器方法的已知缺陷逐步显现的超低速度情况下，通过选择来选择图像处理方法以进行速度测量。