CN103228495A - 操纵手势的识别方法和相应的标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种检测用户为访问车辆功能而做出的操纵手势并为用户个性化标定该检测的方法。根据本发明，实施该方法时对至少两个传感器阵列的信号进行监测。对其中的第一传感器阵列进行监测，直至从该传感器阵列接收到特征性信号响应s1。接下来对第二传感器阵列进行监测，直至在该传感器阵列中检测到第二特征性信号s2。将所述第一传感器阵列中的第一信号s1的检测时间点t1和所述第二传感器阵列中的第二信号s2的检测时间点t2予以存储。最后询问其它信号响应。首先再度监测所述第二传感器阵列，直至能够在该传感器阵列中再度检测到特征性信号响应s3。将相应的时间t3存储下来。最后监测所述第一传感器阵列，直至在该传感器阵列中获得特征性信号响应s4，也将该时间点作为时间值t4存储下来。在接下来的处理步骤中对所述特征性信号响应的检测时间进行算术运算，主要是从时间值对中求时间差。根据所测定的值产生操纵信号。

Description

操纵手势的识别方法和相应的标定方法

技术领域

本发明涉及一种用以检测汽车上的操纵手势的检测方法。本发明尤其涉及一种检测用户为访问车辆功能而做出的操纵手势并为用户个性化标定该检测的方法。

背景技术

用于非接触式操纵汽车功能的设备属于公知技术。例如DE102008063366描述一种可非接触式操纵的后盖。这种设备允许用户通过用脚部在后保险杠下方做出操纵手势来打开后盖。为此，该设备设有电容式传感器，这些电容式传感器用其检测区检测不同的空间区域，借助这些电容式传感器的信号来检测操纵手势。

当一个人出于某种原因而很难手动操纵后盖时，这种非接触式操纵后盖的可能性就能带来方便，而且是比较可靠的。

动作检测包括对肢体动作的检测，例如假踢、抬腿摆腿或诸如此类的动作。但要避免的是，在没有明确做出相应操纵手势的情况下，也识别到操纵意图并触发功能。举例而言，进入检测区的对象（球体、家禽家畜或类似对象）有可能引发这种情况。

DE102004041709揭示一种用于非接触式操纵后盖的设备，该案建议使用两个检测区分离的传感器阵列。为此可以将汽车上原本就配置的例如超声波测距***作为其中一个传感器装置。

但是，已有的检测***往往不是为特定用户量身定制的，也不具有理想的检测精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于可非接触式操纵的传感器阵列的评价方法，这种评价方法能提高识别精度。

本发明用以达成上述目的的解决方案为一种具有权利要求1所述特征的方法和一种具有权利要求8所述特征的传感器阵列标定方法。

根据本发明，实施该方法时对至少两个传感器阵列的信号进行监测。这些传感器阵列例如可以是上述公开案中所采用的电容式传感器阵列。对其中的第一传感器阵列进行监测，直至从该传感器阵列接收到特征性信号响应s1，或者直至检测到该特征性信号响应。这个第一特征性信号响应是实施该方法余下部分的一个条件，也可用来触发完整方法的实施。

接下来对第二传感器阵列进行监测，直至在该传感器阵列中检测到第二特征性信号s2。特征性信号在此是指任何一个以高度可靠性指明传感器检测区内的物体发生位置变化的信号。特定而言，可以检测信号的显著上升或显著下降。如果是电容检测，就可以检测电容值或荷电状态的上升或下降。相应的检测方法和信号响应属于公知技术，例如可以参阅上述文献。

对第一传感器阵列中的第一信号s1的检测时间点t1和第二传感器阵列中的第二信号s2的检测时间点t2进行检测并予以存储。最后询问其它信号响应。首先再度监测第二传感器阵列，直至能够在该传感器阵列中再度检测到特征性信号响应s3。将相应的时间t3存储下来。

最后监测第一传感器阵列，直至在该传感器阵列中获得特征性信号响应s4，也将该时间点作为时间值t4存储下来。

根据具体所使用的传感器类型，以这类传感器所特有的已知方式对各信号响应进行控制和检测。重点在于后续的信号解释和信号处理。

本发明所提供的方法的原理如下：按时间顺序对至少两个传感器阵列进行询问，其中，其中一个传感器阵列（按相关权利要求中的表述来表达就是第一传感器阵列）鉴于其在汽车上的布置和定向而首先检测由操纵动作引发的状态变化。这个传感器阵列例如可以朝汽车的尾部区域方向定向，第二传感器阵列则定位于汽车下方区域并在此处检测状态变化。如此一来，用户或者说用户做手势的身体部位必然先进入第一传感器阵列的检测区，这相应也是实施后续处理步骤的一个条件。

在操纵手势做正确的情况下，用户或者说做出操作手势的身体部位也会进入第二传感器的检测区并且在时间点t2上于此处触发特征性第二信号响应。

在某个方向上完成手势后，用户返回其初始位置，在此过程中，做出操作手势的身体部位离开第二传感器阵列的检测区，从而于时间点t3引发特征性信号响应s3。最后，第一传感器阵列也检测到用户返回其初始位置并于时间点t4输出信号响应s4。要点在于，事件的时间顺序与包括分离传感器装置的传感器阵列在汽车上的空间分布相匹配。

在接下来的处理步骤中对特征性信号响应的检测时间进行算术运算，主要是从时间值对中求时间差。通过这种方式可以推断操纵手势的存在。为此可以测定时间差比例（例如正向动作与反向动作的时间差比例）并且对这些比例进行似真检验。此外还可以检验特征性信号的相关时间差是否处于那些表明确实存在明确操作手势的时间差的公差范围内。这部分时间差可以作为比较参数予以存储。

也就是说，本发明所提供的方法对传感器信息中高度个性化的时间分量予以考虑以提高识别精度，这是该方法与已知方法的不同之处。该方法不仅检验是否按似真顺序检测车辆上传感器的信号序列，还评价精确的时间顺序。本发明对至少四个不同的时间值进行评价，但也可以检测并考虑四个以上的时间值。

由于上述时间和比较参数可与个体相匹配，本发明便得以对以下事实予以考虑：不同用户会以不同方式实施某个操纵手势。例如，老年人的动作特征不同于年轻人。但现有设备一般无法实现方法与个体间的这种匹配。然而，本发明通过修改比较参数实现了与个体相匹配的评价。

原则上可以将任何一种检测传感器作为传感器阵列来检测物体与时间相关的空间位置变化。举例而言，可以在汽车上使用已被广泛接受的电容式传感器，电容式传感器耗电少且坚固耐用。

实施所述动作手势检测方法时，优选将测定的时间差序列与汽车***中所存储的比较参数进行比较。附加的公差值，即值的可接受偏差程度同样可以存储在汽车***中。通过将比较参数存储在***中，可以在汽车的整个使用期限内进行检测匹配。如此一来，当***中存储的比较参数发生变化时，就可以针对变化后的用户配置文件来优化检测精度。此外还可以为不同用户存储比较参数组，再根据具体用户进行相应调用。举例而言，通过个人ID发送器完成用户的身份识别后，就可以将属于该用户的参数集与检测到的时间差进行比较。

此外还可以将适配的或用户特定的公差值用于时间差的比较。这样就能对以下事实加以考虑：例如，年纪较大的用户做动作手势时的时间剖面的波动性相对较大，因而需要公差范围相对较大的检测。此外还可以按照用户意愿来缩小公差范围，以便实际达到进一步降低误识率的目的。

根据本发明的优选实施方式，启动所述动作手势检测方法后一旦超过预设最长时限，就中止该方法的实施。该检测方法可以通过用户的明确操纵或者通过在第一检测传感器中检测信号响应来加以启动。通常将检测区在汽车上延伸幅度最大的那个传感器作为该第一检测传感器。超过预设最长时限可以确保，随机的非指向性信号响应序列无法触发操纵。针对动作手势的完整实施，一般将从第一传感器第一次检测算起为时数秒（例如3至10秒）的这样一个时段作为预设最长时限。缩短最长时限虽能进一步降低误识率，但同时也会提高对用户的要求。

根据本发明的有益改进方案，从所述传感器与时间相关的信号响应中检测其它特征性信号sx及相应的检测时间点tx。这些其它特征性信号可以位于前述信号s1、s2、s3和s4之间，或者在时间上早于或晚于这些信号。举例而言，可以将传感器响应的信噪比以及最大值和最小值作为其它特征性信号。除时间差外，也可以对这些其它特征性信号进行评价，以便进一步提高动作手势的识别精度。举例而言，如果低于一定的信噪比，就表明传感器有可能受外部因素影响而严重受损，此时便不会产生肯定的操纵响应。这种将其它信号响应考虑在内的构思能进一步提高该识别方法的稳定性和可靠性。

进一步地，除时间差外优选还对至少一个所述信号s1、s2、s3、s4本身进行评价并且结合这一评价来识别操纵。本发明为其检测相关时间点的特征性信号是可以从中推断出传感器阵列的检测区内发生显著变化的信号模式，特别是信号变化。以电容式传感器为例，一旦用户的身体部位在检测区内做动作，接近检测区或者在检测区内改变其相对于传感器阵列的位置，就会检测到强烈的电容变化。

根据本发明，虽然仅利用信号检测之间的时间差就足以生成操纵信号，但如果进一步对其中的至少一个信号进行评价，能提高识别精度。为此可以对单个信号的绝对值（例如其中一个信号的信号上升或信号下降）予以考虑，但也可以在特征性信号间建立关联，例如通过求不同传感器响应的信号强度比例来建立关联。除时间差外也可以对这些值进行评价。

根据本发明进一步的优选实施方案，对可由用户携带的ID发送器进行询问，以便对功能访问请求的授权进行验证，其中，在时间点t1之后、优选在时间点t4之前询问ID发送器。

将所述方法与询问ID发送器相结合，可以确保只有授权人员才能访问受操纵的功能。如果在时间点t1之后询问，就可以将第一传感器阵列的传感器响应用于ID发送器询问，以达到唤醒***的目的。这一询问一般通过与汽车控制***进行无线通信而实现。在时间点t4之前询问可以避免出现能察觉得到的延迟，因为不是在检验操作手势后才询问ID发送器。

优选根据ID发送器的验证情况，借助分配给该ID发送器的用户配置文件和存储的比较参数来评价时间差。可以根据检测到的具体用户和相应的ID发送器来访问车辆端所存储的不同参数集。这能降低误识率，提高检测稳定性。

根据本发明，如此这般实施传感器阵列标定方法，使得传感器阵列应用户请求而进入标定模式。用户随后可以做出操纵手势，以便训练***学***均值而实现。也可以根据由同一人实施的训练过程中时间值的偏差程度来扩大或缩小未来检测的公差范围。这可以在计算标准差和分散宽度的情况下进行。

要点在于，在未来的评价方法中对信号值的特征性时间顺序予以考虑，从而显著提高识别精度和稳定性。不必再针对普遍适用的识别剖面来设计传感器阵列，而是可以使传感器阵列明显更具选择性、但也更精确地与具体用户相匹配。

实施检测装置标定方法时，优选方案是用户多次实施标定方法并且将先前实施过程中所产生的比较参数与当前实施过程中所测定的比较参数合并成新的比较参数。通过多次实施标定方法，既可以实现滑动平均，又能检测相关时间差关于这些平均值的波动范围。在此情况下，该方法在公差方面也是可调整的，因为平均值根据实际所实施的动作而具有不同的公差范围，而这些不同的公差范围都存储在***中。

用户可以重置现有参数，从而例如作为汽车的新所有人来实施全新的训练过程或标定。作为替代方案，也可以采用滑动方法来计算新参数，该方法将有限数目的较晚的值考虑在内，对早于这一数目的值则不作评价。举例而言，可以在一定次数的实施过程（例如十次实施过程）范围内求滑动平均值，并且在测定公差范围时也将这个实施过程次数考虑进去。亦即，如果用户已经完成了十次训练过程，那么可以肯定的是，未来评价时不会再对此前的标定过程予以考虑。

根据优选实施方式，每实施一次所述标定方法，就提高一次相关计数器的计数，该计数器用于同步平均，即求待存储比较参数的滑动平均值或加权平均值。通过这种方式也能在较多次数的学***均值，从而进一步改善识别精度。但需要注意的是，尽量避免混淆不同的用户配置文件，否则会不必要地降低识别精度。如前所述，为此可以在***端将相关的比较参数和数据存储在多个用户配置文件中。

如上文提到特征性信号响应时所说明的那样，除时间差外还可以存储其它比较参数。举例而言，如果在训练过程中除差值外例如还存储了不同传感器的信号响应比例并将其用于后续的识别过程，就能提高方法的准确度。除了对于每个用户而言都高度个性化的时间剖面外，通过这种方式还能在评价时对用户的相关身体部位的形状和质量予以考虑，因为这些信息会影响绝对信号响应。这一评价也可以加权方式进行。

下面参照附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1A为用于实施本发明所提供的方法的传感器阵列的布置方案示意图；

图1B为图1A所示布置方案从另一视角绘制的示意图；

图2A为用以执行训练过程的程序流程图；

图2B和图2C为关于图2A所示子例程的阐述；

图3为按本发明测定时间和时间差的示意图。

具体实施方式

图1A所示为车辆1的尾部。后保险杠区域内装有传感器电极2。传感器电极2下方设有其它传感器电极3。传感器电极2和3分别与控制及评价装置5连接。车辆控制单元4布置在车辆中任意一个其它位置上（参见图1B）。

电极由相应的控制/评价装置5充电，电极的电容在有物体（例如用户的人体部位）接近时会发生变化，这一电容变化可以通过荷电评价来加以检测。这种电容式传感器原理在汽车技术领域属于公知技术。

在本实施例中，传感器电极阵列3大体平行于电极2。

当有操作意向时，站在车辆后面的用户例如可以将其小腿摆动到保险杠下方。这个动作和这一接近既被电极阵列2又被传感器电极3检测到，因为电容变化被反复询问并且被加以评价。相关内容请参阅前文所提及的公开案DE102008063366。

打开命令实际仅由中央控制装置4生成。控制/评价装置5将借助于神经网络而产生的相应操作信号提供给这个控制装置4。控制装置4根据这个信号和其它参数（车辆的停止等等）来决定是否真要触发打开操作。

图2A为用于本发明所提供的方法的训练过程的流程图。首先在步骤10中触发训练过程，这一点例如可以通过操纵用户ID发送器上的相应按键而实现。用户按ID发送器或汽车钥匙上的按键或组合键，以此向车辆发出为传感器阵列启动训练过程的信号。

在步骤20中，车辆端检验汽车的检测区内是否有授权ID发送器，在此过程中还可以进行距离测定和相关的似真检验。只有停留在车辆周围预设区域内的用户才能启动训练过程。

如果步骤20中的授权检验结果是肯定的，就在步骤30中重置并启动计时器。在步骤40中启动用于监测第一电容式传感器的子例程。关于监测子例程的阐述参见图2B。监测第一电容式传感器与时间相关的信号曲线并测定特征性信号变化。这种特征性信号变化在电容式传感器上体现为传感器值的显著变化，例如大幅上升或大幅下降（参阅关于图3的说明）。忽略短时信号峰值。在监测过程中反复检验此前启动的计时器TS在此期间有否超过超时极限t0。如果超过，就中止方法的实施。否则就继续监测传感器，直至检测到特征性信号变化。可以利用电容式传感器所使用的传统检测方法来检测特征性信号响应。

一旦检测到第一电容式传感器的特征性信号变化，就在步骤50中存储相应的第一时间值t1。在步骤60和70中以类似方式为第二电容式传感器实施该方法。

如图1a和图1b所示，电容式传感器2、3布置方式不同且具有不同的检测区。按规定实施的训练过程会迫使第一电容式传感器2和第二电容式传感器3中先后产生特征性信号。其原因在于以下事实：用户以预设方式做出的动作先穿过第一电容式传感器2的检测区，再穿过第二电容式传感器3的检测区。从后面朝车辆下方实施的动作始终是先被第一传感器检测到，再被第二传感器检测到。

本发明所提供的检测方法和训练方法也采用了这一顺序，因而隐含了对做动作时的正确顺序的似真检验。

在步骤70中再度存储一个对应于第二电容式传感器的特征性信号变化的第二时间值t2，并且在监测过程中反复检验有否超过允许的最长规定时间，如果超过就中止方法的实施。

在步骤80和90中再度监测第二电容式传感器3，但这次是期望检测到不同于前一次的特征性信号变化，即用户身体部位离开第二电容式传感器的检测区所引起的特征性信号变化。在步骤40和50以及60和70中监测第一和第二电容式传感器的目的是检测进入检测区的身体部位。步骤80和90以及100和110则是期望检测到该身体部位离开检测区。因此，对特征性信号变化也是以相应的方式进行评价，不相配的信号响应放弃不用。这里同样隐含了似真检验，因为在监测超时条件有否被超过时，也反复检验了时间特性。因此很明显，特征性信号响应可以理解为，每个传感器具有各不相同的信号响应。

在步骤110中针对步骤100中第一电容式传感器的特征性信号响应而存储第四时间值，如果直到此时还未出现超时现象，就在步骤120中计算并存储时间差。图2C对相关方法进行了示范性图示。测定表征动作过程的不同时间差。用***中已有的时间差为在当前实施过程中测定的时间差加权，以便获得平均值并且总结当前训练过程的时间差和先前训练过程的历史时间差的波动范围。而后将新的加权平均值和波动范围存储下来以作为未来评价方法的比较参数。

图3借助两个传感器阵列2、3的两条信号曲线对时间特性以及相关时间和时间差的测定进行了示范性图示。这两个传感器阵列仍然是以信号变化这一方式对用户身体部位进入或离开检测区产生反应的电容式传感器阵列（参见图1A、图1B）。这些信号变化用信号变化s1、s2、s3和s4表示。时间点t1、t2、t3和t4分别对应于相应的信号变化。时间点t0表示检测方法或训练方法的起始点。图中所示的时间箭头d1、d2、d3和d4表示检测时间点之间的选定时间差。

从图中所示的本实施例可以看出，上方的信号曲线属于第一传感器阵列2，用户的腿于时间点s1朝车辆方向做动作，从而在传感器2中引起信号变化，在此为信号下降。用户的身体部位（尤其是小腿和脚）穿过第一传感器2的检测区后于时间点t2到达第二传感器3的检测区并引起信号响应s2。动作停顿之后，用户的脚在缩回过程中于时间点t3重又离开第二传感器阵列3的检测区并引发信号s3，于时间点t4离开第一传感器2的检测区，这一点体现在信号s4上。

本实施例将显著的信号变化作为特征性信号s1、s2、s3或s4予以评价，但原则上也可借助于绝对值比较或其它的检测标准。

日常操纵时对操纵过程的评价与图2A、图2B和图2C中所示的标定方法大体类似。图4对该评价方法进行了图示。关于传感器的监测子例程，上文已参照图2B做过介绍。

与标定方法的区别主要在于，该评价方法在步骤220中将时间差与其它参数进行比较，而不是存储时间差。在此情况下，汽车对训练过程中测定并存储下来的值进行访问。

在本发明范围内可以作出大量变化。特别是可以用不同类型的传感器阵列来进行评价。本发明不限于使用电容式传感器。可以将电容式传感器与其它类型的传感器阵列结合使用，例如用于泊车过程的倒车超声波传感器。此外还可以结合使用已有的其它传感器来实施该方法。举例而言，可以用倒车后视摄像头来检验，启动训练过程时是否的确有用户进入相关区域。只有当倒车后视摄像头检测到检测区内有合适物体时，才能实施训练方法。此外，本发明也不限于使用两个传感器，而是可以使用更多的传感器，这能进一步提高该方法的检测精度。要点在于，评价时考虑的是动作手势的时间特性，而非动作手势所引发的纯信号变化。由于时间特性对于每个用户而言都非常地个性化，因而这样就能提高相应传感器阵列的识别精度。

Claims (11)

1.一种借助传感器阵列对汽车上的功能进行操纵询问的方法，其中，所述传感器阵列具有至少两个间隔一定距离布置的传感器装置，所述传感器装置用于检测身体部位的接近，所述方法包括下列步骤：

监测所述传感器装置中的第一传感器装置的信号，直至从所述第一传感器装置检测到特征性第一信号响应s1并检测相应的时间t1，

监测所述传感器装置中的第二传感器装置的信号，直至从所述第二传感器装置检测到特征性第二信号响应s2并检测相应的时间t2，

监测所述第二传感器装置的信号，直至从所述第二传感器装置检测到特征性第三信号响应s3并检测相应的时间t3，

监测所述传感器装置中的所述第一传感器装置的信号，直至从所述第一传感器装置检测到特征性第四信号响应s4并检测相应的时间t4，

通过将t1、t2、t3和t4中任意两个不同的值相减来测定至少两个时间差，

评价所述时间差并且根据所述评价产生操纵信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，评价时将测定的所述时间差与存储的比较参数进行比较，其中，如果所述时间差与所述比较参数之间的偏差小于预设公差值，就产生一表明操作意愿的操纵信号。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，如果所述方法的持续时间超过预设最长时限，就中止所述方法的实施并产生否定的操纵信号。

4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，检测其它特征性信号sx及相应的检测时间点tx。

5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，除所述时间差外还对至少一个所述信号s1、s2、s3、s4进行评价，从而结合所述这一评价来产生所述操纵信号。

6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，对可由用户携带的ID发送器进行询问，以便对功能访问请求的授权进行验证，其中，在所述时间点t1之后、优选在所述时间点t4之前询问所述ID发送器。

7.如权利要求6所述的方法，其中，根据所述ID发送器的验证情况，借助分配给所述ID发送器的用户配置文件和存储的比较参数来评价所述时间差。

8.一种标定传感器阵列的方法，所述传感器阵列用于对汽车上的功能进行操纵询问，其中，所述传感器阵列具有至少两个间隔一定距离布置的传感器装置，所述传感器装置用于检测身体部位的接近，所述方法包括下列步骤：

监测所述传感器装置中的第一传感器装置的信号，直至从所述第一传感器装置检测到特征性第一信号响应s1并检测相应的时间t1，

监测所述传感器装置中的第二传感器装置的信号，直至从所述第二传感器装置检测到特征性第二信号响应s2并检测相应的时间t2，

监测所述第二传感器装置的信号，直至从所述第二传感器装置检测到特征性第三信号响应s3并检测相应的时间t3，

监测所述传感器装置中的所述第一传感器装置的信号，直至从所述第一传感器装置检测到特征性第四信号响应s4并检测相应的时间t4，

通过将t1、t2、t3和t4中任意两个不同的值相减来测定至少两个时间差，

将所述时间差作为比较参数存储下来以用于后续的操纵请求评价。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述方法可实施多次，其中，将先前实施过程中所产生的比较参数与当前实施过程中所存储的比较参数合并成新的比较参数。

10.如权利要求9所述的方法，其中，每实施一次所述标定方法，就提高一次计数器的计数，所述计数器用于对所述新的待存储比较参数和来自先前实施过程的平均比较参数进行同步平均。

11.如权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，进一步将至少一个所述特征性信号响应s1、s2、s3和s4的特性值作为其它比较参数存储下来。

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