用于傳感器信號的評估方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于對傳感器裝置上的信號曲線進行評估的方法。首先，利用傳感器裝置檢測時間上的信號曲線(10a)。由該信號曲線形成了時間上的區段，并且針對每個區段計算出至少一個上實際區間值(11a)和至少一個下實際區間值(11b)。隨后，將每個區段的區間值與具有比較區間值(5a、5b)的所存儲的模板的配屬的區段進行比較，其中，針對每個區段確定在實際區間值(11a、11b)之間的區間是否處于比較區間值(5a、5b)的區間之內，并且進而確定是否存在有效的操縱信號。
【專利說明】
用于傳感器信號的評估方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于傳感器信號的評估方法。本發明尤其涉及一種應用傳感器裝置的方法，這些傳感器裝置依賴于掃描的過程來提供隨時間變化的信號。
【背景技術】
[0002]隨時間變化的傳感器信號使用在眾多的應用領域中。這樣的信號例如借助接近傳感器來檢測，接近傳感器對在某一區域內物體的接近或人員的接近進行掃描。在檢測操作手勢(同樣通過接近傳感器或例如通過對觸摸敏感的表面(電容式屏幕)來探測)的區域內，也檢測到隨時間變化的信號。
[0003]根據評估算法對傳感器值的時間序列進行分析，以便允許對傳感器值的解讀。例如可以評估接近傳感器，以便在車輛上獲知對車門或車尾門的操作愿望或打開愿望。
[0004]EP 2 616 287 Al描述了這種類型的方法，其中，電容式傳感器電極檢測傳感器值的時間序列，這些傳感器值緊接著被輸送給用于評估的神經網絡。根據這樣的評估值應確保的是，將使用者的清楚的操縱愿望或指令選定與無意的操縱或周邊環境的其他變化過程進行區分。另一方面，由于人為操縱所固有的不準確性，必須考慮到在識別時有一定的容差。
[0005]在此，針對評估尤其考慮到閾值比較、偏移校正和檢驗信號的變化速度。

【發明內容】

[0006]然而，公知的方法有時對所屬的技術裝置(譬如處理器)的計算能力提出了很高的要求。所期望的是，以盡可能簡單和可靠的計算方法執行評估。因此，本發明的任務在于提供一種改進的用于在傳感器信號中進行模式識別的方法。
[0007]上述任務通過根據本發明的具有權利要求1的特征的方法來解決。
[0008]根據本發明，檢測傳感器裝置上的時間上的信號曲線。傳感器裝置可以是提供能隨時間變化的傳感器信號的任意裝置，該傳感器信號可以伴隨著要檢測的事件而出現。傳感器裝置例如可以通過接近傳感器、光學傳感器、超聲波傳感器或觸摸傳感器來形成。
[0009]根據本發明，隨時間變化的傳感器信號劃分成信號曲線的時間上的區段。對于技術實現而言，始終離散地、也就是以一定的時間間隔來進行傳感器評估，其中，這些時間間隔可以選擇得非常小。按照根據本發明的方法，沿著時間軸將一個或多個測量到的傳感器值概括成時間上的區段。在該區段中，傳感器信號具有值或值序列。
[0010]針對其中每個區段，現在計算出上實際區間值(IUn)和所屬的下實際區間值(ILn)，其中，N表示區間的連續的腳標。也就是說，區間邊界由在所考量的區段中的傳感器值推導出。這些區間值確定了關系到所考量的區段中的信號值的值范圍[ILN，IUN]。
[0011]重要的是，由信號序列(其中，在每個時間點都存在信號值)分區段地形成具有大小(或寬度)為IUn-1Ln的區段范圍[ILn，IUn]。在考量能由沿著時間軸的值形成的一維信號值時，以這種方式將通過連接這些值而形成的線擴展為寬度為IUn-1Ln的二維區間帶。根據本發明，執行集合比較，其中，一方面由當前信號曲線產生集合，并且另一方面將集合存儲作為用于比較的模板。
[0012]如何由測量值計算出區間值可以依賴于信號值的類型。例如，可以給信號值加上或減去離散的值，以便得到區間邊界。但是，也可以施行的是，區間邊界依賴于信號值或信號值的變化率。在帶有高信號動態的范圍中，例如可以增大或減小區間邊界的間距。此外，也可以通過如下方式計算出信號邊界，即，首先對當前信號值進行預處理，例如形成平均值或進行其他濾波。
[0013]根據本發明，針對檢測到的信號曲線，在實施這些步驟之后存在時間上的區間范圍曲線(IUn)n、(ILn)n。現在根據本發明設置的是，將該區間范圍與所存儲的模板的區間范圍曲線(VIUN)N、(VILn)n進行比較。該模板范圍由模式信號形成相應的區間范圍。例如以如下方式形成這種模板范圍，即，應用與針對測量數據所進行的計算相同的計算來確定區間。然而為此，必要時可以應用另外的參數。比較信號，例如傳感器在要檢測的操縱的情況下的信號，隨后引向所存儲的被考慮用于與實際測量值附近的區間進行比較的模板。在此檢驗的是，計算出的區間范圍是否可以與其在存儲的模板范圍中的時間曲線相匹配。如下面在實施例中進一步示出的那樣，這并不等同于檢驗原始信號曲線或原始信號曲線的已濾波的樣本是否處于模板之內。通過將測量值擴大到至少一個另外的維度中，也就是將信號線曲線轉換成信號帶，并且通過將該信號帶與模板進行比較，可以執行改善的比較分析。這是因為，在比原始信號維度更高的維度中執行比較。即使在實際區間的區間邊界由原始信號曲線推導出時，根據本發明的比較運算也優于與原始信號曲線進行的比較。例如，以這種方式也可以將特定的信號區段比其他的信號區段更多地進行加權或者例如可以對信號帶上的另外的對象進行運算。
[0014]在本發明的優選實施方式中，時間上的信號曲線被劃分成使得每個區段包括至少一個信號測量值。
[0015]雖然原則上可行的是，與信號檢測之間的間距相比，區段劃分更小地選擇，并且隨后通過內插值或外插值得出區間邊界。然而優選的是，在其中每個區段中存在至少一個信號值。在例如由于干擾過程或由于傳感器裝置的為了節能而減小的周期而存在無信號的區域的時間中，會導致區段范圍的增大。
[0016]在本發明的有利實施方式中，針對每個信號區段，以如下方式來選擇推導出的區間，即，使信號值處于在計算出的區間值之間的所考量的區段中。獲知的區間于是形成針對信號值的間隔開的、包絡的輪廓。
[0017]在本發明的改進方案中還考慮的是，信號值依賴于隨時間變化的周邊環境條件，例如傳感器裝置或環境條件的變化的布局和變化的受污程度。
[0018]在這個實施方式中，由信號曲線或由信號曲線和模板計算出用于變換的至少分段的至少連續的函數。例如，可以計算出用于變換的分段的仿射函數，其表現為偏移校正。在該示例的范圍內，計算出用于偏移校正的分段的至少連續的函數，并且將其從時間上的信號曲線中減去，以便實現偏移校正。分段的仿射函數的支持點的數量可以依賴于預計的信號曲線來選擇。例如，使用兩個或三個支持點就可以足以補償例如在測量持續時間上的線性的偏移變化。這例如由于在測量持續時間信號的下降或上升而是必需的。例如具有在信號范圍的起始處和結束處的支持點的分段的仿射函數相應于以線性函數對信號曲線的校正。
[0019]于是，緊接著使用所變換的數據(其中，變換在所說明的實例中是校正)，以便根據與之適配的數據計算出區間值。以這種方式，所存儲的比較模板隨時可供適當的、已轉換的數據來應用，并且可以施行更具體的評估。
[0020]附加或替選地也可行的是，在計算區間邊界之前，對信號曲線進行濾波。濾波例如可以在平滑裝置中進行，但是也能使用另外的濾波裝置，例如用于抑制噪聲的濾波器(例如維納濾波器)。在替選的構造方案中，附加或替選地對區間邊界應用濾波。
[0021]在本發明的改進方案中，可以在集合和區間的比較之前對在區間邊界中的由測量值產生的集合進行標準化。
[0022]在此，標準化涉及將由測量值產生的區間的寬度與模式模板的寬度進行比較。該比較可以區段式地進行，也可以按在整個測量持續時間上進行平均的方式進行。通過標準化，減小了在當前測量中可能存在但是在產生模板時不存在的干擾效應，尤其是噪聲。在簡單的構造方案中，計算出如下用來與區間邊界相乘的因數，其中，該因數通過模板的平均寬度被以測量值計算出的區間寬度的平均寬度相除來實現。標準化可以按與濾波和/或偏移校正相組合的方式來應用。
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖詳細闡述本發明。其中:
[0024]圖1示例性示出傳感器裝置的示意性的信號曲線；
[0025]圖2以示意性的方式示出根據本發明的無效信號曲線的區域比較；
[0026]圖3以示意性的方式示出設置用于根據本發明的評估的信號曲線；
[0027]圖4以示意性的方式示出根據本發明的有效信號響應的比較區域。
【具體實施方式】
[0028]在圖1中，以示意性的方式示出信號曲線I，其沿著時間軸表現出不同的信號強度。在此，圖1示例性地示出根據現有技術的對這樣的信號曲線的評估。
[0029]為了研究信號曲線，以閾值SI和S2執行閾值比較。也就是說，監視信號曲線I，直至其在時間點11超過閾值SI。此外，監視信號值是否再次下降到閾值SI以下，這也就是在時間點t2的情況。在這些時間點之間，信號值還必須超過閾值S2。如果時間點tl和t2處于預定的區間之內并且因此滿足所有條件，就識別為正的且有效的信號。這就是根據現有技術的示例性的評估方法，其中，考慮信號曲線本身，用以以不同的比較運算進行評估。
[0030]圖2示出根據本發明的設計，其施行對不同面積模板比較形式。評估模板通過上區間邊界5a和下區間邊界5b來限定。在這兩個區間邊界之間限界出限定了有效的響應區域的面積。同樣示出了示例性的信號響應6，但是它并非有效的信號響應。信號響應6本身處于通過區間邊界5a和5b限定的區間之中。然而根據本發明，并不考慮信號曲線6用于評估。針對信號曲線6，根據計算規則同樣計算出包圍出一個面積的區間邊界。屬于信號曲線6的區間邊界是曲線7a和7b。能識別出的是，通過歸納多個測量值和進而是來自信號函數6的平滑函數分區段地產生區間邊界7a和7b。同樣能識別出的是，通過由信號曲線6產生的區間邊界7a和7b包圍的區域并非完全處于通過5a和5b限定的模板范圍之內。因為由信號曲線6推導出的面積在這個實施例中不是模板面積的子集，因此信號響應被識別為無效。
[0031]重要的是，評估通過比較來進行，其中，比較區域比原始信號在維數上高了至少一階。原則上，在二維數據的情況下也能想到在三維評估空間中的等效數據。
[0032]圖3示出了如下信號曲線，其也應當如圖2中所示的那樣被引向同樣的示意圖邊界。但是能識別到的是，信號曲線在檢測持續時間上下降。這例如可能由于周邊環境條件的變化或不良的檢測情況而引起。
[0033]如圖3中示出那樣，針對信號曲線10計算出分段的仿射函數11，該仿射函數在示例中僅具有三個支持點。這種分段的仿射函數11被考慮用于信號曲線10的偏移校正，以便形成信號曲線10a。針對這種校正的信號曲線10a，還計算出分段的區間邊界Ila和11b，如圖4中所示那樣。如圖2中的信號曲線6那樣，通過分段的仿射函數11校正的信號曲線1a同樣處于信號模板邊界5a與5b之間。但是在這種情況下，包圍在區間邊界Ila與Ilb之間的面積也處于模板邊界之中，從而在這里可以識別為效操縱信號。
[0034]下面結合實施例說明了對模式信號曲線的區間邊界進行的實際計算。在該示例中，電容式傳感器假定為供值器。電容式傳感器基于傳感器在周邊環境變化時的電容變化提供隨時間變化的信號。在電子儀器中，尤其也在車輛鎖系統中已知有這樣的電容式傳感器被使用。在那里，“無鑰匙進入”系統中的電容式傳感器使用在車輛的車門把手或車尾區域中，以便檢測操作者的接近。如果操作者將他的手(車門把手的情況下)或他的腳(在車尾區域中的用于打開車尾門的所謂的踢腳傳感器的情況下)接近電容式傳感器，那么檢測到的電容發生變化并且由信號的隨時間的變化推導出操作愿望。在現有技術中，已知有許多用于對進入系統的區域中的電容式傳感器的信號響應進行評估的方法。例如，也參考圖1闡述的方法。
[0035]根據本發明的實施例，以電容式傳感器檢測傳感器信號Sk的時間序列。在此，腳標k表示按時間檢測到的離散的值。于是，值的時間序列是SQ、S1、……dk-hSkdk+1、……
[0036]根據下面的示例性的規則，由測量值推導出區間邊界:
[0037]LB( (sn)n,k；m,ci ,λ) = sk+( 1-λ).min(L((sn)n;k，0), cO+λ.min(L( (sn)n;k，m),
Cl)
[0038]UB( (sn)n,k；m, C2 ,λ) = sk+( 1-λ).max(L( (sn)n;k，0)，。2)+入.max(L( (sn)n;k，m,
C2) o
[0039]LB在此表示測量值的下區間邊界。
[0040]UB在此表示測量值的上區間邊界。
[0041 ] (31、(:2八表示平滑參數。\例如可以選擇為0.5的冪。
[0042]表達式L()表示由測量數據的曲線獲知的有限差分。
[0043]視如何選擇參數k、m和λ而定，區間邊界不僅依賴于所考量的測量值Sk，而且還要將另外的、尤其是先前的測量值計算在內，并施行對區間邊界的平滑。
[0044]但是在簡單考量的情況下選擇了λ= 0，因此不進行平滑(取消最后的被加數)。如果例如參數選擇為k、m = O，Ci = -0.5，C2 = 0.5、λ = O，那么區間邊界的計算簡化為:
[0045]LB = sk+min(sk-sk-1，-0.5)
[0046]UB = sk+max(sk-sk-ι，0.5)ο
[0047]區間邊界從當前測量值出發來計算，其中，使用測量值的斜率的負分量與緩鎮算子(Mollifier)來形成下區間邊界，并且使用斜率的變化的正分量與正緩鎮算子來計算出上區間邊界。因此，測量值Sk的下區間邊界LB以在Sk之下的至少0.5單位延伸，而上邊界UB處于Sk之上至少0.5單位。然而在高斜率和動態的區域中(在那里sk-sk-1〈-0.5或sk-sk-1>0.5)，這些邊界與測量值Sk更遠地間隔開。
[0048]這樣的對區間邊界進行的計算在對測量值的真正評估之前施行，用于以值的模式曲線形成模板。為此，例如對電容式傳感器施行模式操縱用于產生數據序列，并且對模式曲線的區間邊界進行存儲。區間邊界的這種模板可以以與在隨后的評估中使用的參數不同的參數來建立^^例如在上述情況下’為了建立和存儲模板’可以使用具有!^!!! =。，^ = -。.？、^=0.7、λ = O的參數組。于是，與隨后的評估中的區間相比，模板被擴展。
[0049]代替上述示例，可以實現區間邊界的復雜適配，其方式是:例如選擇參數為m=15，
Ci = -0.1，C2 = 0.1、A = 0.75。
[0050]LB = sk+(0.25)min(L((sn)n；k,0),-0.1)+0.75min(L((sn)n；k,15),-0.1)
[0051]UB = sk+(0.25)max(L((sn)n；k,0),0.1)+0.75max(L((sn)n；k,15),0.1)
[0052]在這種情況下，參數的選擇用于將更多的來自時間曲線的測量值納入區間邊界的計算中。以這種方式，很強的信號動態或先前的強噪聲也繼續對后續的測量值的區間邊界產生影響。
[0053]λ = 0.75的選擇用于平滑，從而區間邊界又以一定“阻尼”來適配時間上的動態。
[0054]重要的是，根據本發明的模板由模式值來形成，其中，模板遵循計算規則并且限定了區間邊界。在測量值評估中，針對當前測量值同樣確定了區間邊界，并且檢驗當前區間邊界是否位于模板的區間邊界之中。用于建立模板的計算規定和用于計算區間邊界的計算規定可以是相同的，但是也可以使用在結構上相同或類似的具有不同的參數組的計算規則，從而以與當前測量值的區間邊界的參數不同的參數計算出模板。
【主權項】
1.一種用于對傳感器裝置上的信號曲線進行評估的方法，所述方法具有以下步驟: 利用傳感器裝置檢測至少一個時間上的信號曲線(6; 10a)(Sn)， 確定所述信號曲線(6; 1a)的時間上的區段， 針對其中每個時間上的區段，根據計算規則計算出至少一個上實際區間值(IUN)(7a;Ila)和至少一個下實際區間值(ILN)(7b; 11b)，其中，所述計算規則至少將配屬的信號區段的信號計算在內， 將其中每個區段的計算出的上實際區間值(IUn) (7a; Ila)和下實際區間值(ILN)(7b;lib)與所存儲的比較區間值(VIUn、VILn) (5a、5b;)的配屬的區段進行比較，其中，針對每個區段確定在實際區間值(IUn、ILn)之間的區間是否處于比較區間值(VIUn、VILn)的區間之內。2.根據權利要求1所述的方法，其中，每個區段包含至少一個信號測量值。3.根據權利要求1或2所述的方法，其中，針對信號值的其中每個時間上的區段，所述至少一個上實際區間值(IUn)和至少一個下實際區間值(ILn)以如下方式計算出，即，使得在各個區段中，信號值處于上實際區間值(IUn)與下實際區間值(ILn)之間。4.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，由所述時間上的信號曲線計算出用于偏移校正的分段的仿射函數， 其中，使用經偏移校正的信號數據，以計算出實際區間值(IUN、ILN)。5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，首先對所述時間上的信號曲線進行濾波，優選進行平滑濾波。6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，首先對所述時間上的信號曲線實施標準化，其中，標準化依賴于區間寬度(VI Un、VI Ln )與區間寬度(I Un、I Ln )的比較運算來計笪并ο7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所存儲的比較區間值(VIUn、VILn)由模式信號曲線來計算并且被長期存儲。8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，用于所述下實際區間值(ILn)的計算規則為: IL((sn)n，k;m，ci，A) = sk+(l-入).min(L( (sn)n;k，0)，ci) + λ.min(L( (Sn)n;k，m)，ci)， 其中，用于所述上實際區間值(IUn)的計算規則為: IU((Sn)n，k;m，C2，X) = Sk+(l-X).max(L((Sn)n；k,0)，C2) + λ.max(L( (Sn)n;k，m)，C2)。9.根據權利要求8所述的方法，其中，針對參數λ使用從0到I的值，優選是0.5的冪。
【文檔編號】H03K17/955GK105940608SQ201580006209
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年1月26日
【發明人】海因茨-保羅·施托伊爾曼, 貝特霍爾德·西格
【申請人】胡夫·許爾斯貝克和福斯特有限及兩合公司