根据本发明的第一方面，提供了一种自动成像系统，其用于在没有 告知飞机类型的情况下，车辆(例如货物装卸车、服务车和旅客登机桥) 关于飞机通道口的优选地启动、控制、定位和停靠，所述车辆具有驱动 装置以移动和升高/降低该车辆。
所述系统包括一组确定的、优选为逆反射的目标标志，其以可辨别 的方式位于飞机通道口附近，例如由3M公司制造的，优选地其商标为 Scotchlite。
发光装置，其在飞机至少邻近一个预期位置时聚焦在所述目标标志 上，优选地是脉动发光装置。
一个摄像机，优选地至少一个数字摄像机，其布置在基本上邻近所 述发光装置的位置并具有一个方向平行于从所述发光装置发出的光的 观察域，以便拍摄所述目标标志的任何反射图像，和产生图像以传递给 一个计算机，和具有一个包含所述飞机通道口的观察域，以与所述优选 脉动发光装置共同作用和优选地与该脉冲发光装置同步。
一个计算机，其与所述车辆一起布置以处理从所述摄像机收到的图 像，和将起动信号提供给所述车辆的驱动装置。
驻留在所述计算机中的软件，其将关于怎样处理所述图像信息和鉴 于所述信息开始什么行动的指令集提供给所述计算机。
其中，所述成像系统自动扫描所述车辆被预期所处的区域，和一旦 计算机证实目标标志被获得，就在保持对所述目标标志的连续观察时， 优选地启动并控制车辆关于飞机通道口的定位和停靠。
优选地所述车辆选自下列设备组：
i)货物运输设备；
ii)旅客服务设备；和
iii)旅客登机桥；
或类似设备
根据本发明的另一方面，提供了一种成像系统，其用于识别飞机通 道口或舱门的位置和用于将一车辆(例如，旅客、货物、服务或类似的) 与所述飞机停靠在一起，该系统包括：
i)一个被动目标标志装置，优选地是至少一个目标标志和更优选地 是一个目标标志组，其优选地位于通道口或舱门的末端，(优选地所述 目标标志装置是逆反射类型的，例如3M生产的产品Scotchlite)；
ii)一个目标标志识别装置，包括至少一个具有观察域的摄像机， 观察域包含飞机的所述通道口或舱门，以与优选脉动发光装置共同作用 和优选地与该脉冲发光装置同步；
iii)优选脉动发光装置与所述目标标志识别装置同步，所述脉动发 光装置优选地是频闪的，用于照亮所述目标标志装置和由计算机装置提 供其识别，所述计算机装置与所述目标标志识别装置通信；
iv)计算机装置，其处理来自目标标志识别装置的信息(优选地至 少一个被处理成增强图像的图像)和将处理过的信息(优选的增强图像) 与保留在所述计算机装置的存储器中的图像进行比较；
v)驻留在所述计算机装置中的软件工具，其提供用于该系统的指令 集和逻辑以将包括增强图像的处理过的信息与存储信息(优选地是图 像)进行比较，和因而确定车辆的相应方向、距离和轨迹，以仅仅基于 系统的确定使车辆与所述飞机自动停靠在一起；
vi)优选地所述车辆选自下列设备组：
i)货物运输设备；
ii)旅客服务设备；和
iii)旅客登机桥；或类似设备。
根据本发明的又一个方面，提供了一种自动计算机化的旅客登机桥 控制系统，所述登机桥具有旅客登机桥移动装置以允许登机桥相对于飞 机移动，该系统用来在飞机场与正在离开/正在到达的飞机一起使用并 包括：
i)被动目标标志装置，用于与每个飞机类型无关地识别出/入口；
ii)目标标志识别装置，优选地至少一个摄像机，其在包含目标标 志装置的飞机接近停放位置时进行识别，所述停放位置邻近用于旅客登 机桥的一个预定大门；
iii)用于确定旅客登机桥的实际位置的位置检测装置，实际位置 包括轮子相对于伸缩孔道的角度、前厅相对于孔道的角度和相对于候机 室上的枢轴点基于长廊伸长的曲率半径，以允许计算机计算旅客装载桥 的轨迹和然后指令移动装置越过必需的路径；
iv)与所述目标标志识别装置、位置检测装置和旅客登机桥移动装 置通信的计算装置，其起动所述移动装置，和基于来自所述目标标志识 别装置与位置检测装置的输入将关于何时和怎样移动的指令提供给所 述登机桥，其接收和处理所有的输入系统信号和将输出系统信号提供给 所述旅客登机桥移动装置以进行停止、移动(优选地升高或降低、暂停， 或优选地在预定方向上转向)，如所需地开启摄像机和发光体并使它们 同步；和启动任何报警灯、蜂鸣器、喇叭或音响信号；
v)优选地一个障碍辨别装置，例如通常作为“安全环”所知的设备， 其通知所述计算装置存在一个障碍物，防止所述登机桥进一步移动和指 出职员行动移开该障碍物的需要；
vi)发光装置，其在飞机接近飞机停放位置时照亮所述飞机和照亮 目标标志装置；
vii)驻留在所述计算装置中的软件工具，其提供操作该系统所需的 指令集和逻辑，以将包括增强图像的处理过的信息与存储信息(优选地 是图像)进行比较，和因而确定车辆的相应方向、距离和轨迹，以仅仅 基于系统的确定使车辆与所述飞机自动停靠在一起；
其中在不需要其操作员的情况下，该系统允许旅客登机桥在一架飞 机的离开和/或到达期间移动。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机化的自动旅客登机桥控 制系统，所述登机桥具有旅客登机桥移动器以允许登机桥相对于飞机移 动，该系统用来在飞机场与正在离开/正在到达的飞机一起使用并包括：
i)至少一个被动目标标志，用于与每个飞机类型无关地识别出/入 口；
ii)至少一个摄像机，其在包含所述至少一个目标标志的飞机接近 停放位置时进行识别，所述停放位置邻近用于旅客登机桥的一个预定大 门；
iii)用于确定旅客登机桥的实际位置的位置检测器，实际位置包 括轮子相对于伸缩孔道的角度、前厅相对于孔道的角度和相对于候机室 上的枢轴点基于长廊伸长的曲率半径，以允许计算机计算旅客装载桥的 轨迹和然后指令移动器越过必需的路径；
iv)与所述目标标志识别器、位置检测器和旅客登机桥移动器通信 的计算机，其起动所述移动器，和基于来自所述目标标志识别器与位置 检测器的输入将关于何时和怎样移动的指令提供给所述登机桥，其接收 和处理所有的输入系统信号和将输出系统信号提供给所述旅客登机桥 移动器以进行停止、移动(优选地升高或降低、暂停，或优选地在预定 方向上转向)，如所需地开启摄像机和发光体并使它们同步；和启动任 何报警灯、蜂鸣器、喇叭或音响信号；
v)优选地一个障碍辨别器，其通知所述计算装置存在一个障碍物， 防止所述登机桥进一步移动和指出职员行动移开该障碍物的需要；
vi)发光装置，其在飞机接近飞机停放位置时照亮所述飞机和照亮 所述至少一个目标标志；
vii)驻留在所述计算机中的软件，其提供操作该系统所需的指令 集和逻辑，以将包括增强图像的处理过的信息与存储信息(优选地是图 像)进行比较，和因而确定服务设备的相应方向、距离和轨迹，以仅仅 基于系统的确定使服务设备与所述飞机自动停靠在一起；
其中在不需要其操作员的情况下，该系统允许旅客登机桥在一架飞 机的离开和/或到达期间移动。
优选地，上述系统的目标标志识别装置或目标标志识别器是至少一 个数字摄像机，此外，所述至少一个目标标志和目标标志装置由逆反射 材料制成，例如由3M公司制造的，优选地其商标为Scotchlite。
根据本发明又一个方面，提供了一种识别一个飞机的通道口的位置 的方法，所述通道口例如是一个门或货舱，或类似物体，所述通道口具 有预定的周界；该方法包括：
i)提供至少一个接近所述通道口的周界的被动目标标志装置(优 选地，一个被动反射目标标志，例如3M公司制造的商标为Scotchlite 的产品)，和优选地，当所述通道口是一个门时其接近该门的角，并且 在另一个实施方式中，所述目标标志装置被提供为一个目标标志组，其 接近所述门的每个角；
ii)将一个优选脉动发光装置聚焦在所述目标标志上，在一个实施 方式中处于不可见的光谱中，例如红外线或类似光线；
iii)提供一个目标标志识别装置，优选地提供至少一个摄像机和 优选地提供一个数字摄像机，其与所述发光装置同步和优选地与所述发 光体容纳在一起以将原始数据提供给一个计算装置，所述原始数据优选 地是图像；
v)计算装置，用于接收来自所述目标标志识别装置的信息以处理该 信息(在一个实施方式中提供增强图像)，所述目标标志识别装置优选 地是至少一个摄像机，和将该信息与存储在计算装置中的信息进行比 较，由此确定进一步的行动，可以基于通道口位置的识别来采取所述行 动。优选地，所述通道口选自通道口的组，该组包括客舱门、货舱门或 类似的门，和优选地，通道口处于飞机机身中。在一个实施方式中，旅 客登机桥或货物装卸设备由所述计算装置基于所述目标标志装置的识 别进行控制，使得在飞机离开或到达一个停放位置之前，当飞机装载和 卸载时，所述旅客登机桥或货物装卸设备能与所述飞机停靠在一起和与 其分开。
根据本发明的另一方面，提供了一种当飞机正在朝着所述旅客登机 桥移动时或停放在大门时，识别飞机的通道口的位置和该飞机的类型的 方法，所述通道口例如是一个门或货舱，或类似物体，该方法包括：
i)提供至少一个接近所述通道口的周界的被动目标标志装置，其 中所述目标标志装置的形状、或组中单个目标标志的数量、或组中单独 目标标志的相对位置唯一地识别飞机类型，例如使用反射带的机器可读 图案，其中飞机类型包含在所述图案机器可识别码中；
ii)将一个优选脉动发光装置聚焦在所述目标标志上，在一个实施 方式中处于不可见的光谱中，例如红外线或类似光线；
iii)提供一个目标标志识别装置，优选地提供至少一个摄像机和 优选地提供一个数字摄像机，其与所述发光装置同步和优选地与所述发 光体容纳在一起以将原始数据提供给一个计算装置，所述原始数据优选 地是图像；
iv)计算装置，用于接收来自所述目标标志识别装置的信息以处理 该信息(在一个实施方式中提供增强图像)，所述目标标志识别装置优 选地是至少一个摄像机，和基于通道口位置和飞机类型的识别将该信息 与存储在计算装置中的信息进行比较；优选地，所述通道口选自通道口 的组，该组包括客舱门、货舱门或类似的门，和优选地，通道口处于飞 机机身中；在一个实施方式中，旅客登机桥的移动由因为飞机类型而强 加的限制进行控制，例如当飞机的发动机之一如此接近所述通道口以致 必需操作旅客登机桥绕过该发动机，或以这样一种方式以致防止碰撞所 述发动机或让旅客登机桥由于碰撞、热辐射、排气或其它这种危险而损 坏；在另一个例子中，在一个或更多具体飞机类型中，飞机的敏感部分 例如机翼前缘或空速传感器位于靠近所述通道口的位置以致迫使旅客 登机桥采取不同的路线，或以这样一种方式接触飞机以使得不会伤害飞 机的一个敏感部分或多个敏感部分，在这种实施方式中，计算装置，其 从摄像机接收关于飞机类型的信息，一旦所述摄像机识别出在目标标志 装置中编码的具体飞机类型，计算装置就以适于被接近的具体飞机类型 的方式指引旅客登机桥的移动。
在一个优选实施方式中，在前述系统或方法的任一个中采用的所述 至少一个摄像机还可以包括至少一个第一摄像机和至少一个宽视图摄 像机。在本发明的另一个实施方式中，所述至少一个摄像机还可以包括 一个变焦镜头，例如所述至少一个第一摄像机或所述至少一个宽视图摄 像机还可以包括一个变焦镜头。在另一个实施方式中，所述至少一个摄 像机还可以包括一个摇动或摇动和俯仰支架。
本发明提供旅客职员登机桥或可选地提供货物装卸车的计算机化 控制的自动启动或半自动启动，以将登机桥的小室与停放飞机上的舱门 对准，一个逆反射目标标志组战略上邻近舱门放置以便由计算机识别， 一个手动代用装置也提供所需的所有功能。
自动功能以待命模式提供对大门区域的连续监视和操作，直到检测 到正在到达的飞机，其使系统处于戒备状态直到飞机基本上停放好，在 该点计算机启动停靠程序或一个有资格的人例如调度员启动停靠程序， 在该启动之后整个系统都是自动化的。登机桥包括结合到登机桥的不同 可运动部分的位置传感器和驱动致动器，所述可运动部分包括连接到候 机室的登机桥的可旋转的固定旋转端、可伸展长度的通道、具有表明成 功停靠的传感器的可旋转小室和将支撑登机桥的转向架连接到通道的 可变高度的液压缸。这些位置传感器产生信号以与计算机通信，信号表 示登机桥相对于停放飞机位置的位置，该位置由不同的可移动部分的方 位确定。一个数字摄像机(CCD)和发光体(激光)可以分别安装在登 机桥的小室部分的相同侧上，或优选地一起安装在登机桥的小室部分上 的单一外壳中，以照射目标标志和拍摄图像并将这些原始图像提供给计 算机，计算机也安装在登机桥的小室部分上。通过将在下文描述的已知 方法，被动确定的逆反射目标标志的数字图像被计算机处理，目标标志 位于飞机通道口附近，由于这些目标标志的确定的特性，它们容易区别 于其它图像。为了提高精度，目标标志能放置在两个或更多目标标志的 组中。
在系统启动时，计算机将脉动地产生一个狭窄的光锥，该光锥与摄 像机快门同步以观察飞机停放的全体区域和观察目标标志。由于在计算 机连续保持对目标标志的不断观察时，登机桥绕着圆形大厅旋转，远离 靠近大门的摆放位置，并且在孔道的伸展之后，小室能旋转直到在大多 数情况下摄像机/发光体基本上垂直于飞机上的通道口，所以如图中所 示，基于目标标志的观察，计算机将确定并起动必需的步骤以将登机桥 与飞机通道口对齐。安装在登机桥的小室上的计算机相应于被处理的图 像提供的信息和其它传感器，伸长通道，并使小室与目标标志对准，其 中所述传感器被提供以产生信号，信号使登机桥转动远离候机室。基于 以算法为基础的软件，图像由计算机进行处理，以基于计算机对小室相 对于通道口的位置的了解产生驱动信号，这些驱动信号沿着一条路径引 导登机桥，由于位置信息被计算机监视的新的一系列图像更新，所以该 路径将使小室与舱门对准。当小室接近通道口时，其速度可以自动降低 直到小室接触飞机。压力开关可以安装在小室通道口接触飞机的外围周 围，以向计算机证实小室和车辆通道口的完全接触。一个安装在小室中 的光电装置可以用来检测飞机相对于小室的高度，如果车辆高度在装载 和卸载过程中改变，则这些开关将信号提供给计算机，计算机将向液压 缸产生驱动信号，由此保持小室与通道口处于相同高度。
响应由调度员启动或由一个传感器启动的给计算机的信号，登机桥 可以自动从飞机缩回，并在离开之前返回到其原始摆放位置，其中所述 传感器确定舱门在离开之前已经关闭和进一步证实打算离开。
附图说明
下面的图表示本发明的优选实施方式，其中：
图1是在将登机桥移动到飞机入口之前处于彼此离开位置的飞 机和登机桥的示意图；
图2是表示系统组成部分的流程图；
图3A、3B和3C是所使用的目标标志的例子，它们每个都在本发明 的实施方式中说明；
图3D至3G代表在本发明第一实施方式中说明的用于识别飞机类型 的机器可读图案；
图4到15表示根据本发明的涉及自动启动和将旅客登机桥与飞机 停靠在一起的步骤顺序；
图16到18表示被本发明系统采用的完成图4到15中所示步骤的 逻辑；
图19到22表示摄像机观察到的不同图像，在这方面它们与登机桥 的不同位置一致；
图23到25表示可选择的车辆，它们可以和本发明一起使用。
如图中所示，系统的功能是自动启动和控制机场候机室旅客登机桥 B移动到合适位置中以与飞机A相接，或让开出的飞机A离开候机室。 系统在飞机到达时自动启动或由被认可的人启动，被认可的人在旅客登 机桥移动方面不需要有任何专门的培训，只需要熟悉系统控制。
如图中所示，成像系统由几个联合在一起的元素构成，它们能确定 旅客登机桥B的位置和能检测飞机A的位置。当得到命令时，系统命令 将以安全的方式驱动登机桥B，避开地面上的所有障碍物，到达与命令 相当的合适位置。
对于开出的飞机A，系统在得到命令时会将旅客登机桥B移离飞机 A几英尺，足以离开机身。
当飞机A到达大门时，成像系统将确定旅客登机桥的位置，它将用 其位置检测系统确定飞机位置，然后，当给出合适的命令时，系统将控 制旅客登机桥B避开地面上的所有障碍物，移动到正确的位置中以接近 正在到达的飞机A的客舱门10、11。
设备说明和操作目标标志
至少有一个位于飞机A上的逆反射目标标志10、11来为旅客登机 桥B接触飞机A指出合适的位置，目标标志10、11是被动符号或物体， 其能容易地附加到机身上而不会对飞机的适航性产生任何影响。如图 3A、B、和C所示，目标标志是与众不同的以便位置检测系统能容易、 可靠而迅速地将其识别出来。不管旅客登机桥B与飞机A接触还是它正 在从飞机A退后，目标标志10、11都保持在摄像机(多个)20的观察 域中。
目标标志10、11是能作为剥落和粘贴应用而运用到飞机上的逆反 射材料。
目标标志可以被小心地放在舱门附近的任何预定位置中，只要(a) 它们相对于舱门的准确位置是已知的，和(b)它们能被摄像机跟踪。 理想位置在舱门的角附近，其相应于旅客登机桥末端附近的摄像机的布 置。目标标志是逆反射材料的，例如由3M公司制造的商标为 Scotchlite的材料。该材料包括结合到塑料基中的玻璃微球，塑料基 用来使得预定图案的所述目标标志具有所需的逆反射性质，不管是在白 天还是在夜晚的情况下，这都增强了目标标志组对摄像机的可见度。
最初，登机桥没有呈现为与舱门等高，实际上，登机桥可以相对于 飞机位于任意方向上。登机桥的实际位置和方向通常可以由登机桥传感 器直接测量，而成像系统能确定目标标志所处表面的位置和方向，因而， 飞机的绝对位置和方向能容易地算出。摄像机和登机桥都不是必须垂直 于目标标志表面，甚至当登机桥不与舱门对齐时，摄像机的观察域也足 以覆盖一个区域，目标标志被预期处于该区域中。只要目标标志被至少 一个摄像机看到，就可以用登机桥驱动件将登机桥小室——和因而摄像 机——重新定位到一个合适的方向上以成功地连在飞机舱门上。
至少，系统应该使用一个摄像机和一个目标标志“组”，例如一个 组包括三个或更多的单独元素。由于该成像系统依靠这种目标标志组的 外观尺寸和形状来确定目标标志放置表面的位置和方向(如图19到22 所示)，所以成功的操作不需要额外的数据。在优选实施方式中，一个 目标标志组用于多个摄像机中的每一个；然而，一些或全部摄像机可以 共享单一的目标标志组，并且可选的，多于一个的目标标志组能被一些 或全部摄像机使用。增加目标标志组的数量将提供更高的精度、故障容 许度，并减少系统的复杂性与成本。
附图表示登机桥在接近时垂直于舱门；通常是这种情况。然而，如 上所述，这对于成像系统的成功操作不是必需的。
识别飞机类型的机器可识别图案
在图(3D)中，示出了用于识别飞机类型的机器可识别图案。在该 例子中，图案包括多达六个单独元素，对于该例子，通过用元素编号1、 3、4和6来识别飞机的具体类型。用这种系统，在理论上可以对多达 64种不同的飞机类型进行编码。实际上，由于可能导致观察系统的不明 确译码，或为了减少错误译码的可能性，所以64种图案中的许多都应 该避免。
在图(3E)中，示出了不同的图案，这次使用元素编号1、2、5和 6。
如图(3D)和(3E)中所示，相对于用来确定飞机相对旅客登机桥 位置的主目标标志组，图案位于一个固定位置中，这使得观察系统容易 确定目标图案的每个单独元素的位置，并通过观察存在单独图案元素中 的那一个和缺少那一个来对飞机类型进行解码。
在图(3F)和(3G)中，一种可选的方法用来对飞机类型进行编码。 当使用该方法时，图案的某些几何性质被用来识别飞机类型，例如几对 线之间的相对距离被用来对飞机类型进行编码。
在图(3F)中，图案包括三条线，两条最外方的线是“门柱”，实 质上确定整个图案的包迹范围(envelope)，而中间“指示符”线的位 置对信息进行编码。在该图中，指示符线是左和右门柱线之间距离的60 ％(所以左门柱线和指示符之间的距离是指示符和右门柱线之间距离的 1.5倍)。
在图(3G)中，使用了与图(3F)中相同的方法，但这次指示符线 是左和右门柱线之间距离的80％(所以左门柱线和指示符之间的距离是 指示符和右门柱线之间距离的4倍)。
能用图(3F)和(3G)中所示的图案进行编码的信息量取决于摄像 机装置和图像处理软件的固有分辨率和精度。
图像处理软件使用该用三条线之间的不同间隔间的比值进行编码 的信息来传送关于飞机类型的数据，例如，图(3D)和(3F)中的图案可 以对应波音737-300飞机，而图(3E)和(3G)中的图案可以对应空 中客车-320飞机。
“蝶形领结”目标标志图案图形
在图(3C)中，示出了用于单一目标标志的优选图案。该图案具有 几个特征，使得它容易被识别和能被准确地读出位置：
1、该类“棋盘”图案在感觉上是“不自然的”，即无意地表现为 摄像机装置正在观察的另一种物体的一部分是不太可能的。
2、即使在差的可见性情况下，暗和亮部分之间的强烈对比也使得 摄像机装置辨别变得容易。
3、当从与“迎面”观察相反的角度观察时，该单独目标标志的形 状不会有重大改变。
4、与细线或点相反，图案的所有特征是大的单色区域，这使得用 具有有限分辨率的摄像机装置进行辨别变得容易，或使得更大的观察距 离变得可能。
5、该图案的主要特征是在图案的精确中央的交叉丝，该交叉丝作 为交替的暗和亮区域之间的边界存在。
6、上述“交叉丝”特征由水平和垂直线构成，这使得用标准的矩 形矩阵CCD和简单的图像增强软件进行增强和处理变得非常容易。为了 从该性质受益，目标标志必须如此安装以使得交叉丝线平行于摄像机传 感器矩阵的X和Y轴。
7、除了“交叉丝”特征之外，没有任何图案部分包含任何水平或 垂直的边界或线。这意味着当使用上述图像增强软件时，交叉丝特征— —并且只有交叉丝特征——将得到增强，该水平和垂直线之间的交叉在 目标标志上提供了强烈、独特的特征，被用作整个目标标志的形心。
8、由于形状是界限分明的、简单的几何形状，所以容易精确和便 宜地复制。
摄像机(多个)
摄像机(多个)20是位置检测系统的输入装置，摄像机(多个)20 指向停放的、正在到达的飞机A并在它们的观察域内具有目标标志10、 11，摄像机的输出被直接发送到中央处理器(CPU)40。
若干个灯30安装在摄像机(多个)20附近，它们将照射飞机A和 目标标志10、11。
摄像机20和灯30安装在旅客登机桥B的外部上的合适位置中，位 置将被确定以提供对停放飞机的最好的、无障碍的观察。
必须存在至少一个摄像机以提供目标检测，多个摄像机提供更好的 精度和故障容许度。在一个优选实施方式中，使用两个数字摄像机，例 如CCD摄像机，在旅客登机桥或进入通道的每一侧上安装一个。为了让 摄像机提供有用的立体视觉，摄像机应该安装成彼此间隔足够的距离以 提供目标标志的不同视图。
摄像机以这样一种方式瞄准，即所有摄像机的主光轴彼此平行。可 选的，一旦飞机处于其最终停放位置中，摄像机可以指向目标标志的估 计位置附近的任意点。
摄像机所用的镜头如此选择以使得焦距能提供一个足够宽的观察 域以覆盖飞机接近区，同时仍然提供足够的分辨率以准确测量目标标志 组中的多个单独目标标志的位置。在一个优选实施方式中，由于摄像机 安装在旅客进入通道上面，所以当登机桥缩回时，例如20度的观察域 形成了飞机接近区的覆盖范围。一旦飞机停止并且登机桥或进入通道开 始其朝向飞机舱门的动作，在没有任何另外设备的情况下，减少到目标 标志的距离将提供所述目标标志的更大的视图。在登机桥或进入通道接 近飞机的最后阶段，目标标志将占据所有或大部分的摄像机观察域，在 目标标志分辨率最重要时提供最佳目标标志分辨率。
可选的，除了正常的主观察摄像机之外，可以采用一个额外的“宽 视图”摄像机，其以这样一种方式安装或配备广角镜头以便提供飞机接 近区的视图。当以这种方式使用时，摄像机(多个)用于将登机桥或进 入通道指向目标标志，然后用更窄观察域的镜头，使得更高的目标标志 分辨率成为可能。
可选的，可以在摄像机中使用可变焦距的“变焦”镜头。
当使用时，摄像机(多个)最初用短焦距开始，为接近提供一个广 角视图，然后，当登机桥或进入通道接近目标标志时，焦距将逐步或连 续增加。当以这种方式使用时，为了正确计算摄像机与目标标志的实际 距离，提供一个计算机以在任何规定时刻检测或测量每个镜头的焦距。
在那一个实施方式中，摄像机(或所有摄像机共同地，或多个摄像 机中的每一个单独地)安装在一个摇动或摇动和俯仰的万向节上，其中 摇动或摇动和俯仰的动作由计算机控制。在该实施方式中，所述摄像机 (多个)的动作可以独立于登机桥或进入通道的动作进行控制，这使得 在没有这种摇动或摇动和俯仰的机动性的情况下，即使在登机桥或进入 通道被以这样一种方式定位和瞄准时，即以别的方式阻碍附加到登机桥 框架上的摄像机(多个)的操作，摄像机(多个)也能扫描飞机接近区。 当以这种方式使用时，计算机控制所有摄像机万向节的动作，并配备传 感器以检测摄像机的瞬时左右摇摆或左右摇摆和纵摇，这种摇动或摇动 和俯仰装置能可选择地或共同地用于上述宽视图摄像机。
在一个优选实施方式中，旅客登机桥(“小室”)的最后接头的旋 转动作可以用来摇动摄像机(多个)以扫描正在接近的飞机，和使所述 摄像机(多个)指向最佳方向以检测目标标志以及朝着目标标志引导登 机桥或进入通道的动作。
确定目标标志所处表面的位置和方向的能力是邻近飞机通道口/舱 门的目标标志的布置和摄像机的几何观察资料的后继计算机处理的直 接结果，立体视觉的可选实施方式作为一种增强本发明空间精度的方法 而被提供，用两个摄像机创造立体视觉的方法在机器视觉领域中是标准 操作，并且对本领域的任何技术人员都是简单明了的工具。
推荐优选的电荷耦合装置(CCD)摄像机，并且其已经成为电子摄 像机和数字摄影的标准，例子包括：Dalsa IM15；JAI CV-A1；Pulnix TM-200；Hitachi KP-F110；COHU 6612-3000。
装有变焦镜头的电子摄像机通常使用一个伺服机构，其控制焦距的 调节。在这种构造中，计算机既指令一个具体的焦距，又将变焦镜头的 当前实际焦距作为计算输入来接收。
当摄像机(多个)安装到摇动或摇动和俯仰万向节上时，伺服机构 用来控制万向节的角度，在这方面参考US6191842(和/或US5900925) 和US5633681，它们关于摇动或摇动和俯仰万向节的教导特此并入作为 参考。其它例子也是可用的。
照明
至少一个光源被附加到每个摄像机上，优选地通过将摄像机和所述 光源封入单一外壳中，使得光源以瞄准线的方式瞄准，覆盖所述摄像机 观察到的区域。在本发明的该实施方式中的光源效率用下列方法中的一 个或更多来增加：
1)限制光谱：光源可以采用单色发光体，例如激光反射器，或已 过滤的泛光灯，或富含光谱的一部分的专用电灯泡。当这种单色光源与 摄像机中的匹配过滤器结合时，由发光装置照射的图像的对比度得到很 大的增强，提供了对目标标志的更容易的辨别和判别。
2)闪光照明：通过使用与连续照明相反的短脉冲的光，和使摄像 机与短的照明周期同步，目标标志的有效照明可以得到很大的增强，同 时将人眼可见的光的明显数量保持在最小，并减少总能量消耗。这具有 避免刺眼照明的好处，刺眼照明可能会妨碍飞行员或附近的其它职员。
3)扩大到可见光范围之外：进一步减少对职员的干扰，或代替上 述方法，可以采用使用光谱的不可见部分的光。红外光是优选的选择， 因为它便宜、功率大和无害，然后将合适的红外滤光器加到摄像机装置 以从摄像机观察到的光中减少外部光线干涉。
4)额外的第二“不成直线的”光源可以加到系统以进一步增强对 比度。该第二光源放置在远离连接摄像机和目标标志的假想线的地方， 当使用该第二光源时，在仅仅第一(瞄准线)光源照射目标标志时，摄 像机首先获得一个图像，紧随其后以迅速演替的方式，在仅仅第二光源 照射目标标志时获得一个图像，然后两个图像被计算机彼此相减。由于 目标标志被设计成仅仅在它们被照亮的方向上反射光线，所以与被第二 光源照亮时相比，目标标志在被第一光源照亮时显得亮得多，同时图像 的其它部分通常显得大致相同。将两个图像相减趋向于产生高度增强的 图像，其中仅仅目标标志是可见的，使得目标标志的辨别容易得多。
当使用这种第二照明设备时，一个这种光源为所有的摄像机所共 有。可选的，如果所述摄像机之间的角距离足够大，则第一光源可以连 接到一个摄像机并可以用作所有其它摄像机的第二光源。
就像步枪的瞄准一样，每个摄像机及其伴随的光线必须指向相同方 向，覆盖相同的(锥形的)观察域，并且彼此紧密靠近。当使用长焦镜 头和窄光束的光源时，该对准涉及摄像机与光线在公共夹具中的仔细校 准。对于标准的观察域设备，不需要进行这种校准，在公共的预加工的 夹具中提供摄像机和光源将自动迫使两者以这种“瞄准线”的方式对准。 因为目标标志的逆反射特性，摄像机和对应光源的接近是所希望的。由 于目标标志被设计成基本上只在光线到达的方向上反射光线，所以为了 容易接收目标标志和目标标志组反射的光线，摄像机必须位于足够接近 光线的位置。
如果使用长焦镜头和窄光束源，则校准过程能在制造和装配阶段完 成。一旦组合单元被建立和密封，在摄像机和光线之间就不需要任何另 外的单独对准，组合单元可能仍然必须与预期显露目标标志的区域对 准。请注意，如在此描述的，这种窄观察域摄像机通常只与一个或更多 “宽视图”摄像机一起使用。
大多数频闪光源和大多数电子摄像机(例如在优选实施方式中使用 的)能“随动”于外部触发器，这种外部触发器控制闪光灯发射光脉冲 和电子摄像机在其传感器上取样数据的精确时刻。通过将同样的外部触 发信号立刻发送到光源和摄像机，系统保证图像将在与闪光灯脉冲发生 的相同时刻被摄像机“观察到”。在概念上这与依附于标准摄像机上 的闪光操作相似，其中通过摄像机上的一个用于闪光的整体靴状件或通 过单独的连接件，闪光与胶卷快门同步。
在优选实施方式中，给摄像机和频闪光源的触发信号由计算机发 出。如果使用多个摄像机，那么为了增加目标辨别能力，用于不同的摄 像机/发光体对的触发器可以错开。多个摄像机中的每一个只在连接到 那个摄像机的光源照射目标标志时观察目标标志，不会被连接到其它摄 像机的光源干扰。
登机桥位置确定器
旅客登机桥B的移动首先要求当前位置已知，能使用几种方法来确 定旅客登机桥的位置，简要描述四种可能的选择。一种连续检测旅客登 机桥驱动轮的旋转和转向方向的装置能提供所述位置，一种提供该位置 的可选方法是检测登机桥节段平移和登机桥B相对于候机室的角位置， 第三选择是直接将目标标志放在旅客登机桥B下面或候机室上并使用额 外的摄像机来确定旅客登机桥B的位置。登机桥B的当前位置被传递到 CPU，并且在登机桥动作的过程中，该位置被连续更新。
另一种方法是使用GPS/INS(惯性导航系统)来连续确定旅客登机 桥B的位置，这种系统可以由加拿大安大略省马克姆的一个叫做 Applanix的公司生产。第三和第四选择的系统的优点是它们能连接到现 有的登机桥，而不必对登机桥操作系统作出任何改变。
回避物体
为了自动地安全操作旅客登机桥B，需要一个物体回避系统，该系 统将辨认处于移动中的旅客登机桥B的路径上的设备、物体或职员，并 命令登机桥B停止。有一种安装在一些Ford Windstar牌运货车上的物 体回避系统，系统直接与CPU通信。
另一种方法是使用通常作为“安全环”所知的装置，其是一个围绕 旅客登机桥“小车”驱动轮架的环状接触开关，该安全环以这样一种方 式安装以便检测与其路径上的物体或职员的接触，并立即切断驱动登机 桥的电动机。当使用这种安全环时，它可以连接到CPU，或直接连接到 驱动电动机，一旦触发就切断供电。
中央处理器(CPU)
中央处理器包含微处理器、输入和输出装置以及信号调节装置以与 其它系统元件通信并控制它们。位置检测和登机桥驱动命令由驻留于 CPU内的软件执行，其它功能也是受软件控制的，例如登机桥位置确定 器和物体回避。
或自动启动或由被认可的个人启动，登机桥移动以会合正在到达的 飞机A。停放的飞机A的目标标志10、11处于摄像机20的观察域中， 因此目标标志10、11能被系统“获得”。随着获得目标标志，登机桥B 的位置将与目标标志位置进行比较，并且登机桥被命令朝着飞机的目标 标志10、11移动。物体回避系统将起作用以确保登机桥B的路径上的 区域没有物体，一旦登机桥B与飞机A接触，系统将回复到安全模式。
为了离开大门，系统将在检测到飞机舱门关闭时自动启动以由被认 可的个人启动。大门将移离飞机，同时位置检测系统连续确定飞机A和 旅客登机桥B的相对位置，物体回避系统将一直起作用。
如图19到22中所示，取决于被观察的点，固定图像看起来不同， 如果观察图像的摄像机的位置是已知的，则不同的视图能用来导出图像 的位置。图19的已知图案被用作目标标志，已知的摄像机(多个)位 置(在小室上)被用来计算目标标志所处表面的位置和方向，在该情况 下该表面是飞机的舱门/通道口。
参考图19到22，目标标志组相对于摄像机以四种不同的视图表示。 在图19中，目标标志位于垂直于摄像机观察方向的表面上，并相当靠 近摄像机(实际距离取决于目标标志组和焦距的实际尺寸)。在图A中， 目标标志与摄像机处于同样高度，但在其左方(两个左边的目标标志似 乎比两个右边的目标标志靠得更近，意味着右边的目标标志离得更远)。 在图10、11中，目标标志在摄像机上方很远，并稍微偏向左方。在图 22中，目标标志与它们在图10、11中所处方向相同，但它们更远离摄 像机。一旦目标标志的位置已经相对于摄像机(因此相对于登机桥)计 算，登机桥就能被来自计算机的指令控制朝着舱门移动，由于摄像机对 目标标志不断地观察，并且目标标志相对于摄像机/登机桥的位置被连 续更新，所以该运动中的任何错误都能被迅速纠正。舱门的位置和方向 都能由计算机根据目标标志的外观进行计算，因此登机桥的位置和其姿 态能得到控制以最佳地连接到飞机舱门上。
软件
在此在图16到18中提供的流程图是自身说明问题的。现在参考图 4至18，本发明提供用于旅客职员登机桥10的计算机控制的自动启动 或半自动启动，或作为选择提供用于货物装卸车的计算机控制的自动启 动或半自动启动，以将登机桥的小室与停放的飞机A上的舱门对准。一 组逆反射目标标志10、11战略上靠近舱门放置以便由计算机辨认，一 个手动代用装置也提供所需的所有功能。
自动功能以待命模式提供对大门区域的连续监视和操作，直到检测 到正在到达的飞机A，其使系统处于戒备状态直到飞机基本上停放好， 在该点计算机启动停靠程序或一个有资格的人例如调度员启动停靠程 序，在该启动之后整个系统都是自动化的。登机桥B包括结合到登机桥 的不同可运动部分的位置传感器和驱动致动器，所述可运动部分包括连 接到候机室的登机桥R的可旋转的固定旋转端、可伸展长度的通道T、 具有表明成功停靠的传感器的可旋转小室C和将支撑登机桥的转向架连 接到通道的可变高度的液压缸。这些位置传感器产生信号以与计算机通 信，信号表示登机桥相对于停放的飞机位置的位置，该位置由不同的可 移动部分的方位确定。一个数字摄像机(CCD)和发光体(激光)可以 分别安装在登机桥B的小室部分C的相同侧上，或优选地一起安装在登 机桥B的小室部分C上的单一外壳中，以照射目标标志10、11和拍摄 图像并将这些原始图像提供给计算机，计算机也安装在登机桥B的小室 部分C上。被动确定的逆反射目标标志的数字图像被计算机处理，目标 标志位于飞机通道口附近，由于这些目标标志的确定的特性，它们容易 区别于其它图像。为了提高精度，目标标志能放置在两个或更多目标标 志的组中。
在系统启动时，如图16到18中所示，计算机将脉动地产生一个狭 窄的光锥，如图6中所示，该光锥与摄像机快门同步以观察飞机停放的 全体区域和观察目标标志10与11。如图19至22中所示，由于在计算 机连续保持对目标标志10和11的不断观察时，登机桥B绕着圆形大厅 R旋转，远离靠近大门G的摆放位置，并且在孔道T的伸展之后，小室 C能旋转直到摄像机/发光体基本上垂直于通道口，所以基于目标标志的 观察，计算机将确定并起动必需的步骤以将登机桥B与飞机通道口对齐。 安装在登机桥B的小室上的计算机相应于被处理的图像提供的信息和其 它传感器，伸长通道T，并使小室C与目标标志10和11对准，其中所 述传感器被提供以产生信号，信号使登机桥B转动远离候机室。基于以 算法为基础的软件，图像由计算机进行处理，以基于计算机对小室C相 对于通道口的位置的了解产生驱动信号，这些驱动信号沿着一条路径引 导登机桥B，由于位置信息被计算机监视的新的一系列图像更新，所以 该路径将使小室C与舱门对准。当小室C接近通道口时，其速度可以自 动降低直到小室C接触飞机A。压力开关可以安装在小室通道口接触飞 机的外围周围，以向计算机证实小室和车辆通道口的完全接触。一个安 装在小室中的光电装置可以用来检测飞机相对于小室的高度，如果车辆 高度在装载和卸载过程中改变，则这些开关将信号提供给计算机，计算 机将向液压缸产生驱动信号，由此保持小室与通道口处于相同高度。
响应由调度员启动或由一个传感器启动的给计算机的信号，登机桥 可以自动从飞机缩回，并在离开之前返回到其原始摆放位置，其中所述 传感器确定舱门在离开之前已经关闭和进一步证实打算离开。
操作员控制件
系统应该集成到现有的操作员控制件中以便旅客登机桥B能自动或 手动控制。所需的控制件至少应该包括系统的接通和断开开关，一个启 动登机桥从飞机A缩回的命令开关和一个启动旅客登机桥接近飞机的命 令开关。另外，有一个给出系统的状态和当前位置的指示器，但总的来 说，控制件应该尽可能简单以使得一个受到最少培训的被认可的人能启 动登机桥B的操作。
本成像系统优于现有技术的优点
通过自动将旅客登机桥放置到/移离飞机而实现了劳动力的节省， 导致延误的减少，还由于飞机发动机在延误期间的空转的减少而导致燃 料的节省。能预料通过有限数量的大门使整个工作更快和预期飞机损坏 上的减少。
预期部分实现的优点
·APU在大门每年的燃料消耗超过150万升
·一个飞机每1700次离开就受到一次停机坪事故的伤害
·在B大门处的停机坪事故价值大约250万美元/年
·停机坪事故的全球耗费超过20亿美元
·飞机延误的成本估算为50美元每分钟
旅客登机桥类型
·停机坪驱动
·放射驱动
·固定伸缩式
·上面3种的常规混合
·地区飞机
操作员控制件/指示器
·自动/手动(系统开/关)
·登机桥接合飞机
·登机桥与飞机分离
·系统状态指示器
·维护控制件/指示器
一个目标是改进现有的登机桥或可选地包括OEM的成像系统，从一 个摆放位置自动启动并引导登机桥以在飞机停放时与飞机停靠在一起。
如图23至25所示，其它能利用本发明与飞机“停靠”在一起的车 辆是自行的货物装卸车、饮食/小室服务车和旅客运输车，这些车辆中 的每种也必须精确地操纵到位，升高到正确的高度，然后与飞机温和地 接触。在所有的三种情况下，所示车辆也具有摄像机、发光体和安装在 它们上的计算机，计算机以与结合旅客登机桥实施例所描述的相似的方 式安装在它们上。所有车辆都包括检测和致动装置，它们与旅客登机桥 上使用的相似。由于操作员将车辆移动到初始位置，所以不需要障碍检 测装置或位置确定器功能。以不同方式驻留在计算机中的软件与用于旅 客登机桥的软件非常相似，目标标志和目标标志获得算法几乎是同样 的，然而软件被设计成驱动合适的车辆。
如图25中所示，货物装卸车的一个例子由FMC Airline Equipment 生产，其可以在它们的国际互联网站(www.fmcairline.com)上找到， FMC为不同的满载制造几种规格的货物装卸车。货物装卸车包括两个能 升高和降低的平台，车辆如此定位以使得一个平台靠近货物底板并与其 相齐，另一个平台用来在地平面接收货物，将货物升起到第一平台的高 度并将其传送到第一平台。通过使用本发明的实施方式，与货舱的初始 接近和停靠能自动操作，由于最后的停靠在计算机的控制下执行，所以 这将使操作员所需的培训减到最少。与用于客舱门的目标标志相比，为 了适应用于货舱门的目标标志位置上的不同，对软件进行修改以认出货 舱门的图案。
饮食/小室服务车的一个例子可以如同Stinar Corporation生产 的，其可以在它们的国际互联网站(www.stinar.com)上找到，或由 Global Ground Support Company生产的，其可以在它们的国际互联网 站(www.global-11c.com)上找到。这两个厂商制造与图24和图24A 中所示的相似的车辆，它们能用来给飞机厨房提供食物和饮料并运走与 食物服务相关的废物。可选地，车辆能用来将客舱服务乘务员和它们的 工具运输到飞机，还能在清扫后从飞机运走垃圾和废物。车辆包括具有 一个剪形升降机的传统的载重车底盘，一个运货车身连接到剪形升降机 以便它能从载重车底座升起到客舱门的高度。由于食物和饮料的供应在 有轮手推车上完成，所以位置和高度必须精确。通过使用上述本发明的 实施方式，与客舱门的初始接近和停靠能自动操作。
旅客运输车的一个例子可以如同Accessair Systems Inc.生产的， 其可以在它们的网站(www.accessairsystems.com)上找到。如图23 中所示，该车与公共汽车相似，因为其将旅客从候机室运送到飞机，然 而与旅客必须出去并爬楼梯上飞机的公共汽车不同的是，车身升起到与 飞机客舱门同样的高度，因此旅客能在不使用楼梯的情况下上飞机。通 过使用本发明，与客舱门的初始接近和停靠能自动操作，该自动化将允 许PTV被一个没有什么技术的人操作。
因而以回顾的方式，如图4中所示，当飞机A到达大门G时，旅客 登机桥B布置在用圆形大厅R表示的位置处，圆形大厅R连接到大门或 候机室G和孔道T，孔道T从圆形大厅延伸到其终端处的小室C，因而 飞机A到达停放位置P。如图5中所示，目标标志组10和11位于接近 门口的位置。如图6中所示，当飞机A基本上停放好时，与数字摄像机 20容纳在一起的发光体将一道光锥照射到目标标志10和11上，摄像机 和发光体都布置在小室C上的公共外壳20中。参考图19-22，基于计 算机看到的目标标志的方位，计算机能确定旅客登机桥和小室相对于舱 门口的位置，这在上面描述过，因而光线将连续聚焦在目标标志组10 和11上，并且在与发光体30容纳在一起的摄像机20连续将图像提供 给计算机时，孔道T将相对于飞机A转动，直到如图12中所示的轮子W 到达了管道被完全枢转的位置时，在图12中当图像连续供应给组10和 11的计算机时，管道将朝着飞机A伸出。现在，用如图19中出现的组， 通道将如图14中所示地朝着飞机伸出，并如图15中所示地与飞机停靠 到一起。
尽管前述内容提供了本发明的优选和可选实施方式的详细说明，当 应该了解，该说明仅仅是对本发明原理的说明而非限制性的。此外，由 于在不背离本发明范围的情况下，可以对本发明作出许多改变，所以应 该认为，在此包含的所有材料都应该解释为对本发明的说明而不是在某 种意义上对本发明的限定。