CN109425867A - 用于确定壳体内的对象的存在和/或移动的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例涉及用于确定壳体内的对象的存在和/或移动的设备和方法。一种用于检测壳体中的对象的方法，包括：使用飞行时间传感器确定壳体内的第一场景，其中在确定第一场景期间壳体是空的；使用飞行时间传感器，由处理器确定壳体内的第二场景；由处理器将第一场景与第二场景进行比较；以及基于比较第一场景和第二场景的结果，由处理器确定壳体中存在还是不存在对象。

Description

用于确定壳体内的对象的存在和/或移动的设备和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年08月28日提交的法国专利申请No.1757921的优先权，该申请通过引用并入本文。

技术领域

本公开一般涉及检测空间中的一个或多个对象(或者物体)的存在，并且在具体实施例中，涉及用于确定壳体中包含的对象的存在、不存在和/或移动的设备和方法。

背景技术

一些情况使得有必要确定任意形状、颜色和构造的对象是否存在于壳体中和/或是否已经添加到所述壳体或者从所述壳体中移走，例如用于传送对象的设备将待传送的该对象存储在盒子中，并且其接收人从盒子中移走该对象。一方面，有必要确定盒子中包含的对象是否已被全部移走还是对象中的一些被移走，另一方面，确定接收者是否已将对象添加到盒子中。

图1图示了这种传送设备的示例。

图1图示了传送设备包括配备有具有手柄的门2的盒子1。盒子1包括存在检测传感器3，其确定不同形状、颜色和材料构造的对象4是否包含在盒子1中。

现有技术中已知的存在检测传感器3例如是红外检测设备、基于超声的检测设备、电感或电容检测设备、以缩写RFID(“射频标签”)已知的无线电标签设备或包括相机的视觉检测设备。

然而，现有技术中已知的存在检测设备的有效性在某些设备中取决于待检测对象的颜色，在其他设备中取决于构成对象的材料。此外，现有技术中已知的某些设备不能确定对象是否在壳体中移位，也不能确定被监测的壳体的对象的占据程度。这些限制是本领域技术人员公知的。

RFID检测设备要求每个对象配备RFID芯片，并且视觉检测设备实施昂贵的相机和复杂的对象视觉识别算法。这两种类型的检测设备具有显着的能量消耗并且需要大量的金融投资。

因此，需要制造一种用于检测在给定壳体中具有任何形状、颜色和材料构造的一个或多个对象的存在的设备，使得可以在抑制设备的能量消耗且实施方便同时，确定所述壳体的占据程度的设备。

还需要确定在被监测的壳体中对象是否移位的需要。

发明内容

根据多个实施方式和实施例，有利地提出使用测量包含在壳体中的三维场景的飞行时间传感器，以便通过比较所述场景来确定包含在壳体中的至少一个对象的存在。

根据一个方面，提出了一种用于检测壳体中存在还是不存在至少一个对象方法。所提出的方法包括：a)第一步，其中飞行时间类型的传感器测量没有任何对象的壳体内的第一三维场景；b)第二步，其中飞行时间类型的传感器测量壳体内的第二场景；c)比较步骤，其中将所述第一场景与第二场景进行比较；d)根据所述比较的结果确定所述壳体中存在还是不存在对象的步骤。

三维场景例如是通过例如距离网格获得的壳体内部的三维表示。

有利地，在检测到壳体中可能存在对象之前，该方法的实施方式不需要校准的步骤。

有利地，该方法可以包括以规则的间隔重复第二步骤。

该设备间歇地操作，从而可以减少其电力消耗。

根据一种实施方式，在检测到存在所述对象之后，在两个相继的第二步骤之间执行第二比较，并且基于第二比较确定对象的可能的移走。

根据另一种实施方式，该方法还包括计算对象在壳体中占据的体积。

有利地，该方法还包括计算所述体积的占据程度。

根据又一实施方式，该方法包括对于飞行时间类型的第二传感器再现上面阐述的步骤a)至d)，以及基于分别与两个传感器相关联的两个确定步骤d)，确定壳体内的对象的位移。

根据另一方面，提出了一种用于检测壳体中存在还是不存在至少一个对象的设备。所提出的设备包括：飞行时间类型的传感器，其被配置成测量壳体的第一三维场景并在第一场景之后测量第二场景。所提出的设备还包括被配置成执行如下步骤的处理器和/或多个电路：比较步骤，其被配置成比较两个场景；以及确定步骤，其被配置成基于比较的结果确定所述壳体中存在还是不存在对象。

有利地，处理器还可以执行暂停步骤，该暂停步骤被配置成使传感器以规则的间隔重复场景的测量。

根据另一实施例，处理器还执行第一计算步骤，该第一计算步骤被配置成计算由壳体中的所述对象占据的体积。

优选地，处理器还执行第二计算步骤，该第二计算步骤被配置成计算壳体的占据程度。

根据又一实施例，该设备还包括配置成测量三维场景的飞行时间类型的第二传感器，该确定步骤被配置成基于分别由两个传感器测量的三维场景确定关于对象的存在的两项信息，以及另一确定步骤，其被配置成基于分别与两个传感器相关联的两项存在信息来确定在壳体内的对象的位移。

附图说明

通过研究完全非限制性实施例和附图的详细描述，本发明的其他优点和特征将变得显而易见，其中：

图1图示了根据现有技术的用于检测限定体积中的对象的存在的设备；和

图2至图6图示了本发明的各种实施例和实施方式。

具体实施方式

参考图2，其表示用于检测在已知容量的立方体形状8的壳体中存在均匀高度H9和均匀宽度L9的至少一个对象9的设备5的示例性实施例。

这里，对象(或者物体)被理解为一种固体的东西。

当然，本公开不限于立方体形状的壳体和高度均匀且宽度均匀的对象，可以具有包含一个或多个可变高度和/或可变宽度的对象的任何形状的壳体。

用于检测存在还是不存在至少一个对象的设备5包括被配置成测量壳体8内的三维场景的飞行时间类型(以缩写TOF(“飞行时间”)而已知)的传感器6(例如，飞行时间传感器)、处理单元7。处理单元7可以实施比较步骤MC(其被配置成比较两个三维场景)、确定步骤MD(被配置成基于比较的结果而确定壳体8中存在还是不存在对象9)、第一计算步骤MCV(被配置成计算壳体8中的对象占据的体积)、暂停步骤MT(被配置成以规则的间隔通过传感器6重复测量三维场景)、第二计算步骤MCT(被配置成计算壳体8的占据程度T)。

处理单元7例如基于微处理器实施，但是它可以是能够处理由传感器6提供的数据的任何设备。它具体可以是微控制器。

步骤MC、MD、MCV、MT和MCT可以例如以微处理器内的软件形式实施，但是可以是分别能够比较两个三维场景且被配置成基于比较的结果确定壳体中存在还是不存在对象、能够计算壳体8中的对象所占的体积、能够使传感器6以规则的间隔重复测量三维场景、能够计算出壳体的占据程度T的任何设备(例如，数字或模拟设备)。

具体地，它可以是微控制器或这里表示的处理单元7的一部分。

飞行时间类型的传感器6给出基于距离的网格获得的场景的三维表示。

对于网格的每个区域，飞行时间传感器TOF通过测量在发射电磁波类型的信号(诸如，激光信号)与在对传感器TOF的视场中存在的对象反射之后接收该信号之间经过的时间跨度Δt来测量将其与对象分离的距离。

传感器6布置在与壳体8的第二面f2相对的壳体8的第一面f1上，对象9放置在壳体8的第二面f2上，使得传感器6观察面f2。两个面f1和f2以距离H彼此分离。

传感器6实时建立壳体8的内部的三维场景，特别是位于面f2上的对象9的三维场景。

距离H9将面f2与对象9的与面f2相对的第一端分离，并且距离H1将面f1与对象9的第二端分离，使得距离H为等于距离H1和距离H9的和。

图3图示了实施设备5的用于检测的壳体8中存在还是不存在至少一个对象9的方法的示例性实施方式。其由包括步骤MC、MD、MCV、MT和MCT的处理单元7实施。

为了提高清晰度和对方法的示例性实施方式的理解，壳体8包括单个对象9。

在第一步骤1中，壳体8不包含任何对象，也就是说壳体8是空的。传感器6确定包括面f2的第一三维场景S0。由于壳体8是立方体并且两个面f1和f2以距离H彼此分离，所以第一传感器6测量基准距离H0，对于第一场景S0，基准距离H0的值总体上等于值H。根据本领域技术人员已知的方法，第一计算步骤MCV基于场景S0确定空壳体8的值V0。

换句话说，飞行时间传感器6测量没有任何对象的壳体8内的第一三维场景S0。

在第二步骤2中，飞行时间类型的传感器6确定壳体8内的第二场景S1。

在步骤3中，比较步骤MC将第二三维场景S1的距离的每个测量与第一场景S0的距离的测量进行比较，然后确定壳体8中存在还是不存在对象9。

这需要比较步骤，在该比较步骤期间，将所述第一场景S0与第二场景S1进行比较，然后进行基于比较的结果确定壳体8中存在还是不存在对象9的步骤。

只要壳体8是空的，第一场景S0的距离的值和第二场景S1的距离的值就相等。基于比较步骤MC提供的比较结果，实施步骤MD的处理器7确定壳体8是否为空。

如果场景S0和场景S1的所有的值相等，也就是说，如果比较步骤MC尚未确定场景S0的至少一个值与场景S1的对应值之间的任何差异，则确定步骤MD确定壳体8是空的。

如果场景S0的至少一个值和场景S1的对应值不同，则比较步骤MC确定场景S0和S1之间的差异，并且然后确定步骤MD确定壳体8不是空的且包含至少一个对象。

如果壳体8不包含任何对象，则图3的方法返回到步骤2。

在由暂停步骤MT固定的持续时间t(例如300秒)之后，由传感器6确定新的三维场景，直到检测到壳体8中存在对象为止。换句话说，以规则的间隔重复第二步骤。

如果壳体8包含对象(例如，对象9已被引入到壳体8中)，则对象9与位于由对象9在表面f2上的投影(在这种实例中，由距离L19和距离l19限定的矩形)限定的表面上方的第二场景S1的面1之间测量的距离的值等于H1。比较步骤MC确定值H1不同于值H0。确定步骤MD从由传感器6测量的值的差值中推导出对象9已被引入到壳体8中。

如果在壳体8中已经检测到对象，则图3中所示的方法前进到步骤4。在从步骤3结束开始计算的持续时间t消逝之后记录第三三维场景S2。

在步骤5中，将第一场景S0的距离值和第三场景S2的距离值进行比较。如果比较步骤MC确定场景S0的值和场景S2的值相等，则确定步骤MD从中推断出对象9已被移走，并且图3中所示的方法返回到步骤1。

在两个相继的第二步骤之间执行第二比较，并且基于第二比较确定对象的可能移走。

如果第一场景S0的至少一个值和第三场景S2的对应值不同，则如之前所解释的，确定步骤MD推断出壳体8中存在至少一个对象。换句话说，对象9仍然在壳体8中或者对象9已被移走并且另一对象已被引入到壳体8中或对象已被添加到壳体8中。

在步骤6中，传感器6在从步骤5结束开始计算的持续时间t之后记录第四三维场景S3。

如步骤5中所述，比较步骤MC在随后的步骤7中将第一场景S0与第四场景S3进行比较。

如果确定步骤MD推断出壳体8是空的，则图3中所示的方法返回到步骤1。

如果确定步骤MD检测到壳体8中存在至少一个对象，则在步骤8中，传感器6记录第五三维场景S4。在场景S4的基础上，第一计算步骤MCV计算由壳体8中存在的至少一个对象占据的壳体8的值V1。

换句话说，计算在所述壳体8中所述对象9占据的体积。

接下来，第二计算步骤MCT通过将体积V1除以体积V0并将得到的结果乘以100来确定壳体8的占据程度T(表示为百分比)。

换句话说，计算所述壳体8的占据程度T，并且然后图3中所示的方法继续步骤2。

参考图4，其表示用于检测立方体形状的壳体8中的至少一个对象的存在或不存在和移动的设备10的示例性实施例。

用于检测对象的存在和移动的设备10包括传感器6和与传感器6相同的第二传感器11(传感器11被配置成测量若干距离以便实时建立三维场景(即距离))、处理单元12(实施之前描述的步骤MCV、MT和MCT)。

处理单元12例如基于微处理器实施，但是它可以是能够处理由传感器6和传感器11提供的数据的任何设备。它具体可以是微控制器。

这里，步骤MCV、MT、MCT被并入到处理单元12中和/或由处理单元12执行。

处理单元12还执行确定步骤MD，该确定步骤MD被配置成基于分别由两个传感器6和11测量的三维场景确定关于对象的存在的两项信息。

此外，处理器12执行另一确定步骤MDEP，该确定步骤MDEP被配置成基于分别与两个传感器6和11相关联的两项存在信息来确定在壳体8内的对象9的位移。

另一确定步骤MDEP可以例如以微处理器内的软件形式实现，但是可以是能够基于由两个传感器提供的结果确定壳体内对象的运动的任何设备(例如，数字或模拟设备)。它具体可以是微控制器或这里表示的处理单元12的一部分。

另一确定步骤MDEP实施本领域技术人员已知的运动识别算法。

尽管示例性实施例描述了立方体形状的壳体和高度均匀且宽度均匀的对象，但是可以具有任何形状的壳体，以及可变高度和/或可变宽度的一个或多个对象。

传感器6和11布置在面f1上，使得传感器6和11观察面f2。传感器11设置在与传感器6不同的位置。

图5图示了实施设备10的用于检测壳体8中的对象的存在和对象的运动的方法的示例性实施方式。

为了提高清晰度和对方法的实施方式的理解，壳体8包括单个对象9。

在第一步骤20中，壳体8不包含任何对象，也就是说壳体8是空的。传感器6和11分别测量包括面f2的第一三维场景S06和S011。由于壳体8具有立方体形状并且两个面f1和f2以距离H彼此分离，因此传感器6和11分别测量基准距离H06和H011，对于第一场景S0和S011，其值在一起等于H。第一计算步骤MCV基于场景S06和S011中的一个确定空的壳体8的体积的值V0。

接下来在步骤30中，传感器6和11分别测量第二三维场景S16和S111。

在步骤40中，由另一确定步骤MDEP实施的移动识别算法通过分别将场景S06和S011与由传感器6和11记录的场景S16和S111进行比较来确定对象是否已经移动。

该算法确定对象是否已被引入到壳体8中。

换句话说，对飞行时间类型的第二传感器11再现第一步骤1、第二步骤2和步骤3，并且基于分别与两个传感器关联的两个确定步骤确定壳体内的对象的位移。

只要壳体8是空的，场景S06和S011的距离的值以及场景S16和S111的距离的值就相等，并且图5中所示的方法返回到步骤30。

在由暂停步骤MT固定的持续时间t(例如每秒)之后，传感器6和11均测量三维场景直到检测到壳体8中存在对象。换句话说，以固定的持续时间的规则的间隔测量场景。

如果在壳体8中检测到对象，则图5中所示的方法前进到步骤50。在下文中假设对象9已被引入壳体8中。

在从步骤40结束开始计算的持续时间t消逝之后，传感器6和传感器11分别记录新场景S26和S211。

接下来，通过分别将场景S16和S111与场景S26和S211进行比较，另一确定步骤MDEP确定对象9是否已经从壳体8移走或者对象是否已经添加到壳体8中。

如果对象9没有从壳体8中移走并且没有其他对象被添加到壳体8中，则图5中所示的方法前进到之前描述的步骤8，并且之后继续步骤30。

如果对象9已从壳体8中移走或对象已被添加到壳体8中，则图5中所示的方法前进到步骤60。

传感器6和传感器11分别测量场景S36和场景S311。

第一计算步骤MCV确定由壳体8中存在的至少一个对象占据的体积V2的值。

接下来在步骤70中，第二计算步骤MCT通过将值V2除以值V0并将获得的值乘以100来确定壳体8的占据程度T1(表示为百分比)。

如果T1的值等于100％，也就是说值V0和V2相等，则另一确定步骤MDEP推断出壳体8是空的，并且图5中所示的方法前进到步骤20。

如果T1的值小于100％，则壳体8不是空的，并且图5中所示的方法前进到步骤8。

图6图示了与传感器6相同的飞行时间传感器6c的另一示例性实施例，飞行时间传感器6c包括镜头100使得传感器6c的场覆盖整个场景F。

有利地，仅需要传感器6c来覆盖场景F。

无论待检测的对象的形状、颜色和材料如何，所描述的存在和移动检测设备的示例都可以进行操作，同时通过间歇的监测来优化设备的消耗。

例如每300秒由每个传感器记录一个或多个三维场景。这相对于连续操作的现有技术的设备减少了检测设备的电力消耗。

这些设备在没有调节步骤的情况下对待监测的任何形状的壳体进行操作，实际上初始化步骤不依赖于待监测的壳体的形状。

ToF传感器表现出达到2米的令人满意的测量精度。

Claims (20)

1.一种用于检测壳体中的对象的方法，所述方法包括：

使用飞行时间传感器确定所述壳体内的第一场景，其中在确定所述第一场景期间所述壳体是空的；

由处理器使用所述飞行时间传感器来确定所述壳体内的第二场景；

由所述处理器将所述第一场景与所述第二场景进行比较；以及

由所述处理器基于比较所述第一场景和所述第二场景的结果来确定所述壳体中存在还是不存在所述对象。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：以规则的间隔重复所述确定所述壳体内的所述第二场景。

3.根据权利要求2所述的方法，还包括：

由所述处理器确定所述对象存在于所述壳体中；

由所述处理器比较从以所述规则的间隔重复所述确定所述壳体内的所述第二场景中获得的相继的第二场景；以及

由所述处理器基于比较相继的第二场景的结果来确定所述对象是否已从所述壳体中移走。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：由所述处理器确定所述对象存在于所述壳体中，并且由所述处理器确定所述对象在所述壳体中占据的体积。

5.根据权利要求4所述的方法，还包括：由所述处理器确定所述壳体的占据程度。

6.根据权利要求1所述的方法，还包括：

使用第二飞行时间传感器确定所述壳体内的第三场景，其中在确定所述第三场景期间所述壳体是空的；

使用所述第二飞行时间传感器确定所述壳体内的第四场景；

由所述处理器将所述第三场景与所述第四场景进行比较；

基于比较所述第三场景和所述第四场景的结果，由所述处理器确定所述壳体中存在还是不存在所述对象；以及

基于比较所述第一场景和所述第二场景的结果以及比较所述第三场景和所述第四场景的结果，由所述处理器确定所述壳体内的所述对象的位移。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一场景和所述第二场景中的每一个包括三维场景。

8.一种用于检测壳体中存在还是不存在对象的设备，所述设备包括：

飞行时间传感器，被配置成确定所述壳体的第一场景和所述第一场景之后的所述壳体的第二场景；和

处理器，被配置成：

比较所述第一场景和所述第二场景；以及

基于比较所述第一场景和所述第二场景的结果，确定所述壳体中存在还是不存在所述对象。

9.根据权利要求8所述的设备，其中所述处理器还被配置成执行暂停步骤，所述暂停步骤使所述飞行时间传感器以规则的间隔重复确定所述第二场景。

10.根据权利要求8所述的设备，其中所述处理器还被配置成计算所述对象在所述壳体中占据的体积。

11.根据权利要求10所述的设备，其中所述处理器还被配置成计算所述壳体的占据程度。

12.根据权利要求8所述的设备，其中在确定所述第一场景期间所述壳体是空的。

13.根据权利要求8所述的设备，还包括第二飞行时间传感器，所述第二飞行时间传感器被配置成确定所述壳体内的第三场景和第四场景。

14.根据权利要求13所述的设备，其中所述处理器还被配置成：

比较所述第三场景和所述第四场景；

基于比较所述第三场景和所述第四场景的结果，确定所述壳体中存在还是不存在所述对象；以及

基于比较所述第一场景和所述第二场景的结果以及比较所述第三场景和所述第四场景的结果，确定在所述壳体内的所述对象的位移。

15.根据权利要求13所述的设备，其中在确定所述第三场景期间所述壳体是空的。

16.根据权利要求8所述的设备，其中所述第一场景和所述第二场景中的每一个包括所述壳体的内容的三维场景。

17.一种用于检测壳体中存在还是不存在对象的设备，所述设备包括：

飞行时间传感器，被配置成确定所述壳体内的第一场景，其中在确定所述第一场景期间所述壳体是空的，所述飞行时间传感器还被配置成在所述第一场景之后确定所述壳体内的第二场景；

处理器；和

非瞬态计算机可读存储介质，存储将由所述处理器执行的程序，所述程序包括用于以下操作的指令：

比较所述第一场景和所述第二场景；以及

基于比较所述第一场景和所述第二场景的结果来确定所述壳体中存在还是不存在所述对象。

18.根据权利要求17所述的设备，其中所述程序还包括用于以规则的间隔重复确定所述壳体内的所述第二场景的指令。

19.根据权利要求17所述的设备，其中所述程序还包括用于确定所述对象存在于所述壳体中、以及确定所述对象在所述壳体中占据的体积的指令。

20.根据权利要求17所述的设备，其中所述程序还包括用于确定所述壳体的占据程度的指令。