CN110745675B - 一种基于tof相机的电梯保护方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于TOF相机的电梯保护方法，TOF相机安装在电梯门的正上方，通过设TOF相机采集的图像，分别对厅门与轿门处、靠近电梯轿门、电梯轿门处采用不同的算法，对电梯门附近是否存在障碍物进行判断，根据判断结果进行相应动作，实现对电梯的安全运行控制，防止事故的发生，保护人或动物的安全。
Description
技术领域
本发明涉及电梯控制技术领域，尤其是涉及一种基于TOF相机的电梯保护方法。
背景技术
目前实际生活中应用的电梯光幕都是基于红外光二极管发射和接收的2D平面，保护范围仅仅为电梯门平面，存在以下方面的问题：
(1)在关门过程中，人或物体靠近电梯门，不能提供反向开门动作，特别是婴儿推车、行动不便者、轮椅、手术病床，叉车，载货小车等，可能造成“夹带”或“冲撞”等风险；
(2)对细小物体，比如狗绳的检测效果很差；
(3)传统光幕无法检测透明物体；
(4)在没有人员等候的楼层，电梯停靠后，延时时间长，电梯运行效率低；
(5)光幕具有与电梯门高度一样的长度，安装过程麻烦，安装运输效率低。
(6)厅门与轿门处无法保护。
(7)无法判断物体是否靠近的运动趋势。
基于以上电梯保护存在的问题，对电梯的保护进行改进是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于TOF相机的电梯保护方法，通过设TOF相机采集的图像，分别对厅门与轿门处、靠近电梯轿门、电梯轿门处采用不同的算法，对电梯门附近是否存在障碍物进行判断，根据判断结果进行相应动作，实现对电梯的安全运行控制，防止事故的发生，保护人或动物的安全。
本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：
一种基于TOF相机的电梯保护方法，TOF相机安装在电梯门的正上方，在电梯门边形成一锥形的拍摄范围，对进入锥形拍摄范围内的障碍物进行保护，包括对电梯核心区域、电梯门边及对靠近电梯门边的障碍物的保护，其中，对电梯核心区域存在障碍物的保护，包括以下步骤：
S1、对深度图像进行校正；
S2、将校正后的深度图像转换为灰度图像；
S3、从灰度图像中提取厅门与轿门之间的缝隙线；
S4、检测缝隙线上的变化，并记录变化值；
S5、判断缝隙线的变化是否超过第一设定值，若是，进入下一步，若否，转S7；
S6、判定为有障碍物，进行相应动作保护；
S7、判定为无障碍物，继续检测。
本发明进一步设置为：对电梯门边是否存在障碍物的保护，包括以下步骤：
A1、采集监测区域内的图像；
A2、以电梯两门边之间的连线为X轴，并设置零点，对每个门边沿高度方向的Z轴进行均等分；
A3、在每个等分段内选取一定数量的点，求取同一门边各等分段内选取的所有点，相对X轴零点的距离的均值；
A4、计算同一门边相邻两等分段内均值的差值；
A5、判断差值是否大于等于第二设定值，若否，转A7，若是，进入下一步；
A6、判定为有障碍物，进行相应动作保护；
A7、判定为无障碍物，继续检测。
本发明进一步设置为：步骤A1中，将拍摄的图像从中截取门边的图像部分，从截取的图像中提取监测内的点云图。
本发明进一步设置为：步骤A2中，对电梯的两个门边进行相同数值的等分，以电梯两门边之间的连线的中点为X轴的零点。
本发明进一步设置为：步骤A3中，所选取的点距离X轴零点最近，并去除离群点；分别计算各区段内选取点对X轴零点的距离，并计算所有点的距离的均值。
本发明进一步设置为：步骤A5至步骤A7中，当无障碍物时，每个门边相邻区段的均值相近，其差值为零或近似为零，当有障碍物时，其中一个区段内的均值会接近零点，与相邻门边区段均值的差值远大于零，从而判定为有障碍物。
本发明进一步设置为：对靠近电梯门边的障碍物的保护，包括以下步骤：
B1、选取电梯门前的判定范围，对进入所述判定范围内的障碍物进行判定；
B2、以垂直于电梯门为Y轴，选取第一时刻图像上一定数量的点；
B3、计算各点与X轴零点的距离，并计算所有点的距离均值；
B4、延时一设定时间，再次选取第二时刻图像上一定数量的点，并计算所有点的距离均值；
B5、计算两个时刻的距离均值的差值；
B6、判断差值是否大于等于第三设定值，若否，转B8，若是，进入下一步；
B7、有障碍物靠近电梯门，进行相应保护动作；
B8、无障碍物靠近电梯门，继续检测。
本发明进一步设置为：步骤B2、B4中，选取一定数量的点的原则是，所选点的Y坐标值相对最小。
本发明进一步设置为：当以第一时刻的距离均值减去第二时刻的距离均值时，差值为负表示障碍物靠近电梯门；差值为正，表示障碍物远离电梯门；差值接近零时，表示障碍物沿电梯门平行方向移动。
本发明进一步设置为：以电梯门前的一个正方形区域为判定范围。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
1.本申请通过采用TOF相机，实现了对电梯轿门多维度的检测，从而为电梯轿门多维度的保护提供依据；
2.进一步地，本申请对电梯轿门附近分区域进行分别处理，基于TOF相机采集到数据的不同，对不同区域采用不同算法，实现了电梯轿门的多维度保护；
3.进一步地，本申请通过对进入电梯保护范围的障碍物运动趋势的判断，并进而采取相应措施进行保护，实现了对电梯的保护。
附图说明
图1是本发明的一个具体实施例的监测保护流程示意图；
图2是本发明的又一个具体实施例的监测保护流程示意图；
图3是本发明的又一个具体实施例的监测保护流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种基于TOF相机的电梯保护方法，TOF相机安装在电梯门的正上方，在电梯门边形成一锥形的拍摄范围，对进入锥形拍摄范围内的障碍物进行保护，包括对电梯核心区域、电梯门边及对靠近电梯门边的障碍物的保护。
具体地，TOF(飞行时间Time Of Flight)相机采集到的图像是深度图像与点云图像。
在本申请的一个具体实施例中，电梯核心区域为厅门与电梯轿门处的区域，当电梯门关闭到一定程度直至最终关闭时，TOF相机采集到的图像已经不能反映电梯轿门处是否存在障碍物，因而对此区域内，要采用核心区域算法进行保护，如图1所示，包括以下步骤：
S1、对深度图像进行校正；
S2、将校正后的深度图像转换为灰度图像；
S3、从灰度图像中提取厅门与轿门之间的缝隙线；
S4、检测缝隙线上的变化，并记录变化值；
S5、判断缝隙线的变化是否超过第一设定值，若是，进入下一步，若否，转S7；
S6、判定为有障碍物，进行相应动作保护；
S7、判定为无障碍物，继续检测。
对TOF相机采集到的深度图像进行处理，考虑到因TOF相机的位置原因会引起偏移，对深度图像进行校正，使厅门与轿门之间的缝隙线为水平线，以便于对图像进行分析。
当无障碍物时，缝隙线的灰度图为一条黑色的直线，旁边的门槛为白色的梯形结构；当有障碍物时，缝隙线会发生变化，缝隙线的某一位置会被截断，求取缝隙线的变化值，并与第一设定值进行比较，当变化值大于等于第一设定值时，说明有障碍物存在，正处于关闭状态的电梯门停止关闭，或反向打开，进行相应保护；当变化值小于第一设定值时，说明无障碍物存在，电梯继续原来动作，正处于关闭状态的电梯门继续关闭。
在本申请的一个具体实施例中，电梯门边包括电梯轿门门边与厅门门边区域，在电梯门打开的时候，TOF相机能够采集到电梯轿门与厅门外一定区域的图像，在这一状态中，采用点云图进行分析，更有利于对电梯门边的状态的判断，对电梯门边是否存在障碍物的保护，如图2所示，包括以下步骤：
A1、采集监测区域内的图像；
A2、以电梯两门边之间的连线为X轴，并设置零点，对每个门边沿高度方向的Z轴进行均等分；
A3、在每个等分段内选取一定数量的点，求取同一门边各等分段内选取的所有点，相对X轴零点的距离的均值；
A4、计算同一门边相邻两等分段内均值的差值；
A5、判断差值是否大于等于第二设定值，若否，转A7，若是，进入下一步；
A6、判定为有障碍物，进行相应动作保护；
A7、判定为无障碍物，继续检测。
具体地，此监测范围选取与厅门相对平行的一个区域，主要用于监测门边是否有障碍物，如手、脚等。
步骤A1中，从拍摄的图像中截取门边的图像部分，再从截取的图像中提取监测内的点云图。
步骤A2中，以电梯两门边之间的连线的中点为X轴的零点。这样，当电梯门边有障碍物时，相对于中点，障碍物与中点的距离最小。
对电梯的两个门边进行相同数值的等分，以下以左边门为例进行说明，右边门的计算以此类推。
将左边门沿门高度方向的Y轴等分为10等分，每一段内选取一定数量的点N，设左边门内所有的点数量为M，则
电梯门上的点在X轴有一定的分布，选取的N个点中的任意一个点用Pi表示，M中除N点外的任意一个点用Qj表示，则点N的选取需要满足以下条件：点Pi到零点的距离小于点Qj到零点的距离。
鉴于TOF相机的精度，偶尔会用偏离比较大的点存在，对于这些离群点也需要进行去除。离群点Tk符合以下条件：点Tk到零点的距离小于点Pi到零点的距离。
求取所有点Pi到零点的距离，并对所有点的距离求取均值，每段的均值分别表示为SP1、SP2、……SPN。
计算相邻两段均值的差值，S1＝SP1-SP2；S2＝SP2-SP3；……SN＝SPN-1-SPN；
将S1、S2、……SN分别与第一设定值进行比较，若有一个差值大于等于第一设定值，则认为有障碍物，如果所有的差值都小于第一设定值，则认为无障碍物。
当无障碍物时，每个门边相邻区段的均值相近，其差值为零或近似为零，当有障碍物时，其中一个区段内的均值会接近零点，与相邻门边区段均值的差值远大于零，从而判定为有障碍物。
当然，也可以选取X轴上的任意一点为零点。
在本申请的一个具体实施例中，对靠近电梯门边的障碍物的保护，如图3所示，包括以下步骤：
B1、选取电梯门前的判定范围，对进入所述判定范围内的障碍物进行判定；
B2、以垂直于电梯门为Y轴，选取第一时刻图像上一定数量的点；
B3、计算各点与Y轴零点的距离，并计算所有点的距离均值；
B4、延时一设定时间，再次选取第二时刻图像上一定数量的点，并计算所有点的距离均值；
B5、计算两个时刻的距离均值的差值；
B6、判断差值是否大于等于第三设定值，若否，转B8，若是，进入下一步；
B7、有障碍物靠近电梯门，进行相应保护动作；
B8、无障碍物靠近电梯门，继续检测。
以电梯门前的一个正方形区域为判定范围，该正方形区域与TOF相机的拍摄区域形成锥形空间。如0.5平方米的正方形区域。
以垂直于电梯门为Y轴。
当判定区域内有障碍物进入时，在锥体空间内会有大量的点云出现。
选取第一时刻图像上一定数量的点，对于所有的点，其Y轴坐标大于零，选取锥形空间中的点，选取的条件是，选中的点的Y坐标值相对最小，当然，也要去除掉离群点，不再赘述。
当障碍物离电梯门越近时，Y坐标值越小，反之，离电梯门越远，Y坐标值越大。
相应地，计算各点与Y轴零点的距离，并计算所有点的第一距离均值。
延时一设定时间，选取第二时刻图像上一定数量的点，同样地，求取所有点的第二距离均值。
计算第一距离均值与第二距离均值的差值，如果差值大于等于第三设定值，则认为有障碍物靠近电梯门；如果差值小于第三设定值，则认为无障碍物靠近电梯门。
当以第一时刻的距离均值减去第二时刻的距离均值时，差值为负表示障碍物靠近电梯门；差值为正，表示障碍物远离电梯门；差值接近零时，表示障碍物沿电梯门平行方向移动。
根据比较结果，电梯门进行相应动作，实现保护。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于TOF相机的电梯保护方法，其特征在于：TOF相机安装在电梯门的正上方，在电梯门边形成一锥形的拍摄范围，对进入锥形拍摄范围内的障碍物进行保护，包括对电梯核心区域、电梯门边及对靠近电梯门边的障碍物的保护，其中，对电梯核心区域存在障碍物的保护，包括以下步骤：
S1、对深度图像进行校正, 使厅门与轿门之间的缝隙线为水平线；
S2、将校正后的深度图像转换为灰度图像；
S3、从灰度图像中提取厅门与轿门之间的缝隙线；
S4、检测缝隙线是否被截断，并记录缝隙线的变化值；
S5、判断缝隙线的变化值是否超过第一设定值，若是，进入下一步，若否，转S7；
S6、判定为有障碍物，进行相应动作保护；
S7、判定为无障碍物，继续检测；其中，
对电梯门边是否存在障碍物的保护，包括以下步骤：
A1、采集监测区域内的图像；
A2、以电梯两门边之间的连线为X轴，并设置零点，对每个门边沿高度方向的Z轴进行均等分；
A3、在每个等分段内选取一定数量的点，求取同一门边各等分段内选取的所有点，相对X轴零点的距离的均值；
A4、计算同一门边相邻两等分段内均值的差值；
A5、判断差值是否大于等于第二设定值，若否，转A7，若是，进入下一步；
A6、判定为有障碍物，进行相应动作保护；
A7、判定为无障碍物，继续检测。
2.根据权利要求1所述的电梯保护方法，其特征在于：步骤A1中，将拍摄的图像从中截取门边的图像部分，从截取的图像中提取监测内的点云图。
3.根据权利要求1所述的电梯保护方法，其特征在于：步骤A2中，对电梯的两个门边进行相同数值的等分，以电梯两门边之间的连线的中点为X轴的零点。
4.根据权利要求1所述的电梯保护方法，其特征在于：步骤A3中，所选取的点距离X轴零点最近，并去除离群点；分别计算各区段内选取点对X轴零点的距离，并计算所有点的距离的均值。
5.根据权利要求1所述的电梯保护方法，其特征在于：步骤A5至步骤A7中，当无障碍物时，每个门边相邻区段的均值相近，其差值为零或近似为零，当有障碍物时，其中一个区段内的均值会接近零点，与相邻门边区段均值的差值远大于零，从而判定为有障碍物。
6.根据权利要求1所述的电梯保护方法，其特征在于：对靠近电梯门边的障碍物的保护，包括以下步骤：
B1、选取电梯门前的判定范围，对进入所述判定范围内的障碍物进行判定；
B2、以垂直于电梯门为Y轴，选取第一时刻图像上一定数量的点；
B3、计算各点与Y轴零点的距离，并计算所有点的距离均值；
B4、延时一设定时间，再次选取第二时刻图像上一定数量的点，并计算所有点的距离均值；
B5、计算两个时刻的距离均值的差值；
B6、判断差值是否大于等于第三设定值，若否，转B8，若是，进入下一步；
B7、有障碍物靠近电梯门，进行相应保护动作；
B8、无障碍物靠近电梯门，继续检测。
7.根据权利要求6所述的电梯保护方法，其特征在于：步骤B2、B4中，选取一定数量的点的原则是，所选点的Y坐标值相对最小。
8.根据权利要求6所述的电梯保护方法，其特征在于：当以第一时刻的距离均值减去第二时刻的距离均值时，差值为负表示障碍物靠近电梯门；差值为正，表示障碍物远离电梯门；差值接近零时，表示障碍物沿电梯门平行方向移动。
9.根据权利要求1所述的电梯保护方法，其特征在于：以电梯门前的一个正方形区域为判定范围。
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