CN115676565A - 一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法与系统，涉及光电数字数据处理技术领域，包括步骤：通过对阵列发射的镭射光源进行偏转以及偏光处理获取阵列镭射光栅；通过对阵列镭射光栅经物体碰撞衍射后的阵列衍射光栅进行衰减处理获取各单元光栅；根据由各单元光栅的光栅传播时间构成的光栅传播时间阵列构建当前场景下的场景模型，并与电梯空置场景下的基础场景模型进行差拍，获取当前场景所存在物体的空间数据；根据空间数据判断物体是否处于目标区域的预设范围内进行电梯开闭控制。本发明采用偏转与偏光相结合的方式对阵列发射的镭射光源进行处理并基于差拍获取物体空间数据，无需图像采集就能获得精确且高效的物体空间判定。

Description

一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法与系统

技术领域

本发明涉及光电数字数据处理技术领域，具体涉及一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法与系统。

背景技术

现有的电梯门保护系统多为二维红外光幕系统，是一种基于红外线被遮挡感知实现避让的功能，用以保障电梯门在开关门过程中的安全。但是，由于红外光幕系统难以识别细小的物体（仅能识别50*50*15mm以上的物体，不能识别透明玻璃），因此极易造成电梯门夹人、夹碎玻璃、盲区误夹、拖拽小孩子的手或乘梯人的衣服而导致产生致命的人身安全问题。由于目前全球电梯行业都没有更好的技术解决方案，因此，现有红外线光幕技术依旧是全球电梯制造商唯一通用的二维先进技术。但是，其作为二维技术只能识别一个平面上的物体，且不能识别细小物体，在一些特殊情况下对于电梯门开闭的安全控制仍然存在不足之处。

发明内容

为弥补现有技术中的不足，提高电梯门开闭控制的安全性，本发明提出了一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法，包括步骤：

S1：通过对阵列发射的镭射光源进行偏转以及偏光处理，获取相对平行并射向目标区域方向，且滤除散射光后的阵列镭射光栅；

S2：通过对阵列镭射光栅经物体碰撞衍射后的阵列衍射光栅进行衰减处理，以获取滤除外界光源干扰后的各单元光栅；

S3：基于光电感应效应将各单元光栅转换为电信号，并对电信号进行换算获取各单元光栅的光栅传播时间；

S4：根据由各单元光栅的光栅传播时间构成的光栅传播时间阵列构建当前场景下的场景模型，并与电梯空置场景下的基础场景模型进行差拍，获取当前场景所存在物体的空间数据；

S5：根据空间数据判断物体是否处于目标区域的预设范围内，若是，控制电梯门保持开启状态，若否，控制电梯门根据门梯信号进行关闭。

进一步地，所述S3步骤之前，还包括步骤：

S30：通过聚合以及偏光处理对各单元光栅进行处理。

进一步地，所述S3步骤中，电信号通过若干呈阵列排布的光电转换电路进行获取，其中光电转换电路包括：

第一光敏三极管，其基极感应单元光栅，发射极接地，集电极同时连接第一电阻的一端和第二三极管的基极；所述第一电阻的另一端接入电源；所述第二三极管的集电极通过第二电阻接入电源，发射极连接模数转换芯片的模拟信号输入端并通过第一电容接地。

进一步地，所述S4步骤中，基础场景模型为电梯空置状态下，各单元光栅的光栅传播时间持续时间最长时构建的场景模型。

进一步地，所述S4步骤中，差拍的具体操作为当前场景下的场景模型减去基础场景模型，以获取当前场景所存在物体的空间数据。

本发明还提出了一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护系统，包括：

阵列发射单元，用于发射呈阵列排布的镭射光源；

发射处理单元，用于通过对镭射光源进行偏转以及偏光处理，获取相对平行并射向目标区域方向，且滤除散射光后的阵列镭射光栅；

接收处理单元，用于通过对阵列镭射光栅经物体碰撞衍射后的阵列衍射光栅进行衰减处理，以获取滤除外界光源干扰后的各单元光栅；

阵列接收单元，用于根据光电感应效应将各单元光栅转换为电信号，并对电信号进行换算获取各单元光栅的光栅传播时间；

物体识别单元，用于根据由各单元光栅的光栅传播时间构成的光栅传播时间阵列构建当前场景下的场景模型，并与电梯空置场景下的基础场景模型进行差拍，获取当前场景所存在物体的空间数据；

门机控制单元，用于根据空间数据在物体处于目标区域的预设范围内时控制电梯门保持开启状态，否则控制电梯门根据门梯信号进行关闭。

进一步地，还包括光栅优化单元，用于在阵列接收单元接收各单元光栅前，通过聚合以及偏光处理对各单元光栅进行处理。

进一步地，所述阵列接收单元中，电信号通过若干呈阵列排布的光电转换电路进行获取，其中光电转换电路包括：

第一光敏三极管，其基极感应单元光栅，发射极接地，集电极同时连接第一电阻的一端和第二三极管的基极；所述第一电阻的另一端接入电源；所述第二三极管的集电极通过第二电阻接入电源，发射极连接模数转换芯片的模拟信号输入端并通过第一电容接地。

进一步地，所述物体识别单元中，基础场景模型为电梯空置状态下，各单元光栅的光栅传播时间持续时间最长时构建的场景模型。

进一步地，所述物体识别单元中，差拍的具体操作为当前场景下的场景模型减去基础场景模型，以获取当前场景所存在物体的空间数据。

与现有技术相比，本发明至少含有以下有益效果：

（1）本发明所述的一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法与系统，采用偏转与偏光相结合的方式对阵列发射的镭射光源进行处理，获得目标区域方向上的阵列镭射光栅，由于形成光幕的各单元光栅之间间隔小，能够达到毫米级别的识别，因此能够识别更为细小的物体，而在经过散射光以及外界光源滤除后，避免了杂光对物体识别的干扰，更是对识别精度做出了保证；

（2）由于是基于镭射光反射进行的物体识别，而对于任何物体都会发生反射，不存在由于穿透透明介质导致的无法识别问题，因此能够有效识别透明玻璃等高光通性材质的物体，减少漏识别发生的可能；

（3）无需采集当前场景的实时图像信息并进行相应计算识别，而是通过光幕反射时间变化识别的方式，根据反射时间的变化，计算出物体相应的空间信息，信息处理较为简单，无需过多的计算，大大提高了识别效率。

附图说明

图1为一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法的步骤图；

图2为一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护系统的结构图；

图3为镭射发射、接收示意图；

图4为光电转换电路的电路示意图。

附图标记说明：1-镭射光源、2-偏转透镜、3-阵列镭射光栅、4-第一偏光片、5-阵列衍射光栅、6-阵列光敏传感器、7-光衰减片、8-聚光镜、9-第二偏光片。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

传统的二维红外光幕系统，是采用红外发射、红外接收两个操作实现的，当物体遮挡住红外线时，使接收端丢失了红外线进而感知到物体，然而由于其只能识别一条线上的物体，因此要识别整个电梯门开闭方向上的物体进出，就需要设置多个红外发射接收端，而在成本考虑的情况下，往往是在竖直方向上间隔一段较大的距离后才会设置一个红外发射接收端，这就导致了其识别精度不高，容易出现漏识别和识别盲区的问题。同时由于其依赖于对向方向上的发射和接收进行物体识别，在面对透明介质物体时，由于光的透射，容易出现无法识别的问题。基于现有技术上的不足，如图1所示，本发明提出了一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法，包括步骤：

S1：通过对阵列发射的镭射光源进行偏转以及偏光处理，获取相对平行并射向目标区域方向，且滤除散射光后的阵列镭射光栅；

S2：通过对阵列镭射光栅经物体碰撞衍射后的阵列衍射光栅进行衰减处理，以获取滤除外界光源干扰后的各单元光栅；

S3：基于光电感应效应将各单元光栅转换为电信号，并对电信号进行换算获取各单元光栅的光栅传播时间；

S4：根据由各单元光栅的光栅传播时间构成的光栅传播时间阵列构建当前场景下的场景模型，并与电梯空置场景下的基础场景模型进行差拍，获取当前场景所存在物体的空间数据；

S5：根据空间数据判断物体是否处于目标区域的预设范围内，若是，控制电梯门保持开启状态，若否，控制电梯门根据门梯信号进行关闭。

考虑到现有红外二维光幕需要通过多个红外发射接收装置对才能实现整个电梯门开关方向上的物体识别，且容易存在识别盲区的问题。本发明提出通过对光发射端阵列发射的镭射光源进行偏转处理的方式（如图3所示），通过偏转透镜2对镭射光源1发射的阵列光进行偏转，从而形成射线目标区域方向上呈相对平行的，具有极小光栅间隔的阵列镭射光栅3，以此使各单元光栅形成的光幕能够覆盖整个目标区域（在一优选实施例中，目标区域为电梯门外1000mm和电梯门内10mm纵深的立体范围区域）。

而由于本发明是基于含有一定间隔的单元光栅的传播时间进行的物体识别，因此需要避免光栅间隔与各单元光栅中因其它方向上光线的干扰（可以为散射光或外界光源）。出于这一考虑，本发明还设置有第一偏光片4对散射光进行滤除，从而保证光栅通道上光束的同步性，降低光线干扰造成的光栅时序识别混乱。

进一步地，当阵列镭射光栅中部分单元光栅照射到物体时（如T1、T2、T3），会发生反射成为阵列衍射光栅5，进而被与镭射光源处于电梯同一侧平面上的阵列光敏传感器6识别，产生带有时序特征的电信号。而由于电梯内部存在其它光源，因此在未经处理的情况下，实际被阵列光敏传感器6接收到的光源还包括外界光源。因此，为了避免外界光源的干扰，本发明在光接收端先设置一个光衰减片7，按照指定的比例将光栅透过率进行降低，使透过的光栅强度减弱，进而滤除环境内的外界光源。而后通过聚光镜8和第二偏光片9对各单元光栅进行处理，缩小各单元光栅之间的距离，使各单元光栅在保持阵列排布的同时，缩小阵列整体的大小，进而能够以阵列的形式整体射入同样具有阵列排布特征的阵列光敏传感器6（也即是步骤S30：通过聚合以及偏光处理对各单元光栅进行处理）。

其中，阵列光敏传感器6是基于光电感应效应，通过若干光电转换电路（其数量需大于等于阵列中单元光栅的数量）实现的光信号到电信号的转换，具体电路如图4所示，该电路包括：

第一光敏三极管Q1，其基极感应单元光栅，发射极接地，集电极同时连接第一电阻R1的一端和第二三极管Q2的基极；所述第一电阻R1的另一端接入电源VCC；所述第二三极管Q2的集电极通过第二电阻R2接入电源，发射极连接模数转换芯片U1的模拟信号输入端并通过第一电容C1接地。

在这里，各单元光栅在被阵列光敏传感器6接收到以后，就会被转换为电信号，并由模数转换芯片U1进一步转换为数字信号后被后续的处理芯片识别。而由于物体在目标区域中所处空间区域的不同，经由物体反射至阵列光敏传感器6的光栅的传播路径长短也不同，因此，各单元光栅被阵列光敏传感器6接收到的时序也就不同，从而最终产生具有时序特征的数字号。根据该数字信号，就能识别出各物体在当前场景下所处的空间位置，并通过与预设范围（人为设置的相较于电梯门的安全区域范围）的比对，判定该物体是否处于安全范围内，并对电梯门的开闭进行介入控制。

实施例二

为了更好的对本发明的技术内容进行理解，本实施例通过系统结构的方式来对本发明进行阐述，如图2所示，一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护系统，包括：

阵列发射单元，用于发射呈阵列排布的镭射光源；

发射处理单元，用于通过对镭射光源进行偏转以及偏光处理，获取相对平行并射向目标区域方向，且滤除散射光后的阵列镭射光栅；

接收处理单元，用于通过对阵列镭射光栅经物体碰撞衍射后的阵列衍射光栅进行衰减处理，以获取滤除外界光源干扰后的各单元光栅；

阵列接收单元，用于根据光电感应效应将各单元光栅转换为电信号，并对电信号进行换算获取各单元光栅的光栅传播时间；

物体识别单元，用于根据由各单元光栅的光栅传播时间构成的光栅传播时间阵列构建当前场景下的场景模型，并与电梯空置场景下的基础场景模型进行差拍，获取当前场景所存在物体的空间数据；

门机控制单元，用于根据空间数据在物体处于目标区域的预设范围内时控制电梯门保持开启状态，否则控制电梯门根据门梯信号进行关闭。

进一步地，还包括光栅优化单元，用于在阵列接收单元接收各单元光栅前，通过聚合以及偏光处理对各单元光栅进行处理。

进一步地，阵列接收单元中，电信号通过若干呈阵列排布的光电转换电路进行获取，其中光电转换电路包括：

第一光敏三极管，其基极感应单元光栅，发射极接地，集电极同时连接第一电阻的一端和第二三极管的基极；所述第一电阻的另一端接入电源；所述第二三极管的集电极通过第二电阻接入电源，发射极连接模数转换芯片的模拟信号输入端并通过第一电容接地。

进一步地，物体识别单元中，基础场景模型为电梯空置状态下，各单元光栅的光栅传播时间持续时间最长时构建的场景模型。

进一步地，物体识别单元中，差拍的具体操作为当前场景下的场景模型减去基础场景模型，以获取当前场景所存在物体的空间数据。

综上所述，本发明所述的一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法与系统，采用偏转与偏光相结合的方式对阵列发射的镭射光源进行处理，获得目标区域方向上的阵列镭射光栅，由于形成的各单元光栅之间间隔小，能够达到毫米级别，因此能够识别更为细小的物体，而在经过散射光以及外界光源滤除后，避免了杂光对物体识别的干扰，更是对识别精度做出了保证。

由于是基于镭射光反射进行了物体识别，而对于任何物体都会发生反射，不存在由于穿透透明介质导致的无法识别问题，因此能够有效识别透明玻璃等高光通性材质物体，减少漏识别发生的可能。

无需采集当前场景的实时图像信息并进行相应计算识别，而是通过光幕反射时间变化识别的方式，根据反射时间的变化，计算出物体相应的空间信息，信息处理较为简单，无需过多的计算，大大提高了识别效率。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”、“一”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法，其特征在于，包括步骤：

S1：通过对阵列发射的镭射光源进行偏转以及偏光处理，获取相对平行并射向目标区域方向，且滤除散射光后的阵列镭射光栅；

S2：通过对阵列镭射光栅经物体碰撞衍射后的阵列衍射光栅进行衰减处理，以获取滤除外界光源干扰后的各单元光栅；

S3：基于光电感应效应将各单元光栅转换为电信号，并对电信号进行换算获取各单元光栅的光栅传播时间；

S4：根据由各单元光栅的光栅传播时间构成的光栅传播时间阵列构建当前场景下的场景模型，并与电梯空置场景下的基础场景模型进行差拍，获取当前场景所存在物体的空间数据；

S5：根据空间数据判断物体是否处于目标区域的预设范围内，若是，控制电梯门保持开启状态，若否，控制电梯门根据门梯信号进行关闭。

2.如权利要求1所述的一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法，其特征在于，所述S3步骤之前，还包括步骤：

S30：通过聚合以及偏光处理对各单元光栅进行处理。

3.如权利要求1所述的一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法，其特征在于，所述S3步骤中，电信号通过若干呈阵列排布的光电转换电路进行获取，其中光电转换电路包括：

第一光敏三极管，其基极感应单元光栅，发射极接地，集电极同时连接第一电阻的一端和第二三极管的基极；所述第一电阻的另一端接入电源；所述第二三极管的集电极通过第二电阻接入电源，发射极连接模数转换芯片的模拟信号输入端并通过第一电容接地。

4.如权利要求1所述的一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法，其特征在于，所述S4步骤中，基础场景模型为电梯空置状态下，各单元光栅的光栅传播时间持续时间最长时构建的场景模型。

5.如权利要求1所述的一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护方法，其特征在于，所述S4步骤中，差拍的具体操作为当前场景下的场景模型减去基础场景模型，以获取当前场景所存在物体的空间数据。

6.一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护系统，其特征在于，包括：

阵列发射单元，用于发射呈阵列排布的镭射光源；

发射处理单元，用于通过对镭射光源进行偏转以及偏光处理，获取相对平行并射向目标区域方向，且滤除散射光后的阵列镭射光栅；

接收处理单元，用于通过对阵列镭射光栅经物体碰撞衍射后的阵列衍射光栅进行衰减处理，以获取滤除外界光源干扰后的各单元光栅；

阵列接收单元，用于根据光电感应效应将各单元光栅转换为电信号，并对电信号进行换算获取各单元光栅的光栅传播时间；

物体识别单元，用于根据由各单元光栅的光栅传播时间构成的光栅传播时间阵列构建当前场景下的场景模型，并与电梯空置场景下的基础场景模型进行差拍，获取当前场景所存在物体的空间数据；

门机控制单元，用于根据空间数据在物体处于目标区域的预设范围内时控制电梯门保持开启状态，否则控制电梯门根据门梯信号进行关闭。

7.如权利要求6所述的一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护系统，其特征在于，还包括光栅优化单元，用于在阵列接收单元接收各单元光栅前，通过聚合以及偏光处理对各单元光栅进行处理。

8.如权利要求6所述的一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护系统，其特征在于，所述阵列接收单元中，电信号通过若干呈阵列排布的光电转换电路进行获取，其中光电转换电路包括：

第一光敏三极管，其基极感应单元光栅，发射极接地，集电极同时连接第一电阻的一端和第二三极管的基极；所述第一电阻的另一端接入电源；所述第二三极管的集电极通过第二电阻接入电源，发射极连接模数转换芯片的模拟信号输入端并通过第一电容接地。

9.如权利要求6所述的一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护系统，其特征在于，所述物体识别单元中，基础场景模型为电梯空置状态下，各单元光栅的光栅传播时间持续时间最长时构建的场景模型。

10.如权利要求6所述的一种基于镭射智能光幕的电梯门开闭保护系统，其特征在于，所述物体识别单元中，差拍的具体操作为当前场景下的场景模型减去基础场景模型，以获取当前场景所存在物体的空间数据。

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