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Die Erfindung betrifft ein Kamerasystem mit zumindest zwei auf einen Objektbereich ausgerichteten Kameras zur Erfassung von Tiefen- oder Stereobildern.
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Derartige Kamerasysteme werden beispielsweise eingesetzt, um Objekte zu erkennen und/oder zu klassifizieren, um dann nach erfolgreicher Erkennung bzw. Klassifizierung bestimmte Aktionen auszulösen. Insbesondere werden solche Kamerasysteme in sicherheitsrelevanten Bereichen eingesetzt. Dabei muss in der Regel nach der Erkennung bzw. Klassifizierung eines Objekts und einer damit verbundenen Erkennung einer gefährlichen Situation eine Aktion, beispielsweise das Abschalten einer Maschine, ausgelöst werden, um so die Sicherheit von Bedienpersonen zu gewährleisten.
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Vor allem bei sicherheitsrelevanten Anwendungen ist es erforderlich, Objekte mit größtmöglicher Sicherheit zu erkennen bzw. zu klassifizieren, was mit den aus dem Stand der Technik bekannten Stereo-Kamerasystemen oftmals nicht in ausreichender Weise möglich ist.
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US 2003/0 202 089 A1 offenbart ein mobiles System zur Modellierung und Wiedergabe von Objekten, das mit zwei stereoskopischen digitalen Videokameras, Laser- und Infrarotkameras sowie einer Reihe von Sensoren zur genauen Lagebestimmung des Systems und einer elektronischen Auswerteeinheit ausgestattet ist.
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In
US 2001/0 055 152 A1 ist eine Displayeinrichtung zur Verwendung in einem Helm offenbart, der eine Vorrichtung zur Nachverfolgung der Augenbewegungen des Helmträgers aufweist, welche zwei Miniaturkameras umfasst. Aus der Augenbewegung wird unter Verwendung einer Auswerteeinheit die Blickrichtung des Helmträgers ermittelt und ein dazu passender Bildausschnitt an dem/den Display(s) im Helm dargestellt.
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DE 101 54 861 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Bereitstellung von tiefenaufgelösten Bildern in einem Überwachungsbereich mit einem optoelektronischen Sensor und einem Videosystem mit mindestens einer Videokamera und einer Auswerteeinheit.
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In
DE 198 34 205 C2 ist eine bevorzugt in einen Pilotenhelm integrierte Vorrichtung offenbart, bei der computergenerierte Bildelemente in ein Helmvisier oder eine Brille eingespiegelt werden können. Zwei am Helm angebrachte Bildverstärkerkameras und eine Infrarotkamera liefern Bildinformationen an eine Auswerteeinheit sowie einen Generator. Der von der Auswerteeinheit gesteuerte Generator formt aus den Bildinformationen Bilder, die im Helmvisier angezeigt werden.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kamerasystem der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die Erkennung bzw. Klassifizierung von Objekten mit erhöhter Zuverlässigkeit durchführbar wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch die Integration einer Farb- oder Infrarotkamera in ein Kamerasystem zur Erfassung von Tiefen- oder Stereobildern wird erreicht, dass zusätzlich zu den Tiefen- oder Stereobildern noch zusätzliche Informationen über den Objektbereich zu Verfügung gestellt und ausgewertet werden können, welche sich auf die im Objektbereich vorhandenen Farben und/oder Temperaturen beziehen. Beim Betrieb des erfindungsgemäßen Kamerasystems können bezüglich der zu erkennenden bzw. zu klassifizierenden Objekte Informationen hinsichtlich deren Form, Größe und Bewegungen hinterlegt werden, welche dann mit den erfassten Tiefen- oder Stereobildern verglichen werden. Zusätzlich ist es nun aber auch möglich, bezüglich dieser Objekte Farb- und/oder Temperaturinformationen zu hinterlegen, die dann mit den von der Farb- oder Infrarotkamera gelieferten Informationen verglichen werden, um so durch die erfindungsgemäß mögliche erweiterte Datenauswertung hinsichtlich der vorzunehmenden Klassifizierung bzw. Erkennung eine größere Sicherheit zu erreichen.
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Unter einer Infrarotkamera im Sinne der Erfindung wird eine Kamera verstanden, die entweder dazu in der Lage ist, Temperaturen zu erfassen (im folgenden ”Infrarotkamera für den Temperaturbereich”) oder die als spezielle Monochromkamera dazu geeignet ist, Bilder in einem solchen nicht sichtbaren Infrarotbereich aufzunehmen, der noch nicht dem Temperaturbereich zuzuordnen ist (im folgenden ”Infrarotkamera für den nicht sichtbaren Infrarotbereich”).
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Bei einem erfindungsgemäßen Kamerasystem können insgesamt drei Kameras vorgesehen werden, von denen zwei als Monochromkameras und die dritte als Farb- oder Infrarotkamera ausgebildet ist. Dabei ist es dann besonders bevorzugt, wenn die Monochromkameras eine höhere Auflösung besitzen, als die Farb- oder Infrarotkamera, da es genügt, hinsichtlich der Farb- oder Infrarotkamera mit einer vergleichsweise geringen Auflösung zu arbeiten, was die Anschaffungskosten des Gesamtsystems signifikant verringert. Hinsichtlich der Monochromkameras kann problemlos mit einer vergleichsweise hohen Auflösung gearbeitet werden, da diese Kameras auch mit einer hohen Auflösung kostengünstig erhältlich sind. Dementsprechend stehen dann im Rahmen der Auswertung der von allen drei Kameras gelieferten Bilder sehr exakte Monochrominformationen zur Verfügung, denen die mit geringer Auflösung erfassten Farb- oder Temperaturinformationen überlagert werden können. Die Farbinformationen können in diesem Fall entweder von einer Farbkamera oder von einer Infrarotkamera für den nicht sichtbaren Infrarotbereich geliefert werden.
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Bei einem erfindungsgemäßen System werden als Stereokameras zwei Infrarotkameras für den nicht sichtbaren Infrarotbereich und als zusätzliche Kamera eine Farbkamera eingesetzt. Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest zwei Lichtquellen vorhanden sind, von denen eine zur Aussendung von sichtbarem Licht und die andere zur Aussendung von Infrarotlicht ausgebildet ist. Ein mit solchen Lichtquellen ausgeleuchteter Objektbereich kann mit besonders guten Kontrastwerten erfasst werden, was die Auswertesicherheit erhöht. Vorteilhaft ist es dabei, wenn die zur Aussendung von Infrarotlicht ausgebildete Lichtquelle eine Struktur, insbesondere eine Gitterstruktur, eine Punktstruktur oder ein stochastisches Muster in den Objektbereich projiziert. Diese Strukturen sind aufgrund der Verwendung von Infrarotlicht für eine Bedienperson nicht sichtbar, so dass diese durch die projizierte Strukturen nicht irritiert und in ihrer Tätigkeit behindert wird. Dennoch lässt sich durch die jeweils projizierte Struktur die hinsichtlich der Erkennung bzw. Klassifizierung gegebene Leistungsfähigkeit des Kamerasystems erhöhen, da insbesondere Tiefeninformationen aufgrund einer projizierten Struktur einfacher und besser aus den von den Kameras gelieferten Bildern errechnet werden können.
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Die erfindungsgemäße Farbkamera kann als Drei-Chip-Kamera, als Farbchipkamera mit Filtermaske oder als Foveon-Chip ausgebildet werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn zusätzlich zu einer Farbkamera auch noch eine ebenfalls auf den Objektbereich ausgerichtete Infrarotkamera für den Temperaturbereich vorgesehen wird. So lassen sich dann zusätzlich zu einem Tiefen- oder Stereobild sowohl Farb- als auch Temperaturbilder des Objektbereichs ermitteln, welche dann in ihrer Gesamtheit zur Auswertung bzw. Objekterkennung oder Objektklassifizierung herangezogen werden können.
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Bei Vorsehung von insgesamt drei oder vier Kameras innerhalb des erfindungsgemäßen Kamerasystems ist es möglich den Kameras insgesamt nur zwei Empfangsoptiken zuzuordnen, von denen zumindest eine über einen Strahlteiler zwei Kameras beaufschlagt. Es genügen also grundsätzlich zwei Empfangsoptiken, um Bilder des Objektbereichs mittels drei oder vier Kameras aufzunehmen, was die Gesamtkosten des Systems verringert.
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Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht aus zwei Monochromkameras, einer Farb- und einer Infrarotkamera, wobei eine erste Empfangsoptik mit Strahlteiler einer der beiden Monochromkameras und der Farbkamera zugeordnet ist, während eine zweite Empfangsoptik mit Strahlteiler der anderen Monochromkamera und der Infrarotkamera zugeordnet wird. Mit dieser Anordnung sind unter Verwendung von nur zwei Empfangsoptiken ein Tiefen- bzw. Stereobild, ein Farbbild und auch ein Temperaturbild des Objektbereichs erfassbar.
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Erfindungsgemäß wird eine gemeinsame Auswerteeinheit zur Verarbeitung der von allen Kameras gelieferten Daten vorgesehen, welche zum Beispiel bei Anwendungen in sicherheitsrelevanten Bereichen insbesondere redundant zweikanalig aufgebaut und/oder mit Mitteln zum Selbsttest ausgerüstet ist. Die Auswerteeinheit kann so ausgelegt werden, dass sie nicht zwingend immer die gesamten, von den Kameras gelieferten Bilder auswertet, sondern die Auswertung auf definierte Schutz- und/oder Warnfelder beschränkt. Die Auswerteeinheit weist Mittel zur Ausgabe von Warn- oder Stoppsignalen auf, welche aktiviert werden, wenn kritische Objekte erkannt bzw. klassifiziert wurden. In üblicher Weise kann die Auswerteeinheit mit Schnittstellen für Netzwerke und Bussysteme ausgestattet werden. Über diese Schnittstellen können sowohl Daten ausgegeben als auch empfangen werden. Insbesondere ist es möglich, die Auswerteeinheit über die Schnittstellen mit Daten zu versorgen, die das Kamerasystem über Maschinenbewegungen in einem zu überwachenden Bereich informieren und/oder die dazu dienen, die jeweils aktiven Schutz- oder Warnfelder festzulegen. Über die genannten Schnittstellen kann die Auswerteeinheit auch Informationen über erkannte bzw. klassifizierte Objekte liefern oder bestimmte Maschinensteuerungen auslösen.
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Alle erfindungsgemäß vorgesehenen Kameras können zur Erfassung von auf einen bestimmten Zeitpunkt bezogenen Informationen über den Objektbereich gleichzeitig aktivierbar sein, so dass sichergestellt wird, dass zwischen den von den einzelnen Kameras gelieferten Bildern kein Zeitversatz auftritt.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; in diesen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kamerasystems gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kamerasystems gemäß einer zweiten Ausführungsform,
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3 eine schematische Ansicht eines anderen Kamerasystems und
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4 eine schematische Ansicht eines weiteren Kamerasystems.
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1 zeigt ein Kamerasystem, welches aus insgesamt drei Kameras 2, 4, 6 besteht, wobei die beiden äußeren Kameras 2, 6 als monochrome Kamera oder als Infrarotkamera für den nicht sichtbaren Infrarotbereich und die mittlere Kamera 4 als Farbkamera ausgebildet sind. Die optischen Achsen aller Kameras 2, 4, 6 verlaufen parallel zueinander, so dass alle Kameras 2, 4, 6 auf einen Objektbereich 8 ausgerichtet sind, in welchem sich die Gesichtsfelder der Kameras 2, 4, 6 überschneiden.
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Alle drei Kameras 2, 4, 6 sind mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit 10 gekoppelt.
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Optional befinden sich beidseits der Kameras 2, 4, 6 jeweils eine Infrarotleuchte 12 sowie eine weitere Leuchte 14, welche sichtbares Licht aussendet. Die Leuchten 12, 14 sind dabei alle so positioniert, dass sie den Objektbereich 8 ausleuchten.
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Das Kamerasystem gemäß 2 ist mit insgesamt vier Kameras 16, 18, 20, 22 ausgestattet, wobei jeder Kamera 16, 18, 20, 22 jeweils ein individuelles Filter 16', 18', 20', 22' vorgeschaltet ist, wobei jedes dieser Filter 16', 18', 20', 22' nur für bestimmte Spektralbereiche durchlässig ist.
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Die beiden Kameras 18, 20, deren optische Achsen senkrecht zum Objektbereich 8 verlaufen, sind als Monochromkameras ausgebildet und dienen gemeinsam der Erfassung von Tiefen- oder Stereobildern. Die Kamera 16, deren optische Achse ebenso wie diejenige der Kamera 22 parallel zum Objektbereich 8 verläuft, ist als Farbkamera ausgebildet. Die Kamera 22 ist als Infrarotkamera ausgeführt.
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Die Farbkamera 16 sowie die Monochromkamera 18 werden über eine gemeinsame Empfangsoptik 24 mit nachgeschaltetem Strahlteiler 26 beaufschlagt, wohingegen die andere Monochromkamera 20 und die Infrarotkamera 22 über eine gemeinsame Empfangsoptik 28 mit ebenfalls nachgeschaltetem Strahlteiler 30 beaufschlagt werden.
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Alle Kameras 16, 18, 20, 22 sind mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit 10 verbunden.
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3 zeigt ein Kamerasystem, welches eine Monochromkamera 32 sowie eine Farbkamera 34 aufweist, welche beide mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit 10 verbunden sind. Beide Kameras 32, 34 sind so ausgerichtet, dass sie zur Erfassung eines gemeinsamen Objektbereichs 8 ausgelegt sind.
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In der Auswerteeinheit 10 ist eine Transformationseinheit 36 vorgesehen, welche dazu dient, das von der Farbkamera 34 gelieferte Bild in ein monochromes Bild zu transformieren, welches die gleiche Auflösung besitzt, wie die von der Monochromkamera 32 gelieferten Bilder. Somit stehen in der Auswerteeinheit 10 zum einen das von der Monochromkamera 32 gelieferte monochrome Bild und das von der Farbkamera 34 in Verbindung mit der Transformationseinheit 36 gelieferte weitere monochrome Bild des Objektbereichs 8 und andererseits auch das von Farbkamera 34 gelieferte Farbbild zum Zwecke der Auswertung zur Verfügung.
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4 zeigt ein System, welches neben einer Farbkamera 36 auch noch eine entfernungsmessende Kamera 40 aufweist, welche beispielsweise als Lichtlaufzeitkamera ausgebildet sein kann. Beide Kameras 38, 40 sind wiederum auf den Objektbereich 8 ausgerichtet und mit einer gemeinsamen Auswerteeinheit 10 verbunden. Beidseits der entfernungsmessenden Kamera 40 sind jeweils Lichtquellen 42 vorgesehen, welche dazu dienen, den Objektbereich 8 auszuleuchten und dadurch die Aufnahme von Entfernungsbildern mittels der Kamera 40 zu ermöglichen.
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Die jeweiligen Funktionsweisen und Vorteile der vier vorstehend vorbeschriebenen Ausführungsvarianten der Erfindung wurden bereits im Rahmen der allgemeinen Beschreibung der Erfindung erläutert.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Monochromkamera
- 4
- Monochromkamera
- 6
- Farbkamera
- 8
- Objektbereich
- 10
- Auswerteeinheit
- 12
- Infrarotleuchte
- 14
- Leuchte
- 16
- Farbkamera
- 16'
- Filter
- 18
- Monochromkamera
- 18'
- Filter
- 20
- Monochromkamera
- 20'
- Filter
- 22
- Infrarotkamera
- 22'
- Filter
- 24
- Empfangsoptik
- 26
- Strahlteiler
- 28
- Empfangsoptik
- 30
- Strahlteiler
- 32
- Monochromkamera
- 34
- Farbkamera
- 36
- Transformationseinheit
- 38
- Farbkamera
- 40
- entfernungsmessende Kamera
- 42
- Lichtquellen
