DE102006010990B4 - Sicherheitssystem - Google Patents

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Abstract

Sicherheitssichtsystem zur Erfassung des Eindringens von Personen oder Teilen von Personen in einen zuvor festgelegten Bereich, welches Folgendes umfasst: einen dreidimensionalen Bildsensor (12, 13, 16), der dazu dient, einen zuvor festgelegten Bereich aufzunehmen und digitale Entfernungssignale für jeden Punkt des Bereiches zu liefern; einen Illuminator (14), der eine Reihe von Lichtquellen (15) besitzt, welche auf den zu beleuchtenden Bereich gerichtet sind; und ein Verarbeitungssystem (20, 30, 32), das dazu dient, die vom Sensor erzeugten Signale zu analysieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe von Lichtquellen (15) einen Lichtfluss erzeugt, dessen Intensität im Fernbereich von der Mitte zur Peripherie des zuvor festgelegten Aufnahmebereichs mit dem Winkel von der Sensorachse (13) zunimmt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Sicherheitssichtsystem zur Erfassung von Personen oder Teilen von Personen, die in einen zuvor festgelegten Bereich eindringen oder darin anwesend sind. Insbesondere ist die Erfindung dazu bestimmt, das Eindringen von Personen in einen verbotenen Bereich, beispielsweise in die Umgebung einer in Betrieb befindlichen Industriemaschine, festzustellen, um die Maschine stillzusetzen, bevor es zu einem Unfall kommt. Es ist allerdings vorhersehbar, dass die Erfindung auch bei anderen Arten von Kontrollen Verwendung finden kann, beispielsweise beim Schutz der Unversehrtheit von Aufzugbenutzern, bei der Überwachung von diebstahlgefährdeten Bereichen, insbesondere in Banken, o. ä.
  • Zur Versperrung des Zugangs zu gefährlichen Maschinen, wie z. B. Pressen, werden seit vielen Jahren optoelektrische Schranken verwendet, aber der Gebrauch dieser Schranken ist mit hohen Kosten sowie verschiedenen praktischen Nachteilen verbunden, da der betroffene Bereich bis auf eine oder mehrere, mittels entsprechender Schranken überwachte Öffnungen eingezäunt werden muss, abgesehen davon, dass die Schranke selbst relativ viel Raum einnimmt, was mit operativen Einschränkungen und Nachteilen verbunden ist. Darüber hinaus ist jede an den Anlagen vorgenommene Änderung, wie der Austausch von Maschinen, Änderungen in der Anordnung der Räume usw., mit einer radikalen Erneuerung der Schranken und der Einzäunung verbunden.
  • Zur Überwindung der genannten Nachteile wurde vorgeschlagen, die optoelektrischen Schranken durch dreidimensionale Sichtsysteme zu ersetzen, die die Fähigkeit haben, die Position von Gegenständen festzustellen, die sich innerhalb ihres Sichtfeldes befinden und folglich in der Lage sind, Personen oder Teile von Personen zu erfassen, die in einen zuvor festgelegten, kritischen Bereich eindringen oder darin anwesend sind. Diese Sichtsysteme erfordern im Grunde nur eine oder mehrere Videokameras, die den gewünschten Bereich üblicherweise von oben überwachen, ohne dass Umzäunungen oder andere sperrige Anlagen erforderlich sind, und darüber hinaus sind im Falle einer Umwandlung der Räume nur minimale Veränderungen notwendig.
  • Von den bekannten dreidimensionalen Sichttechniken gehört die auf dem Prinzip der Flugzeit (TOF) basierende Technik zu den vielversprechendsten für die oben genann te Anwendung. Gemäß dieser Technik projiziert ein Illuminator pulsierendes oder hochfrequenzmoduliertes Licht in Richtung des zu überwachenden Bereiches. Die Information über die Entfernung zwischen dem Sensor und den Objekten, die sich in seinem Aktionsfeld befinden, wird Pixel für Pixel abgeleitet, wobei die Zeit gemessen wird, welche die vom Illuminator abgegebene Energiemenge benötigt, welche wieder in Richtung Sensor geleitet wird, um die Illuminator–Objekt–Sensor-Strecke zurückzulegen, da die Lichtgeschwindigkeit bekannt ist. Aufgrund ihres geringen Preises und ihres einfachen Gebrauchs wird üblicherweise eine Vielzahl von LEDs als Lichtquellen verwendet, welche Lichtenergie im nahen Infrarotbereich aussenden und in Reihen montiert sind, um den Gesamtlichtfluss, wie in dem in den 1 und 2 dargestellten Beispiel gezeigt wird, bei denen herkömmliche Illuminatoren dargestellt sind, welche aus Reihen von symmetrisch um einen Bildsensor oder eine Fernsehkamera S angeordneten LEDs L bestehen.
  • In der US 6,735,450 B2 ist eine Kamera mit einer Beleuchtungseinrichtung gezeigt, wobei ein zeitlich veränderlicher Helligkeitsverlauf erzeugt wird, indem Leuchtringe unterschiedlicher Leuchtkraft in geeigneten Kombinationen ein- bzw. ausgeschaltet werden. Die Helligkeiten der Leuchtringe sind in Zweierpotenzen abgestuft und ihre Ansteuerung folgt einem binären Schlüssel.
  • In der nachveröffentlichten DE 103 60 761 A1 wird eine Beleuchtungseinrichtung für eine Überwachungskamera vorgeschlagen, wobei die optischen Achsen von kranzförmig angeordneten Leuchtdioden der Beleuchtungseinrichtung eine optische Achse eines Bildsensors der Kamera schneiden.
  • Die DE 101 32 482 A1 offenbart eine Beleuchtungsvorrichtung für eine Bilderzeugungsvorrichtung mit symmetrisch zu einer optischen Achse der Beleuchtungsvorrichtung angeordneten Leuchtdioden. Der Winkel zwischen den Abstrahlrichtungen der Leuchtdioden mit maximaler Helligkeit und der optischen Achse liegt im Bereich zwischen 15 und 45°, insbesondere bei ungefähr 30°.
  • Die marktüblichen, aus LED-Reihen bestehenden Illuminatoren, garantieren jedoch keine für die geschilderte Anwendung ausreichende Präzision bei der Entfernungsmessung. Bei diesen werden im Allgemeinen billige Kunststoffbauteile eingesetzt, deren Strahldivergenz (FOV) nicht mehr als 50° beträgt und deren Energieverteilungsverlauf dem in 3 gezeigten Schema entspricht, in dem die relative Intensität der Lichtenergie einer LED, abhängig vom Emissionswinkel bezogen auf die LED-Achse, sowohl als Polardiagramm als auch in einem kartesischen Koordinatensystem dargestellt ist. Die vom Illuminator ausgestrahlte Gesamtlichtenergie hat im Fernbereich etwa denselben Verlauf, wie in 4 gezeigt wird, wo die relative Intensität auf der Ordinate auf den Ablenkwinkel von der Illuminatorachse auf der Abszisse bezogen wird. In Sichtsystemen, bei denen die FOV größer als 50° ist, so wie dies bei Überwachung von Gefahrenbereichen erforderlich ist, sind die Außenränder der Szene schlecht ausgeleuchtet oder, wenn versucht wird, die Außenränder besser auszuleuchten, empfängt das Zentrum der Szene eine solche Lichtenergiemenge, dass der auf die entsprechenden Pixel reflektierte Teil um einige Größenordnungen größer ist als der, der auf jene Pixel reflektiert wird, die zu den Rändern der Szene hin gerichtet sind. Dieser Defekt wird bei hoch reflektierenden Flächen wie Maschinenteilen, technischen Gegenständen, Fußböden in Industriehallen usw. unüberwindbar. Daraus ergibt sich, dass die Pixel, die zum Zentrum der Szene hin gerichtet sind, leicht gesättigt werden, was zu groben Fehlern bei der Entfernungsmessung führt.
  • Wenn man darüber hinaus noch den tatsächlich auftretenden Fall berücksichtigt, dass die Flächen teils lichtreflektierend und teils lichtstreuend sind, ergibt sich dar aus, dass das Abklingen der in Einfallrichtung reflektierten Energie im Wesentlichen proportional zu cosna ist, wobei a der Winkel zwischen der Senkrechten bezogen auf die Fläche und der Einfallsstrahlrichtung ist, während der Exponent n ein empirischer Parameter ist, welcher von den Merkmalen der beleuchteten Oberfläche abhängt.
  • Neben dem Illuminator umfasst das dreidimensionale Sichtsystem typischerweise eine Bildfangvorrichtung, die in der Lage ist, ein Bild des Überwachungsbereiches einzufangen, sowie eine Vorrichtung zur Digitalisierung und Bearbeitung des eingefangenen Bildes, welche Pixel für Pixel eine Entfernungskarte erstellt. Die dreidimensionale Karte kann anschließend unter sicheren Bedingungen analysiert werden, um festzustellen, ob eine Person in den Schutzbereich eingedrungen ist.
  • Typischerweise vergleichen die zur Erfassung von Eindringlingen verwendbaren Algorithmen die Merkmale eines Bezugsbildes mit den Merkmalen des gerade eingefangenen Bildes; dieser Prozess erfordert die Ausführung komplexer sequentieller Algorithmen mit einer großen Datenmenge pro Bild. Daher ist der Bildanalyseprozess, vor allem die Feststellung, ob jemand in den zuvor festgelegten Bereich eingedrungen ist, als solche sehr langwierig.
  • Wie einem Fachmann klar ersichtlich ist, können die oben genannten, beim Problem der Zutrittkontrollsicherheit bekannten Sichtsysteme nicht unmittelbar angewendet werden, da es einerseits notwendig ist, das System mittels angemessener Redundanz der Verarbeitungsvorrichtungen und anderer Kunstgriffe „fail-safe” auszustatten und andererseits die Ansprechzeit des Systems verkürzt werden muss, damit dieses einen eventuellen Zutritt binnen eines Zeitraumes melden kann, welcher normalerweise unter 100 Millisekunden liegen muss. Insbesondere wird im Zusammenhang mit der Umsetzung der Sicherheitsbedingungen (fail-safe) durch die IEC-Norm 61496-1 bezüglich der Sicherheit von elektrosensiblen Schutzvorrichtungen im Falle von ESPE (Electro-sensitive protective equipment) des Typs 4 und des Typs 3 die Verwendung einer redundanten Architektur vorgeschrieben, welche zu einer erheblichen Kostenerhöhung führt, während die Norm IEC 61508 bezüglich der Funktionssicherheit von programmierbaren elektronischen Systemen die Sicherheitsniveaus SIL3 und SIL2 vorschreibt, für deren Erreichen Methoden zur Diagnose und Kontrolle möglicher Hardware- und Softwarestörungen mit höchstem Erhebungsumfang erforderlich sind. Diese Methoden wiederum sind mit sehr langen Ausführungszeiten verbunden, welche noch länger werden, wenn berücksichtigt wird, dass die Hardware, wie oben erläutert wurde, dupliziert werden muss.
  • Hauptzweck der Erfindung ist es also, ein dreidimensionales Sichtsystem zur Erfassung des Eindringens oder der Anwesenheit eines Objekts oder einer Person in einem überwachten Bereich vorzustellen, das eine kurze Ansprechzeit und eine hohe Betriebssicherheit besitzt, wie dies bei Anwendungen des oben beschriebenen Typs gefordert wird.
  • Ein weiterer Zweck ist die Realisierung eines solchen Sichtsystems unter Vermeidung einer vollständigen Duplizierung der Verarbeitungskanäle und folglich einer geringen Kostenerhöhung im Vergleich zu einer herkömmlichen Anwendung.
  • Ein weiterer Zweck ist die Realisierung eines Illuminators, mit welchem die geforderte Messgenauigkeit im gesamten überwachten Bereich erzielt wird und welcher an die Reflexionseigenschaften der Materialien angepasst werden kann, welche sich im Sichtfeld des Sensors befinden.
  • Diese und weitere Zwecke und Vorteile, welche aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen, werden von der Erfindung mit einem dreidimensionalen Zutrittssperre-Sicherheitssichtsystem erreicht, welches die in Anspruch 1 dargelegten Merkmale besitzt.
  • Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.
  • Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben, welche nur zur Veranschaulichung dient und keine einschränkende Wirkung besitzt, wobei auf die beilegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigen:
  • 1 und 2 schematische Frontansichten von Illuminatoren für Sichtsysteme gemäß der älteren Technik;
  • 3 ein Schaubild zur Darstellung der Diffusionsverteilung der für eine einzelne LED typischen relativen Lichtenergie;
  • 4 ein Schaubild zur Darstellung der Diffusionsverteilung der relativen Gesamtlichtenergie eines Illuminators gemäß den 1 oder 2;
  • 5 eine Perspektivansicht einer Illuminator-Bildsensor-Gruppe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
  • 6 eine schematische Seitenansicht der Gruppe aus 5 bezogen auf eine beleuchtete Oberfläche;
  • 7 ein Schaubild zur Darstellung der Diffusionsverteilung der relativen Gesamtlichtenergie für einen erfindungsgemäßen Illuminator;
  • 8 ein Prinzipschaubild zur Darstellung der Einstellung der LEDs des erfindungsgemäßen Illuminators und
  • 9 ein allgemeines Blockdiagramm eines Sichtsystems, in welchem die Lehren der Erfindung enthalten sind.
  • Zur Überwindung der in der Einführung dargelegten Nachteile wird bei der Erfindung vorgeschlagen, die LEDs des Illuminators so anzubringen und auszurichten, dass die von den Oberflächen innerhalb der Szene reflektierte Energie, d. h. die auf dem Sensor eintreffende Energie, so gleichmäßig wie möglich und unabhängig vom Sichtwinkel ist. Um dies zu erreichen, wird bei der Erfindung eine Kombination verschiedener Kniffe angewendet.
  • In erster Linie werden die Iluminator-LEDs der Reihe so angeordnet, dass die optische Achse der LEDs von der Mitte zum Rand hin zunehmend nach außen geneigt ist, damit die optische Achse der äußeren LEDs parallel zur Oberfläche des vom Sichtfeld des Sensorobjektivs gebildeten Kegels liegt, so dass die Abnahme der von den LEDs im äußeren Bereich ihres Emissionskegels abgegebenen Lichtenergie kompensiert wird. Ein Beispiel für eine auf die beschriebene Weise realisierte Illuminatorgruppe ist in 5 dargestellt, wo eine rechtwinklige Reihe von LEDs 70, 71, 72, 74 konzentrisch zu einem Bildsensor 76 angeordnet ist. Während die LEDs 74 auf einer senkrecht zur Achse des Sensors 76 stehenden Fläche montiert sind, so dass ihre optischen Achsen parallel zur Aufnahmerichtung des Sensors liegen, sind die LEDs 70, 71, 72 auf abfallenden Flächen montiert, so dass ihre optischen Achsen wie oben erläutert geneigt sind, wodurch die auf die Mitte der Szene gerichtete Energie zugunsten der Peripherie vermindert wird.
  • Darüber hinaus besteht eine zweite von der Erfindung angewendete Maßnahme darin, den Illuminator so zu realisieren, dass die LEDs mit abnehmenden Divergenzwinkeln montiert werden, damit die Dichte der abgegebenen Lichtenergie zur Peripherie der Szene hin zunimmt. So wird bei den LEDs 72 im Illuminator aus 5 beispielsweise der Divergenzwinkel f = 40° gewählt, während bei den LEDs 71 die Divergenz f = 22° und bei den LEDs 70 f = 16° gewählt wird, wie in 6 schematisch gezeigt wird, in welcher die vom Illuminator in 5 ausgehenden Lichtstrahlen dargestellt sind.
  • Schließlich sieht die Erfindung vor, dass die Dichte pro Quadratmeter der LEDs von der Mitte zur Peripherie des Illuminators hin proportional zur Divergenz der LEDs zunimmt.
  • Die dargestellten Kniffe erzeugen eine Beleuchtung des in 7 dargestellten Typs, welche dieselbe Bedeutung wie 4 hat, sich aber auf den Illuminator der 5 bezieht. Die abgegebene Lichtenergie nimmt hier mit zunehmendem Ablenkwinkel bezogen auf die optische Achse des Sensors zu; demzufolge ist die von den einzelnen Pixeln empfangene Lichtintensität (die von einer senkrecht zur Achse des FOV des Bildssensors stehenden, ebenen Fläche mit homogenem Reflexionskoeffizienten reflektiert wird) aus den dargelegten Gründen ausreichend gleichmäßig.
  • Es kann jedoch passieren, dass im Innern der Szene Flächen von Maschinenteilen oder in Bearbeitung befindlichen Werkstücken mit anderen Reflexionseigenschaften vorhanden sind, welche mit der optischen Achse der Fernsehkamera andere als 90°-Winkel bilden und sich auf unterschiedlichen Entfernungen befinden. In diesem Fall ist das zuvor beschriebene Illuminator-Layout nicht ausreichend, um sicherzustellen, dass alle Pixel gleichmäßig beleuchtet sind.
  • Zur Berücksichtigung der genannten Inhomogenitäten, die auf die oben beschriebenen, unterschiedlichen Reflexionsmerkmale der verschiedenen Flächen innerhalb der Szene zurückzuführen sind, sieht die Erfindung folglich außerdem vor, die Treiberspannung der einzelnen LEDs oder LED-Gruppen so einzustellen, dass diese Inhomogenität kompensiert wird.
  • Zu diesem Zweck werden die LEDs D1, ..., Dn – 1, Dn, aus denen der Illuminator besteht, von ihren jeweiligen programmierbaren Stromquellen C1, ..., Cn – 1, Cn gespeist. Mit Hilfe einer Sammelschiene 54, welche die genannten Stromquellen C1, ..., Cn – 1, Cn adressiert, steuert der Vorprozessor 26 diese auf der Grundlage der Intensitätskartenwerte des empfangenen Signals IM so, dass die Treiberspannung einer jeden LED oder LED-Gruppe des Illuminators so geändert wird, dass das Niveau des von jedem Pixel empfangenen Signals möglichst im Zentrum des Betriebsintervalls liegt, wodurch die geforderte Messgenauigkeit gewährleistet wird.
  • Diese Einstellung wird beim Einschalten, nach jeder Unterbrechung des Schutzfeldes vor der normalen Wiederaufnahme des Betriebs sowie während des Betriebs in regelmäßigen Abständen vorgenommen. Vorzugsweise werden diese Beleuchtungsverteilungen außerdem gespeichert und zur passenden Zeit während des Bearbeitungszyklus wieder aufgerufen, wenn sich die Reflexionsmerkmale der Flächen innerhalb der Szene, beispielsweise aufgrund spezieller Operationen, auf bekannte Weise verändern.
  • Nun soll das Gesamtsystem im Allgemeinen beschrieben werden, welches die Bilder analysiert und festlegt, ob ein Eindringen stattgefunden hat oder nicht. Im Blockdiagramm aus 9 umfasst eine Bildauffangeinheit 10 einen Bildsensor 12, der dazu dient, Entfernungsmessungen vorzunehmen und zum Beispiel – ohne einschränkende Wirkung – als CCD bezeichnet werden kann, und der außerdem dazu dient, Bilder von einem Objektiv 13 zu empfangen, um welches ein Illuminator 14 montiert ist, der eine Reihe von LEDs 15 trägt und wie oben unter Bezugnahme auf die 5 und 6 erläutert realisiert ist. Ein vom Signalerzeuger 19 erzeugtes pulsierendes oder hochfrequenzmoduliertes Signal wird gleichzeitig auf alle LEDs des Illuminators 14 angewendet, welche demzufolge pulsierendes oder moduliertes Licht auf die zu überwachende Szene werten. Die Intensität der von den einzelnen LEDs 15 abgegebenen Lichtenergie wird dann mit Hilfe der programmierbaren Stromquellen C1, ..., Cn – 1, Cn eingestellt.
  • Der Sensor 12 empfängt die von den Objekten in seinem Sichtfeld reflektierte Rücklaufenergie und gibt ein elektrisches Signal aus, welches – abgesehen von der Phase und der Amplitude – das Bild des vom Generator 19 erzeugten Signals ist. Ein Bild Digitalisiergerät 16 vergleicht Pixel für Pixel die Phase des vom Generator 19 erzeugten Signals mit der Phase des von 12 empfangenen Signals, berechnet die Entfernung und überträgt Bild für Bild auf einer Ausgangsleitung 18 einen Fluss von Daten, welche für jedes Pixel die Entfernung zwischen dem Punkt der Szene und dem entsprechenden Pixel sowie die Intensität des empfangenen Signals darstellen.
  • Die Daten der Leitung 18 werden anschließend in einen Bild-Vorverarbeitungsbiock 20 aufgenommen, welcher die Schnellspeicher M1 und M2, beispielsweise des Typs SRAM, umfasst, welche beide zu einem Vorprozessor/Bildanalysator 26 gehören, in dem für jedes empfangene Bild die Pixel-Gegenstandsentfernungskarte (DM) und die Intensitätskarte (IM) für alle Punkte der Szene gemäß entsprechender Algorithmen analysiert werden. Die Entfernungskarte (DM) wird mit einem Bezugsbild (RI) verglichen, welches in einem dritten Speicher M3 gespeichert wird und eine Sicherheitsbe dingung für den Schutzbereich darstellt. Natürlich muss der Bildvorverarbeitungsblock 20 mittels einer angemessenen Auswahl der Bestandteile und Algorithmen so ausgelegt werden, dass die Bildverarbeitungszeit erheblich kürzer als die Bilderfassungszeit ist.
  • Das Ergebnis der vorhergehenden Verarbeitung (DDM), welches folglich nur die Unterschiede zwischen dem sicheren Bild und dem laufenden Bild darstellt, wird auf der Ausgangsleitung 28 ausgegeben und an die Speicher M4, M5 eines redundanten Beurteilungssystems mit zwei Kanälen 30, 32 geschickt, welche jeweils die Verarbeitungsblöcke CH1, CH2 umfassen. Jeder Verarbeitungsblock CH1, CH2 ist mit einer Software konfiguriert und programmiert, die in den jeweiligen Programmspeichern M6, M7 enthalten ist, so dass das Bild DDM mittels entsprechender Algorithmen parallel analysiert und festgelegt werden kann, ob eine Person eingedrungen ist oder nicht. Nach der Initialisierung kann das Bezugsbild (RI), bezogen auf die im Schutzbereich eingetretenen Events, aktualisiert werden, wie dem Fachmann bekannt ist. Jeder Kanal CH1, CH2 gibt bei Feststellung eines Eindringens einen Ausgangsbefehl auf einer jeweiligen Leitung 42, 44 (OUTPUT1 und OUTPUT2) aus.
  • Die beiden Kanäle CH1, CH2 sind mit Sicherheitseinrichtungen wie herkömmlichen (nicht dargestellten) Watchdogs, Selbstkontrollen und gegenseitigen Kontrollen mittels dedizierter Sammelschienen wie 46 und 48, RAM- und ROM-Speicher für die Programmausführung sowie mit selbstkontrollierten Sicherheitsausgängen ausgestattet, welche hier nicht beschrieben werden und auch in 9 nicht dargestellt sind, da sie dem Fachmann bekannt und in der zuvor zitierten IEC-Norm 61496-1 vorgesehen sind.
  • Erfindungemäß sehen die Kanäle CH1 und CH2 darüber hinaus vor, dass die Effizienz sowohl des Sensors 10 als auch des Bildvorverarbeitungsblockes 20 regelmäßig mit Hilfe von Signalen getestet wird, die im Laufe des Arbeitszyklus periodisch erzeugt werden.
  • Zu diesem Zweck besitzt der Kanal CH1 eine Ausgangsleitung 49, über die entsprechende, vom Kanal CH1 erzeugte Signale periodisch in den Sensor 12 oder in das Digitalisiergerät 16 eingegeben werden, um ein Signal für den Test der Schaltungen zu erzeugen, welche die Zeit-Entfernungsumrechnung vornehmen. Darüber hinaus wird ein optischer Test erzeugt, welcher durch Veränderung der Merkmale des vom Generator 19 modulierten Signals (beispielsweise durch Phasenumkehrung des hochfrequenzmodulierten Signals des Illuminators, wenn es sich um ein Sinussignal han delt) mittels einer Kontrollleitung 58 vorgenommen wird, damit die Systemantwort eindeutig und bekannt ist.
  • In beiden Fällen ist der künstlich eingeführte Test dazu geeignet, eventuelle Störungen in der Sensorgruppe 10 festzustellen.
  • Darüber hinaus muss zusätzlich zum Sensortest das gesamte Verarbeitungssystem getestet werden. In passenden Momenten des Verarbeitungszyklus erzeugt der Kanal CH2 ein Testbild (TI) auf einer Sammelschiene 52, welche periodisch bei den Speichern des Vor-Verarbeitungsblockes 20 angewendet wird, welche die Bilder DM erhalten, während CH1 mittels Sammelschiene 50 an den Vor-Verarbeitungsblock 20 ein Bezugstestbild (RTI) sendet, welches in den Speicher geladen wird, welcher zuvor RI enthielt. Das Ergebnis der Verarbeitung der Bilder RTI und TI, welche vom Vor-Prozessor 26 unter Verwendung derselben Algorithmen durchgeführt werden, die zur Analyse der laufenden Bilder verwendet werden, wird den Speichern M4 und M5 parallel zugeführt und dort von der Doppelkanalstruktur analysiert, welche angesichts der Tatsache, zugleich auch Erzeugerin der Bilder TI und RTI zu sein, offensichtlich ein bekanntes Ergebnis erwartet. Die Bilder TI müssen schließlich in wechselnden Zyklen Bedingungen simulieren, welche einer eindringungsfreien Situation bzw. einer Eindringungssituation entsprechen, damit das Verarbeitungssystem vom Eingang bis zu den Sicherheitsausgängen OUTPUT1 und OUTPUT2 dynamisch getestet werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Architektur liegt bei einigen Anwendungen darin, dass die an die Speicher M4 und M5 gesendeten Informationen bei entsprechender Wahl der Algorithmen des Bildvorverarbeitungsblockes 20 das Format von 1 Bit pro Pixel aufweisen können, wodurch die Dimensionen dieser Speicher und ihre Datenverarbeitungszeiten auf ein Minimum reduziert werden können.
  • Die Kontrolle möglicher Hardware- und Softwarestörungen bezüglich der Steuerung und der Regelung der Beleuchtungsintensität wird dadurch vorgenommen, dass in angemessenen Zeiten über die Leitung 52 ein Signal (TIS) gesendet wird, welches die Signalintensität innerhalb der zulässigen Grenzwerte und anschließend eine diese Grenzwerte über- bzw. unterschreitende Intensität simuliert. Die Kanäle CH1 und CH2 prüfen daraufhin, ob die Antwort von 26 auf den TIS-Test korrekt ist.
  • Aus der obigen Beschreibung erkennt man, dass es mit der Erfindung möglich ist, ein Sicherheitssichtsystem mit angemessener Ansprechgeschwindigkeit unter Ver meidung einer Duplizierung der gesamten Bildverarbeitungskette zu realisieren, welche normalerweise gemäß der älteren Technik vorgesehen ist. Insbesondere beseitigt die Erfindung die Redundanz der Speicher des Bildvorverarbeitungsblockes 20, welche einen erheblichen Teil der Systemressourcen bilden. Neben der Verminderung der Herstellungskosten trägt dies auch zu einer schnelleren Ansprechgeschwindigkeit des Systems bei. Ein weiterer Vorteil liegt außerdem darin, dass die Funktionstüchtigkeit des Systems in regelmäßigen Abständen kontrolliert wird, deren Häufigkeit nach Belieben eingestellt werden kann, indem ein Eindringen simuliert wird und das Ansprechen ohne Betriebsunterbrechung kontrolliert wird; da diese Kontrolle mit denselben Algorithmen vorgenommen wird, die auch während des normalen Betriebs verwendet werden, wird automatisch auch die Ansprechzeit getestet.
  • Auf der Grundlage der oben dargelegten Lehren kann ein Fachmann sich leicht die Änderungen vorstellen, wobei – je nach dem von der Anwendung geforderten Sicherheitsgrad – insbesondere die eine oder andere Maßnahme ausgelassen werden kann. Wenngleich der hier beschriebene Illuminator aus einer Reihe von LEDs besteht, können diese Lehren beispielsweise auch dort Anwendung finden, wo andere Arten von Lichtquellen mit modellierbarer Divergenz, wie Laserdioden o. ä. gebraucht werden. Es ist auch möglich, eine oder mehrere der beschriebenen strukturellen Merkmale des Illuminators auszulassen oder zu verändern, beispielsweise durch Anordnung der LEDs oder der anderen Lichtquellen auf einer konvex gebogenen statt auf einer pyramidenförmigen Fläche oder durch Anordnung der LEDs auf einer ebenen Fläche und Verwendung einer einzigen Divergenzvariation oder Intensitätsvariation, um die gewünschte Beleuchtung zu erzielen.
  • Obwohl bei dem oben beschriebenen System eine ständige Funktionskontrolle aller Teile der Bildfang- und -verarbeitungskette vorgesehen ist, könnte ein Teil der angegebenen Maßnahmen bei Anwendungen mit einem geringeren Sicherheitsniveau, bei denen es beispielsweise nicht um die Unversehrtheit von Personen geht, ausgelassen werden.
  • Es versteht sich folglich, dass der Schutzbereich der Erfindung, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert, sich auch auf alle Varianten erstreckt.

Claims (12)

  1. Sicherheitssichtsystem zur Erfassung des Eindringens von Personen oder Teilen von Personen in einen zuvor festgelegten Bereich, welches Folgendes umfasst: einen dreidimensionalen Bildsensor (12, 13, 16), der dazu dient, einen zuvor festgelegten Bereich aufzunehmen und digitale Entfernungssignale für jeden Punkt des Bereiches zu liefern; einen Illuminator (14), der eine Reihe von Lichtquellen (15) besitzt, welche auf den zu beleuchtenden Bereich gerichtet sind; und ein Verarbeitungssystem (20, 30, 32), das dazu dient, die vom Sensor erzeugten Signale zu analysieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe von Lichtquellen (15) einen Lichtfluss erzeugt, dessen Intensität im Fernbereich von der Mitte zur Peripherie des zuvor festgelegten Aufnahmebereichs mit dem Winkel von der Sensorachse (13) zunimmt.
  2. Sicherheitssichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe von Lichtquellen (15) den Sensor (13) mindestens teilweise umgibt.
  3. Sicherheitssichtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen aus LEDs bestehen.
  4. Sicherheitssichtsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Achsen der Lichtquellen (15) des Illuminators radial zur optischen Achse des Sensors (13) in einem Winkel geneigt sind, der mit zunehmendem Abstand von der Sensorachse zunimmt, um die Abnahme der Energie der Lichtquellen im äußeren Teil ihres Emissionskegels zu kompensieren.
  5. Sicherheitssichtsystem nach einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Divergenz der Lichtstrahlen der Lichtquellen (15) des Illuminators mit zunehmendem Abstand von der Achse des Sensors (13) abnimmt, um die Abnahme der Energie der Lichtquellen im äußeren Teil ihres Emissionskegels zu kompensieren
  6. Sicherheitssichtsystem nach einem der Ansprüche 2–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (15) der Reihe so verteilt sind, dass ihre Dichte von der optischen Achse des Sensors (13) zur Peripherie des Illuminators (14) hin zunimmt.
  7. Sicherheitssichtsystem nach einem der Ansprüche 2–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquellen (15) der Reihe mit Strom gespeist werden, der mit zunehmendem Abstand von der optischen Achse des Sensors (13) zunimmt.
  8. Sicherheitssichtsystem nach einem der Ansprüche 2–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verarbeitungssystem, das dazu dient, die vom Sensor erzeugten Signale zu analysieren, Folgendes umfasst: – einen Bildvorverarbeitungsblock (20), der angeschlossen ist, um die digitalen Videodaten zu empfangen und mittels eines Vergleichs mit einem Bezugsbild zu bearbeiten und aufeinander folgende, prozessierte Bilder zu senden; – einen ersten und einen zweiten Bildverarbeitungskanal (30, 32), welcher jeweils dazu dient, die prozessierten Bilder zur Feststellung eines eventuellen Eindringens in den Verbotsbereich zu analysieren und mit Mitteln zur Selbstkontrolle und Kreuzkontrolle zur Überprüfung der Effizienz ausgestattet ist; und außerdem dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bildverarbeitungskanal (32) dazu dient, ein periodisches Testbild zu erzeugen und es in den Bildvorverarbeitungsblock (20) anstelle eines vom Sensor (10) erzeugten Bildes einzuspeisen, während der erste Kanal (CH1) ein Bezugstestbild erzeugt.
  9. Sicherheitssichtsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste der Bildverarbeitungskanäle (30) dazu dient, ein periodisches Testsignal zu erzeugen und in den Bildsensor (10) einzugeben.
  10. Sicherheitssichtsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildvorverarbeitungsblock (20) einen einzelnen Vor-Prozessor zur Bildbehandlung (26) umfasst, zu dessen Eingang zwei Speicher (M1, M2) gehören, welche alternativ die Digitalvideosignale vom Bildsensor (10) empfangen.
  11. Sicherheitssichtsystem nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der erste als auch der zweite Bildverarbeitungskanal (30, 32) einen Videodatenspeicher (M4, M5) umfasst, die beide angeschlossen sind, um den Ausgang des Bildvorverarbeitungsblockes (20) zu empfangen und die Videodaten jeweils an die Bildverarbeitungsblöcke (CH1, CH2) zu übertragen.
  12. Sicherheitssichtsystem nach Anspruch 7 und einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungen der Lichtquellen (15) des Illuminators einzeln von Treiberschaltungen (C1, ..., Cn – 1, Cn) geregelt werden, die vom Vor-Prozessor (26) gesteuert werden, um die Beleuchtung des zuvor festgelegten Bereiches auf der Grundlage der Intensitätskarte des Bildes zu modellieren, das vom Vor-Prozessor empfangen wurde, um die Reflexionsänderungen der Oberflächen innerhalb des aufzunehmenden Bereiches ausgleichen zu können.
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