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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine
Anordnung zur Erkennung von im Schließweg eines Verschiebeelementes
befindlichen Gegenständen
bzw. Körperteilen,
wobei das mittels einer Antriebseinrichtung bewegte Verschiebeelement
von einem Anschlagelement umgeben ist und dieses zumindest im geschlossenen
Zustand kontaktiert, und bei kameragestützter Detektion eines Gegenstandes
bzw. Körperteils
ein Stoppen oder Reversieren der Schließbewegung des Verschiebeelementes
veranlasst wird.
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Verschiebeelemente
zum Verschließen
von Öffnungen,
wie beispielsweise Fenster oder Türen, kommen in unterschiedlichsten
Anwendungsgebieten zum Einsatz. Elektrisch angetrieben ermöglichen sie
dem Benutzer eine komfortable und einfache Bedienung. Dabei findet
als Antriebseinrichtung zumeist ein Gleichstrommotor Einsatz, welcher über eine
entsprechende Mechanik den Antrieb des Verschiebeelementes bewirkt.
Im Fahrzeugbereich haben elektrisch angetriebene Fenster und Schiebedächer, sowie
Türen und
Heckklappen weite Verbreitung gefunden und zählen bei vielen Neuwägen bereits
zur serienmäßigen Ausstattung.
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Besonders
im automotiven Bereich ist aber auch das Gefahrenpotenzial von elektrisch
angetriebenen Fenstern oder Schiebedächern bereits wohlbekannt,
da in diesem Zusammenhang bereits zahlreiche Unfälle zu verzeichnen sind, über welche
in den Medien auch ausführlich
berichtet wurde.
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Befindet
sich beispielsweise ein Gegenstand oder ein Körperteil zwischen Fahrzeugrahmen
bzw. Anschlagelement und elekt risch angetriebener Fensterscheibe
oder Türe,
kann jener aufgrund der nicht unbeträchtlichen stellmotorischen
Antriebskraft eine Beeinträchtigung
oder Quetschung erfahren. Kinder oder Hunde, aber auch erwachsene
Personen können
durch die versehentliche Betätigung
von elektrischen Schließvorrichtungen
zu Schaden kommen und die Unfälle
im Extremfall sogar tödlich
enden. Als verhängnisvoll
hat sich hier vor allem eine Hochlaufautomatik erwiesen, bei welcher
ein kurzes Antippen eines Schalters genügt, um eine Fensterscheibe selbsttätig zu öffnen oder
zu schließen.
Untersuchungen zufolge kann bereits eine Schließkraft von 100 N bei Einwirkung
auf den menschlichen Hals lebensbedrohlich sein, für kleine
Kinder wird schon eine Gefahrengrenze von 30 N angegeben.
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Die
Erfahrungen der letzten Jahrzehnte haben es daher notwendig gemacht,
Vorrichtungen zum Einklemmschutz zu schaffen, um die Schließbewegung
motorisch angetriebener Verschiebeelemente wie Fenster und Türen im Bedarfsfalle
zu stoppen und derartige Unglücksfälle zu verhindern,
insbesondere jede Art von Quetschungen an Fingern oder anderen Gliedmaßen mit
Gewissheit auszuschließen.
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Zu
diesem Zweck sind Systeme bekannt, bei welchen ein auftretender
Widerstand gegen die Schließbewegung
der Fensterscheibe von einem Steuergerät registriert und in der Folge
die von der Antriebseinrichtung angetriebene Schließbewegung gestoppt
oder bei intelligenter Steuerung sogar mittels Umkehrung der Motorlaufrichtung
reversiert wird, sodass der eingeklemmte Gegenstand oder Körperteil
sofort wieder freigegeben wird. Die Schließbewegung der Fensterscheibe
oder der Türe
währt also nur
so lange, bis sich ein Hindernis in den Weg stellt.
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Das
Erkennen eines Widerstandes geschieht zumeist mittels rechnerunterstützter Auswertung
des Motorstroms. Behindert ein Gegenstand die Bewegung der Fensterscheibe,
so wird der Motor langsamer und der Motorstrom steigt. Das Steuergerät, welches
den Motorstrom misst, unterbricht in solchem Falle die Stromzufuhr
oder veranlasst ein Zurückfahren
des Verschiebeelementes bzw. der Fensterscheibe in die entgegengesetzte
Richtung, indem über
eine geeignete Schaltung die Polarität an den Anschlüssen des
Gleichstrommotors vertauscht wird.
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Insbesondere
bei wechselnden Betriebs- und Umweltbedingungen, wie etwa einer
Vereisung oder einer Schwergängigkeit
der angetriebenen Fensterscheibe aufgrund von Schmutzverklebung kann
bei solchen Systemen jedoch oftmals keine zuverlässige Unterscheidung zum Vorliegen
eines realen Hindernisses im Schließweg des Verschiebeelementes
erfolgen.
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Andere
Einklemmschutzsysteme arbeiten mit druckempfindlichen Sensorelementen
bzw. -leisten, welche am Anschlagelement angeordnet sind und bei
Kontakt mit einem zwischen Verschiebeelement und Sensorelement eingeklemmten
Gegenstand oder Körperteil
ein Steuersignal an die Antriebseinrichtung des Verschiebeelement
weiterleiten, um die Schließbewegung
des Verschiebeelementes zu stoppen oder zu reversieren.
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Bei
den beschriebenen System erfolgt eine Reaktion erst, wenn bereits
ein Kontakt zwischen dem Verschiebelement und dem Gegenstand bzw. Körperteil
erfolgt ist. Je nach Ansprechgeschwindigkeit des Systems kann dabei
trotz Stoppen der Schließbewegung
Verletzungen nicht mit Sicherheit ausgeschlossen werden.
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Wiederum
andere Einklemmschutzsysteme arbeiten mit optischen Erkennungssystemen
wie etwa Lichtschranken. Hierbei sind in bekannter Weise ein optischer
Sensor und eine Lichtquelle, zumeist ein Infrarot-LED vorgesehen,
wobei die Unterbrechungen der von der Lichtquelle emittierten Strahlen zufolge
eines im Schließweg
des Verschiebeelementes befindlichen Gegenstandes oder Körperteils
sensorseitig registriert und in ein entsprechendes Steuersignal
zur Ansteuerung der Antriebseinrichtung umgewandelt wird.
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Dem
Lichtschranken-System ist auch das Lichtunterbrechungsverfahren
sehr ähnlich.
Bei diesem wird eine oder eine Reihe von Lichtquellen entlang dem
Anschlagelement des Verschiebeelementes angeordnet und von einer
gegenüberliegenden Kamera
erfasst. Dringt nun ein Gegenstand zwischen Lichtquelle und Kamera
ein, so ist dies am Kamerabild erkennbar und kann wiederum zur Einleitung
geeigneter Steuermaßnahmen
führen.
Nachteilig beim Lichtunterbrechungsverfahren ist neben der Notwendigkeit
einer wohldefinierten Beleuchtung, dass dieses System bei einer
im Zuge des Betriebs auftretenden Verschmutzung des Anschlagelementes
bzw. der daran angeordneten Lichtquellen Fehldetektionen von vermeintlich
erfassten Gegenständen
durchführen
kann und daher eines besonderen Wartungs- bzw. Reinigungsaufwandes
bedarf.
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Erwähnenswert
ist weiterhin das Lichtschnittverfahren, wobei von einer Lichtquelle
eine Linie auf ein Messobjekt projiziert und deren Position von
einer Kamera beobachtet wird. Registriert die Kamera eine Interferenz
bzw. eine Verschiebung der projizierten Linie, so kann diese Verschiebung
in 3D-Informationen
umgerechnet und solcherart ein zwischen Kamera und Messobjekt befindlicher
Gegenstand detektiert werden. Dieses System weist wiederum den Nachteil
auf, dass eine wohldefinierte Beleuchtung vorgesehen sein muss.
Weiters kann die Kamera nicht in beliebiger Position montiert werden,
sondern muss seitlich der auf das Messobjekt projizierten Linie
angeordnet sein, was vielfach unerwünscht ist.
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Allgemein
besteht bei optoelektronisch basierten Erkennungssystemen das Problem,
dass wechselnde Licht- bzw. Wetterverhältnisse zu Irritationen in
der Datenverarbeitung bzw. Gegenstandserkennung führen können, beispielsweise
aufgrund von Lichtreflexionen am Anschlagelement. Ebenso kommt es
aufgrund von Verschmutzungen oder Kratzern am Anschlagelement häufig zu
Fehlerkennungen.
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Es
ist daher das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur
berührungslosen
Erkennung von im Schließweg
eines Verschiebeelementes befindlichen Gegenständen bzw. Körperteilen bereitzustellen,
welches eine erhöhte
Betriebssicherheit aufweist und welches unabhängig von einer definierten Beleuchtung
einen zuverlässigen
Einklemmschutz gewährleistet.
Insbesondere soll eine sichere Erkennung von Gegenständen bzw.
Körperteilen
unabhängig
vom Verschmutzungsgrad des Anschlagelementes oder benachbarter Bauteile
ermöglicht
werden.
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Erfindungsgemäß werden
diese Ziele in folgender Weise erreicht: Ein gattungsgemäßes Verfahren
richtet sich auf die Überwachung
von einem mittels einer Antriebseinrichtung bewegten Verschiebeelement
wie beispielsweise einem Fahrzeugfenster, einem Schiebedach, einer
Fahrzeugtür
oder dgl., wobei das Verschiebeelement von einem Anschlagelement
wie etwa einem Rahmen, einer Zarge oder dgl. umgeben ist und dieses
zumindest im geschlossenen Zustand kontaktiert. Hierbei werden im
Schließweg
des Verschiebeelementes, also zwischen Anschlagelement und Verschiebeelement
befindliche Gegenstände
bzw. Körperteile
mittels einer Kamera automatisch erkannt und entsprechende Steuermaßnahmen
eingeleitet, um die Bewegung des Verschiebeelementes zu stoppen
und/oder zu reversieren.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass mindestens zwei Kameras in unterschiedlicher Position zueinander
angeordnet und je weils auf einen dem Verschiebeelement zugewandten,
definierten Observanzbereich des Anschlagelementes ausgerichtet sind,
wobei jede Kamera vorzugsweise gleichzeitig mit der jeweils anderen
Kamera Kontrollbilder des Observanzbereichs erzeugt und mittels
einer Prozessoreinheit ein Vergleich zwischen den Kontrollbildern der
mindestens zwei Kameras durchgeführt
wird. Bei Nichtübereinstimmen
der Kontrollbilder wird ein Steuersignal an die Antriebseinrichtung
ausgegeben, um die Schließbewegung
des Verschiebeelementes zu stoppen oder zu reversieren.
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Auf
diese Weise kann eine Überwachung des
Schließweges
des Verschiebeelementes unter Ausschluss einer Abhängigkeit
von peripheren Einflüssen
wie etwa wechselnden Licht- bzw. Wetterverhältnissen sowie Verschmutzungen
oder Kratzern am Anschlagelement erfolgen. Die natürliche Alterung
und Veränderung
des Anschlagelementes sowie umgebender Bauteile verursacht also
künftig
keine Fehldetektionen mehr.
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Die
Gleichzeitigkeit der Aufnahme der Kontrollbilder durch die mit einem
beliebigen Abstand bzw. unter einem beliebigen Winkel zueinander
angeordneten Kameras ist insofern von Bedeutung, als davon die Detektionssicherheit
und Reaktionsschnelligkeit des Systems abhängt. Je nach Einsatzgebiet des
erfindungsgemäßen Verfahrens
muss die Aufnahme der jeweils miteinander zu vergleichenden Kontrollbilder
jedoch nicht unbedingt exakt zum gleichen Zeitpunkt erfolgen, sondern
kann gegebenenfalls auch mit einer zulässigen Verzögerung vorgenommen werden.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird zur Ausrichtung der mindestens zwei Kameras auf den Observanzbereich
eine rechnerische Berichtigung des Parallaxenfehlers in der Abbildung
der Kontrollbilder durchgeführt,
welcher zufolge der unterschiedlichen Positionen bzw. Perspektiven
der Kameras auftritt und je nach Anordnung der Kameras ein genaues
Vergleichen der Kontrollbilder verhindern kann. Indem etwa definierte
Teilabschnitte des Observanzbereichs virtuell gedehnt oder gestaucht
werden und diese nach einer solchen Modifizierung sowohl am Kontrollbild
der ersten Kamera als auch am Kontrollbild der zweiten Kamera eine
gleiche Flächenerstreckung
bzw. eine gleiche Längen-/Breitenerstreckung
aufweisen, können
exakt vergleichsfähige Kontrollbilder
bereitgestellt werden.
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In
einem bevorzugten Verfahren zur rechnerischen Berichtigung des Parallaxenfehlers
in der Abbildung der Kontrollbilder ist den mindestens zwei Kameras
jeweils ein unter kontrollierten Bedingungen aufgenommes Referenzbild
zugeordnet, welches den Observanzbereich des Anschlagelementes bei
Abwesenheit eines im Schließweg
des Verschiebeelementes befindlichen Gegenstandes bzw. Körperteils
abbildet. Sowohl am der einen Kamera entsprechenden ersten Referenzbild
als auch am der weiteren Kamera entsprechenden zweiten Referenzbild
werden miteinander korrespondierende Teilabschnitte des Observanzbereichs
definiert, welche hinsichtlich ihrer Längen-/Breiten- bzw. Flächenerstreckung
im Wesentlichen aneinander angeglichen werden und aus dieser Längen-/Breiten-
bzw. Flächenmodifikation
der Teilabschnitte eine Umrechnungsfunktion ermittelt wird. Die
auf diese Weise generierten Umrechnungsfunktionen können auf
einer flüchtigen
oder nicht-flüchtigen
Speichereinheit abgespeichert werden, um alle fortan mit den mindestens
zwei Kameras aufgenommenen Kontrollbilder berichtigen zu können.
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In
einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, lediglich
ausgewählte Bereiche
der Kontrollbilder bzw. der Referenzbilder miteinander zu vergleichen.
Auf diese Weise können für ein Einklemmen
von Gegenständen
oder Körperteilen
ungefährliche
Abschnitte des Observanzbereichs ausge blendet und die mittels der
Prozessoreinheit getätigte
Rechenleistung minimiert werden.
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Um
Fehldetektionen bzw. ein vermeintliches Erkennen eines im Verschiebeweg
befindlichen Gegenstandes oder Körperteils
zu vermeiden, ist es in einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen, dass ein Nichtübereinstimmen
von Kontrollbildern der mindestens zwei Kameras nur dann zum Stoppen
bzw. Reversieren der Schließbewegung
des Verschiebeelementes führt,
wenn ein festgelegter Detektions-Toleranzgrad überschritten
wurde, welcher vorzugsweise in der Einheit Prozent oder Pixelanzahl
definiert ist.
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Zur
Erhöhung
der Leistungsfähigkeit
des Systems ist es in einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante
des erfindungsgemäßen Verfahrens auch
möglich,
mehr als zwei Kameras, vorzugsweise drei oder vier Kameras vorzusehen,
deren Kontrollbilder vorzugsweise paarweise miteinander verglichen
werden.
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In
einer besonderen Ausführungsvariante des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es auch möglich,
mittels der Kontrollbilder der Kameras eine dreidimensionale Ansicht
des auf den Kontrollbildern ersichtlichen Gegenstandes zu errechnen,
um darauf basierend eine größenmäßige Kategorisierung
des erfassten Gegenstandes vorzunehmen und nur im Bedarfsfalle ein
Stopp-/Reversier-Steuersignal
an die Antriebseinrichtung auszugeben.
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Insbesondere
im Falle einer Vorsehung mehrteiliger bzw. separat angetriebener
Verschiebeelemente kann es in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
vorgesehen sein, dass mittels der Kontrollbilder der mindestens zwei
Kameras eine 2- oder 3-dimensionale Lokalisierung des erkannten
Gegenstandes bzw. Körperteils innerhalb
einer vom Anschlagelement eingegrenzten Fläche vorgenommen wird. Auf diese
Weise kann jenes Verschiebeelement gestoppt oder reversiert werden,
in dessen Schließweg
sich der detektierte Gegenstand oder der Körperteil aktuell befindet.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird mit einer geeigneten Prozessoreinheit durchgeführt, welche
fähig ist,
im Falle des Vorliegens vorangehend beschriebener Kriterien ein
Steuersignal an die Antriebseinrichtung auszugeben, mittels welchem
eine aktuelle Schließbewegung
des Verschiebeelementes gestoppt, reversiert oder ein aktueller
Betätigungsversuch
des Verschiebeelementes von vornherein verhindert wird.
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Eine
erfindungsgemäße Anordnung
ist weiterhin mit einer geeigneten Speichereinheit versehen, auf
welcher die beschriebenen Referenzbilder bzw. die aus diesen ermittelte
Parallaxenfehler-Umrechnungsfunktion sowie verfahrensrelevante Daten und
Parameter wie etwa der Detektions-Toleranzgrad speicherbar sind.
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Die
Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei
zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Erkennungssystems
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2 eine
erfindungsgemäße Anordnung von
Kameras an einem zu überwachenden
Anschlagelement
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3 eine
schematische Darstellung eines Observanzbereichs aus der Perspektive
einer ersten Kamera
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4 eine
schematische Darstellung eines Observanzbereichs aus der Perspektive
einer zweiten Kamera
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5 ein
Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens
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6 eine
besondere Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Erkennungssystems
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Die
Anordnung gemäß 1 zeigt
ein als Rahmen ausgeführtes
Anschlagelement A, in welchem ein Verschiebeelement V, z. B. eine
Fensterscheibe oder eine Fahrzeugtür, linear verfahrbar ist. Das
Verschiebeelement V wird hierzu von einer Antriebseinrichtung M,
beispielsweise einem Gleichstrommotor und einer geeigneten Übersetzungseinheit,
angetrieben und gemäß Pfeilrichtung
J vertikal nach oben oder nach unten bewegt, wobei eine Innenfläche A' des Anschlagelementes
A kontaktiert wird. Das Verschiebeelement V befindet sich in einer Schließstellung,
wenn es mit seiner Oberkante V' den oberen
Teilbereich A'' der Innenfläche A' des Anschlagelementes
A kontaktiert. Es versteht sich, dass das Verschiebeelement V das
Anschlagelement A nicht unbedingt plan und unmittelbar kontaktieren muss,
sondern auch partiell in mit Gummidichtungen bewehrten Aufnahmen
bzw. Nuten des Anschlagelementes A versenkbar sein kann, so wie
dies etwa bei Fahrzeugfenstern oder Schiebedächern üblich ist.
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Um
ein Einklemmen eines im Schließweg des
Verschiebeelementes V, also zwischen dessen Oberkante V' und der Innenfläche A' bzw. dem oberen
Teilbereich A'' des Anschlagelementes
A befindlichen Gegenstandes G oder Körperteils zu verhindern, sind
erfindungsgemäß mindestens
zwei Kameras X, Y an unterschiedlichen Positionen zueinander entweder
am Anschlagelement A selbst oder auch an einem anderen, dem Anschlagelement
A benachbarten Bauteil angeordnet und zumindest auf jenen, im Folgenden
als Observanzbereich O bezeichneten Abschnitt des Anschlagelementes
A bzw. dessen Innenfläche
A' ausgerichtet,
an welchem Gegenstände G
oder Körperteile
während
der Schließbewegung des
Verschiebeelementes V eingeklemmt oder gequetscht werden könnten.
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Bei
den Kameras X, Y kann es sich etwa um handelsübliche CCD- oder CMOS-Kameras handeln.
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Die
von den Kameras X, Y generierten Daten bzw. Kontrollbilder BX, BY werden an eine
Prozessoreinheit P, welche beispielsweise im Cockpit eines Fahrzeugs
angeordnet bzw. Bestandteil eines Bordcomputer-Systems sein kann, übertragen
und miteinander verglichen. Die mit einer Speichereinheit Q assoziierte
Prozessoreinheit P steuert die Antriebseinrichtung M an und kann
insbesondere ein Steuersignal S an die Antriebseinrichtung M ausgeben,
welches bei Indikation durch ein in seiner Funktionsweise unten
beschriebenes erfindungsgemäßes Verfahren
ein Stoppen und/oder Reversieren einer aktuellen Schließbewegung
des Verschiebeelementes V veranlasst oder die Einleitung der Schließbewegung eines
in geöffneter
Stellung befindlichen Verschiebeelementes V von vornherein gar nicht
zulässt.
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Optional
ist es auch möglich,
dass von Seiten der Prozessoreinheit P Signale an die Kameras X,
Y gesendet werden, beispielsweise um die Kameras X, Y zu justieren
bzw. zu fokussieren oder mit Stellmotoren versehene Kameras X, Y
zu verschwenken bzw. auf einen anderen Observanzbereich O auszurichten.
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In 2 ist
ein mit zwei Kameras X, Y bestücktes
Anschlagelement A dargestellt. Sowohl die erste Kamera X als auch
die zweite Kamera Y ist jeweils exakt auf einen definierten Observanzbereich O
ausgerichtet und nimmt fortwährend
Kontrollbilder BX, BY in
rascher Folge auf. Um in den Kontrollbildern BX,
BY lediglich den Observanzbereich O abzubilden, können geeignete
Filterverfahren Einsatz finden, mittels welchen die Randabschnitte
des an sich kegeligen Erfassungsbereichs der Kameras X, Y ausgeblendet
bzw. gelöscht
werden.
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Zur
Bereitstellung vergleichsfähiger
Kontrollbilder BX, BY Ist
es wichtig, die Kameras X, Y jeweils exakt auf den Observanzbereich
O zu kalibrieren, was bedeutet, dass der in 2 mit tels
der Linien LX1 und LX2 dargestellte Überwachungsradius
der Kamera X auf den selben Abschnitt der Innenfläche A' des Anschlagelementes
A ausgerichtet sein muss wie der mittels der Linien LY1,
LY2 dargestellte Überwachungsradius der Kamera
Y.
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Im
Zuge der Ausrichtung der Kameras X, Y auf den Observanzbereich O
wird mittels einer geeigneten linearen Funktion eine rechnerische
Berichtigung des Parallaxenfehlers in der Abbildung der Kontrollbilder
BX, BY zufolge der
unterschiedlichen Positionen bzw. Perspektiven der Kameras X, Y
durchgeführt.
Dies ist anhand eines in 2 beispielhaft eingezeichneten
Teilabschnitts O1 des Observanzbereichs
O verdeutlicht, welcher aus der Perspektive der Kamera X, also am
Kontrollbild BX, ohne Vornahme einer Parallaxen-Berichtigung
wesentlich schmäler
erscheinen würde
als aus der Perspektive der Kamera Y, also am Kontrollbild BY. Indem diese perspektivische Verzerrung
bzw. der Parallaxen-Fehler rechnerisch korrigiert wird, ergibt sich
sowohl am Kontrollbild BX (siehe 3),
als auch am Kontrollbild BY (siehe 4)
eine hinsichtlich ihrer Längs-
und Flächenerstreckung
identische Eingrenzung des Teilabschnitts O1 des
Observanzbereichs O. Die rechnerische Korrektur des Parallaxen-Fehlers
bedeutet, dass der gemäß 2 konkav
gekrümmte
Observanzbereich O in eine beliebige Anzahl an Teilabschnitten O1...n unterteilt wird und jeder dieser Teilabschnitte
O1...n entsprechend seiner jeweiligen Längen-/Breiten-
bzw. Flächenerstreckung
von der Innenfläche
A' des Anschlagelementes
A auf virtuelle Weise abgewickelt wird. In den 3 und 4 ist jeweils
bereits eine auf diese Weise berichtigte Abbildung O1ber.
des Teilabschnitts O1 des Observanzbereichs
O dargestellt.
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Praktisch
kann die vorangehend beschriebene Berichtigung des Parallaxenfehlers
in der Abbildung der Kontrollbilder BX,
BY bewerkstelligt werden, indem vor Inbetriebnahme
des Systems mit jeder Kamera X, Y ein Referenzbild RX,
RY aufgenommen wird und diese Referenzbilder
RX, RY hinsichtlich
ihrer Längen-/Breiten- bzw. Flächenerstreckung
aneinander angepasst werden. Hierbei werden mittels eines geeigneten
Erkennungsalgorithmus sowohl am Referenzbild RX gemäß der Kamera
X als auch am Referenzbild RY gemäß der Kamera
Y miteinander korrespondierende Teilabschnitte O1...n des
Observanzbereichs O definiert, welche jeweils näherungsweise modifiziert werden,
bis sie hinsichtlich ihrer Längen-/Breiten-
bzw. Flächenerstreckung
im Wesentlichen aneinander angeglichen sind.
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Aus
dieser vorgenommenen Längen-/Breiten-
bzw. Flächenmodifikation
der Teilabschnitte O1...n bzw. anhand der
hierbei eingesetzten Skalierungsfaktoren wird eine Umrechnungsfunktion
KX, KY ermittelt,
mittels welcher alle Kontrollbilder BX,
BY der Kameras X, Y fortan hinsichtlich
ihres Parallaxenfehlers berichtigt werden können.
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Wichtig
ist hierbei, dass die Aufnahme der Referenzbilder RX,
RY unter kontrollierten Bedingungen, also
bereits werksseitig bzw. vor Inbetriebnahme des Einklemmschutz-Systems
erfolgt, um sicherzustellen, dass sich während der Referenzbild-Aufnahme
kein Gegenstand G oder Körperteil
im überwachten
Verschiebeweg des Verschiebeelementes V befindet. Ein Vorhandensein
eines Gegenstandes G oder Körperteils
vor dem Observanzbereich O würde nämlich die
korrekte Ermittlung der Parallaxenfehler-Umrechnungsfunktion KX,
KY verhindern, da der jeweilige Erkennungsalgorithmus
von der Abbildung des Gegenstandes G oder Körperteils auf den Referenzbildern
RX, RY irritiert
wäre und
aufgrund des 3D-Effekts in der Referenzbildaufnahme keine Angleichung
der auf den Referenzbildern RX und RY definierten Teilabschnitte O1...n des
Observanzbereichs O zustande brächte.
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Um
Verfälschungen
der Referenzbildaufnahme durch fluktuierende Lichtverhältnisse
bzw. durch veränderte
Umgebungsbedingungen zu vermeiden, ist es weiters von Bedeutung,
dass die Aufnahme der Referenzbilder RX,
RY im Wesentlichen zum gleichen Zeitpunkt
erfolgt.
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Sobald
die beschriebene Umrechnungsfunktion KX,
KY für
jede Kamera X, Y ermittelt wurde, kann diese Umrechnungsfunktion
KX, KY in der Speichereinheit
Q abgespeichert werden und steht nun während der Aktivschaltung des
erfindungsgemäßen Systems
permanent zur Verfügung,
um aktuell aufgenommene Kontrollbilder BX,
BY hinsichtlich ihres Parallaxenfehlers
zu berichtigen.
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Selbstverständlich können auch
die Referenzbilder RX, RY als
solche in der Speichereinheit Q abgespeichert werden, wobei es auch
möglich
ist, die Referenzbilder RX, RY an
ausgewählten
Zeitpunkten zu aktualisieren, um das System an eventuell auftretende
neue Bedingungen, z. B. eine Veränderung bzw.
einen Umbau des Anschlagelementes A oder eine Veränderung
der Kamerapositionen anzupassen.
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Zur
Erkennung bzw. Definition einzelner Teilabschnitte O1...n des
Observanzbereichs O benötigt der
jeweilige Erkennungsalgorithmus entsprechend markante Anhaltspunkte
am Observanzbereich O, welche in der Regel in Form von Texturen,
Strukturen, Kanten, Geometrien und Farbverläufen am Observanzbereich O
gegeben sind. Sollten derartige Merkmale zur Definition einzelner
Teilabschnitte O1...n des Observanzbereichs
O am Anschlagelement A fehlen, so ist es auch möglich, diese Merkmale künstlich
am Observanzbereich O aufzubringen, z. B. indem zum Zwecke der Referenzbildaufnahmen
mittels eines Projektors temporär
ein linienförmiges Muster
auf den Observanzbereich O projiziert wird.
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In
einer alternativen Verfahrensart zur Erlangung berichtigter Kontrollbilder
BX, BY kann die
Generierung einer geeigneten Umrechnungsfunktion KX, KY jedoch auch vorgenommen werden, indem diese anhand
einer Kenntnis der genauen Abmessungen des Anschlagelementes A bzw.
des Observanzbereichs O und der exakten Position der dazu in Bezug stehenden
Kameras X, Y ermittelt wird. Solcherart ist es z. B. bei Vorhandensein
exakter CAD- oder CNC-Daten,
welche den geometrischen Verlauf des Anschlagelementes A dokumentieren,
möglich,
zufolge der Kameraperspektive verzerrte Kontrollbilder BX, BY „zurückzurechnen".
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Auf
diese Weise können
berichtigte, exakt vergleichsfähige
Kontrollbilder BX, BY bereitgestellt werden.
Praktisch bedeutet dies, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
vollkommen identische Kontrollbilder BX,
BY erzeugt werden, sofern sich kein Gegenstand
G bzw. Körperteil
im Schließweg
des Verschiebeelementes V befindet.
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Je
nach Anordnung der Kameras X, Y bzw. der Ausgestaltung des Observanzbereichs
O kann ein erfindungsgemäßer Kontrollbildvergleich
gegebenenfalls auch ohne Vornahme einer Parallaxenfehler-Berichtigung
der Kontrollbilder BX, BY erfolgen.
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Da
die erste Kamera X im wesentlichen gleichzeitig bzw. abgestimmt
auf das jeweilige Einsatzgebiet auch mit tolerierbarer Verzögerung mit
der zweiten Kamera Y Kontrollbilder BX,
BY des Observanzbereichs O erzeugt, können diese
Paare von Kontrollbildern BX, BY mittels
der Prozessoreinheit P miteinander verglichen bzw. virtuell überlagert
werden. Hierbei führt
ein Nichtübereinstimmen
der Kontrollbilder BX, BY zur
Ausgabe eines Steuersignals S an die Antriebseinrichtung M, um die
aktuelle Schließbewegung
des Verschiebeelementes V zu stoppen oder zu reversieren.
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Praktisch
kann dieser Vergleich durch Vornahme einer Subtraktion der Kontrast-
bzw. Farbwerte des von der ersten Kamera X stammenden Kontrollbilds
BX und des von der zweiten Kamera Y stammenden
Kontrollbilds BY erfolgen. Zum Zwecke des Kontrollbildvergleichs
kann anstelle eines Subtraktionsverfahrens selbstverständlich auch
ein Korrelationsverfahren bzw. eine Überprüfung der Kontrollbilder BX und BY auf ihre Ähnlichkeit
Einsatz finden. Wie anhand von 2 nachzuvollziehen,
ergibt sich im Falle eines im Schließweg des Verschiebeelementes V
befindlichen Gegenstandes G aus der Perspektive der Kamera X, also
am Kontrollbild BX, stets eine andere graphische
Darstellung als aus der Perspektive der Kamera Y, also am Kontrollbild
BY. Die vorzugsweise zum gleichen Zeitpunkt
aufgenommenen Kontrollbilder BX, BY unterscheiden sich sowohl hinsichtlich
der Position des abgebildeten Gegenstandes G am Observanzbereich
O, als auch zumeist hinsichtlich der Abbbildung des Gegenstandes
G selbst bzw. dessen Silhouette. Bei einem zylindrischen Gegenstand
G laut vorliegendem Beispiel ergibt sich etwa am Kontrollbild BX eine rechteckige Abbildung GX des Gegenstandes
G, während
sich am Kontrollbild BY eine kreisförmige bzw.
elliptische Abbildung GY des Gegenstandes
G ergibt (siehe 3 und 4).
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Aber
selbst, wenn es sich beim Gegenstand G um einen rotationssymmetrischen
Körper
handeln würde,
dessen Abbildungen GX, GY auf
den Kontrollbildern BX, BY jeweils
gleich erscheinen, so resultierte aus der stereoskopischen Aufnahme
des Gegenstandes G immer noch eine unterschiedliche Position der
Abbildungen GX, GY auf
den Kontrollbildern BX, BY und
somit eine eindeutige Detektierbarkeit des Gegenstandes G.
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Aufgrund
dieser stereoskopischen Überwachung
einer vom Anschlagelement A eingegrenzten Fläche F kann ein zwischen der
Oberkante V' des Verschiebeelementes
V und der Innenfläche
A' bzw. dem Observanzbereich
O befindlicher Gegenstand G oder Körperteil in jedem Fall erkannt
und ein Einklemmen ebendieses sicher verhindert werden. Eventuell
am Anschlagelement A befindliche Kratzer oder anhaftende Fremdkörper beeinflussen
hierbei ebensowenig das Detektionsergebnis wie wechselnde Licht-
bzw. Wetterverhältnisse
und dementsprechende Reflexionen am Anschlagelement A, da diese
Störungen
auf beiden Kontrollbildern BX, BY identisch aufscheinen und sich beim Vergleich
der beiden Kontrollbilder BX, BY daher
aufheben.
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Die
Aufnahme der jeweils zu vergleichenden Kontrollbilder BX und
BY durch die Kameras X und Y erfolgt zwar
möglichst
exakt synchronisiert, kann jedoch je nach den an das Einklemmschutz-System gestellten
Anforderungen gegebenenfalls auch mit einer definierten Verzögerung vorgenommen
werden. Jedenfalls muss stets eine ausreichende Detektionssicherheit
und Reaktionsschnelligkeit des Systems gewährleistet sein, um nicht einen
zu spät
erkannten Gegenstand G zu Schaden kommen zu lassen und um keine
Fehldetektionen z. B. aufgrund von kurzfristigen Lichtreflexionen
am Anschlagelement A zu leisten.
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Der
in den 3 und 4 in vereinfachter Weise weiß dargestellte
Observanzbereich O weist in der Praxis verschiedenste Texturen sowie
Farben und Schattierungen auf. Da jeweilige Unregelmäßigkeiten
aufgrund der exakten Ausrichtung der Kameras X, Y auf den Observanzbereich
O jedoch sowohl im Kontrollbild BX, als
auch im Kontrollbild BY in exakt gleicher
Position abgebildet werden, ergibt sich bei einer subtrahierenden Überlagerung
der beiden Kontrollbilder BX und BY im Idealfall eine Differenzsumme von Null,
sofern sich kein in den 2–4 dargestellter
Gegenstand G vor dem Observanzbereich O befinden würde.
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Um
dies zu verdeutlichen, ist in 2 eine Schramme
U im Observanzbereich O schematisch angedeutet. Denkt man sich die
Kontrollbilder BX und BY übereinandergelagert,
so ergibt sich eine Deckungsgleichheit der Abbildung UX der
Schramme U gemäß Kontrollbild
BX (3) mit der
Abbildung UY der Schramme U gemäß Kontrollbild
BY (4), sodass
bei einem Vergleich bzw. einer Subtraktion der Farb- oder Kontrastwerte
der Kontrollbilder BX, BY eine
Nullsumme resultierte, da sich die in ihrer Position am Observanzbereich
O identen Schrammen-Abbildungen UX, UY quasi gegenseitig neutralisieren. Aus diesem
Grund kann auch keine Fehldetektion zufolge der am Anschlagelement
A befindlichen Schramme U erfolgen, so wie dies bei konventionellen
Kamera-Überwachungen
unweigerlich der Fall wäre.
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Es
sei angemerkt, dass die Anordnung der Kameras X, Y in 2 rein
beispielhaft gewählt
ist und sich der mittels der Linien LX1 und
LX2 bzw. LY1, LY2 eingegrenzte Observanzbereich O über beliebige Bereiche
der Innenfläche
A' des Anschlagelementes A
erstrecken kann und nicht nur über
dessen oberen Teilbereich A',
so wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel
dargestellt. Gegebenenfalls kann der Überwachungsradius der Kameras
X, Y auch auf annähernd
180° ausgedehnt
und somit im Wesentlichen die gesamte vom Anschlagelement A eingegrenzte Fläche F überwacht
bzw. die gesamte Innenfläche
A' des Anschlagelementes
A als Observanzbereich O definiert werden.
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Ebenso
ist es zur Erhöhung
der Leistungsfähigkeit
des Systems auch möglich,
mehr als zwei Kameras X, Y, z. B. drei oder vier Kameras X, Y, Z,
Q vorzusehen (siehe 1), deren Kontrollbilder BX, BY, BZ,
Bq vorzugsweise paarweise jeweils miteinander
verglichen werden.
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Es
liegt weiters im Rahmen der Möglichkeiten
des erfindungsgemäßen Verfahrens,
lediglich jene ausgewählten
Bereiche der Kontrollbilder BX, BY bzw. der Referenzbilder RX,
RY miteinander zu vergleichen, welche für einen
Einklemmschutz besonders relevant sind. Insofern kann der Observanzbereich
O fragmentiert und hinsichtlich ausgewählter Abschnitte selektiv überwacht
werden, um für
ein Einklemmen von Gegenständen
G oder Körperteilen ungefährliche
Abschnitte des Observanzbereichs O auszublenden und solcherart Rechenleistung
der Prozessoreinheit P einzusparen.
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Um
Fehldetektionen bzw. ein vermeintliches Erkennen eines im Verschiebeweg
befindlichen Gegenstandes G oder Körperteils zu vermeiden, kann es
vorgesehen sein, dass hinsichtlich der softwareseitigen Auswertung
der Kontrollbilder BX, BY ein
vorgegebener Detektions-Toleranzgrad T definiert ist, welcher eine
mangelnde Deckung der Kontrollbilder BX,
BY untereinander in einem gewissen Umfang
zulässt.
Ein Nichtübereinstimmen
von Kontrollbildern BX, BY der
Kameras X, Y führt
demgemäß nur dann zum
Stoppen bzw. Reversieren der Schließbewegung des Verschiebeelementes
V, wenn jener z. B. in der Einheit Prozent oder Pixelanzahl definierte
Detektions-Toleranzgrad T überschritten
wurde (siehe Flussdiagramm gemäß 5).
Auf diese Weise wird eine Hypersensibilität des Einklemmschutz-Systems vermieden.
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In
einer besonderen Ausführungsvariante des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es auch möglich,
mittels der Kontrollbilder BX, BY der Kameras X, Y eine dreidimensionale
Ansicht des auf den Kontrollbildern BX,
BY ersichtlichen Gegenstandes G zu errechnen.
In der Folge kann anhand dieser dreidimensionalen Ansicht eine größenmäßige Kategorisierung des
erfassten Gegenstandes G vorgenommen werden und auf dieser Grundlage
eine Entscheidung über
die Ausgabe eines Stopp-/Reversier-Steuersignals S an die Antriebseinrichtung
M getroffen werden. Entsprechende Parameter zur Erkennung harmloser
Gegenstände,
denen zufolge kein Stoppen oder Reversieren des aktuell betätigten Verschiebeele mentes
ausgelöst
werden soll, sind in einer mit der Prozessoreinheit P assoziierten
Speichereinheit Q gespeichert.
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Durch
diese Maßnahmen
kann verhindert werden, dass im Zuge des erfindungsgemäßen Vergleichs
der Kontrollbilder BX, BY detektierte
Gegenstände
G wie z. B. Textilfäden,
vom Wind getragene Blätter,
Insekten oder Teile der Kleidung der Insassen eine Ausgabe eines
Stopp-/Reversier-Steuersignals S an die Antriebseinrichtung M bewirken.
Für gattungsgemäße Fensterheber-Einklemmschutzsysteme
existiert etwa die Vorgabe, dass lediglich Gegenstände G > 4 mm erkannt werden
müssen,
was in etwa dem Durchmesser eines Fingerknochens eines Kleinkindes
entspricht, während
kleinere Gegenstände
G hinsichtlich einer Detektierbarkeit vernächlässigt werden können.
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Es
ist ferner möglich,
dass mittels der Kontrollbilder BX, BY eine 2- oder 3-dimensionale Lokalisierung
des erkannten Gegenstandes G bzw. Körperteils innerhalb der vom
Anschlagelement A eingegrenzten Fläche F vorgenommen wird. Eine
solche Gegenstands-Lokalisierung ist insbesondere relevant für Systeme
mit mehrteiligen bzw. separat angetriebenen Verschiebeelementen
V, für
welche ein gemeinsamer Observanzbereich O definiert ist, sodass jeweils
jenes Verschiebeelement V gestoppt oder reversiert werden kann,
in dessen Schließweg
sich der detektierte Gegenstand G oder der Körperteil befindet.
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In 6 sind
beispielsweise zwei nebeneinander angeordnete, als Fensterscheiben
eines Automobils ausgeführte
Verschiebeelemente V1 und V2 dargestellt,
welche einen gemeinsamen Rahmen bzw. ein Anschlagelement A besitzen.
Beide Verschiebeelemente V1 und V2 vollziehen aktuell eine Schließbewegung
in vertikaler Richtung J zufolge einer Betätigung eines zugeordneten Fensterhebersystems.
Während
sich im Schließweg
des Verschiebeelementes V1 ein Hindernis
in Form des Gegenstandes G befin det und das Verschiebeelement V1 zufolge einer erfindungsgemäßen Erkennung
des Gegenstandes G gestoppt bzw. reversiert wird, so kann das davon
nicht betroffene Verschiebeelement V2 ungehindert
bis in seine vollendete Schließstellung
gebracht werden.
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Im
Falle einer 3-dimensionalen Lokalisierung des erkannten Gegenstandes
G bzw. Körperteils
ist es auch denkbar, den Schließweg
von zwei hintereinander angeordneten Verschiebeelementen V1 und V2 bzw. Fensterscheiben
zu überwachen,
deren Elementflächen
zueinander um ein beliebiges Maß beabstandet
sind.
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Um
auch bei Nacht oder unzureichenden Beleuchtungsverhältnissen
hinreichend auswertbare Kontrollbilder BX,
BY zu erhalten, kann es vorgesehen sein,
die Innenfläche
A' des Anschlagelementes
A bzw. den Observanzbereich O mittels einer zusätzlichen Beleuchtungseinrichtung
zu beleuchten.
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Selbstverständlich ist
das erfindungsgemäße Verfahren
nicht nur auf einen Einsatz bei translatorisch (gemäß Pfeilrichtung
J) bewegten Verschiebeelementen V beschränkt, sondern kann auch bei rotatorisch
bewegten Verschiebeelementen V Anwendung finden.
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Es
sei angemerkt, dass die vorangehend beschriebene Ermittlung einer
Umrechnungsfunktion KX, KY zur
Berichtigung des Parallaxenfehlers in der Abbildung der Kontrollbilder
BX, BY nicht unbedingt anhand
der vor Inbetriebnahme des Systems bzw. werksseitig aufgenommenen
Referenzbilder RX, RY erfolgen
muss. Hingegen ist es in einer Weiterbildung der Erfindung auch
denkbar, die Parallaxenfehler-Umrechnungsfunktion KX,
KY direkt anhand der Kontrollbilder BX und BY, also unmittelbar
bei Inbetriebnahme des Systems zu ermitteln. In solchem Falle ist
jedoch dafür
Sorge zu tragen, dass sich aktuell kein Gegenstand G oder Körperteil
in der vom Anschlagelement A eingegrenzten Fläche F befindet oder unmittelbar
an der Innenfläche
A' des Anschlagelementes
A anliegt.
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Anstelle
eines Einsatzes des erfindungsgemäßen Einklemmschutz-Systems bei Fensterhebern und
Schiebedächern
im Kraftfahrzeugbereich kann dieses auch in anderen Einsatzgebieten
wie etwa im Gebäude-
und Gartenbereich, bei Garagentoren oder allgemein bei automatisierten
Verschließvorrichtungen
angewandt werden und sich als vorteilhaft erweisen.