DE102008003680A1

DE102008003680A1 - Oszillierende Kameras für sicherheitsgerichtete Anwendungen

Info

Publication number: DE102008003680A1
Application number: DE102008003680A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Adams; Hermann Hoepken
Original assignee: KA Schmersal Holding GmbH and Co KG
Current assignee: KA Schmersal Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-01-02

Abstract

System für eine sicherheitsgerichtete Anwendung mit mindestens einer Kamera und einer die Bilder der mindestens einen Kamera verarbeitenden Vorrichtung, wobei eine Bildaufnahme mit der mindestens einen Kamera mit einer ein künstliches Verwackeln hervorrufenden vorbestimmten Schwingung vorgesehen ist, und eine dynamisierte Signalverarbeitung mit der die Bilder der mindestens einen Kamera verarbeitenden Vorrichtung unter Berücksichtigung der vorbestimmten Schwingung durchführbar ist.

Description

Hintergründe
Digitale Bildverarbeitung nutzt die Mittel der Signalverarbeitung zur Aufbereitung und Speicherung von visuellen Informationen, die zum Beispiel mittels Kameras (oder anderer Sensorik) erfasst werden. Sie dient als Zwischenstufe zu einer weitergehenden maschinellen (automatischen) Bild-Be- und Verarbeitung (zum Beispiel in Richtung Bildsegmentierung, Bilderkennung, Mustererkennung und Objektverfolgung) und eröffnet in der Prozess-, Verfahrens- und Automatisierungstechnik zunehmend neue Anwendungsfelder.
Weitere Anwendungen würden sich dieser innovativen Technologie erschließen, wenn sie mit möglichst geringem Zusatzaufwand auch für sicherheitstechnische Aufgabenstellung mit Personenschutzfunktion eingesetzt werden könnte.
Aufgabenstellung
Die Ertüchtigung von Kameras in bildverarbeitenden Systemen für sicherheitsgerichtete Anwendungen mit Personenschutzfunktion wäre deshalb von besonderer Bedeutung, hätte sie den Vorteil, dass sie frei von Schwächen bekannter berührungslos wirkender Systeme (Schutzeinrichtungen) wäre, insbesondere dass Menschen oder Teile des menschlichen Körpers nur 2-dimensional erfasst werden. Kameratechnik und Bildverarbeitung würde hingegen prinzipiell eine 3-dimensionale Erfassung und Auswertung ermöglichen, jedoch erfüllt diese Technologie nicht oder nicht in Gänze die sicherheitstechnischen Anforderungen in Bezug auf Fehlerresistenz, Fehlertoleranz, Fehlerkennung und das Verhalten in einem Fehlerfall, wie es – unter dem Dach der EG-Maschinen-Richtlinie bzw. in Deutschland des GPSG – beispielsweise in den interpretierenden Normen IEC 61496 (Teile 1 ff.) und IEC 61508 (Teile 1 ff.) gefordert wird.
Die Idee einer oszillierenden Kamera
Der Erfindung liegt vor diesem Hintergrund die Idee zugrunde, in bildverarbeitenden Systemen eine Kamera (oder mehrere) so anzuordnen (sie zum Beispiel in einer entsprechend ausgeführten speziellen Halterung zu montieren), dass sie damit einer definierten künstlich erzeugten Oszillation unterworfen wird (d. h. sie in Mikroschwingungen zu versetzen) und die anschließende Signalweiterverarbeitung unter Berücksichtigung der auf diese Art und Weise erzeugten dynamisierten Bilder erfolgt. D. h. bei der Idee der oszillierenden Kamera würde ein normalerweise unerwünschter Effekt (umgangssprachlich ein Verwackeln) künstlich erzeugt und gezielt mitausgewertet.
Ausdrücklich vorbehalten ist die Umsetzung dieser Idee (alternativ zur oder in Kombination mit der – siehe oben – extern erzeugten Oszillation) auch in der Form, das Wirkprinzip der Bildstabilisation durch Aktoren, wie sie zur Zeit in handelsüblichen Digitalkameras integriert sind, genau anders herum anzuwenden und durch eine gezielte Auslenkung – entweder des kompletten Bildaufnahme-Chips oder einer speziell dafür vorgesehenen Linse innerhalb der Optik – diesen Bildversatz zur Dynamisierung zu erzeugen.
Die Vorteile
Die Vorteile einer oszillierenden Kamera in bildverarbeitenden Systemen wären dabei, bestimmte Fehlerfälle, die insbesondere bei sicherheitsgerichteten Anwendungen dem Arbeitsprinzip und der verwendeten optoelektronischen Hard- und Software zu unterstellen wären, systemimmanent und unmittelbar zu erkennen (z. B. das so genannte Einfrieren von Bildern bzw. „Stuck-at-Fehler") und in ein geeignetes Systemverhalten umzusetzen.
In die Erfindung ausdrücklich eingeschlossen ist die weiterführende Ausgestaltungsmöglichkeit, die künstlich erzeugte Oszillation selbst noch einem bestimmten Frequenzmuster zu unterwerfen (sie selbst noch zusätzlich zu dynamisieren) und in die Auswertung auch dieses Muster einzubeziehen.
Des weiteren sei auch im Hinblick auf die zur Zeit mehr und mehr an Potential gewinnenden „3D-Techniken" ausdrücklich die Oszillation in allen drei Raumachsen mit eingeschlossen, um bei diesen Systemen auch für die Tiefeninformation eine solche Prüftiefe zu ermöglichen.
Anwendungsbeispiel
Würde beispielsweise der Arbeitsbereich eines Roboters dahin gehend überwacht, ob sich Menschen im Wirkbereich der gefahrbringenden Bewegungen von Roboterachsen befinden oder sich dem kritisch nähern, um die Maschinensteuerung in diesen Fällen mit entsprechenden Informationen „zu bedienen", die zu einem Halt, einer Verlangsamung oder einer Umsteuerung der gefahrbringenden Bewegungen ausgewertet würden, könnte es lebensgefährlich sein, wenn durch einen Fehler in der Optoelektronik einer Kamera praktisch ein Standbild und auch ansonsten keine der Wirklichkeit entsprechenden Echtzeitbilder mehr erzeugt würden.
Stand der Technik – Vergleich
Entweder würde man – um diesen Fehlerfälle zu beherrschen – eine zweite unabhängige Kamera (oder mehrere dieser Redundanz bietenden Sensoren) in das bildverarbeitende System einbeziehen, um per rechenaufwändigem Vergleich der Bilder etwaige Fehler herauszufinden oder – unter Verzicht auf solche zusätzlichen Maßnahmen – per oszillierender Kamera eine zumindest gleichwertige Fehleraufdeckung erreichen. Es würden nur solche Bilder bzw. Bildfolgen als korrekt akzeptiert, in welchen sich die künstlich erzeugt Oszillation wiederspiegelt, d. h. es würde ein kontinuierliches „Lebendsignal" („sign-of-life signal") erzeugt und ausgewertet.
Sicherheitstechnische Einordnung
Die Idee einer oszillierenden Kamera nutzt das sicherheitstechnische Prinzip einer so genannten Zwangsdynamisierung, jedoch im Unterschied zur traditionellen Ausführung im On-line-Betrieb eines Systems, um Fehlerfälle (einschließlich so genannter schlafender Fehler) in Echtzeit (mindestens Echtzeit-nahe) aufzudecken.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- IEC 61496 [0003]
- IEC 61508 [0003]

Claims

System für eine sicherheitsgerichtete Anwendung mit mindestens einer Kamera und einer die Bilder der mindestens einen Kamera verarbeitenden Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bildaufnahme mit der mindestens einen Kamera mit einer ein künstliches Verwackeln hervorrufenden vorbestimmten Schwingung vorgesehen ist und, dass eine dynamisierte Signalverarbeitung der Bilder mit der die Bilder der mindestens einen Kamera verarbeitenden Vorrichtung unter Berücksichtigung der vorbestimmten Schwingung durchführbar ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kamera in einer mit der vorbestimmten Schwingung beaufschlagbaren Halterung angeordnet ist.
System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnahmechip der mindestens einen Kamera oder eine Linse innerhalb der Optik der mindestens einen Kamera über einen Aktor in die vorbestimmte Schwingung versetzbar ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Schwingung eine Mikroschwingung ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Schwingung durch eine Steuerung einstellbar ist.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuerung ein vorbestimmtes Frequenzmuster der Schwingung einstellbar ist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als vorbestimmte Schwingung eine Schwingung in drei Raumachsen zum Erzielen einer Tiefeninformation vorgesehen ist.
Verfahren zur Bildverarbeitung für eine sicherheitsgerichtete Anwendung, bei dem mindestens eine Kamera und eine die Bilder der mindestens einen Kamera verarbeitende Vorrichtung verwendet werden, gekennzeichnet durch Aufnehmen von Bildern mit der mindestens einen Kamera, bei der ein künstliches Verwackeln durch eine vorbestimmte Schwingung hervorgerufen wird, und Durchführen einer dynamisierten Signalverarbeitung der Bilder in der die Bilder der mindestens einen Kamera verarbeitenden Vorrichtung unter Berücksichtigen der vorbestimmten Schwingung.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der vorbestimmten Schwingung beaufschlagbare Halterung verwendet wird, in der die Kamera angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bildaufnahmechip der mindestens einen Kamera oder eine Linse innerhalb der Optik der mindestens einen Kamera über einen Aktor in die vorbestimmte Schwingung versetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als vorbestimmte Schwingung eine Mikroschwingung verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Schwingung mit einer Steuerung eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Steuerung ein vorbestimmtes Frequenzmuster der Schwingung einstellbar ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass als Schwingung eine Schwingung in drei Raumachsen zum Erzielen einer Tiefeninformation gewählt wird.