-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verfolgen
und/oder Überwachen von zumindest einem bewegten Zielelement
mit elektromagnetischen Strahlungen.
-
Es
sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Verfolgen
und Überwachen von zumindest einem bewegten Zielelement
mit elektromagnetischer Strahlung bekannt geworden, die als sogenannte
Tracking-Systeme bezeichnet werden. Solche Tracking-Systeme werden
in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt, wie beispielsweise in
der Sicherheitstechnik zur Überwachung von Personen in
Gebäuden, in der Logistik zum Verfolgen von Waren mit einer
Identifikation, bei ergonomischen Untersuchungen zur Überwachung
von Bewegungsabläufen und deren Erreichbarkeiten sowie
bei vielen Interaktionen mit Rechnern als auch bei der Realvorlage für
Bewegungen und Bewegungsmodellen im Bereich der Motion Capture Systeme.
-
Bei
solchen Tracking-Verfahren werden neben mechanischen, elektromagnetischen,
akustischen und funkbasierten Systemen auch Netzwerkverfahren und
satellitengestützte Verfahren eingesetzt. Darüber
hinaus werden auch optische Verfahren verwendet. Diese optischen
Verfahren können in aktive und passive optische Verfahren
gegliedert werden.
-
Aus
der
EP 951 697 B1 ist
ein solches aktives optisches Verfahren bekannt geworden. Dieses zeichnet
sich dadurch aus, dass an dem zu scannenden Objekt beziehungsweise
dem bewegten Zielelement ein aktiver Sender vorgesehen ist, der
durch Aussendung einer Lichtstrahlung zum Empfänger sendet,
um das Tracking beziehungsweise Verfolgen und Überwachen
zu ermöglichen. Ebenso kann bei aktiven optischen Verfahren
auch vorgesehen sein, dass das zu trackende beziehungsweise zu verfolgende
und überwachende Objekt einen Empfänger, wie beispielsweise
eine IR-Kamera, beinhaltet und durch einen Sender das zu trackende
Objekt zu seiner Position aktiv bestimmt. Diese aktiven optischen Sender
beziehungsweise Zielelemente weisen den Nachteil auf, dass diese
nur für bestimmte Anwendungen geeignet sind. Darüber
hinaus ist erforderlich, dass die Sender mit der benötigten
Energie versorgt werden. Dadurch werden diese schwer und in der
Größe unhandlich. Des Weiteren sind zum Teil mehrfach
benötigte Emitter für ein Zielelement erforderlich,
um eine Identifikation zu ermöglichen.
-
Darüber
hinaus sind bereits sogenannte passive optische Verfahren zum Verfolgen
und Überwachen bekannt geworden. Diese besitzen erkennbare Elemente,
Zeichen oder Muster und Reflektoren. Solche Zielelemente werden
mit unpolarisiertem Licht beaufschlagt. Dadurch kann die unterschiedlich
polarisierte Strahlung an den Detektor zurück reflektiert werden.
Diese passiven optischen Verfahren sind jedoch bei einer Vielzahl
von Zielelementen bezüglich deren jeweiligen Identifikation
problematisch, da die Möglichkeit einer bestimmten Polarisierung
und deren eindeutige Identifikation nur begrenzt oder nicht gegeben
ist.
-
Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zum Verfolgen und/oder Überwachen von
zumindest einem beweglichen Zielelement mit elektromagnetischer Strahlung
vorzuschlagen, wodurch eine eindeutige Identifikation des verfolgten
und/oder überwachten Zielelementes beim Einsatz von mehreren
bewegten Zielelementen ermöglicht ist.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass zum Verfolgen und/oder Überwachen eines ersten bewegten
Zielelementes R1 ein elektromagnetischer
Strahl S1 mit einer vorbestimmten beziehungsweise
charakteristischen Wellenlänge W1 ausgestrahlt
wird, welcher eine Wellenlänge W1 aufweist,
die von dem ersten Zielelement R1 reflektiert wird, und dass zur
Verfolgung und/oder Überwachung eines zweiten oder weiteren
Zielelementes R2 ein elektromagnetischer
Strahl S2 mit einer vorbestimmten Wellenlänge
W2 oder Wn ausgestrahlt
wird, welcher eine Wellenlänge W2 oder
Wn aufweist, die nur von dem zweiten oder
n-ten Zielelement R2 oder Rn reflektiert
wird, und dass der jeweilige elektromagnetische Strahl S1, S2, Sn mit
jeweils einem Identifikationsmuster I1,
I2, In gekoppelt
und als identifizierbarer Strahl ausgegeben wird.
-
Durch
die Anpassung der Wellenlänge des elektromagnetischen Strahles
an das jeweilige Zielelement und die Überlagerung oder
Koppelung des jeweiligen elektromagnetischen Strahles mit einem
zusätzlichen Identifikationsmuster kann erzielt werden, dass
der zumindest eine Detektor zumindest das reflektierte Identifikationsmuster
erkennen und die daraus die resultierenden Bewegungsdaten erfassen sowie
dem entsprechenden Zielelement zuordnen kann, da das jeweilige Identifikationsmuster
nur von dem einen Zielelement reflektiert werden kann und das Zielelement
aufgrund der Anpassung der charakteristischen Wellenlänge
vor dem Aussenden der elektromagnetischen Strahlung bekannt ist.
-
Alternativ
kann durch die Überlagerung oder Kopplung des Identifikationsmusters
auch ermöglicht sein, dass der elektromagnetische Strahl
erfasst und durch das Identifikationsmuster eine eindeutige Identifikation
des reflektierten elektromagnetischen Strahles ermöglicht
wird. Durch die charakteristischen Wellenlängen des reflektierten
elektromag netischen Strahles wiederum ist bekannt, von welchem Zielelement
der elektromagnetische Strahl reflektiert wurde, das heißt,
welches Zielelement verfolgt und/oder überwacht wurde.
-
Die
Auswahl der vorbestimmten oder charakteristischen Wellenlänge,
die auf das anzustrahlende Zielelement angepasst wird, bewirkt also,
dass jeweils ein bestimmtes Zielelement verfolgt und überwacht
werden kann. Dadurch kann der Detektor bei der Erfassung des Identifikationsmusters
die Zuordnung zu dem Zielelement durchführen, so dass für den
Detektor eindeutig ist, welches Zielelement überwacht wird
und welchen Weg es durchläuft.
-
Durch
die Aussendung von elektromagnetischen Strahlen mit jeweils charakteristischen
Wellenlängen, die voneinander abweichen, wird des Weiteren
ermöglicht, dass ein sogenannter Cross-Talk vermieden wird.
Unerwünschte Überlagerungen, die die Auswertung
verfälschen würden, können somit unterbunden
werden.
-
Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass
der elektromagnetische Strahl S1, S2, Sn jeweils vor
dem Aussenden mit einem für die jeweiligen Wellenlänge
W1, W2, Wn charakteristischen Modulationsmuster M1, M2, Mn als Identifikationsmuster
I1, I2, In moduliert wird. Diese Ausgestaltung des
Verfahrens weist den Vorteil auf, dass eine charakteristische Größe
der elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit eines
zu übertragenden Signals verändert wird. Somit
kann eine einfache Unterscheidung und Zuordnung durch das Modulationsmuster
zur Identifizierung des jeweiligen elektromagnetischen Strahls mit
einer charakteristischen Wellenlänge und dem zu verfolgenden und/oder überwachenden
Zielelement ermöglicht sein.
-
Beim
Einsatz eines solchen Modulationsmusters als Identifikationsmuster
wird bevorzugt der elektromagnetische Strahl mit der jeweiligen
Wellenlänge jeweils durch eine charakteristische Pulsmodulation
angeregt. Dadurch erfolgt die Identifikation durch eine vorbestimmte
Folge von Impulsen, so dass jede Wellenlänge der elektromagnetischen Strahlung
mit einer entsprechenden Impulsfrequenz angeregt wird.
-
Eine
weitere bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass
durch die Auswahl der Reflektionseigenschaften des jeweiligen Zielelementes und
die Anpassung der Wellenlänge der jeweiligen elektromagnetischen
Strahlen an die Reflektionseigenschaft des zu verfolgenden und überwachenden Zielelementes
eine exakte Zuordnung des überwachten Zielelementes ermöglicht
ist.
-
Durch
die Auswahl der Reflektionseigenschaften kann auch bestimmt werden,
in welchem Umfang der elektromagnetische Strahl reflektiert wird.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Wellenlänge
des elektromagnetischen Strahles und des Identifikationsmusters
reflektiert und detektiert werden oder dass nur das Identifikationsmuster
reflektiert wird oder dass keine Reflexion detektiert wird, wenn
die eingehende Wellenlänge des Strahls nicht zum Reflektor
passt.
-
Nach
einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist des Weiteren
vorgesehen, dass durch den Detektor zumindest das Modulationsmuster,
insbesondere die Pulsmodulation, erfasst wird. Diese Auswertung
ermöglicht, dass allein aufgrund der Zuordnung der charakteristischen
Wellenlänge des elektromagnetischen Strahles zum Modulationsmuster
bekannt ist und von welchem zu überwachenden Zielelement
das erfasste Modulationsmuster reflektiert wurde. Ausgehend davon
kann eine Zuordnung für die Erfassung der Bewegungskoordinaten
zum Verfolgen und/oder Überwachen des Zielelementes ermöglicht
sein. Insbesondere ist diese Ausgestaltung von Vorteil, wenn sehr
kostengünstige Detektoren eingesetzt werden, die ein Erfassen
der reflektierten Wellenlänge nicht mehr ermöglichen.
Darüber hinaus kann auch die Reflektionseigenschaft des
zu überwachenden Zielelementes flexibel ausgestaltet werden,
sofern lediglich das reflektierte Modulationsmuster, insbesondere
die Pulsmodulation, zu erfassen ist.
-
Nach
einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen,
dass der jeweilige elektromagnetische Strahl mit der charakteristischen
Wellenlänge W1, W2,
Wn jeweils durch eine zeitliche Taktung
T1, T2, Tn getrennt zueinander ausgesendet wird. Durch
dieses Verfahren werden die Zielelemente seriell mit den jeweiligen
elektromagnetischen Strahlen angestrahlt. Da innerhalb einer zeitlichen
Taktung T1, T2,
Tn mit einer vorbestimmten Zeitdauer vorzugsweise
nur ein elektromagnetischer Strahl mit einer charakteristischen
Wellenlänge ausgesandt wird, kann der Detektor nach dessen
Empfang eindeutig das reflektierte Signal einem Zielelement zuordnen.
-
Eine
bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass der Emitter
permanent einen elektromagnetischen Strahl S0 mit
einem Wellenlängenspektrum ausgibt und durch einen in Ausstrahlrichtung
des elektromagnetischen Strahles nachgeschaltenen Filtereinrichtung
mit mehreren schaltbaren Filterelementen jeweils ein elektromagnetischer Strahl
mit einer charakteristischen Wellenlänge erzeugt und ausgestrahlt
wird. Durch eine solche Anordnung können kurze Taktungen
in einfacher Weise realisiert werden. Alternativ können
anstelle eines solchen Filters auch Strahlteiler, Filterräder
oder dergleichen vorgesehen sein.
-
Nach
einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen,
dass der jeweilige elektromagnetische Strahl durch Sweepen, Choppen
oder Chirpen der jeweiligen charakteristischen Wellenlänge
W1, W2, Wn zur Bildung eines Identifikationsmusters
gekoppelt wird. Unter Sweepen wird dabei eine Anpassung eines elektromagnetischen Strahles
in ein bestimmtes Wellenlängenintervall verstanden, welches
charakteristisch durchfahren wird. Unter Choppen wird verstanden,
dass die Fokussierung des Detektors abwechselnd auf den zu beobachtenden
Punkt und dann auf einen Referenzpunkt erfolgt. Dies weist den Vorteil
auf, dass die Ausblendung von hoher IR Strahlung, beispielsweise
von Gegenständen im Raum, Sportlern oder dergleichen ermöglicht
wird. Unter Chirpen wird eine Verschiebung bestimmter Frequenzanteile
in eine bestimmte Richtung (z. B. rote Anteile folgen den blauen
Anteilen) verstanden. Analoges gilt für negatives/positives Chirpen,
wobei negatives Chirpen die Verschiebung von einer hohen Frequenz
vor eine tiefe Frequenz und positives Chirpen die Verschiebung von
einer tiefen Frequenz vor eine hohe Frequenz umfasst. Dadurch kann
die Eindeutigkeit beziehungsweise die Intensität des Strahles
erhöht werden. Dies führt zu einer erhöhten
Zuverlässigkeit bei höheren Reichweiten für
eine Infrarotstrahlung.
-
Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass vom Emitter ein elektromagnetischer Strahl mit einer charakteristischen Wellenlänge
erzeugt wird, der eine Wellenlänge im sichtbaren Wellenlängenbereich
von 800 nm bis 400 nm oder einen Wellenlängenbereich von
800 nm bis 1 mm (Infrarot) umfasst. Insbesondere ist ein Wellenlängenbereich
von 88 nm bis 1.000 nm vorgesehen. Durch die Auswahl solcher Wellenlängenbereiche können
kostengünstige Emitter und Detektoren eingesetzt werden.
Darüber hinaus weist insbesondere der elektromagnetische
Strahl mit einer Wellenlänge im Infrarotbereich gegenüber
dem im sichtbaren Wellenlängenbereich den Vorteil auf,
dass dieser im Einsatz störungsunanfälliger ist.
-
Die
Aufgabe wird des Weiteren erfindungsgemäß durch
eine Vorrichtung zum Verfolgen und Überwachen von zumindest
einem bewegten Zielelement gelöst, bei dem jedes Zielelement
einen von dem weiteren Zielelement abweichenden Reflektionsgrad
aufweist und dass der Emitter eine auf den jeweiligen Reflektionsgrad
der Zielelemente abgestimmte Wellenlänge für den
jeweiligen elektromagnetischen Lichtstrahl erzeugt, der mit einem
Identifikationsmuster vor dem Aussenden gekoppelt wird. Dadurch
kann eine sichere Erkennung der durch den Detektor erfassten elektromagnetischen
Strahlen und Zuordnung zu den jeweiligen Zielelementen ermöglicht
werden. Des Weiteren ist eine solche Vorrichtung unabhängig
von der Umgebung und den damit einhergehenden Beleuchtungsverhältnissen.
Des Weiteren können schnelle Bewegungen der Zielelemente
verfolgt werden. Dies ist auch dann der Fall, sofern eine längere Überdeckung
eines Zielelementes erfolgt sein sollte, da das Zielelement nach
dem Freikommen der Überdeckung sofort wieder durch das
Identifikationsmuster eindeutig identifiziert werden kann.
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen,
dass das Zielelement als Interferenzfilter, Absorber, Zerstreuer, Transmissionselement,
Bandpassfilter, Bandsperrfilter, Spektrometer, optisches Gitter
oder optischer Filter ausgebildet ist. Durch die Aussendung des
elektromagnetischen Strahls, der mit einem Identifikationsmuster
gekoppelt ist, kann das Zielelement in seiner konkreten Ausgestaltung
flexibel ausgebildet sein, da lediglich die Reflektion des Identifi kationsmusters
erforderlich ist. Dadurch wird auch die Unabhängigkeit
von weiteren Umgebungsbedingungen erhöht.
-
Nach
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass das zumindest eine Zielelement einen retro-reflexiven Reflektor aufweist.
Durch diese Ausgestaltung kann eine sehr kompakte Ausgestaltung
der Vorrichtung und Zuordnung zu den Zielelementen ermöglicht
werden.
-
Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass
der Detektor als 3D-Kamera, also zur dreidimensionalen Bilderfassung,
ausgebildet ist. Dadurch kann in kostengünstiger Weise die
Position des Zielelementes dreidimensional erfasst werden. Als Kamera
können beispielsweise Tiefenkameras, Kameras mit Fotodioden,
Fototransistoren, CCD-Bildsensoren oder dergleichen eingesetzt werden.
Ebenso können einfache IR-Kameras eingesetzt werden, die
zumindest das Identifikationsmuster erfassen.
-
Nach
einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Vorrichtung ist vorgesehen,
dass der Detektor durch zumindest zwei einander zugeordnete und benachbarte
zweidimensionale Kameras ausgebildet ist, dessen Erfassungsbereiche
sich zumindest teilweise überschneiden. Dadurch kann das
jeweilige von der 2D-Kamera aufgenommene Bild bezüglich des
jeweiligen Zielelements erfasst und rechnerisch in der Auswerteeinrichtung
ausgewertet werden, um ein dreidimensionales Tracking zu ermöglichen.
-
Eine
weitere alternative Ausgestaltung der Vorrichtung sieht vor, dass
der Detektor als IR-Kamera ausgebildet ist. Dadurch kann zumindest
das Identifikationsmuster, insbesondere eine bestimmte Pulsfrequenz,
erfasst werden. Durch die Laufzeiten des Impulses zwischen Aussenden
und Empfangen kann das Tracking erfasst werden.
-
Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in
den Zeichnungen dargestellten Beispiele näher beschrieben
und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen
zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder
zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt
werden. Es zeigen:
-
1 eine
schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens zum Verfolgen und/Überwachen von
zumindest einem bewegten Zielelement und
-
2 eine
schematische Ansicht einer alternativen Vorrichtung zu 1 zur
Durchführung des Verfahrens.
-
In 1 ist
eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung 11 beziehungsweise ein Multiobjekt-Tracking-System
dargestellt. Die Anwendung der Vorrichtung 11 ist beispielsweise
an einer Person dargestellt, deren sportlichen Bewegungen überwacht
und kontrolliert werden sollen. Dies kann beispielsweise im Training
als auch in der Rehabilitation eingesetzt werden.
-
Die
Vorrichtung 11 umfasst einen Emitter 12, der zumindest
einen elektromagnetischen Strahl S1, S2, Sn aussendet.
Dieser elektromagnetische Strahl S1, S2, Sn wird jeweils
von zumindest einem am Zielelement R1, R2, Rn angeordneten
Reflektor reflektiert und zumindest von einem Detektor 18 erfasst.
Der Emitter 12 und der Detektor 18 können
gemeinsam in einem Gehäuse oder auch getrennt zueinander
vorgesehen sein. Die durch den Detektor 18 erfassten Signale
werden an eine Auswerteeinrichtung 19 weitergeleitet, die
unter anderem einen Bildschirm zur Visualisierung der verfolgten
und überwachten Bewegungen der Zielelemente R1,
R2, Rn umfasst. Gleichzeitig
können diese einzelnen Bewegungen und erfassten Daten gespeichert,
bearbeitet und miteinander in Relation gesetzt werden.
-
Anhand
der 1 wird eine erste erfindungsgemäße
Ausführungsform des Verfahrens zum Verfolgen und Überwachen
von Zielelementen R1, R2,
Rn beschrieben. Dabei handelt es sich um
ein Multiobjekt-Tracking mit einem 3D-Tracking-System mittels passiver
optischer Verfahren.
-
Der
Emitter 12 besteht beispielsweise aus einer Lichtquelle
zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung, die ein breites
Wellenlängenspektrum umfasst, welches dazu ausgebildet
ist, dass ein elektromagnetischer Strahl mit einer charakteristischen
Wellenlänge und deren dazugehörigen charakteristischen
Bandbreite eingestellt und emittiert werden kann. Alternativ kann
der Emitter 12 auch aus mehreren verschiedenen einzelnen
Lichtquellen, wie beispielsweise LEDs oder insbesondere IR-LEDs
bestehen, welche jeweils eine charakteristische Wellenlänge
oder ein eingeschränktes Wellenband emittieren. Mehrere
Lichtquellen derselben Quelle weisen den Vorteil auf, dass der detektierbare
Bereich oder die detektierbaren Entfernungen vergrößert
werden können. Die LEDs, insbesondere IR-LEDs, als Lichtquelle
eignen sich durch ihr schnelles Ansprechverhalten und ihr Modulationsvermögen.
-
Der
Emitter 12 sendet einen elektromagnetischen Strahl S1 mit einer charakteristischen Wellenlänge
W1 von beispielsweise 800 nm in den Raum. Bevor
dieser den Emitter 12 verlässt, wird dieser elektromagnetische
Strahl S1 mit einem Modulationsmuster M1 als Identifikationsmuster I1 angeregt.
Dabei ist beispielsweise als Modulationsmuster M1 vorgesehen,
dass der elektromagnetische Strahl S1 mit einer
Pulsfrequenz P1 angeregt wird. Der elektromagnetische
Strahl S1 breitet sich im Raum aus und trifft auf
die sich am zu überwachenden Objekt 20 befindenden
Zielelemente R1, R2,
Rn. Dabei kann vorgesehen sein, dass sich
die Zielelemente R1, R2,
Rn am Armband, Schweißband oder
an einer Sportbekleidung oder an kleinen Gewichten vorgesehen sind, die
beispielsweise über Klettverschlüsse an Bändern an
dem Arm, dem Knie oder sonstigen Extremitäten befestigt
werden können. Diese Zielelemente R1,
R2, Rn weisen jeweils
zumindest einen Reflektor 17 auf, der für jedes
Zielelement R1, R2,
Rn voneinander abweichende Reflektionsgrade
umfasst. Dabei kann das Zielelement R1,
R2, Rn beispielsweise
einen Reflektor 17 mit einer Beschichtung aufweisen, der
als Interferenzerzeuger ausgelegt ist und vorsieht, dass das Zielelement
R1 nur eine Reflektion des elektromagnetischen
Strahles S1, das Zielelement R2 nur
die Reflektion des elektromagnetischen Strahls S2 und das
Zielelement Rn nur eine Reflektion des elektromagnetischen
Strahles Sn ermöglicht. Dies bedeutet, dass am Zielelement
R1 nur die charakteristische Wellenlänge
W1 des elektromagnetischen Strahles S1 reflektiert wird. Alle anderen Wellenlängen
werden in Abhängigkeit der Ausgestaltung des Reflektors
absorbiert, durchgelassen, zerstreut oder dergleichen.
-
Der
elektromagnetische Strahl S1 gelangt durch
Reflexion vom Zielelement R1 zum Detektor 18 und
wird detektiert beziehungsweise eine aktuelle Position des Detektors
wird erkannt, wobei die Erfassung dabei zweidimensional oder dreidimensional
erfolgen kann. Gleichzeitig wird das Modulationsmuster M1 erfasst, und der Detektor 18 erkennt,
dass nunmehr ein Signal vom Zielelement R1 reflektiert
wurde. Somit kann das erfasste Signal dem Zielelement R1 zugeordnet
werden, wodurch die vom Zielelement R1 aufgenommenen
Bewegungsvektoren abgespeichert, ausgewertet und gegebenenfalls über
Bildverarbeitungsprogramme ausgegeben werden.
-
Bei
dem Verfahren gemäß 1 ist vorgesehen,
dass mehrere elektromagnetische Strahlen S1, S2, Sn parallel ausgesendet
werden und dadurch vom Detektor 18 jeweils von dem dazugehörigen
Zielelement R1, R2,
Rn eine Reflektionswelle beziehungsweise
ein reflektierter elektromagnetischer Strahl S1, S2, Sn und/oder das
dazugehörige gekoppelte Modulationsmuster M1,
M2, Mn mit bevorzugt
einer Pulsmodulation P1, P2,
Pn erfasst wird.
-
Beim
parallelen Aussenden von mehreren elektromagnetischen Strahlen S1, S2, Sn ist
beispielsweise vorgesehen, dass der elektromagnetische Strahl S2 eine charakteristische Wellenlänge
von 950 nm aufweist. Ein elektromagnetischer Strahl Sn kann beispielsweise
1.000 nm umfassen. Dieser Frequenzabstand ist nur beispielhaft.
-
Bei
der Auswahl der jeweiligen charakteristischen Wellenlängen
W1, W2, W3 für die elektromagnetischen Strahlen
S1, S2, Sn ist dabei ein hinreichender Frequenzabstand
einzuhalten, da insbesondere nach der Reflektion an dem jeweiligen
Zielelement R1, R2,
Rn ein mehr oder weniger breites Band an
einer Reflektionswelle am Detektor 18 auftritt und eine Überlagerung
dieser Reflektionsbänder zu vermeiden ist. Dadurch kann
ein sogenannter Cross-Talk verhindert werden. Die Breite des Bandes
an Reflektionswellen ist abhängig von der Bandbreite der
Einstrahlung, dem Einstrahlwinkel zum Aufbau des Reflektors des
Zielelementes sowie dem Abstand zwischen dem Emitter 12 und
dem Detektor 18 einerseits und dem Zielelement R1, R2, Rn andererseits.
-
Bevorzugt
sind der Emitter 12 und der Detektor 18 unmittelbar
benachbart zueinander angeordnet und insbesondere ist eine retro-reflexive
Reflektion vorgesehen, das heißt, dass die Ausstrahlrichtung vom
Emitter 12 zur Reflexionsrichtung des elektromagnetischen
Strahls S1, S2,
Sn entgegengesetzt gerichtet und im Wesentlichen
parallel dazu vorgesehen ist.
-
Durch
die Koppelung eines Identifikationsmusters I1,
I2, In mit der jeweiligen
charakteristischen Wellenlänge W1,
W2, Wn des elektromagnetischen Strahles
S1, S2, Sn zum Zielelement R1,
R2, Rn ist nach
einer Überdeckung eines Zielelementes R1,
R2, Rn durch ein
sich zwischen dem Zielelement R1, R2, Rn und dem Emitter 12 befindendes
Objekt 20 unmittelbar im Anschluss daran wieder eine sofortige
Erkennung ermöglicht.
-
Darüber
hinaus weist die Zuordnung beziehungsweise Anpassung des Reflektionsgrades
des Reflektors 17 der Zielelemente R1,
R2, Rn zu den charakteristischen
Wellenlängen W1, W2,
Wn der elektromagnetischen Strahlen S1, S2, Sn den
Vorteil auf, dass beim Einsatz von IR-Kameras als Detektoren 18,
die ab einer bestimmten Wellenlänge oder einer Luxzahl
oftmals keine Unterscheidung über die Wellenlängen
mehr ermöglichen, dass eine Auswertung über die
für die jeweilige Wellenlänge W1,
W2, Wn charakteristischen
Identifikationsmuster I1, I2,
In des elektromagnetischen Strahles S1, S2, Sn ermöglicht ist.
Durch die Zuordnung des Modulationsmusters M1,
M2, Mn zu einer
bestimmten charakteristischen Wellenlänge W1,
W2, Wn ist bekannt,
dass das charakteristisch erfasste Modulationsmuster M1,
M2, Mn dem Zielobjekt
R1, R2, Rn zuzuordnen ist.
-
Bei
der in 1 dargestellten Vorrichtung kann der Reflektor 17 des
Zielelementes R1, R2,
Rn dadurch ausgebildet werden, dass optisch
wirksame Schichten und/oder Beschichtungen in die gewünschte
Wellenlän ge und Bandbreitbereiche gebracht werden. Diese
Reflektoren 17 können beispielsweise als Interferenzfilter,
Vikantenfilter, Bandsperrfilter, Bandpassfilter oder auch als Absorber, Zerstreuer
oder vergleichbare optische Bauelemente, die beispielsweise nur
die Transmission einer bestimmten Wellenlänge oder eines
bestimmten Lichtquellenbandes, ermöglichen, ausgebildet
sein. Des Weiteren können beispielsweise Interferenzfilter
eingesetzt werden, die eine möglichst schwache Winkelabhängigkeit
aufweisen, da die Änderung der optischen Werte eines Interferenzfilters
(neben weiteren Eigenschaften wie den verwendeten Schichtmaterialien
der Bauart, der spektralen Lage des Filters usw.) stark vom Einfalls-
beziehungsweise Öffnungswinkel anhängt. Neben
geometrischen Effekten, wie beispielsweise klein und/oder beschichtete
Kugeln, Polyeder und/oder Halbkugeln oder ähnliches für
gerichtetes Licht auf die Zielelemente R1,
R2, Rn, sind auch
weitere Möglichkeiten gegeben, wie beispielsweise der Aufbau
von Linsensystemen für ungerichtetes Licht.
-
Als
Empfänger beziehungsweise Detektor 18 können
beispielsweise 3D-Kameras vorgesehen sein sowie Tiefenkameras. Diese
Kameras können Fotodioden, Fototransistoren oder CCD-Bildsensoren
umfassen. Für eine Vereinfachung der Auswertung über
beispielsweise ein Bildverarbeitungsprogramm kann durch Filter das
empfangene Kamerabild bereinigt werden. Insbesondere können
hierfür sogenannte IR-Passfilter, Polarisationsfilter oder
dergleichen vorgesehen sein.
-
Die
in 1 beschriebene Vorrichtung 11 kann alternativ
zum parallelen Aussenden von mehreren elektromagnetischen Strahlen
S1, S2, Sn mit deren jeweiligen charakteristischen
Wellenlänge W1, W2,
Wn mit einem Verfahren betrieben werden,
bei dem eine serielle Aussendung der elektromagnetischen Strahlen
S1, S2, Sn vorgesehen ist. Die serielle Aussendung
beziehungsweise die zeitliche Taktung T1,
T2, Tn stellt dabei
ein Identifikationsmuster I1, I2,
In dar. Innerhalb der Taktung T1,
T2, Tn, welche eine
vorbestimmte Zeitdauer für die Aussendung von jeweils einem
elektromagnetischen Strahl S1, S2, Sn mit der charakteristischen
Wellenlänge W1, W2,
Wn umfasst, kann eine exakte Zuordnung erfolgen.
Insbesondere erfolgt die Aussendung der elektromagnetischen Strahlen
S1, S2, Sn in einer vorbestimmten Reihenfolge. Es
wird also zunächst ein elektromagnetischer Strahl S1 mit der Wellenlänge W1 von
dem Emitter 12 in der Taktung T1 ausgesendet
und nur vom Zielelement R1 reflektiert,
so dass der elektromagnetische Strahl S1 vom
Detektor 18 innerhalb der zeitlichen Taktung T1 erfasst
wird. Anschließend wird die Taktung T2 geschalten,
wonach der elektromagnetische Strahl S2 mit
der charakteristischen Welle W2 emittiert wird.
Im Zielelement R2 wird der elektromagnetische Strahl
S2 reflektiert und vom Detektor 18 erfasst.
Anschließend erfolgt die Taktung Tn und
der Zyklus wird neu gestartet. Durch die Zuordnung der charakteristischen
Wellenlänge W1, W2,
Wn des elektromagnetischen Strahles S1, S2, Sn wird
das jeweils zu verfolgende und überwachende Zielelement
R1, R2, Rn im Überwachungsraum angestrahlt
und jeweils die dazugehörige elektromagnetische Strahlung
S1, S2, Sn reflektiert.
-
Bevorzugt
ist bei dieser Verfahrensweise vorgesehen, dass die zeitliche Taktung
T1, T2, Tn durch einen schaltbaren Filter und einen
permanent emittierten elektromagnetischen Strahl S0 mit
einem Wellenlängenspektrum ersetzt wird. Aufgrund des schaltbaren
Filters werden durch den Emitter 12 wiederum jeweils elektromagnetische
Strahlen S1, S2,
Sn mit charakteristischen Wellenlänge
W1, W2, Wn nacheinander emittiert. Bevorzugt ist dabei
vorgesehen, dass ein elektronisch schaltbarer Filter vorgesehen ist,
wodurch die Schaltfrequenz wesentlich erhöht werden kann.
-
In 2 ist
ein alternativer Aufbau einer Vorrichtung 11 zu 1 dargestellt.
Dieser Aufbau weicht dahingehend ab, dass der Detektor 18 durch zwei
einzelne Kameras mit jeweils einem Ausstrahlungsbereich 21, 22 ausgebildet
ist, die benachbart zueinander angeordnet sind. Der Ausstrahlungsbereich 21, 22 der
beiden Kameras überschneidet sich, so dass der Bewegungsraum
der Zielelemente R1, R2,
Rn innerhalb des gemeinsamen Überdeckungsbereiches
des Ausstrahlungsraumes 21, 22 liegt. Bei dieser
Ausgestaltung können beispielsweise 2D-Kameras verwendet
werden, deren detektierte Signale über die Auswerteeinrichtung 19 zu
einem dreidimensionalen Bild aufbereitet werden.
-
Die
zu 1 beschriebenen Ausführungsformen zur
Durchführung des Verfahrens zum Verfolgen und Überwachen
von zumindest einem bewegten Zielelement R1,
R2, Rn werden auch
bei einem Aufbau gemäß der Vorrichtung 11 in 2 ermöglicht.
-
Die
vorbeschriebenen alternativen Ausführungsformen des Verfahrens
zum Verfolgen und/oder Überwachen von bewegten Zielelementen
R1, R2, Rn können in vielfältiger
Weise eingesetzt werden. Durch das erfindungsgemäße
Verfahren wird ein Multiobjekt-Tracking mittels passiver optischer
Verfahren ermöglicht, bei dem elektromagnetische Strahlen
mit jeweils voneinander abweichenden Wellenlängen, insbesondere
im Infrarotbereich, eingesetzt werden, wobei durch die Koppelung
von zumindest einem Identifikationsmuster mit der jeweiligen charakteristischen
Wellenlänge des elektromagnetischen Strahles sowie der
wellenlängenabhängigen Reflexion am Zielelement
eine eindeutige Identifikationsmöglichkeit und somit Tracking-Möglichkeit
von mehreren gleichzeitig sich im Überwachungsraum befindenden
Zielelementen vorgesehen ist.
-
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 Patentliteratur
-