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Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor und ein Verfahren zur Überwachung eines inneren Überwachungsbereichs und eines äußeren Überwachungsbereichs, welcher den inneren Überwachungsbereich zumindest teilweise umgibt, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 beziehungsweise 11.
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Optoelektronische Sensoren werden seit langem für verschiedenste Überwachungsaufgaben eingesetzt. Ein wichtiges Anwendungsfeld ist die Flächenüberwachung, bei der vor allem bildgebende Systeme, also kamerabasierte Sensoren, oder Laserscanner verwendet werden.
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Derartige Sensoren erkennen nicht nur, ob sich Objekte in ihrem Sichtbereich befinden, sondern sind darüber hinaus auch in der Lage, entfernungsaufgelöste Informationen zu gewinnen. Bekannte Technologien hierzu sind Lichtlaufzeitverfahren, wo man puls- und phasenbasierte Verfahren unterscheidet. Dabei werden kurze Lichtpulse ausgesandt und die Laufzeit bis zum Empfang des von dem Zielobjekt remittierten oder reflektierten Lichts bestimmt, oder die Lichtlaufzeit wird über die Phasenverschiebung zwischen ausgesandtem und vom Zielobjekt wieder empfangenem amplitudenmodulierten Licht bestimmt. Bei Laserscannern wird der abtastende Lichtstrahl periodisch in einer oder sogar in zwei Richtungen abgelenkt, um somit Daten einer Überwachungsebene beziehungsweise eines dreidimensionalen Raumbereichs zu gewinnen.
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Lichtlaufzeitverfahren finden auch in kamerabasierten Sensoren Verwendung, bei denen dann die Pixel der Aufnahmechips zusätzlich zu den Farb- oder Grauwertinformationen auch eine Tiefeninformation liefern. Andere Entfernungsbestimmungen basieren auf der Stereoskopie, wo zwei Kameraköpfe analog den menschlichen Augen eine Szenerie aus verschiedener Perspektive aufnehmen und dreidimensionale Bilddaten aus der scheinbaren Verschiebung von Objekten ermitteln. Zu den weiteren bekannten Verfahren zählen Triangulation und Lichtschnittverfahren, die über Lage oder Verzerrungen eines bekannten Sendemusters auf Objektkonturen und -entfernungen schließen.
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Üblicherweise wird ein Überwachungsbereich bei Installation des Sensors innerhalb von dessen Sichtbereich konfiguriert. In diesem Überwachungsbereich soll der Sensor je nach Anwendung bestimmte Ereignisse detektieren und darauf durch Warnungen oder Signale an nachgeordnete Systeme reagieren. Beispiele sind Kollisionsschutz in Fahrerassistenzsystemen oder autonomen Fahrzeugen, wo Hindernisse, Personen oder andere Fahrzeuge vor allem in Fahrtrichtung rechtzeitig erkannt werden müssen, Gebäudesicherung oder die Absicherung von Maschinen. Gerade im letztgenannten Fall stellt der Überwachungsbereich einen Gefahrenbereich dar, in den keine Personen eintreten dürfen, um Verletzungen zu vermeiden, etwa an einem Roboter, einer Säge- oder einer Pressenmaschine Kommt hier eine Person zu nahe, so löst der Sensor eine Absicherung aus, welche die Maschine abschaltet oder in eine sichere Parkposition verbringt.
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Eine Schwierigkeit bei der Detektion von Objekten in dem Überwachungsbereich besteht darin, Objekte von Störungen zu unterscheiden. Störungen sind beispielsweise Staub, Regen, Schriee oder andere Partikel, aber auch Insekten Solche Eingriffe in den Überwachungsbereich sollen zu keiner Reaktion führen, da dies die Verfügbarkeit des Systems erheblich und unnötig einschränken würde. Üblicherweise wird die Störunterdrückung durch Angabe von Verweildauern, Objektgrößen, Bewegungsrichtungen oder Bewegungsgeschwindigkeiten realisiert.
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In stark gestörten Umgebungen, wie sie häufig in Freilandanwendungen oder an Maschinen mit großer Partikelbelastung auftreten, genügen diese Kriterien aber nicht, weil sich keine klare Trennlinie zwischen Störung und Objekt angeben lässt. Der Sensor ist dann je nach Wahl der Kriterien entweder unzuverlässig in seiner Objekterkennung oder in seiner Verfügbarkeit deutlich eingeschränkt. Beides ist in vielen Anwendungen gleichermaßen inakzeptabel.
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, ein eigentliches Überwachungs- oder Schutzfeld, in dem Eingriffe zu einem Abschaltsignal durch den Sensor führen, zumindest teilweise von einem äußeren Warnfeld zu umgeben. Eingriffe in dieses Feld führen nicht unmittelbar zur Abschaltung, sondern nur zu einem Warnsignal, damit beispielsweise eine Person die Möglichkeit hat, ihre Bewegung abzubrechen, um eine Abschaltung zu verhindern.
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In der
DE 102 21 578 A1 wird eine Vorrichtung zur Überwachung eines Flächen- oder Raumbereichs mit einem entfernungsmessenden 3D-CMOS-Sensor offenbart. Dabei sind unter anderem Filtermittel zur Unterdrückung irrelevanter Messwerte, Mutingmittel zur Ausblendung bestimmter Objekte und Identifikationsmittel zur Erfassung der Objektgeometrie vorgesehen.
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Die
GB 2 377 271 A beschreibt einen auf Streulicht basierenden Rauchdetektor. Darin ist mit einem ortsauflösenden Empfänger die Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung eines lichtstreuenden oder lichtreflektierenden Objekts bestimmbar. Außerdem kann aufgrund der Kontur eines Testobjekts zwischen Rauch und anderen Objekten unterschieden werden.
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In der
EP 1 306 603 A2 ist eine Vorrichtung zum Steuern einer sicherheitsrelevanten Funktion einer Maschine offenbart, die eine Position, eine Bewegungsrichtung und/oder eine Bewegungsgeschwindigkeit von Objekten erkennt. Der Überwachungsbereich dieser Vorrichtung umfasst eine Sicherheitsgrenze zu einem Gefahrenbereich, und bei Eindringen in diesen Gefahrenbereich wird die sicherheitsrelevante Funktion ausgelöst. Dabei ist die Lage der Sicherheitsgrenze in Abhängigkeit von den ermittelten Objekteigenschaften variabel festlegbar.
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Die Störunterdrückung ist hier aber jeweils nur nach den oben genannten Kriterien gelöst.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Störunempfindlichkeit eines gattungsgemäßen Sensors zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch einen optoelektronischen Sensor und ein Verfahren zur Überwachung eines inneren Überwachungsbereichs und eines äußeren Überwachungsbereichs gemäß Anspruch 1 beziehungsweise 11 gelöst.
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Die Lösung geht von dem Grundgedanken aus, bereits außerhalb des eigentlichen zu überwachenden Bereichs Objektinformationen zu generieren und diese Objekte zu verfolgen. Dadurch verbreitert sich die Entscheidungsbasis, um zu späteren Zeitpunkten zusätzlich erkannte potentielle Objekte in Störungen oder Objekte zu klassifizieren. Dabei kommt es dann nicht mehr allein auf die klassischen Störungskriterien wie Verweildauer, Objektposition, Objektgröße oder Objektgeschwindigkeit an. Auch ein nach diesen Störungskriterien als Objekt zu klassifizierendes potentielles Objekt kann noch als Störung unterdrückt werden, wenn aufgrund der Objektverfolgung klar ist, dass ein weiteres auftauchendes potentielles Objekt nach naturgesetzlichen Regeln nicht plausibel ein Objekt sein kann.
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Der Aufbau des Sensors muss dazu sinnvoll sein und einen direkten Zugang in den inneren Überwachungsbereich verhindern. Um dies zu erreichen, kann der äußere Überwachungsbereich den inneren Überwachungsbereich nicht nur teilweise, sondern vollständig umgeben. Ansonsten wird der direkte Zugang durch Wände oder dergleichen physisch ausgeschlossen, oder Grenzen, in denen der innere Überwachungsbereich nicht von dem äußeren Überwachungsbereich umgeben ist, werden anderweitig abgesichert oder von einem weiteren Sensor überwacht. So ist sichergestellt, dass Objekte, die in den inneren Überwachungsbereich gelangen, zuvor in dem äußeren Überwachungsbereich von der Objektverfolgung erfasst werden.
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Potentielle Objekte sind jegliche Bildmerkmale oder Sensorsignale, die etwas anderem entsprechen als dem freien Raum. Die Klassifikation potentieller Objekte in Störung oder Objekt ist ausschließlich und vollständig, ein potentielles Objekt muss also eindeutig das eine oder das andere sein. Selbstverständlich können die Objekte und Störungen danach auch wieder in weitere Unterkategorien zerfallen. Beispielsweise sind Störungen intern, also Sensorfehler, oder extern denkbar. Objekte lassen sich beispielsweise weiter in Personen, Behälter, Transportfahrzeuge, Paletten und unbekannte Objekte klassifizieren.
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Unverträglich mit der Objektverfolgung ist ein potentielles Objekt insbesondere dann, wenn plötzlich ein zusätzliches Objekt an einer Position und mit Betrag und Richtung seiner Geschwindigkeit in einem Innenbereich des äußeren Überwachungsbereichs oder gar im inneren Überwachungsbereich auftaucht. Sämtliche früher erkannten und verfolgten Objekte werden also in dieser Situation zu einem betrachteten Zeitpunkt erneut erfolgreich lokalisiert. Nach vernünftigen Annahmen des Sensors etwa über die Masse, Beschleunigung oder Maximalgeschwindigkeit eines Objekts ist ausgeschlossen, dass es ein neues Objekt mit den ermittelten Eigenschaften geben kann. Ein besonders wichtiger Parameter ist die Position, denn daran lässt sich erkennen, dass das neue Objekt buchstäblich aus dem Nichts aufgetaucht sein müsste. Aber auch andere Parameter, wie die Geschwindigkeit, können herangezogen sein, denn es ist besonders unplausibel, wenn ein Objekt auftaucht, dessen Geschwindigkeitsvektor in eine Richtung zeigt, die mit einer natürlichen, von außen kommenden Trajektorie hin zu der aktuellen Position unverträglich ist.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Sensor auch in stark gestörten Umgebungen einsetzbar ist. Durch die verbesserte Störunterdrückung erhöht sich die Verfügbarkeit in erheblichem Maße.
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Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, ein potentielles Objekt mit einer Position in dem inneren Überwachungsbereich als Störung zu erkennen, welches nicht zuvor in dem äußeren Überwachungsbereich erkannt wurde. Die Objektverfolgung hat ein derartiges potentielles Objekt, das plötzlich oder schlagartig in dem inneren Überwachungsbereich auftaucht, demnach zuvor noch nicht erfasst. Es gibt keine plausible Erklärung, wie ein Objekt in den inneren Überwachungsbereich gelangt sein sollte, ohne zuvor in dem äußeren Überwachungsbereich verfolgt zu werden. Dies ist deshalb ein besonders klares und einfach auszuwertendes Kriterium für eine Unverträglichkeit mit der Objektverfolgung.
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Die Auswertungseinheit ist weiterhin bevorzugt dafür ausgebildet, potentielle Objekte vorgegebener Form oder Große und/oder höchstens für eine vorgegebene Dauer erfasste potentielle Objekte als Störung zu erkennen. Diese Störerkennung kann unabhängig von der Objektverfolgung bleiben und mit einfachen Kriterien arbeiten. So sind potentielle Störungen, die nur einen Bildpunkt umfassen oder nur eine Breite von einem Bildpunkt aufweisen, mit Sicherheit keine Personen. Auch potentielle Objekte, die nur in einem einzigen Überwachungszyklus erfasst werden, sind gewöhnlich Störungen, wobei hier auch eine Zusammenschau von Größe und Verweildauer ausgewertet werden kann. Bestimmte Formen potentieller Objekte deuten eher auf Störung oder eher auf Objekt hin. Manche Objektformen werden sogar ganz gezielt ausgeblendet, beispielsweise eine Palette, die auch in dem inneren Überwachungsbereich stets zugelassen wird. Obwohl derartige zulässige Objekte im Endeffekt ähnlich wie Störungen ausgeblendet werden und keine Reaktion des Sensors hervorrufen, sollten sie zunächst als Objekte klassifiziert werden, damit sie von der Objektverfolgung erfasst bleiben und so die Information über den Überwachungsbereich insgesamt verlässlicher machen.
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Die Auswertungseinheit ist nochmals bevorzugt dafür ausgebildet, ein potentielles Objekt mit einer Eigenschaft, die unverträglich mit der Objektverfolgung ist, auch dann als Störung zu erkennen, wenn das potentielle Objekt aufgrund seiner Form oder Größe und/oder aufgrund der Dauer seiner Erfassung nicht als Störung erkannt würde. Die Unverträglichkeit mit der Vorhersage ist also ein echtes zusätzliches und nicht bloß nachrangiges Kriterium, Störungen als solche zu klassifizieren. Im Extremfall würde selbst ein sehr großes und dauerhaft erkanntes Objekt als Störung unterdrückt, wenn es bei seiner Klassifikation unverträglich mit der Objektverfolgung war.
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Der Sensor ist bevorzugt ein entfernungsmessender Laserscanner und weist einen Lichtsender, einen Lichtempfänger sowie ein bewegliches optisches Element auf, mittels dessen ein von dem Lichtsender ausgehendes Lichtbündel periodisch den inneren Überwachungsbereich und den äußeren Überwachungsbereich abtastet, wobei die Auswertungseinheit für eine Entfernungsbestimmung zu potentiellen Objekten anhand einer Lichtlaufzeit ausgebildet ist. Entfernungsmessende Laserscanner sind zuverlässige, etablierte Sensoren zur Gewinnung von entfernungsabhängigen Bilddaten eines Überwachungsbereichs. Dabei sollte noch erläutert werden, dass auch ein Laserscanner Bildpixel liefert, nämlich über den jeweiligen Ablenkungswinkel ortsaufgelöste Entfernungsinformationen, die sich analog einem klassischen Bildsensor als zwei- oder dreidimensionales Profil aus Entfernungspixeln auffassen lassen.
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Alternativ ist der Sensor als Kamera ausgebildet und weist einen Bildsensor auf, insbesondere eine Zeile aus Lichtempfangselementen, in denen über ein Lichtlaufzeitverfahren Entfernungen bestimmbar sind. Solche Bildsensoren sind als zeilen- oder matrixförmige Aufnahmechips in CCD- oder CMOS-Technologie erhältlich. In besonderen Ausführungen enthält jeder Pixel weitere Funktionalität, die eine Entfernungsbestimmung mittels Lichtleufzeitverfahren etwa durch Photonmischdetektion erlaubt. Andere Technologien zur Entfernungsbestimmung mit Kameras sind Stereoskopie, Triangulation oder Lichtschnittverfahren.
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Der innere Überwachungsbereich ist in einer Weiterbildung der Erfindung ein Gefahrenbereich, und eine Warn- oder Abschalteinrichtung ist dafür ausgebildet, bei Erkennung eines Objekts in dem Gefahrenbereich eine Warnung oder einen Abschaltbefehl an eine Gefahrenquelle auszugeben. Der Sensor wird hier also zur Absicherung verwendet. Speziell in der Sicherheitstechnik werden ganz besondere Anforderungen an Sensoren gestellt, um deren zuverlässige Einsatzbereitschaft zu garantieren, da die Gesundheit von Bedienpersonal davon abhängt. Fehlersicherheit bedeutet unter anderem, dass der Sensor sich selber regelmäßig oder sogar in Zyklen unterhalb der geforderten Ansprechzeit testet und dass die Elektronik samt Leitungen und Aus- und Eingängen zweikanalig ausgelegt oder sich selbst testende Algorithmen verwendet. Auch die optischen Elemente wie Sender, Empfänger, die zugehörigen Optiken und Frontscheiben sind ständig auf Einsatzbereitschaft und Verschmutzung zu prüfen. Derartige Vorschriften sind für allgemeine berührungslos wirkende Schutzeinrichtungen in der EN 61496-1 bzw. der IEC 61496 normiert. Eine entsprechende Norm für Sicherheitskameras befindet sich in der Vorbereitung.
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Die Grenzen des inneren Überwachungsbereichs sind vorteilhafterweise in Abhängigkeit von in der Objektverfolgung ermittelten Objekteigenschaften veränderbar, insbesondere in Abhängigkeit von Position, Bewegungsgeschwindigkeit oder Bewegungsrichtung. Damit müssen keine Sicherheitspuffer für das schlimmste denkbare Szenario (worst case) eingeplant werden, sondern die Überwachungsbereiche können situationsbedingt angepasst werden. Dadurch erhöht sich die Verfügbarkeit des Systems.
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Die Auswertungseinheit ist bevorzugt auch dafür ausgebildet, Objekte zu klassifizieren, wobei nur bestimmte Objektklassen in der Objektverfolgung berücksichtigt werden. Beispielsweise werden nur als Person klassifizierte Objekte verfolgt, um den Auswertungsaufwand zu reduzieren.
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Dabei können besonders bevorzugt nur bestimmte Objektklassen Änderungen der Grenzen des inneren Überwachungsbereichs bewirken. Beispielsweise führt das Verlassen einer Person des äußeren Überwachungsbereichs dazu, die Grenzen in einen Ausgangszustand zurückzusetzen. Ein als Palette oder fahrerloses Transportfahrzeug klassifiziertes Objekt dagegen wird zwar in der Objektverfolgung berücksichtigt, verschiebt aber nicht die Sicherheitsgrenzen, weil der Ein- und Austritt in den äußeren und häufig sogar in den inneren Überwachungsbereich unkritisch ist.
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Die Auswertungseinheit ist nochmals bevorzugt dafür ausgebildet, potentielle Objekte bestimmter Objektklassen, bei denen eine Eigenschaft des potentiellen Objekts unverträglich mit der Objektverfolgung ist, doch als Objekt und nicht als Störung zu erkennen. Dies ist also eine dreistufige Ausnahmeregel. Zunächst wird das potentielle Objekt von der klassischen Störunterdrückung nicht erfasst, etwa weil es für eine Störung zu groß ist oder eine zu lange Verweildauer hat. In der zweiten Stufe wird aus dem Objekt wieder eine Störung, weil seine Eigenschaften unverträglich mit der Objektverfolgung ist, es beispielsweise schlagartig in dem inneren Überwachungsbereich aufgetaucht ist. In der dritten Stufe behandelt die Auswertungseinheit die Störung aber doch wieder als Objekt, weil etwa aufgrund der Form oder anderer Eigenschaften die Wahrscheinlichkeit hoch ist, dass es sich um eine Person handelt und sicherheitshalber eine Reaktion erfolgen sollte.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf ähnliche Weise weitergebildet werden und zeigt dabei ähnliche Vorteile. Derartige vorteilhafte Merkmale sind beispielhaft, aber nicht abschließend in den sich an die unabhängigen Ansprüche anschließenden Unteransprüchen beschrieben.
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Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:
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1 eine schematische Querschnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen Sensor in einer Ausführungsform als Laserscanner;
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2 eine Draufsicht auf den äußeren und inneren Überwachungsbereich eines erfindungsgemäßen Sensors;
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3 ein Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors zur Absicherung einer Maschine; und
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4 ein Anwendungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensors zur Absicherung eines Wasserbeckens.
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1 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung eines optoelektronischen Sensors 10 zur Überwachung eines Überwachungsbereichs 12. Die Erfindung wird am Beispiel eines pulsbasierten entfernungsmessenden Laserscanners als Sensor 10 erläutert. Sie ist aber ebenso bei einem phasenbasierten Laserscanner und den anderen einleitend genannten entfernungsbestimmenden Sensoren einsetzbar.
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Ein Lichtsender 14 sendet kurze Lichtpulse aus. Das Sendelichtbündel wird von einer Sendeoptik 15 geformt und tritt durch einen Teilerspiegel 16 hindurch, bevor es auf einen drehbaren Scanspiegel 18 fällt. Der Scanspiegel 18 ist beispielsweise als Drehspiegel oder als Polygonspiegelrad ausgebildet und sorgt durch seine Drehbewegung gemäß dem Pfeil 19 dafür, dass das Sendelichtbündel periodisch den Raumbereich 12 abtastet. Dabei wird mit einem nur in einer Achse beweglichen Scanspiegel 18 eine Ebene überwacht. Mit einem zusätzlichen Bewegungsmechanismus für den Scanspiegel 18 ist auch ein dreidimensionaler Raumbereich abtastbar.
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Das Sendelicht fällt nach Durchtritt durch eine Frontscheibe 20 in dem Überwachungsbereich 12 auf ein Objekt 22 und wird dort zumindest teilweise zu dem Sensor remittiert oder reflektiert. Nach zweifacher Umlenkung an dem Scanspiegel 18 und dem Teilerspiegel 16 wird das Empfangslichtbündel nach Strahlformung in einer Empfangsoptik 24 in einem Lichtempfangselement 26 registriert, beispielsweise einer Photodiode.
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Eine Laserscanner-Steuereinheit 28 ermittelt die Laufzeit der Lichtpulse vom Zeitpunkt der Aussendung an dem Lichtsender 14 bis zur Detektion in dem Lichtempfangselement 26 und errechnet daraus über die Lichtgeschwindigkeit die Entfernung des Objekts 22. Mit jeder periodischen Drehbewegung des Scanspiegels 18 entsteht so ein Bild mit einem Entfernungsprofil der Objekte 22 in dem Überwachungsbereich 12. Das Bild hat in Winkelrichtung eine Auflösung, die von der Pulsfrequenz des Sendepulse an dem Lichtsender 14 und der Drehgeschwindigkeit des Scanspiegels 18 abhängt.
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Das Bild mit den Entfernungsdaten wird einer Auswertungseinheit 30 zugeführt, welche Störungen in dem Bild ausfiltert und aktuell erfasste Objekte 22 erkennt. Die Auswertungseinheit 30 führt außerdem eine Objektverfolgung zuvor erkannter Objekte 22 durch. Es werden Ereignisse definiert, nämlich Objekte 22 mit bestimmten Eigenschaften vor allem ihrer Position, Größe, Form, Bewegungsrichtung oder Bewegungsgeschwindigkeit, die zu einer Reaktion des Sensors 10 führen sollen. Bei Eintritt eines solchen Ereignisses lost die Auswertungseinheit 30 über einen Ausgang 32 eine Warnung oder eine Absicherung aus.
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Die Objektverfolgung und Störunterdrückung wird im Folgenden anhand einer Draufsicht auf einen Sensor 10 und dessen Überwachungsbereich 12 in 2 näher erläutert. Der Sensor 10 ist beispielhaft an einer abzusichernden Maschine 34 montiert. Sofern es sich bei dem Sensor 10 um einen Laserscanner 10 handelt, ist die Überwachungsebene vorteilhafterweise horizontal ausgerichtet und liegt in einer Höhe, in der Personen sicher erkannt werden, beispielsweise auf Bein- oder Brusthöhe mit einem halben bis einem Meter Abstand zum Boden. Eine Person könnte sich dann zwar unterhalb der Überwachungsebene bewegen, sofern aber der Arbeitsbereich der Maschine höher liegt, besteht trotz des Manipulationsversuchs keine Gefahr.
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Der Sensor 10 erfasst in seinem Überwachungsbereich 12 sämtliche potentiellen Objekte als Bildmerkmal in den Entfernungsprofilen. Die Auswertungseinheit 30 klassifiziert potentielle Objekte, die in Form, Größe, Verweildauer, Bewegungsrichtung und/oder Bewegungsgeschwindigkeit völlig unkritisch sind, als Störungen und blendet sie aus. Dabei ist zu berücksichtigen, dass Störungen nahe am Sensor 10 einen Schatten oder Blindbereich im Sichtfeld des Sensors 10 verursachen, so dass für die Beurteilung der Größe eines möglicherweise hinter der Störung verborgenen Objekts eine Reskalierung auf die maximale Erkennungsreichweite erforderlich sein kann.
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Nach der Störausblendung verbleibende potentielle Objekte wie die Person 36 werden zunächst als Objekt klassifiziert.
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Zusätzlich zu dieser Objekterkennung in den aktuellen Bilddaten nimmt die Auswertungseinheit 30 auch eine Objektverfolgung vor. Früher erkannte Objekte wie die Person 36 werden also in den aktuellen Bilddaten erneut gesucht und zugeordnet und ein Objektmodell erstellt. Bewegt sich die Person 36 auf einer Bewegungsbahn 37, so ist aus der Objektverfolgung der in der Vergangenheit liegende Anteil der Bewegungsbahn 37 bekannt und kann auch in die Zukunft extrapoliert werden. Die Person 36 wird also vom Grundgedanken her im nächsten Auswertungszyklus an einer Position erwartet, welche aus der aktuellen Position und dem aktuellen Geschwindigkeitsvektor resultiert.
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Sowohl für die Objekterkennung als auch die Objektverfolgung sind Auswertungsverfahren bekannt. Für die Objekterkennung werden beispielsweise konturbasierte Verfahren eingesetzt, welche Kontraststrukturen oder Entfernungsstufen benachbarter Bildbereiche als Kontur erkennen, maximal fortzusetzen suchen und verschiedene Konturen zu jeweils einem Objekt zusammensetzen. Dabei kann die gesuchte Kontur auch von einem Objektmodell erwarteter Objekte angetrieben sein. Pixelbasierte Verfahren clustern benachbarte Bildelemente mit Nachbarschaftszusammengehörigkeit zu jeweils einem Objekt.
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Bei der Objektverfolgung wird eine Serie zeitlich aufeinanderfolgender Bilder ausgewertet. Zu jedem erkannten Objekt wird ein Bewegungsmodell seiner bisherigen Bewegungsbahn erstellt, so dass außer der Position auch Parameter wie die aktuelle Bewegungsrichtung oder Bewegungsgeschwindigkeit verfügbar ist. Daraus lässt sich die Position sämtlicher verfolgter Objekte für den nächsten Auswertungszyklus vorhersagen. Aktuell erkannte Objekte werden dann den verfolgten Objekten zugeordnet. Danach muss möglicherweise das Bewegungsmodell angepasst werden, wenn die Vorhersage mit der Messung nicht übereinstimmt.
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Für eine Objektverfolgung in Echtzeit eignen sich Kalmann-Filter. In diesem Gleichungssystem wird laufend das Modell oder die Vorhersage durch die aktuelle Messung angepasst, so dass eine sich ständig adaptierende Mischung aus Vorhersage und Messung entsteht.
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In der Situation der 2 erfasst in dem betrachteten Auswertungszyklus die Objekterkennung die Person 36. Dieses Objekt befindet sich schon länger im Sichtbereich des Sensors 10 und ist der Objektverfolgung deshalb bekannt. Auch die vorhergesagte und gemessene Position stimmt überein, so dass die bisher verfolgte Person 36 der aktuell erkannten Person 36 zugeordnet wird. Dies geschieht analog mit allen aktuell erfassten Objekten.
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Erfindungsgemäß ist nun eine zusätzliche Störunterdrückung vorgesehen. Wenn die Person 36 in den Sichtbereich des Sensors 10 tritt, so geschieht dies in einem äußeren Überwachungsbereich 12a in einigem Abstand zu dem Sensor 10. Erst bei weiterer Annäherung bis zu einem inneren Überwachungsbereich oder Gefährdungsbereich 12b löst die Auswertungseinheit 30 ein Signal, eine Warnung oder eine Abschaltung aus. Dabei sollte durch zusätzliche Maßnahmen, wie physische Abtrennungen oder weitere Sensoren, ausgeschlossen werden, dass Objekte unmittelbar und ohne Berührung des äußeren Überwachungsbereichs 12a den inneren Überwachungsbereich 12b erreichen. Es kann also davon ausgegangen werden, dass ein sich dem inneren Überwachungsbereich 12b näherndes Objekt 36 frühzeitig von der Objektverfolgung erfasst wird.
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Mit diesem Wissen wird davon ausgegangen, dass schlagartig in dem inneren Überwachungsbereich 12a oder auch nur im Abstand zu der Begrenzung des äußeren Überwachungsbereichs 12b auftauchende Objekte Störungen sind. Denn zu detektierende Objekte, wie die sich an die Maschine 34 annähernde Person 36, könnten nicht plötzlich mitten in dem Überwachungsbereich 12 erscheinen. Für diese Art der Störunterdrückung kommt es auch nicht darauf an, ob die Störung nur eine bestimmte Größe, Form oder Verweildauer zeigt.
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3 zeigt ein Anwendungsbeispiel zur Absicherung einer beispielhaft als Sagemaschine 34 ausgebildeten Gefahrenquelle in einer Seitenansicht. Die Person 36 nähert sich der Maschine 34 und wird von dem Sensor 10 erfasst, sobald sie den äußeren Überwachungsbereich 12a eintritt. Sollte sich die dann in der Objektverfolgung des Sensors 10 bekannte Person 36 weiter nähern und auch den inneren Überwachungsbereich 12b betreten, so reagiert die Auswertungseinheit 30, indem sie die Maschine 34 abschaltet.
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Regentropfen 38 dagegen werden als Störung behandelt und führen weder zu einer Objektverfolgung noch gar einer Abschaltung. Einzelne Tropfen sind meist schon zu klein und haben nur eine extrem kurze Verweildauer, so dass sie schon durch diese Eigenschaften unabhängig von der Objektverfolgung als Störung erkannt werden. Aber auch wenn die Tropfen 38 größer sind oder ineinander übergehen und somit auf größerer Fläche und mit längerer Verweildauer erfasst werden, erkennt der Sensor 10 sie als Störung. Die Regentropfen 38 treten im Gegensatz zu der Person 36 erstmals an einer Position schlagartig auf, die mit der Objektverfolgung unverträglich ist. Die Objektverfolgung kann ihnen kein plausibles Bewegungsmodell von der Außengrenze des Überwachungsbereichs 12a zu ihrer tatschlichen Position zuordnen.
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Aber sogar ortsfeste und in Ausdehnung und Remission variable potentielle Objekte wie der Spanstrahl 40 der Sägemaschine 34 werden als Störung erkannt. Wie bereits mehrfach betont, kommt es bei der erfindungsgemäßen Störunterdrückung auf diese Eigenschaften nicht an. Wenn der Spanstrahl 40 einsetzt, taucht wie im Fall der Regentropfen plötzlich ein zusätzliches Objekt auf, dem die Objektverfolgung kein plausibles Bewegungsmodell zuordnen kann. Daran wird auch der anhaltende und per se nicht vernachlässigbar kleine Spanstrahl 40 als Störung erkannt.
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Als zusätzliche Absicherung ist vorstellbar, ein plötzlich auftauchendes und somit als Störung erkanntes potentielles Objekt noch weiter zu klassifizieren, Beispielsweise wird versucht, anhand von Bein- oder Körpermodellen auszuschließen, dass es sich bei der Störung um eine Person handelt. Wenn eine Person in dem inneren Überwachungsbereich 12b nicht klar ausgeschlossen werden kann, sollte bei dieser Ausführungsform sicherheitshalber eine Abschaltung erfolgen. Auch können solche Störungen in die Objektverfolgung aufgenommen werden und nur dann weiter als Störung behandelt werden, wenn sie keine definierbare Bewegungsrichtung oder Geschwindigkeit zeigen.
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4 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel an einem Wasserbecken 41, beispielsweise einem abzusichernden Naturteich oder Schwimmbecken. Wie schon in der gesamten Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Merkmale. Eine denkbare Störung an solchen horizontal überwachten Becken stellen Vögel, beispielsweise Schwäne dar. Solche Vögel 42 können nicht anhand ihrer Größe als Störung erkannt werden, da sie sich hierin nicht sicher von Personen oder anderen gefährlichen Eingriffen unterscheiden. Vögel 42 tauchen aber an beliebiger Position in das innere Überwachungsfeld 12b ein, ohne dass die Objektverfolgung sie zuvor erfasst hatte. Daran werden sie als Störung erkannt und ausgeblendet.
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Die beiden beschriebenen Anwendungen sind nur beispielhaft zu verstehen. Auch sind Merkmale, die jeweils im Zusammenhang mit einer Figur beschrieben werden, auch in anderen Ausführungsformen einsetzbar.
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Die Erfindung ermöglicht eine verbesserte Störausblendung, mit der auch solche Störungen erkannt werden, die nach Objekteigenschaften wie Größe, Position, Bewegungsrichtung und/oder Bewegungsgeschwindigkeit allein nicht erkennbar wären und nur mit Hilfe der Objektverfolgung als Störung identifiziert werden.
