DE102013012679A1

DE102013012679A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung eines sicherheitsrelevanten Zustands

Info

Publication number: DE102013012679A1
Application number: DE102013012679.7A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Ganz
Original assignee: Deuta Werke GmbH
Current assignee: Deuta Werke GmbH
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2015-02-05
Also published as: PL2833349T4; EP2833349B1; EP2833349A1; PL2833349T3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Darstellung eines sicherheitsrelevanten Zustands. Ein Rechner (4) erstellt einen Bilddatenstrom (8) mit Darstellungswerten unter Berücksichtigung von Zustandsinformation Eine Anzeige (6) stellt ein Bild durch Ansteuern von Bildpunkten anhand der Darstellungswerte dar. Zwecks rechentechnischer Sicherheitsprüfung wird der Bilddatenstrom einer Prüfeinheit (10) zugeführt. Ein für alle Bildpunkte eines Überwachungsbereichs (16) geltender Referenzwert wird in der Prüfeinheit gespeichert. Diese führt eine Prüfsequenz durch, wobei jeweils nacheinander für jeden Bildpunkt einer Auswahl aus dem Überwachungsbereich (16), eine Vergleichsoperation zwischen einem Darstellungswert des Bildpunkts und dem Referenzwert durchgeführt wird und daraus ein Vergleichsergebnis gebildet wird, welches zum Bestimmen einer Ergebnisvariable berücksichtigt wird. Nach erfolgter Prüfsequenz wird die Ergebnisvariable mit einem Schwellwert verglichen zur Bildung eines positiven oder negativen Prüfergebnisses.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein den Bereich der Sicherheitstechnik (engl. safety technology). Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur zuverlässigen Darstellung eines sicherheitsrelevanten Zustands mit einer Anzeige, insbesondere mit einem TFT-Bildschirm.
Bei gattungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen erstellt ein Rechner unter Berücksichtigung einer Zustandsinformation einen Bilddatenstrom, welcher Darstellungswerte, insbesondere Farbwerte, enthält. Diese dienen zum Ansteuern der einzelnen Bildpunkte der Anzeige, d. h. zum Darstellen eines Bildes, und werden im Bilddatenstrom an die Anzeige weitergeleitet.
Aufgrund der Komplexität der typisch zur Grafikerzeugung verwendeten Rechner sind diese im signaltechnischen Sinne als unsicher einzustufen.
Deshalb wird bei gattungsgemäßen Verfahren der Bilddatenstrom einer Prüfeinheit zugeführt zum Durchführen einer rechentechnischen Sicherheitsprüfung. Diese betrifft einen Überwachungsbereich, welcher zumindest mehrere Bildpunkte, in der Regel eine Vielzahl Bildpunke, des jeweils darzustellenden Bildes umfasst.
Ein gattungsgemäßes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind beispielsweise aus der internationalen Patentanmeldung WO 2012/003872 A1 bzw. den europäischen Patenten EP 2353089 B1 und EP 2273369 B1 vorbekannt. Bei diesem Ansatz erfolgt die rechentechnische Sicherheitsprüfung durch deterministische Berechnung eines Prüfcodes unter Berücksichtigung der Darstellungswerte aller Pixel innerhalb des Überwachungsbereichs, d. h. durch eine Datenreduktion aller Bilddaten betreffend den Überwachungsbereich auf einen im Datenumfang erheblich reduzierten Prüfcode. Ausgehend von diesem Prüfcode erfolgt dann ein Rückschluss auf eine mögliche Eingangsgröße und deren Vergleich mit der tatsächlichen Eingangsgröße, welche beispielsweise eine Zustandsinformation darstellen kann. Vergleichbare Verfahren sind ebenfalls bekannt aus EP 2254039 B1 oder aus DE 34 11 015 C2 .
Ein wesentlicher Vorteil dieser Ansätze ist darin zu sehen, dass mit einem handelsüblichen Standardrechner, welcher meist die Erfordernisse für eine sicherheitstechnische Zertifizierung nicht erfüllt, dennoch eine sichere Darstellung gewährleistet werden. Diese Verfahren erkennen zuverlässig jede auch nur geringfügige Abweichung der Bilddaten von den Sollbilddaten. Ein Ansatz mit Datenreduktion durch Prüfcodebildung ist jedoch nicht für jeden Anwendungsfall ideal geeignet.
In vielen Anwendungen soll dem Benutzer einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (engl. HMI) auch ohne komplexe Darstellung, wie beispielsweise bei einem Tachometer erforderlich, auf einfache Weise ein sicherheitsrelevanter Zustand signalisiert werden. So kann beispielsweise durch eine Kontrolllampe je nach deren Leuchtfarbe, beispielsweise grün oder rot, ein Betriebszustand signalisiert und leicht vom Benutzer überwacht werden. Bei bekannten Systemen mit solchen Kontrollleuchten wird durch eine Messung des Lampenstroms die korrekte Funktion der Lampe überprüft um die Sicherheit zu gewährleisten.
Da auch in sicherheitskritischen Anwendungen vermehrt Anzeigen wie beispielsweise TFT-Bildschirme eingesetzt werden sollen, ist es wünschenswert, die Funktion solcher Kontroll- oder Warnlampen in das auf der Anzeige dargestellte Bild zu integrieren.
Für die sicherheitstechnische Funktionsprüfung der Anzeige entsprechender Zustandsinformation sind die eingangs angegebenen Ansätze mit Datenreduktion zwar grundsätzlich geeignet, jedoch relativ aufwendig in der Umsetzung. Außerdem erfordert die Datenreduktion durch Prüfcodebildung eine Identität zwischen Sollbild und Istbild, so dass geringfügige für den Benutzer nicht wahrnehmbare Fehler, wie etwa einzelne Pixelfehler oder EMV-bedingte sogenannte Bitkipper, zu einem eigentlich unnötigen Fehlerfall führen.
Als Alternative zu den eingangs genannten Ansätzen wäre es denkbar, eine Lösung zu verwenden, bei welcher ein zweiter Bildaufbau unabhängig bzw. redundant erzeugt wird und das erste Bild mit dem redundanten Bild bildpunktweise verglichen wird. Ein solcher Ansatz ist beispielsweise aus der EP 0856792 B1 bekannt. Dieser Ansatz bedingt jedoch einen erheblich größeren Hardwareaufwand, da sowohl eine redundante d. h. doppelt ausgeführte rechentechnische Erstellung des Bilddatenstroms, als auch eine zweifache vollständige Speicherung der für einen Bildaufbau benötigten Bilddaten erforderlich ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es mithin, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, welche die sicherheitstechnisch zuverlässige Darstellung eines sicherheitsrelevanten Zustands auf besonders einfache Weise ermöglichen und zugleich eine gewisse Toleranz gegenüber vernachlässigbaren Darstellungsfehlern gestatten.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1, durch eine Vorrichtung nach Anspruch 10 sowie durch eine Prüfeinheit nach Anspruch 14.
Verfahrensseitig zeichnet sich ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff aus Anspruch 1 erfindungsgemäß dadurch aus, dass zunächst ein für alle Bildpunkte des Überwachungsbereichs gleichsam geltender Referenzwert bestimmt wird, zum Beispiel durch die Prüfeinheit oder einen sicheren Steuerrechner, und dass die Prüfeinheit diesen Referenzwert speichert. Ferner zeichnet sich die Erfindung dadurch aus, dass die Prüfeinheit, ausgehend vom Bilddatenstrom, jeden Bildpunkt einer Auswahl von Bildpunkten des Überwachungsbereichs einer Prüfsequenz unterzieht. Die Auswahl der Bildpunkte für die Prüfsequenz besteht im einfachsten Fall aus allen Bildpunkten des Überwachungsbereichs, kann aber auch z. B. jeweils nur jeden zweiten Bildpunkt berücksichtigen. In der Prüfsequenz führt die Prüfeinheit erfindungsgemäß Bildpunkt-für-Bildpunkt eine Vergleichsoperation zwischen mindestens einem Darstellungswert des jeweiligen Bildpunkts, d. h. des aktuell in der Prüfsequenz betrachteten Pixels, und dem vorgegebenen, gespeicherten Referenzwert durch und bildet aus dieser Vergleichsoperation ein Vergleichsergebnis. Ferner berücksichtigt die Prüfeinheit das jeweilige Vergleichsergebnis zum aktuellen Bildpunkt, um eine Ergebnisvariable bestimmen zu können. Diese Berücksichtigung kann insbesondere durch schrittweises Erhöhen oder Verringern der Ergebnisvariablen in Abhängigkeit des jeweiligen Vergleichsergebnisses erfolgen. Die Prüfsequenz kann sich gegebenenfalls über mehr als einen Bildaufbau (Engl. frame) bzw. Bildschirmrefresh erstrecken. Schließlich sieht die Erfindung vor, dass nach erfolgter Prüfsequenz die aus den einzelnen, bildpunktweise erzeugten Vergleichsergebnissen bestimmte Ergebnisvariable mit einem Schwellwert verglichen wird. Dieser Vergleich erfolgt durch die Prüfeinheit selbst oder aber extern nach Ausgabe der Ergebnisvariable durch die Prüfeinheit und wird zur Bildung entweder eines positiven oder negativen Ergebnisses der Sicherheitsprüfung genutzt. Dieses Gesamtergebnis kann anschließend zur Veranlassung einer sicherheitsgerichteten Reaktion, beispielsweise zur Ausgabe eines Warnsignals oder zu einer Sicherheitsabschaltung der Anzeige, genutzt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich demnach dadurch aus, dass diese eine Prüfeinheit umfasst, in welcher ein für alle Bildpunkte des Überwachungsbereichs geltender Referenzwert gespeichert ist und die Prüfeinheit ausgeführt ist, um ausgehend vom Bilddatenstrom eine Prüfsequenz durchzuführen, dergestalt, dass die Prüfeinheit jeweils nacheinander für jeden Bildpunkt einer Auswahl von Bildpunkten des Überwachungsbereichs eine Vergleichsoperation zwischen mindestens einem Darstellungswert, insbesondere einem Farbwert, zum aktuell in der Sequenz betrachteten Bildpunkt und dem gespeicherten Referenzwert durchführt und daraus ein Vergleichsergebnis bildet. Ferner berücksichtigt die Prüfeinheit das jeweilige Vergleichsergebnis zwecks Bestimmung einer Ergebnisvariable, beispielsweise durch deren schrittweises Erhöhen oder Verringern. Die Prüfeinheit kann nach erfolgter Prüfsequenz, insbesondere jeweils nach jeder einzelnen oder nach einer Folge von Prüfsequenzen, die Ergebnisvariable ausgeben oder selbst mit einem Schwellwert vergleichen. Gestützt hierauf kann extern oder durch die Prüfeinheit die Bildung eines positiven oder negativen Ergebnisses der Sicherheitsprüfung erfolgen.
Die erfindungsgemäße Lösung ist besonders leicht umzusetzen bei einem digitalen Bilddatenstrom, kann jedoch grundsätzlich auch bei einer analog gesteuerten Anzeige eingesetzt werden. Der Überwachungsbereich kann der Prüfeinheit variabel angegeben oder aber in dieser fest hinterlegt sein. Der Begriff „Überwachungsbereich” bedeutet hier mit Bezug auf das darzustellende Bild sowohl zusammenhängende als auch nicht zusammenhängende Mengen einzelner Pixel bzw. Bildpunkte und umfasst jegliche geometrischen Formen im darzustellenden Bild, insbesondere aber nicht ausschließlich polygon- oder ellipsenförmige Bereiche, einschließlich rechteckiger oder kreisförmiger Bereiche. Zweckmäßig werden alle Bildpunkte des vorgegebenen Überwachungsbereichs der erfindungsgemäßen Prüfsequenz unterzogen. Es ist jedoch auch möglich, eine Auswahl mit einer geringeren Anzahl von Bildpunkten zu treffen, beispielsweise nur jeden zweiten Bildpunkt der Vergleichsoperation und Berücksichtigung in der Ergebnisvariablen zu unterziehen.
Eine wesentliche Eigenschaft der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass eine Vielzahl von Bildpunkten bzw. Pixeln des zu prüfenden Überwachungsbereichs hinsichtlich mindestens eines ihrer Darstellungswerte zur Ansteuerung der Anzeige mit jeweils einem oder lediglich einigen wenigen vorbestimmten Referenzwerten verglichen werden. Hierdurch kann auf rechentechnisch besonders einfache Weise und mit besonders geringem Hardwareaufwand die zuverlässige Darstellung eines sicherheitsrelevanten Zustands in einer Vielzahl von Anwendungsfällen überprüft und gewährleistet werden.
Es kann zum Beispiel sicher erkannt werden, ob eine bestimmte Fläche in hinreichendem Maße in einer bestimmten Farbe angezeigt wird. So lässt sich beispielsweise sicherstellen, dass ein anzuzeigender Warnhinweis auch tatsächlich angezeigt wird. Im Gegensatz zu dieser Sicherstellung einer Minimaleinfärbung ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung auch den hierzu komplementären Ansatz, eine Maximaleinfärbung zu erkennen. So kann zum Beispiel sichergestellt werden, dass im Überwachungsbereich ein bestimmter Flächenanteil in der Farbe Grün nur dann angezeigt ist, wenn die Zustandsinformation einem sicheren Betriebszustand entspricht.
Die erfindungsgemäße Vergleichsoperation kann auf unterschiedliche Arten implementiert werden. Besonders einfach ist ein Identitätsvergleich eines digitalen Darstellungswerts mit einem digitalen Referenzwert, welcher die gleiche Wortlänge wie der Darstellungswert aufweist. Die Vergleichsoperation kann jedoch auch als Ungleichungsvergleich ausgeführt sein. Insbesondere, wenn geprüft werden soll, ob die Darstellungswerte zu den einzelnen Bildpunkten innerhalb eines bestimmten Toleranzbereichs liegen, kann die Vergleichsoperation, je nachdem, ob der Referenzwert einen oberen oder unteren Grenzwert darstellt, als ein Vergleich dahingehend ausgeführt sein, ob der aktuell in der Prüfsequenz betrachtete Darstellungswert kleiner, kleiner/gleich, größer/gleich oder größer als der Referenzwert ist. Ein Toleranzvergleich ist digitaltechnisch auch auf andere Weise leicht zu implementieren. Insbesondere kann beispielsweise lediglich ein in der Bitwertigkeit höherwertige Teil der Bits des Darstellungswerts mit einem Referenzwert geringerer Wortlänge auf Identität verglichen werden. Durch die Beschränkung auf die höherwertigen Bits wird auf einfache Weise eine Toleranz hinsichtlich geringfügiger Abweichungen, beispielsweise bei unterschiedlichen Farbwerten eines Farbtons, realisiert werden. Abgesehen vom Ungleichungsvergleich, welcher gegebenenfalls einen oberen und einen unteren Referenzwert verwendet, wird in der Regel lediglich ein Referenzwert benötigt für die gesamte Auswahl von zu prüfenden Bildpunkten aus dem Überwachungsbereich.
Die Prüfeinheit bzw. das Verfahren kann vorsehen, parallel bzw. zeitgleich mehrere Prüfsequenzen betreffend mehrere getrennte oder teilweise überlappende Überwachungsbereiche durchzuführen.
Die Prüfsequenz kann jeweils für jeden Bildaufbau bzw. Bildschirmrefresh einzeln wiederholt werden. Zur Reduzierung der erforderlichen Rechenleistung und/oder zur Einführung einer zeitlichen Prüftoleranz kann sich die Prüfsequenz jedoch auch über mehr als einen Bildaufbau erstrecken und weist vorzugsweise eine Wiederholungsrate im Bereich der vom Menschen erfassbaren auf, typisch weniger als 30 Hz. Zweckmäßig kann die Wiederholungsrate der Prüfsequenz für einen Überwachungsbereich den 1/n-Bruchteil der Bildwiederholfrequenz f betragen.
In bevorzugter Ausführungsform des Verfahrens bzw. der Vorrichtung umfasst das Darstellen eines Bildes eine Farbfläche, deren Farbe abhängig von der Zustandsinformation durch den Rechner bestimmt wird. Die Farbfläche kann insbesondere eine Kontroll- oder Warnleuchte symbolisieren oder den Hintergrund einer sicherheitsrelevanten, dynamisch veränderlichen Anzeige, wie beispielsweise eines Tachometers, darstellen.
Insbesondere in Fällen in denen die Anzahl der Bildpunkte die veränderliche Information anzeigen nicht oder nur geringfügig ändert, wie beispielsweise bei einer typischen, analogen Tachometeranzeige, und bei der Sicherheitsprüfung von Farbflächen ist es zweckmäßig, vorzusehen, dass der Schwellwert für die Ergebnisvariable so bestimmt ist, dass ein positives Ergebnis der Sicherheitsprüfung bereits dann festgestellt werden kann, wenn lediglich ein vorbestimmter Anteil der für die Prüfsequenz getroffenen Auswahl von Bildpunkten das Vergleichskriterium der Vergleichsoperation erfüllt. Dieser Ansatz ermöglicht es, einzelne Bildpunktfehler als sicherheitsrelevantes Fehlerkriterium auszuschließen. So können beispielsweise EMV-bedingte Veränderungen im Bilddatenstrom, die zu unerheblichen Veränderungen des einzelnen Bildes führen, welche der Betrachter nicht erkennen kann, auf einfache Weise ausgeschlossen werden. Ein positives Prüfergebnis kann beispielsweise gebildet werden, wenn anstatt 100% der Bildpunkte, 90% der Bildpunkte einen gewünschten Farbwert aufweisen.
In einer rechentechnisch einfachen Bestimmung des Schwellwerts ist vorgesehen, dass die Prüfsequenz das schrittweise Erhöhen oder Verringern eines Bildpunktzählers umfasst. So kann der Schwellwert zur Bildung des Ergebnisses der Sicherheitsprüfung in Abhängigkeit des Bildpunktzählers bestimmt werden, beispielsweise als prozentualer Anteil der geprüften Gesamtzahl an Bildpunkten. Der Schwellwert muss somit nicht gesondert vorgegeben werden, sondern wird automatisch je nach Größe des Überwachungsbereichs und getroffener Auswahl zu prüfender Bildpunkte durch die Prüfsequenz bestimmt.
In einer zweckmäßigen Ausführung kann weiterhin vorgesehen sein, dass auch der für alle Bildpunkte des zu prüfenden Überwachungsbereichs geltende Referenzwert und/oder der zu prüfende Überwachungsbereich selbst jeweils durch die Prüfeinheit bestimmt wird. Dies erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von der Zustandsinformation, welche der Prüfeinheit für die Bestimmung des Referenzwerts und/oder des Überwachungsbereichs zugeführt wird.
In einer für viele Anwendungen, insbesondere für Warnhinweise, zweckmäßigen Ausführung ist vorgesehen, dass als Darstellungswerte im Bilddatenstrom die Farbwerte zu den Grundfarben eines Farbraums, insbesondere eines RGB-Farbraums mit jeweils 8 Bit Wortbreite pro Farbwert, verwendet werden. In der Prüfsequenz wird dann mindestens ein Farbwert, vorzugsweise werden alle Farbwerte, als Darstellungswert zu jedem Bildpunkt der erfindungsgemäßen Vergleichsoperation unterzogen.
Zum Farbwertvergleich kann die Vergleichsoperation in der Prüfsequenz insbesondere als Toleranzvergleich ausgeführt sein, beispielsweise dahingehend, ob sich der aktuelle in der Prüfsequenz betrachtete Bildpunkt in allen oder in einem seiner Farbwerte, absolut oder relativ betrachtet, um mehr als einen bestimmten Prozentsatz von einem Sollfarbwert als Referenzwert unterscheidet.
Somit kann, anstatt eines bitweisen Identitätsvergleichs der gesamten Darstellungswerte für die Ansteuerung des Bildpunkts, die Vergleichsoperation Farbwert-für-Farbwert unter Betrachtung der einzelnen Farbwerte durchgeführt werden. Diese Art der Vergleichsoperation ermöglicht z. B. auch eine Berücksichtigung von unterschiedlichen Farbeinstellungen durch den darstellenden Rechner, beispielsweise in Abhängigkeit von Nutzerpräferenzen und erkennt dennoch die gewünschten Farbtöne.
Die erfindungsgemäße Prüfsequenz kann sich über jeden einzelnen Bildaufbau erstrecken. Zur Reduzierung der Rechenleistung oder Energieeinsparung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Prüfsequenz sich lediglich über regelmäßig intermittierende Bildaufbauten im Sinne eines Sampling erstreckt. In bestimmten Anwendungsfällen ist eine sicherheitsgerichtete Überprüfung bereits gewährleistet, wenn beispielsweise jeder zweite Bildaufbau korrekt erfolgt. Demnach ist es in diesen Fällen ausreichend, nicht unmittelbar, sondern in periodischen Abständen aufeinander folgende Bildaufbauten der Prüfung zu unterziehen.
Ein intermittierendes Ausführen der Prüfsequenz gestattet zudem auch die Überprüfung einer blinkend anzuzeigenden Fläche. Hierzu ist vorzugsweise eine weitere Prüfsequenz vorgesehen, welche sich im Vergleich zu den vorgenannten intermittierenden Bildaufbauten über hierzu alternierend intermittierende Bildaufbauten erstreckt und eine Vergleichsoperation mit einem weiteren, zusätzlich gespeicherten Referenzwert durchführt.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform wird die Zustandsinformation von einem signaltechnisch sicheren Steuerrechner bestimmt und einerseits dem Rechner, welcher den Bilddatenstrom erstellt, und andererseits der Prüfeinheit, zugeführt.
Zum Nachrüsten bestehender Systeme ist es besonders zweckmäßig, die Prüfeinheit als separates Modul getrennt von der Anzeige und getrennt vom Rechner auszuführen. Aus sicherheitstechnischen Gründen ist es zweckmäßig, wenn die Prüfeinheit zur Verbindung mit der Bilddatenleitung, insbesondere parallel zur Anzeige, einen Nur-Lese-Eingang aufweist, und somit den Bilddatenstrom nicht verändern kann.
Die Prüfeinheit wird zweckmäßig unter Verwendung eines FPGA oder ASIC realisiert. Diese lassen sich ohne weiteres zur Durchführung eines Verfahrens mit den zuvor beschriebenen Merkmalen konfigurieren bzw. programmieren.
Zweckmäßig verfügt die Prüfeinheit neben einem Eingang für die Zustandsinformation und dem Eingang zum Anschluss an die Bilddatenleitung auch über einen Ausgang für die Ausgabe des Ergebnisses der Sicherheitsprüfung. Dieser Ausgang kann beispielsweise mit dem signaltechnisch sicheren Steuerrechner verbunden werden zwecks Veranlassung einer sicherheitsgerichteten Reaktion.
Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Prüfeinheit zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und schließlich auch die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein einem Fahrzeug, insbesondere in einem Schienenfahrzeug.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung lassen sich dem nachfolgenden Teil der Beschreibung entnehmen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens und Vorrichtungen zu dessen Umsetzung anhand von 2 Zeichnungen näher erläutert sind. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung z. B. für ein Schienenfahrzeug;
2 eine schematische Darstellung einer möglichen Digitalschaltung zur Durchführung der Prüfsequenz gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren;
3 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung z. B. für ein Schienenfahrzeug.
Gleiche und entsprechende Bestandteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Sicherheitsvorrichtung 2 zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens z. B. im Führerstand des Triebwagens eines Zuges.
Die insgesamt mit 2 bezeichnete Sicherheitsvorrichtung 2 beseht im Wesentlichen aus einem handelsüblichen PC 4, welcher als darstellender Rechner Bilddaten erstellt und hiermit eine aus einem TFT-Panel bzw. TFT-Display 6 bestehende Anzeige ansteuert. Das TFT-Display ist über eine Bilddatenleitung 8, z. B. vom LVDS-Typ, mit dem PC 4 verbunden zur Ansteuerung der einzelnen Bildpunkte über einen sequenziellen Bilddatenstrom, derart, dass zeilenweise und letztlich seitenweise ein Bild aufgebaut und durch das TFT-Display 6 dargestellt wird. Ferner umfasst die Sicherheitsvorrichtung 2 eine Prüfeinheit 10, welche aus Mikroprozessoren und unter anderem einem FPGA 12 besteht.
In dem dargestellten Beispiel wird über die mit dem Bezugszeichen 14 bezeichnete Datenverbindung dem PC 4 und der Prüfeinheit 10 eine Zustandsinformation zugeführt, welche einen sicherheitsrelevanten Systemzustand charakterisiert. Dieser Wert wird innerhalb des PCs 4 bei der Erstellung der Bilddaten berücksichtigt. Diese Bilddaten werden als serieller Bilddatenstrom über die Bilddatenleitung 8 dem TFT-Display 6 zugeführt werden.
Durch den PC 4 werden unter anderem sicherheitsrelevante Informationen, z. B. eine Geschwindigkeitsanzeige ähnlich einem Tachometer, auf einem abgegrenzten Teilbereich des TFT-Displays 6 dargestellt, der als Überwachungsbereich 16 sicherheitstechnisch zu überprüfen ist. Das angezeigte Bild einschließlich der sicherheitsrelevanten Information im Überwachungsbereich 16 ist ”vorgerendert” und damit fest vordefiniert. Um den Benutzer über einen sicherheitsrelevanten, kritischen Zustand zu informieren, kann der schraffiert dargestellte Überwachungsbereich 16 mit einem Hintergrund in einer Warnfarbe, z. B. in Rot, Gelb oder Orange hinterlegt werden. Der entsprechende Hintergrund soll angezeigt werden, wenn die Zustandsinformation über die Datenverbindung 14, insbesondere von einem signaltechnisch sicheren Steuerrechner 20, einen kritischen Zustand signalisiert (z. B. unverzüglich Anhalten bei rotem Hintergrund, bei nächstmöglichster Gelegenheit anhalten bei orangefarbenem Hintergrund oder Wartung erforderlich bei gelbem Hintergrund).
Die Erfindung ermöglicht nun, auf einfache, zuverlässige und effiziente Weise derartige Überwachungsbereiche 16 dahingehend zu prüfen, ob der anzuzeigende Zustand tatsächlich korrekt angezeigt wird.
Der über die LVDS-Bilddatenleitung 8 zum TFT-Display 6 geführte Bilddatenstrom wird vom FPGA 12 der Prüfeinheit 10 über die Rückleseleitung 18 und einen Nur-Lese-Eingang veränderungslos abgegriffen. Der FPGA 12 unterzieht die Bilddaten zum Überwachungsbereich 16 einer Sicherheitsprüfung.
Hierzu werden als Darstellungswerte die RGB Farbwerte, d. h. jeweils 24bit zu jedem der ausgewählten Pixel bzw. Bildpunkte des Überwachungsbereichs nacheinander und pixelweise von der Rückleseleitung seriell in einen FIFO-Speicher, z. B. ein einfaches Schieberegister 22 ohne Rückkopplung mit 24bit Breite eingelesen. Der Inhalt des Schieberegisters wird mit einem im FPGA enthaltenen, in einem Register 24 zwischengespeicherten Referenzfarbwert verglichen. Falls alle Bit zum jeweiligen RGB-Farbwert, oder wie mit der Schaltung in 2 im Sinne eines Toleranzvergleichs prüfbar, die höherwertigen Bit identisch zum Referenzfarbwert sind, wird ein Erfolgszähler 26 um einen Wert erhöht. Zugleich kann für jeden geprüften Bildpunkt bzw. aus der Auswahl innerhalb des Überwachungsbereichs 16 ein Pixelzähler (nicht gezeigt) erhöht werden.
Nach Abschluss einer Prüfsequenz, z. B. nach einem vollständigen Bild- bzw. Seitenaufbau (Engl. screen refresh), wird dann geprüft, wie hoch der Anteil derjenigen Bildpunkte des Überwachungsbereichs 16 ist, die tatsächlich mit der entsprechend der Zustandsinformation korrekten Farbe angezeigt werden.
Wird eine vordefinierbare Schwelle, welche auch einem Anteil der Bildpunkte entsprechen kann, z. B. einem Anteil zw. 80% und 99%, überschritten, so erzeugt die Prüfeinheit 10 ein Ausgangssignal, z. B. an den sicheren Steuerrechner 20, welches das Ergebnis der Sicherheitsprüfung anzeigt, d. h. ob oder ob nicht die Farbfläche in hinreichendem Maße korrekt angezeigt wird. Hierzu wird als Ergebnisvariable nach jeder Prüfsequenz der Zählerstand des Erfolgszählers 26 ausgelesen.
So kann beispielsweise für den Überwachungsbereich 16 festgestellt werden, ob eine farbliche Hinterlegung des Tachometers nicht eine exakte Farbe, sondern einen bestimmten Farbton aufweist, ohne hierfür eine exakte pixelweise Übereinstimmung zu fordern und zu prüfen. Dies kommt im Grundsatz der Ansteuerung einer Warnlampe gleich, deren Anzeige durch Strommessung überwacht wird.
2 zeigt eine Schaltung, die auf einfache Weise Einzelpixelfehler als sicherheitsrelevantes Fehlerkriterium ausschließen kann. Dies erfolgt zweistufig, zunächst durch einen Toleranzvergleich, welcher für jeden der drei RGB Farbwert im Schieberegister 22 lediglich die vier höchstwertigen Bit (Engl. most significant bits) mit einem 4bit breiten Referenzwert vergleicht, der für alle Pixel des Überwachungsbereichs 16 unverändert bzw. fest im Register 24 hinterlegt ist. Auf einer zweiten Stufe wird geprüft, ob die als Zählerergebnis durch den Zähler 26 bestimmte Ergebnisvariable einen hinreichenden, vorbestimmen Anteil der Pixel im Überwachungsbereich 16 darstellt, z. B. 85% falls etwa 10% der Pixel nicht als Hintergrund, sondern zur Darstellung anderer Information dienen, z. B. zur Darstellung des Tachometers in 1. So kann zugleich die variable Informationsdarstellung, die keinen eigentlichen Hintergrund hat, mit einbezogen werden, ohne das Ergebnis der Sicherheitsprüfung zu beeinträchtigen.
3 zeigt eine Ausführung, bei welcher die zu prüfende farbliche Einblendung statt durch den PC 4 oder zusätzlich zum PC 4, durch ein weiteres, codebasierte Prüfmodul 30 in der Pixeldatenleitung erfolgt. Dieses codebasierte Prüfmodul 30 kann einen Aufbau gemäß EP 2353089 B1 bzw. EP 2273369 B1 oder gemäß EP 2254039 B1 aufweisen. Eine Prüfeinheit 10 gemäß vorliegender Erfindung ist dem Prüfmodul 30 nachgeschaltet und prüft gemäß der vorliegenden Erfindung, ob eine sicherheitsrelevante Einblendung durch die codebasierte Prüfeinheit 30 korrekt erfolgt.
Die Sicherheitsprüfung durch die Prüfeinheit 10 erfolgt zeitgleich zum Darstellen eines Bildes an der Anzeige 16. Dies wird mit geringem Aufwand durch serielle Verarbeitung des Datenstroms aus der Bilddatenleitung 8 in einer erfindungsgemäßen Prüfsequenz erreicht. Hierzu ist die Rechenleistung handelsüblicher FPGA ausreichend. Die Prüfeinheit 10 kann anstelle eines FPGA 12 auch andere geeignete, prozessorähnliche Komponenten z. B. einen ASIC verwenden.
Zur Reduzierung der Taktrate kann die Vergleichsoperation anstatt einer rein seriellen Verarbeitung auch mehrkanalig realisiert werden, d. h. mit mehreren parallel gespeisten einzelnen Schieberegistern entsprechend geringerer Bitbreite.
In Anlehnung an die Lehre aus EP 2353089 B1 kann die Prüfeinheit 12 in Abhängigkeit des Prüfergebnisses ein Ausgangssignal zwecks Veranlassung einer sicherheitsgerichteten Reaktion, insbesondere zur Abschaltung der Anzeige oder Ausgabe eines Warnsignals, erzeugen.
Der Überwachungsbereich 16 ist im dargestellten Bild nach 1 zweckmäßig rechteckig, kann jedoch eine beliebige Geometrie haben und muss nicht aus zusammenhängenden Bildpunkten bestehen. Als Anzeige 6 kann in der Sicherheitsvorrichtung 2 und im Rahmen der Erfindung jede Art von technischer Vorrichtung eingesetzt werden, mit welcher durch Steuerung einzelner Bildpunkte (Engl. Pixel) eine beliebige Information visuell erfassbar dargestellt werden kann.
Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Ansprüche, sondern aus der Kombination der einzelnen Ansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen – einschließlich der Zusammenfassung – offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung, werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste
Fig. 1–Fig. 3

2: Sicherheitvorrichtung
4: PC
6: TFT-Display
8: LVDS Bilddatenleitung
10: Prüfeinheit
12: FPGA
14: Datenleitung
16: Überwachungsbereich
20: übergeordneter Sicherheitsrechner
22: Schieberegister (FIFO Speicher)
24: Register
26: Erfolgszähler
30: codebasierte Prüfeinheit

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

WO 2012/003872 A1 [0005]
EP 2353089 B1 [0005, 0051, 0054]
EP 2273369 B1 [0005, 0051]
EP 2254039 B1 [0005, 0051]
DE 3411015 C2 [0005]
EP 0856792 B1 [0010]

Claims

Verfahren zur Darstellung eines sicherheitsrelevanten Zustands mit einer Anzeige, umfassend: Erstellen eines Bilddatenstroms durch einen Rechner unter Berücksichtigung einer Zustandsinformation, wobei der Bilddatenstrom Darstellungswerte, insbesondere Farbwerte, enthält; Weiterleiten des Bilddatenstroms an die Anzeige zum Darstellen eines Bildes durch Ansteuern von Bildpunkten anhand der Darstellungswerte; sowie Zuführen des Bilddatenstroms zu einer Prüfeinheit zum Durchführen einer rechentechnischen Sicherheitsprüfung eines Überwachungsbereichs welcher mehrere Bildpunkte eines darzustellenden Bildes umfasst; DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS ein für alle Bildpunkte des Überwachungsbereichs geltender Referenzwert bestimmt wird und die Prüfeinheit diesen Referenzwert speichert; die Prüfeinheit ausgehend vom Bilddatenstrom in einer Prüfsequenz jeweils nacheinander für jeden Bildpunkt einer Auswahl von Bildpunkten des Überwachungsbereichs, – eine Vergleichsoperation zwischen mindestens einem Darstellungswert des jeweiligen Bildpunkts und dem gespeicherten Referenzwert durchführt und daraus ein Vergleichsergebnis bildet; sowie – zum Bestimmen einer Ergebnisvariable das jeweilige Vergleichsergebnis berücksichtigt, insbesondere durch schrittweises Erhöhen oder Verringern der Ergebnisvariable; und nach erfolgter Prüfsequenz die Ergebnisvariable mit einem Schwellwert verglichen wird, vorzugsweise durch die Prüfeinheit, zur Bildung entweder eines positiven oder negativen Ergebnisses der Sicherheitsprüfung.
Verfahren nach Anspruch 1, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die Vergleichsoperation als – Identitätsvergleich des digitalen Darstellungswerts mit einem digitalen Referenzwert identischer Wortlänge; als – Ungleichungsvergleich, insbesondere als Kleinervergleich, Kleinergleichvergleich, Größergleichvergleich oder Größervergleich; oder als – Toleranzvergleich, insbesondere eines in der Bitwertigkeit höherwertigen Teils der Bits des Darstellungswerts mit einem Referenzwert geringerer Wortlänge, ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die Prüfsequenz sich über mehr als einen Bildaufbau erstreckt und vorzugsweise eine Wiederholungsrate von f/n aufweist, wobei f die Bildrate der Anzeige und n eine ganze Zahl > 1 ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS das Darstellen eines Bildes eine Farbfläche umfasst, deren Farbe abhängig von der Zustandsinformation durch den Rechner bestimmt wird, wobei die Farbfläche insbesondere eine Kontroll- oder Warnleuchte symbolisiert oder den Hintergrund einer dynamisch veränderlichen sicherheitsrelevanten Anzeige darstellt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 4, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS der Schwellwert für die Ergebnisvariable so bestimmt ist, dass ein positives Ergebnis der Sicherheitsprüfung festgestellt wird wenn ein vorbestimmter Anteil der Auswahl von Bildpunkten das Vergleichskriterium erfüllt, wobei die Prüfsequenz vorzugsweise das schrittweise Erhöhen oder Verringern eines Bildpunktzählers umfasst und der Schwellwert zur Bildung des Ergebnisses der Sicherheitsprüfung vorzugsweise in Abhängigkeit des Bildpunktzählers bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, GEKENNZEICHNET DURCH Zuführen der Zustandsinformation zur Prüfeinheit und Bestimmen des für alle Bildpunkte des Überwachungsbereichs geltenden Referenzwerts und/oder des Überwachungsbereichs durch die Prüfeinheit und in Abhängigkeit der Zustandsinformation.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS als Darstellungswerte die Farbwerte zu den Grundfarben eines Farbraums, insbesondere eines RGB-Farbraums mit jeweils 8 Bit Wortbreite pro Farbwert, verwendet werden, und in der Prüfsequenz mindestens ein Farbwert, vorzugsweise alle Farbwerte als Darstellungswert zu jedem Bildpunkt der Vergleichsoperation unterzogen werden, insbesondere einer als Toleranzvergleich ausgeführten Vergleichsoperation.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 3, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die Prüfsequenz sich über regelmäßig intermittierende Bildaufbauten erstreckt, und vorzugsweise eine weitere Prüfsequenz sich über alternierend intermittierende Bildaufbauten erstreckt und eine Vergleichsoperation mit einem weiteren gespeicherten Referenzwert durchführt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, GEKENNZEICHNET DURCH Zuführen einer oder mehrerer Zustandsinformationen von einem signaltechnisch sicheren Steuerrechner zum Rechner welcher den Bilddatenstrom erstellt und zur Prüfeinheit.
Vorrichtung zur Darstellung eines sicherheitsrelevanten Zustands, umfassend: eine Anzeige, insbesondere ein TFT-Display; einen Rechner zum rechnergestützten Erstellen eines Bilddatenstroms durch unter Berücksichtigung einer Zustandsinformation, wobei der Bilddatenstrom Darstellungswerte, insbesondere Farbwerte, enthält und zum Weiterleiten des Bilddatenstroms an die Anzeige zum Darstellen eines Bildes durch Ansteuern der Bildpunkte anhand der Darstellungswerte; sowie eine Prüfeinheit, welcher der Bilddatenstroms zugeführt wird zum Durchführen einer rechentechnischen Sicherheitsprüfung eines Überwachungsbereichs welcher mehrere Bildpunkte im darzustellenden Bild umfasst; DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS in der Prüfeinheit ein für alle Bildpunkte des Überwachungsbereichs geltender Referenzwert gespeichert ist; die Prüfeinheit ausgeführt ist um ausgehend vom Bilddatenstrom in einer Prüfsequenz jeweils nacheinander für jeden Bildpunkt einer Auswahl von Bildpunkten des Überwachungsbereichs, – eine Vergleichsoperation zwischen mindestens einem Darstellungswert des jeweiligen Bildpunkts und dem gespeicherten Referenzwert durchzuführen und daraus ein Vergleichsergebnis zu bilden; sowie – zum Bestimmen einer Ergebnisvariable das jeweilige Vergleichsergebnis zu berücksichtigen, insbesondere durch schrittweises Erhöhen oder Verringern der Ergebnisvariable; und um nach erfolgter Prüfsequenz die Ergebnisvariable auszugeben oder mit einem Schwellwert zu vergleichen, zur Bildung entweder eines positiven oder negativen Ergebnisses der Sicherheitsprüfung.
Vorrichtung nach Anspruch 10, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die Prüfeinheit als separates Modul getrennt von der Anzeige und getrennt vom Rechner ausgeführt ist, und einen Nur-Lese-Eingang aufweist, welcher parallel an eine die Anzeige mit dem Rechner verbindende Bilddatenleitung anschließbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die Prüfeinheit einen FPGA oder ASIC umfasst, welcher zur Durchführung des Verfahrens gemäß den kennzeichnenden Merkmalen aus einem der Ansprüche 1 bis 9 konfiguriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die Prüfeinheit einen Eingang für die Zustandsinformation und über einen Ausgang für die Ausgabe des Ergebnisses der Sicherheitsprüfung aufweist.
Prüfeinheit für eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die Prüfeinheit zur Durchführung des Verfahrens gemäß den kennzeichnenden Merkmalen aus einem der Ansprüche 1 bis 9 konfiguriert ist.
Verwendung der Vorrichtung ach einem der Ansprüche 10 bis 13 in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Schienenfahrzeug.