DE102019112340A1 - TOF sensor system with a lighting device with an array of individual light sources - Google Patents
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Abstract
Beschrieben wird ein Sensorsystem (100) und ein Verfahren zum dreidimensionalen Erfassen einer Szene (190). Das Sensorsystem (100) weist auf (a) eine Beleuchtungseinrichtung (130a, 130b) zum Beleuchten der Szene (190) mit Beleuchtungslicht (131a, 131b; 331); (b) eine Messeinrichtung (110) (b1) zum Empfangen von Messlicht (196a, 196b), welches zumindest teilweise von zumindest einem in der Szene (190) enthaltenen Objekt (195) zurückgestreutes Beleuchtungslicht (131a, 131b; 331) ist, und (b2) zum Messen von Distanzen zwischen dem Sensorsystem (100) und dem zumindest einen Objekt (195) basierend auf einer Lichtlaufzeit des Beleuchtungslichts (131a, 131b; 331) und des Messlichts (196a, 196b); und (c) eine der Messeinrichtung (110) nachgeschaltete Datenverarbeitungseinrichtung (150) zum Ermitteln einer dreidimensionalen Charakteristik der Szene (190) basierend auf den gemessenen Distanzen. Die Beleuchtungseinrichtung (130a, 130b) weist ein Array von Einzellichtquellen (334a) auf, welches in der Szene (190) ein räumliches Raster (133) von Beleuchtungspunkten (132) erzeugt. Ferner wird beschrieben eine Verwendung eines solchen Sensorsystems (100) für ein Steuern einer Bedeckungscharakteristik einer von einem Objekt (195) zu passierenden Öffnung (184) durch zumindest einen Verschließkörper (186).A sensor system (100) and a method for three-dimensional detection of a scene (190) are described. The sensor system (100) has (a) an illuminating device (130a, 130b) for illuminating the scene (190) with illuminating light (131a, 131b; 331); (b) a measuring device (110) (b1) for receiving measuring light (196a, 196b) which is at least partially backscattered illumination light (131a, 131b; 331) from at least one object (195) contained in the scene (190), and (b2) for measuring distances between the sensor system (100) and the at least one object (195) based on a time of flight of the illuminating light (131a, 131b; 331) and the measuring light (196a, 196b); and (c) a data processing device (150) connected downstream of the measuring device (110) for determining a three-dimensional characteristic of the scene (190) based on the measured distances. The lighting device (130a, 130b) has an array of individual light sources (334a) which generates a spatial grid (133) of lighting points (132) in the scene (190). Furthermore, a use of such a sensor system (100) is described for controlling a coverage characteristic of an opening (184) to be passed by an object (195) by at least one closure body (186).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem sowie ein Verfahren zum dreidimensionalen Erfassen einer Szene basierend auf Laufzeitmessungen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines solchen Sensorsystems.The present invention relates to a sensor system and a method for three-dimensional detection of a scene based on time of flight measurements. The present invention also relates to a use of such a sensor system.
Hintergrund der ErfindungBackground of the invention
Zum Öffnen und/oder Verschließen von Öffnungen oder Passagen werden häufig mittels Aktuatoren betriebene Verschließkörper verwendet, welche für Bedienpersonen die Handhabung des betreffenden Verschließkörpers erleichtern oder ohne jede Bedienaktion automatisch betrieben werden, wenn beispielsweise ein die Öffnung zu passierendes Objekt in den Bereich der Öffnung gelangt. Eine solche Öffnung kann beispielsweise ein Durchgang in einem Gebäude sein. Ein Verschließkörper kann beispielsweise eine Tür sein.To open and / or close openings or passages, closure bodies operated by means of actuators are often used, which facilitate the handling of the relevant closure body for operators or are operated automatically without any operator action if, for example, an object to be passed through the opening comes into the area of the opening. Such an opening can be a passage in a building, for example. A closing body can be a door, for example.
Um eine hohe Betriebssicherheit von automatisch zu öffnenden und zu schließenden Verschließkörpern zu erreichen, ist es bekannt, den Bereich vor oder innerhalb einer mit einem Verschließkörper bedeckbaren Öffnung mittels eines optischen Sensorsystems zu erfassen. Damit kann zum einen sichergestellt werden, dass beim Verschießen der Öffnung nicht versehentlich ein Objekt, beispielsweise eine Person, von dem Verschließkörper eingeklemmt wird. Außerdem kann bei manchen Applikationen ein solches Sensorsystem ein automatisches Öffnen und/oder Schießen des Verschließkörpers bzw. der Öffnung veranlassen.In order to achieve a high level of operational reliability for closure bodies that can be opened and closed automatically, it is known to use an optical sensor system to detect the area in front of or within an opening that can be covered with a closure body. On the one hand, this can ensure that an object, for example a person, is not accidentally trapped by the closing body when the opening is closed. In addition, in some applications such a sensor system can initiate an automatic opening and / or closing of the closure body or the opening.
Aus
Aus
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere auf dem Gebiet der automatischen Überwachung von Öffnungen, die mittels zumindest eines Verschließkörpers verschließbar sind, eine aus energetischer Sicht effiziente und trotzdem zuverlässige dreidimensionale Erfassung einer Szene zu ermöglichen.The present invention is based on the object, in particular in the field of the automatic monitoring of openings which can be closed by means of at least one closure body, to enable an efficient and nevertheless reliable three-dimensional detection of a scene from an energetic point of view.
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by the subjects of the independent claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Sensorsystem zum dreidimensionalen Erfassen einer Szene. Das beschriebene Sensorsystem weist auf (a) eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten der Szene mit Beleuchtungslicht; (b) eine Messeinrichtung (b1) zum Empfangen von Messlicht, welches zumindest teilweise von zumindest einem in der Szene enthaltenen Objekt zurückgestreutes Beleuchtungslicht ist, und (b2) zum Messen von Distanzen zwischen dem Sensorsystem und dem zumindest einen Objekt basierend auf einer Lichtlaufzeit des Beleuchtungslichts und des Messlichts; und (c) eine der Messeinrichtung nachgeschaltete Datenverarbeitungseinrichtung zum Ermitteln einer dreidimensionalen Charakteristik der Szene basierend auf den gemessenen Distanzen. Erfindungsgemäß weist die Beleuchtungseinrichtung ein Array von Einzellichtquellen auf, welches in der Szene ein räumliches Raster von Beleuchtungspunkten erzeugt.According to a first aspect of the invention, a sensor system for three-dimensional detection of a scene is described. The sensor system described has (a) an illumination device for illuminating the scene with illuminating light; (b) a measuring device (b1) for receiving measuring light which is at least partially back-scattered illumination light from at least one object contained in the scene, and (b2) for measuring distances between the sensor system and the at least one object based on a light transit time of the illumination light and the measuring light; and (c) a data processing device connected downstream of the measuring device for determining a three-dimensional characteristic of the scene based on the measured distances. According to the invention, the lighting device an array of individual light sources, which generates a spatial grid of lighting points in the scene.
Dem beschriebenen Sensorsystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine punktuelle Ausleuchtung der Szene die Lichtintensität an den erzeugten Beleuchtungspunkten lokal besonders groß sein kann, ohne insgesamt eine über die gesamte Szene hinweg starke Beleuchtungsintensität bereitstellen zu müssen. Dadurch ist im Vergleich zu einer durchgehend flächigen hellen Ausleuchtung beim Betrieb des Sensorsystems der Energiebedarf der Beleuchtungseinrichtung deutlich reduziert.The sensor system described is based on the knowledge that the light intensity at the generated illumination points can be particularly high locally through punctual illumination of the scene, without having to provide a strong illumination intensity over the entire scene. As a result, the energy requirement of the lighting device is significantly reduced in comparison to a continuously flat bright illumination when the sensor system is in operation.
Die Beleuchtungspunkte, welche real natürlich erst dann entstehen, wenn die Lichtstrahlen der Einzellichtquellen auf ein Objekt oder eine sonstige reale Struktur in der Szene treffen, liegen zumindest in Bezug auf die Winkel der von der Beleuchtungseinrichtung ausgesandten einzelnen Lichtstrahlen der Einzellichtquellen auf einem vordefinierten räumlichen Raster. Dieser Winkelbezug bedeutet, dass die Lichtstrahlen der Einzellichtquellen derart in der Szene projiziert werden, dass die Beleuchtungspunkte in einer virtuellen Ebene der Szene, welche Ebene senkrecht zu einer zentralen optischen Mittelachse der Beleuchtungseinrichtung orientiert ist, eine regelmäßiges räumliches Raster von Beleuchtungspunkten bilden. Dieses regelmäßige räumliche Raster wird durch schräge Projektionsflächen und insbesondere auf dreidimensionalen Objekten, die sich in der Szene befinden, verzerrt. Bei sich bewegenden Objekten verändert sich diese Verzerrung mit der Zeit. Dies ändert aber nichts daran, dass die hohe lokale Beleuchtungsintensität zu einem punktuell starken Rückstreuverhalten an der Oberfläche von in der Szene enthaltenen Objekt führt, so dass die Messeinrichtung von jeden der Beleuchtungspunkte einen vergleichsweise intensiven Lichtstrahl von Messlicht empfängt.The lighting points, which of course only arise when the light rays from the individual light sources strike an object or some other real structure in the scene, lie on a predefined spatial grid, at least in relation to the angle of the individual light rays from the individual light sources emitted by the lighting device. This angle reference means that the light rays of the individual light sources are projected in the scene in such a way that the lighting points in a virtual plane of the scene, which plane is oriented perpendicular to a central optical center axis of the lighting device, form a regular spatial grid of lighting points. This regular spatial grid is distorted by inclined projection surfaces and especially on three-dimensional objects that are in the scene. In the case of moving objects, this distortion changes over time. However, this does not change the fact that the high local illumination intensity leads to strong backscattering behavior at specific points on the surface of objects contained in the scene, so that the measuring device receives a comparatively intense light beam of measuring light from each of the illumination points.
Selbstverständlich hängt die räumliche Auflösung des beschriebenen Sensorsystems von der Dichte bzw. dem mittleren Abstand zwischen den einzelnen Beleuchtungspunkten ab. Da es in den meisten Anwendungsfällen jedoch nicht erforderlich ist, die Szene mit einer extrem hohen räumlichen Auflösung zu erfassen, kann durch die erfindungsgemäße Verwendung des Arrays von Einzellichtquellen der Energieverbrauch des Sensorsystems erheblich reduziert und gleichzeitig gewährleistet werden, dass in der Szene befindliche Objekte zuverlässig erkannt werden.Of course, the spatial resolution of the sensor system described depends on the density or the mean distance between the individual lighting points. However, since in most applications it is not necessary to capture the scene with an extremely high spatial resolution, the use of the array of individual light sources according to the invention can significantly reduce the energy consumption of the sensor system and at the same time ensure that objects in the scene are reliably detected will.
Anschaulich ausgedrückt wird mit dem erfindungsgemäßen Sensorsystem für einen bestimmten und typischerweise sehr kleinen zu überwachenden Raumwinkelbereich jeweils eine rückgestreuter Messlichtstrahl erzeugt, der eine vergleichsweise hohe Lichtintensität aufweist. Dies gilt auch dann, wenn zumindest eine optische Komponente verwendet wird, welche die Gesamtheit von den von der Mehrzahl der Einzellichtquellen ausgesandten Lichtstrahlen von Beleuchtungslicht und/oder die Gesamtheit des von der Messeinrichtung erfassten Rückstreulichts von der Mehrzahl von Beleuchtungspunkten aufweitet. Auf alle Fälle kann für jeden Auflösungspixel der Messeinrichtung eine im Vergleich zu einer großflächigen Ausleuchtung hohe Anzahl an Messlicht-Photonen akkumuliert werden.In clear terms, the sensor system according to the invention generates a backscattered measuring light beam which has a comparatively high light intensity for a specific and typically very small solid angle area to be monitored. This also applies if at least one optical component is used which expands the entirety of the light beams of illuminating light emitted by the plurality of individual light sources and / or the entirety of the backscattered light detected by the measuring device from the plurality of illumination points. In any case, a high number of measuring light photons can be accumulated for each resolution pixel of the measuring device compared to a large-area illumination.
In der Praxis sind Oberflächen von zu erfassenden Objekten optisch meist von einer heterogenen Struktur und haben ein lokal unterschiedliches Rückstreuverhalten. Dies bedeutet, dass die Objekte eine Kombination von mehr und weniger stark reflektierenden Teilbereichen darstellen. Durch die Verwendung von einem Array von Einzellichtquellen als Beleuchtungseinrichtung kann auf vorteilhafte und einfache Weise eine große Anzahl von hochkonzentrierten einzelnen Beleuchtungspunkten bzw. kleinen Beleuchtungsflächen im jeweiligen Raumsegment erzeugt werden. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass zumindest einer der einzelnen Lichtstrahlen des Beleuchtungslichts auf einen hochreflektierenden Teilbereich eines Objekts trifft und durch besonders stark reflektiert bzw. gestreut wird. Dadurch wird für die Messeinrichtung ein Auflösungspixel des Sensorsystems generiert, der aufgrund der hohen Intensität von empfangenem Messlicht ein Signal mit einem hohen Signal zu Rausch Verhältnis erzeugt.In practice, surfaces of objects to be detected are optically mostly of a heterogeneous structure and have locally different backscatter behavior. This means that the objects represent a combination of more and less strongly reflective sub-areas. By using an array of individual light sources as the lighting device, a large number of highly concentrated individual lighting points or small lighting areas can be generated in the respective space segment in an advantageous and simple manner. This increases the probability that at least one of the individual light beams of the illuminating light hits a highly reflective sub-area of an object and is reflected or scattered particularly strongly by it. As a result, a resolution pixel of the sensor system is generated for the measuring device, which due to the high intensity of the received measuring light generates a signal with a high signal-to-noise ratio.
Unter dem Begriff „Szene“ kann insbesondere derjenige räumliche Bereich verstanden werden, welcher von dem Sensorsystem mittels Methoden der Bildverarbeitung ausgewertet wird, wobei eine Erfassung der Szene in einem gewissen räumlichen Bereich erfolgt. In der Szene befindliche Objekte werden durch eine geeignete Bildauswertung erkannt. Dazu kann von der Datenverarbeitungseinrichtung auf bekannte Methoden zur Bildauswertung und/oder Bildanalyse zurückgegriffen werden. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann demzufolge ein spezieller Bildverarbeitungsprozessor sein und/oder einen solchen aufweisen, wobei der Bildverarbeitungsprozessor konfiguriert ist, bekannte Verfahren zur Bildauswertung und/oder Bildverarbeitung anzuwenden bzw. durchzuführen.The term “scene” can in particular be understood to mean that spatial area which is evaluated by the sensor system using image processing methods, the scene being recorded in a certain spatial area. Objects in the scene are recognized by suitable image evaluation. For this purpose, known methods for image evaluation and / or image analysis can be used by the data processing device. The data processing device can accordingly be and / or have a special image processing processor, the image processing processor being configured to use or carry out known methods for image evaluation and / or image processing.
Unter dem Begriff „Beleuchtungslicht“ sind in diesem Dokument diejenigen elektromagnetischen Wellen zu verstehen, welche von den Einzellichtquellen der Beleuchtungseinrichtung ausgesandt werden und auf das betreffende zumindest eine Objekt der Szene treffen. Das „Messlicht“ sind die von bzw. an dem Objekt zurückgestreuten elektromagnetischen Wellen, welche von der Messeinrichtung bzw. einem Lichtempfänger der Messeinrichtung empfangen und für die dreidimensionale Auswertung der Szene verwendet werden.In this document, the term “illuminating light” is to be understood as meaning those electromagnetic waves which are emitted by the individual light sources of the illuminating device and strike the relevant at least one object in the scene. The “measuring light” are the electromagnetic waves that are scattered back from or on the object, which are received and received by the measuring device or a light receiver of the measuring device can be used for the three-dimensional evaluation of the scene.
Die Begriffe „optisch“ und/oder „Licht“ können sich auf elektromagnetische Wellen beziehen, die eine bestimmte Wellenlänge bzw. Frequenz oder ein bestimmtes Spektrum von Wellenlängen bzw. Frequenzen haben. Insbesondere können die zum Einsatz kommenden elektromagnetischen Wellen dem für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich zugeordnet werden. Alternativ oder in Kombination können auch elektromagnetische Wellen verwendet werden, die dem ultravioletten (UV) oder dem infraroten (IR) Spektralbereich zugeordnet sind. Der IR Spektralbereich kann sich bis in den langwelligen IR Bereich mit Wellenlängen zwischen 3,5 µm bis 15 µm erstrecken, welche mittels des Lichtempfängers des Sensors erfasst werden können.The terms “optical” and / or “light” can refer to electromagnetic waves that have a specific wavelength or frequency or a specific spectrum of wavelengths or frequencies. In particular, the electromagnetic waves used can be assigned to the spectral range that is visible to the human eye. Alternatively or in combination, electromagnetic waves assigned to the ultraviolet (UV) or the infrared (IR) spectral range can also be used. The IR spectral range can extend into the long-wave IR range with wavelengths between 3.5 µm to 15 µm, which can be detected by the light receiver of the sensor.
Unter dem Begriff „Objekt“ kann jede räumlich körperliche Struktur verstanden werden, welche eine Oberflächenbeschaffenheit aufweist, die zu einer zumindest teilweisen Reflexion bzw. Streuung von Beleuchtungslicht führt und damit durch das resultierende Messlicht für die Messeinrichtung sichtbar ist. Das Objekt kann ein Gegenstand wie beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Lebewesen wie beispielweise ein Mensch sein. Das Objekt kann ein in Bezug auf das Sensorsystem statisches oder ruhendes Objekt sein. Ferner kann sich das Objekt auch innerhalb der Szene bewegen, diese verlassen oder in diese eintreten. Durch eine wiederholte Szenenerfassung kann dann (durch einen Vergleich der mit verschiedenen Szenenerfassungen ermittelten verschiedenen Ortspositionen) die Bewegung (nach der Gesetzmäßigkeit Geschwindigkeit = Weg / Zeit) des Objekts bestimmt werden. Hierbei können je nach Anwendungsfall der Absolutwert der Geschwindigkeit und/oder der Bewegungsvektor, d.h. zusätzlich die Bewegungsrichtung, ermittelt werden.The term “object” can be understood to mean any three-dimensional physical structure that has a surface quality that leads to at least partial reflection or scattering of illuminating light and is thus visible to the measuring device through the resulting measuring light. The object can be an object such as a motor vehicle or a living being such as a person. The object can be an object that is static or stationary with respect to the sensor system. Furthermore, the object can also move within the scene, leave it or enter it. The movement of the object (according to the law of speed = path / time) can then be determined by repeated scene detection (by comparing the different spatial positions determined with different scene detections). Depending on the application, the absolute value of the speed and / or the motion vector, i.e. additionally the direction of movement can be determined.
Die Datenverarbeitungseinrichtung kann ein beliebiger Prozessor sein, welcher mittels eines Computerprogramms auf geeignete Weise konfiguriert ist, um die erforderlichen Aufgaben auszuführen. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann also mittels einer Software sowie mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware, realisiert werden. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann logisch und/oder apparativ mittels eines gemeinsamen Prozessors bzw. Funktionsblocks oder mittels mehrerer Prozessoren bzw. Funktionsblöcke realisiert werden. Auch eine Realisierung in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, ist möglich.The data processing device can be any processor which is configured in a suitable manner by means of a computer program in order to carry out the required tasks. The data processing device can thus be operated by means of software and by means of one or more special electronic circuits, i.e. in hardware. The data processing device can be implemented logically and / or in terms of equipment by means of a common processor or function block or by means of several processors or function blocks. A realization in any hybrid form, i.e. using software components and hardware components is possible.
Unter dem Begriff „Array“ ist in diesem Dokument jede beliebige regelmäßige räumliche Anordnung der Einzellichtquellen zu verstehen. Dabei bezieht sich der Ausdruck regelmäßig auf gleichmäßige Abstände zwischen zumindest einigen Einzellichtquellen, die zueinander benachbart sind. Ein Array ist insbesondere ein zweidimensionales Array, bei dem die Einzellichtquellen innerhalb einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind.In this document, the term “array” means any regular spatial arrangement of the individual light sources. In this context, the expression regularly refers to uniform distances between at least some individual light sources that are adjacent to one another. An array is in particular a two-dimensional array in which the individual light sources are arranged within a common plane.
Unter dem Begriff „Beleuchtungspunkt“ ist in diesem Dokument insbesondere ein Beleuchtungsfleck zu verstehen, der im Vergleich zu der Beabstandung zu einem benachbarten Beleuchtungspunkt eine (deutlich) kleinere räumliche Ausdehnung bzw. Dimension hat. Der Ausdruck „Beleuchtungspunkt ist also nicht im mathematischen Sinne zu versehen. Die Größe bzw. genauer die Fläche, bei Kreisen der Durchmesser, eines Beleuchtungspunktes hängt insbesondere von der Divergenz des betreffenden Lichtstrahls ab, der den Beleuchtungspunkt erzeugt.In this document, the term “illumination point” is to be understood in particular as an illumination spot which has a (significantly) smaller spatial extent or dimension compared to the spacing from an adjacent illumination point. The expression “point of illumination is therefore not to be provided in a mathematical sense. The size or, more precisely, the area, in the case of circles the diameter, of an illumination point depends in particular on the divergence of the relevant light beam which generates the illumination point.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Einzellichtquellen auf einem Chip realisiert. Dies hat den Vorteil, dass die Mehrzahl von Einzellichtquellen mittels eines einzigen (Halbleiter) Produktionsprozesses hergestellt werden können. Dadurch können auf effiziente Weise viele Hunderte oder sogar Tausende von Einzellichtquellen erzeugt werden, so dass die Szene mit einer entsprechend hohen Anzahl an Beleuchtungspunkten beleuchtet wird. Eine hohe Anzahl an Beleuchtungspunkten bedeutet, dass, bei einer bestimmten Größe der zu erfassenden Szene, der mittlere Abstand zwischen benachbarten Beleuchtungspunkten entsprechend klein und die räumliche Auflösung des beschriebenen Sensorsystems entsprechend groß ist.According to an exemplary embodiment of the invention, the individual light sources are implemented on a chip. This has the advantage that the plurality of individual light sources can be produced by means of a single (semiconductor) production process. As a result, many hundreds or even thousands of individual light sources can be generated in an efficient manner, so that the scene is illuminated with a correspondingly high number of lighting points. A high number of lighting points means that, given a certain size of the scene to be recorded, the mean distance between adjacent lighting points is correspondingly small and the spatial resolution of the described sensor system is correspondingly large.
Ferner können durch eine Zusammenfassung der (Herstellung von) Einzellichtquellen auf einem Chip Helligkeitsunterschiede zwischen verschiedenen Einzellichtquellen, die von (unerwünschten) Toleranzen bei einer separaten Produktion der Einzellichtquellen verursacht werden, stark reduziert oder sogar eliminiert werden. Dadurch kann in vielen Anwendungsfällen auf eine individuelle Ansteuerung der Einzellichtquellen zur Erstellung einer uniformen Beleuchtung der Szene verzichtet werden. Damit kann das beschriebene Sensorsystem auf kostengünstige Weise mit vergleichsweise wenigen (elektronischen) Komponenten hergestellt werden. Da jede einzelne (elektronische) Komponente des Sensorsystems stets einen gewissen Energieverbrauch hat, kann durch eine Minimierung der Anzahl der Komponenten der insgesamt Energieverbrauch des Sensorsystems minimiert werden.Furthermore, by combining the (production of) individual light sources on a chip, differences in brightness between different individual light sources, which are caused by (undesired) tolerances in a separate production of the individual light sources, can be greatly reduced or even eliminated. As a result, individual control of the individual light sources for creating uniform lighting of the scene can be dispensed with in many applications. The described sensor system can thus be manufactured in a cost-effective manner with comparatively few (electronic) components. Since each individual (electronic) component of the sensor system always has a certain energy consumption, the overall energy consumption of the sensor system can be minimized by minimizing the number of components.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Einzellichtquellen im Wesentlichen in einer Hauptebene angeordnet, welche durch eine x-Richtung und eine dazu senkrechte y-Richtung definiert ist. Ferner haben zumindest einige der Einzellichtquellen entlang einer z-Richtung, welche senkrecht zu der x-Richtung und der z-Richtung ist, zu der Hauptebene einen Abstand von weniger als 1 Millimeter, insbesondere weniger als 50 Mikrometer und weiter insbesondere weniger als 2 Mikrometer.According to a further exemplary embodiment of the invention, the individual light sources are arranged essentially in a main plane which is defined by an x-direction and a y-direction perpendicular thereto. Furthermore, at least some of the individual light sources along a z-direction, which is perpendicular to the x-direction and the z-direction, to the main plane a distance of less than 1 millimeter, in particular less than 50 micrometers and further in particular less than 2 micrometers.
Durch eine solche nur sehr geringfügige Streuung bzw. Variation der Positionen der Einzellichtquellen entlang der z-Richtung, welche senkrecht zu der durch die x- und die y- Richtung aufgespannte Hauptebene verläuft, kann auf einfache und präzise Weise eine optische Abbildung von den Lichtstrahlen realisiert werden, welche von allen oder zumindest von den meisten der Einzellichtquellen ausgesandt werden. Insbesondere kann für eine solche optische Abbildung ein parallel zu der Hauptebene orientiertes (zweidimensionales) Linsenarray verwendet werden, welche eine Vielzahl von Mikrolinsen und/oder Fresnel-Linsen aufweist.Such an only very slight scatter or variation of the positions of the individual light sources along the z-direction, which runs perpendicular to the main plane spanned by the x- and y-directions, enables an optical imaging of the light beams to be realized in a simple and precise manner which are emitted from all or at least from most of the individual light sources. In particular, a (two-dimensional) lens array which is oriented parallel to the main plane and has a multiplicity of microlenses and / or Fresnel lenses can be used for such an optical imaging.
Die beschriebene zumindest entlang der z-Richtung hochpräzise räumliche Anordnung der Einzellichtquellen kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Einzellichtquellen mittels Halbleitertechnik gemeinsam auf einem Halbleiterchip angeordnet werden, so wie vorstehend beschrieben. Alternativ können die Einzellichtquellen auch als diskrete Bauelemente mittels eines hochpräzisen Montageverfahrens an einer Leiterplatte angeordnet werden. Dies kann ein herkömmliches SMD-Bestückverfahren typischerweise nicht leisten. Allerdings können geeignete Licht emittierende Chips als Einzellichtquellen im Rahmen einer hochpräzisen Leiterplattenfertigung in eine Leiterplatte eingebettet werden.The described spatial arrangement of the individual light sources with high precision, at least along the z-direction, can be implemented, for example, by arranging the individual light sources together on a semiconductor chip by means of semiconductor technology, as described above. Alternatively, the individual light sources can also be arranged as discrete components by means of a high-precision assembly process on a circuit board. This is typically not possible with a conventional SMD assembly process. However, suitable light-emitting chips can be embedded in a circuit board as individual light sources as part of high-precision circuit board production.
Es wird darauf hingewiesen, dass es nicht erforderlich ist, dass alle der Einzellichtquellen des beschriebenen Arrays die vorstehende Bedingung einer extrem geringen Positionstoleranz entlang der z-Richtung erfüllen müssen. In vielen Fällen ist es ausreichend, wenn zumindest einige, bevorzugt mehr als 50%, weiter bevorzugt mehr als 80% und noch weiter bevorzugt mehr als 95% der Einzellichtquellen diese Bedingung erfüllen.It is pointed out that it is not necessary for all of the individual light sources of the array described to have to meet the above condition of an extremely small position tolerance along the z-direction. In many cases it is sufficient if at least some, preferably more than 50%, more preferably more than 80% and even more preferably more than 95% of the individual light sources meet this condition.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Einzellichtquellen des Arrays innerhalb eine Fläche von kleiner als 10 cm^2, insbesondere kleiner als 2 cm^2, weiter insbesondere kleiner 0,8 cm^2 angeordnet. In bestimmten Ausführungsbeispielen ist diese Fläche sogar kleiner als 4 µm^2 (= 4 Mikrometer × Mikrometer).According to a further exemplary embodiment of the invention, the individual light sources of the array are arranged within an area of less than 10 cm ^ 2, in particular less than 2 cm ^ 2, further in particular less than 0.8 cm ^ 2. In certain exemplary embodiments, this area is even smaller than 4 μm ^ 2 (= 4 micrometers × micrometers).
Die beschriebene kompakte räumliche Anordnung der Einzellichtquellen hat den Vorteil, dass die Lichtstrahlen, die von allen Einzellichtquellen ausgesendet werden, auch mit vergleichsweise einfachen und damit billigen optischen Komponenten optisch präzise geformt und insbesondere gut fokussiert werden können. Dadurch können vergleichsweise scharfe Beleuchtungspunkte erzeugt werden, so dass die Konzentration der Beleuchtungsenergie, die von dem gesamten Array von Einzellichtquellen bereitgestellt wird, auf die Beleuchtungspunkte besonders hoch ist.The compact spatial arrangement of the individual light sources described has the advantage that the light beams that are emitted by all the individual light sources can be optically precisely shaped and particularly well focused, even with comparatively simple and thus cheap optical components. As a result, comparatively sharp lighting points can be generated, so that the concentration of the lighting energy, which is provided by the entire array of individual light sources, on the lighting points is particularly high.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Einzellichtquellen in dem Array derart angeordnet sind, dass deren zweidimensionale Packungsdichte höher ist als bei einer schachbrettartigen Anordnung der Einzellichtquellen. Dies bedeutet, dass die Dichte der Einzellichtquellen, so wie sie innerhalb der vorstehend beschriebenen Hauptebene angeordnet sind, besondere hoch ist. Auch dies trägt zu einer besonders guten optischen Fokussierbarkeit des von den verschiedenen Einzellichtquellen ausgesandten Beleuchtungslichts bei.According to a further exemplary embodiment of the invention, the individual light sources are arranged in the array in such a way that their two-dimensional packing density is higher than in the case of a checkerboard-like arrangement of the individual light sources. This means that the density of the individual light sources as they are arranged within the main plane described above is particularly high. This also contributes to particularly good optical focusability of the illuminating light emitted by the various individual light sources.
In diesem Zusammenhang ist unter dem Begriff „schachbrettartige Anordnung“ zu verstehen, dass sich die Positionen der Einzellichtquellen auf einem quadratischen Raster befinden. Dies bedeutet, dass es sowohl Reihen von Einzellichtquellen entlang einer x-Richtung als auch Reihen von Einzellichtquellen entlang einer dazu senkrechten y-Richtung gibt. Bei der schachbrettartigen Anordnung weisen zwei einander benachbarte Reihen in x-Richtung keinen Versatz entlang der x-Richtung auf. Sie sind nur entlang der y-Richtung voneinander beabstandet. Gleiches gilt für benachbarte Reihen in y-Richtung, die keinen Versatz entlang der y-Richtung aufweisen sondern nur entlang der x-Richtung voneinander beabstandet sind.In this context, the term “checkerboard-like arrangement” is to be understood as meaning that the positions of the individual light sources are on a square grid. This means that there are both rows of individual light sources along an x-direction and rows of individual light sources along a y-direction perpendicular thereto. In the case of the checkerboard-like arrangement, two adjacent rows in the x direction have no offset along the x direction. They are only spaced from one another along the y-direction. The same applies to adjacent rows in the y-direction, which have no offset along the y-direction but are only spaced apart from one another along the x-direction.
Die hier beschriebene Erhöhung der zweidimensionalen Packungsdichte kann dadurch realisiert werden, dass beispielsweise in Bezug auf zwei Reihen entlang der x-Richtung ein bestimmter Versatz entlang der x-Richtung vorgesehen ist, so dass diese „x-Reihen“ entlang der y-Richtung näher aneinanderrücken können. Dieses „Näher Aneinanderrücken“ ist deshalb möglich, weil die Einzellichtquellen (in einer Draufsicht) typischerweise eine nicht rein quadratische Form haben. Die Form kann beispielsweise zumindest annähernd kreisförmig sein. Die beiden „x-Reihen“ können in der Regel dann zueinander einen minimalen Abstand entlang der y-Richtung haben, wenn der Versatz genau die Hälfte des „x-Abstandes“ zwischen zwei einander benachbarten Einzellichtquellen der betreffenden „x-Reihe“ beträgt. Gleiches gilt selbstverständlich auch für die „y-Reihen“ entlang der y-Richtung.The increase in the two-dimensional packing density described here can be achieved by providing a specific offset along the x direction with respect to two rows along the x direction, so that these “x rows” move closer to one another along the y direction can. This “moving closer together” is possible because the individual light sources (in a plan view) typically do not have a purely square shape. The shape can be at least approximately circular, for example. The two “x-rows” can usually have a minimum distance from one another along the y-direction if the offset is exactly half the “x-distance” between two adjacent individual light sources of the respective “x-row”. The same naturally also applies to the “y rows” along the y direction.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Sensorsystem ferner auf eine Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung welche informationstechnisch mit der Beleuchtungseinrichtung gekoppelt ist und welche konfiguriert ist, einzelne Beleuchtungslichtquellen oder einzelne Gruppen von Beleuchtungslichtquellen des Arrays von Einzellichtquellen individuell anzusteuern. Dies hat den Vorteil, dass eine dynamische und/oder situationsadaptive Anpassung der Szenenbeleuchtung durchgeführt werden kann.According to a further exemplary embodiment of the invention, the sensor system furthermore has an illumination light control device which is information technology-related to the illumination device and which is configured to individually control individual illumination light sources or individual groups of illumination light sources of the array of individual light sources. This has the The advantage that a dynamic and / or situation-adaptive adaptation of the scene lighting can be carried out.
Bevorzugt ist jede Einzellichtquelle, ggf. zusammen mit einer oder mehreren anderen Einzellichtquellen, einem bestimmten Raumwinkelbereich der Szene zugeordnet. Dann können beispielsweise gezielt einzelne Teilbereiche der Szene unterschiedlich hell beleuchtet werden. So kann beispielsweise bei einem Einsatz des beschriebenen Sensorsystems für ein Steuern einer Bedeckungscharakteristik einer von einem Objekt zu passierenden Öffnung durch zumindest einen Verschließkörper ein sicherheitsrelevanter Teilbereich heller erleuchtet werden als ein Teilbereich, welcher lediglich für eine Aktivierung (einer Bewegung) des Verschließkörpers relevant ist. Der sicherheitsrelevante Teilbereich kann derjenige Bereich in der Szene sein, welcher der unmittelbaren Bewegung des Verschließkörpers zugeordnet ist, so dass Objekte, die sich in diesem Teilbereich befinden, potentiell mit dem sich bewegenden Verschließkörper kollidieren und ggf. eingeklemmt werden können.Each individual light source, possibly together with one or more other individual light sources, is preferably assigned to a specific solid angle area of the scene. Then, for example, individual sub-areas of the scene can be illuminated with different levels of brightness. For example, when the described sensor system is used to control a coverage characteristic of an opening to be passed by an object through at least one closure body, a security-relevant sub-area can be illuminated more brightly than a sub-area which is only relevant for activation (a movement) of the closure body. The security-relevant sub-area can be that area in the scene which is assigned to the immediate movement of the closure body, so that objects located in this sub-area potentially collide with the moving closure body and possibly become trapped.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass für die beiden Aufgaben „Sicherheit“ in dem sicherheitsrelevanten Teilbereich und die Aufgabe „Aktivierung“ in einem von dem Verschließkörper etwas weiter entfernten Teilbereich bei herkömmlichen Systemen typischerweise zwei unterschiedliche Arten von Sensoren eingesetzt werden. Für die Aufgabe „Aktivierung“ werden beispielsweise Radarsensoren, 3D Sensoren oder Wärmebildkameras eingesetzt. Für die Aufgabe „Sicherheit“ werden beispielsweise Kontaktleisteten oder Lichtschranken eingesetzt. Im Gegensatz dazu wird bei der hier beschriebenen Lösung ein einziger Typ von 3D Sensor verwendet, um beide Teilbereiche zu erfassen. Dies bedeutet, dass die Aufgaben „Sicherheit“ und „Aktivierung“ nicht von zwei unterschiedlichen Sensortypen erfüllt werden. Dies stellt einen weiteren Vorteil in Bezug auf einen möglichst geringen Energieverbrauch dar.In this context it is pointed out that two different types of sensors are typically used in conventional systems for the two tasks “security” in the security-relevant sub-area and the task “activation” in a sub-area somewhat further away from the closure body. For example, radar sensors, 3D sensors or thermal imaging cameras are used for the “activation” task. For example, contact strips or light barriers are used for the task of "security". In contrast to this, in the solution described here, a single type of 3D sensor is used to record both partial areas. This means that the tasks of "security" and "activation" are not performed by two different types of sensors. This represents a further advantage in terms of the lowest possible energy consumption.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung informationstechnisch gekoppelt mit der Datenverarbeitungseinrichtung. Ferner ist die Datenverarbeitungseinrichtung programmtechnisch eingerichtet, bei einem Erkennen zumindest eines Teiles eines Objektes die Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung zu veranlassen, von einem ersten Beleuchtung-Betriebsmodus in den zweiten Beleuchtung-Betriebsmodus umzuschalten.According to a further exemplary embodiment of the invention, the illuminating light control device is information-technically coupled to the data processing device. Furthermore, the data processing device is set up in terms of programming to cause the lighting control device to switch from a first lighting operating mode to the second lighting operating mode when at least part of an object is detected.
In dem zweiten Beleuchtung-Betriebsmodus kann zumindest ein Teilbereich der Szene heller ausgeleuchtet sein als in dem ersten Beleuchtung-Betriebsmodus. Dies bedeutet, dass der Energiebedarf der Beleuchtungseinrichtung und damit des gesamten Sensorsystems in dem ersten Beleuchtung-Betriebsmodus geringer ist als in dem zweiten Beleuchtung-Betriebsmodus. Der erste Beleuchtung-Betriebsmodus kann beispielsweise in einem Ruhezustand oder in einem Stand-By Betriebszustand des Sensorsystems aktiviert sein, in dem die Szene lediglich mit einer sehr geringen Genauigkeit überwacht wird und in dem demzufolge lediglich eine vergleichsweise schwache bzw. wenig intensive Beleuchtung zumindest eines Teilbereiches der Szene erforderlich ist.In the second lighting operating mode, at least a partial area of the scene can be illuminated more brightly than in the first lighting operating mode. This means that the energy requirement of the lighting device and thus of the entire sensor system is lower in the first lighting operating mode than in the second lighting operating mode. The first lighting operating mode can be activated, for example, in an idle state or in a stand-by operating state of the sensor system, in which the scene is only monitored with a very low level of accuracy and consequently only a comparatively weak or less intensive illumination of at least a partial area the scene is required.
Bei diesem Ausführungsbeispiel kann auf vorteilhafte Weise nach einer zumindest teilweisen Objekterkennung eine verbesserte Beleuchtungssituation hergestellt werden, so dass mit einer nachfolgenden Erfassung das betreffende Objekt genauer und/oder vollständiger erkannt werden kann.In this exemplary embodiment, an improved lighting situation can advantageously be produced after at least partial object detection, so that the object in question can be detected more precisely and / or more completely with a subsequent detection.
Selbstverständlich kann auch zumindest ein dritter Beleuchtung-Betriebsmodus vorgesehen sein, so dass für verschiedene Charakteristiken der Szene jeweils situationsadaptiv eine möglichst optimale Szenenbeleuchtung realisiert werden kann. Für die Einstellung solch einer optimalen Szenenbeleuchtung kann eine Gewichtung zwischen energetischen Aspekten (eine helle Beleuchtung erfordert mehr elektrische Energie) und dem Bedürfnis einer möglichst hellen Beleuchtung zum Zwecke einer zuverlässigen Objekterkennung erfolgen.Of course, at least one third lighting operating mode can also be provided, so that the most optimal scene lighting possible can be implemented for different characteristics of the scene, depending on the situation. For setting such an optimal scene lighting, a weighting can be made between energetic aspects (bright lighting requires more electrical energy) and the need for lighting that is as bright as possible for the purpose of reliable object detection.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dem ersten Beleuchtung-Betriebsmodus eine Ausleuchtung eines ersten Teilbereiches des Szene zugeiordnet ist und dem zweiten Beleuchtung-Betriebsmodus ist eine Ausleuchtung eines zweiten Teilbereiches des Szene zugeordnet.According to a further exemplary embodiment of the invention, the first lighting operating mode is assigned an illumination of a first partial area of the scene and the second lighting operating mode is assigned an illumination of a second partial area of the scene.
Den beiden Teilbereiche können unterschiedlichen Erkennungsaufgaben zugeordnet sein. Wie bereits vorstehend beschrieben, kann bei der Steuerung eines Verschließkörpers ein Teilbereich ein sicherheitsrelevanter Teilbereich (Sicherheitsbereich) sein und der andere Teilbereich kann ein sog. Aktivierungsbereich sein, welcher für eine Aktivierung des Verschleißkörpers, insbesondere für eine Bewegung des Verschleißkörpers von einer Schließposition zu einer Öffnungsposition, berücksichtigt wird, wenn in diesem Aktivierungsbereich ein Objekt erkannt wird.Different recognition tasks can be assigned to the two sub-areas. As already described above, when controlling a closure body, one sub-area can be a security-relevant sub-area (safety area) and the other sub-area can be a so-called activation area, which is used for activating the wearing body, in particular for moving the wearing body from a closed position to an open position , is taken into account if an object is detected in this activation area.
Bevorzugt sind dem ersten Teilbereich eine erste Anzahl der Einzellichtquellen zugeordnet und dem zweiten Teilbereich sind eine zweite Anzahl der Einzellichtquellen zugeordnet. Dies hat insbesondere bei Anwendungen, bei denen ein Teilbereich ein sicherheitsrelevanter Teilbereich der Szene ist, den Vorteil, dass eine klare optische Beleuchtungsgrenze zwischen den beiden Teilbereichen erreicht werden kann. So kann beispielsweise für eine Beleuchtung der Szene außerhalb dieses Sicherheitsbereiches bzw. außerhalb einer Schließkante bzw. einer Verschlusslinie eines Verschließkörpers Energie eingespart werden, in dem dieser „Außerhalb-Teilbereich“ nur sehr schwach oder im Extremfall (zumindest zu bestimmten Zeiten) gar nicht ausgeleuchtet wird.A first number of the individual light sources are preferably assigned to the first partial area and a second number of the individual light sources are assigned to the second partial area. In particular in applications in which a sub-area is a safety-relevant sub-area of the scene, this has the advantage that a clear optical illumination boundary is achieved between the two sub-areas can be. For example, energy can be saved for illuminating the scene outside of this security area or outside a closing edge or a closing line of a closing body by illuminating this "outside partial area" only very weakly or, in extreme cases (at least at certain times), not at all .
Je nach spezifischem Anwendungsfall können die Teilbereiche räumlich verschieden bzw. voneinander getrennt sein oder die Teilbereiche können überlappen. Ein Teilbereich kann auch den anderen Teilbereich vollständig einschließen.Depending on the specific application, the sub-areas can be spatially different or separated from one another or the sub-areas can overlap. A sub-area can also completely enclose the other sub-area.
Die Beleuchtung in den unterschiedlichen Teilbereichen bzw. in den unterschiedlichen Beleuchtung-Betriebsmodi kann sich insbesondere durch die Lichtintensität unterscheiden. Alternativ oder in Kombination können den unterschiedlichen Beleuchtung-Betriebsmodi auch andere charakteristische Lichteigenschaften wie beispielsweise unterschiedliche Wellenlängen und/oder unterschiedliche Polarisationseigenschaften zugeordnet sein. Eine Selektion der Wellenlänge kann durch geeignete wellenlängenanhängige Filter realisiert werden. Eine Selektion der Polarisation kann durch geeignete Polarisatoren bzw. polarisationsempfindliche Filter realisiert werden.The lighting in the different sub-areas or in the different lighting operating modes can differ in particular in terms of the light intensity. Alternatively or in combination, other characteristic light properties such as different wavelengths and / or different polarization properties can also be assigned to the different lighting operating modes. A selection of the wavelength can be implemented by means of suitable wavelength-dependent filters. The polarization can be selected by means of suitable polarizers or polarization-sensitive filters.
Die beschriebene Aufteilung der Szene in unterschiedliche Teilbereiche kann auch dynamisch, beispielsweise abhängig von einer zwischenzeitlichen „Vorerkennung“ eines Objekts oder von dem Betriebszustand einer externen Komponente, beispielsweise eines Verschließkörpers für eine Öffnung erfolgen. Die dynamische Aufteilung kann dabei so weit gehen, dass in einem der beiden Beleuchtung-Betriebsmodi die Größe eines Teilbereiches Null ist. Dies bedeutet, dass dann keine räumliche Aufteilung in (zumindest) zwei Teilbereiche stattfindet. Eine solche „Schrumpfung auf die Größe Null“ kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn der Verschließkörper in Ruhe ist, bevorzugt in seiner Schließposition. Dann ist nämlich keine Kollision mit einem Objekt zu besorgen, weil sich der Verschließkörper nur in Richtung seiner Öffnungsposition bewegen kann. In dem anderen der beiden Betriebsmodi ist bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel der gesamte räumliche Bereich in (zumindest) zwei Teilbereiche aufgeteilt.The described division of the scene into different sub-areas can also take place dynamically, for example as a function of an intermediate “pre-detection” of an object or the operating state of an external component, for example a closure body for an opening. The dynamic division can go so far that in one of the two lighting operating modes the size of a partial area is zero. This means that there is then no spatial division into (at least) two sub-areas. Such a “shrinkage to size zero” can be useful, for example, when the closure body is at rest, preferably in its closed position. Then there is no need to worry about a collision with an object because the closing body can only move in the direction of its opening position. In the other of the two operating modes, in the exemplary embodiment described here, the entire spatial area is divided into (at least) two partial areas.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Einzellichtquellen Laser, insbesondere VCSEL.According to a further exemplary embodiment of the invention, the individual light sources are lasers, in particular VCSELs.
Durch die Realisierung des Arrays mittels (Halbleiter-)Laserlichtquellen steht als Beleuchtungsquelle ein Lasersystem zur Verfügung, welches aufgrund der Kohärenz des ausgesandten Laserlichts zu einer Ausbildung von sog. Specklemustern führt. Diese Specklemuster können von einem Lichtdetektor der Messeinrichtung zu einer verbesserten Akkumulation von Photonen und damit zu einer Erhöhung der Sensitivität der TOF-Messung verwendet werden.By realizing the array by means of (semiconductor) laser light sources, a laser system is available as an illumination source which, due to the coherence of the emitted laser light, leads to the formation of so-called speckle patterns. These speckle patterns can be used by a light detector of the measuring device to improve the accumulation of photons and thus to increase the sensitivity of the TOF measurement.
Eine solche Ausbildung von Speckles führt auf dem Lichtdetektor zu einem pseudozufälligen Muster von helleren und dunkleren Zonen. Bei der Verwendung von mehreren Arrays von Einzellichtquellen und einer entsprechenden Anzahl von Lichtdetektoren entstehen bei der Überlagerung von mehreren solchen Specklemustern in der Szene erste Orte, an welchen ein erstes Array von Einzellichtquellen dominant beleuchtet und welchen ein erstes Messlicht zugeordnet ist, das auf entsprechenden Stellen eines zweiten Lichtdetektors für eine erhöhte Photonenakkumulation sorgt. Ferner entstehen in der Szene zweite Orte, an welchen ein zweites Array von Einzellichtquellen dominant beleuchtet und welchen ein zweites Messlicht zugeordnet ist, das auf entsprechenden Stellen eines zweiten Lichtdetektors für eine erhöhte Photonenakkumulation sorgt.Such a formation of speckles leads to a pseudo-random pattern of lighter and darker zones on the light detector. When using several arrays of individual light sources and a corresponding number of light detectors, when several such speckle patterns are superimposed in the scene, first locations are created at which a first array of individual light sources is dominantly illuminated and to which a first measuring light is assigned, which is a second light detector ensures increased photon accumulation. Furthermore, second locations arise in the scene at which a second array of individual light sources is illuminated dominantly and to which a second measurement light is assigned, which ensures increased photon accumulation at corresponding locations of a second light detector.
Bei einem Einsatz von mehreren Kombinationen von Einzellichtquellen-Array und Lichtdetektor entsteht durch die pseudozufällige örtliche Verteilung dieser Specklemuster eine örtlich pseudozufällige Verteilung der Orte, denen eine erhöhte Photonenakkumulation zugeordnet ist. Dadurch erreicht das beschriebene Sensorsystem an diesen pseudozufällig verteilten Orten eine erhöhte Messgenauigkeit und/oder eine erhöhte Empfindlichkeit mit einem verbesserten Signal zu Rausch Verhältnis. Bevorzugt können für die Beleuchtung der Szene mit unterschiedlichen Einzellichtquellen-Arrays unterschiedliche Lichtfrequenzen verwendet werden. Dann kann bei einer entsprechenden Filterung des spektral unterschiedlichen Messlichts eine eindeutige Zuordnung zwischen Beleuchtungslicht und Messlicht erfolgen. Ein „Übersprechen“ zwischen verschiedenen Kombinationen von Einzellichtquellen-Array und zugehörigem Lichtdetektor kann durch ein solches „Frequenz Multiplex Prinzip“ verhindert oder zumindest stark reduziert werden. Alternativ oder in Kombination kann auch eine zeitliche Diskriminierung zwischen einer ersten gepulsten Beleuchtung der Szene durch das erste Einzellichtquellen-Array und einer zweiten gepulsten Beleuchtung der Szene durch das zweite Einzellichtquellen-Array und eine entsprechend zeitlich versetzte Messlicht-Erfassung durch den ersten Lichtdetektor bzw. den zweiten Lichtdetektor erfolgen („Zeit Multiplex Prinzip“). Eine Zuordnung zwischen Einzellichtquellen-Array und Lichtdetektor kann auch durch eine zeitliche Modulation des (sendeseitigen) Beleuchtungslichts mit einer vorgegebenen Modulationsfrequenz und einer entsprechenden (empfangsseitigen) Signalfilterung der Messsignale des jeweiligen Lichtdetektors erfolgen, wobei bei der (empfangsseitigen) Signalfilterung nur diejenigen Signalanteile ausgewertet werden, welche mit der vorbestimmten Modulationsfrequenz auftreten (sog. Lock-in Prinzip).When several combinations of individual light source arrays and light detectors are used, the pseudo-random local distribution of these speckle patterns results in a locally pseudo-random distribution of the locations to which increased photon accumulation is assigned. As a result, the described sensor system achieves increased measurement accuracy and / or increased sensitivity with an improved signal-to-noise ratio at these pseudo-randomly distributed locations. Different light frequencies can preferably be used for illuminating the scene with different individual light source arrays. Then, with a corresponding filtering of the spectrally different measurement light, a clear association between illumination light and measurement light can take place. A “crosstalk” between different combinations of individual light source arrays and the associated light detector can be prevented or at least greatly reduced by such a “frequency multiplex principle”. Alternatively or in combination, a time discrimination between a first pulsed illumination of the scene by the first single light source array and a second pulsed illumination of the scene by the second single light source array and a correspondingly time-shifted measurement light detection by the first light detector or the second light detector ("time multiplex principle"). An association between the individual light source array and light detector can also be made by temporally modulating the (transmit-side) illuminating light with a predetermined modulation frequency and a corresponding (receive-side) signal filtering of the measurement signals of the respective light detector, with only those (receive-side) signal filtering Signal components are evaluated which occur with the predetermined modulation frequency (so-called lock-in principle).
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Einzellichtquellen eingerichtet, Beleuchtungslicht im infraroten Spektralbereich zu erzeugen. Dadurch kann bei einem relativ geringen Energieverbrauch Beleuchtungslicht mit einer relativ hohen Lichtintensität erzeugt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Einzellichtquellen Halbleiter-Einzellichtquellen wie Halbleiterlaser oder Leuchtdioden sind.According to a further exemplary embodiment of the invention, the individual light sources are set up to generate illuminating light in the infrared spectral range. As a result, illuminating light with a relatively high light intensity can be generated with a relatively low energy consumption. This applies in particular when the individual light sources are semiconductor individual light sources such as semiconductor lasers or light-emitting diodes.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von infrarotem Beleuchtungslicht kann bei vielen Anwendungen darin bestehen, dass dieses von Menschen (und vielen Tieren) nicht wahrgenommen werden kann. Damit werden Menschen auch von einem ggf. gepulsten Beleuchtungslicht nicht gestört.Another advantage of using infrared illuminating light in many applications can be that it cannot be perceived by humans (and many animals). This means that people are not disturbed by a possibly pulsed illumination light.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Sensorsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei
die Beleuchtungseinrichtung zumindest ein weiteres Array von Einzellichtquellen aufweist, welches ein weiteres Beleuchtungslicht erzeugt, das in der Szene ein weiteres räumliches Raster von Beleuchtungspunkten erzeugt. In diesem Fall wird die Szene mit zumindest einem weiteren Beleuchtungslicht beleuchtet, so dass insgesamt eine erhöhte Intensität von Beleuchtungslicht erzeugt werden kann.According to a further embodiment of the invention. Sensor system according to one of the preceding claims, wherein
the lighting device has at least one further array of individual light sources, which generates a further illuminating light that generates a further spatial grid of lighting points in the scene. In this case, the scene is illuminated with at least one further illuminating light, so that overall an increased intensity of illuminating light can be generated.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Array einer Teilregion der Szene zugeordnet und das weitere Array ist einer weiteren Teilregion der Szene zugeordnet. Die beiden Teilregionen sind unterschiedlich und haben einen gewissen räumlichen Überlapp. Dies hat den Vorteil, dass auf einfache Weise ein sog. „Multi Sensor“ Sensorsystem realisiert werden kann, wobei in dem Überlappungsbereich aufgrund der Redundanz der Beleuchtung eine besonders zuverlässige Szenenerfassung möglich ist.According to a further exemplary embodiment of the invention, the array is assigned to a sub-region of the scene and the further array is assigned to a further sub-region of the scene. The two sub-regions are different and have a certain spatial overlap. This has the advantage that a so-called “multi-sensor” sensor system can be implemented in a simple manner, with particularly reliable scene detection being possible in the overlapping area due to the redundancy of the lighting.
Bei manchen Ausführungsbeispielen weist die Messeinrichtung zwei bevorzugt als Halbleiterchip ausgebildete Lichtempfänger auf, wobei ein Lichtempfänger dem Array und ein weiterer Lichtempfänger dem weiteren Array zugeordnet ist. Dabei kann die Zuordnung derart ausgestaltet sein, dass abgesehen von einem eventuellen unerwünschten Übersprechen zwischen (i) einem Messkanal mit dem Array und dem Lichtempfänger und (ii) einem weiteren Messkanal mit dem weiteren Array und dem weiteren Lichtempfänger das Beleuchtungslicht von dem Array nur von dem Lichtempfänger und das (weitere) Beleuchtungslicht von dem weiteren Array nur von dem weiteren Lichtempfänger empfangen wird.In some exemplary embodiments, the measuring device has two light receivers, preferably embodied as semiconductor chips, with one light receiver being assigned to the array and a further light receiver being assigned to the further array. The assignment can be designed in such a way that, apart from any undesirable crosstalk between (i) a measuring channel with the array and the light receiver and (ii) a further measuring channel with the further array and the further light receiver, the illuminating light from the array only from the Light receiver and the (further) illuminating light from the further array is received only by the further light receiver.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung beleuchtet das Array von Einzellichtquellen die Szene aus einer ersten Richtung und das weitere Array von Einzellichtquellen beleuchtet die Szene aus einer zweiten Richtung. Die zweite Richtung ist unterschiedlich zu der ersten Richtung. Dies hat den Vorteil, dass in der Szene unerwünschte Abschattungseffekte bei der Erfassung von räumlich versetzten Objekten zumindest reduziert werden können. Dadurch kann eine vollständigere Szenenerfassung realisiert werden.According to a further exemplary embodiment of the invention, the array of individual light sources illuminates the scene from a first direction and the further array of individual light sources illuminates the scene from a second direction. The second direction is different from the first direction. This has the advantage that undesired shadowing effects in the scene can at least be reduced when detecting spatially offset objects. A more complete scene capture can thereby be realized.
Auf besonders vorteilhafte Weise können Abschattungseffekte reduziert werden, wenn die Messeinrichtung einen Lichtdetektor und zumindest einen weiteren Lichtdetektor aufweist, so dass, wie vorstehend beschrieben, jedem Array von Einzellichtquellen genau ein Lichtdetektor zugeordnet ist. Dabei kann die räumliche Anordnung der Lichtdetektoren an die räumliche Anordnung der Arrays von Einzellichtquellen derart angepasst werden, dass Abschattungseffekte auch in Bezug auf das jeweilige Messlicht reduziert werden können. Ferner kann durch eine geeignete Anordnung der Lichtdetektoren in Bezug zu dem jeweiligen Array von Einzellichtquellen erreicht werden, dass die Intensität des durch eine anisotrope Streuung erzeugten Messlichts möglichst hoch ist.In a particularly advantageous manner, shadowing effects can be reduced if the measuring device has a light detector and at least one further light detector so that, as described above, exactly one light detector is assigned to each array of individual light sources. The spatial arrangement of the light detectors can be adapted to the spatial arrangement of the arrays of individual light sources in such a way that shadowing effects can also be reduced in relation to the respective measurement light. Furthermore, through a suitable arrangement of the light detectors in relation to the respective array of individual light sources, it can be achieved that the intensity of the measurement light generated by anisotropic scattering is as high as possible.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Szene das weitere räumliche Raster von Beleuchtungspunkten räumlich versetzt zu dem räumlichen Raster von Beleuchtungspunkten.According to a further exemplary embodiment of the invention, the further spatial grid of lighting points in the scene is spatially offset from the spatial grid of lighting points.
Durch einen solchen räumlichen Versatz der von unterschiedlichen Arrays von Einzellichtquellen erzeugten räumlichen Rastern von Beleuchtungspunkten kann die Ortsauflösung des Sensorsystems auf einfache und effiziente Weise verbessert bzw. erhöht werden. Ein solcher Versatz kann auch als ein „räumliches Interleaving“ bezeichnet werden.Such a spatial offset of the spatial grids of illumination points generated by different arrays of individual light sources can improve or increase the spatial resolution of the sensor system in a simple and efficient manner. Such an offset can also be referred to as “spatial interleaving”.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erzeugt im Betrieb des Sensorsystems das Array von Einzellichtquellen das Beleuchtungslicht mit einer vorbestimmten Modulationsfrequenz. Ferner erzeugt das weitere Array von Einzellichtquellen das weitere Beleuchtungslicht mit einer weiteren vorbestimmten Modulationsfrequenz, welche unterschiedlich ist zu der vorbestimmten Modulationsfrequenz. Dadurch kann das von unterschiedlichen Arrays von Einzellichtquellen erzeugte Beleuchtungslicht anhand von unterschiedlichen Modulationsfrequenzen unterschieden werden. Dies ermöglicht durch den Einsatz einer entsprechenden empfängerseitigen Filterung des jeweils gestreuten Messlichts eine Unterscheidung nach dem sog. Lock-in-Prinzip, von welchem Beleuchtungslicht das jeweils empfangene Messlicht durch Streuung an einer Objektoberfläche entstanden ist. Diese „Lock-in-Zuordnung“ kann auf vorteilhafte Weise insbesondere dann verwendet werden, wenn die Beleuchtungswinkel von Beleuchtungslicht und weiterem Beleuchtungslicht unterschiedlich sind. Dann können nämlich auch noch Informationen über Streuwinkel gewonnen werden. Dadurch können nach dem Prinzip der Stereometrie Informationen über die Orientierung von Teilbereichen von Oberflächen von in der Szene befindlichen Objekten gewonnen werden. Dies wird am einfachsten bei zumindest teilweise spiegelnden Oberflächen deutlich, an denen weniger eine Lichtstreuung als vielmehr eine Lichtreflexion mit der Bedingung „Einfallswinkel gleich Ausfallswinkel“ auftritt.According to a further exemplary embodiment of the invention, when the sensor system is in operation, the array of individual light sources generates the illuminating light with a predetermined modulation frequency. Furthermore, the further array of individual light sources generates the further illumination light with a further predetermined modulation frequency, which is different from the predetermined modulation frequency. As a result, the illumination light generated by different arrays of individual light sources can be differentiated on the basis of different modulation frequencies. By using a corresponding filter on the receiver side of the respective scattered measurement light, this enables a distinction according to the so-called lock-in principle, from which illumination light the measurement light received in each case is scattered at one Object surface was created. This “lock-in assignment” can be used in an advantageous manner in particular when the illumination angles of the illumination light and additional illumination light are different. Information about the scattering angle can then also be obtained. In this way, information about the orientation of partial areas of surfaces of objects located in the scene can be obtained according to the principle of stereometry. This is most easily evident in the case of at least partially reflective surfaces, where there is less light scattering than light reflection with the condition “angle of incidence equals angle of reflection”.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Datenverarbeitungseinrichtung derart konfiguriert, dass eine Bedeckungscharakteristik einer Öffnung durch zumindest einen Verschließkörper steuerbar ist.According to a further exemplary embodiment of the invention, the data processing device is configured in such a way that a coverage characteristic of an opening can be controlled by at least one closure body.
Durch das beschriebene Sensorsystem kann die Öffnung, welche beispielsweise ein Eingang (bzw. ein Ausgang) eines Gebäudes ist, auf energetisch günstige Weise automatisch überwacht werden. Durch eine geeignete Ansteuerung eines Aktuators kann der Verschließkörper automatisch zwischen einer geöffneten Position (Öffnungsposition) und einer geschlossenen Position (Schließposition) oder umgekehrt bewegt werden. Dazu kann die Datenverarbeitungseinrichtung des beschriebenen Sensorsystems mit der Steuerung eines bekannten Steuersystems für einen Verschließkörper gekoppelt werden.With the sensor system described, the opening, which is, for example, an entrance (or an exit) of a building, can be automatically monitored in an energetically favorable manner. By suitably controlling an actuator, the closing body can be moved automatically between an open position (open position) and a closed position (closed position) or vice versa. For this purpose, the data processing device of the sensor system described can be coupled to the control of a known control system for a closure body.
Der Verschleißkörper kann jedes beliebige Barriereelement sein, mittels welchem eine Öffnung temporär zumindest teilweise verschlossen werden kann. Der Verschließkörper kann beispielsweise sein (i) eine Schiebetür, (ii) eine Drehtür, (iii) ein Drehkreuz, (iv) ein Tor, insbesondere ein Garagentor, (v) eine Schranke, insbesondere an einem Bahnübergang oder einer Fahrzeugeinfahrt oder Fahrzeugausfahrt.The wear body can be any desired barrier element by means of which an opening can be temporarily at least partially closed. The closing body can be, for example, (i) a sliding door, (ii) a revolving door, (iii) a turnstile, (iv) a gate, in particular a garage door, (v) a barrier, in particular at a level crossing or a vehicle entrance or exit.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Datenverarbeitungseinrichtung einen Dateneingang zum Empfangen eines Eingangssignals auf, welches für einen aktuellen Betriebszustand des Verschließkörpers indikativ ist. Ferner ist die Datenverarbeitungseinrichtung konfiguriert, die Beleuchtungseinrichtung basierend auf dem aktuellen Betriebszustand des Verschließkörpers anzusteuern.According to a further exemplary embodiment of the invention, the data processing device has a data input for receiving an input signal which is indicative of a current operating state of the closure body. Furthermore, the data processing device is configured to control the lighting device based on the current operating state of the closure body.
Die Ansteuerung der Beleuchtungseinrichtung kann durch die vorstehend beschriebene Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung erfolgen. Insbesondere kann die Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung die Beleuchtungseinrichtung so steuern, dass sie in einem ersten Betriebsmodus einen ersten Energieverbrauch hat und in einem zweiten Betriebsmodus einen zweiten Energieverbrauch hat, welcher kleiner ist als der erste Energieverbrauch.The lighting device can be controlled by the lighting light control device described above. In particular, the illuminating light control device can control the illuminating device in such a way that it has a first energy consumption in a first operating mode and a second energy consumption in a second operating mode, which is smaller than the first energy consumption.
Anschaulich ausgedrückt ermöglicht das beschriebene zumindest eine Array von Einzellichtquellen bei einer geeigneten „Verdrahtung“ der elektrischen Anschlüsse eine individuelle Ansteuerung von jeder einzelnen Einzellichtquellen. Dies kann insbesondere dahingehend utilisiert werden, dass je nach konkretem Betriebszustand des Verschließkörpers einzelne dieser Quellen ausgeschaltet werden können. So kann zum Beispiel bei einer geöffneten Türe, solange sich sowieso ein Objekt im Sicherheitsbereich der Türe befindet, die Intensität der Beleuchtung in einer Fernzone (Aktivierungsbereich) reduziert werden oder die Beleuchtung in dieser Fernzone ganz ausgeschaltet werden, weil während dieser Zeit des aus Gründen der Sicherheit geforderten Offenhaltens des Verschließkörpers keine zusätzliche Aktivierung des Verschließkörpers erforderlich bzw. sinnvoll ist.Expressed clearly, the described at least one array of individual light sources enables individual control of each individual light source with suitable “wiring” of the electrical connections. This can in particular be used to the effect that, depending on the specific operating state of the closure body, individual of these sources can be switched off. For example, when the door is open, as long as there is an object in the security area of the door, the intensity of the lighting in a far zone (activation area) can be reduced or the lighting in this far zone can be switched off completely because during this time the for reasons of Security required keeping the closing body open, no additional activation of the closing body is necessary or useful.
Durch die Anhängigkeit (der Intensität) der Beleuchtung kann der Energieverbrauch eines 3D Sensor(system)s, welcher Energieverbrauch typischerweise deutlich größer ist als der eines 2D Sensors, auf einfache Weise dadurch deutlich reduziert werden, dass dieser 3D Sensor bzw. das 3D Sensorsystem immer dann in einem „Energiesparmodus“ betrieben wird, wenn die Anforderungen an eine Szenenüberwachung nicht so groß sind. Dies ist bei einem 3D Sensor, der für die Überwachung einer Öffnung, die von einem Verschließkörper verschlossen werden kann, beispielsweise dann der Fall, wenn der Verschließkörper in Ruhe ist oder wenn sich dieser in Richtung einer Öffnungsposition bewegt wird. Dann ist nämlich die Gefahr, dass ein Objekt, insbesondere eine Person, welche(s) sich in einem Bewegungsbereich des Verschließkörpers befindet, von dem Verschließkörper eingeklemmt wird, nicht vorhanden oder zumindest deutlich reduziert.Due to the dependency (of the intensity) of the lighting, the energy consumption of a 3D sensor (system), which energy consumption is typically significantly greater than that of a 2D sensor, can be significantly reduced in a simple manner by the fact that this 3D sensor or the 3D sensor system always is then operated in an "energy saving mode" if the requirements for scene monitoring are not so great. This is the case with a 3D sensor that is used to monitor an opening that can be closed by a closure body, for example when the closure body is at rest or when it is moved in the direction of an opening position. This is because the risk that an object, in particular a person who is located in a movement area of the closure body, will be trapped by the closure body is not present or at least significantly reduced.
Der Betriebszustand des Verschließkörpers kann ein Bewegungszustand sein und insbesondere dadurch bestimmt sein, ob sich der Verschließkörper in Richtung seiner Öffnungsposition oder seiner Verschließposition bewegt. Auch die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Verschließkörper bewegt, kann den Bewegungszustand charakterisieren. Ferner kann der Betriebszustand auch von der aktuellen Position des Verschließkörpers abhängen, wobei diese Position eine Ruheposition oder eine aktuelle Position sein kann, über welche sich der Verschließkörper gerade hinweg bewegt.The operating state of the closing body can be a state of movement and in particular can be determined by whether the closing body moves in the direction of its opening position or its closing position. The speed at which the closure body moves can also characterize the state of movement. Furthermore, the operating state can also depend on the current position of the closure body, this position being a rest position or a current position over which the closure body is currently moving.
Der Betriebsmodus der Beleuchtungseinrichtung und/oder ggf. auch ein Betriebsmodus der Messeinrichtung kann jede Art von Betriebsmodus sein, welche den Energieverbrauch des gesamten Sensorsystems (mit)bestimmt. Dabei kann sich der Energieverbrauch auf die Beleuchtungseinrichtung und ggf. auch auf die Messeinrichtung beziehen.The operating mode of the lighting device and / or possibly also an operating mode of the measuring device can be any type of operating mode that reduces the energy consumption of the entire Sensor system (with) determined. The energy consumption can relate to the lighting device and possibly also to the measuring device.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Verfahren zum dreidimensionalen Erfassen einer Szene mittels eines Sensorsystems und insbesondere mittels eines Sensorsystems des vorstehend beschriebenen Typs. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Beleuchten der Szene mit Beleuchtungslicht, welches von einer Beleuchtungseinrichtung ausgesandt wird; (b) ein Empfangen von Messlicht, welches zumindest teilweise von zumindest einem in der Szene enthaltenen Objekt zurückgestreutes Beleuchtungslicht ist, mittels einer Messeinrichtung; (c) ein Messen von Distanzen zwischen dem Sensorsystem und dem zumindest einen Objekt basierend auf einer Lichtlaufzeit des Beleuchtungslichts und des Messlichts mittels der Messeinrichtung; und (d) ein Ermitteln einer dreidimensionalen Charakteristik der Szene basierend auf den gemessenen Distanzen mittels einer der Messeinrichtung nachgeschalteten Datenverarbeitungseinrichtung. Erfindungsgemäß wird das Beleuchten mittels eines Arrays von Einzellichtquellen durchgeführt, welches in der Szene ein räumliches Raster von Beleuchtungspunkten erzeugt.According to a further aspect of the invention, a method is described for three-dimensional detection of a scene by means of a sensor system and in particular by means of a sensor system of the type described above. The method described has (a) illuminating the scene with illuminating light which is emitted by an illuminating device; (b) receiving measuring light, which is at least partially backscattered illumination light from at least one object contained in the scene, by means of a measuring device; (c) a measurement of distances between the sensor system and the at least one object based on a light transit time of the illuminating light and the measuring light by means of the measuring device; and (d) determining a three-dimensional characteristic of the scene based on the measured distances by means of a data processing device connected downstream of the measuring device. According to the invention, the lighting is carried out by means of an array of individual light sources which generates a spatial grid of lighting points in the scene.
Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine räumliche Konzentration der bei einem gewissen Energieverbrauch zur Verfügung stehenden Lichtintensität eine lokal an den erzeugten Beleuchtungspunkten gegebene Beleuchtungsintensität besonders groß sein kann. Dadurch kann an diesen Stellen die Szene mit einem hohen Signal zu Rausch Verhältnis erfasst und somit eine hohe Mess- bzw. Erfassungsgenauigkeit für in der Szene vorhandene Objekten erreicht werden.The method described is also based on the knowledge that, through a spatial concentration of the light intensity available with a certain energy consumption, an illumination intensity given locally at the illumination points generated can be particularly high. As a result, the scene can be recorded at these points with a high signal-to-noise ratio and thus a high measurement or detection accuracy can be achieved for objects present in the scene.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf (a) ein Erfassen eines in der Szene befindlichen Objekts; (b) ein Vergleichen des erfassten Objekts mit zumindest einem in einer Datenbank hinterlegten Vergleichsobjekt; und, (c) wenn das Objekt innerhalb vorgegebener zulässiger Abweichungen mit einem Vergleichsobjekt übereinstimmt, ein Identifizieren des Objekts als ein für eine bestimmte Aktion zugelassenes Objekt.According to one exemplary embodiment of the invention, the method further comprises (a) detecting an object located in the scene; (b) a comparison of the detected object with at least one comparison object stored in a database; and, (c) if the object matches a comparison object within predetermined permissible deviations, identifying the object as an object permitted for a specific action.
Die zugelassene Aktion kann beispielsweise eine erlaubtes Passieren durch eine Öffnung in einem Gebäude sein, welche Öffnung vor der Identifizierung des erkannten Objekts als ein zugelassenes Objekt durch einen Verschließkörper verschlossen ist und erst nach der erfolgreichen Identifizierung durch eine entsprechende Bewegung des Verschließkörpers geöffnet wird. Die zu identifizierenden Objekte können bevorzugt Personen und/oder Fahrzeuge sein. Eine erfolgreiche Identifizierung kann zur Steuerung bzw. zur Aktivierung eines Verschließmechanismus für einen Verschließkörper vor einer Öffnung eines Gebäudes sein. Falls (mittels einer geeigneten Bildauswertung) keine annähernde Übereinstimmung zwischen einem erkannten Objekt und der Beschreibung eines Vergleichsobjekts festgestellt wird, dann kann der Verschließkörper nicht aktiviert werden. Der Verschließkörper verbleibt dann in seiner Schließposition.The permitted action can be, for example, permitted passage through an opening in a building, which opening is closed by a closure body before the identified object is identified as an permitted object and is only opened after successful identification by a corresponding movement of the closure body. The objects to be identified can preferably be people and / or vehicles. Successful identification can be for controlling or activating a locking mechanism for a locking body in front of an opening of a building. If (by means of a suitable image evaluation) no approximate correspondence is established between a recognized object and the description of a comparison object, then the closure body cannot be activated. The closing body then remains in its closed position.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben eine Verwendung eines Sensorsystems des vorstehend beschriebenen Typs für ein Steuern einer Bedeckungscharakteristik einer von einem Objekt zu passierenden Öffnung durch zumindest einen Verschließkörper.According to a further aspect of the invention, a use of a sensor system of the type described above for controlling a covering characteristic of an opening to be passed by an object by at least one closure body is described.
Der beschriebenen Verwendung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Ausbildung einer Beleuchtungseinrichtung als eine Array von Einzellichtquellen auf energetisch effiziente Weise die Szene an dem räumlichen Raster von Beleuchtungspunkten mit einem vergleichsweise intensiven Beleuchtungslicht beleuchtet werden kann. Aufgrund der lokal hohen Intensität kann die Szene an den Rasterpunkten mit einem hohen Signal zu Rausch Verhältnis und damit mit einer hohen Messgenauigkeit erfasst bzw. charakterisiert werden.The described use is based on the knowledge that by designing a lighting device as an array of individual light sources, the scene at the spatial grid of lighting points can be illuminated with a comparatively intense lighting light in an energetically efficient manner. Due to the locally high intensity, the scene at the raster points can be recorded or characterized with a high signal-to-noise ratio and thus with a high level of measurement accuracy.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung des vorstehend beschriebenen Sensorsystems mit lokal sehr hellen Beleuchtungspunkten können auf energetisch effiziente Weise auch größere Distanzen überwacht werden, was naturgemäß zu einem früheren Erkennen einer Öffnungsanforderung des Verschließkörpers führt. Dies kann insbesondere bei sich schnell bewegenden Objekten von großem Vorteil sein. Ferner kann die Szene mit einem breiteren Erfassungswinkel erfasst werden, was beispielswiese zu einem frühzeitigen Erkennen von sich quer zur Öffnung bewegenden Querverkehr und damit zu einem zuverlässigeres Erkennen von Objekten in einem Gefährdungsbereich führen kann.The inventive use of the sensor system described above with locally very bright lighting points enables even larger distances to be monitored in an energetically efficient manner, which naturally leads to an earlier detection of an opening request of the closure body. This can be of great advantage, especially with fast moving objects. Furthermore, the scene can be captured with a wider capture angle, which, for example, can lead to an early detection of cross traffic moving across the opening and thus to a more reliable detection of objects in a hazard area.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Öffnung ein Eingang oder ein Ausgang, insbesondere ein Notausgang in einem Gebäude. Durch das Erkennen eines zwar vorhandenen, aber sich ggf. nicht bewegenden Objektes in einem Durchgangsbereich kann ein Eingang oder Ausgang überwacht, insbesondere ein blockierter Notausgang erkannt, und die entsprechende Information an ein angegliedertes System, beispielsweise an ein Überwachungssystem, übermittelt werden.According to an exemplary embodiment of the invention, the opening is an entrance or an exit, in particular an emergency exit in a building. By recognizing an existing but possibly not moving object in a passage area, an entrance or exit can be monitored, in particular a blocked emergency exit, and the corresponding information transmitted to an associated system, for example a monitoring system.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Objekt eine Person oder ein Fahrzeug. In diesem Fall kann das Gebäude insbesondere ein Haus bzw. eine Garage sein.According to a further exemplary embodiment of the invention, the object is a person or a vehicle. In this case, the building can in particular be a house or a garage.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung sind mit Verfahrens- bzw. Verwendungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subjects of the invention. In particular, some embodiments of the invention are described with device claims and other embodiments of the invention are described with method and use claims. However, when reading this application, it will immediately become clear to the person skilled in the art that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to one type of subject matter of the invention, any combination of features belonging to different types of Subjects of the invention belong.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.Further advantages and features of the present invention emerge from the following exemplary description of currently preferred embodiments.
FigurenlisteFigure list
-
1 zeigt die Verwendung eines Sensorsystems zum Steuern einer Bedeckungscharakteristik einer Öffnung mittels als Schiebetüren ausgebildeten Verschließkörpern .1 shows the use of a sensor system for controlling a covering characteristic of an opening by means of closing bodies designed as sliding doors. -
2 zeigt ein Array von aus VCSEL ausgebildeten Einzellichtquellen, die auf einem Halbleiterchip realisiert sind.2 shows an array of individual light sources formed from VCSELs, which are implemented on a semiconductor chip.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Die Eingangsstruktur
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Betriebszustand der beiden Schiebetüren
Der Betriebszustand der Schiebetüren
Das Sensorsystem
Die TOF-Messeinrichtung
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die TOF-Messeinrichtung
Für die beiden Lichtempfänger kann ein zweiter Betriebsmodus mit einem geringeren Energieverbrauch darin bestehen, dass nicht alle Pixel des betreffenden Sensorchips aktiviert werden. Dies hat eine reduzierte örtliche Auflösung zur Folge. Alternativ oder in Kombination kann eine Repetitionsrate von zeitlich aufeinander folgenden Bilderfassungen reduziert werden. Dies hat eine reduzierte zeitliche Auflösung der Szenenerfassung zur Folge.For the two light receivers, a second operating mode with lower energy consumption can consist in that not all pixels of the relevant sensor chip are activated. This results in a reduced spatial resolution. Alternatively or in combination, a repetition rate of temporally successive image acquisitions can be reduced. This results in a reduced temporal resolution of the scene detection.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der erste Lichtempfänger
Die beiden Beleuchtungseinheit
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind in der TOF-Messeinrichtung
Im Betrieb des Sensorsystems steuert die Datenverarbeitungseinrichtung
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Betriebszustand der Türen
Der erste Betriebsmodus ist dann aktiviert, wenn die Szene mit einer höheren Genauigkeit erfasst werden soll. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn sich eine Person in der Nähe der geöffneten Schiebetüren
Der zweite Betriebsmodus ist dann aktiviert, wenn es ausreichend ist, die Szene
Der vorstehend beschriebene Betriebszustand der Schiebetüren
Die Abhängigkeit des Betriebsmodus insbesondere der beiden Beleuchtungseinheiten
Die Szene
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Teilbereich
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem
Es wird angemerkt, dass der Begriff „aufweisen“ nicht andere Elemente ausschließt und dass das „ein“ nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.It is noted that the term “having” does not exclude other elements and that the “a” does not exclude a plurality. Elements that are described in connection with different exemplary embodiments can also be combined. It should also be noted that any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- SensorsystemSensor system
- 110110
- TOF MesseinrichtungTOF measuring device
- 120a120a
- Lichtempfangseinrichtung / erster LichtempfängerLight receiving device / first light receiver
- 120b120b
- Lichtempfangseinrichtung / zweiter LichtempfängerLight receiving device / second light receiver
- 125125
- MesseinheitMeasuring unit
- 130a130a
- Beleuchtungseinrichtung / erste BeleuchtungseinheitLighting device / first lighting unit
- 130b130b
- Beleuchtungseinrichtung / zweite BeleuchtungseinheitLighting device / second lighting unit
- 131a131a
- BeleuchtungslichtIlluminating light
- 131b131b
- BeleuchtungslichtIlluminating light
- 132132
- BeleuchtungspunkteLighting points
- 133133
- RasterGrid
- 135135
- Beleuchtungslicht-SteuereinrichtungIllumination light control device
- 140140
- Lichtempfänger-SteuereinrichtungLight receiver control device
- 150150
- DatenverarbeitungseinrichtungData processing device
- 151151
- DateneingangData input
- 151a151a
- EingangssignalInput signal
- 152152
- DatenausgangData output
- 152a152a
- AusgangssignalOutput signal
- 160160
- DatenbankDatabase
- 180180
- EingangsstrukturEntrance structure
- 182182
- stationäre Haltestrukturstationary support structure
- 184184
- Öffnungopening
- 186186
- Verschließkörper / SchiebetürClosing body / sliding door
- 187187
- Motor MMotor M
- 188188
- Encoder EEncoder E
- 190190
- Szenescene
- 191191
- erster Teilbereichfirst part
- 192192
- zweiter Teilbereichsecond part
- 195195
- Objektobject
- 196a196a
- MesslichtMeasuring light
- 196b196b
- Messlicht Measuring light
- 331331
- BeleuchtungslichtIlluminating light
- 334334
- Chipchip
- 334a334a
- EinzellichtquellenSingle light sources
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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- WO 2018/064745 A1 [0005]WO 2018/064745 A1 [0005]
Claims (22)
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DE102019112340.2A DE102019112340A1 (en) | 2019-05-10 | 2019-05-10 | TOF sensor system with a lighting device with an array of individual light sources |
Publications (1)
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---|---|
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