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Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur flexiblen Raumüberwachung, insbesondere zur flexiblen Kabinen- und Raumüberwachung.
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Es ist aus dem Stand der Technik bekannt eine Vielzahl von Sensoren zur Raum- und Kabinenüberwachung in Gebäuden und Fahrzeugen einzusetzen. Diese Sensoren umfassen Rot Grün Blau (RGB)-Kameras, Wärmebildkameras mit Beleuchtung, Time of Flight (TOF)-Kameras, Thermopiles bzw. Thermosäulen, etc. Nachteilig beim Einsatz der vorgenannten Sensoren ist, dass diese nur einen bestimmten, durch die Optik vorgegebenen Erfassungsbereich überwachen bzw. detektieren können. Der Einsatz von Fischaugenobjektiven ist bei einigen Sensoren möglich, aber kostenintensiv, da teure Optiken (z.B. aus Kristallen) eingesetzt werden müssen. Bei einigen Sensoren ist die Verwendung von Fischaugenobjektiven aus physikalischen Gründen unmöglich. Je nach Positionierung bzw. Anbringung der Sensoren können Einbauten - wie beispielsweise Fahrzeugsitze im Fahrzeuginnenraum - die Einsicht der Sensoren in Teilbereiche des Raums bzw. der Kabine versperren. Nicht zuletzt aufgrund der vorgenannten begrenzten Erfassungsbereiche der Sensoren müssen in einer Kabine bzw. einem Raum mehrere Sensoren verbaut werden, um eine Erfassung der gesamten Kabine bzw. des gesamten Raums durch diese zu gewährleisten. Darüber hinaus ist bei Thermopiles und Kameras nachteilig, dass bei einem weiten Erfassungswinkel die Auflösungsgenauigkeit sinkt. Mit anderen Worten ist die Auflösung bei kleinem Erfassungswinkel gut, wobei bei großem Erfassungswinkel mit gleicher Pixelzahl nur noch eine grobe Erfassung möglich ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Nachteile zu vermeiden und eine Lösung zu schaffen, die eine kostengünstige, flexible Kabinen- und Raumüberwachung ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die vorgenannte Aufgabe durch ein System zur flexiblen Überwachung eines Innenraums gelöst, umfassend:
- einen Sensor zur Erfassung von Sensordaten des Innenraums;
- wobei der Sensor derart beweglich im Innenraum angebracht ist, dass jeder für die Überwachung des Innenraums erforderliche Bereich des Innenraums erfassbar ist.
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Das System umfasst einen Sensor zur Erfassung von Sensordaten des Innenraums.
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Dabei ist der Sensor derart beweglich im Innenraum angebracht, dass jeder für die Überwachung des Innenraums erforderliche Bereich des Innenraums durch den bzw. vom Sensor erfassbar ist. Die durch den Sensor erfassten Daten können durch eine Recheneinheit verarbeitet werden.
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Vorteilhafter Weise kann somit die Überwachung des Innenraums flexibel und kostensparend gewährleistet werden, da nur ein Sensor zur Überwachung des Innenraums erforderlich ist.
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Vorzugsweise ist der Sensor schwenkbar und/oder neigbar in einem Speed-Dome angebracht.
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Ein Speed-Dome bzw. Dom ist eine halbrunde Kuppel aus einem geeigneten Material, wobei der Sensor beispielsweise mittels eines eingebauten Motors, einer Hydraulik und/oder einer Pneumatik im Speed-Dome schwenkbar und/oder neigbar angebracht sein kann. Darüber hinaus kann der Sensor von einer Person, z.B. Fahrzeugführer und/oder Passagier, manuell schwenkbar und/oder neigbar und/oder bewegbar sein. Der Sensor bzw. die Position des Sensors im Speed-Dome kann beispielsweise über ein Steuergerät bzw. Steuereinheit steuerbar sein, indem Positionen bzw. Positionsabfolgen des Sensors gespeichert sein können und der Sensor entsprechend durch die Steuereinheit gesteuert wird.
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Der Speed-Dome kann derart an einer Oberfläche des Innenraums, beispielsweise einer Decke des Innenraums, positioniert sein, dass der Sensor in der Lage ist, alle für die Überwachung des Innenraums erforderlichen Bereiche zu erfassen. Der Sensor kann im Speed-Dome um die Hochachse drehbar angeordnet bzw. angebracht sein, wodurch der Erfassungsbereich des Innenraums durch den Sensor optimiert wird. Darüber hinaus oder alternativ dazu kann der Winkel zwischen einer Deckenlinie und einer Optik des Sensors optimal voreingestellt oder ebenfalls motorisch ein- bzw. verstellbar sein, wodurch der Erfassungsbereich des Innenraums durch den Sensor weiter optimiert werden kann.
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Vorteilhafter Weise kann somit der Sensor auf einfache Weise schwenkbar und/oder neigbar im Innenraum angebracht werden, wodurch sich der Erfassungsbereich des Sensors wesentlich vergrößert.
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Vorzugsweise umfasst der Sensor:
- - eine Thermosäule bzw. Thermopile, wobei die Kuppel des Speed-Domes aus einem für die Durchlässigkeit der Strahlen der Thermosäule geeignetem Material ist; und/oder
- - eine Thermographiekamera mit begrenztem Erfassungswinkel bzw. Erfassungsobjektiv, wobei die Kuppel des Speed-Domes aus einem für die Durchlässigkeit von Strahlen der Thermographiekamera geeignetem Material ist; und/oder
- - eine TOF, time of flight, Kamera, wobei die Kuppel des Speed-Domes (130) aus einem für die Durchlässigkeit der Strahlen der TOF-Kamera geeignetem Material ist; und/oder
- - eine RGB, Rot Grün Blau, Kamera, wobei die Kuppel des Speed-Domes (130) aus einem für die Durchlässigkeit der Strahlen der RGB-Kamera geeignetem Material ist.
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Eine Thermosäule bzw. ein Thermopile ist ein elektrisches Bauelement, das thermische Energie in elektrische Energie wandelt. Sie setzt sich aus mehreren Thermoelementen zusammen, die thermisch parallel und elektrisch in Reihe geschaltet sind, wodurch die sehr geringen Thermospannungen addiert werden. Dadurch wird eine berührungslose Temperaturmessung ermöglicht.
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Eine Thermographiekamera bzw. Wärmekamera bzw. Infrarot (IR)-Kamera ist eine bildgebende Kamera, die Infrarotstrahlung empfängt und somit die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung eines Objektes oder Körpers mittels Infrarot sichtbar macht.
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Die Thermographie in einem geschlossenen Innenraum, beispielsweise einem Fahrzeuginnenraum, erfasst Wellenlängen von ca. 8-14 µm.
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Die Formel dazu lautet:
wobei
- Imax = Wellenlänge, bei der das meiste Licht abgestrahlt wird;
- T = absolute Temperatur gemessen in Kelvin.
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Für eine Innenraumtemperatur von 20°C ergib sich eine absolute Temperatur T von 293 Kelvin und ein Abstrahlungsmaximum bei 10, 17 µm, mitten im thermischen IR-Bereich.
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Für die Kuppel des Speed-Domes zur Gewährleistung der Durchlässigkeit von Strahlen der Thermosäule und/oder der Thermographiekamera können somit beispielsweise spezielle, infrarotdurchlässige Materialien wie Germanium (Ge), Silizium (Si) oder Zinksulfid (ZnS) verwendet werden.
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Eine TOF, time of flight, Kamera ist ein 3D-Kamerasystem, die mit dem Laufzeitverfahren mittels eines PMD, Photomischdetektor,-Sensors Distanzen misst. Dazu wird die Szene mittels eines Lichtpulses ausgeleuchtet, und die TOF-Kamera misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht zum Objekt und wieder zurück braucht. Die benötigte Zeit ist direkt proportional zur Distanz, wodurch die TOF-Kamera für jeden Bildpunkt die Entfernung des darauf abgebildeten Objektes liefert.
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Vorteilhafter Weise kann somit eine optimale Erfassung der Sensordaten gewährleistet werden.
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Vorzugsweise ist der Speed-Dome an einem Schienensystem beweglich im Innenraum angebracht.
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Das Schienensystem kann ein Kreisbahnprofil aufweisen und an der Decke des Innenraums angeordnet sein, an dem der Speed-Dome verschiedene Bereiche des Innenraums abfahren kann. In einem anderen Beispiel kann das Schienensystem ein Längsprofil aufweisen, an dem der Speed-Dome verschiedene Bereiche des Innenraums abfahren kann.
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Vorteilhafter Weise kann so der Erfassungsbereich des Sensors im Innenraum weiter optimiert werden.
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Vorzugsweise ist der Innenraum ein Fahrzeuginnenraum.
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Der Begriff Fahrzeug umfasst im Rahmen des Dokuments mobile Verkehrsmittel, die dem Transport von Personen (Personenverkehr), Gütern (Güterverkehr) oder Werkzeugen (Maschinen oder Hilfsmittel) dienen, Wasserfahrzeuge und Luftfahrzeuge.
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Das Fahrzeug kann von einem Fahrzeugführer gesteuert werden. Darüber hinaus oder alternativ dazu kann das Fahrzeug ein zumindest teilweise automatisiert fahrendes Fahrzeug sein. Unter dem Begriff „automatisiertes fahrendes Fahrzeug“ bzw. „automatisiertes Fahren“ kann im Rahmen des Dokuments ein Fahren mit automatisierter Längs- oder Querführung oder ein autonomes Fahren mit automatisierter Längs- und Querführung verstanden werden. Bei dem automatisierten Fahren kann es sich beispielsweise um ein zeitlich längeres Fahren auf der Autobahn oder um ein zeitlich begrenztes Fahren im Rahmen des Einparkens oder Rangierens handeln. Der Begriff „automatisiertes Fahren“ umfasst ein automatisiertes Fahren mit einem beliebigen Automatisierungsgrad. Beispielhafte Automatisierungsgrade sind ein assistiertes, teilautomatisiertes, hochautomatisiertes oder vollautomatisiertes Fahren. Diese Automatisierungsgrade wurden von der Bundesanstalt für Straßenwesen (BASt) definiert (siehe BASt-Publikation „Forschung kompakt“, Ausgabe 11/2012). Beim assistierten Fahren führt der Fahrer dauerhaft die Längs- oder Querführung aus, während das System die jeweils andere Funktion in gewissen Grenzen übernimmt. Beim teilautomatisierten Fahren übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum und/oder in spezifischen Situationen, wobei der Fahrer das System wie beim assistierten Fahren dauerhaft überwachen muss. Beim hochautomatisierten Fahren übernimmt das System die Längs- und Querführung für einen gewissen Zeitraum, ohne dass der Fahrer das System dauerhaft überwachen muss; der Fahrer muss aber in einer gewissen Zeit in der Lage sein, die Fahrzeugführung zu übernehmen. Beim vollautomatisierten Fahren kann das System für einen spezifischen Anwendungsfall das Fahren in allen Situationen automatisch bewältigen; für diesen Anwendungsfall ist kein Fahrer mehr erforderlich. Die vorstehend genannten vier Automatisierungsgrade entsprechen den SAE-Level 1 bis 4 der Norm SAE J3016 (SAE - Society of Automotive Engineering). Ferner ist in der SAE J3016 noch der SAE-Level 5 als höchster Automatisierungsgrad vorgesehen, der in der Definition der BASt nicht enthalten ist. Der SAE-Level 5 entspricht einem fahrerlosen Fahren, bei dem das System während der ganzen Fahrt alle Situationen wie ein menschlicher Fahrer automatisch bewältigen kann.
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In diesem Fall kann der Speed-Dome optimal an der Decke des Fahrzeuginnenraums - wie vorgehend beschrieben - angeordnet sein.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die vorstehend genannte Aufgabe durch ein Verfahren zur flexiblen Überwachung eines Innenraums gelöst, umfassend:
- Erfassen, durch einen Sensor, von Sensordaten des Innenraums;
- wobei der Sensor derart beweglich im Innenraum angebracht ist, dass jeder für die Überwachung des Innenraums erforderliche Bereich des Innenraums erfassbar ist.
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Vorzugsweise ist der Sensor schwenkbar und/oder neigbar in einem Speed-Dome angebracht.
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Vorzugsweise umfasst der Sensor:
- - eine Thermosäule bzw. Thermopile, wobei die Kuppel des Speed-Domes aus einem für die Durchlässigkeit von Strahlen der Thermosäule geeignetem Material ist; und/oder
- - eine Thermographiekamera mit begrenztem Erfassungswinkel bzw. Erfassungsobjektiv, wobei die Kuppel des Speed-Domes aus einem für die Durchlässigkeit von Strahlen der Thermographiekamera geeignetem Material ist.
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Vorzugsweise ist der Speed-Dome an einem Schienensystem beweglich im Innenraum angebracht.
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Vorzugsweise ist der Innenraum ein Fahrzeuginnenraum.
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Diese und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus dem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen und der beiliegenden Figuren verdeutlicht. Es ist ersichtlich, dass - obwohl Ausführungsformen separat beschrieben werden - einzelne Merkmale daraus zu zusätzlichen Ausführungsformen kombiniert werden können.
- 1 zeigt schematisch ein System zur flexiblen Überwachung eines Innenraums;
- 2 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur flexiblen Überwachung eines Innenraums.
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1 zeigt ein schematisches System 100 zur flexiblen Überwachung eines Innenraums 110.
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Das System 100 umfasst einen Sensor 120 bzw. eine Sensoreinheit 120 zur Erfassung von Sensordaten des Innenraums 110. Dabei ist der Sensor 120 derart beweglich im Innenraum 110 angebracht, dass jeder für die Überwachung des Innenraums 110 erforderliche Bereich des Innenraums 110 durch den bzw. vom Sensor 120 erfassbar ist. Die durch den Sensor 120 erfassten Daten können durch eine Recheneinheit 140 verarbeitet werden.
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Vorteilhafter Weise kann somit die Überwachung des Innenraums 110 flexibel und kostensparend gewährleistet werden, da nur ein Sensor 120 bzw. eine stark reduzierte Anzahl von Sensoren 120 zur Überwachung des Innenraums 110 erforderlich ist.
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Der Sensor 120 kann schwenkbar und/oder neigbar in einem Speed-Dome 130 angebracht sein. Ein Speed-Dome 130 bzw. Dom ist eine halbrunde Kuppel aus einem geeigneten Material, wobei der Sensor 120 beispielsweise mittels eines eingebauten Motors im Speed-Dome schwenkbar und/oder neigbar angebracht sein kann. Der Sensor 120 bzw. die Position des Sensors im Speed-Dome kann beispielsweise über ein Steuergerät bzw. Steuereinheit 150 steuerbar sein, indem Positionen bzw. Positionsabfolgen des Sensors 120 gespeichert sein können und der Sensor 120 entsprechend durch die Steuereinheit 150 gesteuert wird.
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Der Speed-Dome 130 kann derart an einer Oberfläche des Innenraums 110, beispielsweise einer Decke des Innenraums, positioniert sein, dass der Sensor 120 in der Lage ist, alle für die Überwachung des Innenraums erforderlichen Bereiche zu erfassen. Der Sensor 120 kann im Speed-Dome 130 um die Hochachse drehbar angeordnet bzw. angebracht sein, wodurch der Erfassungsbereich des Innenraums 110 durch den Sensor 120 optimiert wird. Darüber hinaus oder alternativ dazu kann der Winkel zwischen einer Deckenlinie und einer Optik des Sensors 120 optimal voreingestellt oder ebenfalls motorisch ein- bzw. verstellbar sein, wodurch der Erfassungsbereich des Innenraums durch den Sensor 120 weiter optimiert werden kann.
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Vorteilhafter Weise kann somit der Sensor 120 auf einfache Weise schwenkbar und/oder neigbar im Innenraum 110 angebracht werden, wodurch sich der Erfassungsbereich des Sensors 120 wesentlich vergrößert.
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Der Sensor bzw. die Sensoreinheit 120 kann eine Thermosäule bzw. Thermopile umfassen. In diesem Fall ist die Kuppel des Speed-Domes 130 aus einem für die Durchlässigkeit der Strahlen der Thermosäule geeignetem Material.
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Darüber hinaus oder alternativ dazu kann der Sensor 120 eine Thermographiekamera mit begrenztem Erfassungswinkel bzw. Erfassungsobjektiv umfassen. In diesem Fall ist die Kuppel des Speed-Domes 130 aus einem für die Durchlässigkeit von Strahlen der Thermographiekamera geeignetem Material.
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Eine Thermosäule bzw. ein Thermopile ist ein elektrisches Bauelement, das thermische Energie in elektrische Energie wandelt. Sie setzt sich aus mehreren Thermoelementen zusammen, die thermisch parallel und elektrisch in Reihe geschaltet sind, wodurch die sehr geringen Thermospannungen addiert werden. Dadurch wird eine berührungslose Temperaturmessung ermöglicht.
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Eine Thermographiekamera bzw. Wärmekamera bzw. Infrarot (IR)-Kamera ist eine bildgebende Kamera, die Infrarotstrahlung empfängt und somit die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung eines Objektes oder Körpers mittels Infrarot sichtbar macht.
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Die Thermographie in einem geschlossenen Innenraum, beispielsweise einem Fahrzeuginnenraum, erfasst Wellenlängen von ca. 8-14 µm.
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Die Formel dazu lautet:
wobei
- Imax = Wellenlänge, bei der das meiste Licht abgestrahlt wird;
- T = absolute Temperatur gemessen in Kelvin.
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Für eine Innenraumtemperatur von 20°C ergib sich eine absolute Temperatur T von 293 Kelvin und ein Abstrahlungsmaximum bei 10, 17 µm, mitten im thermischen IR-Bereich.
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Für die Kuppel des Speed-Domes 130 zur Gewährleistung der Durchlässigkeit von Strahlen der Thermosäule und/oder der Thermographiekamera können somit beispielsweise spezielle, infrarotdurchlässige Materialien wie Germanium (Ge), Silizium (Si) oder Zinksulfid (ZnS) verwendet werden.
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Vorteilhafter Weise kann somit eine optimale Erfassung der Sensordaten durch den Sensor bzw. die Sensoreinheit 120 gewährleistet werden.
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Der Speed-Dome 130 kann an einem Schienensystem (nicht gezeigt) beweglich im Innenraum 110 angebracht sein. Das Schienensystem kann ein Kreisbahnprofil aufweisen und an der Decke des Innenraums 110 angeordnet sein, an dem der Speed-Dome 130 verschiedene Bereiche des Innenraums 110 abfahren kann. In einem anderen Beispiel kann das Schienensystem ein Längsprofil aufweisen, an dem der Speed-Dome 130 verschiedene Bereiche des Innenraums abfahren kann. 110
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Vorteilhafter Weise kann so der Erfassungsbereich des Sensors 120 im Innenraum 110 weiter optimiert werden.
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Der Innenraum 110 kann ein Fahrzeuginnenraum 110 sein. In diesem Fall kann der Speed-Dome 130 optimal an der Decke des Fahrzeuginnenraums 110 - wie vorgehend beschrieben - angeordnet sein.
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2 zeigt ein Verfahren 200 zur flexiblen Überwachung eines Innenraums 110, das von einem System 100 wie mit Bezug auf 1 beschrieben ausgeführt werden kann.
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Das Verfahren 200 umfasst:
- Erfassen 210, durch einen Sensor 120, von Sensordaten des Innenraums 110;
- wobei der Sensor 120 derart beweglich im Innenraum 110 angebracht ist, dass jeder für die Überwachung des Innenraums 110 erforderliche Bereich des Innenraums 110 erfassbar ist.
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Der Sensor 120 kann schwenkbar und/oder neigbar in einem Speed-Dome angebracht sein.
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Der Sensor 120 kann umfassen:
- - eine Thermosäule bzw. Thermopile, wobei die Kuppel des Speed-Domes aus einem für die Durchlässigkeit von Strahlen der Thermosäule geeignetem Material ist; und/oder
- - eine Thermographiekamera mit begrenztem Erfassungswinkel bzw. Erfassungsobjektiv, wobei die Kuppel des Speed-Domes aus einem für die Durchlässigkeit von Strahlen der Thermographiekamera geeignetem Material ist; und/oder
- - eine TOF, time of flight, Kamera, wobei die Kuppel des Speed-Domes 130 aus einem für die Durchlässigkeit der Strahlen der TOF-Kamera geeignetem Material ist; und/oder
- - eine RGB, Rot Grün Blau, Kamera, wobei die Kuppel des Speed-Domes 130 aus einem für die Durchlässigkeit der Strahlen der RGB-Kamera geeignetem Material ist.
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Der Speed-Dome kann an einem Schienensystem beweglich im Innenraum angebracht sein.
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Der Innenraum 110 kann ein Fahrzeuginnenraum sein.