DE10237390A1

DE10237390A1 - Verfahren zur optosensorischen Objektdurchgangskontrolle zur Überwachung von Austrittsöffnungen, Türen und Warenschachten an Objektausgabegeräten

Info

Publication number: DE10237390A1
Application number: DE10237390A
Authority: DE
Inventors: Alfred Spitzley
Original assignee: Spitzley Alfred Dipl-Ing
Current assignee: Spitzley Alfred Dipl-Ing
Priority date: 2002-08-12
Filing date: 2002-08-12
Publication date: 2004-02-26

Abstract

Dargestellt und beschrieben sind ein Verfahren und eine Einrichtung (Fig. 1) zur optoelektronischen Überwachung von Austrittsöffnungen und Warenausgabeschächten mittels intelligenten CMOS-Bildsensoren oder intelligenten Kamerasystemen, die das Durchfallen von Objekten durch einen sensitiven Überwachungsbereich oder das Fallen bzw. Eintreten von Objekten in den überwachten Bereich (z. B. ein Ausgabeschacht von Automaten) registrieren und dadurch den Vollzug der Warenausgabe nachweisen. DOLLAR A Die Überwachungseinrichtung besteht aus einem optoelektronischen Sensor (1) und einer elektronischen Auswerteeinheit (2), wobei der Sensor (1) einen CCD- oder CMOS-Arraysensor, die Auswerteeinheit (2) zumindest einen Mikrocontroller und einen Speicherbaustein aufweist. Der Sensor (1) liefert eine kontinuierliche Bildfolge vom Überwachungsbereich. Die Auswerteeinheit (2) überwacht die in den Speicher einlaufenden Bilder und erkennt Veränderungen in den Bilddaten, die auf das Durchfallen oder Eindringen von Objekten (4a) in den überwachten Bereich (7) (z. B. die Ausgabe von Ware) hinweisen. DOLLAR A Die Auswurföffnung oder der Warenausgabeschacht (7) kann je nach Einsatzfall und Anforderungen aus der Applikation mittels Lichtleisten oder einer Hintergrundbeleuchtung (8) ausgeleuchtet werden. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist das Gesamtsystem dadurch besonders gekennzeichnet, dass durch eine, dem Sensor vorgeschaltete Optik (3) der Sichtbereich des Sensors definiert werden kann. Besonders vorteilhaft ist ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung (1) zur optoelektronischen Überwachung von Austrittsöffnungen und Warenausgabeschächten mittels intelligenten CMOS-Bildsensoren (1) oder intelligenten Kamerasystemen (1), die das Durchfallen von Objekten (4a) durch einen sensitiven Überwachungsbereich oder das Fallen bzw. Eintreten von Objekten in den überwachten Bereich (8) registrieren und dadurch den Vollzug der Warenausgabe nachweisen.
Die Erfindung nutzt die von der Ware oder den Objekten reflektierte Lichtstrahlung zur erfindungsgemäßen Abbildung der Ware auf dem Bildsensor zur Erfassung der Situation im sensitiven Bildbereich. Die Auswerteeinheit überprüft die von dem Sensor gelieferten digitalen oder analogen Datenwerte auf Veränderungen hin, die auf das Durchfallen oder Eintreten von Objekten jeglicher Art in diesen Bereich hinweisen, registriert diese Veränderungen als Ereignis, errechnet aus diesem Abgleich ein digitales Steuersignal und stellt dieses an einer SPS-Schnittstelle zur Aktionssteuerung bereit.
Austrittsöffnungen, Warenausgabeschächte, Türen, Schleusen, usw. wurden bisher mit Lichtschranken und Wiegesystemen ausgestattet, um das Ereignis der Objektausgabe zu registrieren. Diese Lösungen zeigen folgende Nachteile: Ist die Ware sehr leicht oder von den Abmessungen sehr klein so kann das Wiegesystem die Ware wegen der geringen Gewichtsänderung nicht sicher messen oder wegen des Vorbeifallens der Ware am Lichtstrahl nicht detektieren.
Insbesondere gilt dies, wenn wie bei Telefonkarten beide Merkmale die Ware charakterisieren. Kommt dazu noch ein hoher Warenwert, so wird die sichere Warenausgabe und somit die nachweisbare Dokumentation der Warenausgabe erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur sicheren Erfassung von der automatischen Ausgabe von Ware jeglicher Art durch Automaten bereitzustellen bzw. ein optoelektronisches, automatisch und sicher arbeitendes Überwachungssystem zur Verfügung zu stellen, mit dem zum einen das Ereignis der Warenausgabe bzw. des Objektdurchgangs erkannt und, versehen mit Zeitdaten, registriert werden kann. Die Registrierung kann zeitnah im Überwachungssystem, oder dauerhaft in einem Leitrechner erfolgen.
Zur erfindungsmäßigen Ausgestaltung erfasst der Sensor kontinuierlich den zu überwachenden Raumbereich direkt vor der Austrittsöffnung oder im Warenausgabebereich mit einer Frequenz von bis zu 100 Hz. Das heißt, innerhalb von maximal 40 ms bis minimal 10 ms wird ein Bild des Überwachungsbereich aufgenommen, abgespeichert und ausgewertet.
Zur Bildauswerteeinheit wird das gegebene Helligkeitsmuster pixelweise mit dem Helligkeitsmuster des Hintergrundbildes verglichen. Durch den pixelweisen Vergleich des fortlaufend erfassten Helligkeitsprofils mit dem Helligkeitsprofil des Hintergrundbildes werden Abweichungen erkannt, die aus dem Eintreten eines Objektes in den überwachten Raumbereich resultieren.
Vorteilhafterweise erfolgt die Ausgestaltung der Überwachungseinrichtung derart, dass der Sensor so angebracht ist wie in 2 gezeigt. Der Sensor wird so oberhalb des Ausgabeschachtes positioniert, dass die Auflagefläche komplett erfasst wird und durch Bildfensterung als sensitiven Raumbereich definiert werden kann. Die Auflagefläche ist transparent oder teiltransparent gestaltet. Unterhalb der Auflagefläche ist eine Beleuchtungseinheit derart montiert, dass die komplette Auflagefläche sich im Sensorbild als aktiv leuchtende helle Fläche präsentiert.
Fällt nun ein Objekt aus der Warenablage in den Ausgabeschacht auf die transparente Auflagefläche, so deckt die Ware einen Teil der leuchtenden Fläche ab. Dadurch wird das Bildsignal des Sensors so verändert, dass die Auswerteeinheit dies per pixelweisem Helligkeitsvergleich sicher erkennt und als Ereignis der Warenausgabe, verbunden mit Zeitdaten, registrieren und an die Automatensteuerung ausgeben kann.
Diese Variation des beschriebenen Verfahrens ist dadurch besonders sicher gegenüber Einflüssen durch Lichtquellen die von außen wirken, da die aktive Hintergrundbeleuchtung derart gestattet werden kann, dass sich Lichteinflüsse aus der Umwelt (Sonnenlicht, Deckenleuchten, -strahler, usw.) auf die Funktion der Überwachungseinrichtung nicht auswirken.
Eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigt 4.
In diesem Beispiel wird der Sensor (1) seitlich oberhalb der Auflagefläche in einer Ecke des Ausgabeschachtes positioniert. Die Blickrichtung des Sensors ist auf die gegenüberliegenden Seitenflächen, die durch eine Leuchtfläche gebildet werden, ausgerichtet. Dadurch wird oberhalb des Ausgabeschachtes ein Lichtvorhang gebildet. Bewegt sich ein Objekt von der Warenablage durch den Lichtvorhang in den Warenausgabeschacht, so wird dies erkannt und registriert.
Im einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten das erfindungsgemäße Verfahren zur optoelektronischen Überwachung von Austrittsöffnungen und Warenschächten bzw. das erfindungsgemäße Überwachungssystem auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird einerseits auf die den Patentansprüchen 1 und 2 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen, andererseits auf die Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung, mit den Bildern.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen und Bildern dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Die Darstellungen zeigen:
1: schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur optoelektronischen Überwachung von Warenausgabeschächten in Automaten (Seitenansicht).
2: schematische Zeichnung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur optoelektronischen Überwachung von Warenausgabeschächten in Automaten (Draufsicht).
3: eine schematische Darstellung zur Sensor-/Beleuchtungsanordnung zur Überwachung einer Auflagefläche zur Warenausgabe.
4: eine schematische Darstellung zur Sensor-/Beleuchtungsanordnung zur Überwachung einer Austrittsöffnung an Automaten oder zur Überwachung eines Personenflusses an Türen.
5: eine schematische Darstellung zur Sensor-/Beleuchtungsanordnung zur Überwachung Türen zwecks Ein- und Austrittserfassung.
Beschreibung der Ausführbeispiele
In 1 und 2 ist die Einrichtung zur optoelektronischen Überwachung von Warenausgabeschächten an Automaten dargestellt. Sie besteht aus einem Sensor (1) mit einem Objektiv (3) und einer Auswerteeinheit (2). Der Sensor ist so positioniert, dass der Ausgabeschacht mit der Warenauflagefläche als Bild erfasst wird. Die transparente Auflagefläche wird von einer Lichtquelle von unten beleuchtet, so dass sich der Ausgabeschacht dem Sensor als aktiv leuchtende Fläche präsentiert. Fällt ein Objekt auf diese Fläche so deckt dies einen Teil der Leuchtfläche ab und verändert so das Helligkeitsmuster (Bild) des Warenausgabeschachtes. Dies wird von der Auswerteeinheit erkannt und registriert.
Der Sensor enthält vorzugsweise ein CMOS- bzw. CCD-Sensorelement zur Umsetzung des optischen Bildes in elektronische Signale, die ggf. vorverarbeitet, einem in der Auswerteeinheit (2) enthaltenen Datenspeicher zugeführt werden. Sie liegen dann dort in digitalisierter Form vor und können von der Recheneinheit bewertet werden. Dazu werden die Grauwert- und Geometriedaten des Videobildes aufgrund des Helligkeitsmusters aus dem Bild softwaremäßig ermittelt und mit Hintergrunddaten korreliert.
3 zeigt schematisch eine Aufbaumöglichkeit, die die Erfassung der kompletten Auflagefläche (8) des zu überwachenden Ausgabeschachtes im Videobild erlaubt. Das Besondere an diese Anordnung ist, dass durch die aktive Hintergrundbeleuchtung (9) das System besonders zuverlässig und störsicher arbeitet. So kann die Ausgabe kleiner Produkte (4a), wie z. B. Telefonkarten, sicher erkannt und registriert werden.
4 zeigt den Aufbau der Einrichtung zur optoelektronischen Überwachung als Durchgangsüberwachungssystem an Austrittsöffnungen und Ein-/Ausgängen jeglicher Art. Der Sensor (1) ist in einer Ecke der zu überwachenden Öffnung derart positioniert, dass die gegenüberliegenden Seitenwände erfasst werden. Entlang dieser Seiten ist eine Hintergrundbeleuchtung (9) montiert. Bewegt sich nun ein Objekt (4) durch diesen überwachten Bereich, so wird dies von der erfindungsgemäßen Einrichtung erkannt und registriert.
5 zeigt den Aufbau der Einrichtung zur Ein- und Austrittsüberwachung an Türen. Der Sensor (1) ist im oberen Türrahmen positioniert, dass die Türschwelle und Seitenrahmen erfasst werden. Im Rahmen ist eine Beleuchtung (9) montiert. Bewegt sich nun eine Person durch diesen überwachten Bereich, so wird dies von der erfindungsgemäßen Einrichtung erkannt und registriert.

Claims

Verfahren zur optoelektronischen Überwachung von Austrittsöffnungen mittels intelligenten CMOS – Helligkeits- bzw. Bildsensoren oder intelligenten Kamerasystemen, die das Durchfallen oder Durchgehen von Objekten durch einen sensitiven Überwachungsbereich automatisch durch Verfahren des Bild- oder Helligkeitsvergleichs erkennen, registrieren und nachweisen.
Verfahren zur optoelektronischen Überwachung von Warenausgabeschächten mittels intelligenten CMOS – Helligkeits- bzw. Bildsensoren oder intelligenten Kamerasystemen, die das Fallen bzw. Eintreten von Objekten in einen überwachten Raumbereich automatisch durch Verfahren des Bild- oder Helligkeitsvergleichs erkennen, registrieren und nachweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung, das Helligkeitsprofil des überwachten Bereiches pixelweise elektronisch bewertet wird und eine Veränderung gegenüber einem vorgegebenen Sollzustand zu einem zähl- und registrierbaren Ereignis wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Veränderung des Helligkeitsmusters größer als ein bestimmter Kennwert ist, dies per intelligenter Software als Veränderung der Sensorinformation erkannt wird und von der Auswerteeinheit registriert, gespeichert und über Schnittstellen an Steuergeräte weitergegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennwert als Entscheidungsgrundlage variabel einstellbar ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere unterschiedliche Raumbereiche oder Austrittsöffnungen von einer Sensoreinheit überwacht werden können.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zu überwachenden Bereiche durch eine oder mehreren Beleuchtungseinrichtungen als Hintergrundbeleuchtung ausgeleuchtet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abdeckung der Lichtquelle von einem in den bzw. durch den überwachten Bereich fallendes Objekt die Veränderung des Helligkeitsmusters besonders verstärkt und für den Sensor erkennbar wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beleuchtungseinrichtung nichtsichtbare elektromagnetische Strahlung aussendet.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zu überwachenden Bereiche durch strukturierte Oberflächen gekennzeichnet werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren eine Überwachungskette zur Überwachung von Austrittsöffnungen und Warenausgabeschächten bilden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsbereich sich auf den Ausgabeschacht von Warenausgabeautomaten bezieht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die registrierten Ereignisse die Ausgabe von Ware an Warenausgabeautomaten sind.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsbereich sich auf Türöffnungen bezieht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die registrierten Ereignisse der Durchgang von Personen durch Türöffnungen darstellen.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsbereich sich auf Straßen bezieht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die registrierten Ereignisse die Durchfahrt von Autos durch Straßenbereiche darstellen.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwachungsbereich sich auf Schifffahrtswege bezieht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die registrierten Ereignisse die Durchfahrt von Schiffen darstellen.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die registrierten Ereignisse nach Durchgangsrichtung durch den überwachten Raumbereich gezählt werden.