DE3535549C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Überwachen des Bereichs vor einer Aufzugtür mit Hilfe von in Gruppen angeordneter photoelektrischer Bildpunktaufnahmeelemente gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 6.

Man hat sich schon seit langem bemüht, herkömmliche Photozellen an einer Aufzugtür durch weitere Hilfsvorrichtungen zu ergänzen. Mit einer Photozelle können nämlich normalerweise nur Personen überwacht werden, die durch eine Türöffnung hindurch schreiten, aber nicht Personen, die sich der Türöffnung nähern. Eine Überwachung des gesamten Türbereichs ist natürlich vorteilhaft, da sich die Tür dann nicht unmittelbar vor einer sich dem Aufzug nähernden Person schließt, während die Tür andererseits mit kürzerer Verzögerung als bisher geschlossen werden kann.

Die Überwachung des Türbereichs kann mit Meßwertgebern verschiedener Art durchgeführt werden, z. B. mit Ultraschallradar, Doppelradar und Wärmestrahlungsaufnehmern. Vorrichtungen dieser Art werden bisher wenig verwendet, denn sie sind teuer angesichts der Tatsache, daß sie für den Betrieb eines Aufzugs nicht unbedingt nötig sind, obwohl sie die Qualität der Dienstleistung eines Aufzugs verbessern. Wenn eine Einrichtung der genannten Art übermäßig empfindlich ist oder die Wahrnehmung des Detektors bei dessen Übersteuerung noch eine gewisse Zeit andauert, obwohl die Person bereits verschwunden ist, führt dies bei Aufzügen zu unnötigen Wartezeiten.

Wenn sich Investitionen für Liftzubehör der genannten Art lohnen sollen, muß es preisgünstig und zuverlässig sein und außerdem eine Zeitersparnis in der Öffnungszeit der Aufzugtür ermöglichen. Unter dem Gesichtspunkt der Kapazität eines Aufzugs ist es wichtig, die Öffnungszeiten der Tür auf ein Minimum einzuschränken, so daß nur eine sich dem Auzug nähernde Person registriert und die Tür für sie offengehalten wird, ohne daß Störfaktoren die Öffnungszeit der Tür verlängert. In dieser Hinsicht unterscheiden sich Vorrichtungen der in Frage stehenden Art beispielsweise von Türöffnungsmechanismen für Warenhäuser, deren hauptsächliche Aufgabe lediglich darin besteht, die Tür für Kunden zu öffnen.

Aus WO 82 02 536 und US 37 43 058 sind beispielsweise kapazitive Lifttür-Überwachungsvorrichtungen bekannt. Wegen deren starken Empfindlichkeit gegenüber Störeinflüssen sind solche kapazitiven Detektorsysteme generell nicht für die Überwachung eines größeren Bereichs vor einer Lifttür geeignet. Sie werden bisher ausschließlich als Sicherungsdetektoren zur Überwachung des Schließwegs einer Aufzugtür eingesetzt.

In der DE-OS 34 45 756 der Anmelderin ist eine praktikable Konstruktion offenbart, mit der auf der Grundlage eines Kontrastunterschieds in verschiedenen Bildpunktaufnahmeelementen eine Abbildung erzeugt wird. Dabei werden die Bildsignale, die von Bilderzeugungspunkten der verschiedenen Bildverarbeitungskanäle erhalten werden, in einem Wechselwirkungsnetzwerk so miteinander gekoppelt, daß sich die Bildströme, trotz unterschiedlicher Beleuchtungsstärken in den verschiedenen Kanälen, aneinander angleichen. Durch dieses adaptive Verhalten lassen sich Schwankungen der Hintergrundhelligkeit von der raschen Helligkeitsveränderung, die durch bewegte, zu detektierende Objekte verursacht wird, zuverlässig unterscheiden. Anschließend wird der adaptierte Bildstrom jedes Aufnahmeelementes in eine entsprechende Frequenz umgesetzt, die sich digital auswerten läßt.

Der Nachteil einer solchen linearen Bildsignalverarbeitung ist jedoch, daß die Vorrichtung nur in einem relativ kleinen Lichtstärkebereich funktioniert, da der Dynamikbereich der Signalverarbeitung den Umfang der nutzbaren Beleuchtungsstärke einschränkt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und der zugehörigen Einrichtung, mit welcher der Bereich vor einer Aufzugtür in einem großen Lichtstärkeumfang zuverlässig optisch überwacht werden kann.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß dem Anspruch 1 bzw. der Vorrichtung gemäß dem Anspruch 6 gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung ist die Transformation des Bildsignalstroms eines jeden Kanals in eine Spannung, die proportional zum Logarithmus des Bildsignalstroms ist.

Die logarithmische Transformation des Bildsignalstroms hat den Vorteil, daß in jedem Bildverarbeitungskanal ein außerordentlich großer Dynamikbereich der auf das zugehörige Bildpunktaufnahmeelement wirkenden Beleuchtungsstärke verarbeitet werden kann. Die erfindungsgemäß benutzte Umwandlung hat den weiteren Vorteil, daß die Empfindlichkeit der Vorrichtung im logarithmischen Verhältnis nachläßt, wenn die Lichtstärke zunimmt, und umgekehrt. Hierbei handelt es sich um ein integrales Merkmal des erfindungsgemäßen Systems, wie noch näher erläutert wird.

Mit Hilfe der Erfindung ist es außerdem möglich, statt absoluter Werte ein bestimmtes Verhältnis zwischen den Beleuchtungswerten von zwei Punkten zu prüfen, wobei dieses Verhältnis unabhängig von den absoluten Beleuchtungswerten konstant ist. So ergibt z. B. die Beleuchtung 4 im Kanal A und die Beleuchtung 2 im Kanal B ein Verhältnis A/B=2, und wenn die Beleuchtungsstärke um das Hundertfache verstärkt wird (A=400, B=200), bleibt das Verhältnis A/B immer noch 2, während der Unterschied zwischen A und B sich um das Hundertfache geändert hat. Auf der Grundlage unterschiedlicher Beleuchtungswerte arbeitende Detektoren können deshalb nicht bei stark wechselnden Lichtbedingungen eingesetzt werden.

Grundlage für die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist das Wechselwirkungselement, das aus DE-OS 34 45 756 (siehe insbesondere Seite 12) bekannt ist. Ein solches Wechselwirkungselement besteht aus einer Modulationsschaltung und einem nachgeschalteten Spannungs/Frequenz-Wandler. In der Modulationsschaltung wird das Eingangssignal, d. h. der Strom des jeweiligen Bildpunktaufnahmeelementes, mit einem Änderungssignal, das aus einem Wechselwirkungsnetzwerk stammt, überlagert. Die Spannung des Mischproduktes wird dann in dem Spannungs/Frequenz-Wandler in eine entsprechende Frequenz umgesetzt.

Das Wechselwirkungsnetzwerk der Einrichtung gemäß der Erfindung besteht aus Kondensatoren, mit denen alle Wechselwirkungsanschlüsse der verschiedenen Bilderzeugungskanäle sternartig miteinander verbunden sind, und aus jeweils einer Konstantstromquelle an jedem Wechselwirkungsanschluß. Somit besteht die in den Bildverarbeitungskanälen erzeugte "Abbildung" in erster Linie aus Informationen darüber, welches oder welche der Aufnahmeelemente in bezug auf die übrigen Änderungen erfahren haben.

Das Wechselwirkungsnetzwerk hat eine wichtige Aufgabe. Auf Grund seiner Konstruktion verleiht es der Bilderzeugungseinrichtung eine selbstanpassende Eigenschaft, auf die nicht verzichtet werden kann, wenn das variable Hintergrundsbild ausgeschaltet und zuverlässiger Betrieb erhalten werden soll. Unter der Anpassungsfähigkeit eines Funktionselementes versteht man im allgemeinen, daß dessen Reaktion auf eine Störung im Verlauf der Zeit abnimmt, bis die Reaktion ganz aufgehört hat, obwohl die Störung noch vorhanden ist. Da das Wechselwirkungsnetzwerk aus zusammengeschlossenen Kondensatoren besteht, verschwindet der in dem Bilderzeugungskanal induzierte, zusätzliche Strom ziemlich rasch, während sich die unterschiedlichen Spannungen an den Kondensatoren angleichen. Personen, die in einen Aufzug eintreten möchten, bewegen sich zum Aufzug hin, verursachen eine Verzögerung der Schließwirkung der Aufzugtür und treten dann in den Aufzug ein. Es wäre nutzlos, lange auf eine Person zu warten, die an einer Stelle steht. Deshalb ist es von Vorteil, wenn ein Gegenstand, der sich im wesentlichen unbewegt verhält, nach einer Weile nicht mehr berücksichtigt wird. Das Anpassungsmerkmal selbst ist bekannt. Es wird zur Lösung der vorliegenden Erfindungsaufgabe angewandt.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich u. a. dadurch aus, daß die logarithmische Transformation des Bildsignalstroms i_v erfolgt, indem dieser zum wesentlichen Teil durch eine erste Diode D2 geleitet wird. Aus der Diodengleichung

I = I₀(exp(U/Ut)-1)

worin I = der durch die Diode fließende Strom,
I₀ = eine von der Diode abhängige Konstante,
U = die an die Diode angelegte Spannung,
Ut = ein temperaturabhängiger Faktor
folgt, daß die Spannung U direkt vom Logarithmus von I abhängt, wenn I<<I₀. Der logarithmische Wandler läßt sich folglich leicht mit Hilfe von Dioden verwirklichen, obwohl eine auf diese Weise erfolgende Transformation nicht ganz exakt ist. Es zeigt sich jedoch, daß diese Ungenauigkeit keinen nennenswerten Nachteil hervorruft, denn ein Referenzstrom i_r, der ein Teilstrom von i_v ist, und der durch eine zweite Diode geleitet wird, wird so geregelt, daß er Schwankungen in der Charakteristik der Schaltungselemente ausgleicht, so daß am Ausgang eine Spannung erzeugt wird, die zum Logarithmus des Verhältnisses von zwei Strömen i_v/i_r proportional ist. Die erhaltene Spannung wird verstärkt, ehe das erste Impulssignal gebildet wird.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der Erfindung zeichnet sich u. a. dadurch aus, daß in jedem Kanal eine gegebene Anzahl von Impulsen des zweiten Impulssignals mit Impulszählern gezählt wird. Diese Zählung beginnt in allen Kanälen gleichzeitig. Beim Anhalten des Zählers des Kanals mit der höchsten Impulsfrequenz, der somit die vorgegebene Impulszahl als erste erreicht, wird ein zweiter Zähler in Gang gesetzt, der solange zählt, bis der Zähler in dem Kanal mit der niedrigsten Frequenz anhält. Das Ergebnis des zweiten Zählers wird daraufhin mit einer gegebenen Entscheidungsschwelle verglichen, die einen ausreichend großen relativen Lichtstärkeunterschied durch ein im Bildbereich aufgetauchten Objekt entspricht. Das so erhaltene Vergleichsergebnis dient als Befehl für den Öffnungsmechanismus der Aufzugtür, um die Tür zu schließen oder weiterhin offenzuhalten.

Es liegt auf der Hand, daß das Zählen der von verschiedenen Bilderzeugungskanälen ankommenden Impulse und der Vergleich der Zählgeschwindigkeiten oder Impulsfrequenzen auf die verschiedenste Art erfolgen kann. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist eine einfache und billige konstruktive Lösung vorgesehen.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung gemäß Anspruch 6 zeichnet sich dadurch aus, daß der Ausgang der Einrichtung mit der Steuerung der Aufzugtür verbunden ist, so daß die Öffnungszeit der Aufzugtür bei Bedarf auf der Basis der erhaltenen Bildinformation verlängert werden kann.

Im folgenden ist die Erfindung mit vorteilhaften Einzelheiten anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Einrichtung gemäß der Erfindung für ein Ausführungsbeispiel mit vier Kanälen;

Fig. 2 eine Detailansicht eines Teils eines Kanals gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Schaltdiagramm der grundlegenden Einheit eines Wechselwirkungselements;

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des in Fig. 3 gezeigten Elements;

Fig. 5 ein Wechselwirkungsnetzwerk für ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung;

Fig. 6 ein Diagramm verschiedener Kurvenverläufe eines Bildsignal- Verarbeitungskanals;

Fig. 7 ein Schaltdiagramm der Einrichtung gemäß der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine Einrichtung gemäß der Erfindung mit vier Kanälen dargestellt, welche 4 Phototransistoren 1 als Bildpunktaufnahmeelemente, und in jedem zugehörigen Bildverarbeitungskanal logarithmische Transformations- und Anpassungseinheiten 2 für das Phototransistorsignal und ein Wechselwirkungselement 3 aufweist, mit dessen Wechselwirkungsanschlüssen 3a der Bildverarbeitungskanal über ein Wechselwirkungs-Impedanznetzwerk 4, das Konstantstromquellen 12 enthält, mit den anderen Bildverarbeitungskanälen (II, III, IV) verbunden ist. Ferner ist für jeden Bildverarbeitungskanal eine digitale Impulszählschaltung 5 vorhanden, deren Zählergebnisse in einer gemeinsamen Detektorschaltung 6 ausgewertet werden, deren Ausgangssignal auf die Steuerung der Aufzugtür einwirkt.

Fig. 2 zeigt ein detailliertes Blockschaltbild der logarithmischen Transformations- und Anpassungseinheit 2 für einen Kanal j. In dieser Figur sind die verschiedenen zeitabhängigen Variablen angegeben, welche die Eingangs- bzw. Ausgangssignale der verschiedenen Blöcke bezeichnen. Der Bildsignalstrom i_v(j,t) vom Phototransistor 1 wird der logarithmischen Transformations- und Verstärkereinheit 2a zugeführt. Der Ausgangswert dieser Einheit ist die Spannung:

U_A(j,t)=K_A · ln(i_v(j,t)/i_r), (1)

worin K_A eine Konstante und i_r der Referenzstrom ist, der noch näher erläutert wird. Diese Spannung wird einem Spannungs/Frequenz-Umsetzer 2b zugeführt, dessen Ausgangssignal eine Rechteckschwingung mit konstanter Amplitude U₀ ist, deren Frequenz f_A(j,t) vom Betrag der Eingangsspannung U_A abhängt:

f_A(j,t)=K_B · U_A(j,t), (2)

worin K_B = konstant. Der mit 2c bezeichnete Block besteht aus einer Differenziereinheit mit einem Kondensator C₀, so daß der aus der Rechteckschwingung erzeugte Impulsstrom i₀(j,t) im Element 2c durch Differentiation der ansteigenden Flanken der Rechteckschwingung mit Hilfe des Kondensators C₀ erzeugt wird. Dann ist:

i₀(j,t)=2πC₀ · U₀ · f_A(j,t). (3)

Das endgültige Ergebnis der Vorverarbeitung des Stroms des Phototransistors 1 zur Eingabe in das Wechselwirkungselement 3 ist wie folgt:

i₀(j,t)=2π · C₀ · U₀ · K_B · K_A · ln(i_v(j,t)/i_r).

Wir können schreiben:

2π · C₀ · U₀ · K_B · K_A=K_C,

wodurch

i₀(j,t)=K_C · ln(i_v(j,t)/i_r). (4)

Das Schaltschema in Fig. 3 zeigt das Wechselwirkungselement 3, das bereits aus DE-OS 34 45 756 bekannt ist. Die Schaltung hat zwei Eingänge 7 und 3a, einen für das eigentliche Signal 7 und einen Eingang 3a für das Wechselwirkungsnetzwerk. Unabhängig vom dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Aufgabe darin, aus den eingegebenen Größen Stromsignale zu erzeugen, die im gewünschten Verhältnis einen Kondensator C1 aufladen. Im vorliegenden Fall weist das Bildsignal eine Impulsfolge konstanter Amplitude U₀ auf (das "erste Impulssignal"), deren Frequenz f_A in Abhängigkeit von der Lichtintensität auf dem Bildpunktaufnahmeelement veränderlich ist. Das Stromsignal i₀ wird mit einem Kondensator C₀ erzeugt, von dem Stromimpuls entladen werden. Zusammen mit einem vom Wechselwirkungsanschluß 3a kommenden Strom i₁ bildet der Strom i₀ einen Strom von durchschnittlichem Wert i₀, mit dem elektrische Ladung bei einer Frequenz f_A in den Kondensator C1 gepumt wird (Gleichung 3), so daß sich an C1 eine Spannung aufbaut. Mit dem nachfolgenden Spannungs/Frequenz-Wandler des Wechselwirkungselementes wird eine Frequenz f₁ erzeugt, die gemäß folgender Gleichung direkt proportional zum Strom i₀ ist:

f₁(j,t)=k₁ · i₀(j.t), (5)

wobei i₀ der Durchschnittswert des Stroms i₀ während einer Periode ist. Wenn der Wechselwirkungsanschluß über Impedanzen mit Wechselwirkungsanschlüssen der parallel arbeitenden Schaltung verbunden wird, entsteht eine Wechselwirkung zwischen der Spannung U₁ und dem Strom i₀:

U₁(j,t) · i₁(j,t)=k₀ · i₀(j,t). (6)

Durch Vermittlung dieser Wechselwirkung ändert sich der Strom i₀ und gleichzeitig die Ausgabefrequenz f₁ entsprechend Gleichung 5.

Fig. 4 stellt die Funktion des Wechselwirkungselementes 3 dar (die Diodenschwellenspannungen sind vernachlässigt, und es wird davon ausgegangen, daß U₀<<U₁). Die nominelle Versorgungsspannung der CMOS-Treiber 9, 10 und 11 (z. B. Inverter) sei E, und die Schaltschwelle der Inverter wird mit E/2 angenommen. Die Spannung U₁ lädt den Kondensator C1 auf eine Spannung unterhalb der Schaltschwelle E/2 auf.

Mit dem Impulsstrom i₀ wird der Kondensator C1 stufenweise bis zur Schaltschwelle des Inverters in der Zeit

t₁=(C1 · U₁)/i₀ (7)

aufgeladen, wobei i₀ der Mittelwert des Impulsstroms ist. Nach der Zeit t₁ wird der Kondensator C1 mit Hilfe der CMOS- Schaltungen entladen und gibt dabei die Ladung Q ab:

Q=C1 · E. (8)

Zu Beginn einer neuen Periode liegt die Spannung an C1 unterhalb der Schaltschwelle auf dem Potential U₁ des Wechselwirkungsanschlusses 3a. Daraufhin wird C1 erneut über die Dioden aufgeladen. Auf diese Weise werden die zweiten Impulse geformt, die die Frequenz f₁=1/t₁ haben. Die Impulse, die nunmehr auch die vom Wechselwirkungsnetz gelieferte Information enthalten und das "zweite Impulssignal" darstellen, haben eine konstante Amplitude U₂, die unmittelbar zur digitalen Verarbeitung geeignet ist.

Nachfolgend soll auf den theoretischen Hintergrund der Erfindung eingegangen werden, wobei das Wechselwirkungsnetzwerk aus einem kapazitiven System gemäß Fig. 5 für ein vier Kanäle aufweisendes Ausführungsbeispiel besteht. Die Kondensatoren C sind alle von gleicher Größe. Der Grundstrom des Wechselwirkungsnetzes bzw. der "Ruhestrom" wird allen vier Kanälen von Stromerzeugern 12 zugeführt. Da die Funktionen f₁(j,t) der Eingangsgrößen i₀(j,t) nicht linear sind, läßt sich die Art der Wechselwirkung zwischen den verschiedenen Bildverarbeitungskanälen einfacher etwa wie folgt beschreiben:

Die Bildverarbeitungskanäle werden durch Entfernen der Wechselwirkungskondensation C etwa gleichwertig eingestellt. Dann ist i₁(j,t) = konstant, woraus folgt, daß die Spannung U₁(j,t) am Wechselwirkungsanschluß 3a unmittelbar dem Strom i₀(j,t) des jeweiligen Bildpunktes folgt, der im Funktionsblock 2 aus dem Wert des Eingangsstroms i_v(j,t) erzeugt wurde. In der Praxix sind dann die großen und raschen Änderungen von i_v nur als kurze Übergänge der Frequenz f₁ sichtbar, so daß ohne Beitrag des Wechselwirkungsnetzes von der Ausgangsfrequenz ohne größeren Fehler behauptet werden kann, daß sie konstant ist, nämlich f₀. Die Konstantstromquellen jedes Kanals werden so abgeglichen, daß jeder Kanal die gleiche konstante Frequenz f₀ hat.

Nun werden die Wechselwirkungskondensatoren wieder eingesetzt. Die von diesen Kondensatoren C zwischen den Kanälen hervorgerufene Wechselwirkung reflektiert die Änderungen der Eingangsströme i_v(j,t) auf die Ausgangsfrequenzen der Kanäle wie folgt: f₁′(j,t)=f₀+f₁(j,t). Wenn in den Eingangsströmen keine weiteren Änderungen erfolgen, verschwindet die f₁-Komponente durch Adaption allmählich. Angenommen im Zeitpunkt t=t₁ herrsche Gleichgewicht in dem als Beispiel gewählten Vier-Kanalsystem, d. h. i_v(1,t) . . . i_v(4,t) sind konstant. Um die Gleichung kürzer zu machen, werden nachfolgend für die Quotienten, die unter diesen Umständen im wesentlichen konstant sind, die folgenden Bezeichnungen eingeführt: i_v(1,t₁)/i_r . . . i_v(4,t₁)/i_r=A₁ . . .A₄. Dann ergibt sich aus den Gleichungen 4 und 6, daß

worin K_E=K₀ · K_c= konstant und I=i₁(j,t₁) der momentane Strom aus dem Wechselwirkungsnetzwerk im Zeitpunkt t₁ ist.

Als nächstes sei angenommen, daß i_v(1,t) im Zeitpunkt t₂ einen neuen Wert erhält, während die übrigen Eingangsströme i_v(2,t) . . . i_v(4,t) unverändert bleiben. Da alle Kanäle mit den anderen Kanälen über gleichgroß bemessene Kondensatoren C in Verbindung stehen, wird die Änderung der Spannung U₁ im Kanal 1 unmittelbar an die Spannungen U₁(j,t) der anderen Kanäle weitergegeben (Fig. 6). Im Zeitpunkt t₃ ist ein neuer Gleichgewichtszustand erreicht, wobei die durchschnittliche Änderung der verschiedenen Kanäle dann auf der Basis von ΔU₁(t₂)=U₁(t₃)-U₁(t₁) berechnet werden kann. Wenn in die Gleichung 9 der Mittelwert eingesetzt wird, und ie Festlegung getroffen wird, daß die Faktoren A_j′ zur Zeit t₃ und die Faktoren A_j zur Zeit t₁ gehören, dann entsteht folgende Gleichung:

aus der mit Hilfe der logarithmischen Berechnungsformel die folgende Gleichung entsteht:

ΔU₁(t₂)=K_E/I · ln{[(A′1 · A′2 · A′3 · A′4)/(A1 · A2 · A3 · A4)]^0,25}, (10)

worin A_j′ die Quotienten i_v(j,t₃)/i_r ersetzen. In den nachfolgenden Überlegungen ist der Ausdruck in eckigen Klammern [ ] mit B bezeichnet.

Bei einer Kombination der Gleichungen 4, 5 und 6 und der Festlegung k₀ · K_c=K_E aus der Gleichung 9, ergibt sich für die Ausgangsfrequenz im Zeitpunkt t₂:

f₁(j,t₂)=k₁ · k_E · ln(i_v(j,t₂)/i_r)/(U₁(j,t₁)+ΔU₁(t₂)). (11)

Da in Fig. 6 davon ausgegangen wird, daß nach t=t₂ keine Änderungen erfolgen, ergibt sich i_v(j,t₂)=i_v(j,t₃). Folglich ergibt sich aus den Gleichungen 9 und 10:

U₁(j,t₂)+U₁(t₂)=K_E/I · ln(Aj · B^0,25).

Wenn dies in Gleichung 11 eingesetzt und die Gleichung 11 für die erzeugte Frequenzdifferenz gelöst wird, ergibt sich:

Δf₁(j,t₂)=f₁(j,t₂)-f₀=
f₀ · ln(A′j/Aj · (1/B)^0,25)/ln(Aj · B^0,25),
f₀=k₁ · I. (12)

Das System der Erfindung ist gerade für die Registrierung dieser Art von Frequenzdifferenzen Δf₁(j,t) ausgelegt. Durch Messen der Frequenzen aller Kanäle können diese miteinander verglichen und eine Größe ΔT bestimmt werden, die der Differenz zwischen dem Maximum und dem Minimum der Zählzeiten entspricht:

ΔT=T_j(max)-T_j(min).

Die Größe wird für die Endauswertung wie folgt benutzt:

• - Der Grenzwert Δf₁(j,t₂) · T_j+f₀ · T_j=N wird gebildet, worin N eine konstante Anzahl von zu zählenden Impulsen ist, wobei angenommen wird, daß f₁(j,t) nach dem Änderungszeitpunkt t₂ konstant ist. Dann läßt sich schreiben: T_j=N/(Δf₁(j,t₂)+f₀).
• - T wird auf dieser Basis errechnet und dabei werden gewisse Vereinfachungen vorgenommen, wobei die Bedeutungen der A_j und A_j′-Terme resubstituiert werden, und dann wird die Gleichung 13 zur Bestimmung der Frequenzdifferenzen herangezogen. Dabei ergibt sich:

Aus der Gleichung (13) ist zu entnehmen, daß kein von den Eingangsschaltungen abhängiger Faktor in der Lösung für ΔT enthalten ist, vorausgesetzt, daß die verschiedenen Kanäle den gleichen Verstärkungsfaktor haben. Eine Abhängigkeit in dieser Hinsicht ist nicht von kritischer Bedeutung, außer hinsichtlich f₀, ein Wert, der jedoch unabhängig von den Eingangsschaltungen einstellbar ist. Die durch die vorgenommenen Näherungen eingeführten Fehler sind am kleinsten, wenn i_v(j,t₂) mindestens 2 bis 3mal größer ist als i_r und wenn das Verhältnis der Eingangsströme i_v(j,t₂)/i_v(j,t₁) mäßig niedrig ist: 1,1 bis 2.

Der durch die Gleichung (13) definierte Wert ΔT ist ein angenäherter Grenzwert, der die Auswirkungen der Anpassung der Kanäle ebenso wenig berücksichtigt wie die Änderungsgeschwindigkeit des Eingangssignals und die mangelnde Gleichzeitigkeit der Änderungen in den verschiedenen Kanälen. Wenn die Änderungsgeschwindigkeit der Eingangsabbildung im Vergleich zur Adaptionskonstante schnell genug ist, ist die Näherung für praktische Zwecke genügend exakt. Dies ist die wichtigste Signalverarbeitungseigenschaft des Systems.

Der Term

gibt die Größenordnung des geometrischen Mittels der Ströme i_v(j,t₂) wieder. Auf Grund dieses Ausdrucks folgt die Empfindlichkeit des Systems dem Niveau der allgemeinen Beleuchtung und gleicht mindestens teilweise den schwächeren Kontrast bei schwacher Beleuchtung aus. In ähnlicher Weise entsteht bei heller Beleuchtung keine Überempfindlichkeit.

Eine Änderung des Kontrastes, die ausreicht, um die Öffnungszeit der Aufzugtür zu verlängern, wird dann registriert, den NdNt, wobei Nt eine vorherbestimmte feste Zahl und Nd=f_d · ΔT, wobei f_d eine einstellbare Frequenz (Empfindlichkeitseinstellung) ist.

Gemäß Fig. 7 ist als Beispiel eine Schaltung für die erfindungsgemäße Einrichtung dargestellt, die nachfolgend kurz betrachtet werden soll, wobei als Hilfe auf die Ergebnisse der gerade abgehandelten Modellösung zurückgegriffen wird.

Die Bilderzeugung beginnt bei den Phototransistoren 1, die als Bildpunktaufnahmeelemente wirken und von denen in diesem 4-Kanäle-Schaltkreis vier vorhanden sind. Jeweils ein Phototransistor erzeugt einen Strom i_v, der einem Paar Dioden D1 und D2 zugeführt wird, die in der logarithmischen Transformations- und Verstärkungseinheit 2a enthalten sind.

Die Kathode der Diode D1 liegt exakt auf dem Potential der Schaltschwelle E/2 eines Inverters 13. Dieses Spannungsniveau wird mit Hilfe eines weiteren Inverters und eines Transistors T1 aufrechterhalten. Durch die Diode D1 fließt ein gewisser Strom i_r, der mittels einer Schaltung 14 geregelt wird. Die Schaltung 14 hat die Aufgabe, den Spannungsabfall an einem Wiederstand R1 zu verringern, um i_r zu reduzieren, wenn die Werte von i_v sehr klein werden. Dies ist erforderlich, da festgestellt wurde, daß das lineare Verhältnis A=i_v/i_r in Gleichung 9 sonst bei geringen Strömen i_v, die noch innerhalb des nutzbaren Meßbereichs liegen, stark abknickt. Durch diese Maßnahme wird auch ein gewisser Ausgleich für die bei der logarithmischen Umwandlung entstehenden Fehler erzielt.

Der größere Teil des Bildsignalstroms i_v wird der Diode D2 zugeführt. Auf Grund der Diodengleichung hängt die an der Diode D2 abfallende Spannung vom Logarithmus dieses Stroms ab. Da der Anschluß des Widerstands R₂, der mit einem ersten Inverter 15 des Verstärkers verbunden ist, gleichfalls exakt auf den Potential der Schaltschwelle des Inverters gehalten wird (alle Inverter jedes beliebigen Kanals müssen auf einen gemeinsamen Siliciumchip liegen, damit eine ausreichende Funktionssicherheit erreicht wird, falls gebräuchliche, billige CMOS-Schaltungen verwendet werden), entspricht die am Widerstand R2 abfallende Spannung mit ausreichender Genauigkeit der Gleichung U_R2=k · (ln i_v-ln i_r). Die Dioden D1 und D2 sollten einander so ähnlich wie möglich sein, wobei Unterschiede zwischen ihnen durch Verstellen des Widerstandswertes von R1 ausgeglichen werden können.

Die Spannung U_R2 wird im Block 2a weiter verstärkt, so daß die Spannung U_A entsteht. Der Verstärkungsfaktor wird auf bekannte Weise durch das Verhältnis der Widerstände R3/R4 festgelegt. Der von der Spannung U_A erzeugte Strom lädt den Kondensator C 3 des Spannungs/Frequenz-Umsetzers 2b auf, bis dieser mit Hilfe der Inverter periodisch entladen wird, sobald jeweils deren Schaltschwelle erreicht ist, was zur Folge hat, daß Impulse der Frequenz f_A am Ausgang des Umsetzers erscheinen. Die Amplitude dieser Impulse, d. h. der Wert von Spitze zu Spitze der Impulse ist gleichbleibend, nämlich U₀. Der Block 2c, der die Differenziereinheit mit dem Kondensator C₀ enthält, sowie der Block 3, der ein Wechselwirkungselement darstellt, wurden bereits im Zusammenhang mit Fig. 3 und 4 beschrieben. Deshalb sind in Fig. 7 die gleichen Bezugszeichen verwendet worden. Das Wechselwirkungsnetzwerk mit den Kondensatoren C und den Stromerzeugern 12, die den konstanten Strom liefern, ist in dem gesonderten Block 4 dargestellt. Die Blöcke 2a, 2b, 2c und 3 der weiteren drei Kanäle sind in der Zeichnung aus Gründen der Einfachheit durch Blöcke II, III und IV wiedergegeben.

Die Zählerschaltungen 5 registrieren im jeweiligen Kanal die Impulsfrequenzen f₁ durch Zählen von N Impulsen. In der Praxis wurde N mit 256 gewählt. Die Zählerschaltungen 5 geben bei Erreichen des Zählerendstandes N jeweils ein Signal an den Block 6 aus, der die Detektorschaltung enthält. Der mit NOR-Gattern 16 versehene Detektorzweig registriert die Beendigung der am schnellsten zählenden Impulszählschaltung 5, und der mit NAND-Gattern 18 versehene Zweig registriert den Zeitpunkt, an dem alle Zähler 5 den Wert N erreicht haben. Bei Beendigung des Zählvorgangs der schnellsten Zählschaltung 5 wird ein Zähler 17 auf Null gestellt und beginnt dann bis zur Zahl Nt zu zählen, die in der Praxis gleichfalls mit 256 gewählt wurde. Diese Zählung im Zähler 17 erfolgt mit viel größerer Frequenz als das Zählen von N. Typischerweise ist f₀ auf 3,75 kHz eingestellt, wenn die Taktfrequenz des Zählers 17 zwischen 50 und 300 kHz liegt. Dieser Frequenzbereich entspricht dem Bereich der möglichen Empfindlichkeitseinstellung, da die Taktfrequenz des Zählers 17 der Frequenz f_d entspricht (siehe weiter unten).

Wenn sich keine Person den Aufzugtüren nähern, unterscheiden sich die in den Zählschaltungen 5 ankommenden Werte f₁ nicht signifikant voneinander. In diesem Fall beenden die Zähler 5 ihren Zählvorgang nahezu gleichzeitig. Dann hat der Zähler 17 keine Zeit sehr weit zu zählen, ehe die über die Gatter 18 ankommenden Signale anzeigen, daß alle Zähler 5 angehalten haben. Diese Information liegt als logische Null an den S-Eingängen der RS-Flip-Flops 19 und 23 an. Auf Leitung 20 erscheint bei Beendigung des Zählvorgangs des Zählers 17 (Nt=256) ein Signal, das nicht nur die Zählschaltungen 5 für einen neuen Zählzyklus auf Null zurückstellt, sondern auch am R-Eingang des RS-Flip-Flops 19 anliegt, so daß die Information über das Nichtvorhandensein von Personen vor der Aufzugtür an eine Inverter- Gattereinheit 21 gelangt. Die Gatterausgänge 22 gehen an die Steuerung der Aufzugtür. Die übrigen steuern LED-Bauelemente, die für die Überprüfungs- und Wartungsvorgänge an der Vorrichtung nötig sind. Zur Überprüfung und Wartung dient ein weiteres RS-Flip-Flop 23, dessen Funktion der des RS-Flip-Flops 19 gleicht, welches aber nur dann die Lichtabgabeelemente beeinflußt, wenn der Zähler 17 auf Leitung 24 bei Erreichen von Nt=128, d. h. bei der Hälfte der Entscheidungsschwelle, ein Signal an den R-Eingang des Flip-Flops 23 ausgibt.

Wenn sich Personen der Aufzugtür nähern, und sich folglich das Bildfeld eines gegebenen Phototransistors signifikant verändert hat, zählt die Zählstellung 5 des entsprechenden Kanals mit einer anderen Zählgeschwindigkeit als die übrigen. Somit beenden die Zählschaltungen 5 ihre Zählung zu unterschiedlichen Zeiten. Wenn der Zähler 17 genügend Zeit gehabt hat, um bis herauf auf Nt=256 zu zählen, d. h. bis zur Entscheidungsschwelle, gibt er einen Low-Impuls an den R-Eingang des Flip-Flops 19, während dessen S-Eingang noch auf logisch 1 liegt, da noch nicht alle Zähler ihre Zählung beendet haben. In diesem Fall zeigen die Ausgänge des Flip-Flops 19 das Vorhandensein von Personen an. Wenn diese Information von den Anschlüssen 22 zur Steuerung der Aufzugtür gelangt, bewirkt dies eine Verzögerung beim Schließen der Aufzugtüren, so daß der Ankommende den Aufzug noch erreicht.

Schließlich soll die Entscheidungsschwelle betrachtet werden, die in der Praxis für verschiedene Werte von i_v (typische Werte sind 1 bis 5 µA) benötigt wird. Es wird von folgenden Annahmen ausgegangen:
f₀=3,75 kHz,
f_d=100 kHz,
i_v=2,0 µA (Eingangsstrom aller Kanäle in der Größenordnung von 2 µA),
i_r=0,1 µA,
für die Wahrnehmung benötigtes Änderungsverhältnis=x.

Ausgehend von der Gleichung (13) ist es dann möglich, die angenäherte Ungleichung: 3,75/100ln x/ln 20 aufzustellen, aus der folgt, daß x<1,12, d. h. eine relative Änderung von ca. 12% reicht zur Detektierung aus. Ausgehend von den gleichen angenommenen Werten zeigt sich, daß die nötige Änderung ca. 16% sein muß, wenn i_v=ca. 5 µA, während sie nur ca. 6% sein muß, wenn i_v=0,5 µA (sehr geringe Beleuchtung). Die zur Wahrnehmung nötige Änderung bei einer gegebenen Empfindlichkeitseinstellung ist also bei niedrigem Beleuchtungsniveau kleiner. Das gleicht teilweise den geringeren Kontrast bei schwacher Beleuchtung aus, während andererseits keine Gefahr einer Überempfindlichkeit bei hellem Licht besteht.

Claims (11)

1. Verfahren zum Überwachen des Bereichs vor einer Aufzugtür mit Hilfe eindimensional oder zweidimensional in Gruppen angeordneter photoelektrischer Bildpunktaufnahmeelemente (1), aus deren Bildsignalströmen (i_v) jeweils mit einem zugehörigen Bildverarbeitungskanal (2, 3; II, III, IV) Bildsignale (f₁) gebildet werden, die zur digitalen Verarbeitung geeignet sind, wobei die Bildverarbeitungskanäle (2, 3; II, III, IV) der verschiedenen Bildpunktaufnahmeelemente (1) in gegenseitiger Wechselwirkung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren mindestens die folgenden Verarbeitungsschritte des Bildsignalstroms (i_v) in jedem getrennten Bildverarbeitungskanal (2, 3; II, III, IV) aufweist:

• a) Transformation des Bildsignalstroms (i_v) in eine Spannung (U_A), die proportional zum Logarithmus des Bildsignalstroms (i_v) ist,
• b) Umwandlung der logarithmischen Spannung (U_A) in ein ersten Impulssignal, dessen Frequenz (f_A) von der Größe der Spannung abhängt,
• c) Überlagerung des ersten Impulssignals des jeweiligen Bildverarbeitungskanals (2, 3) mit den ersten Impulssignalen der anderen Kanäle (II, III, IV), die mit einem Wechselwirkungsnetzwerk (4) miteinander verbunden sind,
• d) Umwandlung des durch Überlagerung im jeweiligen Kanal (2, 3) erhaltenen Signals (i₀) in ein zweites Impulssignal, dessen Frequenz (f₁) über das Wechselwirkungsnetzwerk (4) vom Frequenzverhältnis der Frequenzen (f_A) des ersten Impulssignals des betreffenden Kanals und der ersten Impulssignale der anderen Kanäle (II, III, IV) abhängt,
• e) Zählung der Frequenzen (f₁) jedes Bildverarbeitungskanals (2, 3; II, III, IV); und daß in einem für alle Bildverarbeitungskanäle (2, 3; II, III, IV) gemeinsamen Detektor (6) die Bestimmung der Differenzen zwischen den Frequenzen (f₁) der in den jeweiligen Kanälen (2, 3; II, III, IV) erhaltenen zweiten Impulssignale erfolgt, zur Auflösung der relativen Änderung der Lichtintensität des abgebildeten Objekts.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die logarithmische Transformation des Bildsignalstroms (i_v) erfolgt, indem dieser zum wesentlichen Teil durch eine erste Diode (D2) geleitet wird, und der Spannungsabfall an einem Widerstand (R2 gemessen wird, der proportional zum Spannungsabfall an der Diode (D2) ist, und daß ein Teilstrom des Bildsignalstroms (i_v) als Referenzstrom (i_r) durch eine zweite Diode (1) geleitet wird, der so geregelt wird, daß das Verhältnis (i_v/i_r) über einen großen Bereich linear bleibt, und somit Schwankungen in der Charakteristik der Schaltelemente ausgeglichen werden, so daß die am Widerstand (R2) abfallende Spannung proportional zum Logarithmus des Verhältnisses (i_v/i_r) ist, und daß diese Spannung verstärkt wird, ehe das erste Impulssignal gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselwirkungsnetzwerk (4) aus Kondensatoren (C) mit den Wechselwirkungsanschlüssen (3a) aller Bildverarbeitungkanäle (2, 3; II, III, IV) verbunden ist, und daß zu jedem Wechselwirkungsanschluß (3a) eine Konstantstromquelle (12) gehört, so daß der Strom (i₁), der in einen Wechselwirkungsanschluß (3a) fließt, aus dem Strom (I) der Konstantstromquelle (12) und den Wechselwirkungsströmen besteht, die durch die Kondensatoren (C) fließen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine gegebene Anzahl von Impulsen (N) des zweiten Impulssignals kanalspezifisch mit Impulszählern (5) gezählt wird, wobei die Zählung in allen Kanälen (2, 3; II, III, IV) gleichzeitig beginnt, so daß nach Beendigung des Zählers in dem Kanal mit der höchsten Frequenz ein weiterer Zähler (17) zu zählen beginnt, der höchstens Nd Impulse zählt oder zuvor bei Beendigung des Zählvorgangs des Zählers (5) in den Kanal mit der niedrigsten Frequenz angehalten wird, woraufhin das Ergebnis des zweiten Zählers (17) mit einer gegebenen Entscheidungsschwelle (Nt) verglichen wird, die einer ausreichend großen relativen Änderung der Lichtintensität innerhalb des Abbildungsbereichs entspricht, und daß das Vergleichsergebnis als Befehl für den Öffnungsmechanismus der Aufzugtür dient, um die Tür zu schließen oder sie weiterhin offenzuhalten.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließsystem der Aufzugtür durch das Überwachen des Bereichs vor der Aufzugtür so beeinflußt wird, daß die Öffnungszeit der Aufzugtür auf der Basis der erhaltenen Bildinformation nach Bedarf verlängert wird.

6. Einrichtung zum Überwachen des Bereichs vor einer Aufzugtür zum Durchführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1, mit photoelektrischen Bildpunktaufnahmeelementen (1), die in Gruppen zur Erzeugung einer ein- oder zweidimensionalen Abbildung angeordnet sind und denen Bildverarbeitungskanäle (2, 3; II, III, IV) für die Bildsignalströme (i_v) mit Wechselwirkungselementen (3) nachgeschaltet sind, die in gegenseitiger Wechselwirkung mit den Wechselwirkungselementen (3) der anderen Bildverarbeitungskanäle (II, III, IV) stehen, und ein zur digitalen Verarbeitung geeignetes Bildsignal erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Bildsignalverarbeitungskanal (2, 3; II, III, III) mindestens die folgenden Baugruppen aufweist:

• a) einen logarithmischen Wandler (2a) für den Bildsignalstrom (i_v), der den Strom in eine Spannung (U_A) transformiert, die proportional zum Logarithmus des Bildstroms (I_v) ist;
• b) einen Spannungs/Frequenz-Umsetzer (2b), der ein erstes Impulssignal erzeugt, dessen Frequenz (f_A) von der Größe der logarithmischen Spannung (U_A) abhängt;
• c) ein Wechselwirkungselement (3), dessen erste Stufe aus einer Modulationsschaltung für das erste Impulssignal besteht, mit deren Wechselwirkungsanschluß (3a) der jeweilige Bildverarbeitungskanal mit anderen gleichwertigen Kanälen (II-IV) verbunden ist, und dessen zweite Stufe ein Oszillator ist, der ein zweites Impulssignal erzeugt, dessen Frequenz (f₁) über das Wechselwirkungsnetzwerk (4) von den gegenseitigen Verhältnissen der Frequenzen (f_A) der ersten Impulssignale der anderen Kanäle abhängt;
• d) eine Einrichtung (5) zum Zählen der Frequenz (f₁) des zweiten Impulssignals; und daß für alle Bildverarbeitungskanäle (2, 3; II, III, IV) ein gemeinsamer Detektor (6) vorhanden ist, zur Auflösung der Änderungen der relativen Lichtintensität des abgebildeten Objekts.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der logarithmische Wandler (2a) für den Bildsignalstrom (i_v), der in der Einrichtung vorgesehen ist, aus einem Paar Dioden (D1, D2) besteht, die in bezug auf den Bildsignalstrom (i_v) parallel geschaltet sind, so daß ein beträchtlicher Teil des Bildsignalstroms (i_v) durch die Diode (D2) fließt, um eine logarithmische Spannung (U_A) zu bilden, die auch an dem Widerstand (R2) abfällt, und die von der auf das Bildpunktaufnahmeelement (1) auftreffenden Beleuchtung abhängt, während ein kleiner Teil des Bildsignalstroms (i_v) als Referenzstrom (i_r) durch die andere Diode (D1) geleitet wird, der mittels Steuerschaltungen (13, 14, R1, T1) so einstellbar ist, daß Variationen in den Charakteristika der Schaltungskomponenten ausgeglichen werden können.

8. Einrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Einrichtung enthaltene Spannungs/Frequenz-Umsetzer (2b) auf einer an sich bekannten, modifizierten Grundschaltung des Wechselwirkungselements (3) beruht, wobei die Eingangsvariable die Spannung (U_A) ist, aus der eine veränderliche Impulsfrequenz (f_A) erzeugt wird.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Wechselwirkungsnetz (4) aus kanalspezifischen Konstantstromquellen (12) und aus Kondensatoren (C) besteht, die zwischen alle Kanäle geschaltet sind.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß pro Bildverarbeitungskanal (2, 3; II, III, IV) ein Impulszähler (5) vorgesehen ist, der die Impulse des zweiten Impulssignals (f₁) zählt, ferner ein Zähler (17), der die größte Differenz (ΔT) zwischen den Zählraten der Bildverarbeitungskanäle (2, 3; II, III, IV), eine Einrichtung (16, 18), die das Zählergebnis, welches diese Differenz wiedergibt, mit einem vorherbestimmten Schwellenwert (Nt) vergleicht, und eine Einrichtung (19, 21), die ein vom Ergebnis des Vergleichs abhängiges Steuersignal (22) an die Steuerung der Aufzugstür liefert.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (22) der Einrichtung mit der Steuerung der Aufzugtür verbunden ist, so daß die Öffnungszeit der Aufzugtür nach Bedarf auf der Basis der erhaltenen Bildinformation verlängert werden kann.