DE4212026C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Zählen von Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zählen von Objekten, insbesondere von Personen oder Gegenständen, die sich im Meßfeld eines Lichtgitters bewegen, sowie auf eine entsprechende Vorrichtung.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen, die mit einer Lichtschranke Objekte zählen, sind im Handel erhältlich. Die Lichtschranke besteht dabei aus einer Lichtquelle und einem Photodetektor. Wird der Lichtstrahl von der Licht­ quelle zum Photodetektor durch ein Objekt unterbrochen, so wird ein Zählimpuls ausgelöst. Dieses Verfahren setzt für eine genaue Zählung voraus, daß jeweils nur ein Objekt den Lichtstrahl unterbricht. Auch hat es den Nachteil, daß Hin- und Herbewegungen ein und desselben Objektes mehrere Zählimpulse auslösen. Schließlich kann mit diesem Verfahren nicht eine richtungsabhängige Zählung durchgeführt werden, Möchte man die Anzahl der Personen ermitteln, die sich in einem Gebäude aufhalten, beispielsweise einem Kauf­ haus, einer Behörde etc. und ist der Eingangsbereich so breit, daß sich mehrere Personen gleichzeitig in diesem Eingangsbereich aufhalten können, so ist eine genaue Zählung nicht mehr möglich. Beispielsweise können mehrere Personen seitlich nebeneinander versetzt laufen, sich bezogen auf den Lichtstrahl jedoch soweit überlappen, daß der Lichtstrahl nur einmal unterbrochen wird. Bewegt eine Person ihre Arme, eine Tasche, einen Regenschirm etc., so können hierdurch zusätzliche Zählungen ausgelöst werden, die das Meßergebnis verfälschen.

Die US-PS 4,127,766 zeigt ein Verfahren zum Zählen von Objekten sowie eine entsprechende Vorrichtung mit einem Feld von Photodetektoren, die aus einem Meßfeld einfallendes Umgebungslicht erfassen. Die einzelnen Photodetektoren werden zyklisch auf ihren Zustand überprüft. Nach jedem Abfragedurchlauf werden die Meßwerte der Photodetektoren gespeichert, woraus sich ein Bild des Meßfeldes ergibt. Durch Vergleich dieses Bildes mit nachfolgenden Bildern lassen sich Änderungen des Umgebungslichtes im Meßfeld erfassen und damit, ob sich ein Objekt im Meßfeld befindet. Weiterhin läßt sich durch Vergleich aufeinanderfolgender Bilder die Bewegungsrichtung eines Objektes durch das Meßfeld bestimmen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Zählgenauigkeit erhöht wird. Insbesondere soll es mit der Erfindung möglich sein, auch dann eine genaue Zählung durchführen zu können, wenn sich mehrere Objekte gleichzeitig im Zählbereich befinden und sich seitlich überlappen. Weiter soll auch eine richtungsabhängige Zählung möglich sein.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Grundprinzip der Erfindung basiert darauf, daß ein Lichtgitter mit mehreren in einer Reihe angeordneten Lichtstrahlen verwendet wird und daß ein Zählimpuls dann ausgelöst wird, wenn folgende Bedingungen erfüllt sind:
Mindestens ein Photodetektor am Ende des Licht­ gitters muß seinen Zustand von "abgedun­ kelt" auf "nicht abgedunkelt" ändern und die unmittelbar auf diesen Photodetektor folgenden, in ununterbrochener Reihe abgedunkelten Photodetektoren müssen eine erste vorgegebene Mindestanzahl (v) überschreiten.

Wandert ein Objekt von einer Seite her durch den Meßbe­ reich des Lichtgitters, so wird als erstes nur der Lichtstrahl an dem entsprechenden Ende abgedunkelt. Beim weiteren Fortschreiten des Objektes in einer Richtung werden zunehmend immer mehr Lichtstrahlen abgedunkelt, bis eine den Abmaßen des Objektes entsprechende Anzahl abgedunkelt ist. Bei weiterem Fortschreiten wird der erste Lichtstrahl wieder freigegeben und ein Block von zusammenhängenden, abgedunkelten Lichtstrahlen wandert durch das Meßfeld. Sobald der erste Lichtstrahl wieder freigegeben ist, wird die Länge dieses Blocks geprüft. Ist sie größer als eine vorgegebene Mindestzahl (v), so wird ein Objekt identifiziert und ein Zählimpuls ausge­ löst. Ist die Länge dieses Blocks dagegen größer als eine weitere vorgegebene Maximalzahl (m), so werden, je nach Länge des Blocks ein weiterer oder mehrere weitere Zählimpulse ausgelöst.

Da immer nur die Länge eines zusammenhängenden Blocks ausgewertet wird, können Bewegungen kleinerer Objekte bzw. eine Handtasche, eines Schirmes etc. keine Zähl­ impulse auslösen.

Laufen mehrere Personen überlappend, seitlich versetzt, durch das Meßfeld, so ist der Block entsprechend länger und es kann erkannt werden, daß mehr als eine Person durch das Meßfeld läuft.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß ein Zählimpuls nur dann ausgelöst wird, wenn zusätzlich folgende Bedingung erfüllt ist:
Vor der Änderung des Zustandes des Photode­ tektors am Ende des Lichtgitters muß eine ununterbrochene Reihe von abgedunkelten Photodetektoren am entsprechenden Ende des Lichtgitters eine zweite Mindestanzahl (k) über­ schritten haben.

Es muß also ein Objekt mit der Blocklänge der zweiten Mindestanzahl (k) von der entsprechenden Seite her in das Meßfeld hineingewandert sein. Ohne diese Zusatzbedingung könnte ein kleines Objekt, das von einer Seite her das Meßfeld betritt, in zusammen­ wirken mit einem anderen Objekt, das von der anderen Seite her durch das Meßfeld wandert, einen Zählimpuls auslösen, wenn sich diese beiden Objekte zum Zeitpunkt der Zustandsänderung gerade zu einem Block der Blocklänge der ersten vorgegebenen Mindestzahl (v) überlappen.

Eine richtungsabhängige Zählung wird dadurch erreicht, daß das Verhalten der Photodetektoren an beiden Enden des Lichtgitters überwacht wird und ent­ sprechend dem oben geschilderten Vorgehen die Blocklänge der unmittelbar daran anschließenden Photodetektoren ermittelt wird. Bewegt sich ein Objekt durch das Meßfeld in Richtung "Ausgang" so wird mit negativen Vorzeichen gezählt, bewegt es sich in Eingangsrichtung wird mit positiven Vorzeichen gezählt. Die für ein Objekt defi­ nierte maximale Blocklänge (m) kann nach einer Weiterbil­ dung der Erfindung einstellbar sein, um einerseits eine Feinjustierung vorzunehmen und andererseits auch auf veränderte Randbedingungen reagieren zu können, bei­ spielsweise bei der Personenzählung auf jahreszeitlich bedingte Änderungen, wenn die zu zählenden Personen im Winter dickere Kleidung tragen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungs­ beispiels im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines durch das Meßfeld eines Licht­ gitters wandernden Objektes zu verschiedenen Zeitpunkten;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Zähleinrichtung nach der Erfindung; und

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsschritte nach dem Verfahren.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen:
Fig. 1a zeigt schematisch in einer Reihe angeordnete Photodetektoren 1 bis n. In einem praktischen Ausfüh­ rungsbeispiel wurde ein Lichtgitter mit einer Länge von 100 cm und 40 Lichtstrahlen und 40 zugeordneten Photode­ tektoren verwendet.

In Fig. 1b ist der Zustand zu einem Zeitpunkt t1 gezeigt, bei dem ein Objekt A das Meßfeld des Lichtgitters von der Eingangsseite her betritt und damit den ersten Licht­ strahl unterbricht. Der erste Photodetektor 1 ist im Zustand "abgedunkelt", die übrigen Photodetektoren 2 bis n sind im Zustand "nicht abgedunkelt".

In den Fig. 1c und 1d ist das Objekt A weiter in Eingangsrichtung in das Meßfeld gewandert. Es sind die ersten vier (Zeitpunkt t2) und die ersten sieben (Zeitpunkt t3) Photodetektoren im Zustand "abgedunkelt", die übrigen im Zustand "nicht abgedunkelt".

In Fig. 1e ist das Objekt A soweit gewandert, daß der erste Photodetektor 1 seinen Zustand von "abgedunkelt" im "nicht abgedunkelten" wechselt (Zeitpunkt t4). Diese Zustandsänderung wird erkannt und es wird zu diesem Zeitpunkt überprüft, wie viele der unmittelbar an den ersten Photodetektor in ununterbrochener Reihe folgender Photodetektoren den Zustand "abgedunkelt" aufweisen. Es handelt sich im Beispiel der Fig. 1e um die sieben Photodetektoren 2 bis 8, die einen Block der Länge "sieben" bilden. Sodann wird geprüft, ob diese Blocklänge größer oder gleich einer vorgegebenen Mindestanzahl v ist. Ist dies der Fall, so wird ein Zählimpuls ausgelöst. Nach der oben angegebenen Zusatz­ bedingung wird zum Zeitpunkt t4 auch überprüft, ob zuvor, d. h. einen Abtastzyklus vor der dynamischen Zustands­ änderung des ausgewählten Photodetektors, eine ununter­ brochene Folge von Photodetektoren beginnend mit dem ersten Photodetektor 1 abgedunkelt war. Ist die Länge dieser ununterbrochenen Folge größer als eine zweite vorgegebene Mindestzahl (k), so wird der Zählimpuls ausgelöst, sofern die anderen Bedingungen erfüllt sind.

Weiter wird zum Zeitpunkt t4 geprüft, ob diese Blocklänge größer als eine zweite vorgegebene Maximalzahl m ist. Ist dies nicht der Fall, wird kein weiterer Zählimpuls ausgelöst. Ist diese Bedingung dagegen erfüllt, so werden ein oder mehrere weitere, also zweite, dritte etc. Zählimpulse ausgelöst. Wie viele weitere Zählimpulse ausgelöst werden, hängt von der Blocklänge ab. Nach einer Variante der Erfindung wird die Anzahl der Zählimpulse folgendermaßen bestimmt: ist die Blocklänge 2*m, so werden zwei Zählimpulse ausgelöst, ist sie 3*m, so werden drei Zählimpulse ausgelöst usw.

Bei dieser Variante wird noch nicht berücksichtigt, daß zwei oder mehr Objekte einander überlappend, seitlich versetzt, durch das Meßfeld wandern. Hierbei können beispielsweise drei Objekte gerade eine Blocklänge von 2*m bilden. Es würden dann nur zwei Objekte gezählt. Eine weitere Verfeinerung erreicht man dadurch, daß ein weiterer Zählimpuls bereits dann ausgelöst wird, wenn die Blocklänge um einen vorgegebenen ersten Inkrementwert Delta x größer als die Maximalzahl im ist. Der erste Inkrementwert Delta x ist dabei kleiner als die Maximalzahl m. Die Anzahl n der weiteren Zählimpulse ist dann (Blocklänge -m)/(Delta x); mit anderen Worten wird pro Delta x, um das die Blocklänge größer als die Maximalzahl m ist, ein weiterer Zählimpuls ausgelöst.

Verwendet man ein Lichtgitter, dessen Lichtstrahlen zyklisch aktiviert werden, so kann es bei sich schnell bewegenden Objekten (bezogen auf die Zyklusgeschwindig­ keit des Lichtgitters) vorkommen, daß der Zustand der Fig. 1e nicht erkannt wird, sich das Objekt vielmehr zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zyklen des Licht­ gitters von dem Zustand der Fig. 1d zu dem Zustand der Fig. 1f bewegt hat. In Fig. 1f sind die ersten zwei Photodetektoren nicht abgedunkelt, während die Photode­ tektoren 3 bis 9 abgedunkelt sind. Um auch diesen Zustand einwandfrei auswerten zu können, ist nach einer Weiter­ bildung der Erfindung vorgesehen, daß Zustandsänderung von mehr als einem Photodetektor an den Enden des Lichtgitters überwacht werden, beispielsweise also die Zustandsänderung der ersten beiden Photodetektoren 1 und 2. Ändert sich deren Zustand von "abgedunkelt" auf "nicht abgedunkelt", so wird der Zustand der daran anschließenden Photodetektoren 3 ff überprüft und entsprechend den oben geschilderten Schritten die Zählung ausgelöst.

In Fig. 1g (Zeitpunkt t5) ist das Objekt A fast am Ende des Meßfeldes angelangt. Es wird dann in Kürze den letzten Photodetektor n abdunkeln und beim weiteren Fortschreiten diesen wieder freigeben. Ein Zählimpuls wird hierdurch aber nicht ausgelöst, da die dem letzten Photodetektor n unmittelbar vorausgehenden Photodetektoren n-1, n-2 . . . . . dann nicht abgedunkelt sind.

Eine Rückwärtszählung wird in analoger Weise initiiert, indem die Zustandsänderung des letzten Photodetek­ tors n überprüft wird und dann der Zustand der unmittelbar daran (in Ausgangsrichtung) anschließenden Photodetektoren n-1, n-2 . . . .

Fig. 2 zeigt eine Prinzipskizze der Zählvorrichtung nach der Erfindung. Ein Meßfeld 10 wird durch ein Lichtgitter gebildet, das einen Sendeteil 11 und einen Empfangsteil 12 aufweist. Der Sendeteil 11 enthält eine Anzahl n von Lichtquellen; der Empfangsteil 12 eine entsprechende Anzahl n von Photodetektoren, wobei jeder Photodetektor einer Lichtquelle zugeordnet ist. Eine Steuereinheit 13 aktiviert zyklisch und synchron die einzelnen Licht­ quellen und die zugeordneten Photodetektoren, so daß das Meßfeld 10 zyklisch abgetastet wird. Beispielsweise kann hierfür ein Einweg-Impulslichtgitter verwendet werden.

Die Zustände der einzelnen Photodetektoren im Empfangsteil werden von der Steuereinheit 13 abgefragt und einer Auswerteeinheit 14 zugeführt. Diese Auswerteeinheit enthält im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Multiplexer 15, der Abfrageimpulse der einzelnen Photode­ tektoren empfängt und in ein Register 16 überträgt. Am Ende jedes Abfragezyklus des Meßbereiches ist der Inhalt des Registers 16 damit ein Abbild der Zustände der einzelnen Photodetektoren. Über Flip-Flops 17 und 19 wird der Zustand der beiden Photodetektoren an den beiden Enden des Meßfeldes 10 überwacht. Ändert sich der Zustand einer oder beider jeweils überwachter Photodetek­ toren von "abgedunkelt" auf "nicht abgedunkelt" so wird einem Zähler 20 ein Zählimpuls zugeführt. Die Zählimpulse des Flip-Flops 17 bewirken ein Vorwärtszählen, die des Flip-Flops 19 ein Rückwärtszählen des Zählers, sofern die Bedingung der Blocklänge auch erfüllt ist. Die übrigen Ausgänge des Registers 16 sind mit einer Blocklängen-Auswerte­ einheit 18 verbunden, die die Blocklänge der zusammen­ hängend abgedunkelten Photodetektoren bestimmt. Nur wenn diese Blocklänge die vorgebene Zahl überschreitet, wird dem Zähler 20 eine zu addierende oder zu subtrahierende Zahl zugeführt.

In der Praxis wird man statt der beschriebenen Baugruppen der Auswerteeinheit 14 einen programmierten Mikroprozes­ sor verwenden, dessen Arbeitsweise im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert wird.

Der Meßvorgang beginnt bei Start (30) und löst ein Abtasten des Meßfeldes (31) aus. Die Strahlinformation der Photodetektoren 1 bis n wird gespeichert (Zustände A1 . . . An). Dieser Vorgang wird in einem zweiten und jedem weiteren Durchlauf (32) wiederholt. Es werden die entsprechenden Zustände (B1 . . . Bn) abgespeichert. Im Schritt 33 wird die Blocklänge der ab Stelle x zusammen­ hängend ununterbrochenen Strahlen ermittelt, indem die Zustände A1, A2 . . . . An ausgewertet werden. In Schritt 34 wird geprüft, ob die so ermittelte Blocklänge y größer oder gleich einer Zahl k ist, die die minimale Blocklänge der zusammenhängend ununterbrochenen Strahlen ab Stelle x (wobei x beim ersten Zyklus gleich 1 ist) darstellt. Ist dies nicht der Fall, d. h. es wurde kein zu zählendes Objekt ermittelt, so wird ein neuer Abtastzyklus gestar­ tet (Block 32). Ist dagegen die Blocklänge y größer als dieser vorgebene Wert k, so wird geprüft (Block 35), ob beim zweiten Abtastvorgang der Zustand des ersten Photodetektor von "abgedunkelt" auf "nicht abgedunkelt" gewechselt hat. Ist dies nicht der Fall, geht der Ablauf zu einem neuen Abtastvorgang zurück. Ist die Bedingung dagegen erfüllt, wird geprüft, (Block 36) ob auch der zweite Photodetektor beim zweiten Abtastvorgang seinen Zustand in gleicher Weise gewechselt hat. Ist diese Bedingung nicht erfüllt, so wird die Blocklänge y des zweiten Abtastvorganges ab der Stelle "2" (zweiter Photodetektor) ermittelt. Ist die Bedingung dagegen erfüllt, so wird die Blocklänge y des zweiten Abtastvor­ ganges ab der dritten Stelle (dritter Photodetektor) ermittelt (37). In einem nächsten Schritt (39) wird geprüft, ob die so ermittelte Blocklänge der zusammen­ hängend ununterbrochenen Strahlen größer oder gleich der Zahl v ist, die die minimale Blocklänge für ein Objekt darstellt. Der Wert v ist dabei größer als der Wert von k, wobei beide Werte v und k einstellbar sind. Ist die Bedingung nicht erfüllt, wird auf den nächsten Abtastzyklus gewartet. Ist sie erfüllt, so wird ein Zählimpuls (40) ausgelöst. Sodann wird geprüft (41), ob die er­ mittelte Blocklänge y größer als eine vorgegebene Zahl m ist, die die maximale Blocklänge der zusammenhängend ununterbrochenen Strahlen ab Stelle "2" oder "3" für die Zählung von nur einem Objekt darstellt. Ist die Bedingung erfüllt, so wird der Wert der Blocklänge um m reduziert und ein weiterer Zählimpuls gezählt. Dieser Vorgang wird so oft wiederholt, bis die bei jedem Schritt um den Wert m reduzierte Blocklänge kleiner als m ist, die Bedingung (41) also nicht mehr erfüllt ist, worauf wieder auf einen neuen Abtastvorgang gewartet wird.

In allen geschilderten Fällen, bei denen auf einen neuen Abtastvorgang gewartet wird, werden die Werte von zwei aufeinanderfolgenden Abtastvorgängen (A, B) jeweils für die einzelnen Photodetektoren gleichgesetzt, also A1=B1, A2=B2 usw. (43).

Bei der Ermittlung der Blocklänge (Schritt 33) kann die Stelle x abwechselnd auf den ersten und den letzten Strahl, also den Wert 1 oder n, eingestellt werden. Wird die letzte Stelle n eingestellt, so werden bei der Ermittlung der Blocklänge des zweiten Abtastvorganges (Schritte 37 und 38) als "Stelle" die Werte von n-2 oder n-1 eingesetzt. Weiterhin wird, in Abhängigkeit davon, ob der Wert von x (von 33) 1 oder n ist, der Zähler auf Vorwärts- oder Rückwärtszählen umgeschaltet, wodurch man die richtungsabhängige Zählung erhält.

Claims (8)

1. Verfahren zum Zählen von Objekten, insbesondere von Personen oder Gegenständen, die sich im Meßfeld eines Lichtgitters bewegen, bei dem der Zustand mindestens eines von ausgewählten Photodetektoren des Lichtgitters ermittelt wird, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• - Ermitteln des Zustandes von sequentiell auf den mindestens einen ausgewählten Photodetektor folgenden Photodetektoren und Bestimmen einer Blocklänge als Anzahl der in ununterbrochener Folge abgedunkelten Photodetektoren, die sich unmittelbar an den mindestens einen ausgewählten Photodetektor anschließen,
• - Auslösen eines ersten Zählimpulses, wenn der mindestens eine ausgewählte Photodetektor seinen Zustand von "abgedunkelt" auf "nicht abgedunkelt" wechselt und zu diesem Zeitpunkt die Blocklänge eine vorgegebene Mindestanzahl (v) von abgedunkelten Photodetektoren aufweist, und
• - Auslösen einer Anzahl von n weiteren Zählimpulsen, wenn die Blocklänge eine vorgegebene Maximalzahl m überschreitet, wobei die Anzahl n dadurch bestimmt ist, um das wievielfache eines ersten Inkrementwer­ tes (Delta x) die Blocklänge die Maximalzahl m überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zählimpuls nur dann ausgelöst wird, wenn zusätzlich vor der Änderung des Zustan­ des des ausgewählten Photodetektors am Ende des Lichtgitters eine ununterbrochene Reihe von abgedun­ kelten Photodetektoren am entsprechenden Ende des Lichtgitters eine zweite Mindestanzahl (k) über­ schritten hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der mindestens eine ausgewählte Photodetektor der erste Photodetektor an einem Ende des Lichtgitters ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet daß der Zustand von zwei aufeinaderfolgenden Photodetektoren an einem Ende des Lichtgitters ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß der jeweilige Zustand des ausgewählten Photodetektors an beiden Enden des Lichtgitters ermittelt wird und in Abhängigkeit davon, ob der ausgewählte Photodetektor am Eingangsende oder am Ausgangsende des Lichtgitters seinen Zustand ändert, die weiteren Zählimpulse zum Zählerstand addiert oder substrahiert werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die Maximalzahl m um einen einstellbaren zweiten Inkrementwert (Delta u) größer als die Mindestzahl (v) ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der erste Inkrementwert (Delta x) kleiner als die Maximalzahl (m) ist.

8. Vorrichtung zum Zählen von Objekten, insbesondere von Personen oder Gegenständen, die sich im Meßfeld eines Lichtgitters bewegen, mit einem Zähler, der von dem Lichtgitter kommende Impulse zählt, und mit einer Auswerteeinrichtung (14), die Funktionsgruppen (17, 19) enthält, die eine Zustandsänderung eines ausgewählten Photodetektors am Anfang und/oder Ende des durch das Lichtgitter definierte Meßfeldes (10) auswertet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blocklängen-Auswerteeinrichtung (18) vorgesehen ist, die den Zustand einer zusammenhängenden, ununterbrochenen Reihe von "abgedunkelten" Photodetektoren, die unmittelbar an den mindestens einen ausgewählten Photodetektor anschließen, ermittelt und die weiterhin ermittelt, ob diese Anzahl größer oder kleiner als vorgegebene Werte sind, wobei in Abhängigkeit von dieser Ermittlung der Zähler steuerbar ist.