EP0515635A1 - Richtungsempfindliche zähl- und schaltvorrichtung. - Google Patents

Richtungsempfindliche zähl- und schaltvorrichtung.

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Publication number
EP0515635A1
EP0515635A1 EP92901333A EP92901333A EP0515635A1 EP 0515635 A1 EP0515635 A1 EP 0515635A1 EP 92901333 A EP92901333 A EP 92901333A EP 92901333 A EP92901333 A EP 92901333A EP 0515635 A1 EP0515635 A1 EP 0515635A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
counting
output signals
detector
person
Prior art date
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Granted
Application number
EP92901333A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0515635B1 (de
Inventor
Ralf Gast
Andreas Thun
Andre Haufe
Andreas Wermke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Iris GmbH IG Infrared and Intelligent Sensors
Original Assignee
Iris GmbH IG Infrared and Intelligent Sensors
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Iris GmbH IG Infrared and Intelligent Sensors filed Critical Iris GmbH IG Infrared and Intelligent Sensors
Publication of EP0515635A1 publication Critical patent/EP0515635A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0515635B1 publication Critical patent/EP0515635B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G07—CHECKING-DEVICES
    • G07C—TIME OR ATTENDANCE REGISTERS; REGISTERING OR INDICATING THE WORKING OF MACHINES; GENERATING RANDOM NUMBERS; VOTING OR LOTTERY APPARATUS; ARRANGEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS FOR CHECKING NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • G07C9/00—Individual registration on entry or exit
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S250/00—Radiant energy
    • Y10S250/01—Passive intrusion detectors

Definitions

  • the invention relates to a device of the type specified in the preamble of claim 1.
  • Directional.Selective counting and switching devices are used to count people and / or objects moving or moving in different directions. puts. They provide additional information which provides information about the directions of movement of the persons and / or objects detected.
  • At least two radiation transmitters and receivers are installed at the location to be monitored. Accurate detection of moving objects / people is only possible if they pass through them one after the other.
  • Loop technology is often used in traffic monitoring. For this purpose, induction loops are laid in all lanes. Disadvantages are the high installation costs and the traffic disturbances that occur during the laying of induction loops.
  • Image processing devices are also suitable for the detection of moving objects in terms of numbers and direction. However, since these devices record the signals of moving and still objects, the computational outlay for image processing is very high and the devices are therefore relatively expensive.
  • EP-PS 0 287 827 describes a direction-selective pyrodetector which consists of a sensor with at least two sensor elements for different detection directions and is used for the detection and speed measurement of moving objects. Besides- vehicles driving each other cannot be resolved individually, an exact count is not possible here.
  • EP-PS 0 245 242 - provides that several pyroelectric sensor elements are arranged in a spherical-parabolic mirror, thus making movement and direction-dependent detection possible. It is disadvantageous that objects moving next to one another are not detected individually, the complicated mirror is too expensive for many applications and does not meet the frequent demand for small, unobtrusive signaling systems.
  • a door opener By means of two mutually at least partially enclosing infrared sensors which have a radiation-sensitive surface corresponding to the shape of the desired field of view, according to DE-PS 3 407 462, for example, a door opener can be realized which does not register people walking past the door and only responds to people directly approaching the door. This means that the door opener is only directionally selective in one direction.
  • an infrared motion detector which switches on the lighting of corridors, passageways, etc. for a predetermined time when people move through the detection range of the motion detector.
  • the use of this solution for example as a light switch in apartments, is not possible since the lighting in the room is switched on when a person enters a room, but switches off again after the predetermined time has expired if the room is in the room Person does not move any further.
  • DE-PS 36 23 792 it is possible to determine the number and direction of people within a room to be monitored or a passage lock by using a plurality of individual infrared sensors which are arranged one behind the other in the passage direction and transversely to the passage direction ⁇ Lich. Since the individual sensors have very large visual fields, this device cannot be used in cases where only very narrow or very small visual fields can be implemented. In addition, this device cannot be miniaturized by using individual sensors.
  • the invention has for its object to provide a device of the type mentioned that distinguishes people and / or objects from each other and according to their directions of movement with high accuracy, counts and / or triggers switching operations, which is inexpensive to manufacture and inconspicuous and without essential structural changes can be installed.
  • the invention includes the knowledge that direction-sensitive object or person detection is possible with great accuracy if signals are evaluated which only contain information about changes in the detection area.
  • pyroelectric detectors By using pyroelectric detectors, "there is the advantageous possibility of using a detection matrix having a few sensor elements to create a reliably working, direction-dependent detector device. - 6 -
  • Such a device can be used particularly advantageously in public transport, even when the number of passengers is high.
  • the solution according to the invention preferably consists of a passive infrared detector, which is formed from a plurality of pyroelectric elements in the form of one or more double lines, behind a converging lens, as a result of which the field of view of the directionally selective counting and switching device in front of the converging lens, corresponding to the number , Geometry and arrangement of the multi-element sensors is divided into several smaller fields of view, and the evaluation circuit triggers a counting and / or switching process if one, based on the movement of people and / or objects in the field of view of the directionally selective counting and switching device indicating signal sequence is present.
  • the multi-element sensors provide radiation receivers for recording those emitted by people and / or objects.
  • the pyroelectric sensors can also be produced inexpensively and operated without additional cooling.
  • a converging lens enables the incident heat radiation to be focused on the multiple sensor sensors and also the essential miniaturization of the device according to the invention in comparison to known devices.
  • the central arrangement of a pinhole in front of the converging lens prevents the incidence of flat rays and scattered light on the lens as well as total reflections within the lens.
  • the fields of view of the directionally selective counting and switching device are preferably dimensioned such that persons and / or objects to be detected are reliably detected.
  • the signals occurring at the multi-element sensors are amplified in the associated preamplifiers, digitized in A / D converters and processed in the evaluation circuit.
  • the direction of movement of the people and / or objects crossing the field of view of the direction-selective counting and switching device is determined from the signal sequence of different lines belonging to multi-element sensors.
  • an interference filter in front of the converging lens also prevents interference radiation, such as radiation from the sun or from car headlights, from falling onto the multi-element sensors.
  • the invention is preferably implemented by an arrangement consisting of a pyroelectric chip with at least one double line of sensitive elements, analog signal preprocessing, digital signal processing. work for pattern recognition and an optically imaging system, for example a converging lens.
  • the pyroelectric sensor principle only movement of objects when it is combined with a thermal contrast is detected.
  • the course of a person's movement can thus be followed with simple means.
  • the constant background does not provide any detectable signals. Detecting a movement of a person or a moving object is thus greatly simplified by suppressing the information about the background, in contrast to a conventional video camera.
  • the signal processor only has to analyze the signals from moving objects which have a thermal contrast to the surroundings in the form of a pattern sequence.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a possible arrangement of the multi-element sensors of an exemplary embodiment in a double line
  • FIG. 2 shows a basic sectional illustration of the exemplary embodiment with the associated visual fields
  • FIG. 3 shows a further basic sectional illustration of the device according to FIG. 2, in which the view is shown rotated through 90 °
  • FIG. 4 shows an embodiment of the use of the device according to the invention for occupancy level detection in public transport in a frontal view
  • FIG. 5 shows a further favorable arrangement of an exemplary embodiment of a multi-element sensor in several double lines
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment for the use of the device according to the invention for controlling a light signal system at a pedestrian crossing
  • FIG. 7 shows a basic circuit diagram of an exemplary embodiment of a device according to the invention including signal processing and
  • Figure 8 is a schematic representation of the input signals resulting in the device of Figure 7.
  • FIG. 1 shows the detector 1, consisting of fifteen multiple element sensors 1.1 to 1.15 arranged alternately in a double line.
  • a field of view is assigned to each multi-element sensor.
  • the individual elements are designed as pyroelectric sensor elements and are offset from one another. Each sensor element detects a sub-area of the field of vision and emits a signal if a change occurs here. On In this way, immobile objects or people are hidden without any additional electronic effort when they are captured. Only the output signals of the individual sensor elements have to be amplified and post-processed separately.
  • the geometry and arrangement of the multi-element sensors corresponds to the geometry and arrangement of the desired visual fields, but is also essentially determined by the shape and refractive index of the lens and by the distance of the multi-element sensors from the lens.
  • FIGS. 2 and 3 show the front and side views of the device according to the invention with its field of view 4.
  • the detection sectors of the individual sensors are arranged in a radiation pattern.
  • the number of sensors arranged transversely to the direction of passage is selected such that the area to be detected is covered, that is to say it depends on the passage width. In contrast, only a few sensors (at least two) are required in the direction of passage, since only the chronological sequence of the changes detected has to be evaluated here. (Preamplifier, multiplexer, analog / digital converter and evaluation circuit are not shown here and are described in more detail below.
  • the detector 1 is located in the focal plane of a hemispherical lens 2.
  • a perforated diaphragm 3 is arranged centrally in front of the flat side of the lens, which keeps flat rays and scattered light away from the lens and prevents the occurrence of total reflections in the lens.
  • an additional in- Interference filter is provided for reducing interfering light radiation.
  • the entire field of view of the device according to the invention which comprises an angular range of 120 ° parallel to the double line and an angular range of 16 ° perpendicular to the double line, consists of fifteen small (partial) visual fields 4.1 to 1.15, each with an opening angle of 8 ° have, and alternately on both sides of a plane running through the center of the lens and between the multi-element sensors along the double line, are arranged.
  • FIG. 4 shows how the device 5 according to the invention for occupancy level detection can be used in a public transport 6.
  • the direction-selective counting and switching device is installed in the middle above the doors in such a way that the accessible door area is in its field of vision. When passengers get on and off, they cross several fields of view of the device according to the invention and thereby trigger a counting process.
  • FIG. 5 shows a detector 7 consisting of a plurality of multi-element sensors in the form of a plurality of double lines which completely enclose an area as a visual field, so that it can be detected whether people or objects are entering or leaving the monitored area get this out.
  • a detector 7 consisting of a plurality of multi-element sensors in the form of a plurality of double lines which completely enclose an area as a visual field, so that it can be detected whether people or objects are entering or leaving the monitored area get this out.
  • Such an arrangement is suitable, for example, for controlling a light signal system.
  • FIG. 6 shows a pedestrian crossing 8, the light signal system 9 and the one from the field of view 10 that is not shown here.
  • provided device according to the invention enclosed pedestrian detection area 11.
  • the light signal system can be controlled so that it only shows "green” when pedestrians really want to cross the street at this point. In this way, the traffic can be made more fluid, since pedestrians no longer need green phases of the traffic light system.
  • FIG. 7 shows the flow of information in an exemplary embodiment of the device according to the invention.
  • the infrared radiation is imaged by an object plane 21 by means of a lens 22 onto the pyroelectric matrix 23 located in the focal plane.
  • a voltage signal is generated on the sensitive elements onto which heat radiation changes over time.
  • a multiplexer 25 converts the voltage applied to the individual elements into a serial signal sequence. This sequence of analog signals is converted at the A / D converter 26 into a digitized signal sequence.
  • a gray value pattern is then created in the signal processor 27 by means of software in accordance with the original pixel geometry. This pattern shows in which section of the detection area of the object plane a movement took place in a predetermined time window.
  • FIGS. 8a to d The grayscale pattern recorded, as is available in digitized form after the corresponding signal processing, is shown in FIGS. 8a to d.
  • the patterns shown in FIGS. 8a to d were different times in a time grid, which is adapted to the expected crossing of an object or a person through the detection area.
  • the timing is indicated by the direction of arrow t and corresponds to the order of the figure names.
  • the individual sensor elements of the matrix are designated by combinations of letters and numbers.
  • the patterns are stored in a correspondingly coded form in the memory of the signal processor.
  • the type of signal processing and memory organization depends on the type of processor used and therefore does not need to be described in more detail here, since it is evident from the corresponding system manuals.
  • the pattern analysis is carried out by comparing successive patterns.
  • the geometric size, the direction and the number of moving objects can be recognized depending on the application.
  • the invention has created a device which distinguishes, counts and / or triggers people and / or objects from one another and according to their directions of movement with high accuracy, is significantly smaller than known infrared motion detectors, can be manufactured inexpensively and can be installed without significant structural changes .
  • the embodiment of the invention is not limited to the preferred exemplary embodiment specified above. Rather, a number of variants are conceivable which make use of the solution shown, even in the case of fundamentally different types.

Description

Richtungsempfindliche Zähl- und Schaltvorrichtung
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art.
Richtungss.elektive Zähl- und Schaltvorrichtungen liefern werden zum Zählen von sich in unterschiedlichen Richtungen bewegenden oder bewegten Personen und/oder Objekten einge- setzt. Sie liefern eine zusätzliche Information, welche Aufschluß über die Bewegungsrichtungen der erfaßten Perso¬ nen und/oder Objekte gibt.
Nach dem Stand der Technik ist das Zählen und das Bestim¬ men der Richtung bewegter Personen/Objekte bisher fol¬ gendermaßen realisiert:
Bei der Verwendung von Lichtschranken werden mindestens jeweils zwei Strahlungssender und -empfänger an dem zu überwachenden Ort angebracht. Eine genaue Erfassung von bewegten Objekten/Personen ist nur möglich, wenn sie diese nacheinander durchqueren.
Bei der Verkehrsüberwachung wird häufig die Schleifentech¬ nik eingesetzt. Dafür werden Induktionsschleifen in allen Fahrbahnen verlegt. Nachteilig sind die hohen Installati¬ onskosten und die während der Verlegung ^er Induktions- schleifen auftretenden Verkehrsbeeinträchtigungen.
Für das zahlen- und richtungsgemäße Erfassen bewegter Ob¬ jekte sind auch Bildverarbeitungsgeräte geeignet. Da diese Geräte aber die Signale bewegter und unbewegter Objekte aufnehmen, ist der rechentechnische Aufwand zur Bildverar- beitung sehr hoch und die Geräte deswegen relativ teuer.
In der EP-PS 0 287 827 ist ein richtungsselektiver Pyrode- tektor beschrieben, der aus einem Sensor mit wenigstens zwei Sensorelementen für unterschiedliche Detektionsrich- tungen besteht und zur Detektion und Geschwindigkeits- messung sich bewegender Objekte eingesetzt wird. Da neben- einander fahrende Fahrzeuge nich einzeln aufgelöst werden, ist eine exakte Zählung hier aber nicht möglich.
Eine weitere - in der EP-PS 0 245 242 beschriebene Lösung - sieht vor, daß ein einem sphärisch-parabolisch geformten Spiegel mehrere pyroelektrische Sensorelemente angeordnet sind und somit bewegungs- und richtungsbhängiges Detektie- ren möglich wird. Nachteilig ist, daß sich nebeneinander bewegende Objekte nicht einzeln erfaßt werden, der kompli- zierte Spiegel für viele Anwendungsfälle zu teuer ist und der häufigen Forderung nach kleinen unauffälligen Meldean¬ lagen nicht entspricht.
Durch zwei sich gegenseitig zumindestens teilweise um- schließende Infrarotsensoren, die eine strahlungsempfind¬ liche Fläche entsprechend der Form des gewünschten Ge¬ sichtsfeldes aufweisen, läßt sich gemäß der DE-PS 3 407 462 beispielsweise ein Türöffner realisieren, der an der Tür vorbeigehende Personen nicht registriert und nur auf die Tür direkt zugehende Personen anspricht. Somit ist der Türöffner nur in einer Richtung richtungsselektiv.
Aus der DE-OS 32 25 264 ist ferner ein Infrarotbewegungs¬ melder bekannt, der die Beleuchtung von Fluren, Durch- gangsräumen usw. für eine vorgegebene Zeit einschaltet, wenn sich Personen durch den Erfassungsbereich des Bewe¬ gungsmelders bewegen. Die Anwendung dieser Lösung bei¬ spielsweise als Lichtschalter in Wohnungen ist nicht mög¬ lich, da zwar beim Eintreten einer Person in ein Zimmer die Beleuchtung in ihm eingeschaltet wird, diese sich aber nach Ablauf der vorgegebenen Zeit wieder ausschaltet, wenn sich die im Zimmer befindliche Person nicht weiter bewegt. Mit der in der DE-PS 36 23 792 beschriebenen Einrichtung ist durch Verwendung mehrerer Infraroteinzelsensoren, die in Durchgangsrichgung hintereinander und quer zur Durch¬ gangsrichtung nebeneinander angebracht sind, das Feststel- len der Personenzahl und -richtung innerhalb eines zu überwachenden Raumes oder einer Durchgangsschleuse mög¬ lich. Da die Einzelsensoren sehr große Gesichtsfelder besitzen, ist diese Vorrichtung in Fällen, wo nur sehr schmale oder sehr kleine Gesichtsfelder realisierbar sind, nicht einsetzbar. Außerdem läßt sich durch die Verwendung von Einzelsensoren diese Vorrichtung nicht miniaturi¬ sieren.
In öffentlichen Verkehrsmitteln wird das Fahrgastaufkommen vor allem durch Lichtschranken, Drucksensoren und empfind¬ liche Trittbretter analysiert.
Bei der Verwendung von Lichtschranken werden an den Türen der öffentlichen Verkehrsmittel jeweils 2 Strahlungssender und -empfänger installiert. Das aufeinanderfolgende Durch¬ queren beider Lichtschranken löst eine der Bewegungsrich¬ tung des Fahrgastes entsprechenden Zählvorgang aus. Da aber dicht nebeneinander gehende Personen nicht sicher einzeln erfaßt und von Fahrgästen mitgeführte Gegenstän- de, wie Regenschirme und Taschen, häufig mitgezählt wer¬ den, ist die genaue Bestimmung des Fahrgastaufkommens nicht möglich.
In Bussen ist die Verwendung von Drucksensoren an den Stoßdämpfern bekannt. Da aus dem Gewicht des Busses und der Passagiere deren Anzahl bestimmt wird, ist die Erfas- sung der Fahrgastanzahl nicht sehr genau. In Straßenbah¬ nen und Zügen können die Drucksensoren wegen des hohen Eigengewichts der Fahrzeuge nicht eingesetzt werden.
Aus der DE-OS 38 32 428 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden jedoch nicht ausschließlich bewegliche Objekte oder Perso¬ nen, sondern auch unbewegliche Ziele im Erfassungsbereich ausgewertet, so daß die Ergebnisse ungenau sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die Personen und/oder Objekte mit hoher Genauigkeit voneinander und nach ihren Bewegungsrichtungen unterscheidet, zählt und/oder Schaltvorgänge auslöst, die kostengünstig her¬ stellbar ist und unauffällig und ohne wesentliche bauliche Veränderungen installiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst.
Die Erfindung schließt die Erkenntnis ein, daß eine richtungssensitive Objekt- oder Personenerfassung dann mit großer Genauigkeit möglich ist, wenn Signale ausgewertet werden, welche lediglich Informationen über Änderungen im Erfassungsbereich beinhalten. Durch die Verwendung pyro- elektrischer Detektoren," besteht hier die vorteilhafte Mög¬ lichkeit mit einer wenige Sensorelemente aufweisenden Er- fassungsmatrix eine zuverlässig arbeitende richtungsabhän- gige Detektoreinrichtung zu schaffen. - 6 -
Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere vorteilhaft in öffentlichen Verkehrsmitteln auch bei hohem Fahrgastauf¬ kommen verwendbar.
Bevorzugt besteht die erfindungsgemäße Lösung aus einem passiven Infrarotdetektor, der aus mehreren pyroelektri- schen Elementen in Form einer oder mehrerer Doppelzeilen ausgebildet ist, hinter einer Sammellinse, wodurch das Ge¬ sichtsfeld der richtungsselektiven Zähl- und Schaltvor- richtung vor der Sammellinse, entsprechend der Anzahl, Geometrie und Anordnung der Mehrelementesensoren in mehre¬ re kleinere Gesichtsfelder unterteilt wird, und die Aus- werteschaltung einen Zähl- und/oder Schaltvorgang auslöst, wenn eine, auf die Bewegung von Personen und/oder Objekten im Gesichtsfeld der richtungsselektiven Zähl- und Schalt¬ vorrichtung deutende Signalfolge vorliegt. Die Mehrelemen¬ tesensoren stellen Strahlungsempfänger zur Aufnahme der von Personen und/oder Objekten emittierter?. Wärmestrahlung dar. Die pyroelektrischen Sensoren, können zudem kosten- günstig hergestellt und ohne zusätzliche Kühlung betrieben werden.
Die bevorzugte Verwendung einer Sammellinse ermöglicht die Fokussierung der einfallenden Wärmestrahlung auf die Mehr- ele entesensoren und außerdem die wesentliche Miniaturi¬ sierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu bekannten Geräten.
Durch die zentrische Anordnung einer Lochblende vor der Sammellinse werden der Einfall von flachen Strahlen und Streulicht auf die Linse sowie Totalreflexionen innerhalb der Linse vermieden. Die Gesichtsfelder der richtungsselektiven Zähl- und Schaltvorrichtung sind bevorzugt derart dimensioniert, daß zu detektierende Personen und/oder Objekte sicher erfaßt werden. Die an den Mehrelementesensoren auftretenden Si- gnale werden in den dazugehörigen Vorverstärkern vestärkt, in A/D-Wandler digitalisiert und in der Auswerteschaltung verarbeitet. Aus der Signalfolge unterschiedlichen Zeilen zugehörender Mehrelementesensoren wird die Bewegungsrich¬ tung der das Gesichtsfeld der richtungsselektiven Zähl-und Schaltvorrichtung durchquerenden Personen und/oder Objekte bestimmt.
Da zur Detektion einer Bewegung im Erfassungsbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine definierte Signalfolge vorliegen muß, sind Fehlfunktionen mit hoher Wahrschein¬ lichkeit auszuschließen. Die Verwendung eines Interferenz¬ filters vor der Sammellinse verhindert zudem, daß Stör¬ strahlung, wie beispielsweise Strahlung de«£ Sonne oder von Autoscheinwerfern, auf die Mehrelementesensoren fallen kann.
Anwendungen bestehen beispielsweise bei der Besetzungsgrad¬ erfassung in öffentlichen Verkehrsmitteln, bei der Ana¬ lyse von Verkehrsströmen, bei der Steuerung verschiedener Gebäudeeinrichtungen, als Türöffner und Personenzähler so¬ wie in der Anwendung bewegungsabhängiger Schalter.
Die Erfindung wird bevorzugt realisiert durch eine Anord¬ nung, bestehend aus einem pyroelektrischen Chip, mit min- destens einer Doppelzeile empfindlicher Elemente, einer analogen Signalvorverarbeitung, einer digitalen Signalver- arbeitung zur Mustererkennung und einem optisch abbilden¬ den System, beispielsweise einer Sammellinse.
Infolge des pyroelektrischen Sensorprinzips wird nur eine Bewegung von Objekten, wenn sie mit einem Wärmekontrast verbunden ist, detektiert. Damit kann der Ablauf einer Be¬ wegung einer Person mit einfachen Mitteln verfolgt werden. Für die in einem Signalprozessor ablaufende Musterer¬ kennung ist es bedeutsam, daß der konstante Hintergrund keine detektierbaren Signale liefert. Somit ist die Erfas¬ sung einer Bewegung einer Person oder eines bewegten Ob¬ jektes durch die Unterdrückung der Informationen über den Hintergrund im Unterschied zu einer herkömmlichen Videoka¬ mera stark vereinfacht. In der hier beschriebenen Erfin- d ng hat der Signalprozessor nur die Signale von bewegten Objekten, die über einen Wärmekontrast zur Umgebung verfü¬ gen in Form einer Musterfolge zu analysieren.
«^ Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Anordnung der Mehrelementesensoren eines Ausführungsbei- spiels in einer Doppelzeile,
Figur 2 -eine prinzipielle Schnittdarstellung des Ausfüh- rungsbeispiels mit den dazugehörigen Gesichtsfeldern, Figur 3 eine weitere prinzipielle Schnittdarstellung der Vorrichtung gemäß Figur 2 bei der die Ansicht um 90° ge¬ dreht dargestellt ist,
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für die Verwendung der er¬ findungsgemäßen Vorrichtung zur Besetzungsgraderfassung in öffentlichen Verkehrsmitteln in Frontalansicht,
Figur 5 eine weitere günstige Anordnung eines Ausführungs- beispiels eines Mehrelementesen sors in mehreren Doppel¬ zeilen,
Figur 6 ein Ausführungsbeispiel für die Verwendung der er¬ findungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung einer Lichtsi- gnalanlage an einem Fußgängerübergang,
Figur 7 ein Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung einschließlich Signal¬ verarbeitung sowie
Figur 8 eine schematische Darstellung der sich bei der Vorrichtung gemäß Figur 7 ergebenden Eingangssignale.
In Figur 1 ist der Detektor 1, bestehend aus fünfzehn wechselseitig in einer Doppelzeile angeordneten Mehrele¬ mentesensoren 1.1 bis 1.15, dargestellt. Jedem Mehrelemen- tesensor ist ein Gesichtsfeld zugeordnet. Die einzelnen Elemente sind als pyroelektrische Sensorelemente ausgebil¬ det und gegeneinander versetzt angeordnet. Jedes Sensore- lement erfaßt einen Teilbereich des Gesichtsfeldes und gibt ein Signal ab, wenn hier eine Änderung vorkommt. Auf diese Weise werden unbewegliche Objekte oder Personen schon bei der Erfassung ohne elektronischen Mehraufwand ausgeblendet. Es müssen lediglich die Ausgangssignale der einzelnen Sensorelmente getrennt verstärkt und nachverar¬ beitet werden. Die Geometrie und Anordnung der Mehrelemen¬ tesensoren entspricht der Geometrie und Anordnung der ge¬ wünschten Gesichtsfelder, wird aber auch wesentlich von der Form und dem Brechungsindex der Linse, und vom Abstand der Mehrelementesensoren zur Linse bestimmt.
Die Figuren 2 und 3 zeigen die Vorder- und Seitenansichten der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit ihrem Gesichtsfeld 4. Die Erfassungssektoren der einzelnen Sensoren sind strahlenförmig angeordnet. Die Anzahl der quer zur Durch- trittsrichtung angeordneten Sensoren ist dabei derart ge¬ wählt, daß der zu erfassende Bereich abgedeckt ist, hängt also von der Durchgangsbreite ab. In Durchtrittsrichtung sind dagegen nur wenige Sensoren (minimal Zwei) erforder¬ lich, da hier lediglich die zeitliche Folge der erfaßten Änderungen ausgewertet werden muß. (Vorverstärker, Multi- plexer, Analog/Digital-Wandler und Auswerteschaltung sind hier nicht dargestellt und werden weiter unten näher be¬ schrieben.
In der Brennebene einer halbkugelförmigen Linse 2 befindet sich der Detektor 1. Vor der planen Seite der Linse ist eine Lochblende 3 zentrisch angeordnet, die flache Strah¬ len und Streulicht von der Linse fernhält und das Auftre¬ ten -von Totalreflexionen in der Linse verhindert. (Bei ei- ner hier nicht dargestellten weiteren Ausführung der Er¬ findung ist im Bereich der Lochblende ein zusätzliches In- terferenzfilter zur Herabsetzung von störender Lichtein¬ strahlung vorgesehen. ) Das gesamte Gesichtsfeld der erfin¬ dungsgemäßen Vorrichtung, welches einen Winkelbereich von 120° parallel zur Doppelzeile und einen Winkelbereich von 16° senkrecht zur Doppelzeile umfaßt, besteht aus fünfzehn kleinen (Teil-)Gesichtsfeldern 4.1 bis 1.15, die jeweils einen Öffnungswinkel von 8° besitzen, und abwechselnd zu beiden Seiten einer durch den Linsenmittelpunkt und zwi¬ schen den Mehrelementesensoren längs der Doppelzeile ver- laufenden Ebene, angeordnet sind.
Figur 4 zeigt, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung 5 zur Besetzungsgraderfassung in einem öffentlichen Verkehrsmit¬ tel 6 eingesetzt werden kann.
Die richtungsselektive Zähl- und Schaltvorrichtung wird mittig oberhalb der Türen so installiert, daß sich der be¬ gehbare Türbereich in ihrem Gesichtsfeld^befindet. Beim Ein- bzw. Aussteigen von Passagieren durchqueren diese mehrere Gesichtsfelder der erfindungsgemäßen Vorrichtung und lösen dabei einen Zählvorgang aus.
In Figur 5 ist ein aus mehreren Mehrelementesensoren be¬ stehender Detektor 7 in Form mehrerer Doppelzeilen darge- stellt, die ein Gebiet als Gesichtsfeld vollständig um¬ schließen, so daß erfaßt werden kann, ob Personen oder Ge¬ genstände in das überwachte Gebiet hinein oder aus diesem heraus gelangen. Eine derartige Anordnung ist beispiels¬ weise zur Steuerung einer Lichtsignalanlage geeignet.
Figur 6 zeigt einen Fußgängerüberweg 8, die Lichtsignalan¬ lage 9 und den von dem Gesichtsfeld 10 der hier nicht dar- gestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung umschlossenen Fußgängererfassungsbereich 11. Durch die Verwendung der richtungsselektiven Zähl- und Schaltvorrichtung kann die Lichtsignalanlage so gesteuert werden, daß sie nur "grün" anzeigt, wenn wirklich Fußgänger an dieser Stelle die Straße überqueren wollen. Auf diese Weise kann der Vekehr flüssiger gestaltet werden, da nicht erforderliche Grün¬ phasen der Lichtsignalanlage für die Fußgänger entfallen.
In der Figur 7 ist der Informationsfluß bei einem Ausfüh¬ rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung darge¬ stellt. Die Infrarotstrahlung wird von einer Objektebene 21 mittels einer Linse 22 auf die sich in der Brennpunkte¬ bene befindliche pyroelektrische Matrix 23 abgebildet. An den empfindlichen Elementen, auf die sich zeitlich verän¬ dernde Wärmestrahlung fällt, entsteht ein Spannungssignal. Nach einer analogen Signalverstärkung 24 wandelt ein Mul- tiplexer 25 die an den einzelnen Elementen anliegende Spannung in eine serielle Signalfolge um. Diese Folge ana- loger Signale wird am A/D-Wandler 26 in eine digitalisier¬ te Signalfolge umgesetzt. Im Signalprozessor 27 wird dann mittels einer Software entsprechend der ursprünglichen Pi¬ xelgeometrie ein Grauwertmuster erstellt. Aus diesem Mu¬ ster geht hervor, in welchem Abschnitt des Erfassungsbe- reichs der Objektebene in einem vorbestimmten Zeitfenster eine Bewegung stattfand.
Das aufgenommene Grauwertmuster, wie es nach der entspre¬ chenden Signalverarbeitung in digitalisierter Form vorhan- den ist, ist in den Figuren 8a bis d dargestellt. Die in den Figuren 8a bis d wiedergegebenen Muster wurden zu un- terschiedlichen Zeiten in einem Zeitraster, welches dem zu erwartenden Durchqueren eines Objektes oder einer Person durch den Erfassungsbereich angepaßt ist, aufgenommen. Der Zeitablauf ist durch die Richtung des Pfeils t bezeichnet und entspricht der Reihenfolge der Figurenbezeichnungen.
Die einzelnen Sensorelemente der Matrix sind durch Kombi¬ nationen von Buchstaben und Ziffern bezeichnet. In dem Speicher des Signalprozessors werden die Muster in ent- sprechend codierter Form abgelegt. Die Art der Signalver¬ arbeitung und Speicherorganisation ist dabei von dem ver¬ wendeten Prozessortyp abhängig und braucht hier daher nicht näher beschrieben zu werden, da sie aus den entspre¬ chenden Systemhandbüchern hervorgeht.
Nach der Ablage der aufeinanderfolgenden Muster im Spei¬ cher erfolgt die Musteranalyse durch den Vergleich zeit¬ lich aufeinanderfolgender Muster. ^
Es ist ersichtlich, daß sich bei den Darstellungen gemäß Figuren 8a bis d ein Objekt von der Ecke AI in die Ecke D4 bewegt hat. Die Ermittlung von bewegten Objekten in nach ihrer Richtung erfolgt nun dadurch, daß die Signaldiffe¬ renzen in benachbarten Felder zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten im Zeitraster miteinander verglichen werden. Jede Signalzu- oder -abnähme die im Vergleich zu einem be¬ nachbarten Element zu einen späteren Zeitpunkt erfolgt werden als Bewegung des Elements in Richtung zu dem Ele¬ ment gewertet, bei dem die Änderung später eintrat (beispielsweise Elemente D2/D3 in den Figuren 8a und b) . Dabei erfolgt eine Mitteilung und Zusammenfassung für be- nachbarte Sensoren, in denen in zeitlicher Nachbarschaft Signaländerungen ermittelt wurden, so daß die Erfassung für das betreffende Objekt nur einen Registriervorgang in einem entsprechenden nachgeschalteten Zähler in Zuordnung zu der jeweiligen Richtung auslöst. Wenn also bei der Dar¬ stellung gemäß Figuren 8a bis 8d verschiedene kleinere Ob¬ jekte erfaßt werden, erfolgt eine Registrierung in unter¬ schiedlichen Zählern entsprechend der Bewegungsric tung. Dabei kann auch eine zusätzliche Klassifizierung nach der Ob ektgröße erfolgen.
Es ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung durch Verwendung von pyroelektrischen Sensorelementen le¬ diglich Signaländerungen - also bewegte Objekte - erkannt werden, während gleichzeitig im Erfassungsbereich befind¬ liche ruhende Objekte die SignalVerarbeitung nicht beein¬ flussen. Damit entfällt ein großer Teil von störenden Si¬ gnalen von vorn herein und braucht nichts in aufwendiger Weise im Rahmen einer Störbeseitigung eliminiert zu er- den.
Infolge des Mustervergleichs kann damit die geometrische Grosse, die Richtung und die Zahl der bewegten Objekte je nach Anwendungszweck erkannt werden.
Durch die Erfindung wurde eine Vorrichtung geschaffen, die Personen und/oder Objekte mit hoher Genauigkeit voneinan¬ der und nach ihren Bewegungsrichtungen unterscheidet, zählt und/oder Schaltvorgänge auslöst, wesentlich kleiner als bekannte Infrarotbewegungsmelder ist, kostengünstig hergestellt und ohne wesentliche bauliche Veränderungen installiert werden kann. Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbei- spiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht.

Claims

A n s p r ü c h e
1. Richtungsempfindliche Zähl- und Schaltvorrichtung, bestehend aus einer Optik, mit einem passiven Infrarot- Detektor, der als Mehrelementesensor ausgebildet ist, einem Vorverstärker und einer nachgeschalteten Auswerteschal¬ tung, welche aus der Folge der von den Elementen abgegebe¬ nen Signale einen Zähl- oder Schaltvorgang auslöst, der eine Information über die Bewegungsrichtung der betreffen¬ den Person enthält,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß die Sensorelemente des Mehrelementesensors in Form einer oder mehrerer Doppelzeilen angeordnet sind,
- daß der Detektor hinter einer Sammel__ _nse angeordnet ist, und
- daß die Auswerteschaltung einen Zähl- und/oder Schalt¬ vorgang nur dann auslöst, wenn eine Signalfolge vorliegt, die auf eine gerichtete Bewegung einer Personen und/oder eines Objekts im Erfassungsbereich des Detektors schlies- sen läßt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß im Strahlengang vor der Sammellinse eine Lochblende vorgesehen ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Strahlengang vor der Sammellinse ein Interferenzfilter vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sammellinse aus Kunststoff besteht.
5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sammellinse als Fresnel-Linse ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, d a d u r c h g e k e n n z e i c h-n e t , daß die Sensorelemente aus pyroelektrischem Material bestehen.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwei be¬ nachbarte Sensorelemente, die unterschiedlichen Zeilen an- gehören, eine gemeinsame Rückelektrode besitzen.
8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dop- pelzeilen bildenden Sensorelemente derart angeordnet sind, daß ihre Erfassungsbereiche einen vorgegebenen geometri¬ schen Bereich ganz oder teilweise umschließen.
9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß jedes Sensorelement eine separate Zuleitung aufweist und elek¬ trisch getrennt angeschlossen ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß jedem Sensorelement ein se¬ parater Verstärker nachgeschaltet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Verstärker in einer integrierten Baugruppe zusammengefaßt sind.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Aus- werteschaltung bei zeitlich versetztem Auftreten von Aus- gangssignalen im wesentlichen benachbarter Sensorelemente des Mehrelementesensors ein richtungsabhängiges Zählsignal zur Registrierung des Passierens einer Person bzw. eines Objekts abgibt.
13. Vorrichtung nach 'Anspruch 12, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Auswerteschaltung beim zeitlichen Aufeinanderfolgen von gleichsinnig zeitlich versetzten Auftreten von Ausgangssignalen im wesentlichen benachbarter Sensorelement des Mehrelementesensors inner- halb eines vorgegebenen Zeitfensters nur ein einziges richtungsabhängiges Zählsignal zur Registrierung des Pas- sierens einer Person bzw. eines Objekts abgibt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß die Auswerteschaltung eine Mustererkennungsschaltung aufweist, welche aus einer in einem Zeitraster aufgenommenen, ein Muster bildenden Si- gnalfolge, die aus den Ausgangssignalen der einzelnen Sen- sorelemente des Mehrelementesensors besteht, ein rich¬ tungsabhängiges Zählsignal zur Registrierung des Passie- rens einer Person oder eines Objekts abgibt.
15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Sam¬ mellinse (2) als Plankonvexlinse ausgebildet ist, deren plane Fläche die Fortsetzung der Außenfläche eines die Bauelemente umschließenden Gehäuses (5) bildet.
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