JP2022120005A - 深度感知コンピュータビジョンシステム - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2018年8月30日に出願された米国仮特許出願第62/724,941号に対する優先権およびその利益を主張し、参照によりその全体を本明細書に援用する。
本発明の分野は、概して、人間と機械類とが相互作用するまたは近接する産業環境の監視に関し、特に、監視される作業空間内の不安全条件を検出するためのシステムおよび方法に関する。
産業機械類は、多くの場合、人間にとって危険である。ある機械類は、完全にシャットダウンされない限り、危険である一方で、他の機械類は、種々の動作状態を有し得、種々の動作状態のうちのいくつかは、危険であり、種々の動作状態のうちのいくつかは、そうではない。ある場合には、危険度は、機械類に対する人間の場所または距離に依存し得る。その結果、多くの「防護」アプローチが、人間および機械を分離し、機械類が人間に害を及ぼすことを防止するために開発されている。1つの非常に単純かつ一般的タイプの防護は、単に、機械類を安全状態に置くことをケージのドアの開放が電気回路に行わせるように構成される機械類を囲繞するケージである。ドアが、機械類から十分に離れて設置され、機械類がシャットダウンされる前に人間が機械類に到達することができないことを確実にする場合、これは、人間が、機械類の動作中、機械類に決して接近することができないことを確実にする。当然ながら、これは、人間と機械との間の全ての相互作用を防止し、作業空間の使用を著しく制約する。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目1)
画像処理システムであって、
第1および第2の3Dセンサであって、各々、前記センサの視野内のオブジェクトまでの距離を示すピクセル毎値の出力アレイを生成するためのものであり、前記第1および第2の3Dセンサの視野は、別個の光学経路に沿って重複する、第1および第2の3Dセンサと、
各3Dセンサから、複数の順次取得された出力アレイを単一の結果として生じる出力アレイに組み合わせるための少なくとも1つのプロセッサと、
少なくとも1つのプロセッサによって実行可能である第1および第2の深度計算エンジンであって、それぞれ、前記第1および第2の3Dセンサから生じる、連続した結果として生じる出力アレイを、深度値のピクセル毎アレイに処理するためのものであり、前記深度計算エンジンは、以前の結果として生じる出力アレイの処理の完了に先立って、新しい結果として生じる出力アレイの処理を開始するように、パイプライン方式で動作する、深度計算エンジンと、
前記少なくとも1つのプロセッサによって実行可能である比較ユニットであって、(i)前記第1および第2の3Dセンサから実質的に同時に生じる、対応する処理された結果として生じる出力アレイ間の深度のピクセル毎差異を検出し、(ii)深度の前記検出された差異が合計して雑音メトリックを超える場合、アラート信号を生成するためのものである、比較ユニットと
を備える、システム。
(項目2)
前記3Dセンサは、飛行時間(ToF)センサである、項目1に記載のシステム。
(項目3)
前記第1および第2の深度計算エンジンおよび前記比較ユニットは、フィールドプログラマブルゲートアレイによって実行される、項目1に記載のシステム。
(項目4)
少なくとも1つの温度センサをさらに備え、前記3Dセンサは、前記少なくとも1つの温度センサに応答して、それに従って、その個別の出力アレイを修正する、項目1に記載のシステム。
(項目5)
少なくとも1つの湿度センサをさらに備え、前記3Dセンサは、前記少なくとも1つの湿度センサに応答して、それに従って、その個別の出力アレイを修正する、項目1に記載のシステム。
(項目6)
前記複数の順次取得された出力アレイは、無照明下で前記3Dセンサによって捕捉された暗フレームを使用して、単一出力アレイに組み合わせられる、項目1に記載のシステム。
(項目7)
前記ピクセル毎値の出力アレイはまた、前記センサの視野内のオブジェクトまでの推定される距離を示す値毎の光学強度値を含み、前記深度計算エンジンは、前記関連付けられる光学強度値に少なくとも部分的に基づいて、前記深度値毎に、誤差メトリックを計算する、項目1に記載のシステム。
(項目8)
前記誤差メトリックは、センサ雑音、暗フレームデータ、周囲光、または温度のうちの少なくとも1つにさらに基づく、項目7に記載のシステム。
(項目9)
前記システムの総累積動作時間を記憶するためのタイマをさらに備え、前記タイマは、所定の総累積動作時間を超えると、アラートを発するように構成される、項目1に記載のシステム。
(項目10)
前記深度計算エンジンの各々は、パイプライン方式で動作し、それによって、複数の計算処理ステップの各々の実行後、最も古い結果として生じる出力アレイの処理は、完了され、最も新しい結果として生じる出力アレイの処理が、開始される、項目1に記載のシステム。
(項目11)
前記システムの全ての電圧レールの過電圧/電圧不足を監視し、障害条件の検出に応じてシステム電力を中断するための電圧モニタをさらに備える、項目1に記載のシステム。
(項目12)
画像処理システムであって、
複数の3Dセンサであって、各々、(i)前記センサの視野を照明し、(ii)前記照明された視野内のオブジェクトまでの距離を示すピクセル毎値の出力アレイを生成するためのものである、複数の3Dセンサと、
(i)他の3Dセンサがその視野を照明する間、順次、前記3Dセンサの各々に、出力アレイを生成させ、(ii)前記生成された出力アレイから干渉行列を作成するための較正ユニットであって、前記干渉行列は、前記3Dセンサ毎に、それと同時にアクティブである他の3Dセンサによる干渉度を示す、較正ユニットと
を備える、システム。
(項目13)
前記干渉行列に従って前記3Dセンサを動作させるためのプロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、前記3Dセンサのうちの1つの動作中、1つ以上の他の3Dセンサの同時動作を抑制する、項目12に記載のシステム。
(項目14)
前記干渉行列に従って前記3Dセンサを動作させるためのプロセッサをさらに備え、前記プロセッサは、1つ以上の他の3Dセンサの同時動作中、前記センサのうちの1つによって取得される前記値の補正を生じさせる、項目12に記載のシステム。
(項目15)
干渉を伴うことなく前記3Dセンサを個々に動作させるための外部同期をさらに備える、項目12に記載のシステム。
(項目16)
前記システムの総累積動作時間を記憶するためのタイマをさらに備え、前記較正ユニットは、前記総累積動作時間に応答して、それに基づいて、距離を示す前記ピクセル毎値を調節するように構成される、項目12に記載のシステム。
(項目17)
少なくとも1つの温度センサをさらに備え、前記較正ユニットは、前記少なくとも1つの温度センサに応答して、それに基づいて、距離を示す前記ピクセル毎値を調節するように構成される、項目12に記載のシステム。
(項目18)
少なくとも1つの湿度センサをさらに備え、前記較正ユニットは、前記少なくとも1つの湿度センサに応答して、それに基づいて、距離を示す前記ピクセル毎値を調節するように構成される、項目12に記載のシステム。
(項目19)
前記システムの全ての電圧レールの過電圧/電圧不足を監視し、障害条件の検出に応じてシステム電力を中断するための電圧モニタをさらに備える、項目12に記載のシステム。
(項目20)
画像処理システムであって、
ピクセル毎値の出力アレイを生成するための少なくとも1つの3Dセンサであって、前記値は、光学強度値および前記センサの視野内のオブジェクトまでの推定される距離を示す値を含む、少なくとも1つの3Dセンサと、
プロセッサと、
前記プロセッサによって実行可能である深度計算エンジンであって、前記深度計算エンジンは、前記少なくとも1つの3Dセンサから生じる連続した結果として生じる出力アレイを深度値のピクセル毎アレイに処理するためのものであり、前記深度値の各々は、前記関連付けられる強度値に少なくとも部分的に基づいて、関連付けられる誤差メトリックを有する、深度計算エンジンと
を備える、システム。
(項目21)
前記誤差メトリックは、センサ雑音、暗フレームデータ、周囲光、または温度のうちの少なくとも1つにさらに基づく、項目20に記載のシステム。
(項目22)
機械を安全移動域内で動作させるためのコントローラをさらに備え、前記安全移動域は、前記少なくとも1つのセンサによって感知されかつ前記機械に近接する人物に対応するピクセルの前記誤差メトリックに少なくとも部分的に基づいて判定される体積を有する、項目20に記載のシステム。
(項目23)
前記システムの全ての電圧レールの過電圧/電圧不足を監視し、障害条件の検出に応じてシステム電力を中断するための電圧モニタをさらに備える、項目20に記載のシステム。
(項目24)
3D空間およびその中のオブジェクトのデジタル表現を生成し、前記表現内の異常を検出する方法であって、前記方法は、
第1および第2の3Dセンサを前記空間内にまたは前記空間に近接して配置するステップと、
前記センサの各々に、前記3D空間内および前記センサの視野内のオブジェクトまでの距離を示すピクセル毎値の出力アレイを生成させるステップであって、前記第1および第2の3Dセンサの視野は、別個の光学経路に沿って重複する、ステップと、
各3Dセンサから、複数の順次取得された出力アレイを単一の結果として生じる出力アレイに計算的に組み合わせるステップと、
パイプライン方式において、それぞれ前記第1および第2の3Dセンサから生じる、連続した結果として生じる出力アレイを、深度値のピクセル毎アレイに計算的に処理するステップと、
前記第1および第2の3Dセンサから実質的に同時に生じる、対応する処理された結果として生じる出力アレイ間の深度のピクセル毎差異を検出するステップと、
深度の前記検出された差異が合計して雑音メトリックを超える場合、アラート信号を生成するステップと
を含む、方法。
(項目25)
前記3Dセンサは、飛行時間(ToF)センサである、項目24に記載の方法。
(項目26)
少なくとも1つの温度センサを提供し、前記少なくとも1つの温度センサの出力に応答して、前記出力アレイを修正させるステップをさらに含む、項目24に記載の方法。
(項目27)
少なくとも1つの湿度センサに提供し、前記少なくとも1つの湿度センサの出力に応答して、前記出力アレイを修正させるステップをさらに含む、項目24に記載の方法。
(項目28)
前記複数の順次取得された出力アレイは、無照明下で前記3Dセンサによって捕捉された暗フレームを使用して、単一の結果として生じる出力アレイに組み合わせられる、項目24に記載の方法。
(項目29)
前記ピクセル毎値の出力アレイはまた、センサのセンサ視野内のオブジェクトまでの推定される距離を示す値毎の光学強度値を含み、前記関連付けられる光学強度値に少なくとも部分的に基づいて、前記深度値毎に、誤差メトリックを計算するステップをさらに含む、項目24に記載の方法。
(項目30)
前記誤差メトリックは、センサ雑音、暗フレームデータ、周囲光、または温度のうちの少なくとも1つにさらに基づく、項目29に記載の方法。
(項目31)
前記システムの総累積動作時間を記憶するステップと、所定の総累積動作時間を超えると、アラートを発するステップとをさらに含む、項目24に記載の方法。
(項目32)
複数の計算処理ステップの各々の実行後、最も古い結果として生じる出力アレイの処理は、完了され、最も新しい結果として生じる出力アレイの処理が、開始される、項目24に記載の方法。
(項目33)
3D深度感知のためにセンサアレイを較正する方法であって、前記方法は、
複数の3Dセンサを提供するステップであって、前記複数の3Dセンサは、各々、(i)前記センサの視野を照明し、(ii)前記照明された視野内のオブジェクトまでの距離を示すピクセル毎値の出力アレイを生成するためのものである、ステップと、
他の3Dセンサがその視野を照明する間、順次、前記3Dセンサの各々に出力アレイを生成させるステップと、
前記生成された出力アレイから干渉行列を作成するステップであって、前記干渉行列は、前記3Dセンサ毎に、それと同時にアクティブである他の3Dセンサによる干渉度を示す、ステップと
を含む、方法。
(項目34)
前記干渉行列に従って前記3Dセンサを動作させ、前記3Dセンサのうちの1つの動作中、1つ以上の他の3Dセンサの同時動作を抑制するステップをさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目35)
前記干渉行列に従って前記3Dセンサを動作させ、1つ以上の他の3Dセンサの同時動作中、前記センサのうちの1つによって取得される前記値の補正を生じさせるステップをさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目36)
干渉を伴うことなく個々に動作させるように、前記3Dセンサを外部から同期させるステップをさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目37)
前記システムの総累積動作時間を記憶し、それに基づいて、前記ピクセル毎値を調節するステップをさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目38)
温度を感知し、それに基づいて、前記ピクセル毎値を調節するステップをさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目39)
湿度を感知し、それに基づいて、前記ピクセル毎値を調節するステップをさらに含む、項目33に記載の方法。
(項目40)
3D空間およびその中のオブジェクトのデジタル表現を生成する方法であって、前記方法は、
ピクセル毎値の出力アレイを生成するための少なくとも1つの3Dセンサを提供するステップであって、前記値は、光学強度値および前記センサの視野内のオブジェクトまでの推定される距離を示す値を含む、ステップと、
前記少なくとも1つの3Dセンサから生じる連続出力アレイを深度値のピクセル毎アレイに処理するステップであって、前記深度値の各々は、前記関連付けられる強度値に少なくとも部分的に基づいて、関連付けられる誤差メトリックを有する、ステップと
を含む、方法。
(項目41)
前記誤差メトリックは、センサ雑音、暗フレームデータ、周囲光、または温度のうちの少なくとも1つにさらに基づく、項目40に記載の方法。
(項目42)
安全移動域内で機械を動作させるステップをさらに含み、前記安全移動域は、前記少なくとも1つのセンサによって感知されかつ前記機械に近接する人物に対応するピクセルの前記誤差メトリックに少なくとも部分的に基づいて判定される体積を有する、項目40に記載の方法。
続く議論は、ToFカメラを伴う実施形態を説明するが、本発明は、場面を記録して深度情報を(典型的には、ピクセル毎に)記録された場面に割り当てることが可能である任意の形態の3Dセンサを利用してもよいことを理解されたい。機能的に、3Dカメラは、外部ハードウェアおよびソフトウェアによって使用され、オブジェクトを作業セル内で分類し、機械類のための制御信号を生成し得る深度マップまたは点群を生成する。
ToFカメラにおける較正モジュール242(便宜上、システム200の一部として示されるが、より典型的には、例えば、独立型コンポーネントとして外部から実装される)によって実施され、カメラに特有の温度および光学歪曲を含む構造化された雑音効果を補正する。サブフレーム予期背景画像等の他のメタデータもまた、捕捉されてもよく、これは、カメラ測定安定性のリアルタイム監視のために使用されてもよい。各カメラ100は、無照明下でカメラによって捕捉された暗レベルを含む照明周波数および照明レベルを変動させることによって、露光をフレームまたはサブフレームトリガすることができる。外部サブフレーム外部同期150を通して、複数の3D ToFカメラが、異なる周波数および照明レベルでトリガされ、作業セル内の全ての3D ToFカメラの干渉を最小限にし、待ち時間を短縮することができる。(一度に1つのみが場面を照明することを確実にするために)カメラの全体的タイミングを制御するマスタを有することによって、全てのカメラの間の待ち時間は、短縮され、入手周波数は、増加されることができる。
Claims (7)
- 画像処理システムであって、
ピクセル毎値の出力アレイを生成するための少なくとも1つの3Dセンサであって、前記値は、光学強度値および前記センサの視野内のオブジェクトまでの推定される距離を示す値を含む、少なくとも1つの3Dセンサと、
プロセッサと、
前記プロセッサによって実行可能である深度計算エンジンであって、前記深度計算エンジンは、前記少なくとも1つの3Dセンサから生じる連続した結果として生じる出力アレイを深度値のピクセル毎アレイに処理するためのものであり、前記深度値の各々は、前記光学強度値に少なくとも部分的に基づいて、関連付けられる誤差メトリックを有する、深度計算エンジンと
を備える、システム。 - 前記誤差メトリックは、センサ雑音、暗フレームデータ、周囲光、または温度のうちの少なくとも1つにさらに基づく、請求項1に記載のシステム。
- 機械を安全移動域内で動作させるためのコントローラをさらに備え、前記安全移動域は、前記少なくとも1つのセンサによって感知されかつ前記機械に近接する人物に対応するピクセルの前記誤差メトリックに少なくとも部分的に基づいて判定される体積を有する、請求項1に記載のシステム。
- 前記システムの全ての電圧レールの過電圧/電圧不足を監視し、障害条件の検出に応じてシステム電力を中断するための電圧モニタをさらに備える、請求項1に記載のシステム。
- 3D空間およびその中のオブジェクトのデジタル表現を生成する方法であって、前記方法は、
ピクセル毎値の出力アレイを生成するための少なくとも1つの3Dセンサを提供するステップであって、前記値は、光学強度値および前記センサの視野内のオブジェクトまでの推定される距離を示す値を含む、ステップと、
前記少なくとも1つの3Dセンサから生じる連続出力アレイを深度値のピクセル毎アレイに処理するステップであって、前記深度値の各々は、前記光学強度値に少なくとも部分的に基づいて、関連付けられる誤差メトリックを有する、ステップと
を含む、方法。 - 前記誤差メトリックは、センサ雑音、暗フレームデータ、周囲光、または温度のうちの少なくとも1つにさらに基づく、請求項5に記載の方法。
- 安全移動域内で機械を動作させるステップをさらに含み、前記安全移動域は、前記少なくとも1つのセンサによって感知されかつ前記機械に近接する人物に対応するピクセルの前記誤差メトリックに少なくとも部分的に基づいて判定される体積を有する、請求項5に記載の方法。
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