JP5154430B2 - 空間領域モニター装置および方法 - Google Patents
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Description
光障壁および光グリッドは長い間公知であり、自動運転ロボット、プレスライン、コンベヤーベルト等の自動運転設備の危険領域を保護するために、機械障壁と同様、しばしば用いられてきた。光障壁および光グリッドは、保護されるべき設備の前に「光フェンス」を形成する。誰かが光フェンスを通過すれば、このことは、評価ユニットによって検出され、制御ユニットに信号で知らされる。制御ユニットは、次に、保護された設備をシャットダウンする、または該設備を何か他の方法で安全状態にする等、安全機能を起動する。さらに、警告メッセージ、警告信号等を起動してもよい。
下記特許文献4は、三次元距離画像を記録するための方法および装置を開示している。この場合、画像記録ユニットは、空間領域に向けられている。空間領域は、所定の持続時間を有する少なくとも一つの光パルスによって照明される。空間領域に配置される物体は、光パルスを画像記録ユニットに反射する。異なる伝搬時間によって、反射される光パルスの異なる強度がもたらされ、物体に関する距離値は、これらの強度から決定される。次に、公知の参照距離値を、さらなる物体が空間領域に入ったかどうかを判定するために用いることができる。しかしながら、本装置および方法は、距離値の決定が、検出することができない誤差を受けることもあるので、自動運転設備を保護するのに好適ではない。
少なくとも一つの第1および一つの第2画像は、間違った距離値を識別するために、記録され互いに比較される。
例えば画像センサまたは画像記録ユニットにおける「画像」という用語は、人間の目による認識をただ意味するものとして解釈すべきでない。画像センサの例に基づいて、これは、画像センサが、単に強度(明るさ)を検出しグレースケール値を出すのではなく、距離情報または伝搬時間情報を検出することを意味しており、その結果、この情報に基づく画像(距離画像、伝搬時間画像)が生じる。
空間領域点について、一致している距離値が全く得られなかったなら、このことは、伝搬時間に基づく距離測定における曖昧性の結果、または機能不全の結果である可能性がある。本改良形態は、有利には、設備の不必要なシャットダウンを防ぐために、互いに異なる距離値の理由を見出し、曖昧性から生じるいかなる不一致をも解決するよう試みる。したがって、本改良形態には、モニターされた設備が、等しく安全にまたはより安全に、より生産的に動作することができるという利点がある。
異なる変調周波数によって、異なる非曖昧性範囲がもたらされる。変調周波数が、結果として生じる非曖昧性範囲が整数比で互いに関連しないように選択されるなら、潜在的曖昧性を容易に解決することができる。第1変調周波数は、好ましくは、10MHzと20MHzとの間で、好ましくは13MHzと17MHzとの間で、特に約15MHzで選択される。第2変調周波数は、好ましくは、8MHzと18MHzとの間で、好ましくは11MHzと15MHzとの間で、特に約13MHzで選択される。
これにより、第1および第2画像を同時に記録することができ、より高い処理速度を達成することができる。さらに、そのような改良により、三角測量法を用いた第2画像に基づく距離決定が可能になり、それによって伝搬時間測定における曖昧性を、非常に確実に識別し解決することができるようになる。
本改良形態では、二つの画像記録ユニット間に規定の幾何学的関係があり、その結果二つの画像、具体的には画像において表される空間領域点を、互いにうまく関連づけることができる。これにより、第2距離値を、考慮中の空間点について比較的容易に決定することができるようになる。本改良形態は、異なる測定アプローチのために、特に良好なフェールセーフ性を提供する。
この構成では、両方の画像記録ユニットは、モニターされるべき空間領域の同じ視点(viewing point)および同じ視方向(viewing direction )を有する。結果として、各空間領域点は、第1画像および第2画像において同じ位置で撮像される。したがって、第1および第2画像における空間領域点の相互関係は、特に単純である。さらに、陰影効果が避けられ、すなわち両方の画像記録ユニットは、モニターされている全空間領域を見ることができる。
第1画素と第2画素との相互関係を検査する一つの簡単な考えられる方法は、二つの画素のグレースケール値を比較することである。この場合、一つのかつ同じ空間領域点が、第1画像および第2画像の両方において同じグレースケール値で(ある許容差内で)作成されると推定される。
図1では、本発明による装置の例示的な実施形態は、全体として参照番号10で表記される。
装置10は、センサ部12、試験装置15を含む評価ユニット14、制御ユニット16、および接続ユニット18を備える。センサ部12は、照明装置20、第1画像記録ユニット22、および第2画像記録ユニット24を有する。第1画像記録ユニット22は、第1画像センサ26を備え、第2画像記録ユニット24は、第2画像センサ28を備え、各画像センサ26,28は、互いに対してマトリックス状に配置される複数の画素を有する。さらに、各画像記録ユニットは、光学有効範囲を画定する撮像光学素子を有する。第1および第2画像記録ユニット22,24の二つの有効範囲は、一点鎖線で示し、二つの画像記録ユニットの個々の有効範囲の重複から生じる共通有効範囲30は、二点鎖線で記号的に表される。物体32は、共通有効範囲30内に配置され、その物理範囲のため、典型的に画像センサ26,28の複数の画素上に撮像される。本発明による方法の説明を簡略化するために、以下の本文では、物体32上の一つの空間領域点34だけを考慮する。
さらなる例示的な実施形態を、図5に示す。ここに示すセンサ部12は、照明装置20、第1画像記録ユニット22、および第2画像記録ユニット24を有する。この場合の照明装置20は、第1光源46および第2光源48を備え、それぞれ発せられた光は、異なる波長である。センサ部12はまた、ビームスプリッタ50を有する。第1光学フィルター素子52および第2光学フィルター素子54はまた、それぞれ画像記録ユニット22,24に配置される。フィルター素子52,54の通過周波数は、この場合、第1画像記録ユニット22が、第1光源46から発せられ反射される光を主として受け、一方、第2画像記録ユニット24が、第2光源48から発せられ反射される光を主として受けるように設計される。完全を期すために、レンズ56も示す。これは、本例示的な実施形態において、異なる変調周波数を持つ異なる波長の二つのカメラおよび二つの光源も用いられている配置である。ビームスプリッタ50は、二つの画像記録ユニット22,24間で入射光信号を分割する。光学フィルター素子52,54は、それぞれの他の画像記録ユニット24,22について、光信号を遮断する。本例示的な実施形態により、そこで同じ空間領域点34が撮像される第1および第2画像記録ユニット22,24の画素を直接関連させることができる。さらに、第1および第2距離値dM,dHを、直接互いに比較することができる。潜在的曖昧性を、異なる変調周波数に基づいて解決することができる。そのうえ、両方のカメラが同じレンズ56を通して見るので、陰影効果がない。
Claims (11)
- 空間領域(30)をモニターするための、自動運転設備の危険領域を保護するための装置であって、
光信号(35)を前記空間領域(30)中に少なくとも一時的に発する照明装置(20;46,48)と、前記空間領域(30)の少なくとも一つの第1画像を記録するための第1画像記録ユニット(22)と、前記空間領域(30)の第2画像を記録するための第2画像記録ユニット(24)と、伝搬時間測定を用いて前記少なくとも一つの第1画像に基づいて複数の空間領域点(34)のうち少なくとも一つについて距離値(dM )を決定するように設計された評価ユニット(14)と、前記距離値(dM )に応じて安全機能を起動する制御ユニット(16)とを備え、
前記第1、第2画像記録ユニット(22,24)は、前記空間領域点(34)を撮像するための複数の画素を有する画像センサ(26,28)をそれぞれ備え、
前記少なくとも一つの第1画像と前記第2画像とを互いに比較し、前記第1、第2画像記録ユニット(22,24)の光学幾何学的関係および三角測量に基づいて、伝搬時間測定の非曖昧性範囲の限界に起因する間違った距離値(dM)を識別するように設計された試験装置(15)をさらに備えることを特徴とする装置。 - 前記試験装置(15)は、前記空間領域点(34)を前記非曖昧性範囲に相当する距離だけさらに遠く移動させときに、距離の一致が見られるかどうかを検査することにより、間違った距離値(dM )を補正することを特徴とする、請求項1に記載の装置。
- 前記試験装置(15)は、不具合信号を発生するように設計されていることを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載の装置。
- 前記光信号(35)を、第1変調周波数で、かつ前記第1変調周波数と異なる少なくとも一つの第2変調周波数で変調するように設計される変調装置を備えることを特徴とする、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の装置。
- 前記第1および前記第2画像記録ユニット(22,24)が、特に立体画像を作成するために、互いに平行に配置され、かつ規定のベース幅(b)だけ間隔があけられていることを特徴とする、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の装置。
- 前記第1および前記第2画像記録ユニット(22,24)は、立体画像を作成するために配置されていることを特徴とする、請求項5に記載の装置。
- 自動運転設備の危険領域を保護するため、空間領域をモニターする方法であって、
照明装置(20;46,48)によって、光信号を前記空間領域中に少なくとも一時的に発し、
複数の画素を有する第1画像センサ(26)を備える第1画像記録ユニット(22)によって、前記空間領域の第1画像を記録し、
複数の画素を有する第2画像センサ(26)を備える第2画像記録ユニット(22)によって、前記空間領域の第2画像を記録し、
前記空間領域に配置される少なくとも一つの空間領域点(34)の距離値(dM )を、前記第1画像に基づいて伝搬時間測定を用いて決定し、
安全機能を、前記距離値(dM )に応じて起動し、
前記第1画像および前第2画像は、前記第1、第2画像記録ユニット(22,24)の光学幾何学的関係および三角測量に基づいて比較され、その結果、伝搬時間測定の非曖昧性範囲に起因する間違った距離値(dM )が識別されることを特徴とする方法。 - 間違った距離値(dM )が識別された場合に、前記空間領域点(34)を前記非曖昧性範囲に相当する距離だけさらに遠く移動させときに、距離の一致が見られるかどうかを検査することにより、補正された距離値(dM)が決定されることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 前記第1画像は、第1変調周波数で光を発すると記録され、前記第2画像は、第2変調周波数で光を発すると記録されることを特徴とする、請求項7または請求項8に記載の方法。
- 前記第1画像は、第1画像記録ユニット(22)によって記録され、前記第2画像は、第2画像記録ユニット(24)によって記録されることを特徴とする、請求項7〜請求項9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記第1画像記録ユニット(22)の第1画素および前記第2画像記録ユニット(24)の第2画素について、グレースケール値が記録され比較されることを特徴とする、請求項7〜請求項10のいずれか1項に記載の方法。
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