JP6043782B2 - レーザスキャナを設定する方法、及びそのための設定オブジェクト - Google Patents

Description

本発明は、レーザスキャナを設定する方法、並びに、この方法のための設定オブジェクトに関する。

高価な物体、例えば美術館の美術品を、レーザスキャナの助けを借りて保護することが知られている。このような通常のレーザスキャナは、図６に略断面図で示しており、例えばDE 43 40 756 A1に記載されている。個々の光パルスを有する、光送信器１２、例えばレーザにより生成された光ビーム１４が、光偏向ユニット１６ａ‐ｂを介して監視平面１８へと偏向され、そこで、存在する可能性のある物体から戻される。戻された光２０は、偏向ユニット１６ｂ並びに受信光学系２２を介してレーザスキャナ１０に帰着し、そこで、光受信器２４、例えばフォトダイオードにより検出される。

光偏向ユニット１６ｂは、一般的には、モータ２６の駆動を通して連続的に回転する回転式ミラーとして構成される。光偏向ユニット１６ｂのそれぞれの角位置が、エンコーダ２８を介して検出される。こうして、光送信器１２により生成された光ビーム１４は、回転運動により生成された監視平面１８を走査する。光受信器２４により受信された反射光信号２０が監視平面１８から受信されると、監視平面１８内の物体の角位置を、偏向ユニット１６ｂの角位置からエンコーダ２８により求めることができる。

更に、個々のレーザ光パルスの送信から、監視平面１８内の物体にて反射した後、受信までの伝搬時間が求められる。この伝搬時間から、物体のレーザスキャナ１０からの距離に関する決定が光速を使用して行われる。この評価は、光送信器１２、光受信器２４、モータ２６、及びエンコーダ２８にこの目的で接続された評価ユニット３０にて行われる。こうして、監視平面１８内の全ての物体の二次元極座標が、角度及び距離を介して利用可能となる。物体の位置に関するこの情報は、インタフェース３２を介して出力することができる。

このようなレーザスキャナの助けを借りて、絵画、例えば高価な絵画の前に、監視平面によりある種の仮想カーテンが展開され、誰かがこの絵画に許容できないやり方で過度に接近すると警報器がトリガされる。

正しい領域、つまり保護されるべき絵画が掛かっている領域のみが監視区域として監視されるよう、レーザスキャナ及び／又は監視区域は、その作動前に設定されなければならない。特に監視されるべき監視区域は、決定及び／又は固定されなければならない。

知られているこの目的の解決策は、レーザスキャナを作動させる際、コンピュータ及び特定のソフトウェアの助けを借りて、監視区域の幾何学形状がグラフィカルユーザインタフェースにてパラメータ化され、通信インタフェースを介してレーザスキャナに送信されることを実現する。この工程は、対応するコンピュータ及びソフトウェアの知識を有する訓練された使用者によってのみ実行することができると共に、コンピュータを必要とする。例えば、展示品及び陳列品の保護をその変更に合わせて適応させるためにこのような設定を実行すべき美術館スタッフは、通常、レーザスキャナ及びコンピュータをどのように作動させるべきか訓練されていない。

知られているその他の解決策は、レーザスキャナにてキー及びディスプレイの助けを借りて、監視区域が直接入力されることを実現する。設定には労力及び費用が厳しく要求されるため、このような方法は、監視区域の幾何学形状が非常に単純である場合にのみ可能であると共に、特別に訓練されたスタッフを必要とする。更に、特にレーザスキャナがアクセスできない位置、例えば展示空間の天井に取り付けられると、労力及び費用の要求が厳しくなる。

US 8,018,579 B1から、挙動を認識するための装置が知られている。この装置では、手による挙動がなされる空間を３Ｄスキャナが検出する。更に、仮想の作動要素が、挙動を検出するスキャナを介して挙動により人が作動させることができるよう、空間へと投影される。

US 2011/0267262 A1から、散漫散乱スクリーン上を光ビームが移動し（走査され）、拡散反射光を検出する光受信器により、このスクリーンに例えば指が触れたかどうか、及び、触れた場合にはその場所を検出する装置が知られている。

DE 43 40 756 A1 US 8,018,579 B1 US 2011/0267262 A1

本発明は、レーザスキャナの監視区域を極めて簡単かつ迅速に、また直感的に設定することを可能にする、該監視区域の設定方法を利用可能にすると共に、この目的のための設定オブジェクトを利用可能にすることを目的とする。

この目的は、レーザスキャナを設定する方法であって、
‐設定オブジェクトを準備するステップと、
‐前記レーザスキャナの教示モードを開始するステップと、
‐前記レーザスキャナにより該レーザスキャナの乱れのない視野を検出し、前記視野内の背景として静止した物体を保存するステップと、
‐前記設定オブジェクトを前記視野内に導入するステップと、
‐前記設定オブジェクトを、設定されるべき監視区域のエッジ点となるべき位置に停留させるステップと、
‐前記停留を前記レーザスキャナにより検出し、前記エッジ点の位置座標を保存するステップと、
‐前記エッジ点の全てが検出されるまで前記ステップｄ）〜ｆ）を反復するステップと、
‐検出された前記エッジ点により前記監視区域を決定するステップと、
‐前記教示モードを終了するステップと
を含む方法により達成される。

本発明による前記方法の基本的な利点は、前記監視区域の設定が最大限に単純化されることである。最も単純な実施形態において、前記設定オブジェクトは指又は腕とすることができ、原則として、追加の補助的手段は必要ですらない。前記レーザスキャナは、前記設定オブジェクトを認知しなくてよい。前記設定を実行するスタッフは前記教示モードを始めなければならないが、それだけではよく、後は、前記監視区域の前記エッジ点を例えば指を用いて「示す」だけでよい。そうすれば、前記設定は実際上、前記レーザスキャナにより完全に自己完結的に実行される。つまり、「指差し」がエッジ点として規定され、このエッジ点から前記監視区域が決定される。

前記監視区域の前記した単純な設定により、訓練されていない美術館スタッフもこのような設定を技術的装置を用いて誤りなく実行できるよう、いかなるコンピュータも、またいかなるソフトウェアも、従っていかなる予備知識も不要であり、このようにして、展示品や陳列品の変更があっても迅速かつ単純に保護することができる。

本発明の実施形態において、前記教示モードは、好ましくはキースイッチによりトリガされる切替信号により、前記レーザスキャナの切替信号入力を介して開始される。このようにして、前記教示モードが偶然に開始されないことが確実になる。

前記レーザスキャナの前記視野が検出されると、前記レーザスキャナの前記視野内の静止した物体が背景として教示され、前記背景が変更されると、同様に、対応する信号を場合によっては引き起こすようにすると有益である。

前記設定中に前記監視区域の前記エッジ点を前記レーザスキャナに対して認識可能とするために、前記視野内の前記設定オブジェクトの前記停留が数秒、好ましくは３〜５秒に達し、これにより、前記レーザスキャナに対してエッジ点をそのようなものとして認識することができると有益である。

前記レーザスキャナを設定する者もエッジ点が検出されたことを確信できるよう、設定されるべき前記監視区域のエッジ点となるべき位置を検出及び／又は保存することに続いて、前記レーザスキャナが信号を出力し、この信号が光信号及び／又は音響信号であり、前記信号がインタフェースを介して出力することができると有利である。

前記レーザスキャナの機能原則に起因して許容されない監視区域の形状が存在し得るため、本発明の実施形態において、エッジ点がその有効性に関して点検され、無効基準を満たすと無効であるとして放棄される。

エッジ点が理論上は単に点であるが、前記設定オブジェクトは走査平面内で若干の広がり（例えば、指の厚さ）を有するため、本発明の実施形態において、前記設定オブジェクトの中心点が前記走査平面内のエッジ点として規定されることが実現される。

大抵の応用事例を考慮すると、前記監視区域の境界が度数多角形を形成し、前記エッジ点が直線により接続されると十分である。このような度数多角形は、単純かつ迅速に計算することができる。

前記設定中に修正をも実行できるようにするために、設定された監視区域の削除を前記設定オブジェクトにより開始できることが実現される。

上述の目的は、本発明による前記方法を実行するための設定オブジェクトであって、該設定オブジェクトがロッドとして構成され、前記レーザスキャナと通信するために前記ロッドが通信インタフェースを有することを特徴とする設定オブジェクトによっても達成される。

この通信インタフェースを介して、前記レーザスキャナからの情報、例えば有効なエッジ点の検出及び保存を信号エンコーダユニットによってインストーラに送信することができる結果、前記インストーラは各エッジ点が正しく決定されたことを認知する。

前記通信は、エッジ点の放棄及び監視区域の削除に関する更なる情報を含むことができる。

前記信号エンコーダユニットが振動信号を出力するように構成されると、特に有利である。その場合、前記レーザスキャナが各空間位置において前記エッジ点をいつ検出したかを前記インストーラが認識することが特に単純になる。

以下、図面を参照して実施形態によって本発明を詳細に記載する。

本発明による方法の応用事例。 異なる視点における図１の応用事例。 異なる携帯の、有効及び無効な監視区域形状。 設定オブジェクトの実施形態。 本発明による方法のプロセス図。 従来技術によるレーザスキャナ。

図１及び図２は、本発明の代表的な応用事例を示す。展示空間５０において、壁５２に、許容しがたいアクセスから保護されるべき絵画５４及び５６が展示される。この目的で、導入部において記載した、壁５２の領域にて天井に配置されるレーザスキャナ１０が役立つ。監視平面１８は絵画５４及び５６の前に仮想のカーテンを形成する。一方で、壁５２全部が保護される必要はなく、その後方に絵画が掛かっている監視区域５８及び６０のみが保護されればよいため、監視区域、つまり監視区域５８及び６０の形状、寸法、及び位置が、レーザスキャナ１０に教示されねばならない。監視区域５８及び６０のこの設定は、本発明による方法及び本発明による設定オブジェクト６２によって行われる。

特に図５を参照して、本発明による方法を説明する。第１ステップ１０２において、設定オブジェクトが利用可能になる。最も単純な応用事例において、この設定オブジェクトは、指又は異なる身体部分（例えば腕）又は好ましくは、本発明による設定オブジェクト６２とすることができる。この設定オブジェクト６２は、ハンドル６６を有するロッド６４として設定される。この設定オブジェクト６２を図４に概略的に示す。ロッド６４は上側に、レーザスキャナのレーザ光を受信することのできる光受信要素６８を包含する。更に設定オブジェクト６２は、ハンドル６６に一体化されるとともにハンドル６６の振動により信号を出力することのできる信号エンコーダユニットを含む。

ステップ１０４において、レーザスキャナの教示モードが最初に開始される。このことは、キースイッチ又は同様のものによりもたらすことができる。

後続のステップ１０６において、レーザスキャナは最初に邪魔がなく歪みのない視野を検出し、ステップ１０８において、静止した物体を視野内の背景として保存する。

その際、監視区域の境界の実際の規定が行われる。この目的で、設定オブジェクト６２が、ステップ１１０においてレーザスキャナの視野に導入され、ステップ１１２において、規定されるべき監視区域５８のエッジ点にて導入され維持される。設定オブジェクト６２がこの点にて停留することを通して、レーザスキャナ１０は、この点が設定オブジェクト５８のエッジ点（例えば５８‐１〜５８‐４）であるべきことを認識する。

ステップ１１４において、レーザスキャナ１０はこの点をエッジ点として検出し、その位置座標を保存する。レーザスキャナが検出し保存したエッジ点の情報は、好ましくは、設定オブジェクト６２に送信される。このことは、例えば、レーザスキャナが或る数ｎ個のその光パルスを短い時間に送信しないことによって行うことができ、この光パルスは、設定オブジェクト６２の光受信要素６８により検出され、従って作動信号と解釈される。それから、この情報は、例えばハンドル６６の１回の振動により、信号エンコーダユニットを介してインストーラに送信することができる。同様のやり方で、例えばレーザスキャナ１０がそれに応じてこのエッジ点をいかなる理由でも保存しなかった情報も送信することができる。このような情報の１つは、ｍ（ｎと同じでない）個の光パルスが送信され、この情報がハンドル６６のパルス振動を介してインストーラに送信されることで、同じようなやり方で提供することができる。別法として、任意の情報を、インストーラにより光学的に読み取ることができるよう、例えばＬＥＤを介してレーザスキャナに直接表示することができる。

エッジ点を検出し規定するためのこれらのステップ１１２及び１１４は、全てのエッジ点５８‐１〜５８‐４がレーザスキャナ１０内に保存されるまで長い間繰り返される（ステップ１１６）。

最終的に、ステップ１１８において、全てのエッジ点５８‐１〜５８‐４の入力後、監視区域５８が決定されこのようにして設定される。大抵の応用事例にとって、エッジ点が直線により接続される度数多角形を監視区域の境界が形成すれば十分である。このような度数多角形は単純かつ迅速に計算することができる。

その後、最後に、ステップ１２０において、レーザスキャナが通常の作動モードへと戻されねばならない。

レーザスキャナ１０の機能原則に起因して許容されない監視区域形状が存在することがあるため、上述のように、エッジ点はその有効性に関して点検されねばならず、無効基準を満たせば無効であるとして放棄される。例えば、従来技術の原理に従い動くレーザスキャナ（図６）は、しばしば、物体の現に計測された距離値が単に、対応する角度における監視区域の境界に対応する保存された最小値及び最大値と比較されるようなやり方で作動する。大抵の応用事例においてはこれで十分である。というのも、監視区域内に物体が（場所に関わらず）存在しているかどうかをレーザスキャナ１０が判定するだけでよいからである。ところが、図３に示す監視区域７０は、具体的には監視区域７０に２度切り込む例示的な送信ビーム７２にて認識できるように、或る角度に対してこの評価を許容しない形状を有する。これによって、最小値及び最大値に対する明白な関連性はもはや不可能である。というのも、これらの値の２つがこの角度で存在するからである。図３は更に、強調の目的で、まさに非矩形形状を持たない、ただしレーザスキャナ１０が前に言及したやり方で作業する際には全体として許容される更なる例示的な監視区域７４を示す。

エッジ点は理論上は単に点であるが、設定オブジェクト６２は走査平面内に若干の広がり、つまりロッド６４の直径を有するため、レーザスキャナ１０が、ロッド６４の中心点を計算し、この中心点をエッジ点として規定することが実現される。

設定中に修正を実行できるようにするためにも、設定オブジェクト６２によって、設定された監視区域の削除を開始できることが実現される。このことは、設定オブジェクト６２が削除されるべき監視区域内部の位置に、位置の安定したやり方で長い時間、例えば１０秒間静止したままであるという点で行われる。監視区域全部の削除がレーザスキャナ１０内で行われることを、エッジ点が成功裏に保存されることと同じようなやり方で、設定オブジェクト６２に戻して送信することができ、信号エンコーダユニットを介してインストーラに出力することができる。

Claims (12)

1. レーザスキャナを設定する方法であって、
   ａ）設定オブジェクトを準備するステップと、
   ｂ）前記レーザスキャナの教示モードを開始するステップと、
   ｃ）前記レーザスキャナにより該レーザスキャナの乱れのない視野を検出し、前記乱れのない視野内の背景として静止した物体を保存するステップと、
   ｄ）前記設定オブジェクトを前記乱れのない視野内に導入するステップと、
   ｅ）前記設定オブジェクトを、設定されるべき監視区域のエッジ点となるべき位置に停留させるステップと、
   ｆ）前記停留を前記レーザスキャナにより検出し、前記エッジ点の位置座標を保存するステップと、
   ｇ）前記エッジ点の全てが検出されるまで前記ステップｄ）〜ｆ）を反復するステップと、
   ｈ）検出された前記エッジ点により前記監視区域を決定するステップと、
   ｉ）前記教示モードを終了するステップと
   を含む方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記教示モードが、好ましくはキースイッチによりトリガされる切替信号により、前記レーザスキャナの切替信号入力を介して開始される方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、前記停留が数秒、好ましくは３〜５秒に達する方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法であって、設定されるべき前記監視区域のエッジ点となるべき場所を検出及び／又は保存することに続いて、前記レーザスキャナが信号を出力する方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、前記信号が光信号及び／又は音響信号であり、及び／又は、前記信号がインタフェースを介して出力することができる方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法であって、エッジ点が有効性に関して点検され、無効基準を満たすと無効であるとして放棄される方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法であって、前記走査平面内の前記設定オブジェクトの中心点が前記エッジ点として規定される方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法であって、前記監視区域の境界が度数多角形を形成し、前記エッジ点が直線により接続される方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法であって、設定された監視区域の削除を前記設定オブジェクトにより開始することができる方法。
10. ａ）設定オブジェクトを準備するステップと、
    ｂ）レーザスキャナの教示モードを開始するステップと、
    ｃ）前記レーザスキャナにより該レーザスキャナの乱れのない視野を検出し、前記乱れのない視野内の背景として静止した物体を保存するステップと、
    ｄ）前記設定オブジェクトを前記乱れのない視野内に導入するステップと、
    ｅ）前記設定オブジェクトを、設定されるべき監視区域のエッジ点となるべき位置に停留させるステップと、
    ｆ）前記停留を前記レーザスキャナにより検出し、前記エッジ点の位置座標を保存するステップと、
    ｇ）前記エッジ点の全てが検出されるまで前記ステップｄ）〜ｆ）を反復するステップと、
    ｈ）検出された前記エッジ点により前記監視区域を決定するステップと、
    ｉ）前記教示モードを終了するステップと
    を含む方法を実行するための設定オブジェクトであって、該設定オブジェクトがロッドとして構成され、前記レーザスキャナと通信するために前記ロッドが通信インタフェースを有する設定オブジェクト。
11. 請求項１０に記載の設定オブジェクトであって、エッジ点の検出及び保存を表示するために、及び／又は、エッジ点の放棄及び／又は監視区域の削除を示すために、信号エンコーダユニットが設けられる設定オブジェクト。
12. 請求項１１に記載の設定オブジェクトであって、前記信号エンコーダユニットが振動信号を出力するように構成される設定オブジェクト。

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