WO2003042905A1 - Verfahren und vorrichtung zur identifizierung eines gegenstandes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtungen zur Identifizierung eines Gegenstandes aus einer Menge möglicher Gegenstände. Das Verfahren kann beispielsweise in Hausgeräten verwendet werden, um mit dessen Hilfe einen Gegenstand aus einer Menge möglicher Gegenstände automatisch identifizieren zu können. Die automatische Identifizierung dieser Gegenständen wird durch die Erfindung auch so verbessert, dass eine zuverlässige, bzw. fehlerfrei Erkennung der Gegenstände möglich wird. Dabei können die Gegenstände durch ihre innewohnenden Eigenschaften identifiziert werden, wobei auf zusätzliche Erkennungsmarken verzichtet werden kann. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass je nach Anzahl und Art zu unterscheidender Gegenstände mindestens so viele Messwerte zur Messung verschiedener physikalischer Eigenschaften der Gegenstände ermittelt werden, dass der Gegenstand auf Basis mindestens einer physikalischen Eigenschaft identifiziert wird.
Description
Verfahren und Vorrichtung zur Identifizierung eines
Gegenstandes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Identifizierung mindestens eines Gegenstandes aus einer Menge möglicher Gegenstände gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Dieses Verfahren kann beispielsweise in Hausgeräten verwendet werden.
Aus der EP 1 030 521 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung des Inhalts eines Schrankes bekannt, bei dem eine im Innenraum des Schrankes angeordnete Kamera den Inhalt optisch erfasst und die Bilddaten einem elektronischen Rechner bereitstellt, welcher seinerseits die Bilddaten auswertet und den Inhalt in Form einer Liste anzeigt.
Aus dem weiteren Stand der Technik US 5,691,684 ist ein Verfahren zur Erkennung von Gegenständen im einem Kühlgerät bekannt, das die Gegenstände aufgrund einer Markierung erkennt. Die Erkennung erfolgt durch optisches Abtasten eines Strichcodes.
Aus der US 6,204,763 in ein Verfahren zum Auffüllen eines Haushaltswarenlagers bekannt, welches das Vorhandensein oder das NichtVorhandensein von Waren erkennen oder den Verbrauchsstand eines Gegenstandes aufgrund des Gewichtes bestimmen kann. Das dortige Verfahren dient zur Bestimmung des Füllungsgrades des Warenlagern, wobei einzelne Gegenstände durch die Sensoren nicht direkt erkannt werden können, sondern lediglich eine Information über das Vorhandensein einer an sich schon identifizierter Ware erlangt werden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es eine Verfahren zu schaffen, mit dessen Hilfe ein Gegenstand aus einer Menge möglicher Gegenstände automatisch identifiziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die automatische Identifizierung von Gegenständen so zu verbessern, dass eine zuverlässige, bzw. fehlerfrei Erkennung
möglich wird. Es ist auch Aufgabe der Erfindung die Gegenstände durch ihre innewohnenden Eigenschaften identifizieren zu können, wobei auf zusätzliche Erkennungsmarken verzichtet werden kann.
Erfindungsgemäß wird zur Lösung ein Verfahren vorgeschlagen, dass je nach Anzahl und Art zu unterscheidender Gegenstände mindestens so viele Messwerte zur Messung verschiedener physikalischer Eigenschaften der Gegenstände ermittelt werden, dass der mindestens eine Gegenstand auf Basis mindestens einer physikalischen Eigenschaft identifiziert wird.
Für jeden zu identifizierenden Gegenstand wird aus einer Vielzahl von Messwerten ein zugehöriges Signalprofil erzeugt. Die Signalprofile können dabei in einem Signalprofilspeicher abgelegt werden. Als Signalprofilspeicher kann beispielsweise eine elektronische Datenbank verwendet werden. Diese kann über einen elektronischen Rechner angesteuert werden.
Als Messwertnehmer können Sensoren eingesetzt werden, die beispielsweise die physikalischen Eigenschaften der Gegenstände bestimmen. Dazu können z.B. die Temperatur, das Gewicht, die Feuchte, die elektrische Leitfähigkeit, die Wärmeleitfähigkeit, die elektrische Kapazität, der Magnetismus, die Radioaktivität oder die Gasabgabe der Gegenstände durch jeweils geeignete Sensoren bestimmt werden.
Vorzugsweise bestimmen die Sensoren dabei die physikalischen Eigenschaften durch direkte Messung. Die physikalischen Eigenschaften der Gegenstände können jedoch auch mittelbar bestimmt werden, so z.B. über Ultraschall-Schwingungsanalyse oder Infrarotspektroskopie.
Als zusätzliche Hilfe können optische Sensoren eingesetzt werden, welche die Farbe, die Form oder die Oberflächenstruktur der Gegenstände bestimmt. Besonders günstig ist es bei allen Ausführungsvarianten, wenn die Sensoren berührungslos die Eigenschaften der Gegenstände messen. Eine berührungslose Messung kann dabei beispielsweise über Videokameras erfolgen, die Bilder der Gegenstände aufnehmen und auswerten. Die Videokameras können auch in Durchlichttechnik eingesetzt werden.
In Ausnahmefällen in denen eine Unterscheidung zweier verschiedener Gegenständen nicht alleine aufgrund der physikalischen Eigenschaften erfolgen kann, d.h. die Signalprofile für die beiden verschiedenen Gegenstände identisch sind, kann durch das System vorgeschlagen werden, eine Markierung an den Gegenstand anzubringen, wie beispielsweise ein Barcode, ein Schriftenlabel oder ein Transponderchip. Zur Nutzung dieser Funktion ist dann ein entsprechende Sensor erforderlich, so z.B. ein Barcodeleser, ein Schriftenleser oder ein Transponderlesegerät.
Es ist auch möglich auf Grundlage von bereits ermittelten physikalischen Messwerten weitere physikalische Daten zu berechnen, die dann als zusätzliche Werte in das Signalprofil einfließen können. Zudem ist es auch möglich, beispielsweise auf Basis des durch berührungslose IR-Spektroskopie ermittelten Wassergehaltes und der berührend gemessenen elektrischen Leitfähigkeit auf die Inhaltsstoffe, wie Zucker- oder Salzgehalt zu schliessen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere in Haushaltsgeräten einsetzbar. In diesen Geräten kann eine Steuerung eingesetzt werden, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitet. Dabei kann vorgesehen sein, dass im Haushaltsgerät befindliche Gegenstände erkannt und angezeigt werden. Eine weiter Anwendung ist es jedoch auch, dass Funktionen der Haushaltsgeräte auf Grundlage der vorhandenen und identifizierten Gegenstände automatisch gesteuert werden.
In Kühl- oder Gefrierschränken kann das Vorhandensein bestimmter Gegenstände automatisch detektiert werden und beispielsweise eine Einkaufsliste generiert werden oder der Benutzer über optische oder akustische Signale auf das Fehlen bestimmter Gegenstände aufmerksam machen oder darauf hinweisen, dass die Menge eines bestimmter Gegenstandes bald verbraucht ist, bzw. zur Neige geht. Dies kann eine Milchflasche sein, die nach und nach vom Benutzer aufgebraucht wird, wobei bei erreichen einer Mindestmenge in der Flasche darauf hingewiesen wird, dass die Milch bald verbraucht sein wird.
In Geschirrspülern kann die Information über die vorhandenen Gegenstände dazu genutzt werden, um die Spüldauer festzulegen oder ein bestimmtes Spülmittel anzuwenden. So kann je nach Anzahl von Gläsern oder Tellern und deren Verhältnis zueinander ein
anderes Spülmittel eingesetzt werden oder die Spülmittelmenge geändert werden. Eine weitere Funktion des Geschirrspülers, die auf Grundlage der identifizierten Gegenstände gesteuert werden kann ist die Wassertemperatur.
Gleiches gilt entsprechend für Waschmaschinen, wobei auf Grundlage der durch die Sensoren identifizierten und zu waschenden Kleidungsstücke die Waschmittelart, Waschmittelmenge, die Wassertemperatur und die Schleuderdrehzahl vorbestimmt werden können. In Wäschetrocknern kann bevorzugt die Trockentemperatur, die Trockendauer und die Trommeldrehzahl auf Grundlage der identifizierten Kleidungsstücke gesteuert werden.
In Kochgeräten, wie Herd, Kochfeldern oder Dunstabzugshauben, kann das jeweilge Nahrungsmittel als Genestand identifiziert werden und die Funktionen der Kochgeräte in geeigneter Weise angesteuert werden. So kann je nach vorhandenem Gargut in der Muffel eines Herdes die Garart, die Gardauer oder die Gartemperatur geregelt werden.
Die Aufnahme des Merkmals des Ortes der Messung in das Signalprofil kann beispielsweise für das Garen in Herden wichtig sein. So ergibt sich aus dem Ort an dem der Garprozess durchgeführt wird eine individuelle Kochtemperatur. Die Kochtemperatur kann aber auch für die Steuerung der Prozesse in Waschmaschinen oder Geschirrspülern herangezogen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen mehrere Haushaltsgeräte, bzw. die Signalprofilspeicher mehrere Haushaltsgeräte miteinander zu verknüpfen, um ganze Signalprofile oder einzelne Daten aus den verschienenen Signalprofilspeichern austauschen zu können. Dabei können die Informationen aus dem Signalprofilspeicher des einen Haushaltsgerätes auch zur Steuerung des anderen Haushaltsgerätes herangezogen werden. Beispielsweise kann die Entnahme eines bestimmten Lebensmittels aus dem Kühlgerät erkannt werden und als Information an das Gargerät weitergeleitet werden, um ein Vorheizen des Gargerätes insbesondere auf die benötigte Gartemperatur zu starten.
Es kann auch vorgesehen werden die Signalprofilspeicher von Haushaltsgeräten verschiedener haushalte miteinander zu verknüpfen. So kann das Signalprofil für einen
bestimmten Gegenstand im Kühlgerät eines Haushaltes an das Kühlgerät eines anderen Haushaltes überspielt werden. So kann ein in einem Haushalt bereits vorhandene Signalprofil eines bestimmten Gegenstandes bzw. Nahrungsmittelproduktes einem weiteren Haushalt zur Verfügung gestellt werden. Dabei erlernt das eine Kühlgerät die Identifizierung des Gegenstandes bzw. Nahrungsmittelproduktes von einem anderen Kühlgerät.
Die Signalprofile werden durch Auswertung entsprechender Messreihen und durch Eingabe der zugeordneten Produktbezeichnungen, sowie weiterer Eigenschaften wie Verarbeitungshinweise und anderer Daten erzeugt und in einen Signalprofilspeicher zusammengeführt und abgelegt. Neue Signalprofile können vom Anbieter der Hausgeräte direkt im Signalprofilspeicher vorgegeben werden oder der Benutzer kann eigene Signalprofile erstellen und speichern. Die von den einzelnen Benutzern erzeugten Signalprofile können anderen Benutzern zur Verfügung gestellt werden.
Die Menge aller verfügbaren Signalprofile kann auch in einem zentralen Signalprofilspeicher erfasst und an alle angeschlossenen Haushaltsgeräte der Haushalte bei Bedarf übermittelt werden. Die Übermittlung der Signalprofile kann beispielsweise in Form einen elektronischen Datensatzes über eine Datenkommunikationsleitung und eines geeigneten Kommunikationssystems, wie zum Beispiel das Internet erfolgen.
Neben der reinen Identifizierung der Gegenstände kann ein erfindungsgemäßes System auch den aktuellen Zustand von Gegenständen erfassen. So kann in einem Kühlgerät der Frischezustand eines Nahrungsmittels überwacht und ein Verderb des Nahrungsmittels optisch oder akustisch angezeigt werden.
Es zeigen:
Fig. 1 ein mögliches Signalprofil für die Nahrungsmittel Apfel und Rosenkohl
Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
Die Erfindung ist in folgendem Anwendungsbeispiel näher erläutert.
Für den in Fig. 1 gezeigten Anwendungsfall in einem Kühlgerät sollen die Gegenstände Apfel und Rosenkohl identifiziert werden. Dazu ist es erforderlich, dass mindestens so viele Messwerte ermittelt werden, dass zumindest aufgrund eines Messwerttyps eine eindeutige Unterscheidung möglich ist. Dazu wurden verschiedene Sensortypen herangezogen und die Messwerte für Apfel und Rosenkohl ermittelt.
Die gemessene Temperatur ist identisch, da beide Gegenstände im Kühlgerät den gleichen Raumbedingungen ausgesetzt sind. Zudem würde auch ein Unterschied in der Temperatur alleine keine Rückschlüsse auf Apfel oder Rosenkohl zulassen.
Das Gewicht alleine lässt auch keine eindeutige Differenzierung zu, da es sich um Naturprodukte handelt, die erhebliche Gewichtsschwankungen aufweisen können und die im Beispiel gemessenen Gewichte nur einen geringen Unterschied aufweisen.
Der Wassergehalt kann als Unterscheidungsmerkmal herangezogen werden, da der Unterschied der beiden gemessenen Wassergehalte (80% bei Apfel und 50% bei Rosenkohl) groß ist und der Wassergehalt in typischer weise bei Äpfeln sehr hoch ist und bei Rosenkohl wesentlich niedriger ist.
Die Farbe stellt kein spezifisches Unterscheidungsmerkmal dar, da bestimmte Apfelsorte eine grüne Farbe aufweisen und Rosenkohl stets grün ist. Die Form ist für beide Gegenstände rund und somit kein Unterscheidungsmerkmal. Eine Unterscheidung ist aber dann möglich, wenn der Durchmesser mit erfasst und gemessen wird. Äpfel weisen stets einen wesentlich größeren Durchmesser auf als Rosenkohl.
Bei der Durchlicht-Bildauswertung mit Infrarotlicht ergibt sich für Apfel eine dünne Umhüllung mit ca. 0.5mm Dicke, im Inneren eine gleichmäßige Struktur und das Kernhaus erscheint mittig trüb. Im Gegensatz dazu erscheint bei Rosenkohl keine Umhüllung, die innere Struktur ist ungleichmäßig und rau (Blätterschichten). Die Bildauswertung liefrt somit eine gute Unterscheidungsfähigkeit für Apfel und Rosenkohl.
Eine ähnlich gute Unterscheidungskraft liefert die vibrotaktile Sensortechnik, welche die Festigkeit des Gegenstandes bestimmt. Dabei ergibt sich für den Apfel eine 80% Härte und für Rosenkohl eine deutlich geringere Härte von nur 30%.
Eine wichtige Unterscheidungskraft kann auch eine Gasdetektion ermöglichen, die von den Gegenständen ausgehende Gase bzw. Aerosole aufnimmt und auswertet. Je nach Aerosol oder Aerosolspektrum kann der Apfel deutlich von Rosenkohl unterschieden werden.
Eine Messung von Füllstandshöhe durch Ultraschallsensoren oder die Bestimmung des Magnetismus durch Magnetsensoren liefert keine Werte und ist daher für die Unterscheidung von Apfel und Rosenkohl nicht geeignet.
Möglich ist dagegen die Messung der elektrischen Leitfähigkeit und der Wärmeleitfähigkeit um ein zusätzliches Unterscheidungsmerkmal zu erzeugen.
In Fig. 2 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens aufgezeigt. Die zu identifizierenden Gegenstände, hier Apfel und Rosenkohl, werden von den Sensoren 1a, 1b und 1c abgetastet. Jeder der Sensoren nimmt einen sensorspezifischen physikalischen Messwert für jeden Gegenstand auf. Die Messwerte werden einer Auswerteinheit 2 zugeführt in der die Messwerte ausgewertet und als Signalprofile in dem Datenspeicher 3 abgelegt werden. Über eine Eingabeeinheit 4 können die im Datenspeicher 3 abgelegten Signalprofile dem zugehörigen Gegenstand zugeordnet werden. Alternativ kann die Zuordnung von Signalprofilen zu den Gegenständen über Informationen erfolgen, die über eine angeschlossene Datenleitung 5 zugeführt werden.
Die Information über die Zuordnung von Gegenstand zu Signalprofil wird als zusätzliche Information im Datenspeicher 3 abgelegt. Sind eine Vielzahl von Signalprofilen im Datenspeicher 3 angelegt, so können diese möglichen Signalprofile von der Auswerteeinheit 2 wieder erkannt werden. Wenn die Sensoren 1a, 1b und 1c einen Gegenstand abtasten und die Messwerte an die Auswerteinheit 2 liefern, kann die Auswerteinheit die ermittelten Messwerte zu einem Messwertprofil zusammenfassen und dieses Messwertprofil mit den im Datenspeicher 3 abgelegten Signalprofilen vergleichen. Stellt die Auswerteinheit 2 eine Identität zwischen dem ermittelten Messwertprofil und dem gespeicherten Signalprofil fest, kann die Identifizierung des Gegenstandes an einer Anzeige 6 angezeigt werden. Bei Identifizierung eines Gegenstandes können dann Hausgeräte über eine Steuerleitung 7 angesteuert werden. Die Ansteuerung der Hausgeräte erfolgt in Abhängigkeit des von der Auswerteeinheit 2 identifizierten Gegenstandes. Die Art und Weise der gegenstandsspezifischen Ansteuerung ist als Steuerungsprogramm im Programmspeicher 8 vorgegeben. Die Steuerungsprogramme können vordefiniert sein oder durch den Benutzer
über die Eingabeeinheit 4 individuell programmiert werden. Die über die Eingabeeinheit 4 programmierten Steuerungsprogramme werden im Programmspeicher 8 abgelegt. Die Auswerteeinheit 2 kann die gespeicherten Steuerungsprogramme abrufen und auf deren Grundlage die Hausgeräte über die Steuerleitung 7 ansteuern. Über die Steuerleitung 7 können mehrere Hausgeräte angesteuert werden. Über die Datenleitung 5 können auch mehrere Auswerteinheiten 2 verschiedener Benutzer miteinander verbunden werden.
Claims
1. Verfahren zur Identifizierung mindestens eines Gegenstandes aus einer Menge möglicher Gegenstände mittels Auswertung von Messwerten, die von Messwertnehmern erhalten werden, dadurch gekennzeichnet, dass je nach Anzahl und Art zu unterscheidender Gegenstände mindestens so viele Messwerte zur Messung verschiedener physikalischer Eigenschaften der
Gegenstände ermittelt werden, dass der mindestens eine Gegenstand auf Basis mindestens einer physikalischen Eigenschaft identifiziert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus einer Vielzahl von Messwerten für jeden zu identifizierenden Gegenstand ein eigenes Signalprofil erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalprofile in einem Signalprofilspeicher abgelegt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Signalprofilspeicher eine elektronische Datenbank verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein Signalprofil auf Grundlage einer Eingabegröße einem bestimmten möglichen Gegenstand zugeordnet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Signalprofilspeicher miteinander vernetzt sind und eine Zuordnung eines Signalprofils zu einem möglichen Gegenstand in einem Signalprofilspeicher durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren als Messwertnehmer eingesetzt werden, die physikalische Eigenschaften der Gegenstände bestimmen.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die physikalischen Eigenschaften die Temperatur, das Gewicht, die Feuchte, die elektrische Leitfähigkeit, die Wärmeleitfähigkeit, die elektrische Kapazität, der Magnetismus, die Reflexion, die Radioaktivität oder die Gasabgabe ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Signalprofil zusätzlich den Ort der Messung mit umfasst.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren eingesetzt werden, welche die Eigenschaften der Gegenstände mittelbar bestimmen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren über Ultraschall-Schwingungsanalyse oder Infrarotspektroskopie die Eigenschaften der Gegenstände bestimmten.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass optische Sensoren eingesetzt werden, welche die Farbe, die Form oder die Oberflächenstruktur der Gegenstände bestimmen.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der optischen Sensoren ein bildauswertendes Kamerasystem ist.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der optischen Sensoren in Durchlichttechnik arbeitet.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren berührungslos messen.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren als Barcodeleser, Schriftenleser oder Transponderlesegerät ausgebildet sind.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die über die Sensoren ermittelten physikalischen Eigenschaften als Eingangsgröße dienen, zur Bestimmung weiterer physikalischer Größen, die sich aus den Eingangsgrößen ermitteln lassen.
18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 1 bis 17.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, die mindestens ein Ausgangssignal zur Ansteuerung elektrischer Geräte liefert, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Ausgangssignal zur Ansteuerung mindestens einer Betriebsfunktion eines oder mehrerer Haushaltsgeräte dient.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das
Haushaltsgeräte ein Herd, ein Kochfeld, eine Dunstabzugshaube, ein Geschirrspüler, ein Kühl- oder Gefriergerät, eine Waschmaschine, ein Wäschetrockner, ein Haushaltsroboter oder ein Bodenpflegegerät, insbesondere Staubsauger ist.
21. Haushaltsgerät, insbesondere elektrisches Haushaltsgerät mit einer
Vorrichtung nach Anspruch 18 bis 20.
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