WO2020229186A1 - 3d sensor system which can be operated in different operating modes on the basis of the operating state of a closing body - Google Patents

3d sensor system which can be operated in different operating modes on the basis of the operating state of a closing body Download PDF

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WO2020229186A1
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sensor system
light
operating mode
area
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Heinz Macher
Urs Hunziker
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Bircher Reglomat Ag
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Definitions

  • 3D sensor system can be operated in different operating modes depending on the operating state of a closure body
  • the present invention relates to a sensor system and a method for three-dimensional detection of a scene based on time of flight measurements.
  • the present invention also relates to a use of such a sensor system.
  • closing bodies operated by means of actuators are often used, which for
  • Operators facilitate the handling of the relevant closure body or are operated automatically without any operator action, for example when an object to be passed through the opening comes into the area of the opening.
  • Such an opening can be a passage in a building, for example.
  • a closing body can be a door, for example.
  • such a sensor system can automatically open and / or close the closure body or the
  • Illumination sources are emitted and detected by a light receiver after an at least partial reflection or 180 ° backscatter.
  • Such sensor systems are generally referred to as “time-of-flight” (TOF) sensor systems.
  • TOF sensor systems have the disadvantage that with
  • the intensity of the measurement light to be detected (backscattered) by a light receiver of the TOF sensor is weakened in two ways. In the case of a point illumination light source without special focusing, this is scaled
  • Illuminating light is scattered isotropically, perceived as a point light source. As a result, in this case this leads to a l / d 'scaling of the intensity of the
  • the intensity attenuation is correspondingly lower, but nevertheless contributes to a significant loss of light output. This in turn leads to a
  • a system for automatically monitoring an opening or passage which can be closed by two sliding doors is known from WO 2018/064745 A1.
  • 3D cameras are used, which are based on the TOF principle.
  • the movement area around the sliding doors is divided into two sub-areas that are evaluated separately from each other.
  • a first sub-area attention is paid to security in order to prevent an object from being trapped by the sliding doors.
  • an image evaluation takes place in With regard to another purpose, for example for activating the sliding doors or for counting objects, which this second
  • the present invention is based on the object in the field of automatic monitoring of openings, which by means of at least one
  • Closing body can be closed to enable an efficient and nevertheless reliable three-dimensional detection of a scene from an energetic point of view.
  • a sensor system for three-dimensional detection of a scene in a predetermined spatial area, which is assigned to a closure body for a passage.
  • the sensor system described has (a) an illumination device for illuminating the scene with illuminating light; (b) a measuring device (bl) for receiving measuring light, which is at least partially back-scattered illumination light from at least one object contained in the scene, and (b2) for measuring distances between the sensor system and the at least one object based on a light transit time of the illumination light and the measuring light; (c) a data processing and control device connected downstream of the measuring device for determining a three-dimensional characteristic of the scene based on the measured distances; and (d) a
  • the lighting device and / or the measuring device are in a first Operating mode with a first energy consumption and in a second
  • Operating mode can be operated with a second energy consumption which is smaller than the first energy consumption.
  • Sensor system is based on the knowledge that the energy consumption of a 3D sensor (system), which energy consumption is typically significantly greater than that of a 2D sensor, can be easily reduced if it is always operated in an "energy-saving mode" when the requirements for scene monitoring are not so great. This is the case with a 3D sensor that is used to monitor a passage that can be closed by a closure body, for example when the closure body is at rest or when it is moved in the direction of an opening position. Then there is namely the danger that an object, in particular a person, which (s) is in a range of motion of the
  • Closing body is located, is clamped by the closing body, does not exist or at least significantly reduced.
  • the operating state of the closing body can be a state of movement of the closing body and can in particular be determined by whether the closing body is in the direction of its opening position or its
  • Closing position moved The speed at which the closure body moves can also characterize the state of movement. Furthermore, the operating state can also depend on the current position of the closure body, this position being a rest position or a current position over which the closure body is currently moving.
  • the operating mode of the lighting device and / or the measuring device can be any type of operating mode that (also) determines the energy consumption of the entire sensor system.
  • the energy consumption can relate to the lighting device and / or the measuring device.
  • the term “scene” can in particular be understood to mean that spatial area which is evaluated by the sensor system using image processing methods, the scene being recorded in a certain spatial area. Objects in the scene are recognized by suitable image evaluation.
  • Image evaluation and / or image analysis can be used.
  • the data processing and control device can accordingly be a special image processing processor and can have one that is configured to use known methods for image evaluation and / or image processing
  • the term “illuminating light” is to be understood as meaning those electromagnetic waves which are emitted by a light source of the illuminating device and strike the relevant object in the scene.
  • the “measuring light” are the electromagnetic waves scattered back from or on the object, which are emitted by the measuring device or a
  • Received light receiver of the measuring device and used for the three-dimensional evaluation of the scene.
  • optical and / or “light” can refer to electromagnetic waves that have a specific wavelength or frequency or a specific spectrum of wavelengths or frequencies.
  • the electromagnetic waves used can be assigned to the spectral range that is visible to the human eye.
  • electromagnetic waves assigned to the ultraviolet (UV) or the infrared (IR) spectral range can also be used.
  • UV ultraviolet
  • IR infrared
  • the IR spectral range can extend into the long-wave IR range with wavelengths between 3.5 pm to 15 pm, which by means of the
  • Light receiver of the sensor can be detected.
  • object can be understood to mean any three-dimensional physical structure which has a surface quality that leads to at least partial reflection or scattering of illuminating light and is thus visible to the measuring device through the resulting measuring light.
  • the object can be an object such as a motor vehicle or a living being such as a person.
  • the object can be a related to the
  • the movement of the object can then be determined by repeated scene detection (by comparing the different spatial positions determined with different scene detections).
  • Absolute value of the speed and / or the motion vector i.e. additionally the direction of movement can be determined.
  • Closing body is assigned, can depend on the type of
  • Closing body and its movement behavior can also depend on the expected speed at which objects approach the passage and possibly want to pass it. Also from one to be expected
  • the size and / or shape of the spatial area may depend.
  • the wear body can be any desired barrier element by means of which an opening can be temporarily at least partially closed.
  • the closing body can be, for example, (i) a sliding door, (ii) a revolving door, (iii) a turnstile, (iv) a gate, in particular a garage door, (v) a barrier, in particular at a level crossing or a vehicle entrance or
  • the type of closure body can in particular depend on the type of passage and / or on the type of objects for which the passage is to be opened or closed.
  • the danger posed by a closure body can in particular be determined by its closing edges when the closure body moves, in particular opens. Closing edges can be in
  • Main closing edges, secondary closing edges and counter closing edges are divided.
  • a primary edge of the closing body is referred to as the main closing edge. This is usually that closing edge which, when the closing body moves, covers the greatest distance and thus (with the greatest speed) sweeps over the largest area.
  • Main closing edge determines the main hazard zone of the closing body.
  • Secondary edge (s) of a closure body are referred to as secondary closing edges, which typically cover a smaller distance (at a lower speed) when the closure body moves.
  • Opposite closing edges are called edges which typically run opposite and / or parallel to the main closing edge.
  • a secondary closing edge attaches when the closing body moves
  • the data processing and control device can be any type of data processing and control device.
  • the data processing and control device can thus be implemented by means of software and by means of one or more special electronic circuits, i.e. in hardware.
  • the data processing and control device can be implemented logically and / or in terms of equipment by means of a common processor or function block or by means of several processors or function blocks. Also one
  • a closing body can be a door or a gate, for example.
  • the following types of doors or gates can be monitored with the described sensor system. The following list is not exhaustive.
  • Swing doors / gates These are locking bodies with one or two leaves that rotate around a vertical axis on a leaf edge.
  • Sliding doors / gates These are closure bodies with one or more horizontally moving door leaves that move in their own plane over an opening or passage.
  • Folding wing doors / gates These are closing bodies with two or more wings that are hinged to one another and where one side of the wing is connected to a frame.
  • Roller doors These are closing bodies with a flexible wing that is moved vertically and, when opened, is wound onto a winding shaft.
  • Sectional doors These are closing bodies with a non-rigid wing, which is made up of a number of typically horizontally interconnected
  • the way in which the sash is put down in the upper opening position depends on the type (e.g. horizontal, vertical, folded).
  • Up-and-over doors are locking bodies with a rigid wing which, when actuated, executes a tilting movement and remains in an upper horizontal distortion when fully opened.
  • Operating mode at least a part of the scene can be detected with greater spatial accuracy than in the second operating mode.
  • the accuracy can depend on the intensity of the illumination by the illumination light and / or from the the spatial resolution of the measuring device.
  • a greater illumination intensity ensures better illumination so that objects can be better recognized.
  • a higher spatial resolution typically requires a higher energy consumption because a certain minimum number of photons must be accumulated per pixel of a sensor chip in order to produce a
  • the sensor system is configured to record the scene with a time sequence of scene recordings, the number of which is within a predetermined time period
  • Scene detection in the first operating mode is greater than in the second operating mode. This means that a (mean) time resolution or a (mean) repetition rate is greater in the first operating mode than in the second operating mode.
  • a (mean) time resolution or a (mean) repetition rate is greater in the first operating mode than in the second operating mode.
  • the idle state can be a so-called standby state or "sleep mode".
  • the sensor system can, apart from monitoring an event that causes a transition to the first (active)
  • Monitoring can but also have a reception of a wake-up signal, which (from the data processing and control device) from an external
  • the spatial area comprises a first partial area and a second partial area, the second partial area being at least partially different from the first partial area.
  • the two spatial sub-areas can be spatially separated from one another or have a certain spatial overlap.
  • the two spatial sub-areas are assigned different tasks or hazard potentials.
  • the first spatial sub-area can be, for example, the immediate movement area of the closure body, in which a collision between an object and the closure body is possible. This sub-area can also be used as a
  • the second sub-area can be that area in which objects are recognized that may be moving in the direction of the passage. The detection of such objects can then, depending on the application, lead to the
  • Closing body is moved from its open position to its closed position or vice versa.
  • Such a second sub-area can also be called
  • Activation area are designated.
  • activation are, for example, radar sensors, 3D sensors or
  • the spatial extent and / or the spatial position of at least one of the two spatial subregions in the first operating mode is different from the spatial extent and / or the spatial position in the second operating mode.
  • the dynamic division can go so far that in either of the two
  • Sensor system furthermore to an adaptive optical device for changing the spatial area.
  • the data processing and control device is set up in such a way that the spatial area differs from the current
  • Operating mode depends.
  • the size, the shape and / or the spatial position of the spatial area can depend on the current operating mode depend.
  • Closing body a further energy saving can be realized.
  • the adaptive optical device can also be used to divide the entire spatial area into two spatial sub-areas as described above, depending on the
  • the adaptive optical device can have an adaptive optics such as a deformable refractive lens or a diffractive optical element (DOE).
  • Such adaptive optics can be assigned to the lighting device and / or the measuring device.
  • a plurality of adaptive optics that can optionally be activated independently of one another can also be used.
  • adaptive optics can also be combined with other non-adaptive optics that cannot be changed over time
  • diffraction in this context generally refers to the spatial deflection of an electromagnetic wave at structural obstacles.
  • Such obstacles can be an edge, a hole or a one-dimensional, a two-dimensional or even a three-dimensional grid.
  • the DOE can advantageously allow a dynamic adaptation or adaptation of the lighting characteristics during the operation of the sensor system.
  • refraction refers to the change in the direction of propagation of a wave due to a spatial change in its propagation speed, which is specific to light waves through the
  • the sensor system also has a data output for outputting a
  • Closing body is indicative.
  • the output signal can in particular from the data processing and
  • Control device are generated, which based on a
  • automatic image evaluation controls the closure body in a suitable manner. For example, certain objects can be passed through the closure body
  • Passage is denied and other objects are allowed through the passage.
  • Such a distinction can be made by automatic image evaluation with regard to the type and / or the identity of an object.
  • Data processing and control device configured, at least two carried out at a certain time interval from one another
  • Energy consumption of the sensor system can be further reduced.
  • Scene captures can be combined with one another.
  • the number of scene captures that are processed together can depend on the required time resolution. This means that for objects that only move comparatively slowly, the number of jointly evaluated scene captures can be larger than with
  • Measuring device comprises (a) a light receiver with a plurality of pixels for receiving the measurement light and (b) a light receiver control device coupled to the light receiver, the light receiver control device and the light receiver being configured such that at least two pixels of the plurality of pixels are summarized in a parent pixel.
  • the plurality of pixels are combined in such a way that in each case a certain number of pixels are combined to form a superordinate pixel.
  • the certain number can be, for example, (preferably) two, three, (preferably) four, six, (preferably) eight, or (preferably) nine. Of course, an even stronger grouping of pixels is also possible.
  • Such a grouping of pixels which is also referred to as "binning" has the effect that, at the expense of spatial resolution, the number of photons of the measurement light that are collected or accumulated by a pixel during a scene detection increases according to the number is increased to a parent pixel combined pixels. As a result, the so-called statistical is reduced, especially with weak measuring light
  • binning can also be carried out locally over the area of the light receiver in only at least a partial area of the active areas of the light receiver. This then leads to an inhomogeneous spatial resolution, which is not absolutely desirable.
  • the disadvantage of such an inhomogeneous spatial resolution is, however, overcompensated in many applications by the increased photon accumulation.
  • a local "binning" can take place at least with some known light receivers without special electronic or apparatus elements simply by a corresponding control of the light receiver, which control determines the "binning" and thus the operating mode of the sensor system.
  • a local "binning" is carried out in such a way that, measured by the measuring device and / or learned by the data processing and control device, precisely those areas of the light receiver that were used in at least one previous
  • Scene detection have received too little light energy by suitable control of the light receiver by the light receiver control device, can be combined in a suitable manner into superordinate pixels during subsequent scene detections.
  • a dynamically controlled or regulated "binning" can be (learned) during normal operation of the sensor system and / or during the configuration of the sensor system, for example in the context of (initial) installation, maintenance, cyclical or
  • the spatial resolution of the light receiver is different along different directions if the individual pixels have a square shape.
  • This can be used to advantage in some applications.
  • Such an application is, for example, when a movement of an object in the scene along a previously known spatial direction is to be detected with high accuracy than a movement along another spatial direction, preferably perpendicular thereto.
  • the number of pixels which are located along a line parallel to this previously known spatial direction are arranged, be larger than the number of pixels, which are arranged along a line perpendicular thereto.
  • the spatial resolution along the direction of movement is greater than the spatial resolution perpendicular to the direction of movement and the movement profile of such a linearly moving object can be determined with a particularly high degree of accuracy even with a comparatively weak measuring light.
  • the described binning can also be adapted adaptively in response to at least one previously recorded (and evaluated)
  • Scene characteristics can be activated (automatically). This means that the "binning" is not only controlled by the light receiver control device but is regulated as a function of the results obtained through a scene evaluation. This makes a particularly reliable one
  • Illuminating light and thus can be operated in an energy-efficient manner.
  • Illumination light source for spatial scanning of the scene with a
  • Illumination light sources which are in particular individually controllable and each assigned to a specific solid angle range of the scene, and / or (d) a flat illumination light source, in particular with a light intensity that is not homogeneous over the area.
  • a laser beam that scans the scene can be directed in a known manner via two rotatable mirrors with axes of rotation that are not parallel to one another and preferably oriented perpendicular to one another to the point of the scene to be illuminated.
  • two rotatable mirrors with axes of rotation that are not parallel to one another and preferably oriented perpendicular to one another to the point of the scene to be illuminated.
  • non-mechanical optical elements such as diffractives
  • Optical elements are used.
  • the deflection can in particular be controlled by the above-described illuminating light control device.
  • the at least approximately point-shaped illumination light source can be a (sufficiently strong) semiconductor diode, for example a laser or light-emitting diode.
  • a semiconductor diode for example a laser or light-emitting diode.
  • Beam shaping systems in particular lens systems, are used.
  • suitable optical elements for beam deflection are used.
  • Beam splitting and / or beam merging can be used. DOEs can also be used to advantage.
  • the plurality of illumination light sources which are likewise in particular lasers or light-emitting diodes, can be controlled (in particular individually) by the illumination light control device described above. This advantageously allows an adaptively controlled or even regulated setting of the characteristics of the illuminating light.
  • a flat light source can also be the source for an intensity distribution that is not homogeneous as a function of the spatial angle. If it is a spatially homogeneously illuminated surface, suitable optical elements can be used
  • Beam deflection, beam splitting, beam merging and / or beam shaping can be used in order to achieve the described non-uniform illumination of the scene as a function of the spatial angle.
  • the data processing and control device is further configured in such a way that a coverage characteristic of the passage can be controlled by at least one closure body.
  • a coverage characteristic of the passage can be controlled by at least one closure body.
  • Sensor system can be coupled to the control of a known control system for a closure body.
  • a method for three-dimensional detection of a scene in a predetermined spatial area which is assigned to a closure body for a passage.
  • the method described comprises (a) illuminating the scene with
  • Illuminating light by means of a lighting device; (b) receiving measurement light, which is at least partially backscattered illumination light from at least one object contained in the scene, by means of a
  • the second operating mode can deliver (second) scene acquisitions which, compared to (first) scene acquisitions, have, for example, a lower temporal resolution, a lower spatial resolution and / or a lower signal-to-noise ratio.
  • the method further comprises (a) detecting an object located in the scene; (b) a comparison of the detected object with at least one comparison object stored in a database; and (c) if the object matches a comparison object within predetermined permissible deviations
  • Identifying the object as an object allowed for a particular action Identifying the object as an object allowed for a particular action.
  • the permitted action can be, for example, a permitted passage through an opening in a building, which opening is closed by a locking body before identification as an approved object and only after successful identification by a corresponding movement of the
  • Closing body is opened.
  • the objects to be identified can preferably be people and / or vehicles. Successful identification can be for controlling or activating a locking mechanism for a locking body in front of a passage or opening of a building.
  • a use of a sensor system of the type described above for controlling a coverage characteristic of a passage to be passed by an object by at least one closure body is described.
  • the described use is based on the knowledge that an energetically efficient detection and evaluation of an optical scene can be used in an advantageous manner for passages which can be closed by a closure body. This applies in particular to passages which have a closure or a covering characteristic that is controlled or at least also controlled by the described sensor system.
  • Sensor system can also be monitored in an energetically efficient manner, even larger distances, which naturally leads to an earlier detection of a
  • Opening request of the closure body leads, which can be of great advantage, especially with fast-moving objects. Furthermore, the scene can be captured with a wider capture angle, which, for example, leads to an early detection of people moving across the opening
  • the opening is an entrance or an exit, in particular an emergency exit in a building.
  • Detection of an existing but possibly not moving object in a passage area can monitor an input or output
  • the object is a person or a vehicle.
  • the building can in particular be a house or a garage.
  • TOF-based sensor systems can generally be used in relation to the
  • Illumination light as well as in relation to the measurement light can be divided into two fundamentally different classes, which can be combined with one another as required.
  • Bl The first alternative (Bl) for the lighting is characterized in that the scene is higher by means of a single illuminating light beam
  • Focusing and low divergence ie high collimation is scanned sequentially. For each position of the illuminating light beam in the scene, a measurement of the transit time of the illuminating light and the measuring light is made
  • the scanning can be implemented using movable optical components, in particular mirrors. Alternatively or in
  • Combination can be used for sequential scanning of the scene with the
  • Illuminating light beam a solid can be used, which manages without mechanically moving parts and integrated photonic structures or having circuits. With a suitable control of these structures, the illuminating light beam is then directed to the desired location in the scene.
  • a solid is known, for example, from US 2015/293224 A1.
  • B2 The second alternative (B2) for the lighting is characterized by the fact that the entire scene is illuminated (all at once and over an area). If necessary, the intensity of the illuminating light can be increased (selectively) in selected sub-areas of the scene in order to enable improved 3D object detection at these points. Such a spatially uneven distribution of the intensity of the illuminating light can be achieved without moving optical
  • DOE diffractive optical element
  • Ml A first alternative (Ml) for the measurement is based on pulsed
  • Illuminating light rays Illuminating light rays.
  • the "travel time" of a light pulse on the receiver side is determined for each pixel within a time window and the distance is derived from this.
  • the second alternative (M2) for the measurement is based on a temporal, preferably sinusoidal, modulation of the illuminating light with a
  • the phase difference is measured for each pixel and the distance information is derived from it.
  • Both measuring principles M1 and M2 are based on an integration of the number of photons or the photoelectrons generated in the light receiver, which arrive at each pixel to be measured.
  • light or photon noise that is always present depends on the number of photons accumulated in a pixel.
  • the distance information obtained from the TOF measurement is more accurate the higher the number of accumulated photons.
  • Figure 1 shows the use of a sensor system for controlling a
  • FIG. 2 illustrates a variation in the size of a spatial region in which a scene is recorded by means of an adaptive optical device.
  • Figures 3a and 3b illustrate a combination of individual pixels for
  • FIG. 1 shows the use of a sensor system 100 for controlling a coverage characteristic of an opening or passage 184 depending on the characteristic of a scene 190 monitored by the sensor system 100.
  • the opening 184 is a
  • the entrance structure 180 comprises a stationary holding structure 182 which has a frame and a guide for two designed as sliding doors
  • Closing body 186 represents.
  • the sliding doors 186 can each be opened by means of a motor 187 along the lines shown by two thick double arrows
  • Displacement directions are moved.
  • the control of the motors 187 takes place, as set out below, by means of a data processing and
  • Control device 150 of the sensor system 100 described in this document is
  • an operating state of the two sliding doors 186 is recorded by means of an encoder 188 each, which compared to the respective motor 187 represents a separate unit.
  • the encoder can also be integrated in the respective motor 187.
  • the function of the encoder can also be dependent on the
  • Data processing and control device 150 are taken over.
  • the operating state of the sliding doors 186 can be the current position of the sliding doors 186 and / or the current speed at which the sliding doors 186 move from an open position to a closed position or vice versa from the closed position to the open position.
  • the sensor system 100 has a time of flight (TOF) measuring device 110, the data processing and control device 150 and a database 160.
  • TOF time of flight
  • the TOF measuring device 110 in turn has an illumination device 130 and a light receiver 120. According to the one shown here
  • the TOF measuring device 110 has or are assigned to the TOF measuring device 110 (i) an illumination light control device 135 for controlling the operation of the illumination device 130, (ii) a measuring unit 125 connected downstream of the light receiver 120 for measuring a
  • the entire sensor system 100 (in contrast to the illustration in FIG. 1) is preferably constructed as a module which, within a compact design, not only has the TOF measuring device 110, but also the data processing and control device 150 and the database 160.
  • Control device 150 the two motors 187. One required for this
  • Electric power for actuating the doors 186 is provided in each case by an output stage or an amplifier which, according to the exemplary embodiment shown here, is integrated in the housing of the respective motor 187.
  • the two output stages are each controlled via a signal 152a, which is output at a data output 152 by the data processing and control device 150 and is therefore referred to in this document as output signal 152a.
  • the operating state of the doors 186 has at least a certain influence on the operation of the TOF measuring device 110. Specifically, this operating state determines the operation of the lighting device 130 and the operation of the
  • Light receiver 120 (with). This influence manifests itself in two operating modes of the TOF measuring device 110. In a first operating mode, they have
  • the operating state of the doors 186 is transmitted to one of the two encoders 188 by means of a data signal or a sequence of data signals
  • This data signal is used in this document from the point of view of
  • Data processing and control device 150- also referred to as input signal 151a.
  • the data processing and control device 150 processes this input signal 151a in a suitable manner and controls, inter alia. depending on this input signal 151a, the illumination light control device 135 and the light receiver control device 140 in such a way that an operating mode is established which (also) determines the energy consumption of the illumination device and / or the light receiver 120.
  • the first operating mode with the higher energy consumption is activated when the two doors 186 are moved, in particular from their open position to their closed position.
  • the second operating mode with the lower energy consumption is activated when the two doors 186 are at rest.
  • the scene 190 is captured in a spatial area which comprises a first partial area 191 and a second partial area 192.
  • the first sub-area 191 is a so-called hazard area. If there is an object in this hazard area 191, there is basically the risk that it will be trapped and possibly injured when the doors 186 are closed.
  • the sensor system 100 is therefore configured in such a way as to basically detect this hazardous area 191 with a very high degree of accuracy. For this purpose, a correspondingly bright illumination is provided in a first operating mode
  • Hazardous area 191 as well as detection with a high degree of accuracy required In this context, it is obvious that this requires a relatively large amount of energy. However, if the doors 186 do not move, then there is no risk of an object being trapped or injured. It is therefore completely sufficient in a second operating mode if the hazard area 191 is illuminated by the lighting device 130 with a lower intensity and / or if the light receiver 120 detects the hazard area 191 with a reduced accuracy.
  • the second partial area 192 is an area in which objects are detected so that the doors 186 can be moved in a suitable manner.
  • the second sub-area 192 is therefore referred to as the activation area 192 in this document.
  • the activation area 192 is generally not safety-relevant (with regard to a collision of a door 186 with an object). Therefore, in the embodiment described here, the activation area 192 is only ever operated, regardless of the operating state of the doors 186, that at the expense of the accuracy of the
  • the sensor system 100 is able to carry out an object detection.
  • Data processing and control device 150 to a data record of reference objects stored in the database 160 which correspond to selected objects that are authorized to pass through the passage or opening 184. This means that when the object 195 appropriately approaches the entrance 184, the sliding doors 186 are only opened when the detected object 195 at least approximately matches one of the stored ones
  • FIG. 2 illustrates an embodiment in which the size of the spatial area detected by the light receiver 120 depends on the operating state of the closure body. This is done according to the one shown here
  • Embodiment implemented by means of an adaptive optical device which can assume two spatial configurations 221a and 221b.
  • the adaptive optical device is shown schematically by means of a deformable optical lens.
  • a comparatively small sub-area 291a of the scene is recorded with a particularly high level of accuracy (high spatial and / or temporal resolution, large signal-to-noise ratio, etc.).
  • the adaptive optical device assumes the first configuration 221a (with a small focal length).
  • a second operating mode a comparatively small sub-area 291a of the scene is recorded with a particularly high level of accuracy (high spatial and / or temporal resolution, large signal-to-noise ratio, etc.).
  • the adaptive optical device In the operating mode, a comparatively large sub-area 291b of the scene is recorded with reduced accuracy.
  • the adaptive optical device assumes the second configuration 221b (with a large focal length).
  • the adaptive optical device can be realized with any desired element with which imaging properties can be changed dynamically.
  • the adaptive optical device can have a plurality of lenses with different focal lengths that can be displaced along an axis or one objective with a variable focal length.
  • the use of at least one DOE is also possible in order to enable a corresponding variation of the optical imaging of the sub-area 291a / 291b on a light-sensitive chip of the light receiver 120.
  • Illumination device emitted light quantity is of course best used when the area of the scene which is detected by the light receiver 120 is exactly the same area as that of the
  • FIGS. 3a and 3b illustrate a combination of individual pixels of a light receiver 320a or a light receiver designed as a semiconductor or CCD chip.
  • the light receiver 320a has a large number of light-sensitive or
  • Photon collecting pixels 322a According to the one shown here
  • the pixels 322a are assigned to a full spatial resolution of the light receiver 320a, which resolution is predetermined by the semiconductor architecture of the chip 320a.
  • the light receiver 320b four of the light-sensitive pixels (for a full resolution) are associated with a higher-level pixel 322b (for an increased
  • a pixel 322b collects four times the amount of light compared to a single pixel 322a. Such a combination (English “binning") reduces the required
  • (Minimum) intensity of the recorded measurement light which is required to evaluate the corresponding image area of the scene. Since the intensity of the measuring light depends directly on the intensity of the illuminating light, the intensity of the illuminating light can be reduced through the "binning" and thus the energy consumption of the sensor system can be reduced.
  • Closing body realized by a corresponding control of one and the same light receiver 320a or 320b.
  • the light receiver is operated either in a first operating mode (with full resolution) or in a second operating mode (with combined photon-collecting pixels).

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Abstract

The invention relates to a sensor system (100) and to a method for three-dimensionally capturing a scene (190) in a specified spatial region which is assigned a closing body (186) for a passage (184). The sensor system (100) has: (a) a lighting device (130) for lighting the scene (190) with illuminating light (131); (b) a measuring device (110) for receiving measurement light (196), which is illuminating light (196) at least partially backscattered by at least one object (195) contained in the scene (190), and for measuring distances between the sensor system (100) and the at least one object (195) on the basis of the light propagation time of the illuminating light (131) and of the measurement light (195); (c) a data-processing and control device (150) connected downstream of the measuring device (110) for ascertaining a three-dimensional characteristic of the scene (190) on the basis of the measured distances; and (d) a data input (151) for receiving an input signal (151a) which indicates the current operating state of the closing body (186). The lighting device (130) and/or the measuring device (110) can be operated in a first operating mode with a first energy consumption and in a second operating mode with a second energy consumption which is lower than the first energy consumption. The invention additionally relates to the use of such a sensor system (100).

Description

3D Sensorsystem, betreibbar in verschiedenen Betriebsmodi in Abhängigkeit eines Betriebszustandes eines Verschließkörpers 3D sensor system, can be operated in different operating modes depending on the operating state of a closure body
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorsystem sowie ein Verfahren zum dreidimensionalen Erfassen einer Szene basierend auf Laufzeitmessungen. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung eines solchen Sensorsystems. The present invention relates to a sensor system and a method for three-dimensional detection of a scene based on time of flight measurements. The present invention also relates to a use of such a sensor system.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Zum Öffnen und/oder Verschließen von Öffnungen oder Passagen werden häufig mittels Aktuatoren betriebene Verschließkörper verwendet, welche für For opening and / or closing openings or passages, closing bodies operated by means of actuators are often used, which for
Bedienpersonen die Handhabung des betreffenden Verschließkörpers erleichtern oder ohne jede Bedienaktion automatisch betrieben werden, wenn beispielsweise ein die Öffnung zu passierendes Objekt in den Bereich der Öffnung gelangt. Eine solche Öffnung kann beispielsweise ein Durchgang in einem Gebäude sein. Ein Verschließkörper kann beispielsweise eine Tür sein. Operators facilitate the handling of the relevant closure body or are operated automatically without any operator action, for example when an object to be passed through the opening comes into the area of the opening. Such an opening can be a passage in a building, for example. A closing body can be a door, for example.
Um eine hohe Betriebssicherheit von automatisch zu öffnenden und zu In order to ensure a high level of operational safety from automatically opening and closing
schließenden Verschließkörpern zu erreichen, ist es bekannt, den Bereich vor oder innerhalb einer mit einem Verschließkörper bedeckbaren Öffnung mittels eines optischen Sensorsystems zu erfassen. Damit kann zum einen sichergestellt werden, dass beim Verschießen der Öffnung nicht versehentlich ein Objekt, beispielsweise eine Person, von dem Verschließkörper eingeklemmt wird . To achieve closing closure bodies, it is known to detect the area in front of or within an opening that can be covered with a closure body by means of an optical sensor system. On the one hand, this can ensure that an object, for example a person, is not accidentally trapped by the closing body when the opening is closed.
Außerdem kann bei manchen Applikationen ein solches Sensorsystem ein automatisches Öffnen und/oder Schießen des Verschließkörpers bzw. der In addition, in some applications such a sensor system can automatically open and / or close the closure body or the
Öffnung veranlassen. Aus EP 2 453 252 Bl ist für den Anwendungsbereich der Überwachung von automatisch zu öffnenden Türen ein 3D-Sensorsystem bekannt, welches auf dem Prinzip der Laufzeitmessung von Lichtstrahlen beruht, die von Initiate opening. From EP 2 453 252 B1 a 3D sensor system is known for the application area of monitoring automatically opening doors, which is based on the principle of measuring the transit time of light beams,
Beleuchtungsquellen ausgesandt und nach einer zumindest teilweisen Reflexion bzw. 180° Rückstreuung von einem Lichtempfänger detektiert werden. Solche Sensorsysteme werden allgemein als "Time-of-Flight" (TOF) Sensorsysteme bezeichnet. TOF Sensorsysteme haben jedoch den Nachteil, dass mit Illumination sources are emitted and detected by a light receiver after an at least partial reflection or 180 ° backscatter. Such sensor systems are generally referred to as "time-of-flight" (TOF) sensor systems. However, TOF sensor systems have the disadvantage that with
zunehmendem Abstand d des zu erfassenden Objekts die Intensität des von einem Lichtempfänger des TOF Sensors zu erfassenden (zurückgestreuten) Messlichts in zweifacher Hinsicht geschwächt ist. Im Falle einer punktförmigen Beleuchtungslichtquelle ohne eine spezielle Fokussierung skaliert diese As the distance d of the object to be detected increases, the intensity of the measurement light to be detected (backscattered) by a light receiver of the TOF sensor is weakened in two ways. In the case of a point illumination light source without special focusing, this is scaled
Schwächung des von den Beleuchtungsquellen ausgesandten Beleuchtungslichts mit l/d^2, wobei d der Abstand zu der Beleuchtungslichtquelle ist. Gleiches gilt für das Messlicht, wenn man eine Stelle des Objekts, an welcher das Attenuation of the illuminating light emitted by the illuminating sources with l / d ^ 2, where d is the distance to the illuminating light source. The same applies to the measuring light if you have a point on the object where the
Beleuchtungslicht isotrop gestreut wird, als Punktlichtquelle auffasst. Im Ergebnis führt dies in diesem Fall zu einer l/d' Skalierung der Intensität des Illuminating light is scattered isotropically, perceived as a point light source. As a result, in this case this leads to a l / d 'scaling of the intensity of the
empfangenen Messlichts. Bei einer auf irgendeine Art und Weise realisierten Strahlformung, beispielsweise einer Fokussierung des Beleuchtungslichts und/oder des Messlichts in Richtung des Lichtempfängers, ist die received measurement light. In the case of beam shaping implemented in any way, for example focusing the illuminating light and / or the measuring light in the direction of the light receiver, the
Intensitätsschwächung entsprechend geringer, trägt jedoch trotzdem zu einem signifikanten Verlust an Lichtleistung bei. Dies wiederum führt zu einer The intensity attenuation is correspondingly lower, but nevertheless contributes to a significant loss of light output. This in turn leads to a
entsprechend schlechten Energieeffizienz eines TOF Sensorsystems. correspondingly poor energy efficiency of a TOF sensor system.
Aus WO 2018/064745 Al ist ein System zum automatischen Überwachen einer Öffnung bzw. Passage bekannt, welche von zwei Schiebetüren verschlossen werden kann. Auch hier werden 3D Kameras verwendet, welche auf dem TOF Prinzip basieren. Ein zu erfassender räumlicher Bereich um einen A system for automatically monitoring an opening or passage which can be closed by two sliding doors is known from WO 2018/064745 A1. Here too, 3D cameras are used, which are based on the TOF principle. A spatial area to be captured around a
Bewegungsbereich der Schiebetüren herum wird in zwei Unterbereiche aufgeteilt, die separat voneinander ausgewertet werden. In einem ersten Unterbereich wird auf Sicherheit geachtet, um zu verhindern, dass ein Objekt von den Schiebetüren eingeklemmt wird. In dem zweiten Unterbereich erfolgt eine Bildauswertung in Hinblick auf einen anderen Zweck, beispielsweise für eine Aktivierung der Schiebetüren oder für ein Zählen von Objekten, welche diesen zweiten The movement area around the sliding doors is divided into two sub-areas that are evaluated separately from each other. In a first sub-area, attention is paid to security in order to prevent an object from being trapped by the sliding doors. In the second sub-area, an image evaluation takes place in With regard to another purpose, for example for activating the sliding doors or for counting objects, which this second
Unterbereich passieren. Pass sub-area.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde auf dem Gebiet der automatischen Überwachung von Öffnungen, die mittels zumindest eines The present invention is based on the object in the field of automatic monitoring of openings, which by means of at least one
Verschließkörpers verschließbar sind, eine aus energetischer Sicht effiziente und trotzdem zuverlässige dreidimensionale Erfassung einer Szene zu ermöglichen. Closing body can be closed to enable an efficient and nevertheless reliable three-dimensional detection of a scene from an energetic point of view.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen This task is solved by the subjects of the independent
Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Claims. Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Sensorsystem zum dreidimensionalen Erfassen einer Szene in einem vorbestimmten räumlichen Bereich, welcher zugeordnet ist einem Verschließkörper für eine Passage. Das beschriebene Sensorsystem weist auf (a) eine Beleuchtungseinrichtung zum Beleuchten der Szene mit Beleuchtungslicht; (b) eine Messeinrichtung (bl) zum Empfangen von Messlicht, welches zumindest teilweise von zumindest einem in der Szene enthaltenen Objekt zurückgestreutes Beleuchtungslicht ist, und (b2) zum Messen von Distanzen zwischen dem Sensorsystem und dem zumindest einen Objekt basierend auf einer Lichtlaufzeit des Beleuchtungslichts und des Messlichts; (c) eine der Messeinrichtung nachgeschaltete Datenverarbeitungs und Steuerungseinrichtung zum Ermitteln einer dreidimensionalen Charakteristik der Szene basierend auf den gemessenen Distanzen; und (d) einen According to a first aspect of the invention, a sensor system is described for three-dimensional detection of a scene in a predetermined spatial area, which is assigned to a closure body for a passage. The sensor system described has (a) an illumination device for illuminating the scene with illuminating light; (b) a measuring device (bl) for receiving measuring light, which is at least partially back-scattered illumination light from at least one object contained in the scene, and (b2) for measuring distances between the sensor system and the at least one object based on a light transit time of the illumination light and the measuring light; (c) a data processing and control device connected downstream of the measuring device for determining a three-dimensional characteristic of the scene based on the measured distances; and (d) a
Dateneingang zum Empfangen eines Eingangssignals, welches für einen aktuellen Betriebszustand des Verschließkörpers indikativ ist. Die Data input for receiving an input signal which is indicative of a current operating state of the closure body. The
Beleuchtungseinrichtung und/oder die Messeinrichtung sind in einem ersten Betriebsmodus mit einem ersten Energieverbrauch und in einem zweiten The lighting device and / or the measuring device are in a first Operating mode with a first energy consumption and in a second
Betriebsmodus mit einem zweiten Energieverbrauch betreibbar, welcher kleiner ist als der erste Energieverbrauch. Operating mode can be operated with a second energy consumption which is smaller than the first energy consumption.
Dem beschriebenen Sensorsystem, welches ein sog . Time Of Flight (TOF) The described sensor system, which is a so-called. Time Of Flight (TOF)
Sensorsystem ist, liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Energieverbrauch eines 3D Sensor(system)s, welcher Energieverbrauch typischerweise deutlich größer ist als der eines 2D Sensors, auf einfache Weise dadurch deutlich reduziert werden kann, wenn dieser immer dann in einem "Energiesparmodus" betrieben wird, wenn die Anforderungen an eine Szenenüberwachung nicht so groß sind. Dies ist bei einem 3D Sensor, der für die Überwachung einer Passage, die von einem Verschließkörper verschlossen werden kann, beispielsweise dann der Fall, wenn der Verschließkörper in Ruhe ist oder wenn sich dieser in Richtung einer Öffnungsposition bewegt wird . Dann ist nämlich die Gefahr, das ein Objekt, insbesondere eine Person, welche(s) sich in einem Bewegungsbereich des Sensor system is based on the knowledge that the energy consumption of a 3D sensor (system), which energy consumption is typically significantly greater than that of a 2D sensor, can be easily reduced if it is always operated in an "energy-saving mode" when the requirements for scene monitoring are not so great. This is the case with a 3D sensor that is used to monitor a passage that can be closed by a closure body, for example when the closure body is at rest or when it is moved in the direction of an opening position. Then there is namely the danger that an object, in particular a person, which (s) is in a range of motion of the
Verschließkörpers befindet, von dem Verschließkörper eingeklemmt wird, nicht vorhanden oder zumindest deutlich reduziert. Closing body is located, is clamped by the closing body, does not exist or at least significantly reduced.
Der Betriebszustand des Verschließkörpers kann ein Bewegungszustand des Verschließkörpers sein und insbesondere dadurch bestimmt sein, ob sich der Verschließkörper in Richtung seiner Öffnungsposition oder seiner The operating state of the closing body can be a state of movement of the closing body and can in particular be determined by whether the closing body is in the direction of its opening position or its
Verschließposition bewegt. Auch die Geschwindigkeit, mit welcher sich der Verschließkörper bewegt, kann den Bewegungszustand charakterisieren. Ferner kann der Betriebszustand auch von der aktuellen Position des Verschließkörpers abhängen, wobei diese Position eine Ruheposition oder eine aktuelle Position sein kann, über welche sich der Verschließkörper gerade hinweg bewegt. Closing position moved. The speed at which the closure body moves can also characterize the state of movement. Furthermore, the operating state can also depend on the current position of the closure body, this position being a rest position or a current position over which the closure body is currently moving.
Der Betriebsmodus der Beleuchtungseinrichtung und/oder der Messeinrichtung kann jede Art von Betriebsmodus sein, welche den Energieverbrauch des gesamten Sensorsystems (mit)bestimmt. Dabei kann sich der Energieverbrauch auf die Beleuchtungseinrichtung und/oder die Messeinrichtung beziehen. Unter dem Begriff "Szene" kann insbesondere derjenige räumliche Bereich verstanden werden, welcher von dem Sensorsystem mittels Methoden der Bildverarbeitung ausgewertet wird, wobei eine Erfassung der Szene in einem gewissen räumlichen Bereich erfolgt. In der Szene befindliche Objekte werden durch eine geeignete Bildauswertung erkannt. Dazu kann von der The operating mode of the lighting device and / or the measuring device can be any type of operating mode that (also) determines the energy consumption of the entire sensor system. The energy consumption can relate to the lighting device and / or the measuring device. The term “scene” can in particular be understood to mean that spatial area which is evaluated by the sensor system using image processing methods, the scene being recorded in a certain spatial area. Objects in the scene are recognized by suitable image evaluation. The
Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung auf bekannte Methoden zur Data processing and control device based on known methods
Bildauswertung und/oder Bildanalyse zurückgegriffen werden . Die Image evaluation and / or image analysis can be used. The
Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung kann demzufolge ein spezieller Bildverarbeitungsprozessor sein und einen solchen aufweisen, der konfiguriert ist, bekannte Verfahren zur Bildauswertung und/oder Bildverarbeitung The data processing and control device can accordingly be a special image processing processor and can have one that is configured to use known methods for image evaluation and / or image processing
anzuwenden bzw. durchzuführen. apply or carry out.
Unter dem Begriff "Beleuchtungslicht" sind in diesem Dokument diejenigen elektromagnetischen Wellen zu verstehen, welche von einer Lichtquelle der Beleuchtungseinrichtung ausgesandt werden und auf das betreffende Objekt der Szene treffen. Das "Messlicht" sind die von bzw. an dem Objekt zurückgestreuten elektromagnetischen Wellen, welche von der Messeinrichtung bzw. einem In this document, the term “illuminating light” is to be understood as meaning those electromagnetic waves which are emitted by a light source of the illuminating device and strike the relevant object in the scene. The "measuring light" are the electromagnetic waves scattered back from or on the object, which are emitted by the measuring device or a
Lichtempfänger der Messeinrichtung empfangen und für die dreidimensionale Auswertung der Szene verwendet werden. Received light receiver of the measuring device and used for the three-dimensional evaluation of the scene.
Die Begriffe "optisch" und/oder "Licht" können sich auf elektromagnetische Wellen beziehen, die eine bestimmte Wellenlänge bzw. Frequenz oder ein bestimmtes Spektrum von Wellenlängen bzw. Frequenzen haben. Insbesondere können die zum Einsatz kommenden elektromagnetischen Wellen dem für das menschliche Auge sichtbaren Spektralbereich zugeordnet werden . Alternativ oder in Kombination können auch elektromagnetische Wellen verwendet werden, die dem ultravioletten (UV) oder dem infraroten (IR) Spektralbereich zugeordnet sind. Der IR Spektralbereich kann sich bis in den langwelligen IR Bereich mit Wellenlängen zwischen 3,5 pm bis 15 pm erstrecken, welche mittels des The terms “optical” and / or “light” can refer to electromagnetic waves that have a specific wavelength or frequency or a specific spectrum of wavelengths or frequencies. In particular, the electromagnetic waves used can be assigned to the spectral range that is visible to the human eye. Alternatively or in combination, electromagnetic waves assigned to the ultraviolet (UV) or the infrared (IR) spectral range can also be used. The IR spectral range can extend into the long-wave IR range with wavelengths between 3.5 pm to 15 pm, which by means of the
Lichtempfängers des Sensors erfasst werden können. Unter dem Begriff "Objekt" kann jede räumlich körperliche Struktur verstanden werden, welche eine Oberflächenbeschaffenheit aufweist, die zu einer zumindest teilweisen Reflexion bzw. Streuung von Beleuchtungslicht führt und damit durch das resultierende Messlicht für die Messeinrichtung sichtbar ist. Das Objekt kann ein Gegenstand wie beispielsweise ein Kraftfahrzeug oder ein Lebewesen wie beispielweise ein Mensch sein. Das Objekt kann ein in Bezug auf das Light receiver of the sensor can be detected. The term “object” can be understood to mean any three-dimensional physical structure which has a surface quality that leads to at least partial reflection or scattering of illuminating light and is thus visible to the measuring device through the resulting measuring light. The object can be an object such as a motor vehicle or a living being such as a person. The object can be a related to the
Sensorsystem statisches oder ruhendes Objekt sein. Ferner kann das Objekt sich auch innerhalb der Szene bewegen, diese verlassen oder in diese eintreten. Be a static or stationary object. Furthermore, the object can also move within the scene, leave it or enter it.
Durch eine wiederholte Szenenerfassung kann dann (durch einen Vergleich der mit verschiedenen Szenenerfassungen ermittelten verschiedenen Ortspositionen) die Bewegung (nach der Gesetzmäßigkeit Geschwindigkeit = Weg / Zeit) des Objekts bestimmt werden. Hierbei können je nach Anwendungsfall der The movement of the object (according to the law of speed = path / time) can then be determined by repeated scene detection (by comparing the different spatial positions determined with different scene detections). Depending on the application, the
Absolutwert der Geschwindigkeit und/oder der Bewegungsvektor, d.h. zusätzlich die Bewegungsrichtung, ermittelt werden. Absolute value of the speed and / or the motion vector, i.e. additionally the direction of movement can be determined.
Die Größe und/oder die Form des räumlichen Bereichs, welcher dem The size and / or shape of the spatial area that the
Verschließkörper zugeordnet ist, kann abhängen von der Art des Closing body is assigned, can depend on the type of
Verschließkörpers und dessen Bewegungsverhaltes. Außerdem kann er von der zu erwartenden Geschwindigkeit abhängen, mit der sich Objekte der Passage nähern und diese ggf. passieren wollen. Auch von einer zu erwartenden Closing body and its movement behavior. It can also depend on the expected speed at which objects approach the passage and possibly want to pass it. Also from one to be expected
Aufmerksamkeit der Objekte, insbesondere von Personen ggf. in einem Attention of the objects, especially of people possibly in one
Fahrzeug, können die Größe und/oder die Form des räumlichen Bereichs abhängen. Vehicle, the size and / or shape of the spatial area may depend.
Der Verschleißkörper kann jedes beliebige Barriereelement sein, mittels welchem eine Öffnung temporär zumindest teilweise verschlossen werden kann. Der Verschließkörper kann beispielsweise sein (i) eine Schiebetür, (ii) eine Drehtür, (iii) ein Drehkreuz, (iv) ein Tor, insbesondere ein Garagentor, (v) eine Schranke, insbesondere an einem Bahnübergang oder einer Fahrzeugeinfahrt oder The wear body can be any desired barrier element by means of which an opening can be temporarily at least partially closed. The closing body can be, for example, (i) a sliding door, (ii) a revolving door, (iii) a turnstile, (iv) a gate, in particular a garage door, (v) a barrier, in particular at a level crossing or a vehicle entrance or
Fahrzeugausfahrt. Die Art des Verschließkörpers kann insbesondere von der Art der Passage und/oder von der Art der Objekte abhängen, für welche die Passage geöffnet bzw. verschlossen werden soll. Die Gefährdung durch einen Verschließkörper kann insbesondere durch dessen Schließkanten bestimmt sein, wenn sich der Verschließkörper bewegt, insbesondere öffnet. Schließkanten können in Vehicle exit. The type of closure body can in particular depend on the type of passage and / or on the type of objects for which the passage is to be opened or closed. The danger posed by a closure body can in particular be determined by its closing edges when the closure body moves, in particular opens. Closing edges can be in
Hauptschließkanten, Nebenschließkanten und Gegenschließkanten unterteilt werden. Als Hauptschließkante wird eine primäre Kante des Verschließkörpers bezeichnet. Dies ist üblicherweise diejenige Verschließkante, welche bei einer Bewegung des Verschließkörpers die größte Strecke zurücklegt und damit (mit der größten Geschwindigkeit) den größten Bereich überstreicht. Die Main closing edges, secondary closing edges and counter closing edges are divided. A primary edge of the closing body is referred to as the main closing edge. This is usually that closing edge which, when the closing body moves, covers the greatest distance and thus (with the greatest speed) sweeps over the largest area. The
Hauptschließkante bestimmt die Hauptgefährdungszone des Verschließkörpers. Als Nebenschließkanten werden sekundäre Kante(n) eines Verschließkörpers bezeichnet, welche bei einer Bewegung des Verschließkörper typischerweise (mit einer kleineren Geschwindigkeit) eine geringere Distanz zurücklegen. Als Main closing edge determines the main hazard zone of the closing body. Secondary edge (s) of a closure body are referred to as secondary closing edges, which typically cover a smaller distance (at a lower speed) when the closure body moves. As
Gegenschließkanten werden Kanten bezeichnet, welche typischerweise der Hauptschließkante gegenüberliegenden und/oder parallel zu dieser verlaufen.Opposite closing edges are called edges which typically run opposite and / or parallel to the main closing edge.
Eine Nebenschließkante legt bei einer Bewegung des Verschließkörper A secondary closing edge attaches when the closing body moves
typischerweise (mit der geringsten Geschwindigkeit) die kleinste Distanz zurück. typically (at the lowest speed) the shortest distance back.
Die Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung kann ein beliebiger The data processing and control device can be any
Prozessor sein, welcher mittels eines Computerprogramms auf geeignete Weise konfiguriert ist, um die erforderlichen Aufgaben in Bezug auf Datenverarbeitung und Steuerung auszuführen. Die Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung kann also mittels einer Software sowie mittels einer oder mehrerer spezieller elektronischer Schaltungen, d.h. in Hardware, realisiert werden. Die Be a processor which is appropriately configured by means of a computer program to carry out the necessary tasks relating to data processing and control. The data processing and control device can thus be implemented by means of software and by means of one or more special electronic circuits, i.e. in hardware. The
Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung kann logisch und/oder apparativ mittels eines gemeinsamen Prozessors bzw. Funktionsblocks oder mittels mehrerer Prozessoren bzw. Funktionsblöcke realisiert werden. Auch eine The data processing and control device can be implemented logically and / or in terms of equipment by means of a common processor or function block or by means of several processors or function blocks. Also one
Realisierung in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Hardware-Komponenten, ist möglich. Ein Verschließkörper kann beispielsweise eine Tür oder ein Tor sein. Folgende Arten von Türen bzw. Toren können mit dem beschriebenen Sensorsystem überwacht werden. Die folgende Liste ist nicht abschließend. Realization in any hybrid form, ie using software components and hardware components, is possible. A closing body can be a door or a gate, for example. The following types of doors or gates can be monitored with the described sensor system. The following list is not exhaustive.
(a) Drehflügeltüren/-tore: Dies sind Verschließkörper mit einem oder mit zwei Flügeln, die sich um eine senkrechte Achse an eine Flügelkante drehen. (a) Swing doors / gates: These are locking bodies with one or two leaves that rotate around a vertical axis on a leaf edge.
(b) Schiebetüren/-tore: Dies sind Verschließkörper mit einem oder mit mehreren sich horizontal bewegenden Türflügeln, die sich in ihre eigenen Ebene über eine Öffnung bzw. Passage hinweg bewegen. (b) Sliding doors / gates: These are closure bodies with one or more horizontally moving door leaves that move in their own plane over an opening or passage.
(c) Faltflügeltüren/-tore: Dies sind Verschließkörper mit zwei oder mehreren Flügeln, die miteinander gelenkig verbunden sind und bei denen eine Seite des Flügels mit einer Zarge verbunden ist. (c) Folding wing doors / gates: These are closing bodies with two or more wings that are hinged to one another and where one side of the wing is connected to a frame.
(d) Karusselltüren : Dies sind Verschließkörper mit zwei oder mehreren (d) Revolving doors: These are closing bodies with two or more
Türflügeln, die an einer gemeinsamen vertikalen Drehachse innerhalb einer Einfassung verbunden sind. Door leaves that are connected on a common vertical axis of rotation within an enclosure.
(e) Rolltore: Dies sind Verschließkörper mit einem flexiblen Flügel, der vertikal bewegt wird und sich beim Öffnen auf eine Wickelwelle aufgewickelt. (e) Roller doors: These are closing bodies with a flexible wing that is moved vertically and, when opened, is wound onto a winding shaft.
(f) Sektionaltore: Dies sind Verschließkörper mit einem nicht starren Flügel, der aus einer Anzahl von typischerweise horizontal miteinander verbundenen (f) Sectional doors: These are closing bodies with a non-rigid wing, which is made up of a number of typically horizontally interconnected
Sektionen besteht und in der Regel beim Öffnen vertikal angehoben wird. Die Art und Weise, wie der Flügel in der oberen Öffnungsposition abgelegt wird, ist abhängig von dem jeweiligen Typ (z.B. waagrecht, senkrecht, gefaltet). Sections and is usually raised vertically when opening. The way in which the sash is put down in the upper opening position depends on the type (e.g. horizontal, vertical, folded).
(g) Kipptore: Dies sind Verschließkörper mit einem starren Flügel, der bei einer Betätigung eine Kippbewegung ausführt und bei einer vollständigen Öffnung in einer oberen waagrechten Entstellung verbleibt. (g) Up-and-over doors: These are locking bodies with a rigid wing which, when actuated, executes a tilting movement and remains in an upper horizontal distortion when fully opened.
(h) Schiebetore: Dies sind Verschließkörper mit einem oder mehreren Flügeln, der/die horizontal bewegt wird bzw. werden. (h) Sliding gates: These are closure bodies with one or more leaves that are moved horizontally.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem ersten According to one embodiment of the invention, in the first
Betriebsmodus zumindest ein Teil der Szene mit einer größeren räumlichen Genauigkeit erfassbar als in dem zweiten Betriebsmodus. Die Genauigkeit kann von der Intensität der Beleuchtung durch das Beleuchtungslicht und/oder von der räumlichen Auflösung der Messeinrichtung abhängen. Operating mode at least a part of the scene can be detected with greater spatial accuracy than in the second operating mode. The accuracy can depend on the intensity of the illumination by the illumination light and / or from the the spatial resolution of the measuring device.
Eine größere Beleuchtungsintensität sorgt in diesem Zusammenhang für eine bessere Ausleuchtung, so dass Objekte besser erkannt werden können. Eine größere räumliche Auflösung erfordert typischerweise deshalb einen höheren Energieverbrauch, weil pro Pixel eines Sensorchips eine gewisse Mindestanzahl von Photonen akkumuliert werden muss, um für das jeweilige Pixel ein In this context, a greater illumination intensity ensures better illumination so that objects can be better recognized. A higher spatial resolution typically requires a higher energy consumption because a certain minimum number of photons must be accumulated per pixel of a sensor chip in order to produce a
vernünftig auswertbares Sensorsignal zu erhalten. Bei einer kleineren räumlichen Auflösung können auch mehrere typischerweise benachbarte Pixel über ein sog. "Binning" zu einem übergeordneten Pixel mit einer entsprechend erhöhten Anzahl an akkumulierten Photonen zusammengefasst werden. to get sensible evaluable sensor signal. In the case of a smaller spatial resolution, several typically neighboring pixels can also be combined via what is known as “binning” to form a superordinate pixel with a correspondingly increased number of accumulated photons.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Sensorsystem konfiguriert, die Szene mit einer zeitlichen Abfolge von Szenenerfassungen zu erfassen, wobei innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne die Anzahl an According to a further exemplary embodiment of the invention, the sensor system is configured to record the scene with a time sequence of scene recordings, the number of which is within a predetermined time period
Szenenerfassungen in dem ersten Betriebsmodus größer ist als in dem zweiten Betriebsmodus. Dies bedeutet, dass eine (mittlere) Zeitauflösung bzw. eine (mittlere) Repetitionsrate in dem ersten Betriebsmodus größer ist als in dem zweiten Betriebsmodus. In diesem Zusammenhang ist es offensichtlich, dass jede einzelne Szenenerfassung eine bestimmte Menge an Energie erfordert, so dass bei einer kleineren zeitlichen Auflösung der Energieverbrauch des Scene detection in the first operating mode is greater than in the second operating mode. This means that a (mean) time resolution or a (mean) repetition rate is greater in the first operating mode than in the second operating mode. In this context it is obvious that every single scene capture requires a certain amount of energy, so that with a smaller temporal resolution the energy consumption of the
Sensorsystems entsprechend reduziert ist. Sensor system is reduced accordingly.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der zweite According to another embodiment of the invention, the second
Betriebsmodus ein Ruhezustand der Beleuchtungseinrichtung und/oder der Messeinrichtung. Der Ruhezustand kann ein sog. Standby-Zustand oder "Sleep- Mode" sein. Operating mode an idle state of the lighting device and / or the measuring device. The idle state can be a so-called standby state or "sleep mode".
In dem Ruhezustand kann das Sensorsystem, abgesehen von einer Überwachung eines Ereignisses, welches einen Übergang in den ersten (aktiven) In the idle state, the sensor system can, apart from monitoring an event that causes a transition to the first (active)
Betriebsmodus veranlasst, keine Funktion ausführen. Die Überwachung kann jedoch auch ein Empfang eines Aufwecksignals aufweisen, welches (von der Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung) von einer externen Operating mode initiated, no function carried out. Monitoring can but also have a reception of a wake-up signal, which (from the data processing and control device) from an external
Überwachungseinheit empfangen wird . Monitoring unit is received.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst der räumliche Bereich einen ersten Teilbereich und einen zweiten Teilbereich, wobei der zweite Teilbereich zumindest teilweise unterschiedlich ist zu dem ersten Teilbereich. Die beiden räumlichen Teilbereiche können räumlich voneinander getrennt sein oder einen gewissen räumlichen Überlapp haben. According to a further exemplary embodiment of the invention, the spatial area comprises a first partial area and a second partial area, the second partial area being at least partially different from the first partial area. The two spatial sub-areas can be spatially separated from one another or have a certain spatial overlap.
Bei bevorzugten Ausführungsformen sind den beiden räumlichen Teilbereichen unterschiedliche Aufgaben bzw. Gefährdungspotenziale zugeordnet. Der erste räumliche Teilbereich kann beispielsweise der unmittelbare Bewegungsbereich des Verschließkörpers sein, in welchem eine Kollision zwischen einem Objekt und dem Verschließkörper möglich ist. Dieser Teilbereich kann auch als In preferred embodiments, the two spatial sub-areas are assigned different tasks or hazard potentials. The first spatial sub-area can be, for example, the immediate movement area of the closure body, in which a collision between an object and the closure body is possible. This sub-area can also be used as a
Gefährdungsbereich bzw. als Sicherheitsbereich bezeichnet werden. Der zweite Teilbereich kann derjenige Bereich sein, in welchem Objekte erkannt werden, die sich möglicherweise in Richtung der Passage bewegen. Die Erkennung solche Objekte kann dann je nach Anwendungsfall dazu führen, dass der Hazardous area or as a safety area. The second sub-area can be that area in which objects are recognized that may be moving in the direction of the passage. The detection of such objects can then, depending on the application, lead to the
Verschließkörper von seiner Öffnungsposition in seine Schließposition oder umgekehrt bewegt wird. Ein solcher zweiter Teilbereich kann auch als Closing body is moved from its open position to its closed position or vice versa. Such a second sub-area can also be called
Aktivierungsbereich bezeichnet werden. Activation area are designated.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass für die beiden In this regard, it should be noted that for the two
Aufgaben "Sicherheit" und "Aktivierung", welche eine Szenenerfassung in unterschiedlichen räumlichen Bereichen erfordern, bisher typischerweise zwei unterschiedliche Arten von Sensoren eingesetzt werden. Für die Aufgabe Tasks "security" and "activation", which require a scene detection in different spatial areas, typically two different types of sensors are used up to now. For the job
"Aktivierung" werden beispielsweise Radarsensoren, 3D Sensoren oder "Activation" are, for example, radar sensors, 3D sensors or
Wärmebildkameras eingesetzt. Für die Aufgabe "Sicherheit" werden Thermal imaging cameras used. Be for the "security" task
beispielsweise Kontaktleisteten oder Lichtschranken eingesetzt. Im Gegensatz dazu wird bei der hier beschriebenen Lösung ein einziger Typ von 3D Sensor verwendet, um beide Teilbereiche zu erfassen. Dies bedeutet, dass die Aufgaben "Sicherheit" und "Aktivierung" nicht von zwei unterschiedlichen Sensortypen erfüllt werden. Dies stellt einen weiteren Vorteil in Bezug auf einen möglichst geringen Energieverbrauch dar. for example, contact strips or light barriers are used. In contrast, the solution described here uses a single type of 3D sensor used to cover both sub-areas. This means that the tasks of "security" and "activation" are not performed by two different types of sensors. This represents a further advantage in terms of the lowest possible energy consumption.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist von zumindest einem der beiden räumlichen Teilbereiche die räumliche Ausdehnung und/oder die räumliche Lage in dem ersten Betriebsmodus verschieden von der räumlichen Ausdehnung und/oder die räumliche Lage in dem zweiten Betriebsmodus. Dies bedeutet anschaulich ausgedrückt, dass eine räumliche Aufteilung (mit oder ohne Überlappung) der beiden räumlichen Teilbereiche von dem Betriebszustand des Verschließkörpers abhängt. Durch eine solche dynamische räumliche Aufteilung kann die Maßnahme der Energieeinsparung zielgerichteter durchgeführt und damit zu einer noch besseren Energieeinsparung beigetragen werden. According to a further exemplary embodiment of the invention, the spatial extent and / or the spatial position of at least one of the two spatial subregions in the first operating mode is different from the spatial extent and / or the spatial position in the second operating mode. Expressed clearly, this means that a spatial division (with or without overlap) of the two spatial subregions depends on the operating state of the closure body. Through such a dynamic spatial division, the energy saving measure can be carried out in a more targeted manner and thus contribute to an even better energy saving.
Die dynamische Aufteilung kann so weit gehen, dass in einem der beiden The dynamic division can go so far that in either of the two
Betriebsmodi die Größe eines Teilbereiches Null ist. Dies bedeutet, dass dann keine räumliche Aufteilung in (zumindest) zwei Teilbereiche stattfindet. Eine solche "Schrumpfung auf die Größe Null" kann dann sinnvoll sein, wenn der Verschließkörper in Ruhe ist, bevorzugt in seiner Schließposition. Dann ist nämlich in der Regel keine Kollision mit einem Objekt zu besorgen, weil sich der Verschließkörper nur in Richtung seiner Öffnungsposition bewegen kann. In dem anderen der beiden Betriebsmodi ist der gesamte räumlich Bereich in Operating modes the size of a sub-area is zero. This means that there is then no spatial division into (at least) two sub-areas. Such a "shrinkage to size zero" can be useful when the closure body is at rest, preferably in its closed position. In this case, there is generally no need to worry about a collision with an object, because the closing body can only move in the direction of its opening position. In the other of the two operating modes, the entire spatial area is in
(zumindest) zwei Teilbereiche aufgeteilt. (at least) divided into two sub-areas.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das According to a further embodiment of the invention, the
Sensorsystem ferner auf eine adaptive optische Einrichtung zum Verändern des räumlichen Bereiches. Die Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung ist dabei derart eingerichtet, dass der räumliche Bereich von dem aktuellen Sensor system furthermore to an adaptive optical device for changing the spatial area. The data processing and control device is set up in such a way that the spatial area differs from the current
Betriebsmodus abhängt. Dabei können die Größe, die Form und/oder die räumliche Lage des räumlichen Bereiches von dem aktuellen Betriebsmodus abhängen. Durch eine dynamisch-optische Variation des räumlichen Bereiches, in welchem die Szene erfasst wird, in Abhängigkeit des Betriebszustand des Operating mode depends. The size, the shape and / or the spatial position of the spatial area can depend on the current operating mode depend. With a dynamic-optical variation of the spatial area in which the scene is captured, depending on the operating status of the
Verschließkörper kann eine weitere Energieeinsparung realisiert werden. Closing body, a further energy saving can be realized.
Es wird darauf hingewiesen, dass die adaptive optische Einrichtung auch dazu verwendet werden kann, die vorstehend beschriebene Aufteilung des gesamten räumlichen Bereichs in zwei räumliche Teilbereiche abhängig von dem It should be noted that the adaptive optical device can also be used to divide the entire spatial area into two spatial sub-areas as described above, depending on the
Betriebszustand des Verschließkörpers vorzunehmen. Make the operating state of the sealing body.
Die adaptive optische Einrichtung kann eine adaptive Optik wie beispielsweise eine deformierbare refraktive Linse oder ein Diffraktives Optisches Element (DOE) aufweisen. Eine solche adaptive Optik kann der Beleuchtungseinrichtung und/oder der Messeinrichtung zugeordnet sein. Es können auch mehrere gegebenenfalls voneinander unabhängig aktuierbare adaptive Optiken zum Einsatz kommen. Selbstverständlich kann eine solche adaptive Optik auch mit anderen nicht adaptiven und damit zeitlich unveränderbaren optischen The adaptive optical device can have an adaptive optics such as a deformable refractive lens or a diffractive optical element (DOE). Such adaptive optics can be assigned to the lighting device and / or the measuring device. A plurality of adaptive optics that can optionally be activated independently of one another can also be used. Of course, such adaptive optics can also be combined with other non-adaptive optics that cannot be changed over time
Elementen kombiniert werden. Elements are combined.
Unter dem Begriff Diffraktion (oder Beugung) wird in diesem Zusammenhang allgemein die räumliche Ablenkung einer elektromagnetischen Welle an strukturellen Hindernissen bezeichnet. Solche Hindernisse können sein eine Kante, ein Loch oder ein eindimensionales, ein zweidimensionales oder sogar ein dreidimensionales Gitter. Das DOE kann auf vorteilhafte Weise eine dynamische Anpassung bzw. Adaptierung der Beleuchtungscharakteristik während des Betriebs des Sensorsystems erlauben. The term diffraction (or diffraction) in this context generally refers to the spatial deflection of an electromagnetic wave at structural obstacles. Such obstacles can be an edge, a hole or a one-dimensional, a two-dimensional or even a three-dimensional grid. The DOE can advantageously allow a dynamic adaptation or adaptation of the lighting characteristics during the operation of the sensor system.
Unter dem Begriff Refraktion (oder Brechung) wird bezeichnet die Änderung der Ausbreitungsrichtung einer Welle aufgrund einer räumlichen Änderung ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit, die speziell für Lichtwellen durch den The term refraction (or refraction) refers to the change in the direction of propagation of a wave due to a spatial change in its propagation speed, which is specific to light waves through the
Brechungsindex n eines Mediums beschrieben wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Sensorsystem ferner auf einen Datenausgang zum Ausgeben eines Refractive index n of a medium is described. According to a further exemplary embodiment of the invention, the sensor system also has a data output for outputting a
Ausgangssignals, welches für einen zukünftigen Betriebszustand des Output signal which is used for a future operating state of the
Verschließkörpers indikativ ist. Closing body is indicative.
Das Ausgangssignal kann insbesondere von der Datenverarbeitungs- und The output signal can in particular from the data processing and
Steuerungseinrichtung erzeugt werden, welche basierend auf einer Control device are generated, which based on a
automatischen Bildauswertung den Verschließkörper in geeigneter weise steuert. Dabei kann beispielsweise bestimmten Objekten ein Durchgang durch die automatic image evaluation controls the closure body in a suitable manner. For example, certain objects can be passed through the
Passage verwehrt und anderen Objekten ein Durchgang durch die Passage erlaubt werden. Eine solche Unterscheidung kann durch eine automatische Bildauswertung in Bezug auf die Art und/oder die Identität eines Objekts erfolgen. Passage is denied and other objects are allowed through the passage. Such a distinction can be made by automatic image evaluation with regard to the type and / or the identity of an object.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die According to a further embodiment of the invention, the
Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung konfiguriert, zumindest zwei in einem bestimmten zeitlichen Abstand zueinander durchgeführte Data processing and control device configured, at least two carried out at a certain time interval from one another
Szenenerfassungen gemeinsam auszuwerten, wobei die Anzahl der in beiden Szenenerfassungen in einem Pixel akkumulierte Photonen verwendet werden. Dadurch kann (zulasten der Zeitauflösung) die Lichtempfindlichkeit erhöht werden. Dies bedeutet, dass auch bei einer vergleichsweise geringen Intensität des Beleuchtungslichts noch deutliche Bilder der Szene (mit einem ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnis) erfasst werden können. Anders ausgedrückt kann durch eine angemessene Reduzierung der Beleuchtungsintensität der Evaluate scene captures together, using the number of photons accumulated in both scene captures in a pixel. This can increase the sensitivity to light (at the expense of time resolution). This means that even with a comparatively low intensity of the illuminating light, clear images of the scene (with a sufficient signal-to-noise ratio) can still be captured. In other words, by appropriately reducing the lighting intensity of the
Energieverbrauch des Sensorsystems weiter reduziert werden. Energy consumption of the sensor system can be further reduced.
Es wird darauf hingewiesen, dass natürlich auch mehr als zwei It should be noted that, of course, more than two
Szenenerfassungen miteinander kombiniert werden können. Dabei kann die Anzahl an Szenenerfassungen, die gemeinsam verarbeitet werden, davon abhängen, wie hoch die erforderliche Zeitauflösung ist. Dies bedeutet, dass bei Objekten, die sich nur vergleichsweise langsam bewegen, die Anzahl an gemeinsam ausgewerteten Szenenerfassungen größer sein kann als bei Scene captures can be combined with one another. The number of scene captures that are processed together can depend on the required time resolution. This means that for objects that only move comparatively slowly, the number of jointly evaluated scene captures can be larger than with
Objekten, die sich schneller bewegen. Objects that move faster.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die According to a further embodiment of the invention, the
Messeinrichtung auf (a) einen Lichtempfänger mit einer Vielzahl von Pixeln zum Empfangen des Messlichts und (b) eine mit dem Lichtempfänger gekoppelte Lichtempfänger-Steuereinrichtung, wobei die Lichtempfänger-Steuereinrichtung und der Lichtempfänger derart konfiguriert sind, dass zumindest zwei Pixel der Vielzahl von Pixeln zu einem übergeordneten Pixel zusammengefasst sind. Measuring device comprises (a) a light receiver with a plurality of pixels for receiving the measurement light and (b) a light receiver control device coupled to the light receiver, the light receiver control device and the light receiver being configured such that at least two pixels of the plurality of pixels are summarized in a parent pixel.
Typischerweise werden zumindest einige der Vielzahl von Pixeln dahingehend zusammengefasst, dass jeweils eine gewisse Anzahl von Pixeln zu einem übergeordneten Pixel zusammengefasst wird. Die gewisse Anzahl kann dabei beispielsweise (bevorzugt) zwei, drei, (bevorzugt) vier, sechs, (bevorzugt) acht, oder (bevorzugt) neun sein. Selbstverständlich ist auch eine noch stärkere Zusammenfassung von Pixeln möglich. Typically, at least some of the plurality of pixels are combined in such a way that in each case a certain number of pixels are combined to form a superordinate pixel. The certain number can be, for example, (preferably) two, three, (preferably) four, six, (preferably) eight, or (preferably) nine. Of course, an even stronger grouping of pixels is also possible.
Ein solches Zusammenfassen von Pixeln, welches auch als "Binning" bezeichnet wird, hat die Wirkung, dass auf Kosten der räumlichen Auflösung die Anzahl an Photonen des Messlichts, die während einer Szenenerfassung von einem Pixel eingesammelt bzw. akkumuliert werden, entsprechend der Anzahl an zu einem übergeordneten Pixel zusammengefassten Pixeln erhöht wird. Dadurch verringert sich insbesondere bei schwachem Messlicht das sog. statistische Such a grouping of pixels, which is also referred to as "binning", has the effect that, at the expense of spatial resolution, the number of photons of the measurement light that are collected or accumulated by a pixel during a scene detection increases according to the number is increased to a parent pixel combined pixels. As a result, the so-called statistical is reduced, especially with weak measuring light
Photonenrauschen, was die Szenenauswertegenauigkeit verbessert. Ein "Binning" ist deshalb insbesondere bei einem schwachen Messlicht dann von Vorteil, wenn eine hohe räumliche Auflösung nicht erforderlich ist. Photon noise, which improves the scene evaluation accuracy. "Binning" is therefore particularly advantageous in the case of weak measuring light when a high spatial resolution is not required.
Es wird darauf hingewiesen, dass über die Fläche des Lichtempfängers ein Binning auch lokal in lediglich zumindest einem Teilbereich der aktiven Flächen des Lichtempfängers durchgeführt werden kann. Dies führt dann zwar zu einer inhomogenen räumlichen Auflösung, welche nicht unbedingt gewünscht ist. Der Nachteil einer solchen inhomogenen räumlichen Auflösung wird aber in vielen Anwendungsfällen durch die erhöhte Photonenakkumulation überkompensiert. Ein lokales "Binning" kann zumindest bei einigen bekannten Lichtempfängern ohne besondere elektronische oder apparative Elemente einfach durch eine entsprechende Ansteuerung des Lichtempfängers erfolgen, welche Ansteuerung das "Binning" und damit den Betriebsmodus des Sensorsystems bestimmt. It is pointed out that binning can also be carried out locally over the area of the light receiver in only at least a partial area of the active areas of the light receiver. This then leads to an inhomogeneous spatial resolution, which is not absolutely desirable. The The disadvantage of such an inhomogeneous spatial resolution is, however, overcompensated in many applications by the increased photon accumulation. A local "binning" can take place at least with some known light receivers without special electronic or apparatus elements simply by a corresponding control of the light receiver, which control determines the "binning" and thus the operating mode of the sensor system.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird ein lokales "Binning" dahingehend durchgeführt, dass, von der Messeinrichtung gemessen und/oder von der Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung erlernt, genau diejenigen Bereiche des Lichtempfängers, welche bei zumindest einer vorherigen In preferred embodiments, a local "binning" is carried out in such a way that, measured by the measuring device and / or learned by the data processing and control device, precisely those areas of the light receiver that were used in at least one previous
Szenenerfassung zu wenig Lichtenergie erhalten haben, durch eine geeignete Ansteuerung des Lichtempfängers durch die Lichtempfänger-Steuereinrichtung bei nachfolgenden Szenenerfassungen in geeigneter weise zu übergeordneten Pixel zusammengefasst werden. Ein solches dynamisch gesteuertes oder geregeltes "Binning" kann während eines üblichen Betriebs des Sensorsystems (erlernt) und/oder während der Konfiguration des Sensorsystems beispielsweise im Rahmen einer (Erst)Installation, einer Wartung, einer zyklischen bzw. Scene detection have received too little light energy, by suitable control of the light receiver by the light receiver control device, can be combined in a suitable manner into superordinate pixels during subsequent scene detections. Such a dynamically controlled or regulated "binning" can be (learned) during normal operation of the sensor system and / or during the configuration of the sensor system, for example in the context of (initial) installation, maintenance, cyclical or
automatischen Re-Konfiguration etc. durchgeführt werden. automatic reconfiguration etc. can be carried out.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass bei einer nicht quadratischen Anzahl an zu einem übergeordneten Pixel zusammengefassten einzelnen Pixeln die räumliche Auflösung des Lichtempfängers entlang unterschiedlicher Richtungen jedenfalls dann unterschiedlich ist, wenn die einzelnen Pixel eine quadratische Form haben. Dies kann bei manchen Anwendungsfällen in vorteilhafter Weise ausgenutzt werden. Ein solcher Anwendungsfall liegt beispielsweise dann vor, wenn eine Bewegung eines Objekts der Szene entlang einer vorbekannten Raumrichtung mit hoher Genauigkeit erfasst werden soll als eine Bewegung entlang einer anderen, vorzugsweise dazu senkrechten, Raumrichtung. In einem solchen Fall kann die Anzahl an Pixel, welche entlang einer Linie parallel zu dieser vorbekannten Raumrichtung (so wie sie auf dem Lichtempfänger abgebildet ist) angeordnet sind, größer sein als die Anzahl an Pixel, welche entlang einer dazu senkrechten Linie angeordnet sind. Dann ist die räumliche Auflösung entlang der Bewegungsrichtung größer als die räumliche Auflösung senkrecht zu der Bewegungsrichtung und das Bewegungsprofil eines solchen linear bewegten Objekts kann mit einer besonders hohen Genauigkeit auch bei einem vergleichsweise schwachen Messlicht ermittelt werden. It is also pointed out that with a non-square number of individual pixels combined to form a superordinate pixel, the spatial resolution of the light receiver is different along different directions if the individual pixels have a square shape. This can be used to advantage in some applications. Such an application is, for example, when a movement of an object in the scene along a previously known spatial direction is to be detected with high accuracy than a movement along another spatial direction, preferably perpendicular thereto. In such a case, the number of pixels which are located along a line parallel to this previously known spatial direction (as shown on the light receiver is shown) are arranged, be larger than the number of pixels, which are arranged along a line perpendicular thereto. Then the spatial resolution along the direction of movement is greater than the spatial resolution perpendicular to the direction of movement and the movement profile of such a linearly moving object can be determined with a particularly high degree of accuracy even with a comparatively weak measuring light.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass das beschriebene Binning auch adaptiv als Reaktion auf zumindest eine zuvor erfasste (und ausgewertete) It is also pointed out that the described binning can also be adapted adaptively in response to at least one previously recorded (and evaluated)
Szenencharakteristik (auf automatische Weise) aktiviert werden kann. Dies bedeutet, dass das "Binning" von der Lichtempfänger-Steuereinrichtung nicht nur gesteuert sondern abhängig von den durch eine Szenenauswertung gewonnenen Ergebnissen geregelt wird. Dadurch wird eine besonders zuverlässige Scene characteristics can be activated (automatically). This means that the "binning" is not only controlled by the light receiver control device but is regulated as a function of the results obtained through a scene evaluation. This makes a particularly reliable one
Szenenerfassung auch bei schwachem Messlicht ermöglicht, so dass das beschriebene Sensorsystem auch mit einem entsprechend schwachen Enables scene detection even with weak measurement light, so that the sensor system described can also be used with a correspondingly weak one
Beleuchtungslicht und damit auf energieeffiziente Weise betrieben werden kann. Illuminating light and thus can be operated in an energy-efficient manner.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die According to a further embodiment of the invention, the
Beleuchtungseinrichtung auf (a) eine als Laser ausgebildete Lighting device on (a) designed as a laser
Beleuchtungslichtquelle zum räumlichen Abtasten der Szene mit einem Illumination light source for spatial scanning of the scene with a
ausgesandten Laserstrahl-Beleuchtungslicht, (b) eine zumindest annähernd punktförmige Beleuchtungslichtquelle, (c) eine Mehrzahl von einzelnen emitted laser beam illuminating light, (b) an at least approximately point-shaped illuminating light source, (c) a plurality of individual
Beleuchtungslichtquellen, die insbesondere individuell ansteuerbar und jeweils einem bestimmten Raumwinkelbereich der Szene zugeordnet sind, und/oder (d) eine flächige Beleuchtungslichtquelle, insbesondere mit einer über die Fläche nicht homogenen Leuchtintensität. Illumination light sources, which are in particular individually controllable and each assigned to a specific solid angle range of the scene, and / or (d) a flat illumination light source, in particular with a light intensity that is not homogeneous over the area.
Ein die Szene abtastender Laserstrahl kann in bekannter Weise über zwei drehbare Spiegel mit zueinander nicht parallelen und bevorzugt senkrecht zueinander orientierten Drehachsen auf die jeweils zu beleuchtende Stelle der Szene gelenkt werden. Für eine solche (dynamisch adaptive) Ablenkung können auch nicht mechanische optische Elemente wie beispielsweise Diffraktive A laser beam that scans the scene can be directed in a known manner via two rotatable mirrors with axes of rotation that are not parallel to one another and preferably oriented perpendicular to one another to the point of the scene to be illuminated. For such a (dynamically adaptive) distraction you can also non-mechanical optical elements such as diffractives
Optische Elemente (DOEs) verwendet werden. Die Ablenkung kann insbesondere durch die vorstehend beschriebene Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung gesteuert werden. Optical elements (DOEs) are used. The deflection can in particular be controlled by the above-described illuminating light control device.
Die eine zumindest annähernd punktförmige Beleuchtungslichtquelle kann eine (ausreichend starke) Halbleiterdiode, beispielsweise eine Laser- oder Leuchtdiode sein. Um gezielt die Szene flächig zu beleuchten, können geeignete The at least approximately point-shaped illumination light source can be a (sufficiently strong) semiconductor diode, for example a laser or light-emitting diode. In order to specifically illuminate the scene over a large area, suitable
Strahlformungssysteme, insbesondere Linsensysteme verwendet werden. Um die beschriebene raumwinkelabhängig ungleichmäßige Beleuchtung der Szene zu realisieren, können geeignete optische Elemente zur Strahlablenkung, Beam shaping systems, in particular lens systems, are used. In order to achieve the uneven lighting of the scene depending on the spatial angle, suitable optical elements for beam deflection,
Strahlteilung und/oder Strahlzusammenführung verwendet werden. Auch DOEs können auf vorteilhafte Weise verwendet werden. Beam splitting and / or beam merging can be used. DOEs can also be used to advantage.
Die Mehrzahl von Beleuchtungslichtquellen, welche ebenfalls insbesondere Laser oder Leuchtdioden sind, können (insbesondere individuell) von der vorstehend beschriebenen Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung angesteuert werden. Dies erlaubt auf vorteilhafte Weise eine adaptiv gesteuerte oder sogar geregelte Einstellung der Charakteristik des Beleuchtungslichts. The plurality of illumination light sources, which are likewise in particular lasers or light-emitting diodes, can be controlled (in particular individually) by the illumination light control device described above. This advantageously allows an adaptively controlled or even regulated setting of the characteristics of the illuminating light.
Auch eine flächige Lichtquelle kann die Quelle für eine raumwinkelabhängig nicht homogene Intensitätsverteilung sein. Sofern es sich um eine räumlich homogen erleuchtete Fläche handelt, können geeignete optische Elemente zur A flat light source can also be the source for an intensity distribution that is not homogeneous as a function of the spatial angle. If it is a spatially homogeneously illuminated surface, suitable optical elements can be used
Strahlablenkung, Strahlteilung, Strahlzusammenführung und/oder Strahlformung eingesetzt werden, um die beschriebene raumwinkelabhängig ungleichmäßige Beleuchtung der Szene zu realisieren. Beam deflection, beam splitting, beam merging and / or beam shaping can be used in order to achieve the described non-uniform illumination of the scene as a function of the spatial angle.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die According to a further embodiment of the invention, the
Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung ferner derart konfiguriert, dass eine Bedeckungscharakteristik der Passage durch zumindest einen Verschließkörper steuerbar ist. Dadurch kann die Öffnung, welche beispielsweise ein Eingang (bzw. ein Ausgang) eines Gebäudes ist, auf energetisch günstige Weise automatisch überwacht werden und durch eine geeignete Ansteuerung eines Aktuators kann der Verschließkörper automatisch zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position bewegt werden. Dazu kann die The data processing and control device is further configured in such a way that a coverage characteristic of the passage can be controlled by at least one closure body. This allows the opening, which for example is an entrance (or an exit) of a building can be automatically monitored in an energetically favorable manner, and the closing body can be automatically moved between an open position and a closed position by means of a suitable control of an actuator. The
Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung des beschriebenen Data processing and control device of the described
Sensorsystems mit der Steuerung eines bekannten Steuersystems für einen Verschließkörper gekoppelt werden. Sensor system can be coupled to the control of a known control system for a closure body.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Verfahren zum dreidimensionalen Erfassen einer Szene in einem vorbestimmten räumlichen Bereich, welcher zugeordnet ist einem Verschließkörper für eine Passage. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Beleuchten der Szene mit According to a further aspect of the invention, a method is described for three-dimensional detection of a scene in a predetermined spatial area which is assigned to a closure body for a passage. The method described comprises (a) illuminating the scene with
Beleuchtungslicht mittels einer Beleuchtungseinrichtung; (b) ein Empfangen von Messlicht, welches zumindest teilweise von zumindest einem in der Szene enthaltenen Objekt zurückgestreutes Beleuchtungslicht ist, mittels einer Illuminating light by means of a lighting device; (b) receiving measurement light, which is at least partially backscattered illumination light from at least one object contained in the scene, by means of a
Messeinrichtung; Measuring device;
Messen von Distanzen zwischen dem Sensorsystem und dem zumindest einen Objekt basierend auf einer Lichtlaufzeit des Beleuchtungslichts und des Measuring distances between the sensor system and the at least one object based on a light transit time of the illuminating light and the
Messlichts mittels der Messeinrichtung; Measuring light by means of the measuring device;
Ermitteln einer dreidimensionalen Charakteristik der Szene basierend auf den gemessenen Distanzen mittels einer der Messeinrichtung nachgeschaltete Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung; Determining a three-dimensional characteristic of the scene based on the measured distances by means of a data processing and control device connected downstream of the measuring device;
Empfangen eines Eingangssignals an einem Dateneingang, welches für einen aktuellen Betriebszustand des Verschließkörpers indikativ ist; Receiving an input signal at a data input, which is indicative of a current operating state of the closure body;
Betreiben der Beleuchtungseinrichtung und/oder der Messeinrichtung in einem ersten Betriebsmodus mit einem ersten Energieverbrauch, wenn sich der Verschließkörper in einem ersten Betriebszustand befindet; und Operating the lighting device and / or the measuring device in a first operating mode with a first energy consumption when the closure body is in a first operating state; and
Betreiben der Beleuchtungseinrichtung und/oder der Messeinrichtung in einem zweiten Betriebsmodus mit einem zweiten Energieverbrauch, wenn sich der Verschließkörper in einem zweiten Betriebszustand befindet, wobei der zweite Energieverbrauch kleiner ist als der erste Energieverbrauch. Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch das Vorsehen von unterschiedlichen Betriebsmodi mit jeweils unterschiedlichem Energieverbrauch der Energieverbrauch insgesamt (über eine längere Operating the lighting device and / or the measuring device in a second operating mode with a second energy consumption when the closure body is in a second operating state, the second energy consumption being less than the first energy consumption. The method described is also based on the knowledge that the provision of different operating modes, each with different energy consumption, results in the overall energy consumption (over a longer
Betriebszeit) gesenkt werden kann, wenn aufgrund der (zu erwartenden) Operating time) can be reduced if due to the (expected)
Charakteristik der Szene die Anforderungen an die Genauigkeit der Characteristic of the scene the requirements for the accuracy of the
Szenenerfassung gerade nicht so hoch sind. Der zweite Betriebsmodus kann dabei (zweite) Szenenerfassungen liefern, welche im Vergleich zu (ersten) Szenenerfassungen beispielsweise eine geringere zeitliche Auflösung, eine geringere räumliche Auflösung, und/oder ein geringeres Signal-zu- Rauschverhältnis aufweisen. Scene capture just isn't that high. The second operating mode can deliver (second) scene acquisitions which, compared to (first) scene acquisitions, have, for example, a lower temporal resolution, a lower spatial resolution and / or a lower signal-to-noise ratio.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Verfahren ferner auf (a) ein Erfassen eines in der Szene befindlichen Objekts; (b) ein Vergleichen des erfassten Objekts mit zumindest einem in einer Datenbank hinterlegten Vergleichsobjekt; und (c), wenn das Objekt innerhalb vorgegebener zulässiger Abweichungen mit einem Vergleichsobjekt übereinstimmt, ein According to a further exemplary embodiment of the invention, the method further comprises (a) detecting an object located in the scene; (b) a comparison of the detected object with at least one comparison object stored in a database; and (c) if the object matches a comparison object within predetermined permissible deviations
Identifizieren des Objekts als ein für eine bestimmte Aktion zugelassenes Objekt. Identifying the object as an object allowed for a particular action.
Die zugelassene Aktion kann beispielsweise eine erlaubte Passage durch eine Öffnung in einem Gebäude sein, welche Öffnung vor der Identifizierung als zugelassenes Objekt durch einen Verschließkörper verschlossen ist und erst nach der erfolgreichen Identifizierung durch eine entsprechende Bewegung des The permitted action can be, for example, a permitted passage through an opening in a building, which opening is closed by a locking body before identification as an approved object and only after successful identification by a corresponding movement of the
Verschließkörpers geöffnet wird. Die zu identifizierenden Objekte können bevorzugt Personen und/oder Fahrzeuge sein. Eine erfolgreiche Identifizierung kann zur Steuerung bzw. zur Aktivierung eines Verschließmechanismus für einen Verschließkörper vor einer Passage bzw. Öffnung eines Gebäudes sein. Closing body is opened. The objects to be identified can preferably be people and / or vehicles. Successful identification can be for controlling or activating a locking mechanism for a locking body in front of a passage or opening of a building.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben eine Verwendung eines Sensorsystems des vorstehend beschriebenen Typs für ein Steuern einer Bedeckungscharakteristik einer von einem Objekt zu passierenden Passage durch zumindest einen Verschließkörper. Der beschriebenen Verwendung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine auf energetisch effiziente Weise vorgenommene Erfassung und Auswertung einer optischen Szene auf vorteilhafte Weise bei Durchgängen eingesetzt werden kann, welche von einem Verschließkörper verschlossen werden können. Dies gilt insbesondere für Durchgänge, welche eine Verschließ- bzw. eine Bedeckungs charakteristik aufweisen, die von dem beschriebenen Sensorsystem gesteuert oder zumindest mitgesteuert wird. According to a further aspect of the invention, a use of a sensor system of the type described above for controlling a coverage characteristic of a passage to be passed by an object by at least one closure body is described. The described use is based on the knowledge that an energetically efficient detection and evaluation of an optical scene can be used in an advantageous manner for passages which can be closed by a closure body. This applies in particular to passages which have a closure or a covering characteristic that is controlled or at least also controlled by the described sensor system.
Durch die erfindungsgemäße Verwendung des vorstehend beschriebenen The inventive use of the above
Sensorsystems können auf energetisch effiziente Weise auch größere Distanzen überwacht werden, was naturgemäß zu einem früheren Erkennen einer Sensor system can also be monitored in an energetically efficient manner, even larger distances, which naturally leads to an earlier detection of a
Öffnungsanforderung des Verschließkörpers führt, was insbesondere bei sich schnell bewegenden Objekten von großem Vorteil sein kann. Ferner kann die Szene mit einem breiteren Erfassungswinkel erfasst werden, was beispielswiese zu einem frühzeitigen Erkennen von sich quer zur Öffnung bewegenden Opening request of the closure body leads, which can be of great advantage, especially with fast-moving objects. Furthermore, the scene can be captured with a wider capture angle, which, for example, leads to an early detection of people moving across the opening
Querverkehr und damit zu einem zuverlässigeres Erkennen von Objekten in einem Gefährdungsbereich führen kann. Cross traffic and thus can lead to more reliable detection of objects in a hazardous area.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Öffnung ein Eingang oder ein Ausgang, insbesondere ein Notausgang in einem Gebäude. Durch das According to an exemplary embodiment of the invention, the opening is an entrance or an exit, in particular an emergency exit in a building. By the
Erkennen eines zwar vorhandenen, aber sich ggf. nicht bewegenden Objektes in einem Durchgangsbereich kann ein Eingang oder Ausgang überwacht, Detection of an existing but possibly not moving object in a passage area can monitor an input or output,
insbesondere ein blockierter Notausgang erkannt, und die entsprechende in particular a blocked emergency exit is detected, and the corresponding
Information an ein angegliedertes System, beispielsweise an ein Information to an affiliated system, for example to a
Überwachungssystem, übermittelt werden. Monitoring system.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Objekt eine Person oder ein Fahrzeug. In diesem Fall kann das Gebäude insbesondere ein Haus bzw. eine Garage sein. Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen bzw. According to a further exemplary embodiment of the invention, the object is a person or a vehicle. In this case, the building can in particular be a house or a garage. It should be noted that embodiments of the invention have been described with reference to different subjects of the invention. In particular, some embodiments of the invention with device claims and other embodiments of the invention with method claims or
Verwendungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Use claims described. However, when reading this application, it will immediately become clear to the person skilled in the art that, unless explicitly stated otherwise, in addition to a combination of features belonging to a type of subject matter of the invention, any combination of
Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von It is possible to have characteristics that lead to different types of
Erfindungsgegenständen gehören. Subjects of the invention belong.
Bevor an späterer Stelle und bezugnehmend auf die Zeichnung exemplarische Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben werden, werden an dieser Stelle einige technische Überlegungen dargestellt, die im Zusammenhang mit der Erfindung stehen. Before exemplary embodiments of the invention are described at a later point and with reference to the drawing, some technical considerations related to the invention are presented at this point.
TOF-basierende Sensorsysteme können generell sowohl in Bezug auf das TOF-based sensor systems can generally be used in relation to the
Beleuchtungslicht als auch in Bezug auf das Messlicht in zwei grundsätzlich unterschiedliche Klassen unterteilt werden, welche beliebig miteinander kombiniert werden können. Illumination light as well as in relation to the measurement light can be divided into two fundamentally different classes, which can be combined with one another as required.
Bl : Die erste Alternative (Bl) für die Beleuchtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Szene mittels eines einzelnen Beleuchtungslichtstrahls hoher Bl: The first alternative (Bl) for the lighting is characterized in that the scene is higher by means of a single illuminating light beam
Fokussierung und niedriger Divergenz (also hoher Kollimation) sequentiell abgetastet wird. Für jede Position des Beleuchtungslichtstrahls in der Szene wird eine Messung der Laufzeit des Beleuchtungslichts und des Messlichts Focusing and low divergence (ie high collimation) is scanned sequentially. For each position of the illuminating light beam in the scene, a measurement of the transit time of the illuminating light and the measuring light is made
vorgenommen. Das Abtasten kann unter Verwendung von beweglichen optischen Komponenten, insbesondere Spiegel, realisiert werden. Alternativ oder in performed. The scanning can be implemented using movable optical components, in particular mirrors. Alternatively or in
Kombination kann für ein sequentielles Abtasten der Szene mit dem Combination can be used for sequential scanning of the scene with the
Beleuchtungslichtstrahl ein Festkörper verwendet werden, welcher ohne mechanisch bewegliche Teile auskommt und integrierte photonische Strukturen bzw. Schaltungen aufweist. Bei einer geeigneten Ansteuerung dieser Strukturen wird der Beleuchtungslichtstrahl dann auf die gewünschte Stelle der Szene gerichtet. Ein solcher Festkörper ist beispielsweise aus US 2015/293224 Al bekannt. Illuminating light beam a solid can be used, which manages without mechanically moving parts and integrated photonic structures or having circuits. With a suitable control of these structures, the illuminating light beam is then directed to the desired location in the scene. Such a solid is known, for example, from US 2015/293224 A1.
B2: Die zweite Alternative (B2) für die Beleuchtung zeichnet sich dadurch aus, dass die gesamte Szene (auf einmal und flächig) beleuchtet wird. Bei Bedarf kann die Intensität des Beleuchtungslichts in ausgewählten Teilbereichen der Szene (punktuell) erhöht werden, um an diesen Stellen eine verbesserte 3D Objekterfassung zu ermöglichen. Eine solche räumlich ungleichmäßige Verteilung der Intensität des Beleuchtungslichts kann ohne bewegliche optische B2: The second alternative (B2) for the lighting is characterized by the fact that the entire scene is illuminated (all at once and over an area). If necessary, the intensity of the illuminating light can be increased (selectively) in selected sub-areas of the scene in order to enable improved 3D object detection at these points. Such a spatially uneven distribution of the intensity of the illuminating light can be achieved without moving optical
Komponenten beispielsweise mittels eines sog. Diffraktiven Optischen Elementes (DOE) erfolgen. Components take place for example by means of a so-called diffractive optical element (DOE).
Ml : Eine erste Alternative (Ml) für die Messung basiert auf gepulsten Ml: A first alternative (Ml) for the measurement is based on pulsed
Beleuchtungslichtstrahlen. Dabei wird die "Reisezeit" eines Lichtimpulses auf der Empfängerseite für jeden Pixel innerhalb eines Zeitfensters bestimmt und daraus die Entfernung abgeleitet. Illuminating light rays. The "travel time" of a light pulse on the receiver side is determined for each pixel within a time window and the distance is derived from this.
M2: Die zweite Alternative (M2) für die Messung basiert auf einer zeitlichen, bevorzugt sinusförmigen, Modulation des Beleuchtungslichts mit einer M2: The second alternative (M2) for the measurement is based on a temporal, preferably sinusoidal, modulation of the illuminating light with a
vorgegebenen Frequenz, wobei geeignete Werte für diese Frequenz von der zu erwartenden Laufzeit bzw. der maximalen Erfassungsdistanz abhängen. Auf der Seite des Lichtempfängers wird die Phasendifferenz für jeden Pixel gemessen und daraus die Distanzinformation abgeleitet. specified frequency, with suitable values for this frequency depending on the expected transit time or the maximum detection distance. On the side of the light receiver, the phase difference is measured for each pixel and the distance information is derived from it.
Beide Messprinzipien Ml und M2 basieren auf einer Integration der Anzahl von Photonen bzw. der in dem Lichtempfänger generierten Photoelektronen, welche auf jedem zu messenden Pixel eintreffen. In diesem Zusammenhang ist es offensichtlich, dass ein stets vorhandenes Licht- bzw. Photonenrauschen von der Anzahl der in einem Pixel akkumulierten Photonen abhängt. Daher wird die aus der TOF Messung gewonnen Distanzinformation umso genauer, je höher die Anzahl an akkumulierten Photonen ist. Both measuring principles M1 and M2 are based on an integration of the number of photons or the photoelectrons generated in the light receiver, which arrive at each pixel to be measured. In this context, it is obvious that light or photon noise that is always present depends on the number of photons accumulated in a pixel. Hence the out The distance information obtained from the TOF measurement is more accurate the higher the number of accumulated photons.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Further advantages and features of the present invention emerge from the following exemplary description of currently preferred embodiments.
Kurze Beschreibung der Zeichnung Brief description of the drawing
Figur 1 zeigt die Verwendung eines Sensorsystems zum Steuern einer Figure 1 shows the use of a sensor system for controlling a
Bedeckungscharakteristik einer Öffnung mittels als Schiebetüren ausgebildeten Verschließkörpern. Covering characteristic of an opening by means of closing bodies designed as sliding doors.
Figur 2 illustriert eine Variation der Größe eines räumlichen Bereiches, in dem eine Szene erfasst wird, mittels einer adaptiven optischen Einrichtung. FIG. 2 illustrates a variation in the size of a spatial region in which a scene is recorded by means of an adaptive optical device.
Figuren 3a und 3b illustrieren ein Zusammenfassen von Einzelpixeln zur Figures 3a and 3b illustrate a combination of individual pixels for
Erhöhung der Lichtempfindlichkeit eines Lichtempfängers. Increase in the light sensitivity of a light receiver.
Detaillierte Beschreibung Detailed description
Figur 1 zeigt die Verwendung eines Sensorsystems 100 zum Steuern einer Bedeckungscharakteristik einer Öffnung bzw. Passage 184 abhängig von der Charakteristik einer von dem Sensorsystem 100 überwachten Szene 190. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 184 eine FIG. 1 shows the use of a sensor system 100 for controlling a coverage characteristic of an opening or passage 184 depending on the characteristic of a scene 190 monitored by the sensor system 100. According to the exemplary embodiment shown here, the opening 184 is a
Eintrittsöffnung für Personen in ein Gebäude oder eine Garageneinfahrt für Kraftfahrzeuge. Die entsprechende Eingangsstruktur ist mit dem Bezugszeichen 180 versehen. Ein in der Szene befindliches Objekt 195 soll eine solche Person oder ein Kraftfahrzeug symbolisieren. Die Eingangsstruktur 180 umfasst eine stationäre Haltestruktur 182, welche einen Rahmen sowie eine Führung für zwei als Schiebetüren ausgebildete Entry opening for people into a building or a garage entrance for motor vehicles. The corresponding input structure is provided with the reference number 180. An object 195 located in the scene is intended to symbolize such a person or a motor vehicle. The entrance structure 180 comprises a stationary holding structure 182 which has a frame and a guide for two designed as sliding doors
Verschließkörper 186 darstellt. Die Schiebetüren 186 können jeweils mittels eines Motors 187 entlang der durch zwei dicke Doppelpfeile dargestellten Closing body 186 represents. The sliding doors 186 can each be opened by means of a motor 187 along the lines shown by two thick double arrows
Verschieberichtungen bewegt werden. Die Ansteuerung der Motoren 187 erfolgt, wie im Folgenden dargelegt, mittels einer Datenverarbeitungs- und Displacement directions are moved. The control of the motors 187 takes place, as set out below, by means of a data processing and
Steuereinrichtung 150 des in diesem Dokument beschriebenen Sensorsystems 100. Control device 150 of the sensor system 100 described in this document.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Betriebszustand der beiden Schiebetüren 186 mittels jeweils eines Encoders 188 erfasst, welcher im Vergleich zu dem jeweiligen Motor 187 eine separate Einheit darstellt. In anderen Ausführungsformen kann der Encoder auch in dem jeweiligen Motor 187 integriert sein. Außerdem kann die Funktion des Encoders auch von der According to the exemplary embodiment shown here, an operating state of the two sliding doors 186 is recorded by means of an encoder 188 each, which compared to the respective motor 187 represents a separate unit. In other embodiments, the encoder can also be integrated in the respective motor 187. In addition, the function of the encoder can also be dependent on the
Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 150 übernommen werden. Data processing and control device 150 are taken over.
Der Betriebszustand der Schiebetüren 186 kann die jeweils aktuelle Position der Schiebetüren 186 und/oder die jeweils aktuelle Geschwindigkeit sein, mit welcher sich die Schiebetüren 186 von einer Öffnungsposition in eine Schließposition oder umgekehrt von der Schließposition zur der Öffnungsposition bewegen. The operating state of the sliding doors 186 can be the current position of the sliding doors 186 and / or the current speed at which the sliding doors 186 move from an open position to a closed position or vice versa from the closed position to the open position.
Das Sensorsystem 100 weist auf eine Time Of Flight (TOF) Messeinrichtung 110, die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 150 sowie eine Datenbank 160. The sensor system 100 has a time of flight (TOF) measuring device 110, the data processing and control device 150 and a database 160.
Die TOF-Messeinrichtung 110 wiederum weist eine Beleuchtungseinrichtung 130 und einen Lichtempfänger 120 auf. Gemäß dem hier dargestellten The TOF measuring device 110 in turn has an illumination device 130 and a light receiver 120. According to the one shown here
Ausführungsbeispiel weist die TOF-Messeinrichtung 110 auf bzw. sind der TOF- Messeinrichtung 110 zugeordnet (i) eine Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung 135 zum Steuern des Betriebs der Beleuchtungseinrichtung 130, (ii) eine dem Lichtempfänger 120 nachgeschaltete Messeinheit 125 zum Messen einer The TOF measuring device 110 has or are assigned to the TOF measuring device 110 (i) an illumination light control device 135 for controlling the operation of the illumination device 130, (ii) a measuring unit 125 connected downstream of the light receiver 120 for measuring a
Lichtlaufzeit zwischen von der Beleuchtungseinrichtung 130 ausgesandten Beleuchtungslicht 131 und von dem Lichtempfänger 120 nach einer Streuung an dem Objekt 195 empfangenen Messlicht 196 und (iii) eine Lichtempfänger- Steuereinrichtung 140 zum Steuern des Betriebs bzw. zum Auswählen eines Betriebsmodus des Lichtempfängers 120. Light transit time between emitted by the lighting device 130 Illumination light 131 and measurement light 196 received by light receiver 120 after scattering on object 195 and (iii) a light receiver control device 140 for controlling the operation or for selecting an operating mode of light receiver 120.
In der TOF-Messeinrichtung 110 sind alle optischen Komponenten des In the TOF measuring device 110, all optical components of the
Sensorsystems 100 untergebracht. Bevorzugt ist das ganze Sensorsystem 100 (im Gegensatz zu der Darstellung von Figur 1) als ein Modul aufgebaut, welches innerhalb einer kompakten Bauweise neben der TOF-Messeinrichtung 110 auch noch die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 150 sowie die Datenbank 160 aufweist. Sensor system 100 housed. The entire sensor system 100 (in contrast to the illustration in FIG. 1) is preferably constructed as a module which, within a compact design, not only has the TOF measuring device 110, but also the data processing and control device 150 and the database 160.
Im Betrieb des Sensorsystems steuert die Datenverarbeitungs- und During operation of the sensor system, the data processing and controls
Steuereinrichtung 150 die beiden Motoren 187. Eine dafür erforderliche Control device 150 the two motors 187. One required for this
elektrische Leistung zum Betätigen der Türen 186 wird jeweils von einer Endstufe bzw. einem Verstärker bereitgestellt, die bzw. der gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Gehäuse des jeweiligen Motors 187 integriert ist. Angesteuert werden die beiden Endstufen jeweils über ein Signal 152a, welches an einem Datenausgang 152 von der Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 150 ausgegeben wird und in diesem Dokument deshalb als Ausgangssignal 152a bezeichnet wird. Electric power for actuating the doors 186 is provided in each case by an output stage or an amplifier which, according to the exemplary embodiment shown here, is integrated in the housing of the respective motor 187. The two output stages are each controlled via a signal 152a, which is output at a data output 152 by the data processing and control device 150 and is therefore referred to in this document as output signal 152a.
In Übereinstimmung mit der in diesem Dokument beschriebenen Erfindung hat der Betriebszustand der Türen 186 zumindest einen gewissen Einfluss auf den Betrieb der TOF Messeinrichtung 110. Konkret bestimmt dieser Betriebszustand den Betrieb der Beleuchtungseinrichtung 130 und den Betrieb des In accordance with the invention described in this document, the operating state of the doors 186 has at least a certain influence on the operation of the TOF measuring device 110. Specifically, this operating state determines the operation of the lighting device 130 and the operation of the
Lichtempfängers 120 (mit). Dieser Einfluss manifestiert sich in zwei Betriebsmodi des TOF Messeinrichtung 110. In einem ersten Betriebsmodus haben das Light receiver 120 (with). This influence manifests itself in two operating modes of the TOF measuring device 110. In a first operating mode, they have
Sensorsystem 100 und insbesondere die TOF Messeinrichtung 110 und weiter insbesondere die Beleuchtungseinrichtung 130 und/oder der Lichtempfänger 120 einen ersten Energieverbrauch. In einem zweiten Betriebsmodus haben diese Komponenten einen zweiten Energieverbrauch, der im Vergleich zu dem ersten Energieverbrauch geringer ist. Sensor system 100 and in particular the TOF measuring device 110 and further in particular the lighting device 130 and / or the light receiver 120 a first energy consumption. In a second operating mode, they have Components have a second energy consumption, which is lower compared to the first energy consumption.
Der Betriebszustand der Türen 186 wird mittels eines Datensignals bzw. einer Abfolge von Datensignale von den beiden Encodern 188 an jeweils einen The operating state of the doors 186 is transmitted to one of the two encoders 188 by means of a data signal or a sequence of data signals
Dateneingang 151 der Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 150 Data input 151 of the data processing and control device 150
übermittelt. Dieses Datensignal wird in diesem Dokument- aus Sicht der transmitted. This data signal is used in this document from the point of view of
Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 150- auch als Eingangssignal 151a bezeichnet. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel verarbeitet die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 150 dieses Eingangssignal 151a auf geeignete Weise und steuert, u.a. abhängig von diesem Eingangssignal 151a, die Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung 135 und die Lichtempfänger- Steuereinrichtung 140 derart, dass sich eine Betriebsmodus einstellt, der den Energieverbrauch der Beleuchtungseinrichtung und/oder des Lichtempfängers 120 (mit)bestimmt. Data processing and control device 150- also referred to as input signal 151a. According to the embodiment shown here, the data processing and control device 150 processes this input signal 151a in a suitable manner and controls, inter alia. depending on this input signal 151a, the illumination light control device 135 and the light receiver control device 140 in such a way that an operating mode is established which (also) determines the energy consumption of the illumination device and / or the light receiver 120.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird der erste Betriebsmodus mit dem höheren Energieverbrauch aktiviert, wenn die beiden Türen 186 bewegt werden, insbesondere von ihrer Öffnungsposition in ihre Schließposition. Der zweite Betriebsmodus mit dem niedrigeren Energieverbrauch wird aktiviert, wenn sich die beiden Türen 186 in Ruhe befinden. According to the exemplary embodiment shown here, the first operating mode with the higher energy consumption is activated when the two doors 186 are moved, in particular from their open position to their closed position. The second operating mode with the lower energy consumption is activated when the two doors 186 are at rest.
Die Szene 190 wird in einem räumlichen Bereich erfasst, weicher einen ersten Teilbereich 191 und einen zweiten Teilbereich 192 umfasst. Der erste Teilbereich 191 ist ein sog. Gefährdungsbereich. Sofern sich nämlich ein Objekt in diesem Gefährdungsbereich 191 befindet, besteht grundsätzlich die Gefahr, dass dieses bei einer Schließbewegung der Türen 186 eingeklemmt und ggf. verletzt wird. Daher ist das Sensorsystem 100 derart konfiguriert, diesen Gefährdungsbereich 191 grundsätzlich mit einer sehr hohen Genauigkeit zu erfassen. Dazu sind in einem ersten Betriebsmodus eine entsprechend helle Beleuchtung dieses The scene 190 is captured in a spatial area which comprises a first partial area 191 and a second partial area 192. The first sub-area 191 is a so-called hazard area. If there is an object in this hazard area 191, there is basically the risk that it will be trapped and possibly injured when the doors 186 are closed. The sensor system 100 is therefore configured in such a way as to basically detect this hazardous area 191 with a very high degree of accuracy. For this purpose, a correspondingly bright illumination is provided in a first operating mode
Gefährdungsbereiches 191 sowie eine Erfassung mit einer hohen Genauigkeit erforderlich. In diesem Zusammenhang ist es offensichtlich, dass dies relativ viel Energie erfordert. Wenn sich die Türen 186 jedoch nicht bewegen, dann ist die Gefahr eines Einklemmens bzw. eines Verletzen eines Objekts nicht gegeben. Daher ist es in einem zweiten Betriebsmodus völlig ausreichend, wenn der Gefährdungsbereich 191 von der Beleuchtungseinrichtung 130 mit einer geringeren Intensität beleuchtet und/oder wenn der Lichtempfänger 120 den Gefährdungsbereich 191 mit einer reduzierten Genauigkeit erfasst. Hazardous area 191 as well as detection with a high degree of accuracy required. In this context, it is obvious that this requires a relatively large amount of energy. However, if the doors 186 do not move, then there is no risk of an object being trapped or injured. It is therefore completely sufficient in a second operating mode if the hazard area 191 is illuminated by the lighting device 130 with a lower intensity and / or if the light receiver 120 detects the hazard area 191 with a reduced accuracy.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Teilbereich 192 ein Bereich, in dem Objekte erfasst werden, damit die Türen 186 in geeigneter Weise bewegt werden. Der zweite Teilbereich 192 wird in diesem Dokument deshalb als Aktivierungsbereich 192 bezeichnet. Der Aktivierungsbereich 192 ist in der Regel nicht sicherheitsrelevant (in Bezug auf eine Kollision einer Tür 186 mit einem Objekt). Deshalb wird der Aktivierungsbereich 192 bei der hier beschriebenen Ausführungsform unabhängig von dem Betriebszustand der Türen 186 immer nur so betrieben, dass auf Kosten der Genauigkeit der According to the exemplary embodiment shown here, the second partial area 192 is an area in which objects are detected so that the doors 186 can be moved in a suitable manner. The second sub-area 192 is therefore referred to as the activation area 192 in this document. The activation area 192 is generally not safety-relevant (with regard to a collision of a door 186 with an object). Therefore, in the embodiment described here, the activation area 192 is only ever operated, regardless of the operating state of the doors 186, that at the expense of the accuracy of the
Szenenerfassung eine möglichst gute Energieeffizienz gegeben ist. Scene detection is given the best possible energy efficiency.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 100 in der Lage, eine Objekterkennung vorzunehmen. Dazu greift die According to the exemplary embodiment shown here, the sensor system 100 is able to carry out an object detection. The
Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 150 auf einen in der Datenbank 160 abgelegten Datensatz von Referenzobjekten zu, welche ausgewählten Objekten entsprechen, die autorisiert sind, die Passage bzw. Öffnung 184 zu passieren. Dies bedeutet, dass bei einer geeigneten Annäherung des Objekts 195 an den Eingang 184 die Schiebetüren 186 lediglich dann geöffnet werden, wenn das erkannte Objekt 195 zumindest annähernd mit einem der hinterlegten Data processing and control device 150 to a data record of reference objects stored in the database 160 which correspond to selected objects that are authorized to pass through the passage or opening 184. This means that when the object 195 appropriately approaches the entrance 184, the sliding doors 186 are only opened when the detected object 195 at least approximately matches one of the stored ones
Referenzobjekten übereinstimmt. Dies bedeutet anschaulich, dass bei der hier beschriebenen Verwendung des Sensorsystems 100 eine objektbasierte Reference objects. This clearly means that when using the sensor system 100 described here, an object-based
Zugangskontrolle stattfindet. Die Figur 2 illustriert eine Ausführungsform, bei der die Größe des von dem Lichtempfänger 120 erfassten räumlichen Bereiches von dem Betriebszustand des Verschließkörpers abhängt. Dies wird gemäß dem hier dargestellten Access control takes place. FIG. 2 illustrates an embodiment in which the size of the spatial area detected by the light receiver 120 depends on the operating state of the closure body. This is done according to the one shown here
Ausführungsbeispiel mittels einer adaptiven optischen Einrichtung realisiert, welche zwei räumliche Konfigurationen 221a und 221b annehmen kann. Die adaptive optische Einrichtung ist schematisch mittels einer deformierbaren optischen Linse dargestellt. In einem ersten Betriebsmodus wird, mit einer besonders hohen Genauigkeit (hohe räumliche und/oder zeitliche Auflösung, großes Signal zu Rausch Verhältnis, etc.), ein vergleichsweise kleiner Teilbereich 291a der Szene erfasst. Dazu nimmt die adaptive optische Einrichtung die erste Konfiguration 221a (mit einer kleinen Brennweite) an. In einem zweiten Embodiment implemented by means of an adaptive optical device which can assume two spatial configurations 221a and 221b. The adaptive optical device is shown schematically by means of a deformable optical lens. In a first operating mode, a comparatively small sub-area 291a of the scene is recorded with a particularly high level of accuracy (high spatial and / or temporal resolution, large signal-to-noise ratio, etc.). For this purpose, the adaptive optical device assumes the first configuration 221a (with a small focal length). In a second
Betriebsmodus wird, mit einer reduzierten Genauigkeit, ein vergleichsweise großer Teilbereich 291b der Szene erfasst. Dazu nimmt die adaptive optische Einrichtung die zweite Konfiguration 221b (mit einer großen Brennweite) an. In the operating mode, a comparatively large sub-area 291b of the scene is recorded with reduced accuracy. For this purpose, the adaptive optical device assumes the second configuration 221b (with a large focal length).
Die adaptive optische Einrichtung kann mit jedem beliebigen Element realisiert werden, mit dem dynamisch Abbildungseigenschaften verändert werden können. So kann die adaptive optische Einrichtung beispielsweise mehrere entlang einer Achse verschiebbare Linsen mit unterschiedlicher Brennweite oder ein Objektiv mit variabler Brennweite aufweisen. Auch die Verwendung von zumindest einem DOE ist möglich, um eine entsprechende Variation der optischen Abbildung des Teilbereichs 291a/291b auf einen lichtsensitiven Chip des Lichtempfängers 120 zu ermöglichen. The adaptive optical device can be realized with any desired element with which imaging properties can be changed dynamically. For example, the adaptive optical device can have a plurality of lenses with different focal lengths that can be displaced along an axis or one objective with a variable focal length. The use of at least one DOE is also possible in order to enable a corresponding variation of the optical imaging of the sub-area 291a / 291b on a light-sensitive chip of the light receiver 120.
Es wird darauf hingewiesen, dass die von einer nicht dargestellten It should be noted that the one not shown
Beleuchtungseinrichtung ausgesandt Lichtmenge natürlich dann an besten ausgenutzt wird, wenn der Bereich der Szene, welcher von dem Lichtempfänger 120 erfasst wird, genau der gleiche Bereich ist, der von der Illumination device emitted light quantity is of course best used when the area of the scene which is detected by the light receiver 120 is exactly the same area as that of the
Beleuchtungseinrichtung ausgeleuchtet wird. Demzufolge ist es vorteilhaft, wenn zumindest eine zweite adaptive optische Einrichtung vorgesehen ist, welche der Beleuchtungseinrichtung zugeordnet ist. Die Figuren 3a und 3b illustrieren ein Zusammenfassen von Einzelpixeln eines als ein Halbleiter- bzw. CCD Chip ausgebildeten Lichtempfängers 320a bzw. Lighting device is illuminated. Accordingly, it is advantageous if at least one second adaptive optical device is provided, which is assigned to the lighting device. FIGS. 3a and 3b illustrate a combination of individual pixels of a light receiver 320a or a light receiver designed as a semiconductor or CCD chip.
320b. Der Lichtempfänger 320a weist eine Vielzahl von lichtsensitiven bzw. 320b. The light receiver 320a has a large number of light-sensitive or
Photonen sammelnden Pixeln 322a auf. Gemäß dem hier dargestellten Photon collecting pixels 322a. According to the one shown here
Ausführungsbeispiel sind die Pixel 322a einer vollen räumlichen Auflösung des Lichtempfängers 320a zugeordnet, welche Auflösung durch die Halbleiter- Architektur des Chips 320a vorgegeben ist. In the exemplary embodiment, the pixels 322a are assigned to a full spatial resolution of the light receiver 320a, which resolution is predetermined by the semiconductor architecture of the chip 320a.
Bei dem Lichtempfänger 320b sind jeweils vier der lichtsensitiven Pixel (für eine volle Auflösung) zu einem übergeordneten Pixel 322b (für eine erhöhte In the light receiver 320b, four of the light-sensitive pixels (for a full resolution) are associated with a higher-level pixel 322b (for an increased
Photonenakkumulation pro Pixel auf Kosten einer reduzierten räumlichen Photon accumulation per pixel at the expense of a reduced spatial
Auflösung) zusammengefasst. Anschaulich ausgedrückt sammelt ein Pixel 322b im Vergleich zu einem einzelnen Pixel 322a eine vierfache Menge an Licht. Ein solches Zusammenfassen (Englisch "Binning") reduziert die erforderliche Resolution). In illustrative terms, a pixel 322b collects four times the amount of light compared to a single pixel 322a. Such a combination (English "binning") reduces the required
(Mindest)Intensität des erfassten Messlichts, welche zum Auswerten des entsprechenden Bildbereiches der Szene benötigt wird . Da die Intensität des Messlichts unmittelbar von der Intensität des Beleuchtungslichts abhängt, kann durch das "Binning" die Intensität des Beleuchtungslichts reduziert und damit der Energieverbrauch des Sensorsystems verringert werden. (Minimum) intensity of the recorded measurement light, which is required to evaluate the corresponding image area of the scene. Since the intensity of the measuring light depends directly on the intensity of the illuminating light, the intensity of the illuminating light can be reduced through the "binning" and thus the energy consumption of the sensor system can be reduced.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird das beschriebene According to the embodiment shown here, this is described
"Binning" in Abhängigkeit des Betriebszustands des nicht dargestellten "Binning" as a function of the operating state of the not shown
Verschließkörpers durch eine entsprechende Ansteuerung ein und desselben Lichtempfängers 320a bzw. 320b realisiert. Dabei wird der Lichtempfänger entweder in einem ersten Betriebsmodus (mit voller Auflösung) oder in einem zweiten Betriebsmodus (mit zusammengefassten Photonen sammelnden Pixeln) betrieben. Closing body realized by a corresponding control of one and the same light receiver 320a or 320b. The light receiver is operated either in a first operating mode (with full resolution) or in a second operating mode (with combined photon-collecting pixels).
Es wird darauf hingewiesen, dass auch mehr als zwei unterschiedliche It should be noted that more than two different
Betriebsmodi mit jeweils einer unterschiedlich starken Zusammenfassung von Pixeln zum Einsatz kommen können. Ferner ist es möglich, in unterschiedlichen Teilbereichen des Lichtempfängers jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Einzelpixeln zu einem übergeordneten Pixel zusammenzufassen. Dann können einzelne Teilbereiche der Szene mit einer höheren räumlichen Auflösung (und einer geringeren Photonenakkumulation) und andere Teilbereich der Szene mit einer niedrigeren räumlichen Auflösung (und einer höheren Operating modes, each with a combination of pixels of different strengths, can be used. It is also possible in different Subareas of the light receiver each combine a different number of individual pixels to form a superordinate pixel. Then individual sub-areas of the scene with a higher spatial resolution (and a lower photon accumulation) and other sub-areas of the scene with a lower spatial resolution (and a higher
Photonenakkumulation) erfasst werden. Das beschriebene lokale und Photon accumulation). The local and
unterschiedlich starke Zusammenfassen von Pixeln kann darüber hinaus nicht nur in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Verschließkörpers sondern zudem auch dynamisch bzw. adaptiv in genau solchen Teilbereichen durchgeführt werden, in denen sich gerade ein bestimmtes Objekt befindet. In addition, different levels of grouping of pixels can be carried out not only as a function of the operating state of the closure body but also dynamically or adaptively in precisely those partial areas in which a certain object is currently located.
Es wird angemerkt, dass der Begriff "aufweisen" nicht andere Elemente ausschließt und dass das "ein" nicht eine Mehrzahl ausschließt. Auch können Elemente, die in Zusammenhang mit unterschiedlichen Ausführungsbeispielen beschrieben sind, kombiniert werden. Es sollte auch angemerkt werden, dass Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen. It is noted that the term “having” does not exclude other elements and that the “a” does not exclude a plurality. Elements that are described in connection with different exemplary embodiments can also be combined. It should also be noted that any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.
BEZUGSZEICHEN : REFERENCE MARK:
100 Sensorsystem 100 sensor system
110 TOF Messeinrichtung 110 TOF measuring device
120 Lichtempfänger 120 light receivers
125 Messeinheit 125 measuring unit
130 Beleuchtungseinrichtung 130 lighting device
131 Beleuchtungslicht 131 illumination light
135 Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung 140 Lichtempfänger- Steuereinrichtung 135 Illumination light control device 140 Light receiver control device
150 Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung 150 data processing and control device
151 Dateneingang 151 Data input
151a Eingangssignal 151a input signal
152 Datenausgang 152 data output
152a Ausgangssignal 152a output signal
160 Datenbank 160 database
180 Eingangsstruktur 180 entrance structure
182 stationäre Haltestruktur 182 stationary support structure
184 Öffnung / Passage 184 opening / passage
186 Verschließkörper / Schiebetür 186 locking body / sliding door
187 Motor M 187 engine M
188 Encoder E 188 Encoder E
190 Szene 190 scene
191 erster Teilbereich 191 first part
192 zweiter Teilbereich 192 second part
195 Objekt 195 object
196 Messlicht a adaptive optische Einrichtung (erster Zustand)b adaptive optische Einrichtung (zweiter Zustand)a Teilbereich mit erster Größe196 measuring light a adaptive optical device (first state) b adaptive optical device (second state) a partial area with first size
b Teilbereich mit zweiter Größe a/b Lichtempfänger / Sensorchipb Partial area with second size a / b light receiver / sensor chip
a Pixela pixel
b übergeordnetes Pixel / zusammengefasstes Pixel b parent pixel / pooled pixel

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Sensorsystem (100) zum dreidimensionalen Erfassen einer Szene (190) in einem vorbestimmten räumlichen Bereich, welcher zugeordnet ist einem 1. Sensor system (100) for three-dimensional detection of a scene (190) in a predetermined spatial area which is assigned to a
Verschließkörper (186) für eine Passage (184), das Sensorsystem (100) aufweisend Closure body (186) for a passage (184), having the sensor system (100)
eine Beleuchtungseinrichtung (130) zum Beleuchten der Szene (190) mit Beleuchtungslicht (131); an illumination device (130) for illuminating the scene (190) with illuminating light (131);
eine Messeinrichtung (110) a measuring device (110)
zum Empfangen von Messlicht (196), welches zumindest teilweise von zumindest einem in der Szene (190) enthaltenen Objekt (195) zurückgestreutes for receiving measurement light (196) which is at least partially backscattered from at least one object (195) contained in the scene (190)
Beleuchtungslicht (196) ist, und Illuminating light (196) is, and
zum Messen von Distanzen zwischen dem Sensorsystem (100) und dem zumindest einen Objekt (195) basierend auf einer Lichtlaufzeit des for measuring distances between the sensor system (100) and the at least one object (195) based on a light transit time of the
Beleuchtungslichts (131) und des Messlichts (195); Illuminating light (131) and the measuring light (195);
eine der Messeinrichtung (110) nachgeschaltete Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung (150) zum Ermitteln einer dreidimensionalen a data processing and control device (150) connected downstream of the measuring device (110) for determining a three-dimensional
Charakteristik der Szene (190) basierend auf den gemessenen Distanzen; und einen Dateneingang (151) zum Empfangen eines Eingangssignals (151a), welches für einen aktuellen Betriebszustand des Verschließkörpers (186) indikativ ist; Characteristic of the scene (190) based on the measured distances; and a data input (151) for receiving an input signal (151a) which is indicative of a current operating state of the closure body (186);
wobei die Beleuchtungseinrichtung (130) und/oder die Messeinrichtung (110) in einem ersten Betriebsmodus mit einem ersten Energieverbrauch und in einem zweiten Betriebsmodus mit einem zweiten Energieverbrauch betreibbar sind, welcher kleiner ist als der erste Energieverbrauch. wherein the lighting device (130) and / or the measuring device (110) can be operated in a first operating mode with a first energy consumption and in a second operating mode with a second energy consumption which is smaller than the first energy consumption.
2. Sensorsystem (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei 2. Sensor system (100) according to the preceding claim, wherein
in dem ersten Betriebsmodus zumindest ein Teil der Szene (190) mit einer größeren räumlichen Genauigkeit erfassbar ist als in dem zweiten in the first operating mode, at least part of the scene (190) can be captured with greater spatial accuracy than in the second
Betriebsmodus. Operation mode.
3. Sensorsystem (190) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Sensorsystem (190) konfiguriert ist, die Szene (190) mit einer zeitlichen Abfolge von Szenenerfassungen zu erfassen, wobei innerhalb einer 3. Sensor system (190) according to one of the preceding claims, wherein the sensor system (190) is configured to detect the scene (190) with a time sequence of scene acquisitions, wherein within a
vorgegebenen Zeitspanne die Anzahl an Szenenerfassungen in dem ersten Betriebsmodus größer ist als in dem zweiten Betriebsmodus. predetermined period of time the number of scene acquisitions in the first operating mode is greater than in the second operating mode.
4. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Betriebsmodus ein Ruhezustand der Beleuchtungseinrichtung (130) und/oder der Messeinrichtung (110) ist. 4. Sensor system (100) according to one of the preceding claims, wherein the second operating mode is an idle state of the lighting device (130) and / or the measuring device (110).
5. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der räumliche Bereich einen ersten Teilbereich (191) und einen zweiten 5. Sensor system (100) according to one of the preceding claims, wherein the spatial area has a first partial area (191) and a second
Teilbereich (192) umfasst, wobei der zweite Teilbereich (192) zumindest teilweise unterschiedlich ist zu dem ersten Teilbereich (191). Sub-area (192), the second sub-area (192) being at least partially different from the first sub-area (191).
6. Sensorsystem (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei 6. Sensor system (100) according to the preceding claim, wherein
von zumindest einem der beiden Teilbereiche (191, 192) die räumliche of at least one of the two sub-areas (191, 192) the spatial
Ausdehnung und/oder die räumliche Lage in dem ersten Betriebsmodus verschieden ist von der räumlichen Ausdehnung und/oder die räumliche Lage in dem zweiten Betriebsmodus. Expansion and / or the spatial position in the first operating mode is different from the spatial expansion and / or the spatial position in the second operating mode.
7. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend 7. Sensor system (100) according to one of the preceding claims, further comprising
eine adaptive optische Einrichtung (221a, 221b) zum Verändern des räumlichen Bereiches, wobei die Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung (150) derart eingerichtet ist, dass der räumliche Bereich von dem aktuellen Betriebsmodus abhängt. an adaptive optical device (221a, 221b) for changing the spatial area, the data processing and control device (150) being set up in such a way that the spatial area depends on the current operating mode.
8. Sensorsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Datenausgang (152) zum Ausgeben eines Ausgangssignals (152a), welches für einen zukünftigen Betriebszustand des Verschließkörpers (186) indikativ ist. 8. Sensor system according to one of the preceding claims, further comprising a data output (152) for outputting an output signal (152a) which is indicative of a future operating state of the closure body (186).
9. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung (150) konfiguriert ist, zumindest zwei in einem bestimmten zeitlichen Abstand zueinander 9. Sensor system (100) according to one of the preceding claims, wherein the data processing and control device (150) is configured to have at least two at a certain time interval from one another
durchgeführte Szenenerfassungen gemeinsam auszuwerten, wobei die Anzahl der in beiden Szenenerfassungen in einem Pixel (322a) akkumulierte Photonen verwendet werden. jointly evaluate performed scene acquisitions, the number of photons accumulated in both scene acquisitions in a pixel (322a) being used.
10. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (110) aufweist 10. Sensor system (100) according to one of the preceding claims, wherein the measuring device (110)
einen Lichtempfänger (120; 320a, 320b) mit einer Vielzahl von Pixeln (322a) zum Empfangen des Messlichts (196) und a light receiver (120; 320a, 320b) having a plurality of pixels (322a) for receiving the measuring light (196) and
eine mit dem Lichtempfänger (120; 320a, 320b) gekoppelte one coupled to the light receiver (120; 320a, 320b)
Lichtempfänger-Steuereinrichtung (140), wobei die Lichtempfänger- Steuereinrichtung (140) und der Lichtempfänger (140) derart konfiguriert sind, dass zumindest zwei Pixel (322a) der Vielzahl von Pixeln (322a) zu einem übergeordneten Pixel (322b) zusammengefasst sind. Light receiver control device (140), the light receiver control device (140) and the light receiver (140) being configured in such a way that at least two pixels (322a) of the plurality of pixels (322a) are combined to form a superordinate pixel (322b).
11. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungseinrichtung (130) aufweist 11. Sensor system (100) according to one of the preceding claims, wherein the lighting device (130)
(a) eine als Laser ausgebildete Beleuchtungslichtquelle zum räumlichen Abtasten der Szene mit einem ausgesandten Laserstrahl-Beleuchtungslicht (131), (a) an illumination light source designed as a laser for spatially scanning the scene with an emitted laser beam illumination light (131),
(b) eine zumindest annähernd punktförmige Beleuchtungslichtquelle, (b) an at least approximately point-shaped illuminating light source,
(c) eine Mehrzahl von einzelnen Beleuchtungslichtquellen, die insbesondere individuell ansteuerbar und jeweils einem bestimmten Raumwinkelbereich der Szene zugeordnet sind, und/oder (c) a plurality of individual illumination light sources, which in particular can be individually controlled and are each assigned to a specific solid angle range of the scene, and / or
(d) eine flächige Beleuchtungslichtquelle, insbesondere mit einer über die Fläche nicht homogenen Leuchtintensität. (d) a planar illumination light source, in particular with a light intensity that is not homogeneous over the area.
12. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Datenverarbeitungs- und Steuereinrichtung (150) ferner derart konfiguriert ist, dass eine Bedeckungscharakteristik der Passage (184) durch zumindest einen Verschließkörper (186) steuerbar ist. 12. Sensor system (100) according to one of the preceding claims, wherein the data processing and control device (150) is further configured such that a coverage characteristic of the passage (184) can be controlled by at least one closure body (186).
13. Verfahren zum dreidimensionalen Erfassen einer Szene (190) in einem vorbestimmten räumlichen Bereich, welcher zugeordnet ist einem 13. A method for three-dimensional acquisition of a scene (190) in a predetermined spatial area which is assigned to a
Verschließkörper (186) für eine Passage (184), das Verfahren aufweisend Closure body (186) for a passage (184), comprising the method
Beleuchten der Szene mit Beleuchtungslicht (131) mittels einer Illuminating the scene with illuminating light (131) by means of a
Beleuchtungseinrichtung (130); Lighting device (130);
Empfangen von Messlicht (196), welches zumindest teilweise von zumindest einem in der Szene (190) enthaltenen Objekt (196) zurückgestreutes Beleuchtungslicht (131) ist, mittels einer Messeinrichtung (110); Receiving measuring light (196), which is at least partially backscattered illumination light (131) from at least one object (196) contained in the scene (190), by means of a measuring device (110);
Messen von Distanzen zwischen dem Sensorsystem (100) und dem zumindest einen Objekt (195) basierend auf einer Lichtlaufzeit des Measuring distances between the sensor system (100) and the at least one object (195) based on a light transit time of the
Beleuchtungslichts (131) und des Messlichts (196) mittels der Messeinrichtung (110); Illuminating light (131) and the measuring light (196) by means of the measuring device (110);
Ermitteln einer dreidimensionalen Charakteristik der Szene (190) basierend auf den gemessenen Distanzen mittels einer der Messeinrichtung (110) nachgeschaltete Datenverarbeitungs- und Steuerungseinrichtung (150); Determining a three-dimensional characteristic of the scene (190) based on the measured distances by means of a data processing and control device (150) connected downstream of the measuring device (110);
Empfangen eines Eingangssignals (151a) an einem Dateneingang (151), welches für einen aktuellen Betriebszustand des Verschließkörpers (186) indikativ ist; Receiving an input signal (151a) at a data input (151) which is indicative of a current operating state of the closure body (186);
Betreiben der Beleuchtungseinrichtung (130) und/oder der Operating the lighting device (130) and / or the
Messeinrichtung (110) in einem ersten Betriebsmodus mit einem ersten Measuring device (110) in a first operating mode with a first
Energieverbrauch, wenn sich der Verschließkörper (186) in einem ersten Energy consumption when the closure body (186) is in a first
Betriebszustand befindet; und Operating status is located; and
Betreiben der Beleuchtungseinrichtung (130) und/oder der Operating the lighting device (130) and / or the
Messeinrichtung (110) in einem zweiten Betriebsmodus mit einem zweiten Energieverbrauch, wenn sich der Verschließkörper (186) in einem zweiten Betriebszustand befindet, wobei der zweite Energieverbrauch kleiner ist als der erste Energieverbrauch. Measuring device (110) in a second operating mode with a second energy consumption when the closure body (186) is in a second operating state, the second energy consumption being less than that first energy consumption.
14. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend 14. The method according to the preceding claim, further comprising
Erfassen eines in der Szene (190) befindlichen Objekts (195); Detecting an object (195) located in the scene (190);
Vergleichen des erfassten Objekts (195) mit zumindest einem in einer Comparing the detected object (195) with at least one in one
Datenbank (160) hinterlegten Vergleichsobjekt; und, Database (160) stored comparison object; and,
wenn das Objekt (195) innerhalb vorgegebener zulässiger Abweichungen mit einem Vergleichsobjekt übereinstimmt, Identifizieren des Objekts (195) als ein für eine bestimmte Aktion zugelassenes Objekt (195). if the object (195) matches a comparison object within predetermined permissible deviations, identifying the object (195) as an object (195) that is permitted for a specific action.
15. Verwendung eines Sensorsystems (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 12 für ein Steuern einer Bedeckungscharakteristik einer von einem Objekt (195) zu passierenden Passage (184) durch zumindest einen Verschließkörper (186). 15. Use of a sensor system (100) according to one of the preceding claims 1 to 12 for controlling a coverage characteristic of a passage (184) to be passed by an object (195) by at least one closure body (186).
16. Verwendung gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei 16. Use according to the preceding claim, wherein
die Passage (184) ein Eingang oder ein Ausgang ist, insbesondere ein the passage (184) is an entrance or an exit, in particular a
Notausgang in einem Gebäude. Emergency exit in a building.
17. Verwendung gemäß einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei das Objekt (195) eine Person oder ein Fahrzeug ist. 17. Use according to one of the two preceding claims, wherein the object (195) is a person or a vehicle.
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