WO2020229190A1 - Identifying an object on the basis of recognising part of the object and on the basis of description data of a reference object - Google Patents

Identifying an object on the basis of recognising part of the object and on the basis of description data of a reference object Download PDF

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WO2020229190A1
WO2020229190A1 PCT/EP2020/061967 EP2020061967W WO2020229190A1 WO 2020229190 A1 WO2020229190 A1 WO 2020229190A1 EP 2020061967 W EP2020061967 W EP 2020061967W WO 2020229190 A1 WO2020229190 A1 WO 2020229190A1
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WO
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light
scene
sensor system
processing device
data processing
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PCT/EP2020/061967
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Heinz Macher
Urs Hunziker
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Bircher Reglomat Ag
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Definitions

  • Identification of an object based on recognition of a part of the object and on description data from a reference object
  • the present invention relates to the technical field of object recognition by means of recording three-dimensional images and subsequent image evaluation.
  • Actuators operated closure bodies are used, which facilitate the handling of the relevant closure body for operators or are operated automatically without any operating 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 closure body should only be caused to move when a certain object or a certain object is in a certain detection area of a sensor system assigned to the opening
  • a door should be opened automatically when a person approaches this door; if an animal approaches this door, then this door should remain locked.
  • AD PS: vg 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,
  • 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
  • Attenuation of the illumination light emitted by the illumination sources with l / d / 2, where d is the distance to the illumination light source. The same applies to the measuring light if you have a point on the object where the
  • 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
  • lighting sources for sensor systems for monitoring doors can only provide a limited intensity of lighting light.
  • 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 reliable object identification.
  • a sensor system for three-dimensional recording of a scene and for recognizing or
  • 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 device connected downstream of the measuring device for determining a three-dimensional
  • Characteristics of the scene based on the measured distances and (d) a data memory which is coupled to the data processing device in terms of information technology and in which at least one description of at least one reference object is stored.
  • the data processing device is set up in terms of programming (i) to recognize at least a partial area of the object; (ii) if only such a sub-area was recognized, to compare the recognized sub-area with the at least one description; and (iii) if during the comparison (within a predetermined accuracy) a match is found between the recognized sub-area and a reference sub-area of one of the at least one reference object, for identifying the object as an object corresponding to the corresponding at least one reference object.
  • the sensor system described is based on the knowledge that a Incomplete (intentional or unintentional) scene detection, in which an object located in the scene is not fully recognized, through a priori knowledge of the appearance of objects that may be in the scene, can be sufficient to carry out an object identification.
  • a comparison with can be carried out using an image evaluation following the detection of only a partial area
  • Reference subareas of one or more reference objects are made. Depending on the result of the comparison, this comparison can lead to an identification of the object located in the scene. This can be used in many applications, even with poor quality scenes
  • an incomplete scene detection can also be a bad scene detection in at least partial regions with a low one
  • Partial areas of the object can be recognized.
  • scene can in particular be understood to mean that spatial area which is evaluated by the sensor system using image processing methods. Objects located in the scene are recognized at least in partial areas by means of a suitable image evaluation.
  • the data processing device can use known methods for
  • Image evaluation and / or image analysis can be used.
  • Data processing device can therefore be a special one
  • 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 at least partially 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
  • the object can be an object that is static or stationary with respect to the sensor system. Furthermore, the object can also move within the scene, leave it or enter it. A repeated scene capture can then (by comparing the different spatial positions) the movement (according to the law
  • Motion vector i.e. additionally the direction of movement can be determined.
  • information technology downstream connection or “information technology coupling” can be understood in this document as an electronic and / or optical connection which enables an exchange of analog or preferably digital data signals between the components involved. By means of such data signals, a component can cause another component to carry out a specific action.
  • the described object identification can also be carried out if not only one (contiguous) sub-area of the object but two or more (spatially separated sub-areas) are recognized.
  • the data processing device is also set up in terms of programming (iv) to identify the object as an unknown object if, during the comparison (within the specified accuracy), no correspondence is found between the recognized sub-area and a reference sub-area of one of the at least one reference object becomes.
  • Identification as an unknown object can be made in building security, for example.
  • An unknown object can, for example, be restricted by authorization to pass through an opening a closure body can be closed, be excluded.
  • the closing body can remain in a closed position or be transferred from an open position to a closed position.
  • the at least one description has a geometric description.
  • Data processing device set up in terms of programming to carry out the comparison of the recognized partial area with the at least one description on the basis of three-dimensional data.
  • the lighting device has (a) a laser device
  • 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.
  • non-mechanical optical elements such as diffractives can also be used.
  • 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 allowed in an advantageous manner, by means of one described below
  • Illumination light control device an adaptively controlled or even regulated setting of a characteristic of the illumination 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.
  • Lighting device can be operated (i) in a first lighting operating mode for illuminating the scene with a first illumination and (ii) in a second lighting operating mode for illuminating the scene with a second illumination.
  • the detection reliability for the at least one partial area of the object in the second illumination is greater than that
  • Detection reliability with the first illumination This has the advantage that the scene can then be better illuminated adaptively if (in the future or shortly) object recognition is to be expected.
  • a prognosis for an object detection can be based on a knowledge or a guess about the
  • the prognosis can also be based on a detection of a partial area that has just taken place. The operation of the
  • Lighting device in the second lighting operating mode can then, in many application cases, result in a larger partial area of the object (or even the entire object) being able to be recognized during the next detection with better illumination. This increases the reliability of the object identification.
  • the illumination of the scene can affect the intensity of the illuminating light refer, which is provided by the entire lighting system.
  • the illumination of the scene can, for example, by the
  • the illumination can be changed by changing a repetition rate of a plurality of successive exposures.
  • Such an exposure can have an areal illumination of the scene or a sequential scanning of the scene with a laser beam deflected, for example, by two mirrors.
  • Sensor system can be kept low.
  • the described sensor system can be operated most of the time with the first lighting operating mode, so that in comparison to a continuously
  • Sensor system further to an illumination light control device which is information-technically coupled to the data processing device, the data processing device also being set up in terms of program technology to cause the illumination light control device to switch from the first illumination operating mode to the second illumination operating mode when a partial area of the object is detected .
  • Object recognition produced an improved lighting situation, so that with a subsequent object recognition, if necessary, a larger sub-area or further sub-areas of the object can be recognized.
  • a spatially extended detection can then improve the
  • Measuring device on a light receiver which can be operated (i) in a first light receiving operating mode for receiving measuring light with a first sensitivity and (ii) in a second light receiving operating mode for receiving measuring light with a second sensitivity, the detection reliability for the at least a partial area of the object is larger at the second sensitivity than at the first sensitivity.
  • the operation of the light receiver in the second light receiving operating mode caused by such a prognosis can then contribute to the fact that a larger sub-area of the object (or even the entire object) can be recognized during the next detection. This increases the reliability of the object identification (further).
  • Sensor system furthermore to a light receiver control device which is coupled to the data processing device and to the light receiver.
  • the data processing device is also set up to cause the light receiver control device to switch from the first light reception operating mode to the second light reception operating mode upon detection of a partial area of the object.
  • the operation of the light receiver is clearly expressed to the second
  • Light reception operating mode changed over, so that with a subsequent object detection, a larger sub-area or more, if necessary
  • Partial areas of the object can be recognized. This can also bring about an improvement in the reliability of the identification of the object.
  • the light receiver has a plurality of pixels for receiving the measurement light, wherein in one of the two light reception operating modes at least two pixels of the plurality of pixels are combined to form a superordinate 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. This reduces the so-called statistical photon noise, especially in the case of weak measurement light, 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. 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. Such a local “binning” then leads to an inhomogeneous spatial resolution, which is not absolutely desirable. The disadvantage of such an inhomogeneous spatial resolution is increased in many applications
  • a local “binning” can, at least in the case of some known light receivers, without special electronic or apparatus elements, simply by a corresponding activation of the light receiver by the light receiver control device, if necessary
  • local "binning" is carried out to the effect that, measured by the measuring device and / or learned by the data processing device, precisely those areas of the
  • Light receivers which have received too little light energy in at least one previous scene detection, by suitable control of the light receiver by the light receiver control device in subsequent scene detections in a suitable manner to superordinate pixels
  • 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
  • the spatial resolution of the light receiver is different along different directions if the individual pixels have a square shape. In some applications, this can be advantageous be exploited.
  • 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 arranged along a line parallel to this previously known spatial direction (as it is depicted on the light receiver) can be greater 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.
  • Data processing device further configured such that a
  • Covering characteristic of an opening can be controlled by at least one closure body.
  • the opening which is, for example, an entrance (or an exit) of a building, can be automatically monitored in a particularly reliable manner.
  • the closing body can be moved automatically between an open position and a closed position.
  • the Data processing device of the sensor system described are coupled to the control of a known control system for a closure body.
  • 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
  • a method for three-dimensional detection of a scene and for recognizing objects in the three-dimensionally detected scene by means of a sensor system and in particular by means of a sensor system of the type described above.
  • the method described comprises (a) illuminating the scene with
  • Illuminating light using a lighting device (b) receiving measurement light, which is at least partially backscattered illumination light from at least one object contained in the scene, using a measurement device; (c) a measurement of distances between the sensor system and the at least one object based on a light transit time of the illuminating light and the measuring light, using the
  • Measuring device (d) determining a three-dimensional characteristic of the scene based on the measured distances using a
  • Data processing device which is connected downstream of the measuring device for information purposes; (e) recognition of at least a partial area of the object using the data processing device, which
  • Reference sub-area of one of the at least one reference object was determined, identifying the object as an object corresponding to the corresponding at least one reference object.
  • the described method is also based on the knowledge that incomplete or imprecise scene detection can be sufficient to carry out an object identification based on recognized object subareas taking into account a priori knowledge stored in the data memory about possible appearance forms of the object.
  • the object is an object moving in the scene.
  • the described sensor system is used to detect a scene whose characteristics change over time.
  • the advantages of the sensor system described here come into play to a particular degree.
  • a scene with a characteristic that changes over time can only be sensed in a meaningful manner if a time sequence of a plurality of scene acquisitions is carried out from which the movement of the object can be derived. Since, especially with fast moving objects, the
  • the measuring light which is collected in the light receiver during an individual measurement is correspondingly weak. This can help to ensure that not the entire object but only a part of it is recognized.
  • the a priori knowledge about possible object manifestations stored in the data memory is then used according to the invention to recognize or identify the entire object.
  • the object is a Living being, especially a human.
  • the method described here can be used in a particularly advantageous manner.
  • a person has several limbs that have very different dimensions with regard to their size.
  • a person in particular can be described physiologically very precisely.
  • Corresponding description data are stored in the data memory. For example, it can be taken into account that fingers with a minimum detection volume of typically a few centiliters are naturally always connected to arms less than 1 meter in length. These then lead to a body that has a minimum detection volume of several liters. Therefore, with the method described here, protection against a hazard from a moving closure body can be implemented in a simple manner, which moves in particular in the direction of a closed position in order to close an opening, for example a passage opening in a building.
  • Closing body is recognized, a movement of the closing body can be prevented.
  • model transition in the case of “figurative” object recognition can also increase the security of the reliable recognition when interpreting a point cloud from 3D point data. This is important to the extent that such a point cloud is an intermediate data format that is standard in many applications and is used in a 3D scene analysis.
  • a use of a sensor system of the type described above for controlling a covering characteristic of an opening to be passed by an object by at least one closure body is described.
  • Passages can be used which can be closed by a closure body. This applies in particular to passages which have a sealing or covering characteristic that is different from the
  • described sensor system is controlled or at least co-controlled.
  • the opening is an entrance or an exit, in particular an emergency exit in a building.
  • the object is a person or a vehicle.
  • the building can in particular be a house or a garage.
  • Figure 1 shows the use of a sensor system for controlling a
  • FIG. 2 shows a person with several recognizable partial areas which can be used to identify the object “person”.
  • 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 184 by a closure body 186 which is designed as a two-part sliding door.
  • the opening 184 is an 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 in an object 195 located by the sensor system 100 monitored scene 190 is intended to symbolize such a person or a motor vehicle.
  • the entrance structure 180 comprises a stationary support structure 182 which has a frame and a guide for the two sliding doors of the
  • 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 motors 187 are controlled, as explained below, by means of a data processing device 150 of the sensor system 100 described in this document.
  • the data is processed, as explained below, by means of a data processing device 150 of the sensor system 100 described in this document.
  • Processing device 150 thus also serves as a control device for closing body 186.
  • the sensor system 100 has a time of flight (TOF) measuring device 110, the data processing device 150 and a data memory 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 also has the data processing device 150 and the data memory 160 within a compact design in addition to the TOF measuring device 110.
  • the data processing device 150 controls the two motors 187.
  • the electrical power required for operating the doors 186 is provided by an output stage or a power amplifier which, according to the exemplary embodiment shown here, is in the housing of the respective motor 187 is integrated.
  • the two output stages are each controlled via a control signal 152a, which is sent to one
  • Control output 152 is output from the data processing device 150.
  • the sensor system 100 is able to carry out an object detection.
  • the data is used for this
  • Sensor system 100 an object-based access control takes place.
  • Descriptions of the reference objects are stored in the data memory 160. Furthermore, the data processing device 150 is set up in terms of program technology, if only (at least) a partial area of the object 195 was recognized, to compare this partial area with the descriptions.
  • the recognized sub-area is characterized with known means of image analysis and one with different parts Description compared.
  • each description of a reference object can comprise a plurality of partial descriptions, the partial descriptions also having a certain amount with regard to the structure of the respective reference object
  • the object 195 located in the scene 190 is identified as an object which corresponds to the reference object at least in terms of its type.
  • Access control should only take place in relation to one type of object 195, and only a description of a single reference object can be stored (possibly with a plurality of partial descriptions). This means that the sensor system 100 monitors the access for an object type based on at least one detected object sub-area.
  • the type of object to which access is to be made possible can, for example, be a person. Access to or passage through the opening 184 is to be denied for other types of objects, such as animals.
  • FIG. 2 shows an object type human 195 with several recognizable ones
  • Sub-areas 295a, 295b, 295c, 295d and 295e are assigned to characteristic structures of the human body 195, which are particularly simple and
  • the trunk of the person 195 is a further sub-area that could be used for object identification. This one has
  • Light receivers are operated in different light receiving operating modes for receiving measuring light.
  • a first light reception operating mode with a first sensitivity the scene can be captured particularly quickly.
  • the accuracy of the scene detection is reduced, however, so that there is only limited detection reliability for a partial area of the object 195.
  • a second light reception operating mode the scene 190 is recorded with increased accuracy.
  • the detection reliability is improved accordingly.
  • the data processing device 150 is able to control the light receiver control device 125 in the event of a (not particularly precise) detection of a partial area 295a-e of the object 195
  • the accuracy of the scene detection is determined by the spatial resolution of the light receiver 120. This is namely able to combine neighboring pixels in the first light reception operating mode, so that per combined pixel with a certain intensity of measuring light per unit of time more photons are accumulated.
  • FIGS. 3a and 3b illustrate such a combination of
  • the light receiver 320a has a multiplicity of light-sensitive or photon-collecting pixels 322a. According to the exemplary embodiment 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 detected measuring light which is required for evaluating the corresponding image area of the scene 190. Since the intensity of the measurement light 196 depends directly on the intensity of the illuminating light 131, the intensity of the illuminating light 131 can be reduced in the first light receiving operating mode by means of the "binning" and thus the energy consumption of the sensor system 100 can be reduced.
  • pixels can be used. It is also possible to combine a different number of individual pixels to form a superordinate pixel in different partial areas of the light receiver. Then individual parts of the scene with a higher spatial resolution (and a lower photon accumulation) and other parts of the scene with a lower spatial resolution (and a higher photon accumulation) are recorded.
  • the described local and differently strong grouping of pixels can also be carried out dynamically or adaptively in precisely those partial areas in which a certain object is currently located.

Abstract

The invention relates to a sensor system (100) and a method for three-dimensional detection of a scene (190) and for recognising objects (195) in the three-dimensionally detected scene. The sensor system comprises: (a) an illumination means (130) for illuminating the scene with illumination light; (b) a measurement device (110), for example a time of flight (TOF) measurement device, for receiving measured light (196) on a light receiver (120), which measured light is illumination light (196) scattered back by an object, and for measuring distances on the basis of a light transit time of the illumination light and measured light; (c) a data-processing device (150) for ascertaining a three-dimensional characteristic of the scene on the basis of the measured distances; and (e) a data memory (160) in which at least one description of at least one reference object is stored. With respect to programming, the data-processing device (150) is designed: (i) to recognise at least one portion of the object (195); (ii) if merely one such portion was recognised, said device is designed to compare the recognised portion with the at least one description; and (iii) if a match is established between the recognised portion and a reference portion of the at least one reference object during the comparing process, said device is designed to identify the object. The invention also relates to the use of the sensor system for controlling a covering characteristic of an opening (184) to be passed by an object, by at least one closing body (186). The closing body is designed for example as a two-part sliding door. During operation of the sensor system, the data-processing device (150) controls two motors (187). The object type to which access is intended to be granted can be a human, for example. Access to or passage through the opening (184) is intended to be prevented for other object types, for example animals.

Description

Identifizierung eines Objekts basierend auf einer Erkennung eines Teils des Objekts und auf Beschreibungsdaten von einem Referenzobjekt Identification of an object based on recognition of a part of the object and on description data from a reference object
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Objekterkennung mittels einer Erfassung dreidimensionaler Bilder und eine nachgeschalteten Bildauswertung. The present invention relates to the technical field of object recognition by means of recording three-dimensional images and subsequent image evaluation.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Zum Öffnen und/oder Verschließen von Öffnungen werden häufig mittels To open and / or close openings are often means
Aktuatoren betriebene Verschließkörper verwendet, welche für 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. Actuators operated closure bodies are used, which facilitate the handling of the relevant closure body for operators or are operated automatically without any operating 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.
Ein solcher Verschließkörper soll in der Regel nur dann zu einer Bewegung veranlasst werden, wenn in einem bestimmten Erfassungsbereich eines der Öffnung zugeordneten Sensorsystems ein bestimmtes Objekt bzw. ein As a rule, such a closure body should only be caused to move when a certain object or a certain object is in a certain detection area of a sensor system assigned to the opening
bestimmter Typ von Objekt erkannt wird. Bei manchen Anwendungen soll beispielsweise eine Tür automatisch dann geöffnet werden, wenn sich ein Mensch dieser Tür nähert, falls sich ein Tier dieser Tür nähert, dann soll diese Tür verschlossen bleiben. certain type of object is recognized. In some applications, for example, a door should be opened automatically when a person approaches this door; if an animal approaches this door, then this door should remain locked.
AD: PS:vg 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 AD: PS: vg 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 illumination light emitted by the illumination sources with l / d / 2, where d is the distance to the illumination 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. received measurement light.
Aus energetischen Gründen können Beleuchtungsquellen für Sensorsysteme zur Überwachung von Türen nur eine begrenzte Intensität an Beleuchtungslicht bereitstellen. Dies führt insbesondere bei TOF 3D Sensorsystemen dazu, dass eine Objekterkennung häufig nicht ausreichend ist, um zu unterscheiden, ob ein bestimmter Typ von Objekt sich in dem Erfassungsbereich des Sensorsystems befindet. For energy reasons, lighting sources for sensor systems for monitoring doors can only provide a limited intensity of lighting light. In the case of TOF 3D sensor systems, in particular, this means that object recognition is often not sufficient to distinguish whether a certain type of object is located in the detection area of the sensor system.
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 zuverlässige Objektidentifizierung zu ermöglichen. Zusammenfassung der Erfindung Closing body can be closed to enable reliable object identification. 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 und zum Erkennen bzw. According to a first aspect of the invention, a sensor system is described for three-dimensional recording of a scene and for recognizing or
Identifizieren von Objekten in der dreidimensional erfassten Szene. 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 informationstechnisch nachgeschaltete Datenverarbeitungseinrichtung zum Ermitteln einer dreidimensionalen Identifying objects in the three-dimensionally captured scene. 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 device connected downstream of the measuring device for determining a three-dimensional
Charakteristik der Szene basierend auf den gemessenen Distanzen; und (d) einen Datenspeicher, welcher informationstechnisch mit der Datenverarbeitungs einrichtung gekoppelt ist und in welchem zumindest eine Beschreibung von zumindest einem Referenzobjekt hinterlegt ist. Die Datenverarbeitungs einrichtung ist programmtechnisch eingerichtet (i) zum Erkennen zumindest eines Teilbereiches des Objekts; (ii) falls lediglich ein solcher Teilbereich erkannt wurde, zum Vergleichen des erkannten Teilbereiches mit der zumindest einen Beschreibung; und (iii) falls bei dem Vergleichen (innerhalb einer vorgegebenen Genauigkeit) eine Übereinstimmung zwischen dem erkannten Teilbereich und einem Referenzteilbereich eines von dem zumindest einen Referenzobjekt festgestellt wird, zum Identifizieren des Objekts als ein dem entsprechenden zumindest einen Referenzobjekt entsprechendes Objekt. Characteristics of the scene based on the measured distances; and (d) a data memory which is coupled to the data processing device in terms of information technology and in which at least one description of at least one reference object is stored. The data processing device is set up in terms of programming (i) to recognize at least a partial area of the object; (ii) if only such a sub-area was recognized, to compare the recognized sub-area with the at least one description; and (iii) if during the comparison (within a predetermined accuracy) a match is found between the recognized sub-area and a reference sub-area of one of the at least one reference object, for identifying the object as an object corresponding to the corresponding at least one reference object.
Dem beschriebenen Sensorsystem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass auch eine (beabsichtigt oder unbeabsichtigt) unvollständige Szenenerfassung, bei der ein sich in der Szene befindliches Objekt nicht vollständig erkannt wird, durch ein a- priori Wissen des Erscheinungsbildes von Objekten, die sich möglicherweise in der Szene befinden, ausreichend sein kann, um eine Objektidentifizierung vorzunehmen. Anschaulich ausgedrückt kann durch eine der Erkennung lediglich eines Teilbereiches nachgeschaltete Bildauswertung ein Vergleich mit The sensor system described is based on the knowledge that a Incomplete (intentional or unintentional) scene detection, in which an object located in the scene is not fully recognized, through a priori knowledge of the appearance of objects that may be in the scene, can be sufficient to carry out an object identification. Expressed clearly, a comparison with can be carried out using an image evaluation following the detection of only a partial area
Referenzteilbereichen von einem oder mehreren Referenzobjekten vorgenommen werden. Dieser Vergleich kann abhängig von dem Ergebnis des Vergleiches zu einer Identifizierung des sich in der Szene befindlichen Objekts führen. Dadurch kann in vielen Anwendungsfällen auch bei qualitativ schlechten Szenen Reference subareas of one or more reference objects are made. Depending on the result of the comparison, this comparison can lead to an identification of the object located in the scene. This can be used in many applications, even with poor quality scenes
erfassungen oder Objekterkennungen eine zuverlässige Objektidentifizierung vorgenommen werden. Detections or object recognition a reliable object identification can be made.
In diesem Zusammenhang kann eine unvollständige Szeneerfassung auch eine in zumindest Teilregionen schlechte Szenenerfassung mit einer geringen In this context, an incomplete scene detection can also be a bad scene detection in at least partial regions with a low one
Genauigkeit sein, welche nicht ausreicht, um ein darin befindliches Objekt vollständig zu erkennen. Dies muss jedoch nicht zwangsläufig an der Accuracy that is insufficient to fully recognize an object located therein. However, this does not necessarily have to be due to the
Szenenerfassung durch die Messeinrichtung liegen. Es ist auch möglich, dass von ein und demselben Objekt aufgrund von unterschiedlichen optischen Scene detection by the measuring device. It is also possible that of one and the same object due to different optical
Eigenschaften von verschiedenen Teilbereichen dieses Objekts nicht alle Properties of various parts of this object are not all
Teilbereiche des Objekts erkannt werden können. Partial areas of the object can be recognized.
Unter dem Begriff "Szene" kann insbesondere derjenige räumliche Bereich verstanden werden, welcher von dem Sensorsystem mittels Methoden der Bildverarbeitung ausgewertet wird. In der Szene befindliche Objekte werden zumindest in Teilbereichen durch eine geeignete Bildauswertung erkannt. Dazu kann von der Datenverarbeitungseinrichtung auf bekannte Methoden zur The term “scene” can in particular be understood to mean that spatial area which is evaluated by the sensor system using image processing methods. Objects located in the scene are recognized at least in partial areas by means of a suitable image evaluation. For this purpose, the data processing device can use known methods for
Bildauswertung und/oder Bildanalyse zurückgegriffen werden. Die Image evaluation and / or image analysis can be used. The
Datenverarbeitungseinrichtung kann demzufolge ein spezieller Data processing device can therefore be a special one
Bildverarbeitungsprozessor sein oder einen solchen aufweisen, der konfiguriert ist, bekannte Verfahren zur Bildauswertung und/oder Bildverarbeitung anzuwenden bzw. durchzuführen. Be an image processing processor or have one that is configured, known methods for image evaluation and / or image processing 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. Light receiver of the sensor can be detected.
Unter dem Begriff "Objekt" kann jede räumlich körperliche Struktur verstanden werden, welche zumindest in Teilen 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 The term “object” can be understood to mean any three-dimensional physical structure which at least partially 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
Kraftfahrzeug oder ein Lebewesen wie beispielweise ein Mensch sein. Das Objekt kann ein in Bezug auf das Sensorsystem statisches oder ruhendes Objekt sein. Ferner kann das Objekt sich auch innerhalb der Szene bewegen, diese verlassen oder in diese eintreten. Durch eine wiederholte Szenenerfassung kann dann (durch einen Vergleich der mit verschiedenen Szenenerfassungen ermittelten verschiedenen Ortspositionen) die Bewegung (nach der Gesetzmäßigkeit Be a motor vehicle or a living being such as a person. The object can be an object that is static or stationary with respect to the sensor system. Furthermore, the object can also move within the scene, leave it or enter it. A repeated scene capture can then (by comparing the different spatial positions) the movement (according to the law
Geschwindigkeit = Weg / Zeit) des Objekts bestimmt werden. Hierbei können je nach Anwendungsfall der Absolutwert der Geschwindigkeit und/oder der Speed = distance / time) of the object. Depending on the application, the absolute value of the speed and / or the
Bewegungsvektor, d.h. zusätzlich die Bewegungsrichtung, ermittelt werden. Motion vector, i.e. additionally the direction of movement can be determined.
Unter dem Begriff "informationstechnische Nachschaltung" bzw. "informations technische Kopplung" kann in diesem Dokument eine elektronische und/oder optische Verbindung verstanden werden, welche einen Austausch von analogen oder bevorzugt digitalen Datensignalen zwischen dem beteiligten Komponenten ermöglicht. Mittels solcher Datensignale kann eine Komponente eine andere Komponente veranlassen, eine bestimmte Aktion auszuführen. The term "information technology downstream connection" or "information technology coupling" can be understood in this document as an electronic and / or optical connection which enables an exchange of analog or preferably digital data signals between the components involved. By means of such data signals, a component can cause another component to carry out a specific action.
Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebene Objektidentifizierung auch dann durchgeführt werden kann, wenn nicht nur ein (zusammenhängender) Teilbereich des Objekts sondern zwei oder mehr (voneinander räumlich getrennte Teilbereiche) erkannt werden. In diesem Fall wird dann die Beschreibung von dem zumindest einen Referenzobjekt in Hinblick auf mehrere It should be noted that the described object identification can also be carried out if not only one (contiguous) sub-area of the object but two or more (spatially separated sub-areas) are recognized. In this case, the description of the at least one reference object with regard to several
Referenzteilbereiche untersucht. Dadurch kann bei einer Erkennung von mehreren Objektteilbereichen die Zuverlässigkeit der Objektidentifizierung erhöht werden. Reference subareas examined. As a result, the reliability of the object identification can be increased when a plurality of object subareas are recognized.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Datenverarbeitungs einrichtung programmtechnisch ferner eingerichtet (iv) um Identifizieren des Objekts als ein unbekanntes Objekt, falls bei dem Vergleichen (innerhalb der vorgegebenen Genauigkeit) keine Übereinstimmung zwischen dem erkannten Teilbereich und einem Referenzteilbereich eines von dem zumindest einen Referenzobjekt festgestellt wird. According to an exemplary embodiment of the invention, the data processing device is also set up in terms of programming (iv) to identify the object as an unknown object if, during the comparison (within the specified accuracy), no correspondence is found between the recognized sub-area and a reference sub-area of one of the at least one reference object becomes.
Eine Identifizierung als ein unbekanntes Objekt kann beispielsweise in der Gebäudesicherheit vorgenommen werden. Ein unbekanntes Objekt kann beispielsweise von einer Berechtigung zum Passieren einer Öffnung, die von einem Verschließkörper verschlossen werden kann, ausgenommen werden. Dazu kann der Verschließkörper in einer Schließposition verbleiben oder von einer Öffnungsposition in eine Schließposition überführt werden. Identification as an unknown object can be made in building security, for example. An unknown object can, for example, be restricted by authorization to pass through an opening a closure body can be closed, be excluded. For this purpose, the closing body can remain in a closed position or be transferred from an open position to a closed position.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die zumindest eine Beschreibung eine geometrische Beschreibung auf. According to a further exemplary embodiment of the invention, the at least one description has a geometric description.
Die Verwendung von geometrischen Beschreibungen hat den Vorteil, dass Referenzobjekte mit jeweils einem kompakten Datensatz beschrieben werden können, der eine vergleichsweise kleine Datengröße hat. Dies ermöglicht, bei einer für die meisten Anwendungen völlig ausreichenden Zuverlässigkeit, eine auch bei einer begrenzten Rechenleistung der Datenverarbeitungseinrichtung schnelle Ausführung der erforderlichen Bildverarbeitungen und damit eine sehr schnelle Identifizierung. Dies erweitert den Anwendungsbereich des The use of geometric descriptions has the advantage that reference objects can each be described with a compact data set that has a comparatively small data size. With a level of reliability that is completely sufficient for most applications, this enables the required image processing operations to be carried out quickly, even with limited computing power of the data processing device, and thus very quick identification. This extends the scope of the
beschriebenen Sensorsystems erheblich, weil bei vielen Anwendungen eine sehr schnelle Objektidentifizierung erforderlich ist. described sensor system, because a very fast object identification is required in many applications.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die According to a further embodiment of the invention, the
Datenverarbeitungseinrichtung programmtechnisch eingerichtet, das Vergleichen des erkannten Teilbereiches mit der zumindest einen Beschreibung auf der Basis von dreidimensionalen Daten durchzuführen. Data processing device set up in terms of programming to carry out the comparison of the recognized partial area with the at least one description on the basis of three-dimensional data.
Ein Vergleich auf der Basis von zweidimensionalen Daten ist in der Regel rechentechnisch einfacher und insbesondere schneller durchführbar. In vielen Anwendungsfällen erweist sich jedoch ein "3D-Vergleich" auf der Basis von dreidimensionalen Daten als wesentlich genauer, so dass die Prozesssicherheit beim Identifizieren des Objekts entsprechend größer ist. Selbstverständlich erfordert ein 3D-Vergleich neben der erfindungsgemäßen 3D Erfassung der Szene auch (i) eine entsprechende 3D-Datenverarbeitung hin zu einer 3D- Erkennung zumindest des Teilbereiches des Objektes sowie (ii) eine 3D- Beschreibung des zumindest einen Referenzobjekts. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Beleuchtungseinrichtung auf (a) eine als Laser ausgebildete A comparison on the basis of two-dimensional data is usually simpler in terms of computation and, in particular, can be carried out more quickly. In many applications, however, a "3D comparison" based on three-dimensional data has proven to be much more accurate, so that the process reliability when identifying the object is correspondingly greater. Of course, in addition to the inventive 3D detection of the scene, a 3D comparison also requires (i) corresponding 3D data processing leading to 3D recognition of at least the sub-area of the object and (ii) a 3D description of the at least one reference object. According to a further exemplary embodiment of the invention, the lighting device has (a) a laser device
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) deflection, non-mechanical optical elements such as diffractives can also be used
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, mittels einer nachstehend beschriebenen 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 allowed in an advantageous manner, by means of one described below
Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung, eine adaptiv gesteuerte oder sogar geregelte Einstellung einer Charakteristik des Beleuchtungslichts. Illumination light control device, an adaptively controlled or even regulated setting of a characteristic of the illumination 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
Beleuchtungseinrichtung betreibbar (i) in einem ersten Beleuchtung- Betriebsmodus zum Beleuchten der Szene mit einer ersten Ausleuchtung und (ii) in einem zweiten Beleuchtung-Betriebsmodus zum Beleuchten der Szene mit einer zweiten Ausleuchtung. Die Erkennungssicherheit für den zumindest einen Teilbereich des Objektes bei der zweiten Ausleuchtung ist größer als die Lighting device can be operated (i) in a first lighting operating mode for illuminating the scene with a first illumination and (ii) in a second lighting operating mode for illuminating the scene with a second illumination. The detection reliability for the at least one partial area of the object in the second illumination is greater than that
Erkennungssicherheit bei der ersten Ausleuchtung. Dies hat den Vorteil, dass die Szene adaptiv dann besser ausgeleuchtet werden kann, wenn (in der Zukunft bzw. in Kürze) mit einer Objekterkennung zu rechnen ist. Eine Prognose für eine Objekterkennung kann auf einem Wissen oder einer Vermutung über das Detection reliability with the first illumination. This has the advantage that the scene can then be better illuminated adaptively if (in the future or shortly) object recognition is to be expected. A prognosis for an object detection can be based on a knowledge or a guess about the
Vorhandensein von Objekten basieren. Alternativ oder in Kombination kann die Prognose auch auf einer soeben erfolgten Erkennung eines Teilbereiches basieren. Der durch eine solche Prognose veranlasste Betrieb der Presence of objects based. Alternatively or in combination, the prognosis can also be based on a detection of a partial area that has just taken place. The operation of the
Beleuchtungseinrichtung in dem zweiten Beleuchtung-Betriebsmodus kann dann in vielen Anwendungsfällen dazu führen, dass bei einer nächsten Erkennung bei einer besseren Ausleuchtung ein größerer Teilbereich des Objekts (oder sogar das ganze Objekt) erkannt werden kann. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Objektidentifikation erhöht. Lighting device in the second lighting operating mode can then, in many application cases, result in a larger partial area of the object (or even the entire object) being able to be recognized during the next detection with better illumination. This increases the reliability of the object identification.
Die Ausleuchtung der Szene kann sich auf die Intensität des Beleuchtungslichts beziehen, welche von der gesamten Beleuchtungseinrichtung zur Verfügung gestellt wird. Die Ausleuchtung der Szene kann, beispielsweise durch die The illumination of the scene can affect the intensity of the illuminating light refer, which is provided by the entire lighting system. The illumination of the scene can, for example, by the
Verwendung eines adaptiven optischen Elements, in bestimmten Regionen der Szene, in denen ein Objekt vermutet wird, größer sein als in anderen Regionen. Ferner kann die Ausleuchtung durch eine Änderung einer Wiederholrate von einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Belichtungen verändert werden. Eine solche Belichtung kann eine flächige Beleuchtung der Szene oder ein sequenzielles Abtasten der Szene mit einem beispielsweise durch zwei Spiegel abgelenkten Laserstrahl aufweisen. Use of an adaptive optical element, in certain regions of the scene where an object is suspected to be larger than in other regions. Furthermore, the illumination can be changed by changing a repetition rate of a plurality of successive exposures. Such an exposure can have an areal illumination of the scene or a sequential scanning of the scene with a laser beam deflected, for example, by two mirrors.
Es wird darauf hingewiesen, dass in der Regel der Energiebedarf der It should be noted that, as a rule, the energy requirements of the
Beleuchtungseinrichtung und damit der Energieverbrauch des gesamten Lighting device and therefore the energy consumption of the whole
Sensorsystems dann größer sind, wenn der zweite Beleuchtung-Betriebsmodus aktiviert ist. Da dies über eine längere Zeitspanne häufig nur in relativ kurzen Zeitfenstern der Fall sein wird, kann der mittlere Energieverbrauch des Sensor system are larger when the second lighting operating mode is activated. Since this will often only be the case in relatively short time windows over a longer period of time, the average energy consumption of the
Sensorsystems gering gehalten werden. Das beschriebene Sensorsystem kann nämlich, anders ausgedrückt, die meiste Zeit mit dem ersten Beleuchtung- Betriebsmodus betrieben werden, so dass im Vergleich zu einer ständig Sensor system can be kept low. In other words, the described sensor system can be operated most of the time with the first lighting operating mode, so that in comparison to a continuously
vorhandenen starken zweiten Ausleuchtung der Energieverbrauch deutlich geringer ist. existing strong second illumination the energy consumption is significantly lower.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das According to a further embodiment of the invention, the
Sensorsystem ferner auf eine Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung welche informationstechnisch mit der Datenverarbeitungseinrichtung gekoppelt ist, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung programmtechnisch ferner eingerichtet ist, bei einem Erkennen eines Teilbereiches des Objekts die Beleuchtungslicht- Steuereinrichtung zu veranlassen, von dem ersten Beleuchtung-Betriebsmodus in den zweiten Beleuchtung-Betriebsmodus umzuschalten. Sensor system further to an illumination light control device which is information-technically coupled to the data processing device, the data processing device also being set up in terms of program technology to cause the illumination light control device to switch from the first illumination operating mode to the second illumination operating mode when a partial area of the object is detected .
Anschaulich ausgedrückt wird bei diesem Ausführungsbeispiel nach einer Is clearly expressed in this embodiment after a
Objekterkennung eine verbesserte Beleuchtungssituation hergestellt, so dass mit einer nachfolgenden Objekterkennung gegebenenfalls ein größerer Teilbereich oder weitere Teilbereiche des Objekts erkannt werden können. Eine solche räumlich erweiterte Erkennung kann dann zu einer Verbesserung der Object recognition produced an improved lighting situation, so that with a subsequent object recognition, if necessary, a larger sub-area or further sub-areas of the object can be recognized. Such a spatially extended detection can then improve the
Zuverlässigkeit der Identifizierung des Objekts führen. Reliability of the identification of the object.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die According to a further embodiment of the invention, the
Messeinrichtung auf einen Lichtempfänger, welcher betreibbar ist (i) in einem ersten Lichtempfang-Betriebsmodus zum Empfangen von Messlicht mit einer ersten Empfindlichkeit und (ii) in einem zweiten Lichtempfang-Betriebsmodus zum Empfangen von Messlicht mit einer zweiten Empfindlichkeit, wobei die Erkennungssicherheit für den zumindest einen Teilbereich des Objektes bei der zweiten Empfindlichkeit größer ist als bei der ersten Empfindlichkeit. Dies hat den Vorteil, dass in Analogie zu den vorstehend beschriebenen Betriebsmodi in Bezug auf die Beleuchtung die Szene adaptiv dann genauer erfasst werden kann, wenn (in der Zukunft bzw. in Kürze) mit einer Objekterkennung zu rechnen ist. Auch in diesem Fall kann eine Prognose für eine Objekterkennung auf einem Wissen oder einer Vermutung über das Vorhandensein von Objekten und/oder auf einer soeben erfolgten Erkennung eines Teilbereiches basieren. Der durch eine solche Prognose veranlasste Betrieb des Lichtempfängers in dem zweiten Lichtempfang-Betriebsmodus kann dann dazu beitragen, dass bei einer nächsten Erkennung ein größerer Teilbereich des Objekts (oder sogar das ganze Objekt) erkannt werden kann. Dadurch wird die Zuverlässigkeit der Objektidentifikation (weiter) erhöht. Measuring device on a light receiver, which can be operated (i) in a first light receiving operating mode for receiving measuring light with a first sensitivity and (ii) in a second light receiving operating mode for receiving measuring light with a second sensitivity, the detection reliability for the at least a partial area of the object is larger at the second sensitivity than at the first sensitivity. This has the advantage that, in analogy to the above-described operating modes with regard to the lighting, the scene can then be adaptively recorded more precisely when object recognition is to be expected (in the future or shortly). In this case too, a prognosis for an object recognition can be based on knowledge or a presumption about the presence of objects and / or on a recognition of a sub-area that has just taken place. The operation of the light receiver in the second light receiving operating mode caused by such a prognosis can then contribute to the fact that a larger sub-area of the object (or even the entire object) can be recognized during the next detection. This increases the reliability of the object identification (further).
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das According to a further embodiment of the invention, the
Sensorsystem ferner auf eine Lichtempfänger-Steuereinrichtung, welche mit der Datenverarbeitungseinrichtung und mit dem Lichtempfänger gekoppelt ist. Die Datenverarbeitungseinrichtung programmtechnisch ist ferner eingerichtet, bei einem Erkennen eines Teilbereiches des Objekts die Lichtempfänger- Steuereinrichtung zu veranlassen, von dem ersten Lichtempfang-Betriebsmodus in den zweiten Lichtempfang-Betriebsmodus umzuschalten. Anschaulich ausgedrückt wird bei diesem Ausführungsbeispiel in Analogie zu der vorstehend beschriebenen Umschaltung des Beleuchtung-Betriebsmodus nach einer Objekterkennung der Betrieb des Lichtempfängers auf den zweiten Sensor system furthermore to a light receiver control device which is coupled to the data processing device and to the light receiver. In terms of programming, the data processing device is also set up to cause the light receiver control device to switch from the first light reception operating mode to the second light reception operating mode upon detection of a partial area of the object. In this exemplary embodiment, in analogy to the switchover of the lighting operating mode described above after object recognition, the operation of the light receiver is clearly expressed to the second
Lichtempfang-Betriebsmodus umgestellt, so dass mit einer nachfolgenden Objekterkennung gegebenenfalls ein größerer Teilbereich oder weitere Light reception operating mode changed over, so that with a subsequent object detection, a larger sub-area or more, if necessary
Teilbereiche des Objekts erkannt werden können. Auch dadurch kann eine Verbesserung der Zuverlässigkeit der Identifizierung des Objekts herbeigeführt werden. Partial areas of the object can be recognized. This can also bring about an improvement in the reliability of the identification of the object.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der According to a further embodiment of the invention, the
Lichtempfänger eine Vielzahl von Pixeln zum Empfangen des Messlichts aufweist, wobei in einem der beiden Lichtempfang-Betriebsmodi zumindest zwei Pixel der Vielzahl von Pixeln zu einem übergeordneten Pixel zusammengefasst sind. The light receiver has a plurality of pixels for receiving the measurement light, wherein in one of the two light reception operating modes at least two pixels of the plurality of pixels are combined to form a superordinate 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 Photonen rauschen, was die Szenenauswertegenauigkeit verbessert. Ein "Binning" ist deshalb insbesondere bei einem schwachen Messlicht dann von Vorteil, wenn eine hohe räumliche Auflösung nicht erforderlich ist. 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. Ein solches lokales "Binning" 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 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. This reduces the so-called statistical photon noise, especially in the case of weak measurement light, 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. 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. Such a local "binning" then leads to an inhomogeneous spatial resolution, which is not absolutely desirable. The disadvantage of such an inhomogeneous spatial resolution is increased in many applications
Photonenakkumulation überkompensiert. Ein lokales "Binning" kann zumindest bei einigen bekannten Lichtempfängern ohne besondere elektronische oder apparative Elemente einfach durch eine entsprechende Ansteuerung des Lichtempfängers durch die Lichtempfänger-Steuereinrichtung, ggf. auf Photon accumulation overcompensated. A local “binning” can, at least in the case of some known light receivers, without special electronic or apparatus elements, simply by a corresponding activation of the light receiver by the light receiver control device, if necessary
Veranlassung der Datenverarbeitungseinrichtung, erfolgen, welche Ansteuerung das "Binning" und damit den Lichtempfang-Betriebsmodus bestimmt. Initiated by the data processing device, which control determines the "binning" and thus the light reception operating mode.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird ein lokales "Binning" dahingehend durchgeführt, dass, von der Messeinrichtung gemessen und/oder von der Datenverarbeitungseinrichtung erlernt, genau diejenigen Bereiche des In preferred embodiments, local "binning" is carried out to the effect that, measured by the measuring device and / or learned by the data processing device, precisely those areas of the
Lichtempfängers, welche bei zumindest einer vorherigen 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 Light receivers, which have received too little light energy in at least one previous scene detection, by suitable control of the light receiver by the light receiver control device in subsequent scene detections in a suitable manner to superordinate pixels
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. be summarized. 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 in 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. In some applications, this can be advantageous be exploited. 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 arranged along a line parallel to this previously known spatial direction (as it is depicted on the light receiver) can be greater 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 ist die According to a further embodiment of the invention, the
Datenverarbeitungseinrichtung ferner derart konfiguriert, dass eine Data processing device further configured such that a
Bedeckungscharakteristik einer Öffnung durch zumindest einen Verschließkörper steuerbar ist. Dadurch kann die Öffnung, welche beispielsweise ein Eingang (bzw. ein Ausgang) eines Gebäudes ist, auf besonders zuverlässige Weise automatisch überwacht werden. Durch eine geeignete Ansteuerung eines Covering characteristic of an opening can be controlled by at least one closure body. As a result, the opening, which is, for example, an entrance (or an exit) of a building, can be automatically monitored in a particularly reliable manner. A suitable control of a
Aktuators kann der Verschließkörper automatisch zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position bewegt werden. Dazu kann die Datenverarbeitungseinrichtung des beschriebenen Sensorsystems mit der Steuerung eines bekannten Steuersystems für einen Verschließkörper gekoppelt werden. Actuator, the closing body can be moved automatically between an open position and a closed position. The Data processing device of the sensor system described are coupled to the control of a known control system for a closure body.
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. Vehicle exit.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird beschrieben ein Verfahren zum dreidimensionalen Erfassen einer Szene und zum Erkennen von Objekten in der dreidimensional erfassten Szene mittels eines Sensorsystems und insbesondere mittels eines Sensorsystems des vorstehend beschriebenen Typs. Das According to a further aspect of the invention, a method is described for three-dimensional detection of a scene and for recognizing objects in the three-dimensionally detected scene by means of a sensor system and in particular by means of a sensor system of the type described above. The
beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Beleuchten der Szene mit The method described comprises (a) illuminating the scene with
Beleuchtungslicht unter Verwendung einer Beleuchtungseinrichtung; (b) ein Empfangen von Messlicht, welches zumindest teilweise von zumindest einem in der Szene enthaltenen Objekt zurückgestreutes Beleuchtungslicht ist, unter Verwendung einer Messeinrichtung; (c) ein Messen von Distanzen zwischen dem Sensorsystem und dem zumindest einen Objekt basierend auf einer Lichtlaufzeit des Beleuchtungslichts und des Messlichts, unter Verwendung der Illuminating light using a lighting device; (b) receiving measurement light, which is at least partially backscattered illumination light from at least one object contained in the scene, using a measurement device; (c) a measurement of distances between the sensor system and the at least one object based on a light transit time of the illuminating light and the measuring light, using the
Messeinrichtung; (d) ein Ermitteln einer dreidimensionalen Charakteristik der Szene basierend auf den gemessenen Distanzen unter Verwendung einer Measuring device; (d) determining a three-dimensional characteristic of the scene based on the measured distances using a
Datenverarbeitungseinrichtung, welche der Messeinrichtung informations technisch nachgeschaltet ist; (e) Erkennen zumindest eines Teilbereiches des Objekts unter Verwendung der Datenverarbeitungseinrichtung, welche Data processing device which is connected downstream of the measuring device for information purposes; (e) recognition of at least a partial area of the object using the data processing device, which
informationstechnisch mit einem Datenspeicher gekoppelt ist, in welchem zumindest eine Beschreibung von zumindest einem Referenzobjekt hinterlegt ist; (f) falls lediglich ein solcher Teilbereich erkannt wurde, ein Vergleichen des erkannten Teilbereiches mit der zumindest einen Beschreibung; und (g) falls bei dem Vergleichen (innerhalb einer vorgegebenen Genauigkeit) eine Übereinstimmung zwischen dem erkannten Teilbereich und einem is information-technically coupled to a data memory in which at least one description of at least one reference object is stored; (f) if only such a sub-area was recognized, a comparison of the recognized sub-area with the at least one description; and (g) if at the comparison (within a predetermined accuracy) a match between the recognized sub-area and a
Referenzteilbereich eines von dem zumindest einem Referenzobjekt festgestellt wurde, ein Identifizieren des Objekts als ein dem entsprechenden zumindest einen Referenzobjekt entsprechendes Objekt. Reference sub-area of one of the at least one reference object was determined, identifying the object as an object corresponding to the corresponding at least one reference object.
Auch dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine unvollständige oder ungenaue Szenenerfassung ausreichen kann, um unter Berücksichtigung eines in dem Datenspeicher hinterlegten a-priori Wissens über mögliche Erscheinungsformen des Objektes, eine Objektidentifizierung anhand von erkannten Objekt-Teilbereiche vorzunehmen. The described method is also based on the knowledge that incomplete or imprecise scene detection can be sufficient to carry out an object identification based on recognized object subareas taking into account a priori knowledge stored in the data memory about possible appearance forms of the object.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Objekt ein sich in der Szene bewegendes Objekt. Dies bedeutet, dass das beschriebene Sensorsystem für eine Erfassung einer Szene verwendet wird, deren Charakteristik sich zeitlich ändert. Bei einer solchen zeitlich veränderlichen Szenencharakteristik kommen im besonderen Maße die Vorteile des hier beschriebenen Sensorsystems zum Tragen. Eine Szene mit einer zeitlich veränderlichen Charakteristik kann nämlich nur dann auf sinnvolle Weise erfasst werden, wenn eine zeitliche Abfolge einer Mehrzahl von Szenenerfassungen durchgeführt wird, aus denen die Bewegung des Objektes abgeleitet werden kann. Da insbesondere bei sich schnell bewegenden Objekten jeweils eine kurze Belichtungszeit durch das According to an exemplary embodiment of the invention, the object is an object moving in the scene. This means that the described sensor system is used to detect a scene whose characteristics change over time. With such a time-varying scene characteristic, the advantages of the sensor system described here come into play to a particular degree. A scene with a characteristic that changes over time can only be sensed in a meaningful manner if a time sequence of a plurality of scene acquisitions is carried out from which the movement of the object can be derived. Since, especially with fast moving objects, the
Beleuchtungslicht erforderlich ist, ist das Messlicht, welches während einer Einzelmessung in dem Lichtempfänger eingesammelt wird, entsprechend schwach. Dies kann dazu beitragen, dass nicht das gesamte Objekt, sondern lediglich ein Teilbereich davon erkannt wird. Das in dem Datenspeicher hinterlegte a-priori Wissen über mögliche Objekt-Erscheinungsformen wird dann erfindungsgemäß zu einer Erkennung bzw. Identifizierung des gesamten Objekts verwendet. If illuminating light is required, the measuring light which is collected in the light receiver during an individual measurement is correspondingly weak. This can help to ensure that not the entire object but only a part of it is recognized. The a priori knowledge about possible object manifestations stored in the data memory is then used according to the invention to recognize or identify the entire object.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Objekt ein Lebewesen, insbesondere ein Mensch. According to a further exemplary embodiment of the invention, the object is a Living being, especially a human.
Bei der Identifizierung eines Menschen, welcher, aus welchen Gründen auch immer, nicht vollständig erfasst werden kann oder erfasst worden ist, kann das hier beschriebene Verfahren auf besonders vorteilhafte Weise angewendet werden. Ein Mensch hat nämlich mehrere Gliedmaßen, die hinsichtlich ihrer Größe ganz unterschiedliche Dimensionen haben. Ein Lebewesen und When identifying a person who, for whatever reason, cannot or has not been fully recorded, the method described here can be used in a particularly advantageous manner. A person has several limbs that have very different dimensions with regard to their size. A living being and
insbesondere ein Mensch kann nämlich physiologisch sehr genau beschrieben werden. Entsprechende Beschreibungsdaten werden in dem Datenspeicher hinterlegt. Dabei kann beispielsweise berücksichtigt werden, dass Finger mit einem minimalen Detektionsvolumen von typischerweise wenigen Zentilitern naturgemäß immer mit Armen von weniger als 1 Meter Länge verbunden sind. Diese führen dann zu einem Körper, der ein minimales Detektionsvolumen von mehreren Litern aufweist. Deshalb kann mit dem hier beschriebenen Verfahren ein Schutz vor einer Gefährdung durch einen sich bewegenden Verschließkörper auf einfache Weise realisiert werden, der sich insbesondere in Richtung einer Schließposition bewegt, um eine Öffnung, beispielsweise eine Durchgangsöffnung in einem Gebäude, zu verschließen. In diesem Fall kann nämlich aus einer Detektion von mehreren Litern "Abnormvolumen" (= Volumen, das zusätzlich zu dem ohne das Objekt vorhandenen "Leervolumen" vorhanden ist) geschlossen werden, dass sich innerhalb eines Radius von einem Meter die Finger einer menschlichen Person befinden müssen. Um auf zuverlässige Weise ein a person in particular can be described physiologically very precisely. Corresponding description data are stored in the data memory. For example, it can be taken into account that fingers with a minimum detection volume of typically a few centiliters are naturally always connected to arms less than 1 meter in length. These then lead to a body that has a minimum detection volume of several liters. Therefore, with the method described here, protection against a hazard from a moving closure body can be implemented in a simple manner, which moves in particular in the direction of a closed position in order to close an opening, for example a passage opening in a building. In this case it can be concluded from a detection of several liters of "abnormal volume" (= volume that is present in addition to the "empty volume" without the object) that the fingers of a human person must be within a radius of one meter . To be in a reliable manner
Einklemmen von Fingern zu verhindern, muss in einem Fall, in dem das genannte "Abnormvolumen" in einem Abstand von weniger als 1 Meter von dem To prevent pinching of fingers must be done in a case where the said "abnormal volume" is at a distance of less than 1 meter from the
Verschließkörper erkannt wird, eine Bewegung des Verschließkörpers verhindert werden. Closing body is recognized, a movement of the closing body can be prevented.
Das vorstehend am Beispiel von Finger und Körper beschriebene Prinzip lässt sich natürlich noch um das Körperteil "Arm" erweitern : Für die volumetrische Erkennung von Finger - Arm - Körper sind typischerweise Volumenunterschiede von 1 : 10 : 100 vorhanden. Eine entsprechend dreistufige Objektidentifikation lässt sich jedoch mit demselben Prinzip umsetzen. Dies gilt auch für andere Kombinationen von Körperteilen, beispielsweise einem Kopf, einem Bein, einem Fuß, etc. The principle described above using the example of finger and body can of course be expanded to include the body part "arm": Volume differences of 1: 10: 100 are typically present for the volumetric detection of finger - arm - body. A corresponding three-stage object identification can however, implement themselves with the same principle. This also applies to other combinations of body parts, for example a head, a leg, a foot, etc.
Der vorstehend beschriebene "modellmäßige Übergang" bei einer "figürlichen" Objekterkennung kann auch die Sicherheit der zuverlässigen Erkennung bei einer Interpretation einer Punktwolke aus 3D Punktdaten erhöhen. Dies ist insoweit von Bedeutung, weil eine solche Punktwolke ein bei vielen Anwendungen standartmäßiges Zwischen-Datenformat ist, das bei einer 3D Szenenanalyse verwendet wird. The above-described “model transition” in the case of “figurative” object recognition can also increase the security of the reliable recognition when interpreting a point cloud from 3D point data. This is important to the extent that such a point cloud is an intermediate data format that is standard in many applications and is used in a 3D scene analysis.
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 Öffnung durch zumindest einen Verschließkörper. According to a further aspect of the invention, a use of a sensor system of the type described above for controlling a covering characteristic of an opening to be passed by an object by at least one closure body is described.
Der beschriebenen Verwendung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine The use described is based on the knowledge that a
Objektidentifikation auf der Basis eine Objekt-Teilerkennung und einem in dem Datenspeicher hinterlegten a-priori Wissen auf vorteilhafte Weise bei Object identification on the basis of partial object recognition and an a priori knowledge stored in the data memory in an advantageous manner
Durchgängen eingesetzt werden kann, welche von einem Verschließkörper verschlossen werden können. Dies gilt insbesondere für Durchgänge, welche eine Verschließ- bzw. eine Bedeckungscharakteristik aufweisen, die von dem Passages can be used which can be closed by a closure body. This applies in particular to passages which have a sealing or covering characteristic that is different from the
beschriebenen Sensorsystem gesteuert oder zumindest mitgesteuert wird. described sensor system is controlled or at least co-controlled.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Öffnung ein Eingang oder ein Ausgang, insbesondere ein Notausgang in einem Gebäude. According to an exemplary embodiment of the invention, the opening is an entrance or an exit, in particular an emergency exit in a building.
Durch das Erkennen eines zwar vorhandenen, aber sich ggf. nicht bewegenden Objektes in einem Durchgangsbereich kann ein Eingang oder Ausgang By recognizing an existing but possibly not moving object in a passage area, an entrance or exit
überwacht, insbesondere ein blockierter Notausgang erkannt, und die monitored, in particular a blocked emergency exit detected, and the
entsprechende Information an ein angegliedertes System, beispielsweise an ein Überwachungssystem, übermittelt werden. corresponding information to an affiliated system, for example to a 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. 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.
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 zeigt einen Menschen mit mehreren erkennbaren Teilbereichen, die für eine Identifizierung des Objekts "Mensch" verwendet werden können. FIG. 2 shows a person with several recognizable partial areas which can be used to identify the object “person”.
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 184 durch einen Verschließkörper 186, welcher als eine zweiteilige Schiebetür ausgebildet ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 184 eine Eintrittsöffnung für Personen in ein Gebäude oder eine Garageneinfahrt für Kraftfahrzeuge. Die entsprechende Eingangsstruktur ist mit dem Bezugszeichen 180 versehen. Ein in einer von dem Sensorsystem 100 überwachten Szene 190 befindliches Objekt 195 soll eine solche Person oder ein Kraftfahrzeug symbolisieren. FIG. 1 shows the use of a sensor system 100 for controlling a coverage characteristic of an opening 184 by a closure body 186 which is designed as a two-part sliding door. According to the exemplary embodiment shown here, the opening 184 is an 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 in an object 195 located by the sensor system 100 monitored scene 190 is intended to symbolize such a person or a motor vehicle.
Die Eingangsstruktur 180 umfasst eine stationäre Haltestruktur 182, welche einen Rahmen sowie eine Führung für die zwei Schiebetüren des The entrance structure 180 comprises a stationary support structure 182 which has a frame and a guide for the two sliding doors of the
Verschließkörpers 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 Datenverarbeitungseinrichtung 150 des in diesem Dokument beschriebenen Sensorsystems 100. Die Daten Displacement directions are moved. The motors 187 are controlled, as explained below, by means of a data processing device 150 of the sensor system 100 described in this document. The data
verarbeitungseinrichtung 150 dient also auch als Steuerungseinrichtung für den Verschließkörper 186. Processing device 150 thus also serves as a control device for closing body 186.
Das Sensorsystem 100 weist auf eine Time Of Flight (TOF) Messeinrichtung 110, die Datenverarbeitungseinrichtung 150 sowie einen Datenspeicher 160. The sensor system 100 has a time of flight (TOF) measuring device 110, the data processing device 150 and a data memory 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. Time of flight between the illumination light 131 emitted by the illumination device 130 and the measurement light 196 received by the light receiver 120 after scattering on the object 195 and (iii) a light receiver control device 140 for controlling the operation or for selecting an operating mode of the 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 Datenverarbeitungseinrichtung 150 sowie den Datenspeicher 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 also has the data processing device 150 and the data memory 160 within a compact design in addition to the TOF measuring device 110.
Im Betrieb des Sensorsystems steuert die Datenverarbeitungseinrichtung 150 die beiden Motoren 187. Eine dafür erforderliche elektrische Leistung zum Betätigen der Türen 186 wird jeweils von einer Endstufe bzw. einem Leistungsverstärker 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 Steuersignal 152a, welches an einem When the sensor system is in operation, the data processing device 150 controls the two motors 187. The electrical power required for operating the doors 186 is provided by an output stage or a power amplifier which, according to the exemplary embodiment shown here, is in the housing of the respective motor 187 is integrated. The two output stages are each controlled via a control signal 152a, which is sent to one
Steuerausgang 152 von der Datenverarbeitungseinrichtung 150 ausgegeben wird. Control output 152 is output from the data processing device 150.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sensorsystem 100 in der Lage, eine Objekterkennung vorzunehmen. Dazu greift die Daten According to the exemplary embodiment shown here, the sensor system 100 is able to carry out an object detection. The data is used for this
verarbeitungseinrichtung 150 auf einen in dem Datenspeicher 160 abgelegten Datensatz von Referenzobjekten zu, welche ausgewählten Objekten entsprechen, die autorisiert sind, die 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 Referenzobjekten übereinstimmt. Dies bedeutet anschaulich, dass bei der hier beschriebenen Verwendung des processing device 150 to a data record of reference objects stored in the data memory 160, which correspond to selected objects that are authorized to pass through the opening 184. This means that when the object 195 appropriately approaches the entrance 184, the sliding doors 186 are only opened when the recognized object 195 at least approximately matches one of the stored reference objects. This clearly means that when using the
Sensorsystems 100 eine objektbasierte Zugangskontrolle stattfindet. Sensor system 100 an object-based access control takes place.
In Übereinstimmung mit dem Grundgedanken der in diesem Dokument Consistent with the spirit of this document
beschriebenen Erfindung sind in dem Datenspeicher 160 Beschreibungen der Referenzobjekte hinterlegt. Ferner ist die Datenverarbeitungseinrichtung 150 programmtechnisch eingerichtet, falls lediglich (zumindest) ein Teilbereich des Objekts 195 erkannt wurde, diesen Teilbereich mit den Beschreibungen zu vergleichen. Dabei wird der erkannte Teilbereich mit bekannten Mitteln der Bildanalyse charakterisiert und mit verschiedenen Teilen jeweils einer Beschreibung verglichen. Dazu kann jede Beschreibung eines Referenzobjekts eine Mehrzahl von Teilbeschreibungen umfassen, wobei die Teilbeschreibungen in Bezug auf die Struktur des jeweiligen Referenzobjekts auch eine gewisse Descriptions of the reference objects are stored in the data memory 160. Furthermore, the data processing device 150 is set up in terms of program technology, if only (at least) a partial area of the object 195 was recognized, to compare this partial area with the descriptions. The recognized sub-area is characterized with known means of image analysis and one with different parts Description compared. For this purpose, each description of a reference object can comprise a plurality of partial descriptions, the partial descriptions also having a certain amount with regard to the structure of the respective reference object
Überlappung aufweisen können. Dies hat den Vorteil, dass dem Referenzobjekt eine Vielzahl von Teilbeschreibungen zugeordnet werden können, welche jeweils einzeln mit der Charakteristik des erkannten Teilbereichs verglichen werden können. Bei einer innerhalb einer bestimmten Genauigkeit erkannten May have overlap. This has the advantage that a large number of partial descriptions can be assigned to the reference object, each of which can be individually compared with the characteristic of the recognized partial area. When detected within a certain accuracy
Übereinstimmung des erkannten Teilbereichs mit einer Teilbeschreibung eines Referenzobjekts wird das sich in der Szene 190 befindliche Objekt 195 als ein Objekt identifiziert, welches mit dem Referenzobjekt zumindest hinsichtlich seines Typs übereinstimmt. If the recognized partial area corresponds to a partial description of a reference object, the object 195 located in the scene 190 is identified as an object which corresponds to the reference object at least in terms of its type.
Es wird darauf hingewiesen, dass in dem Datenspeicher 160, falls eine It should be noted that in the data memory 160, if a
Zugangskontrolle lediglich in Bezug auf einen Typ von Objekt 195 erfolgen soll, auch lediglich eine Beschreibung von einem einzigen Referenzobjekt hinterlegt sein kann (ggf. mit einer Mehrzahl von Teilbeschreibungen). Dies bedeutet, dass das Sensorsystem 100 basierend auf zumindest einem erkannten Objekt- Teilbereich den Zugang für einen Objekttyp überwacht. Der Objekttyp, dem ein Zugang ermöglicht werden soll, kann beispielsweise ein Mensch sein. Anderen Objekttypen wie beispielsweise Tieren soll der Zugang zu bzw. der Durchgang durch die Öffnung 184 verwehrt werden. Access control should only take place in relation to one type of object 195, and only a description of a single reference object can be stored (possibly with a plurality of partial descriptions). This means that the sensor system 100 monitors the access for an object type based on at least one detected object sub-area. The type of object to which access is to be made possible can, for example, be a person. Access to or passage through the opening 184 is to be denied for other types of objects, such as animals.
Figur 2 zeigt einen Objekttyp Mensch 195 mit mehreren erkennbaren FIG. 2 shows an object type human 195 with several recognizable ones
Teilbereichen 295a, 295b, 295c, 295d und 295e. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Teilbereiche charakteristischen Strukturen des Körpers des Menschen 195 zugeordnet, welche besonders einfach und Sub-areas 295a, 295b, 295c, 295d and 295e. According to the exemplary embodiment shown here, the partial areas are assigned to characteristic structures of the human body 195, which are particularly simple and
zuverlässig erkannt werden können. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind auch nicht alle (möglichen) für eine Objektidentifizierung anhand von erkannten Teilbereichen verwendbaren Teilbereiche eingezeichnet. Insbesondere können natürlich neben dem Teilbereich Kopf 295a nicht nur die Teilbereiche linker Ellenbogen 295b und linke Hand 295c sondern auch die Teilbereiche rechter Ellenbogen und rechte Hand verwendet werden. Gleiches gilt natürlich auch für die nicht eingezeichneten Teilbereiche linkes Knie und linker Fuß, die anatomisch dem rechten Knie 295d bzw. dem rechten Fuß 295e entsprechen. can be reliably recognized. For reasons of clarity, not all (possible) partial areas that can be used for object identification on the basis of recognized partial areas are shown. In particular, in addition to the partial area head 295a, not only the partial areas of the left elbow 295b and left hand 295c but also the partial areas of the right Elbow and right hand are used. The same naturally also applies to the partial areas of the left knee and left foot not shown, which anatomically correspond to the right knee 295d or the right foot 295e.
Als ein weiterer Teilbereich, der für eine Objektidentifizierung verwendet werden könnte, bietet sich der Rumpf des Menschen 195 an. Dieser hat zwar The trunk of the person 195 is a further sub-area that could be used for object identification. This one has
vergleichsweise wenig charakteristische Strukturen, kann aber anhand der Größe seines Volumens erkannt werden. comparatively few characteristic structures, but can be recognized by the size of its volume.
Um verschiedene Teilbereiche 295a, 295b, 295c, 295d und 295e des Objekts 195 möglichst gut erkennen zu können, kann der in Figur 1 dargestellte In order to be able to identify different partial areas 295a, 295b, 295c, 295d and 295e of the object 195 as well as possible, the one shown in FIG
Lichtempfänger in unterschiedlichen Lichtempfang-Betriebsmodi zum Empfangen von Messlicht betrieben werden. In einem ersten Lichtempfang-Betriebsmodus mit einer ersten Empfindlichkeit kann die Szene besonders schnell erfasst werden. Die Genauigkeit der Szenenerfassung ist aber reduziert, so dass sich für einen Teilbereich des Objekts 195 nur eine begrenzte Erkennungssicherheit ergibt. In einem zweiten Lichtempfang-Betriebsmodus wird die Szene 190 mit einer erhöhten Genauigkeit erfasst. Die Erkennungssicherheit ist entsprechend verbessert. In diesem Zusammenhang ist die Datenverarbeitungseinrichtung 150 in der Lage, bei einem (nicht besonders genauen) Erkennen eines Teilbereiches 295a-e des Objekts 195 die Lichtempfänger-Steuereinrichtung 125 zu Light receivers are operated in different light receiving operating modes for receiving measuring light. In a first light reception operating mode with a first sensitivity, the scene can be captured particularly quickly. The accuracy of the scene detection is reduced, however, so that there is only limited detection reliability for a partial area of the object 195. In a second light reception operating mode, the scene 190 is recorded with increased accuracy. The detection reliability is improved accordingly. In this context, the data processing device 150 is able to control the light receiver control device 125 in the event of a (not particularly precise) detection of a partial area 295a-e of the object 195
veranlassen, von dem ersten Lichtempfang-Betriebsmodus in den zweiten Lichtempfang-Betriebsmodus umzuschalten. Dann wird zumindest der cause to switch from the first light receiving operating mode to the second light receiving operating mode. Then at least the
betreffende Teilbereich noch einmal mit einer höheren Genauigkeit erfasst. Die entsprechenden genaueren Daten werden dann für einen Vergleich mit der Beschreibung eines Referenzobjektes verwendet. relevant sub-area recorded again with higher accuracy. The corresponding more precise data are then used for a comparison with the description of a reference object.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Genauigkeit der Szenenerfassung durch die räumliche Auflösung des Lichtempfängers 120 bestimmt. Dieser ist nämlich in der Lage, in dem ersten Lichtempfang- Betriebsmodus benachbarte Pixel zusammenzufassen, so dass pro zusammengefasstem Pixel bei einer bestimmten Intensität von Messlicht pro Zeiteinheit mehr Photonen akkumuliert werden. According to the exemplary embodiment shown here, the accuracy of the scene detection is determined by the spatial resolution of the light receiver 120. This is namely able to combine neighboring pixels in the first light reception operating mode, so that per combined pixel with a certain intensity of measuring light per unit of time more photons are accumulated.
Die Figuren 3a und 3b illustrieren ein solches Zusammenfassen von Figures 3a and 3b illustrate such a combination of
Einzelpixeln eines als ein Halbleiter- bzw. CCD Chip ausgebildeten Individual pixels of a semiconductor or CCD chip
Lichtempfängers 320a bzw. 320b. Der Lichtempfänger 320a weist eine Vielzahl von lichtsensitiven bzw. Photonen sammelnden Pixeln 322a auf. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Pixel 322a einer vollen räumlichen Auflösung des Lichtempfängers 320a zugeordnet, welche Auflösung durch die Halbleiter-Architektur des Chips 320a vorgegeben ist. Light receiver 320a or 320b. The light receiver 320a has a multiplicity of light-sensitive or photon-collecting pixels 322a. According to the exemplary embodiment 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.
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 190 benötigt wird. Da die Intensität des Messlichts 196 unmittelbar von der Intensität des Beleuchtungslichts 131 abhängt, kann im ersten Lichtempfang-Betriebsmodus durch das "Binning" die Intensität des Beleuchtungslichts 131 reduziert und damit der Energieverbrauch des Sensorsystems 100 verringert werden. (Minimum) intensity of the detected measuring light which is required for evaluating the corresponding image area of the scene 190. Since the intensity of the measurement light 196 depends directly on the intensity of the illuminating light 131, the intensity of the illuminating light 131 can be reduced in the first light receiving operating mode by means of the "binning" and thus the energy consumption of the sensor system 100 can be reduced.
Es wird darauf hingewiesen, dass auch mehr als zwei unterschiedliche It should be noted that more than two different
Lichtempfang-Betriebsmodi mit jeweils einer unterschiedlich starken Light reception operating modes, each with a different strength
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 Photonenakkumulation) erfasst werden. Das beschriebene lokale und unterschiedlich starke Zusammenfassen von Pixeln kann auch dynamisch bzw. adaptiv in genau solchen Teilbereichen durchgeführt werden, in denen sich gerade ein bestimmtes Objekt befindet. Summary of pixels can be used. It is also possible to combine a different number of individual pixels to form a superordinate pixel in different partial areas of the light receiver. Then individual parts of the scene with a higher spatial resolution (and a lower photon accumulation) and other parts of the scene with a lower spatial resolution (and a higher photon accumulation) are recorded. The described local and differently strong grouping of pixels can also be carried out 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 135 Illumination light controller
140 Lichtempfänger-Steuereinrichtung 140 Light Receiver Control Device
150 Datenverarbeitungseinrichtung 150 data processing device
152 Steuerausgang 152 control output
152a Steuersignal 152a control signal
160 Datenspeicher 160 data storage
180 Eingangsstruktur 180 entrance structure
182 stationäre Haltestruktur 182 stationary support structure
184 Öffnung 184 opening
186 Verschließkörper / Schiebetür 186 locking body / sliding door
187 Motor M 187 engine M
190 Szene 190 scene
195 Objekt 195 object
196 Messlicht 196 measuring light
295a-e Teilbereiche 295a-e sub-areas
320a/b Lichtempfänger / Sensorchip 320a / b light receiver / sensor chip
322a Pixel 322a pixels
322b übergeordnetes Pixel / zusammengefasstes Pixel 322b 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) und zum Erkennen von Objekten (195) in der dreidimensional erfassten Szene (190), das Sensorsystem (100) aufweisend 1. Sensor system (100) for three-dimensional recording of a scene (190) and for recognizing objects (195) in the three-dimensionally recorded scene (190), comprising 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) informationstechnisch nachgeschaltete Datenverarbeitungseinrichtung (150) zum Ermitteln einer dreidimensionalen Charakteristik der Szene (190) basierend auf den gemessenen Distanzen; und einen Datenspeicher (160), welcher informationstechnisch mit der a data processing device (150) connected downstream of the measuring device (110) in terms of information technology for determining a three-dimensional characteristic of the scene (190) based on the measured distances; and a data memory (160), which in terms of information technology with the
Datenverarbeitungseinrichtung (150) gekoppelt ist und in welchem zumindest eine Beschreibung von zumindest einem Referenzobjekt hinterlegt ist; wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (150) programmtechnisch eingerichtet istData processing device (150) is coupled and in which at least one description of at least one reference object is stored; wherein the data processing device (150) is set up in terms of programming
(i) zum Erkennen zumindest eines Teilbereiches (295a-e) des Objekts (195);(i) for recognizing at least a partial area (295a-e) of the object (195);
(ii) falls lediglich ein solcher Teilbereich (295a-e) erkannt wurde, zum (ii) if only such a sub-area (295a-e) was recognized, for
Vergleichen des erkannten Teilbereiches (295a-e) mit der zumindest einen Beschreibung; und Comparing the recognized partial area (295a-e) with the at least one description; and
(iii) falls bei dem Vergleichen eine Übereinstimmung zwischen dem erkannten Teilbereich (295a-e) und einem Referenzteilbereich eines von dem zumindest einen Referenzobjekt festgestellt wird, zum Identifizieren des Objekts (195) als ein dem entsprechenden zumindest einen Referenzobjekt entsprechendes Objekt (195). (iii) if, during the comparison, a match is found between the recognized sub-area (295a-e) and a reference sub-area of one of the at least one reference object, to identify the object (195) as an object (195) corresponding to the corresponding at least one reference object.
2. Sensorsystem (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (150) programmtechnisch ferner eingerichtet ist 2. Sensor system (100) according to the preceding claim, wherein the data processing device (150) is also set up in terms of programming
(iv) falls bei dem Vergleichen keine Übereinstimmung zwischen dem erkannten Teilbereich (295a-295e) und einem Referenzteilbereich eines von dem zumindest einen Referenzobjekt festgestellt wird, zum Identifizieren des Objekts (195) als ein unbekanntes Objekt. (iv) if no correspondence is found between the recognized partial area (295a-295e) and a reference partial area of one of the at least one reference object during the comparison, for identifying the object (195) as an unknown object.
3. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Beschreibung eine geometrische Beschreibung aufweist. 3. Sensor system (100) according to one of the preceding claims, wherein the at least one description has a geometric description.
4. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (150) programmtechnisch eingerichtet ist, das Vergleichen des erkannten Teilbereiches (295a-e) mit der zumindest einen Beschreibung auf der Basis von dreidimensionalen Daten durchzuführen. 4. Sensor system (100) according to one of the preceding claims, wherein the data processing device (150) is set up in terms of programming to carry out the comparison of the recognized partial area (295a-e) with the at least one description on the basis of three-dimensional data.
5. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungseinrichtung (130) aufweist 5. 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.
6. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Beleuchtungseinrichtung (130) betreibbar ist 6. Sensor system (100) according to one of the preceding claims, wherein the lighting device (130) can be operated
(i) in einem ersten Beleuchtung-Betriebsmodus zum Beleuchten der Szene (190) mit einer ersten Ausleuchtung und (ii) in einem zweiten Beleuchtung-Betriebsmodus zum Beleuchten der Szene (190) mit einer zweiten Ausleuchtung, wobei (i) in a first lighting operating mode for lighting the scene (190) with a first lighting and (ii) in a second lighting operating mode for lighting the scene (190) with a second lighting, wherein
die Erkennungssicherheit für den zumindest einen Teilbereich (295a-295e) des Objektes (195) bei der zweiten Ausleuchtung größer ist als bei der ersten the detection reliability for the at least one partial area (295a-295e) of the object (195) in the second illumination is greater than in the first
Ausleuchtung. Illumination.
7. Sensorsystem (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend eine Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung (135) welche informationstechnisch mit der Datenverarbeitungseinrichtung (150) gekoppelt ist, wobei 7. The sensor system (100) according to the preceding claim, further comprising an illumination light control device (135) which is information technology-related to the data processing device (150), wherein
die Datenverarbeitungseinrichtung (150) programmtechnisch ferner eingerichtet ist, bei einem Erkennen eines Teilbereiches (295a-295e) des Objekts (195) die Beleuchtungslicht-Steuereinrichtung (135) zu veranlassen, von dem ersten Beleuchtung-Betriebsmodus in den zweiten Beleuchtung-Betriebsmodus umzuschalten. the data processing device (150) is also set up in terms of program technology to cause the lighting control device (135) to switch from the first lighting operating mode to the second lighting operating mode upon detection of a partial area (295a-295e) of the object (195).
8. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messeinrichtung (110) aufweist 8. Sensor system (100) according to one of the preceding claims, wherein the measuring device (110)
einen Lichtempfänger (120), welcher betreibbar ist a light receiver (120) which is operable
(i) in einem ersten Lichtempfang-Betriebsmodus zum Empfangen von Messlicht (196) mit einer ersten Empfindlichkeit und (i) in a first light receiving operating mode for receiving measuring light (196) with a first sensitivity and
(ii) in einem zweiten Lichtempfang-Betriebsmodus zum Empfangen von Messlicht (196) mit einer zweiten Empfindlichkeit, wobei die Erkennungssicherheit für den zumindest einen Teilbereich (295a-295e) des Objektes (195) bei der zweiten Empfindlichkeit größer ist als bei der ersten Empfindlichkeit. (ii) in a second light receiving operating mode for receiving measuring light (196) with a second sensitivity, the detection reliability for the at least one sub-area (295a-295e) of the object (195) being greater for the second sensitivity than for the first sensitivity .
9. Sensorsystem (100) gemäß dem vorangehenden Anspruch, ferner aufweisend eine Lichtempfänger-Steuereinrichtung (140), welche mit der 9. Sensor system (100) according to the preceding claim, further comprising a light receiver control device (140), which with the
Datenverarbeitungseinrichtung und mit dem Lichtempfänger (120) gekoppelt ist, wobei Data processing device and is coupled to the light receiver (120), wherein
die Datenverarbeitungseinrichtung (150) programmtechnisch ferner eingerichtet ist, bei einem Erkennen eines Teilbereiches (295a-295e) des Objekts (195) die Lichtempfänger-Steuereinrichtung (140) zu veranlassen, von dem ersten the data processing device (150) is also set up in terms of program technology, when a partial area (295a-295e) of the object (195) is recognized, the To cause light receiver controller (140) from the first
Lichtempfang-Betriebsmodus in den zweiten Lichtempfang-Betriebsmodus umzuschalten. To switch light receiving operating mode to the second light receiving operating mode.
10. Sensorsystem (100) gemäß einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei 10. Sensor system (100) according to one of the two preceding claims, wherein
der Lichtempfänger (120; 320a, 320b) eine Vielzahl von Pixeln (322a) zum Empfangen des Messlichts (196) aufweist, wobei the light receiver (120; 320a, 320b) has a plurality of pixels (322a) for receiving the measurement light (196), wherein
in einem der beiden Lichtempfang-Betriebsmodi zumindest zwei Pixel (322a) der Vielzahl von Pixeln (322a) zu einem übergeordneten Pixel (322b) in one of the two light reception operating modes, at least two pixels (322a) of the plurality of pixels (322a) form a superordinate pixel (322b)
zusammengefasst sind. are summarized.
11. Sensorsystem (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung (150) ferner derart konfiguriert ist, dass eine Bedeckungscharakteristik einer Öffnung (184) durch zumindest einen 11. The sensor system (100) according to any one of the preceding claims, wherein the data processing device (150) is further configured such that a coverage characteristic of an opening (184) by at least one
Verschließkörper (186) steuerbar ist. Closing body (186) is controllable.
12. Verfahren zum dreidimensionalen Erfassen einer Szene (190) und zum 12. Method for three-dimensional detection of a scene (190) and for
Erkennen von Objekten (195) in der dreidimensional erfassten Szene mittels eines Sensorsystems (100), insbesondere eines Sensorsystems gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das Verfahren aufweisend Detecting objects (195) in the three-dimensionally captured scene by means of a sensor system (100), in particular a sensor system according to one of the preceding claims, having the method
Beleuchten der Szene (190) mit Beleuchtungslicht (131) unter Illuminate the scene (190) with illuminating light (131) below
Verwendung einer Beleuchtungseinrichtung (130); Using a lighting device (130);
Empfangen von Messlicht (196), welches zumindest teilweise von zumindest einem in der Szene (190) enthaltenen Objekt (195) zurückgestreutes Beleuchtungslicht (196) ist, unter Verwendung einer Messeinrichtung (110); Receiving measurement light (196), which is at least partially backscattered illumination light (196) from at least one object (195) contained in the scene (190), using 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 (195), unter Verwendung der Messeinrichtung (110); Illuminating light (131) and the measuring light (195) using the measuring device (110);
Ermitteln einer dreidimensionalen Charakteristik der Szene (190) basierend auf den gemessenen Distanzen unter Verwendung einer Datenverarbeitungseinrichtung (150), welche der Messeinrichtung (110) informationstechnisch nachgeschaltet ist; Determination of a three-dimensional characteristic of the scene (190) based on the measured distances using a data processing device (150) which is connected downstream of the measuring device (110) in terms of information technology;
Erkennen zumindest eines Teilbereiches (295a-e) des Objekts (195) unter Verwendung der Datenverarbeitungseinrichtung (150), welche Recognition of at least a partial area (295a-e) of the object (195) using the data processing device (150), which
informationstechnisch mit einem Datenspeicher (160) gekoppelt ist, in welchem zumindest eine Beschreibung von zumindest einem Referenzobjekt hinterlegt ist; falls lediglich ein solcher Teilbereich (295a-e) erkannt wurde, Vergleichen des erkannten Teilbereiches (295a-e) mit der zumindest einen Beschreibung; und is information technology coupled to a data memory (160) in which at least one description of at least one reference object is stored; if only one such sub-area (295a-e) was recognized, comparing the recognized sub-area (295a-e) with the at least one description; and
falls bei dem Vergleichen eine Übereinstimmung zwischen dem erkannten Teilbereich (295a-e) und einem Referenzteilbereich eines von dem zumindest einem Referenzobjekt festgestellt wurde, Identifizieren des Objekts (195) als ein dem entsprechenden zumindest einen Referenzobjekt entsprechendes Objekt (195). if, during the comparison, a match between the recognized sub-area (295a-e) and a reference sub-area of one of the at least one reference object was determined, identifying the object (195) as an object (195) corresponding to the corresponding at least one reference object.
13. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei 13. The method according to the preceding claim, wherein
das Objekt (195) ein sich in der Szene bewegendes Objekt ist. the object (195) is a moving object in the scene.
14. Verfahren gemäß einem der beiden vorangehenden Ansprüche, wobei das Objekt (195) ein Lebewesen ist, insbesondere ein Mensch. 14. The method according to any one of the two preceding claims, wherein the object (195) is a living being, in particular a person.
15. Verwendung eines Sensorsystems (100) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11 für ein Steuern einer Bedeckungscharakteristik einer von einem Objekt (195) zu passierenden Öffnung (184) durch zumindest einen Verschließkörper (186). 15. Use of a sensor system (100) according to one of the preceding claims 1 to 11 for controlling a coverage characteristic of an opening (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 Öffnung (184) ein Eingang oder ein Ausgang ist, insbesondere ein the opening (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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