(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのカメラ(４)を使って監視範囲を監視するための装置であって、
長手方向に少なくとも１つの明色の部分縞(１３)、及び／又は少なくとも１つの暗色の部分縞(１４)を有するコントラスト縞(１２)を監視範囲に備えており、かつ
明色の部分縞(１３)及び／又は暗色の部分縞(１４)の最小範囲における陰影の発生を監視範囲への対象物(５)の侵入として認識するよう、制御装置(１１)が構成される装置において、
カメラ(４)の画像内でコントラスト縞(１２)に交差するフレームにおける陰影の発生を、コントラスト縞(１２)の目印が損なわれた状態として、即ち、そのフレームにある明色の部分縞(１３)の明色始点(Ｙ２)と明色終点(Ｙ３)の間の明色ピクセルが第一最少数を下回った状態、及び／又はそのフレームにある暗色の部分縞の暗色始点(Ｙ１)と暗色終点(Ｙ２)の間の暗色ピクセルが第二最少数を下回った状態として検知し、かつ前記最小範囲における陰影の発生を、互いに隣接する所定数のフレームにおける陰影の発生として検知するよう、制御装置(１１)が構成されること、及び
制御装置(１１)がティーチングステップのために構成されており、そのティーチングステップでは、各フレームに対してコントラスト縞(１２)の目印を決める値であるコントラスト縞(１２)の明色始点(Ｙ２)、明色終点(Ｙ３)、暗色始点(Ｙ１)、暗色終点(Ｙ２)を決めると共にその値をメモリーに記憶できること
を特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
制御装置(１１)が更に、ティーチングステップにおいてコントラスト縞(１２)の目印を次のように、即ち
−各フレームに対して、明色始点(Ｙ２)、明色終点(Ｙ３)、暗色始点(Ｙ１)、暗色終点(Ｙ２)のパターンが何回あるかを数える、
−このパターンを丁度１回有し互いに隣接する最大数のフレームがある範囲(１７ｂ)を、コントラスト縞(１２)の部分として選択する、
−そのコントラスト縞(１２)の部分を両方の縞方向に最大で走査する(１８)
ことにより決めるよう構成されることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置において、
制御装置(１１)が更に、ティーチングステップにおいてコントラスト縞(１２)の目印を次のように、即ち
−各フレームに対して、明色始点(Ｙ２)、明色終点(Ｙ３)、暗色始点(Ｙ１)、暗色終点(Ｙ２)のパターンが何回あるかを数える、
−互いに隣接するフレームがこのパターンを丁度１回有する範囲(１７ａ，１７ｂ，１７ｃ)を、コントラスト縞(１２)の部分として見つけて、
−そのコントラスト縞(１２)の各部分を、両方の縞方向に最大で走査する(１７ｃ，１８)、
−この走査後において最長の縞長さ(１８)を選び出す
ことにより決めるよう構成されることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の装置において、
２つの暗色部分縞(１４)が明色部分縞(１３)に空隙なしで直接繋がるように、追加の暗色部分縞を設けており、そのとき制御装置(１１)が、第一暗色始点(Ｙ１)、第一暗色終点(Ｙ２)、第二暗色始点(Ｙ３)、第二暗色終点(Ｙ４)の目印を使用し、明色始点(Ｙ２)が第一暗色終点(Ｙ２)と、そして明色終点(Ｙ３)が第二暗色始点(Ｙ３)と一致するように設けていることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の装置において、
コントラスト縞(１２)が、その横断方向に変動する周期的構造を有することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、
制御装置(１１)が、最小値、ゼロ点、又は転換ポイントのような周期的構造の特異点を検知するように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、
制御装置(１１)が、ティーチングステップで特異点をメモリーに記憶し、稼働時に特定した特異点と比較し、そしてコントラスト縞(１２)の模造として偏差を検知するよう構成されることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の装置において、
制御装置(１１)が、対象物(５)の侵入又はコントラスト縞(１２)の模造を検知したときに、警告信号及び／又は遮断信号を発するよう構成されることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の装置において、
監視範囲用に照明装置(７ａ，７ｂ)を備えており、そして明色の部分縞(１３)がリフレクターであることを特徴とする装置。
【請求項１０】
少なくとも１つのカメラ(４)を使って監視範囲を監視するための方法であって、
長手方向に少なくとも１つの明色の部分縞(１３)、及び／又は少なくとも１つの暗色の部分縞(１４)を有するコントラスト縞(１２)を監視範囲に備えており、かつ監視範囲への対象物(５)の侵入を、明色の部分縞(１３)及び／又は暗色の部分縞(１４)の最小範囲における陰影の発生に基づいて検知する方法において、
カメラ(４)の画像内でコントラスト縞(１２)に交差するフレームにおける陰影の発生を、コントラスト縞(１２)の目印が損なわれた状態として、即ち、そのフレームにある明色の部分縞(１３)の明色始点(Ｙ２)と明色終点(Ｙ３)の間の明色ピクセルが第一最少数を下回った状態、及び／又はそのフレームにある暗色の部分縞(１４)の暗色始点(Ｙ１)と暗色終点(Ｙ２)の間の暗色ピクセルが第二最少数を下回った状態として検知し、かつ前記最小範囲における陰影の発生を、互いに隣接する所定数のフレームにおける陰影の発生として、検知するようになっていること、及び
各フレームのためのティーチングステップにおいて、コントラスト縞(１２)の目印を決める値であるコントラスト縞(１２)の明色始点(Ｙ２)、明色終点(Ｙ３)、暗色始点(Ｙ１)、暗色終点(Ｙ２)を決めること
を特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
ティーチングステップにおいてコントラスト縞(１２)の目印を次のように、即ち
−各フレームに対して、明色始点(Ｙ２)、明色終点(Ｙ３)、暗色始点(Ｙ１)、暗色終点(Ｙ２)のパターンが何回あるかを数える、
−このパターンを丁度１回有し互いに隣接する最大数のフレームがある範囲を、コントラスト縞(１２)の部分として選択する、
−そのコントラスト縞(１２)の部分を両方の縞方向に最大で走査する
ことにより決めることを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項１０に記載の方法において、
ティーチングステップにおいてコントラスト縞(１２)の目印を次のように、即ち
−各フレームに対して、明色始点(Ｙ２)、明色終点(Ｙ３)、暗色始点(Ｙ１)、暗色終点(Ｙ２)のパターンが何回あるかを数える、
−互いに隣接するフレームがこのパターンを丁度１回有する範囲(１７ａ，１７ｂ，１７ｃ)を、コントラスト縞(１２)の部分として見つけて、
−そのコントラスト縞(１２)の各部分を、両方の縞方向に最大で走査する(１７ｃ，１８)、
−この走査後において最長の縞長さ(１８)を選び出す
ことにより決めることを特徴とする方法。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれかに記載の方法において、
２つの暗色部分縞(１４)が明色部分縞(１３)に空隙なしで直接繋がるように、追加の暗色部分縞を設けており、第一暗色始点(Ｙ１)、第一暗色終点(Ｙ２)、第二暗色始点(Ｙ３)、第二暗色終点(Ｙ４)の目印を使用し、そのとき明色始点(Ｙ２)が第一暗色終点(Ｙ２)と、そして明色終点(Ｙ３)が第二暗色始点(Ｙ３)と一致するように設けていることを特徴とする方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の方法において、
コントラスト縞(１２)が、その横断方向に変動する周期的構造を有しており、そして最小値、ゼロ点、又は転換ポイントのような周期的構造の特異点を検知することを特徴とする方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法において、
ティーチングステップで特異点を決めると共に、稼働時に特定した特異点と比較し、そしてコントラスト縞(１２)の模造として偏差を検知することを特徴とする方法。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれかに記載の方法において、
対象物(５)の侵入又はコントラスト縞(１２)の模造を検知したときに、警告信号及び／又は遮断信号を発することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、次のような監視範囲を監視するための装置と方法に関する。即ち、少なくとも１つのカメラを使って監視範囲を監視するための装置であって、長手方向に少なくとも１つの明色の部分縞、及び／又は少なくとも１つの暗色の部分縞を有するコントラスト縞を監視範囲に備えており、明色の部分縞及び／又は暗色の部分縞の最小範囲の陰影を監視範囲への対象物の侵入として認識するよう、制御装置が構成される装置と、少なくとも１つのカメラを使って監視範囲を監視するための方法であって、長手方向に少なくとも１つの明色の部分縞、及び／又は少なくとも１つの暗色の部分縞を有するコントラスト縞を監視範囲に備えており、そして監視範囲への対象物の侵入を、明色の部分縞及び／又は暗色の部分縞の最小範囲の陰影を使って検知する方法である。
【背景技術】
【０００２】
監視システムは、監視する範囲の変化を自動的に確認するために、多様な用途で使用される。そのような用途の１つが危険範囲から保護することであり、その場合には危険領域に異質な対象物が入ったことを監視システムが検知すると共に、この異質な対象物のために警告信号を発する、又は例えば対象となる機械を停止する必要があるかどうかを、監視システムが決められた規則に従って判断する。この種の立ち入り防止装置は、現在は主として光シャッターを使って、又はレーザースキャナーにより具現するが、同様にカメラにより行うこともできる。
【０００３】
対象物の検知は、デジタルの画像検知では工数がかかると共に、信頼性のないことがある。よって監視領域において確実に検知するためにリフレクターフィルムを装備し、対象物の遮蔽又は陰影を検知する。周囲の光による影響を減らすために、このリフレクターフィルムは逆反射するリフレクターフィルムであることが多い。
【０００４】
暗色だけでなく明色の対象物を認識できるようにするために、多くの場合、反射フィルムを反射領域と非反射領域でできたマスターで覆って充分にコントラストをつける。そして例えば、リフレクター前にある暗色の衣服、これに対し非反射背景の前にある明色の衣服又は作業服の反射マークを、確実に認識することができる。
【０００５】
DE 199 38 639 B4号公報では、監視システム内で異なった反射マスターを使用することが開示されている。反射マスターの位置をティーチングし監視するためにマークを使用するが、手間をかけて定義し位置決めし、そして自動的に認識せねばならないものである。加えて、例えばマークを備えていない範囲にある波状のような、リフレクターマスターの異常又は模造の幾つかは認識できない。陰影を簡単で迅速に判定することについては記載されていない。
【０００６】
リフレクターを装備していることによる従来の評価方法で実際にできるのは、非常に能力の低い模造検知であって、リフレクター位置の形状的な変化を認識する可能性はない。しかし、保護遮蔽機能を満たすためには、評価が特に迅速で確実でなければならない。
【０００７】
【特許文献１】DE 199 38 639 B4
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
よって本発明の課題は、簡単で迅速に、そして確実な判定をできるようにすることである。この課題を、次のような装置又は次のような方法により解決する。即ち、冒頭で述べた装置において、カメラの画像内でコントラスト縞と直角方向のフレームにある陰影を、即ち、そのフレームにある明色の部分縞の明色始点と明色終点の間で第一最少数の明色ピクセル、及び／又はそのフレームにある暗色の部分縞の暗色始点と暗色終点の間で第二最少数の暗色ピクセルを下回る陰影を、コントラスト縞の目印を損なったものとして、かつ最小範囲の陰影を規定数の隣接フレームの陰影として検知するよう、制御装置が構成されることを特徴とする装置、又は、冒頭で述べた方法において、カメラの画像内でコントラスト縞と直角方向のフレームにある陰影を、即ち、そのフレームにある明色の部分縞の明色始点と明色終点の間で第一最少数の明色ピクセル、及び／又はそのフレームにある暗色の部分縞の暗色始点と暗色終点の間で第二最少数の暗色ピクセルを下回る陰影をコントラスト縞の目印を損なったものとして、かつ最小範囲の陰影を規定数の隣接フレームの陰影として、検知するようになっていることを特徴とする方法である。この解決手段は、目印により評価を非常に圧縮し、それにより迅速に行うことができるという利点を有する。しかしそれは、全く精度を犠牲にするものではない。その方法によれば、暗色だけでなく明色の対象物をも信頼性を有して検知する。リフレクター縞により他のリフレクターマスターとは違って、装置のピクセル分解能が低くても対象物検知が可能である。
【０００９】
この解決手段は、長く延在するコントラスト縞の基本的な情報を、より簡単な目印にコード化できるというアイデアを前提にしている。それにより、目印をティーチングした後には、比較的複雑ではない評価方法で対象物を確実に検知できる。
【００１０】
制御装置がティーチングステップのために構成されていると好ましく、そのティーチングステップでは、各フレームに対してコントラスト縞の目印を決める値である明色始点、明色終点、暗色始点、暗色終点を決めると共に、その値をメモリーに記憶することができる。ティーチングステップは、後の評価過程のための目印を作る。即ち装置は、最初の稼働前におけるティーチングのスタートにより、又は使用者に手間のかからない方法で自動的にいつでも、実際の状況に合わせることができる。
【００１１】
更に制御装置は、ティーチングステップにおいてコントラスト縞の目印を次のように決めるよう構成されると一層好ましい：
−各フレームに対して、明色始点、明色終点、暗色始点、暗色終点の目印が何回あるかを数える、
−この目印を丁度１回有し互いに隣接する最大フレームがある範囲を、コントラスト縞の部分として選択する、
−そのコントラスト縞の部分を両方の縞方向に最大で走査する。
【００１２】
以上のようにして、コントラスト縞を、反射する対象物がカメラの視野内にあるときも検知する。それにより装置自体が実状に適応する。コントラスト縞は、その明色−暗色移行点が充分に検知される範囲内で確実に検知される。コントラスト縞の１つの範囲をカバーすることにより、考えられる最大監視領域の一部を装置が監視するようにすることもできる。
【００１３】
代替として制御装置は、ティーチングステップにおいてコントラスト縞の目印を次のように特定するように構成される：
−各フレームに対して、明色始点、明色終点、暗色始点、暗色終点の目印が何回あるかを数える、
−互いに隣接するフレームがこの目印を丁度１回有する範囲を、コントラスト縞の部分として見つけて、
−そのコントラスト縞の各部分を両方の縞方向に最大で走査する、
−この走査後において最長の縞長さを選び出す。
【００１４】
これは、最初に特定したコントラストマスター部分の大きさを検知できない場合にも、実際にコントラストマスターの最長である長さを見つけられるという利点を有する。
【００１５】
２つの暗色部分縞が明色部分縞に空隙なく直接隣接するように、追加の暗色部分縞を設けていると利点があり、そのときには制御装置が、第一暗色始点、第一暗色終点、第二暗色始点、第二暗色終点の目印を使用し、明色始点が第一暗色終点と、そして明色終点が第二暗色始点と一致する。それにより別の明色−暗色移行点が生じ、それが検知の確実さを向上する。加えて、明色の部分縞を暗色の下地に設けることにより、コントラスト縞を非常に簡単に作ることができる。
【００１６】
利点のある別の構成では、コントラスト縞がその横断方向で周期的構造を有する。この構造は、コントラスト縞の状態を監視するために利用できる。
【００１７】
制御装置が、最小値、ゼロ点、又は転換点のような周期的構造の特異点を検知するように構成されていると好ましい。この種の特異点は、少ないデータポイントによりコントラスト縞を明確にする。それは、少ないメモリー工数と少ない評価工数を意味する。
【００１８】
制御装置が、ティーチングステップで特異点をメモリーに記憶し、稼働時に特定した特異点と比較し、そしてコントラスト縞の模造として偏差を検知するように構成していると利点がある。コントラスト縞の状態を検知するために、特異点を少ない工数で利用する。そして、模造を非常に迅速に、信頼性を有して検知する。
【００１９】
制御装置が、対象物の侵入又は模造のときに、警告信号及び／又は遮断信号を発するように構成されていると好ましい。それは安全技術の上で非常に重要な用途であり、その用途では、監視範囲を危険範囲、例えば作業者に危害を及ぼし兼ねないロボット又は自動組立機のような機械から遮断する。
【００２０】
監視範囲用に照明装置を備えており、そして明色の部分縞がリフレクター、特に逆反射リフレクターであると利点がある。それにより、照明装置の光が受光される光の主要部分を形成するので、装置は周囲の光とは明らかに関係がなくなる。
【００２１】
本発明による方法を、類似の方法により実施形態で更に発展させることができ、そして類似した利点を示すが、それは例示的であるが限られるものではなく、方法に引き続く従属請求項で規定している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下において本発明を、実施形態を使って添付した図面を参照し例示的に特徴と利点に関しても詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態を概略的な全体図で示す。分離壁１の中に何もない開口部２があり、それは縁面３ａ−３ｄで囲まれている。その開口部２のコーナーにあるカメラ４が、反対側にある２つの縁面３ｃ，３ｄの像を撮影する。図においてカメラ４は９０°以上の開口角度を有しており、よって縁面３ａ，３ｂの一部も見えている。その開口部２を完全に監視するためには、監視範囲として縁面３ｃ，３ｄで充分である。また、目的によっては一部分であっても充分なこともある。
【００２４】
カメラ４は、障害物のないはずの開口部２に対象物５があるかどうかを監視する。即ち、監視範囲のうち図中で陰影をつけた範囲６で、対象物５がない時に示すはずのカメラ撮影画像を、この対象物５が変えることになる。
【００２５】
カメラ４の傍には２つの照明装置７ａ，７ｂが配置されている。２つ又は更に多い数の照明装置７ａ，７ｂをカメラ４に対称的に装備できるが、１つでも充分と思われる。基本的にはいずれの光源も考えられるが、狙って光帯を発光する半導体光源が特に適している。もちろん照明を、分光装置又はその他公知の方法により、できるだけカメラ４の光軸に合わせることもある。重要なことは、カメラ４が監視する範囲を照明することである。
【００２６】
カメラ４は、対物レンズ８及び解像力を有した画像センサ９を備えている。画像センサは、ＣＭＯＳ、又はＣＣＤ技術又は、画像を送れる他のいずれかの公知形式で装備することができる。画像は、用途により必要とする繰り返し頻度で、データ配線１０により評価ユニット１１に伝送される。更に評価ユニット１１が照明装置７ａ，７ｂと接続しており、その光をコントロールする。評価ユニット１１は、開口部２に対象物５がない時のカメラ４の画像情報を有しており、対象物５による画像センサ９のデータの変化から、その存在を検知できる。これを、図３を参照して詳細に説明する。
【００２７】
よってカメラ４は、何もない開口部２を対象物５との比較で監視する。用途として考えられるのは、何もない開口部２の後方に危険領域、例えば人が負傷する可能性のあるプレスやその他の機械がある場合である。そして、何もない開口部２に何かが入ったときに警報信号を発する、又は機械のスイッチを遮断することができる。しかし、用途が例えば泥棒防止装置であることもあり、その場合には誰も許可なく開口部２の後方にある領域に立ち入らないはずであるが、保護装置としての用途と同じくそこで危険にさらされることがない。しかしながら、用途がこれらの例に限られるものではなく、対象物の立ち入りを検知する必要のある場所のどこでも装置を使用できる。また、何もない開口部２にある特別な配置も例示的であると理解されたい。図１に示すように、監視範囲は何もない開口部２の半分である必要はなく、任意の場所における任意の面とすることもできる。
【００２８】
図２は再度、三次元による装置の一部を示す。カメラ４は、図示の視角を変えて右側から監視範囲を見ている。この監視範囲には反射フィルム１２が設けられており、そのフィルムはここで例として、中央にあり逆反射する又は代替として単純な淡い縞１３を有し、その縞がそれに平行で反射しない又は暗色の２つの縞１４により挟まれている。コントラスト縞１２は必ずしも長く延伸している必要はなく、即ち基本的に線として形成されていればよい。円弧或いは類似のもので実現することもあり得る。しかし、その場合には円弧を直線に変換する、又は二次元アルゴリズムを使って線を追うために、評価時に余分な工数がかかる。
【００２９】
また必ずしも暗色の縞１４を装備している必要はなく、リフレクターと比較の上で実施状況と仕様により、背景を暗色の縞１４として見なすこともできる。逆に、設けている暗色の縞との関係で背景を淡色とすることもでき、それにより淡い部分縞１３として機能させることもできる。いずれにしても暗色の縞１４ないし背景と、外部光の影響下においても背景と暗色の部分縞１４の暗色材料との間で明らかな評価を可能にする明色又はリフレクター材料の部分縞１３の間に、強い差異ができる。以下において図３と４と関連して説明するように、図２で部分縞１３，１４は滑らかで簡単にした構造を有する。
【００３０】
本発明の別の実施形態では、警告範囲を決める第二のリフレクター構造を設けていることがある。警告域を侵害すると、まず警告信号のみを発する。別の(第一)リフレクター構造を越え、それにより本来の保護範囲を侵害すると初めて、対象装置に遮断信号を出すことになる。
【００３１】
ここで図３を使って、対象物５が監視範囲にあるかどうかを、本発明により評価ユニット１１が確認する評価方法を説明することにする。本発明によれば評価ユニット１１はその他に第二検査として、コントラスト縞１２が模造されたかどうかを確認する。この第二検査のために、コントラスト縞１２の部分縞１３，１４はギザギザのマスター構造を有しており、その機能は後に図４との関連で説明する。
【００３２】
稼働して対象物を検知する前に、ティーチングステップでコントラスト縞１２の位置と構造をティーチングする。そのために、カメラ４のマトリックス形状ピクセルデータをフレーム毎に評価する。カメラ４に関しては１つのピクセル行のみを示しており、そこで各ピクセルは、図３において垂直線として示しているフレームの幅を有する。カメラ４の三次元図示は、各フレームにカメラ４の分解能に相当して多数のピクセルを備えると共に、フレームあたりでは図示した単一のピクセルでないことを意味している。
【００３３】
まず評価ユニット１１は、カメラ４の視野内でコントラスト縞１２を検知せねばならない。評価ユニットは、コントラスト縞にある特徴的な目印、即ち図３の各フレームにおいて第一暗色部分縞１４、明色部分縞１３、暗色部分縞１４となっている暗色−明色−暗色の移行点を検知する。明色とは例えば明色閾値の上側、それに対して暗色とは暗色閾値の下側と解釈する。移行点はその間で充分な信号変化を有していなければならない。
【００３４】
細い白色線１５は、使用するコントラスト縞１２の一部ではない。明色の部分縞１３を除いて、暗色の部分縞１４は明色の範囲を有していない。ライン１５は、暗色の部分縞１４がジグザグラインとして明色の部分縞１３に平行で終わる、又はライン１５をないものと考えると、平坦な縁部として終わるかのいずれかを意味するのみとする。これは、コントラスト縞１２の縁部がどうなっているかに関する２つの例示的な可能性であるに過ぎず、即ちこの縁部は目印の一部ではないので、評価においては何の役割もしない。
【００３５】
暗色−明色−暗色の移行点を有するコントラスト縞１２の代わりに、明色−暗色−明色又は類似の移行点を有するものも使用できる。原理的には１つの暗色−明色移行点で充分であるが、リフレクター縞の両側面ラインが明色−暗色の移行点を含むため、リフレクターを使って変換できるのが制限される。それを防ぐためには、カメラ４の視野の端に至るまでリフレクターを平坦に延ばさねばならないであろう。しかし、この殆ど必然的に規定の両移行点の１つを考慮しないままとすることができる。
【００３６】
評価ユニット１１はまず、各フレームにおいて目印に従って移行点を探す。そのためには、即ち第一最少数の隣接暗色ピクセルに、第二最少数の隣接明色ピクセルが続き、そして更にこれに第三最少数も暗色ピクセルが続かねばならない。最少数として極端な場合は１ピクセルで充分であるが、最小の汚染で反応しないためには、最少数は少なくとも幾つかのピクセルを含む必要があると思われる。例えば、隣接するピクセルのグループとして、少なくとも最少数が明色又は暗色という必要特性を有する、という複雑な基準も考えられる。それにより、汚染や類似の要因による個別ピクセルのトラブルで、評価が妨げられることはないだろう。
【００３７】
目印に該当するこの種の移行点を、コントラスト縞１２に直角な各フレームで見出す。しかしそれを、視野にある対象物１６に置き換えることもできる。この対象物１６は、目印を検知するために、図示のようにキレイな明色及び暗色を有する必要はない。検知すべきピクセルに対する最少数及び明色と暗色に対する閾値によっては、簡単な明色又は暗色の対象物でも充分なことがある。
【００３８】
そして評価ユニット１１は各フレームに対して、目印を何回検知したかを数える。図３の左側フレームではコントラスト縞１２自体だけ、即ち「１」である(それを最下行に示している)。その隣のフレームでは対象物１６の目印は完全でなく、よってここでもコントラスト縞１２のみを「１」として数える。次の５つのフレームにおいては、下側にある対象物１６の目印及びコントラスト縞１２の目印を検知できる、即ち「２」である。次の４つのフレームでは上側にある対象物１６が加わる、即ち「３」である等々。右側から数えたフレーム６−８では、暗色の検査バー１７がコントラスト縞１２を隠しているので、ここで数えられる目印は「０」である。
【００３９】
次のステップにおいて、目印を丁度１回だけ数えた範囲１７ａ−１７ｃを探す。この範囲１７ａ−１７ｃには、視野の中に妨害となる対象物１６がない。範囲１７ａ−１７ｃの中で最長の範囲１７ｂを選び出す。そしてこれを右方及び左方に最大に走査する、即ち右方には検査バー１７まで、そして左方にはコントラスト縞１２の端まで進めて、最大監視範囲１８を見つける。検査バー１７がコントラスト縞１２を覆い、それにより目印が右方に続かないことにより、最大の監視範囲１８が決められる。検査バー１７を取り除いて改めてティーチングを行うことにより、全体のコントラスト縞１２を見つけ、それにより最大監視範囲１８を拡張することができよう。
【００４０】
最大監視範囲を決めるための代替方法では、最長範囲１７ｂだけでなく部分範囲１７ａ−１７ｃの幾つか又は全てを最大に、右方及び左方に走査する。そのとき、部分範囲１７ａと１７ｂからは最大の監視範囲１８が生じるが、部分範囲１７ｃを進めることはできない。そして、左右に走査することにより生じた部分長さのどれが最大であるかを比較する。改めてそれが最大監視範囲１８であり、それは範囲１７ｃより大きい。
【００４１】
この代替の方法は、より多く走査させることを考慮せねばならないので、幾分手間がかかる。しかし利点として、走査した後に別の部分範囲が大きくなることもあるので、取りあえず仮定した最大範囲１７ｂが「間違い」となって、最大監視範囲１８を別に見つけられるということが挙げられる。その他にもその方法は、始める時に単一ではなく複数の最大部分範囲がある時にも機能し、簡単にその範囲を走査拡大できる。走査を行った後に明らかな最大監視範囲１８が得られない場合には、可能性としての最大監視範囲１８を選び出す、及び／又は警告を発する。
【００４２】
最後に評価ユニット１１は、コントラストマスター縞１２において明色部分縞１３ないし暗色部分縞１４への移行点を検知したときの、各フレームの値Ｙ１〜Ｙ４をメモリーする。それにより、４×(最大監視範囲のフレーム数)個の値でできた１つの表が得られる。カメラ４の分解能に関しては、この表がコントラストマスター縞１２についての関連情報全てを含むことになる。
【００４３】
ティーチングを終えた後の稼働では、対象物検知を次のように行う。最大監視範囲１８内にある各フレームに対して、Ｙ１とＹ２の間でピクセルの最少数が暗色であり、Ｙ２とＹ３の間でピクセルの最少数が明色であり、そしてＹ３とＹ４の間でピクセルの最少数が暗色であるかどうかを調べる。要求される最少数は、ティーチングされた数又は同様にして決めた最少数とすることができる。ＹｎとＹ(ｎ−１)間のピクセル全てが明色ないし暗色である必要のない場合には、これを汚染又は類似の誤差源に対する許容差とすることができる。ズレ、即ち値Ｙ１−Ｙ４がティーチングした値と較べて数ピクセルだけずれることに対する小さい許容差も考えられる。
【００４４】
前記文節に記載の過程で目印を含まないフレームは、(部分)陰影ありと判断する。隣接する多数のフレームに影を落として、多数フレームの幅が規定の対象物の大きさを上回ると、評価ユニット１１は対象物５として検知して、それにより例えば警告信号又は遮断信号で反応する。
【００４５】
説明している評価原理は、図示している垂直の縦フレームに限定されるものではない。目印は広い角度範囲において、カメラ４に対してコントラスト縞１２が回転していることに対して鈍感である。原理的には意図的に傾斜したフレームを使用することもできるが、ピクセルマトリックスで評価工数が増加するために、当然大きな工数を必要とする。
【００４６】
ジグザグマスターにより決まる特定の回転角度から、１つのフレーム内で多数の目印を検知する。それは最終的に水平の「フレーム」のときがそのケースである。その時にはティーチング方法を合わせねばならない。しかし特性的な目印は含まれたままであるので、それを大量数の値Ｙ１〜Ｙｎ、ｎ＞４以上にメモリーすることができる。よって、この場合も本発明を原則的に適用できる。
【００４７】
ここで図４を使って、第二の独立した評価方法において、コントラスト縞１２の模造を評価ユニット１１により検知する方法を説明する。そのために、単なる明色−暗色移行点に勝るコントラスト縞１２のマスターを利用する。図示しているのはジグザクマスターであり、そこでは中央の明色縞１３の両側にある、それぞれ１つの暗色縞１４が基本的に(断片的に)平行に延伸している。別のマスターも考えられるが、より容易に評価するために、それは周期的、例えば波状、台形、サイン波形、又は同様のものであることが必要と思われる。
【００４８】
ティーチングステップにおいて、コントラスト縞１２のマスターにおける特異点を調べてメモリーする。特異点とは、極値点、ゼロ点、転換点、又はマスターで明瞭に定義できるその他の点とすることができる。ただし、Ｙ方向でのオフセットは任意に設定できるので、前記「ゼロ点」は、「Ｙ値がゼロとなる点」ではなく、「Ｙ値がある一定の値に到達する点」と広義に解釈すべきである。特に、Ｘ軸に対称なマスターのときにも、対称軸をオフセット又は「０」として選択することもできる。マスターの延び具合は、図３と関連付けて前述した、対象物検知のためのティーチングステップの結果から既知である。Ｙ１の値はフレーム数のデジタル関数を形成しており、それから特異点を、公知の解析方法を使って決めることができる(Ｙ２〜Ｙ４は同じ周期的なマスターを平行にずらした形であり、よって同様に使用できるので、Ｙ１に注目することで充分である)。
【００４９】
稼働時に特異点を、改めてアナログ方法で決める。そのためには、場合により模造により変わった値Ｙ１を、Ｙ'として新しく調べねばならない。そして調べたその時の特異点を、ティーチングステップでメモリーした特異点と比較することにより、コントラスト縞１２の模造が明らかになる。その比較により、１つには個々の特異点の変化を検知できるが、周期即ちそのお互いの間隔の変化も検知できる。模造とは各状態の変化と解釈するが、それは操作者により、又は材料外観、例えば反りや曲がりなどにより起きたかどうかには関係ない。
【００５０】
稼働中に特異点を検知する方法の例を、ここで図４を使って説明する。ティーチングステップの結果から、コントラスト縞１２のマスターにおける半周期ｆが少なくとも概数値で分かる。そして各フレームｘにおいて、明色の部分縞１３から上側の暗色部分縞１４への移行点を検知される所の値Ｙ'(ｘ)を決める。
【００５１】
そして次の関数Ｈ(ｘ)を定義する：
Ｈ(ｘ)＝２×Ｙ'(ｘ)−(Ｙ'(ｘ＋ｆ)＋Ｙ'(ｘ−ｆ))
ここで、Ｈ(ｘ)は中間値なしであり、コントラスト縞１２のマスターの周期で周期的に変化する。適切に平滑化することで、Ｈ(ｘ)のゼロ点を容易に調べることができる。このゼロ点は同時にＹ'(ｘ)の特異点、それによりコントラスト縞１２のマスター自体の特異点である。よってＨ(ｘ)を使うことにより、特異点を迅速で確実に検知できる。
【００５２】
本発明は要約すると、共通のコントラスト縞１２に対して行うと共に、ティーチングしたマスターに対してマスターの評価を行う、お互いに独立した２つの評価方法で構成されている。
【００５３】
第一の評価は対象物の検知であり、それはコントラスト縞１２と直角の暗色−明色−暗色のマスター変化に基づいている。カメラ４の実際画像でこのマスター変化を、それぞれの箇所ないしそれぞれのフレームで検証確認する。監視範囲に認められていない侵入があると、照明装置７ａ，７ｂ、リフレクター１３(ないしコントラスト縞１２)、カメラ４の間における光線の通過が、対象物５により影響を受ける。よってコントラスト縞１２の目印を検知できない。これは、保護領域侵害を検知して警告信号又は遮断信号を行う１つの方法である。
【００５４】
加えて本装置は、コントラスト縞１２自体を模造しようとする試み、又は邪魔するものを検知できるようにするものである。これは、コントラスト縞１２の状態と距離の監視を可能にする適切な周期的マスターを選択することにより行う。第二の評価方法では、コントラスト縞１２のマスターにおける周期的変化を判断して、コントラスト縞がずれている又はカメラに対してその距離が変わっているかどうかを、信頼性を有して検知する。この第二の模造評価方法は対象物の検知とは関係がなく、そして独自でも警告信号又は遮断信号を出すことができる。
【００５５】
両方の評価が即ち、警告信号又は遮断信号を出すべきかの判断になる。安全技術上ではＯＲ結合が優先されるが、勿論別の判断も考えられる。対象物の検知だけ又は模造の検知だけを行うことが、それに付属する。
【００５６】
両方の評価とも同じコントラスト縞１２に基づいており、そして(Ｙ方向で)明色の部分縞１３ないし暗色の部分縞１４あたり１ピクセル、そして周期あたりＸ方向で２ピクセル(１ピクセルでは意味のある周期を定義できない)の理論的限界までの比較的小さい光学的分解能のときにも機能する。
【００５７】
模造を判断する時の位置検知は、最も近い周囲にある多数のピクセルに基づいている。それにより振動及び汚れに対して、比較的感度が鈍くなる。コントラスト縞１２の周期マスターの振幅は、光学システムの分解能が低い時に不連続性を有利に解消する。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】監視用の本発明による装置における実施形態の概略全体図。
【図２】図１による全体図の三次元抜粋図。
【図３】目印のティーチング及び陰影に関して本発明による評価方法を説明するための、本発明によるコントラスト縞の概略外観を示す図。
【図４】コントラスト縞の模造ないし移動を本発明により検知することを説明するための、本発明によるコントラスト縞の上部外観図。
【符号の説明】
【００５９】
１  分離壁
２  何もない開口部
３ａ−ｄ  縁面
４  カメラ
５  対象物
６  陰となっている範囲
７ａ，７ｂ  照明装置
８  対物レンズ
９  画像センサ
１０  データ配線
１１  評価ユニット
１２  リフレクターフィルム
１３  明色ないし反射する縞
１４  暗色ないし反射しない縞
１５  ライン(図示するためのみ)
１６  障害となる対象物
１７  検査バー
１７ａ−ｃ  コントラスト縞の可能性範囲
１８  最大監視範囲
Ｙ１〜Ｙ４  明色ないし暗色部分縞の端部
Ｙ'  上側の暗色部分縞の端部
【図１】
0005386731.tif 000002
【図２】
0005386731.tif 000003
【図３】
0005386731.tif 000004
【図４】
0005386731.tif 000005