(57)【要約】【課題】近くの区域にある異物によって安全監視機能が損なわれることのない監視方法および装置を提供する。【解決手段】空間領域（18）は、共通の視界領域を有する少なくとも第１および第２の画像記録ユニット（14、16）により監視されている。少なくとも１つの仮想の保護区域（28）が、共通の視界領域内に区画されている。空間領域の第１および第２の画像は、第１および第２の画像記録ユニット（14、16）により記録される。画像は、画像中の相互に関連のない画像領域を識別するために、互いに比較される。相互に関連のない画像領域が仮想の保護区域（28）を覆っているとき、警報信号が生成される。【選択図】図１
2010510595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元の空間領域（18）を監視するための、特に、自動運転設備（20）を保護するための監視方法であって、
前記空間領域（18）に向けられていて、共通の視界領域（64）を有する少なくとも第１および第２の画像記録ユニット（14、16）を用意するステップと、
仮想の保護区域（28）への異物（30）の侵入により警報信号（104）が発せられるように、前記共通の視界領域（64）内に少なくとも１つの前記仮想の保護区域（28）を区画するステップと、
前記第１の画像記録ユニット（14）により、前記空間領域（18）の第１の画像（38）を記録し、前記第２の画像記録ユニット（16）により、前記空間領域（18）の第２の画像（40）を記録するステップと、
前記第１および第２の画像（38、40）中で相互に関連のない画像領域（68）を識別するために、前記第１および第２の画像（38、40）を比較するステップと、
前記相互に関連のない画像領域（68）および前記仮想の保護区域（28）の関数として、前記警報信号（104）を生成するステップとを備え、
相互に関連のない画像領域（68）が前記仮想の保護区域（28）を覆っているときに、前記警報信号（104）が生成される、方法。
【請求項２】
少なくとも第１の距離値（110）を決定し、この第１の距離値は、前記共通の視界領域（64）内の少なくとも１つの異物（30）の空間位置を表し、前記警報信号（104）が、前記第１の距離値に基づいて、さらに生成される、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の距離値が、伝播時間測定方法により決定される、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の距離値が、前記第１および第２の画像（38、40）の間の立体的比較により決定される、請求項2または請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記仮想の保護区域（28）が、少なくとも第２の距離値（88）により区画され、前記第２の距離値が前記第１の距離値（112）よりも大きいときに、前記警報信号（104）が生成される、請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載の方法。
【請求項６】
前記相互に関連のない画像領域（68）が、前記第２の距離値よりも小さい第３の距離値（98）を割り当てられる、請求項5に記載の方法。
【請求項７】
前記相互に関連のない画像領域（68）を識別するための比較（100）が、前記第１の距離値（110）を決定する前に実行される、請求項2〜請求項6のいずれか1項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２の画像（38、40）が、より高い第１の解像度で記録され、前記相互に関連のない画像領域（68）を識別するための前記比較（100）が、より低い第２の解像度を有する、修正された第１および第２の画像（96）により行われる、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１および第２の画像（38、40）が、前記相互に関連のない画像領域を識別するために、少なくともおおよそ前記画像領域全体にわたって比較される、請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１０】
前記空間領域（18）の第３の画像を記録するために、第３の画像記録ユニット（76）が設けられ、前記第１、第2および第３の画像記録ユニット（14、16、76）は、２つの平行でない直線（78、80）に沿って配置されており、互いに実質的に平行な視界領域（42、44）を比較する、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の方法。
【請求項１１】
３次元の空間領域（18）を監視するための、特に、自動運転設備（20）を保護するための監視装置であって、
前記空間領域（18）に向けられていて、共通の視界領域（64）を有する少なくとも第１および第２の画像記録ユニット（14、16）を備え、前記第１の画像記録ユニット（14）は、前記空間領域（18）の第１の画像（38）を記録するように設計されており、前記第２の画像記録ユニット（16）は、前記空間領域（18）の第２の画像（40）を記録するように設計されており、
前記共通の視界領域（64）内に少なくとも１つの仮想の保護区域（28）を区画するデータ記録を記憶するためのメモリ（48）を有する評価ユニット（46）を備え、
当該評価ユニット（46）は、前記仮想の保護区域（28）に異物（30）が侵入したときに、前記画像（38、40）のうちの少なくとも１つの関数として、警報信号を発するように設計されており、
当該評価ユニット（46）はさらに、前記第１および第２の画像（38、40）中で相互に関連のない画像領域（68）を識別するために、前記第１および第２の画像（38、40）を比較するように設計されており、
前記評価ユニット（46）はさらに、前記相互に関連のない画像領域（68）が前記仮想の保護区域（28）を覆っているときに、前記警報信号を生成するように設計されている、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間または他の物体に危害を及ぼすおそれのある自動運転設備を保護するための方法および装置に関するものである。例として、自動運転設備は、その作動範囲内に存在する人間または物体にとって、その運動が危険となるロボットであってもよい。
【背景技術】
【０００２】
このような保護方法および保護装置は、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１に開示されているものに限らず、従来の方法では、保護フェンス、保護ドアなどの機械的遮蔽手段により、ならびに、光バリアおよび／またはレーザスキャナによりこのような自動運転設備を保護している。設備の作動範囲は、人間または別の異物の侵入を防止するように、または少なくとも検知するように遮蔽されている。最後の場合、検知により、設備の停止および／または別の安全対応が行われる。
【０００３】
しかし、光バリア、レーザスキャナおよび保護フェンスは、単に、比較的大きな空間にわたって、大部分が直線の固定した境界面で自動運転設備を遮蔽できるだけである。それゆえ、このような遮蔽は、比較的大きな空間を必要とし、柔軟性がなく、導入するのが困難なことがある。さらに、このような遮蔽手段は、設備の作動性を実質的に損なう場合があり、これはしばしば、手動運転およびそこから生じる事故の危険につながる。
【０００４】
この理由により、カメラに基づく監視装置によって、自動運転設備の危険な作動範囲を保護するための努力が、以前からなされてきた。特許文献２はこのような装置を開示している。
この公知の装置は、対をなす２つの画像記録ユニット含む、３つの画像記録ユニットを有している。記録された画像の対は、監視されている空間領域の３次元の画像データを取得するために、アルゴリズムが異なる２つの方法により評価される。これらの画像データは、監視されている設備の周りの仮想の保護区域を監視するために使用することができる。しかし、この公知の装置は、画像記録ユニットと監視されている空間領域との間に、比較的大きな最短距離を必要とするため、依然として最適でない。
【０００５】
冒頭で言及した特許文献１は、視界領域が少なくとも部分的に重なるように調整されている、少なくとも第１および第２の画像記録ユニットにより、空間領域を監視するための方法および装置を記載している。
仮想の保護区域が、共通の視界領域内で監視されている。少なくとも２つの画像記録ユニットを使用することは、例えば画像記録ユニットのうちの１つのレンズを横切る虫などの、近くの区域内の妨害要因を検知し、この理由で誤った警報が発せられるのを避けるという、ここでの目的に役立つ。その結果、特許文献１記載の装置は、異物が、両方の画像記録ユニットにより、警報に関連していると、同時的に検知され分類された場合にのみ、警報信号を発する。
【０００６】
くわえて、例えば規定の距離範囲内の物体のみを検知することにより、警報に関連する物体の検知の場合に妨害となる影響をさらに低減するために、記録された画像の３次元評価が考えられる。しかし、この公知の方法および装置は、自動運転設備の作動範囲を十分な誤差許容で保護するのに適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】独国特許出願公開第１00 49 366号明細書
【特許文献２】国際公開第2004／029502号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この背景に照らして、本発明の目的は、例えば自動運転設備の作動範囲などの危険な領域を自動で保護することができるように、安全性を高めて空間領域を監視するための方法および装置を提供することである。
本発明は特に、近くの区域にある異物によって安全機能が損なわれることのない、このような方法およびこのような装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するための本発明の監視方法は、３次元の空間領域を監視するための方法であって、前記空間領域に向けられていて、共通の視界領域を有する少なくとも第１および第２の画像記録ユニットを用意するステップと、仮想の保護区域への異物の侵入により警報信号が発せられるように、前記共通の視界領域内に少なくとも１つの前記仮想の保護区域を区画するステップと、前記第１の画像記録ユニットにより、前記空間領域の第１の画像を記録し、前記第２の画像記録ユニットにより、前記空間領域の第２の画像を記録するステップと、前記第１および第２の画像中で相互に関連のない画像領域を識別するために、前記第１および第２の画像を比較するステップと、前記相互に関連のない画像領域および前記仮想の保護区域の関数として、前記警報信号を生成するステップとを備え、相互に関連のない画像領域が前記仮想の保護区域を覆っているときに、前記警報信号が生成される、方法である。
【００１０】
この方法によれば、相互に関連のない画像領域が仮想の保護区域を覆っているときに警報信号が生成されることにより、本発明の目的が達成される。
本発明の監視装置は、３次元の空間領域を監視するための装置であって、前記空間領域に向けられていて、共通の視界領域を有する少なくとも第１および第２の画像記録ユニットを備え、前記第１の画像記録ユニットは、前記空間領域の第１の画像を記録するように設計されており、前記第２の画像記録ユニットは、前記空間領域の第２の画像を記録するように設計されており、前記共通の視界領域内に少なくとも１つの仮想の保護区域を区画するデータ記録を記憶するためのメモリを有する評価ユニットを備え、当該評価ユニットは、前記仮想の保護区域に異物が侵入したときに、前記画像のうちの少なくとも１つの関数として、警報信号を発するように設計されており、当該評価ユニットはさらに、前記第１および第２の画像中で相互に関連のない画像領域を識別するために、前記第１および第２の画像を比較するように設計されており、前記評価ユニットはさらに、前記相互に関連のない画像領域が前記仮想の保護区域を覆っているときに、前記警報信号を生成するように設計されている、装置である。
【００１１】
この装置によれば、相互に関連のない画像領域が仮想の保護区域を覆っているときに、評価ユニットが警報信号を生成するようさらに設計されることにより、本発明の目的が達成される。
「相互に関連のない画像領域」とは、共通の（重なり合う）視界領域にもかかわらず、十分な相関を示さない第１および第２の画像内の領域である。
【００１２】
少なくとも２つの画像記録ユニットが、その共通の視界領域ゆえに、同一の物体を記録および検知するときに、十分な相関が生じる。視界領域は重なっているものの同一でないため、これらの物体の位置および形状は、少なくとも２つの画像において変化し得る。結果として、わずかに異なる視覚が生じる場合がある。しかし、例えば、冒頭で述べた特許文献２およびその中に明記されている文献に記載されているような画像評価方法により、少なくとも２つの画像中の対応する画像領域の間に、相関を見つけることができる。すなわち、わずかに異なる視角にもかかわらず、少なくとも２つの画像中の同一の物体を識別し、互いに指定することができる。
【００１３】
しかし、画像が、それぞれ他の画像中で相関を見つけることができない1つ以上の画像領域を含んでいる場合、対応する画像領域は、それぞれ他の画像に存在しない、または少なくとも検知できない物体を示していると推測される。本発明の文脈において、このような画像領域を、相互に関連のない画像領域と呼ぶ。
本発明の方法および装置において、画像のうちの１つの中の相互に関連のない画像領域は、警報信号それ自体を発しない。相互に関連のない画像領域が、２つの画像記録ユニットの共通の視界領域内にあって本発明の方法および本発明の装置により監視されている仮想の保護区域を覆っているかという、追加の確認がある。ゆえに、1つまたは両方の画像内の相互に関連のない画像領域は、規定の保護区域に対する対応する画像記録ユニットの視界を損なっていないときは、警報信号を発しない。しかし、反対に、相互に関連のない画像領域が仮想の保護区域を覆っているときには、警報信号がただちに生成される。
【００１４】
好ましくは、相互に関連のない画像領域が部分的に仮想の保護区域を覆っているときにも、警報信号が生成され、本発明の好ましい実施形態は、相互に関連のない画像領域が、画像中の規定の数のピクセルを含んでいる場合のみ、警報信号を発し、ただ１つのピクセルのみを覆っているだけでは、警報信号を生成させるのに十分でない実施態様につながる画像処理ステップを含んでいる。
【００１５】
本発明の方法および装置は、安全性を向上することができる。これは、例えば、汚点、昆虫または別の異物が近くの区域内の画像記録ユニットの視界領域を損ねた場合でも、仮想の保護区域が「隙間なしに」監視されているためである。しかし、本発明の方法および本発明の装置は、単に近い区域の監視を提供するだけでなく、各画像記録ユニットが保護区域に対する自由な視界を与えられているためでもある。特に、異物が、仮想の保護区域に対する視界を損ねて、その「陰」で別の異物が保護区域に侵入する可能性がないかどうかを検知する。
【００１６】
仮想の保護区域に対する視界が、画像記録ユニットの1つに関して制限されるとすぐに、警報信号が生成され、それにより、次いで、監視されている設備が停止される、または、他のやり方で危害を及ぼさない状態にされる。一方、不必要な、誤った停止は回避される。これは、１つの画像記録ユニットによってのみ記録される、相互に関連のない画像領域のすべて、および、それゆえに、異物のすべてが安全のための停止につながるわけではないためである。
【００１７】
特許文献２に開示されている設備と比較して、本発明の方法および装置は、検知の信頼性を向上させる。これは、画像記録ユニットの近くの区域が、フェールセーフな仕方で監視されるためである。好ましくは、本発明の方法および装置は、特許文献２の方法および装置に基づいていて、その結果、少なくとも２つの画像を使用して、場面分析用の、アルゴリズムが異なる少なくとも２つの方法が使用される。これらの方法のうちの少なくとも1つが、保護区域内で、または保護区域の前方に異物を検知したときに、警報信号は生成される。
【００１８】
本発明の方法および本発明の装置はまた、特許文献１記載の方法および装置よりも、実質的により高い検知の信頼性を有している。これは、仮想の保護区域が、隙間なしに監視されているためである。これに対し、特許文献１に開示されている設備の場合、１つの画像記録ユニットの、覆われた視界領域内の仮想の保護区域に、異物が侵入することが可能である。
【００１９】
ゆえに、上記の目的は完全に達成される。
本発明の好ましい改良形態において、少なくとも第１の距離値が決定され、この距離値は、共通の視界領域における少なくとも１つの異物の空間位置の代表とされ、警報信号が、第１の距離値の関数として、さらに生成される。
本発明のこの改良形態において、共通の視界領域における物体の正確な振る舞いおよび位置を決定するために、３次元画像評価が行われる。このような３次元画像情報により、保護区域をより柔軟に、かつ状況により適合した仕方で区画および監視することができる。特許文献２に記載されているように、輪郭および相関に基づく画像評価を使用するのが好ましい。
【００２０】
さらなる改良形態において、第１の距離値は、伝播時間測定法により決定される。
伝播時間測定法の場合、光信号などの信号が異物まで行って戻ってくる伝播時間が測定される。異物からの距離は、信号の公知の伝播率から決定することができる。伝播時間測定法は、距離情報を取得し、３次元画像評価を可能にするための、非常に費用効率のよい選択肢である。
【００２１】
さらなる改良形態において、第１の距離値は、第１および第２の画像の間の立体的比較により決定される。
距離情報を決定するための立体的方法は、視角がわずかに異なるために、少なくとも２つの画像に生じる、いわゆる不一致により、物体までの距離を決定する点で、人間の目の働きに似ている。無論、この改良形態は、三眼鏡式の方法および装置をも含んでいる。すなわち、この改良形態は、厳密に２つの画像記録ユニットの使用または厳密に２つの画像の記録に限定されない。
【００２２】
立体的方法による空間領域の３次元監視は、この好ましい用途に特に良好に適合する。これは、冗長な設備が、単一の誤差許容に関して有利なためである。立体的設備は、複数の本画像記録ユニットの最適な使用を可能にする。さらに、本発明は、立体的設備にとって特に有利である。これは、第１の距離値の決定に、第１および第２の画像において、相関する画像領域が必要なためである。ゆえに、相互に関連のない画像領域は、第１の距離値の決定に支障を及ぼす。
【００２３】
一方、本発明の方法および本発明の装置は、立体的に作動する設備に容易に組み込むことができ、大きな相乗効果を有する。上述したように、立体的方法として、輪郭に基づき、かつ相関に基づく画像評価について、冗長な使用が有利に行われる。
本発明のさらなる改良形態において、仮想の保護区域は、少なくとも第２の距離値により区画され、第２の距離値が第１の距離値よりも大きいときに、警報信号が生成される。
【００２４】
この改良形態により、異物が仮想の保護区域に侵入しているかどうかについて、非常に速やかな評価が可能になる。その結果、この改良形態により即時の評価が容易になり、これは、用途の好ましい目的のために非常に有利である。さらに、この改良形態は、隙間なしに仮想の保護区域を監視することにさらに貢献する。これは、異物が、仮想の保護区域の外部にあっても、仮想の保護区域に対する画像記録ユニットの視界を覆っていれば、自動的に警報信号の発生につながるためである。無論、それぞれ同一の画像領域（ピクセルまたはピクセルクラスタ）に関する第１および第２の距離値の比較は、各画像内で行われる。これは、その場合にのみ、距離値の比較が有意な結果をもたらすためである。
【００２５】
さらなる改良形態において、相互に関連のない画像領域は、第２の距離値よりも小さい第３の距離値を割り当てられている。
この改良形態により、本発明の方法および装置の、非常に簡単で効率的な実施が可能になる。これは、相互に関連のない画像領域の評価が、仮想の保護区域の監視として、同一の原理を使用して行われるためである。
【００２６】
さらなる改良形態において、第１および第２の画像が、より高い第１の解像度で記録され、相互に関連のない画像領域を識別するための比較が、より低い第２の解像度を有する修正された第１および第２の画像により、行われる。
この改良形態において、第１および第２の画像は、その解像度を低減することにより縮小される。しかし、観察されている画像セクションは同じままである。この改良形態により、評価を特に速やかに行なうことが可能になり、それによって、即時評価がさらに簡略化される。さらに、この改良形態は、相互に関連のない画像領域が特定の最小寸法を超えた場合にのみ警報信号が生成されるよう、無視できる相互に関連のない画像領域を抑制するという利点を有している。これにより、誤報の危険が低減される。解像度の低減は、例えば、複数のピクセルを含む、規定のまとまったピクセル領域を、単一の平均化されたピクセル値で置き換えることにより、行うことができる。
【００２７】
さらなる改良形態において、相互に関連のない画像領域を識別するために、第１および第２の画像が、少なくともおおよそ全面にわたって比較される。
この代わりに、相互に関連のない画像領域について、第１および第２の画像の一部のみを検査することも考えられるであろう。しかし、本改良形態によれば、先の改良形態に従って低減された解像度で行われる場合であっても、第１および第２の画像は、事実上すべての下位領域内で相互に関連のない画像領域について捜索される。本改良形態により、局所的な下位領域内での相互に関連のない画像領域の捜索に比べて、検知の信頼性がより高くなる。好ましい改良形態において、（低減された解像度の）画像内容の80％超が、相互に関連のない画像領域について各画像内で捜索され、好ましくは90％超である。
【００２８】
さらなる改良形態において、空間領域の第３の画像を記録するために、第３の画像記録ユニットが設けられており、第１、第2および第３の画像記録ユニットは、２つの平行でない直線に沿って配置されており、互いにおおよそ平行な視界領域を有している。
この改良形態において、少なくとも3つの画像記録ユニットは、少なくとも3つの画像記録ユニットのうちの2つずつが、立体的画像評価を行えるように、平面を区画している。少なくとも3つの画像記録ユニットを使用することは、監視されている空間領域内で、所望の物体輪郭に関連した距離値を決定する上で有利である。さらに、このような設備において、さらなる冗長性は固有であり、これは、自動運転設備を保護する目的のための好ましい用途にとって、有利である。
【００２９】
特に好ましい改良形態において、画像評価および、特に、相互に関連のない画像領域の捜索は、三眼鏡方式で行われる。すなわち、3つの画像すべてが、各場合において互いに比較される。このやり方により、検知の信頼性はさらに向上する。
上記の特徴およびこれから説明する以下の特徴は、それぞれ明記された組み合わせにおいてだけでなく、他の組み合わせにおいても、または単独でも、本発明の特許請求の範囲を逸脱することなく、使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】自動運転設備を保護するための本発明の監視装置の好ましい実施形態を示す略図である。
【図２】図１の装置のために少なくとも２つの画像記録ユニットを有するセンサ設備の略図である。
【図３】図２の２つの画像記録ユニットの視界領域を示す模式図である。
【図４】本発明の装置の好ましい実施形態に係る三眼鏡式センサ設備の平面図である。
【図５】本発明の方法用の好ましい実施形態を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１を参照して、参照番号10は、本発明の装置の好ましい実施形態全体を示している。
装置10は、本明細書において２つの別個の画像記録ユニット14、16を含むセンサユニット12を備えている。好ましい実施形態において、２つの画像記録ユニット14、16は、良好に規定された間隔で互いに配置され、互いに平行に整列されており、それによって画像の立体的な三次元の記録を可能にする。別の実施形態において、画像記録ユニット14、16は、画像の立体的記録を行わずに、互いに対して単に冗長に作動することができる。
【００３２】
センサユニット12は、危害を及ぼすおそれのある自動運転設備を備える空間領域18を監視するよう機能する。
本明細書に示す実施形態において、自動運転設備は、矢印により稼動時の動作を示すロボット20である。運動率および移動質量のために、ロボット20の動きは、空間領域18内の人間または物体に危害を及ぼす。しかし、本発明の装置および方法は、ロボットの保護に決して限定されない。例えばベルトコンベヤまたは組み立てセルなどの他の設備の危険な領域を保護することもできる。基本的に、本発明の装置および本発明の方法は、盗難防止などのためにも使用することができる。
【００３３】
参照番号22は、コード24を介してロボット20に接続されている制御ユニットを示している。（好ましくは３次元の）画像の記録に基づいて危険な状況が検知されたときに、コード25を介して、制御ユニット22は、センサユニット12から警報信号または停止信号を受信する。制御ユニット22は、この警報信号または停止信号に基づき、ロボット20を停止する。さらに、当業者にとってそれ自体公知のように、制御ユニット22は、ロボット20の稼動動作を制御することもできる。代わりに、ロボット20の稼動動作を、別体のいわゆる標準制御器（本明細書には図示せず）により制御することもできる。好ましい実施形態において、制御ユニット22は、例えばPSS（登録商標）という商標名で本発明の出願人が提供している、フェールセーフの制御ユニットである。
【００３４】
参照番号26は、空間領域18を照明するための光学用光源を示す。
空間領域18内には、ロボット20の作動範囲を保護するために、見えないバリアを形成する仮想の保護区域28が示されている。人間30または別の異物が保護区域28に侵入すると、センサユニット12により検知され、次いで、センサユニット12は警報信号または停止信号をコード25に生成する。
【００３５】
保護区域28は、本明細書中で仮想の保護空間として示される。保護区域28は、例えばフェンスまたは別の機械的バリアなどの、現実の障害物を構成していない。むしろ、センサユニット12が、保護区域28に対応する空間領域18の部分への人間30の侵入を検知することで、保護区域28は、センサユニット12により仮想的に生成される。
参照番号32は、空間領域18の床に配置された２つの参照マークを表している。参照マークは、規定のパターンを有している。センサユニット12は、参照マーク32に基づき機能試験を実施するように設計されている。この試験により、例えば、センサユニット12が「正しい」空間領域18を監視していることが確認される。好ましい実施形態において、機能試験はまた、とりわけ、空間領域18の信頼できる監視を妨げる可能性のある、許容できないほど高い水準の汚染、霧の確認も含んでいる。
【００３６】
図２に、センサユニット12をさらに詳細に示す。同一の参照番号は、上記と同じ要素を示す。
各画像記録ユニット14、16は、複数のピクセル36を有する画像センサ34を含んでいる。第１の画像記録ユニット14の画像センサ34aは、空間領域18の第１の画像38を記録する。第２の画像記録ユニット16の画像センサ34bは、空間領域18の第２の画像40を記録する。第１および第２の画像38、40は、図２に模式的に示す、２つの画像記録ユニット14、16のそれぞれの視界領域42、44によって生成される。好ましい実施形態において、視界領域42、44は、互いに平行に配置される。すなわち、画像記録ユニット14、16の画像光学の光学軸は平行に延びている。しかし、原則として、２つの画像記録ユニット14、16はまた、例えば、続く画像処理中に電気的な画像整合を行うことにより、互いに平行でなく配置することもできる。
【００３７】
本実施形態において、各画像記録ユニット14、16は評価ユニットを有しており、本明細書中、これらは、割り当てられたメモリ48a、48bを有する２つの処理器46a、46bに該当する。他の好ましい実施形態において、評価ユニットは、２つの画像記録ユニット14、16と別体で配置されており、これにより、設備の「目」をより小さくて、より軽い仕方で実現することができ、それゆえに、空間領域18の上方に、より容易に取り付けることができるという利点がある。評価ユニットは、この場合、より容易に冷却することができ、構成要素のために、より多くの空間が利用可能となる。
【００３８】
一方、画像評価を（好ましくは立体的に）実行するために使用されるプログラムコードを含むプログラムは、メモリ48a、48bに記憶されている。さらに、仮想の保護区域28の場所および広がりを示すデータ記録（本明細書では図示せず）は、メモリ48a、48bの少なくとも一方に記憶される。複数の個別のまたはまとまった保護区域についてのデータ記録を記憶することも可能である。好ましい実施形態において、これらのデータ記録は、センサユニット12とそれぞれの仮想の保護区域28の境界面との間の距離を表す第２の距離値を含んでいる。
【００３９】
処理器46a、46bは初めに、空間領域18における物体までの第１の距離値を決定し、次いで、メモリから第１の距離値および第２の距離値を使用して、監視されている保護区域28内に異物30が位置しているかどうかを確認する。
図２の両方向矢印50は、立体的画像評価および／または冗長な信号処理を可能にするために、処理器46a、46bが、画像データおよび／または評価結果を交換できることを示している。好ましい実施形態において、第１および第２の画像の評価は、特許文献２に記載されているように、２つの異なる３次元場面分析方法により行われる。別の実施形態において、処理器46a、46bは、伝播時間測定により第１の距離を決定する。これらの実施形態において、センサユニット12は、伝播時間測定にふさわしい光信号を発する１つ以上の光源56を有しているのが有利である。光源56は、立体的画像評価の場合、省略してもよい。
【００４０】
センサユニット12は、本明細書中で、互いに冗長に直列である２つの切り換え素子52a、52bを有するものとして示されている。切り換え素子52a、52bは、出力54で警報信号または停止信号を生成するために、処理器46a、46bによって駆動され、これらの信号は、コード25を介して、マスター制御ユニット22に供給することができる。切り換え素子は、本明細書中で電気機械的切り換え素子52a、52bとして示されているが、これらは、MOSトランジスタなどのような、電子工学的切り換え素子であってもよい。
【００４１】
装置10の作動原理を、図３により説明する。同一の参照番号は、これまでと同様、引き続いて同じ要素を示す。
図３は、センサ平面60を区画する２つの画像センサ34a、34bを示している。参照番号62は、２つの画像記録ユニット14、16の画像光学の入口瞳孔により規定される平面を示している。
【００４２】
図３に示すように、２つの画像記録ユニット14、16の視界領域42、44は、空間領域18の方向に円錐状に開いており、それぞれの円錐の頂点は、入口瞳孔の平面62に位置している。視界領域42、44は重なり合っており、共通の重複視界領域64を形成している。重複視界領域64内に位置する物体は、画像センサ34a、34bの両方で描画される。これに対し、重複視界領域64の外部に位置する物体66は、物体がその視界領域44の内部に位置する画像センサ（ここでは、画像センサ34b）でのみ、描画される。物体66の画像は、図３において参照番号68で示されており、ここではセンサ平面60の上方に示しているが、これは単に図を分かりやすくするためである。
【００４３】
物体66は画像センサ34aの視界領域42の外にあるため、画像68および対応する画像領域は、画像38に含まれていない。ゆえに、画像68は、画像38、40を比較した場合に相関を生じない、相互に関連のない画像領域を含む。この結果、画像センサ34bの画像68により覆われるピクセル領域内において、立体画像評価は不可能である。ゆえに、センサユニット12は、画像68により覆われるこのピクセル領域において、距離値を決定することができない。その結果、センサユニット12はまた、物体66により覆われた保護領域28の部分を監視することもできない。
【００４４】
以下に図５を用いてさらに詳細に説明するように、相互に関連のない画像領域68は、当該画像領域68が保護領域28の一部を覆っているときに、センサユニット12が警報信号または停止信号を生成するように選択された第３の距離値を割り当てられている。
本発明の好ましい実施形態において、監視領域として使用されるのは、重複視界領域64全体ではない。むしろ、状況に応じた「本当の」監視が、図３において線70で始まる規定の最小距離から実施される。線70とセンサ平面60との間の領域は、近くの区域72として示される。
【００４５】
物体66に関して先に説明したように、画像評価および監視は、近くの区域72内で行われる。すなわち、重複視界領域64内に、しかも、その「上側」部分74に位置している物体は、第３の距離値を割り当てられている。第３の距離値は、仮想の保護領域28が覆われているときに停止信号または警報信号の生成につながるように寸法が決められている。
図４は、センサユニット12（ここでは12'で示す）の好ましい実施形態の、前側平面図を示している。センサユニット12'は、互いに対しておおよその形状で配置された、3つの画像記録ユニット14、16、76を有している。画像記録ユニット14、16は、第１の直線78に沿って配置されている。画像記録ユニット14、76は、第２の直線80に沿って配置されている。好ましい実施形態において、２つの直線78、80は互いに直交して延びており、それぞれの対14、16および14、76の各々は、規定のベース幅Bだけ互いに距離を置いている。
【００４６】
好ましい実施形態において、画像記録ユニット14、16、76は、ベースプレート82上に配置されている。ベースプレート82は一体形成されていて、ねじりに対して剛性であるのが好ましく、3つの画像記録ユニット14、16、76を特定の位置に恒久的に固定している。センサユニット12'の好ましい機械的設計は、独国特許出願第１0 2006 050 235.3号に記載されているが、これは先行文献ではない。
【００４７】
図５は、本発明の方法の好ましい実施形態を説明するためのフローチャートを示している。ステップ88によれば、仮想の保護区域28が最初に規定される。本方法の好ましい実施形態において、これは、独国特許出願第10 2005 063 217.3号に記載されているように、グラフィック作成ツールによって行われる。この方法によれば、操作者は、センサユニット12により記録されている空間領域18の本当の画像内に、仮想の保護区域28を図式的に描き込むことができる。次いで、作成ツールは、仮想の保護区域28が「描画され」ているピクセルに対して、仮想の距離値（第２の距離値）を決定する。
【００４８】
ステップ90a、90bにおいて、第１および第２の画像が、少なくとも２つの画像記録ユニット14、16により、監視作動中に同時に記録される。ステップ92a、92bにおいて、第１および第２の画像が修正される。この修正は固定のパターンノイズの修正、改正、および他の修正手段を含んでいてもよい。ステップ94a、94bによれば、低減された解像度を有する修正された第１および第２の画像が生成される。
【００４９】
ステップ96において、次いで、修正された画像を互いに比較することにより、相互に関連のない画像領域が、修正された画像中で捜索される。ステップ98によれば、見つかった相互に関連のない画像領域は第３の距離値を割り当てられるが、これは、定義により、保護区域28の位置を区画する第２の距離値よりも小さい値である。
次いで、「第２の距離値が第３の距離値よりも大きいか」という条件が、修正された第１および第２の画像の個々のピクセルまたはピクセル領域で成立しているかどうかの確認が行われる（ステップ100）。これに該当する場合、分岐102に従って、警報信号が生成される（ステップ104）。このとき、相互に関連のない画像領域が仮想の保護区域28の下位領域を覆っているためである。ステップ104によれば、図１を参照して上で説明したように、警報信号は、監視されている設備を停止させることができる。あるいは、警告信号のみを出力する、または、別の安全機能を起動することも可能である。
【００５０】
すべてのピクセルまたはピクセル領域についてのステップ100での確認により、保護区域28のどこも相互に関連のない画像領域に覆われていない、という結果が出た場合、ステップ106に従い、第１および第２の画像における相関について捜索が行われる。
ステップ108において、見つかった相関に関するいわゆる不一致が決定される。ステップ110によれば、不一致は、センサユニット12に対する空間領域18中の物体の距離を表す第１の距離値を決定するために使用される。ステップ112において、第１および第２の距離値が互いに比較されることになる。比較の結果、同一のピクセル領域内で、保護区域28の位置を表す第２の距離値が、第１の距離値よりも大きい場合、保護区域28への侵入が検知される。ステップ104によれば、このとき警報信号が発せられる。判定ステップ112の結果、保護区域28への侵入がない場合、本方法は、次の画像がステップ114に従って記録されるステップ90a、90bに進む。
【００５１】
不一致による第１の距離値の決定については、上述した特許文献２およびそこに引用されている文献に記載されている。繰り返しを避けるため、この文献を参照により本明細書中に組み込むものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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