(57)【要約】【課題】セキュリティ、警報、あるいは安全ゾーンに付随する空間領域に対して電磁エネルギーを投射するための少なくとも１つのプロジェクタを含む自動化安全システムを提供する。【解決手段】１つまたは複数の検出器は、空間領域に侵入する物体または人による前記空間領域の電磁エネルギーの遮光を感知する。システムは、プロセッサ及び記憶部品を含み、プロセッサは、検出器からの現在の画像を前記記憶部品に以前に記憶された画像と比較することによって遮光を判定する。検出が行われると、プロセッサは、比較に基づいてイベントをトリガーする。イベントは、出力を駆動すること、機器を停止させること、警告を鳴らすこと、警報を鳴らすこと、イベント関連データを記憶すること、及び例えばローカルまたはリモート・システムに通知を送信することなどの態様を含む。【選択図】図１
2005339543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動化安全システムであって、
空間領域に対して電磁エネルギーを投射する少なくとも１つのプロジェクタ、及び
空間領域で電磁エネルギーの遮光を感知する少なくとも１つの検出器
を含む前記システム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムであって、更に、プロセッサ及び記憶部品であって、検出器からの現在の画像を前記記憶部品に以前に記憶された画像と比較することによって遮光を判定する前記プロセッサ及び記憶部品を含む前記システム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムであって、前記プロセッサは、前記比較に基づいてイベントをトリガーする前記システム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムであって、前記イベントは、出力を駆動する、機器を停止させる、警告音を鳴らす、警報音を鳴らす、イベントに付随するデータを記憶する、及びローカルまたはリモート・システムに通知を発送することを含む前記システム。
【請求項５】
請求項２に記載のシステムであって、前記プロセッサは、遮光を判定するために、請求項１の検出器から二次元画像及び三次元画像の少なくとも１つを構築する前記システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムであって、前記電磁エネルギーは、約８４０ナノメートル（ｎｍ）から約９５０ｎｍまでの波長を有する前記システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムであって、前記空間領域は、通常その領域に存在する物体を含むか物体を含まないセキュリティ・ゾーンとして割り当てられる前記システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムであって、前記検出器は、予め決められたあるいは不定期な時間間隔で前記空間領域への侵入を監視する前記システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムであって、前記遮光は、現在の画像からの画素強度を記憶されている画像と比較して解析することによって判定される前記システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムであって、前記遮光は、画素強度に関する閾値から判定される前記システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムであって、更に、遮光を感知するための少なくとも一つの第２の検出器を含み、前記検出器と前記第２の検出器が異なる角度に調節されている前記システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムであって、更に、機器を制御するために少なくとも１つの安全出力及び安全リレーを含む前記システム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムであって、前記プロジェクタは、前記空間領域に対して電磁エネルギーの１つのパターンを投射する前記システム。
【請求項１４】
請求項１に記載のシステムであって、前記プロジェクタは、焦点距離を調節できるズーム・レンズを備えている前記システム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムであって、更に、類似あるいは異なる形状を有する１または複数のゾーンを調節するためのソフトウエアを含む前記システム。
【請求項１６】
請求項１５に記載のシステムであって、前記ゾーンは、警告ゾーン、安全ゾーン、あるいはセキュリティ・ゾーンとして構成される前記システム。
【請求項１７】
請求項１に記載のシステムであって、更に、少なくともその１つは、各種の検出器を介して１つまたは複数のエリアを監視し、イベントを記録し、管理者に対して電子的メッセージを送信し、警報を鳴らし、本質的にワイヤレスによってメッセージを送信し、そしてインターネット上で通信する制御部品を含む前記システム。
【請求項１８】
自動化セキュリティ・システムであって、
セキュリティ・エリアを定義するための手段、
前記セキュリティ・エリアに対して赤外線エネルギー像を投射するための手段、及び
セキュリティ・エリアから受信される赤外線エネルギー像における遮光を検出するための手段、
を含む前記システム。
【請求項１９】
１つのエリアに対して自動化されたセキュリティを提供するための方法であって、
定義されたエリアに対してエネルギー・パターンを投射する工程、
前記エネルギー・パターン及び前記定義エリアの初期画像を取得する工程、及び
前記エネルギー・パターン中に影を検出することによって、前記定義エリアに侵入が発生したかどうかを自動的に判定する工程、
を含む前記方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、前記エネルギー・パターンは、赤外線スペクトル中にある前記方法。
【請求項２１】
請求項１９に記載の方法であって、更に、前記定義エリアを予め決められた時間間隔で監視する工程を含む前記方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法であって、更に、制御システムを介して遠隔地から前記定義エリアを自動的に監視する工程を含む前記方法。
【請求項２３】
請求項１９に記載の方法であって、更に、初期画像を後続の取得された画像と比較する工程、及び比較の後で１つまたは複数の付随する画素が初期に取得された画素と異なる強度であるかどうかを判定する工程を含む前記方法。
【請求項２４】
請求項１９に記載の方法であって、更に、イベントをトリガーする工程、出力を活性化または不活性化する工程、警報を鳴らす工程、及び通知を発送する工程のうちの少なくとも１つの工程を含む前記方法。
【請求項２５】
自動化安全システムであって、
予め決められたエリアに対して赤外線エネルギーを投射するプロジェクタ、
前記予め決められたエリアから赤外線エネルギーを受信する少なくとも２つのカメラ、
機器を制御するための安全出力、及び
カメラからの赤外線エネルギー遮断の判定に部分的に基づいて、安全出力を駆動するプロセッサ、
を含む前記システム。
【請求項２６】
自動化安全システムであって、
１つの空間領域に対して電磁エネルギーを投射する少なくとも１つのプロジェクタ、及び
互いに予め決められた距離をおいて配置された少なくとも２つの検出器であって、物体の三次元輪郭を決定するためにプロジェクタに対して既知の角度で設置された前記検出器、
を含む前記システム。
【請求項２７】
請求項２６に記載のシステムであって、更に、検出器によって類似した投影が検出される場合に角度差を決定する角度測定部品を含む前記システム。
【請求項２８】
請求項２６に記載のシステムであって、更に、物体の輪郭を決定するために検出器にプログラムされた識別ゾーンを含む前記システム。
【請求項２９】
請求項２８に記載のシステムであって、更に、前記輪郭が予めプログラムされた特徴と一致するかどうかを判定し、次に、関連する出力が状態を変化させることなしに前記物体が安全ゾーンに侵入することを許可するための部品を含む前記システム。
【請求項３０】
請求項２６に記載のシステムであって、前記検出器は、後続の機能を駆動するための１つまたは複数の入力を含む前記システム。
【請求項３１】
請求項２６に記載のシステムであって、前記検出器は、他の検出器との交換を容易にするためにプログラムされた構成を記憶する構成モジュールを備えている前記システム。
【請求項３２】
請求項２６に記載のシステムであって、前記プロジェクタは、角度測定を可能にするためにアセンブリ全体の一部として前記検出器を同期化するための基準とする１つまたは複数の基準投影を備えている前記システム。
【請求項３３】
請求項２６に記載のシステムであって、前記物体は、前記検出器によって検出可能なエネルギーを投射し、また前記検出器中の１つまたは複数の機能を駆動するために前記物体の移動を追跡するために採用された補助プロジェクタを内蔵する前記システム。
【請求項３４】
請求項３３に記載のシステムであって、前記機能は、予めプログラムされたゾーンを別の予めプログラムされたゾーンに変更するように前記検出器をトリガーする工程、あるいは前記検出器によって保護される機器の実際の状態に適するゾーンを含む「アクティブな」ゾーンと前記検出器が連携することを許可する工程を含む前記システム。
【請求項３５】
請求項２６に記載のシステムであって、前記検出器は、１つまたは複数の検出器アセンブリを互いに接続して関数チェーンを構成するための１つまたは複数のＩ／Ｏポートを備えている前記システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、産業用制御システムに関するものであって、更に詳細には、１つの領域への人や物体の侵入を判定するために、その領域に電磁エネルギーを投射するシステム及び方法に関するものである。ここで、その判定は、電磁エネルギー遮光の検出に基づいて行われる。
【背景技術】
【０００２】
多くの安全システムは、１つの領域にある物体の種類をまず決定し、次に、その決定のあとで何らかの装置をおそらく動作停止させるという原理に基づいて動作する。例えば、赤外線安全分野に属する多くのシステムは、画像を結合させ、その結合した画像を画素スペクトルのパワー、強度、及び／または閾値を用いて解析する方法を利用する。その他の方法には、熱的特性の測定、移動表面の測定（反射率、滑らかさ、等々）、及び位置を決定するために用いられる技術が含まれる。以下では、上述の技術の１つまたは複数のものを採用するいくつかの現状の実施例を取り上げて簡単に説明する。
【０００３】
１つの例は、患者の位置を実時間で監視し、個々の処置の間の動きとともに、日ごとの患者に関するセットアップの変化を報告するためのリモート検出システムを含む。特に、この種のシステムは、（ａ）患者に電磁波を当てるための照射光源、（ｂ）患者に固定され、入射する電磁波を反射させるための標的物、（ｃ）反射した電磁波を検出して、標的物の現在の位置を三次元空間で決定するための２つのカメラ及びコンピュータ、（ｄ）標的物の位置を記憶するためのデータ記憶、（ｅ）標的物の現在の位置をデータ記憶に記憶されている位置と比較する役目も果たすコンピュータ、及び（ｆ）現在の位置と記憶されている位置との差がデータ記憶に記憶された許容値を超えるときに常にその通知を表示するためのディスプレイ、を含む。この種のシステムは、反射された電磁波を利用して人の位置を決定する。
【０００４】
別の１つの例は、選ばれた空間の中で、人あるいはその他の移動実体の存在及び／または移動を検出するためのシステムを含む。検出は、その空間からの反射光あるいはその他の電磁波を検出することによって行われ、検出された電磁波が設定された背景から予め決められた閾値を超える量だけ上下に変動する場合に存在が通知される。その実体が背景と融合するのを防止するために、例えば、間隔をおいた２つの検出器を使用することによって少なくとも２つの異なる角度から背景を変えながらその実体を観測する。また、背景の変化分は、最後の運動表示が受信されたあとの選ばれた期間にわたって存在の表明が継続する時自動的に補正される。これが発生したときは、背景が現在のレベルに更新される。光照射において、光源は、本質的に空間全体を照射する構造をしており、背景電磁波による検出器の飽和を回避するために、照射光源及び検出器に関する狭い重畳波長帯域の電磁波のみを通過させる帯域通過フィルタを用いる。この種のシステムは、空間から反射される電磁波を解析することによって動作し、反射された電磁波の差分が検出される。
【０００５】
更に別の１つの例では、システムは、人を検出するために１つのシーンを観察するための２つのカメラを有する赤外線検出器を含む。それらのカメラは、それぞれ対応する画素アレイ上にそのシーンを結像する。１つのアレイは、０．８から１．４ミクロンまでの光に感度を有するフィルタを備えて設計され、他方のカメラのアレイは、１．４から２．２ミクロンまでに感度を有するフィルタを備えて設計される。これらのアレイは、観察されるシーン及び画素送信動特性に関して、空間的及び時間的に揃えられる。両アレイからの画素のスペクトルパワーは、差分の重みをつけて、１組の画素に融合される。融合された画素は、閾値処理されて、２値、すなわち白、黒のどちらかを有する別の１組の画素に変換される。これらの画素は、可視ディスプレイに表示され、もし人がその観察されるシーンに存在すれば、そのセグメント画像を示す。この種のシステムは、画素に付随するスペクトル強度を解析する画像処理技術を採用する。
【０００６】
別の１つのシステムは、車の座席の前あるいは上に位置する運転者やチャイルドシートなどの物体を検出するためのカメラ構成を含む。このシステムは、その位置にある任意の物体の像を生成するための１つのカメラを含み、更に、赤外線光源などの電磁波源を含む。光源が作動している場合に生成される画像は、第１の記憶に記憶され、光源が作動していない場合の画像は、第２の記憶に記憶される。記憶されたそれらの画像は、次に差分処理されて、差分処理された画像中のすべての物体がイメージ・プロセッサによって識別される。物体の位置もまた決定され、車であればエアバッグのような安全装置の動作を禁止あるいは修正するために利用される。この種のシステムは、光源による照射の前後で撮影された画像のデジタル差分処理によって物体を識別する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述のシステムは、各種の用途を有するが、それらのシステムは、物体から反射される電磁波をまず検出器で受信し、次に、事後処理することによって物体に関する決定あるいは識別を行う必要があるという問題を抱える。この種の解析では、物体の反射率、物体の速度、及び物体変数に関連するその他の因子に起因して誤りを起こす可能性がある。
【０００８】
以下において、本発明のいくつかの態様の基本的な理解を得るために、本発明の簡略化した概要を提供する。この概要は、本発明の全体像ではない。これは、本発明のキーとなるあるいは重要な要素を特定することを意図していないし、本発明のスコープを定義する意図もない。単に、後に提供するより詳細な説明の前置きとして、本発明のいくつかの概念を簡略化した形で提供することだけを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、１つの領域（あるいは複数の領域）に電磁エネルギーを照射して、その領域への人あるいは物体の侵入を判定するためのシステム及び方法に関するものである。その領域に実際に侵入したものが何であるかを明確に同定するのではなく、その領域内で侵入が発生したかどうかの検出に基づいてその判定が行われる。すなわち、侵入の表示は、画像内の物体の種類を特定あるいは算出しようとするのではなく、エネルギーの欠如を検出することによって、直接的に、信頼性高く、経済的に、そして非常に確実に行われる。検出後、出力装置を用いて、その領域に侵入してきた人や物体を保護する目的で、その領域の内部あるいは近辺で作動している機器を停止させる。更に、侵入が発生したことを示す通知が送信されるか、あるいはより詳しく解析するために記録される。
【００１０】
１つの態様では、１つまたは複数のプロジェクタがセキュリティ・ゾーンあるいは安全ゾーンとして指定された領域またはエリアに電磁エネルギー（例えば、赤外線スペクトル像）を投射する。１つまたは複数のカメラあるいはデジタル検出器が、その領域に許可された物体のみが存在する（あるいは物体が存在しない）期間にエネルギーを照射された領域からの画像を記録する。例えば、セキュリティ・ゾーンとして指定された空間は、その空間に通常存在する複数の物体を含むか、あるいは何も物体を含まない。その空間内部に許可された事物が存在する（あるいは事物が存在しない）状態の空間から取得された画像は、次に、プロセッサによって記憶される。時間経過とともに、プロセッサ及び検出器は、予め決められた時間間隔で、その空間からの現在の画像を取得する。
【００１１】
現在の画像を取得した後、プロセッサは、現在の画像を以前に記憶された許可された事物を含む画像と比較する。もし侵入が発生していれば、検出器によって受信されるエネルギーの一部は、侵入してきた装置や人によって検出器に到達することを遮られるかあるいは阻止される。このように、画像比較（例えば、画像のデジタル差分処理）の後、プロセッサは、現在の画像に影（例えば、エネルギーを与えられない画素）を検出する。そのような検出は、それ以降のアクションをトリガーすることができる。例えば、影あるいはエネルギー遮光が検出されれば、危険度の高い機器を停止させたり、あるいは警告音を鳴らしたりするなどのその他のイベントをトリガーすることができる。その他の態様には、記憶された画像との差分を検出するために複数のカメラを採用する方法が含まれ、それらカメラのどれか１つによって差分が検出されることでそれ以降のアクションをトリガーするようにしてもよい。更に、多重カメラ構成は、物体や人がそこに存在することを検出するために、エリアを三次元的に再構築するためにも採用される。
【００１２】
以下の説明及び添付された図面は、本発明の特定の例示的態様を詳細に示す。しかし、それらの態様は、本発明の原理を採用できる各種の方法のうちのほんの一部を示唆するものにしか過ぎず、本発明は、そのような態様に加えてそれらと等価なものをすべて包含することを意図している。本発明のその他の利点及び新規な特徴は、本発明の以下の詳細な説明を図面を参照しながら考察することによって明らかとなろう。
【実施例】
【００１３】
本発明は、産業用制御装置環境における空間領域で、自動化された侵入検出を提供するシステム及び方法に関するものである。自動化された安全システムは、セキュリティ、警告、あるいは安全ゾーンが付随する１つの空間領域に電磁エネルギーを投射する少なくとも１つのプロジェクタを備えて提供される。検出器（１つまたは複数）は、その空間に侵入する物体や人によって空間領域の電磁エネルギーが遮光されるのを検出する。本システムは、プロセッサ及び記憶部品を含み、プロセッサは、検出器からの現在の画像を、以前に記憶部品に記憶された画像と比較することによって侵入を判定する。検出が行われると、プロセッサは、その比較に基づいてイベントをトリガーする。そのイベントには、例えば、出力を駆動すること、機器を停止させること、警告を鳴らすこと、警報を鳴らすこと、イベントに付随するデータを記憶すること、及びローカルあるいはリモート・システムに通知を送信することなどが含まれる。プロセッサ及び付随するプロジェクタ／検出器は、侵入を判定するために、二次元画像あるいは三次元画像を投影／構築することができる。
【００１４】
本明細書では、「部品」、「モデル」、「システム」、及びその他類似の用語は、コンピュータ関連の実体を参照するつもりで使用されており、それは、ハードウエア、ハードウエアとソフトウエアの組み合わせ、及びソフトウエアであるか、あるいは産業用制御のための自動化システムに供給される実行用ソフトウエアのいずれかであることを指摘しておく。例えば、１つの部品は、プロセッサ上で走っている１つのプロセス、プロセッサ、オブジェクト、実行ファイル、実行スレッド、プログラム、及びコンピュータでよいが、それらに限定されない。例えば、サーバ上で走っているアプリケーションもそのサーバもいずれも部品となることができる。１つまたは複数の部品は、１つのプロセス及び／または実行スレッドの内部に存在することができるし、また１つの部品は、１つのコンピュータの内部にあったり、及び／あるいは２つ以上のコンピュータ（例えば、コンピュータ間でのデータ・パケット及び信号を介して）、産業用コントローラ、及び／またはそれらを接続するモジュールの間に分散したりすることもできる。
【００１５】
まず図１を参照すると、システム１００は、本発明の１つの態様に従う自動化された安全システムを示す。システム１００は、セキュリティ・ゾーンあるいは安全ゾーンとして指定されたエリアあるいは領域１３０に対して電磁エネルギー１２０（例えば、赤外線スペクトル像）を投射する１つまたは複数のプロジェクタ１１０を含む。一般に、赤外光またはエネルギー１２０は、この種の電磁波が人間の目に見えない理由で選ばれる。しかし、可視周波数などその他の周波数を採用することも可能であることを理解されよう。１つまたは複数のカメラあるいはデジタル検出器１４０は、その領域に許可された物体のみが存在するとき、あるいは何も物体が存在しないときに、エネルギーを与えられた領域１３０からの画像１５０を記録する。例えば、領域１３０は、セキュリティ・ゾーンとして割り当てることができ、通常その領域に存在する物体が決まっているかあるいは何も存在しない。領域１３０内に許可された事物が存在する（あるいは事物が存在しない）場合の空間から取得された画像１５０は、次に、付随するメモリ部品及び対応するプロセッサ支援部品を備えるプロセッサ１６０によって記憶される。時間経過とともに、プロセッサ１６０及び検出器１４０は、領域１３０から予め決められた時間間隔（例えば、１０あるいは２０ヘルツの間隔）で現在の画像１５０を取得する。
【００１６】
現在の画像１５０を取得した後、プロセッサ１６０は、現在の画像を以前に記憶された許容事物のみを含む画像と比較する。領域１３０に侵入があれば、検出器１４０によって受信されるエネルギーの一部が、侵入してきた装置や人によって検出器１４０に到達することを遮られるかあるいは阻止される。１８０で示すように、領域１３０には本質的にあらゆる方向（例えば、上方、下方、左、右、角度を持つ方向から、等々）から侵入が発生しうることを注意しておく。このように、画像の比較（例えば、画像のデジタル差分処理）後、プロセッサ１６０は、現在の画像１５０中で影（例えば、エネルギーを与えられていない画素、あるいはエネルギー量の少ない画素）を検出する。そのような検出によってそれ以降のアクションをトリガーすることができる。例えば、影やエネルギー遮光が検出されれば、プロセッサ１６０は、１７０において危険度の高い機器を停止させる、警告を鳴らす、通知を送信する（例えば、電子的メッセージや電子メール）などのその他のアクションをトリガーすることができる。侵入の判定を行ううえで、プロセッサ１６０に閾値（例えば、３画素以上において戻りエネルギーが低下することでイベントをトリガーする）を設定できることを注意しておく。
【００１７】
システム１００は、産業用環境における安全促進のために設計される多様な用途に採用ができる。１つの態様では、システム１００は、生産サイクルの任意の時点で機器や組立作業を停止させるための赤外線安全カメラ（Ｉｎｆｒａｒｅｄ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｃａｍｅｒａ）として採用できる。これは、例えばリレーのような出力装置をトリガーできるイベント１７０を介して機器を停止させることを含む。システム１００は、時間節約あるいはサイクル終了アプリケーションを備えた装置を保護するために採用されることは一般にない。安全用途（例えば、侵入を検出すると機器をシャットダウンする）の例には、ロボット・セル（溶接や組み立て）、パッケージング装置、大型機器の入り口、鋳物工場のような高温保管場所、等々が含まれる。システム１００は、また、次のような工業用としても適用できる。
自動車産業：溶接ロボット
組み立てセル
搬送ライン
一般産業：  パッケージング
保管及び回収
ハンドリング・システム
コンベヤー・システム
鉄鋼業：  高温保管場所
埃の多い環境
その他、装置／人の安全性やセキュリティが重要である産業分野
【００１８】
その他の例示的応用は、記憶されている画像との差分を検出するための多重カメラの採用を含む。カメラのどれで差分が検出されてもそれ以降のアクションをトリガーできる。更に、多重カメラ構成は、その中に人や物体を検出するためのエリアを三次元的に再構築するためにも採用できる。これらの応用について以下でより詳細に説明する。
【００１９】
ここで図２を参照すると、本発明の１つの態様に従う例示的検出システム２００が示されている。システム２００は、関連するコンタクタ２４０を備える安全リレー２３０を駆動する２つのＰＮＰ安全出力２２０を提供する赤外線安全カメラ２１０を含む。赤外線安全カメラ２１０は、移動部品及び蓄積エネルギーを通して人や機器を危険から保護するように設計することができる。赤外線安全カメラ２１０は、その中で赤外線安全カメラが存在を検出する機能を有する安全システム２００の一部となっている。安全リレー２３０やコンタクタ２４０のようなその他の部品は、存在が検出された後で装置類を停止するために採用されている。
【００２０】
１つの例では、赤外線安全カメラ２１０は、単一の赤外線プロジェクタ、２つの赤外線カメラ、安全プロセッサ、プロセッサ用のソフトウエア、及び２つの安全出力２２０を含む。プロジェクタは、各々のカメラを備えた容器に搭載され（例えば、各カメラは、プロジェクタのどちらかの側面に取り付けられる）、プロセッサは、もし必要なら、安全出力２２０を備えて同じ容器中に収容される。プロジェクタは、表面上にパターン（クロス、ストライプ、あるいはその他のパターン）を投射する。ここで表面が平坦である必要はない。一般に、両カメラは、パターンが投影される同じエリアに向けられ、それぞれのカメラは、一般に、わずかに異なる角度をもって設置される。
【００２１】
以下では、システム２００の例示的動作について説明するが、その他の動作についても説明する。
【００２２】
１つの例では、各カメラは、機器導入時に撮られた１枚の写真を有する。現在の写真または画像は規則的な時間間隔（例えば、１０ヘルツ）で撮影されて、記憶されている写真または画像と比較される。どれか１台のカメラにおいて記憶されている写真との差分が検出されると、それは、出力２２０の状態を切り替えるために、アクティブな危険エリアと比較される。
【００２３】
別の例では、カメラは、現在の写真を組み合わせて三次元レリーフを形成する。三次元レリーフが変化すると、プロセッサは危険ゾーンで変化が起こったかどうかを判定し（レーザー・スキャナなどによって）、もしそうであれば、赤外線安全カメラ２１０の出力２２０は、状態を変化させる。
【００２４】
以下の態様は、赤外線安全カメラ２１０の多様な特徴を説明する。
【００２５】
パターン：規則的なパターンを投影することによって、写真撮影及び画素強度に依存する代わりに、これを検出分解能の形状とみなすことができる。腕や脚等の物体がパターンを投影しているゾーンに侵入すると、もと投影があった場所に影ができる（図３及び４を参照）。影あるいは障害物は、次に、カメラで検出される。表面上のパターンが、例えば、４０ｍｍであれば（最小検出物体寸法が５０ｍｍの場合）、これは、例えば、仕様書ＥＮ６１４９６に準拠して、輪郭検出（ｌｉｍｂ  ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）として観察される。
【００２６】
光：一般に、投影されたパターンは、不可視で危険のない８４０ｎｍから９５０ｎｍの波長域の赤外線であるべきである。一般に、光源（プロジェクタ）を符号化する必要はない。
【００２７】
光学系：プロジェクタは、オプションとして、焦点距離を調節できるズーム・レンズを備えることができる。
【００２８】
ソフトウエア：ソフトウエアを使用して、赤外線安全カメラ２１０は、安全レーザー・スキャナと同じようにプログラムすることができ、以下で詳細に説明する警告ゾーンと安全ゾーンとを含むことができる。
【００２９】
プログラミング：両方のカメラで撮られ、組み合わされた実物写真を可視化するために、配線接続を採用すべきである。この写真を通して、安全ゾーン（単数、複数）及び警告ゾーン（単数、複数）は独立してプログラムできる。このことは、例えば、市販されているＡＢＧＭセイフ・ゾーン安全レーザー・スキャナ（ＡＢＧＭ  ＳａｆｅＺｏｎｅ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｌａｓｅｒ  Ｓｃａｎｎｅｒ）（登録商標）と同じように実現できる。
【００３０】
搭載：赤外線安全カメラ２１０は、危険エリアの上方あるいはその近傍に垂直に搭載して、危険箇所に向かってあるいはそこから遠ざかる角度で監視するように設置できる。オプションとして、いくつかの応用では、カメラを水平に搭載することが可能である。
【００３１】
図３に進むと、本発明の１つの態様に従うシステム３００は、侵入前のクリアなゾーンに投影された画像を示す。システム３００は、関連するカメラ３２０及びプロジェクタ３３０を備えた安全カメラ３１０を含む。プロジェクタ３３０は、固定物体３５０をその中に含む指定ゾーン中に像３４０を投影する。投影像３４０が投射されるゾーンは初期の導入時のクリア・ゾーン、すなわち、そのゾーンに通常は物体や人は存在しないことを意味する。この間に、それぞれのカメラ３２０は、像３４０の写真（画素）を取得する。これらの取得された画像は、それぞれ３６０及び３７０として示されている。
【００３２】
図４は、本発明の１つの態様に従う遮光を受けたゾーンでの投影像を示す。この態様では、物体４１０が指定ゾーンに侵入し、電磁エネルギーが４２０の投影像に向かうのを妨げる。投影像４２０は、次に、安全カメラ４３０の検出器によって取得される。取得された画像が４４０及び４５０にそれぞれ欠損要素（あるいは、低照度の画素）を伴った形で示されている。従って、画像４４０及び４５０を侵入物体４１０のない画像と比べれば、それぞれの画像を差分処理することによって以前に当たっていた画素のいくつかが侵入によって今では暗くなっている（例えば、デジタル値の強度が低下している）ことが示されるため、物体がそのゾーンに侵入したと判断することができる。上述のように、侵入を検出した後で、関連する機器を停止させるなどその他のアクションを引き起こすイベントを駆動することができる。
【００３３】
図５は、本発明の１つの態様に従うエリア５００に関する多重ゾーン及びそれらの形状を示す。この態様では、保護対象として指定されるエリアは、異なる寸法及び形状（例えば、円形、三角形、長方形、不規則形、立方体、等々）を有する１つまたは複数のゾーンに区分できる。例えば、警告ゾーン５１０は、エリア５００の外周に構成できて、もしそこで物体が検出されれば、関連機器を実際に停止させることなく、警告やその他なんらかの表示を与えるようにできる。もし物体が安全ゾーン５２０に侵入すれば、対応する機器への電力を停止させるなどのより直接的なアクションを起こすことができる。明らかなように、１つまたは複数のその他のゾーン５３０を同様に構成して、その各々で、それらのゾーンに侵入する物体に対して多様な結果やイベントを設定することも可能である。
【００３４】
一般に、本発明のシステムは、産業用として設計される。すなわち、その役目は、危険なエリア５００への人の接近を検出して、そのエリアにある機器の危険な動作を停止させることである。監視エリア５００に人や物体が侵入したときは、以下の例に従って信号がトリガーされる。
【００３５】
・もし人または物体が警告ゾーン５１０に存在すれば、対応する信号を出力するようにリレー接点を切り替えることができる。その信号を用いて、音や光で警告を発することができる。警告は、保護フィールドが活性化される前に、またシステムが機器停止をトリガーする停止信号を発する前に危険エリアを立ち去るように指示するものである。
【００３６】
・もし人または物体が安全ゾーン５２０に存在すれば、システムは、２つの独立したリレー接点を切り替える。この信号は、危険な機器の動作を直ちに停止させることにつながる。
【００３７】
警告、安全、及びその他のゾーンの構成は、市販されているＳＣＤ（安全構成及び診断）用のウインドウズ（登録商標）・ベースのソフトウエアを使用して実現できる。警告及び安全ゾーンの構成は、例えば、パーソナル・コンピュータのマウスを使って簡単に行うことができる。ゾーンの輪郭をなぞりながら、ゾーンの周囲に沿った所望するポイントをクリックしたり、ドラッグしたりする操作は簡単である。
【００３８】
図６は、本発明の１つの態様に従う検出器及び安全機器の統合型設計６００を示す。この態様は、上で述べた安全システムの多様な部品が１つの容器の中にいかに容易にパッケージングできるかを示している。すなわち、１つまたは複数の次のような部品、プロセッサ６１０及び関連回路、１つまたは複数の検出器６２０、一般に１つのプロジェクタ６３０、しかしその他のものを採用することもできる、侵入する物体または人を検出した場合にプロセッサ６１０によってトリガーされる関連出力部品６４０、をパッケージングすることができる。出力部品は、スイッチを制御するための出力制御、イベント・ログのような電子的機能、あるいは許可された人に対して侵入の発生（単数、複数）を通知するためのリモート・ネットワーク・アクセスなどのその他の機能など多様な形態を含むことができる。明らかなように、システム６００は、モジュール形式に設計することも可能であり、その場合は、部品６１０−６４０のうちの１つまたは複数のものをシステムから離れた場所で動作するように適合させることが可能となる。
【００３９】
図７は、本発明の１つの態様に従う検出器及び安全システム７００のモジュール型設計を示す。この態様では、システムのそれぞれの部品のうち１つまたは複数のものは、互いに通信を行う分離した部品として機能するように適合させることができる。この種のシステムを安全システムとして適応させてもあるいはさせなくても、そのようなシステムは、セキュリティ・システムとして採用することは可能であり、そこでは、１つのエリアについて無許可の侵入者を監視して、指定されたエリアへの侵入が検出されると警告及び／または警報を発する。システム７００は、エリア７２０に投射するプロジェクタ７１０を含む。エリア７２０からの電磁波は、１つまたは複数の検出器７３０によって受信されて、それらはリモート・リンク７４０を介してプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）７５０に画像を送信する。
【００４０】
コントローラ７５０は、機器７７０を制御する出力モジュール７６０を備えている。従って、コントローラ７５０は、画像の比較を実行でき、また、出力モジュール７６０を介して機器７７０を活性化あるいは不活性化することができる。更に、機器を制御しないまでも、コントローラ７５０は、各種の検出器７３０を介して１つまたは複数のエリア７２０を監視することができる。それによって、それぞれのエリアで侵入者が検出されれば、コントローラは、そのイベントを記録して、管理者に電子的メッセージを送信し、警報を鳴らし、及び／またはワイヤレス機構あるいはもっと伝統的な通信様式、例えばインターネットを介して本質的に任意の場所にメッセージを送信することができる。
【００４１】
図８は、本発明の１つの態様に従う投影角度８００を示す。上で述べたように、電磁エネルギーは、本質的に任意の角度で送信及び受信できる。図解８００は、エリア８１０に対してエリアの上方８２０及び／またはエリアの下方８３０から供給されるエネルギーの異なる関係を示している。更に、エネルギーは、例えば、８４０及び８５０に示すように、異なる側から、及びエリアの異なる深さから投射できる。更に、エネルギーは、８６０に示すように、複数の異なる角度から受信できる。明らかなように、侵入は、複数の角度及び方向から検出できる。
【００４２】
図９は、本発明の１つの態様に従う検出方法９００を示す。説明を分かりやすくするために、本方法は、一連の操作として示してあるが、本発明が特定の操作の順序に限定されないことは理解されるべきである。いくつかの操作は、本発明に従って異なる順序で実行できるし、及び／または、ここに示し説明したものと異なる操作と同時に実行することもできる。例えば、当業者は、方法というものを状態図のように一連の相互に関連のある状態またはイベントとしても表現できることを理解されよう。更に、本発明に従う方法を実現するために、例示された操作すべてが必要とされない場合もある。
【００４３】
９１０に先立って、１つのエリアあるいは指定ゾーンに対して電磁エネルギーのような１つのパターンが投射される。上述のように、このパターンは、本質的に任意のパターンを含むことができ、またエネルギーは、赤外線スペクトルあるいはその他の周波数領域にあることができる。９２０では、そのエリアに無許可の物体が何も存在しないときのパターンについて最初の画像が取得される。この期間は、しばしばシステムの初期導入に対応する。９３０では、動作時に、指定エリアの画像が規則的な時間間隔（不規則であっても構わない）で取得される。９４０では、侵入が発生したかどうかの判定がなされる。このことは、取得された初期画像を９３０で取得される後続画像と比較し、比較後に画素のいくつかが元の取得画素と異なる強度であるかどうかを判定することによって行われる。９４０において変化が検出されると、プロセスは、９５０に進んで、例えば、出力の活性化／不活性化、警報の発生、あるいは通知の生成のようなイベントのトリガーが行われる。９４０で変化が検出されなければ、プロセスは９３０に戻って、指定あるいは定義されたエリアへの後続の侵入に対して監視が続けられる。上述のように、多重検出器を使用して空間の多次元において侵入を判定するための三次元的再構築が可能である。
【００４４】
図１０は、本発明の１つの態様に従う三次元画像中の輪郭を決定するための別の検出システム１０００を示す。この態様では、１０１０に示した距離Ａは、カメラＡ１０２０とカメラＢ１０３０との間に示されており、また距離Ａは、既知のパラメータあるいは距離として定義される。カメラＡ１０２０が１０５０にある投影Ｃから入力を受信する角度ａ１０４０は、カメラＢ１０３０が投影Ｃ１０５０から入力を受信する角度ｂ１０６０と同じように知ることができる。簡単な三角法によって、カメラＡ１０２０及びカメラＢ１０３０から投影Ｃ１０５０への距離を決定することができる。もしこれをすべての投影に対して実行すれば、三次元の輪郭像が得られる。角度ａ１０４０及び角度ｂ１０６０は、それぞれカメラ１０２０及び１０３０によって生成される二次元画像から導出される。システム１０００のいくつかの態様は、次のものを含む。
【００４５】
１）角度測定：カメラで撮影した２つ以上の二次元画像から構築される三次元画像は、角度測定に基づいている。これは、カメラによって同じ投影を検出したときの角度差分を決定することによって行われる。三次元画像は、従って、角度測定に基づくことになる。
【００４６】
２）識別ゾーン：安全ゾーン及び警告ゾーンのほか、「その他のゾーン」に加えて、安全カメラにプログラムされた予め決められたゾーンを設けて、そこに設置された１つの物体に関して特定の輪郭を判定することができる。もしその輪郭が予め指定された特徴と一致すれば、その物体は、出力状態を変化させることなく、安全ゾーンに侵入することが許可される。これは、光のカーテンで遮蔽（ｍｕｔｉｎｇ  ｗｉｔｈ  ｌｉｇｈｔ  ｃｕｒｔａｉｎｓ）することに似ている。
【００４７】
３）入力：カメラ・アセンブリには所望の機能を駆動するための１つまたは複数の入力が備わっている。
【００４８】
４）構成記憶：カメラには、交換を容易にするためにプログラムされた構成を記録するための構成モジュールが備わっている。
【００４９】
５）基準投影：プロジェクタには、角度測定を許容するために、全体アセンブリの一部としてカメラを同期させるベースとして１つまたは複数の基準投影が備わっている。
【００５０】
６）補助プロジェクタ：補助プロジェクタを内蔵したカメラのアクティブ・ゾーンに特定の（例えば、移動する）物体を備えることが可能である。補助プロジェクタは、カメラ・アセンブリが検出可能なエネルギーを投射し、それを用いてそれらの物体（単数、複数）の移動を追跡して、カメラ・アセンブリのその他の機能を活性化できる。
【００５１】
７）その他の機能：入力及び／または補助プロジェクタは、カメラをトリガーして予めプログラムされたゾーン（安全、警告、識別、その他）を別の予めプログラムされたゾーンに変更するか、あるいは、安全カメラによって保護される機器の実際の状態に適したゾーンを含む「アクティブな」ゾーンとカメラが連携することを許容する。
【００５２】
８）システム入力：安全カメラ・アセンブリには、１つまたは複数の安全カメラ・アセンブリを互いに接続して関数チェーンを形成するための１つまたは複数のＩ／Ｏポートが備わっている。
【００５３】
上で説明してきたことは、本発明の好適な態様である。本発明を説明するために、部品や方法のあらゆる組み合わせについて説明することはもちろん不可能である。しかし、当業者であれば、本発明のこれ以外の組み合わせ及び順序が可能であることを理解されるであろう。従って、本発明は、本発明の特許請求の範囲の精神及びスコープに含まれるすべてのそのような変更、修正、及び変形を包含することを意図する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の１つの態様に従う自動化安全システムの模式的ブロック図。
【図２】本発明の１つの態様に従う例示的検出システムの模式的ブロック図。
【図３】本発明の１つの態様に従うクリアなゾーンの投影像を示す図。
【図４】本発明の１つの態様に従う遮光されたゾーンの投影像を示す図。
【図５】本発明の１つの態様に従う１つのエリアに関する複数ゾーン及びそれらの形状を示す図。
【図６】本発明の１つの態様に従う検出器に関する統合型設計を示す図。
【図７】本発明の１つの態様に従う検出器に関するモジュール型設計を示す図。
【図８】本発明の１つの態様に従う投影角度を示す図。
【図９】本発明の１つの態様に従う検出方法を示す図。
【図１０】本発明の１つの態様に従う三次元画像の輪郭を決定するための別の検出システムを示す図。
【符号の説明】
【００５５】
１００  システム
１１０  プロジェクタ
１２０  電磁エネルギー
１３０  領域
１４０  検出器
１５０  画像
１６０  プロセッサ
１７０  イベント
２００  システム
２１０  赤外線安全カメラ
２２０  安全出力
２３０  安全リレー
２４０  コンタクタ
３００  システム
３１０  安全カメラ
３２０  カメラ
３３０  プロジェクタ
３４０  投影像
３５０  固定物体
３６０，３７０  取得された画像
４１０  物体
４２０  投影像
４３０  安全カメラ
４４０，４５０  画像
５００  エリア
５１０  警告ゾーン
５２０  安全ゾーン
５３０  その他のゾーン
６００  統合型設計
６１０  プロセッサ
６２０  検出器
６３０  プロジェクタ
６４０  出力部品
７００  システム
７１０  プロジェクタ
７２０  エリア
７３０  検出器
７４０  リモート・リンク
７５０  プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）
７６０  出力モジュール
７７０  機器
８００  投影角度
８１０  エリア
９００  検出方法
１０００  検出システム
１０１０  距離Ａ
１０２０  カメラＡ
１０３０  カメラＢ
１０４０  角度ａ
１０５０  投影Ｃ
【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図３】
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【図４】
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