DE2557535A1 - Fernerkennungsanordnung fuer objekte - Google Patents

Description

DIETRICH LEV/lNi^Y 19.12.1975

RElNtR PR^
M ö N C H E N 2 1

G ©hTbiikb^-^^, 'raris, BId.Haussmann 173 (Prankreich)

"Pernerkennungsanordnung für Objekte"

Priorität vom 20.Dezember 1974 aus der französischen Patentanmeldung 74 42 371

Die Erfindung betrifft eine Pernerkennungsanordnung für Objekte, die eine kodierte Information tragen. Ein wesentliches Anwendungsgebiet stellt die Erkennung von Landfahrzeugen, insbesondere Kraftfahrzeugen, dar, die mit einem eine kodierte Information tragenden Träger versehen sind, welche Information das Fahrzeug kennzeichnet und entschlüsselt wird durch Peststellung und Auswertung der Lichtstrahlung, die von diesem Träger reflektiert wird, wenn er mit einer Quelle beleuchtet wird.

Die Erkennungsanordnung gehört demzufolge zu den optelektrischen Anordnungen, bei denen die auf dem Träger des zu erkennenden Objektes befindliche Information durch optische Mittel gewonnen und die nachfolgende Auswertung durch elektrische oder elektronische Schaltungen durchgeführt.wird. Bei solchen Anordnungen wird das zu erkennende Objekt durch eine Lichtquelle beleuchtet und das Objekt oder derjenige Teil des Objektes, der die es kennzeichnende Information trägt, hat ein bestimmtes Reflexionsvermögen und schickt einen Teil der auffallenden Lichtenergie, moduliert mit der

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Information, zurück zu einem Detektor, der sie aufnimmt und an einen Dekoder übermittelt, der die elektrischen Signale verarbeitet. Anordnungen dieser Gattung sind bekannt und auch schon in Benutzung. Bei einigen dieser Ausführungen ist die verwendete Lichtquelle ein Laser, der einen dünnen, monochromatischen Lichtstrahl liefert, der den Informationsträger oder Kodeträger beleuchtet. Das Ablenksystem für den Lichtstrahl 1st im allgemeinen eine sich drehende Spiegeltrommel, die die einfallende Lichtenergie auf den Träger wirft und die von ihm reflektierte Energie einem opto-elektrischen Wandler, der zur Gattung der Photovervielfacher gehört, zuleitet. Diese Anordnungen haben den Vorteil eines guten Signal/Rauschen-Verhältnisses, das hauptsächlich auf der Schmalbandigkeit des Laserspektrums beruht,weisen aber einige Nachteile auf, insbesondere die mechanische Ablenkung des Lichtstrahles und die Alterung des eingebauten Lagers sowie schließlich auch die hohen Gestehungskosten. Die verwendete Lichtquelle muß zwar kein Laser sein, jedoch eine fokusierte Lichtquelle. Die Spiegeltrommel ist jedoch erforderlich.

Eine andere bekannte Anordnung arbeitet mit einer Fernsehkamera. Die Lichtquelle ist dann eine Glühlampe. Eine solche Anordnung besitzt den Vorteil, ohne bewegliche mechanische Teile auszukommen, wenig Platz zu benötigen und zu annehmbaren Kosten herstellbar zu sein; in der Anwendung ist sie jedoch von nur geringem Interesse, da sie nur mittelmäßige Leistungen sowie ein schlechtes Signal/Rauschen-Verhältnis aufweist und eine erhebliche Lichtleistung erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung entsprechend dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die insbesondere ohne eine optische Leseeinrichtung

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nach der Art einer Spiegeltrommel in Verbindung mit einem Laser oder einer fokusierten Lichtquelle auskommt.

Diese Aufgabe ist durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung ist eine Anordnung nach der Erfindung anhand von beispielsweise gewählten Ausfuhrungsformen, deren Einzelheiten und erläuternden Diagrammen schematisch vereinfacht wiedergegeben. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Erkennungsanordnung und des Kodeträgers,

Fig. 2 einen Kodeträger,

Fig. 3 ein Schema der Erkennungsanordnung,

Fig. H eine Photodiodenanordnung,

Fig. 5 ein Diagramm der von den Photodioden gelieferten Signale,

Fig. 6 eine Photodiodenreihe zusammen mit deren Steuerschaltung für die Umschaltung,

Fig. 7 eine Aufsicht auf einen Kodeträger in Verbindung mit der Ausrichtung der Photodioden,

Fig. 8 eine Photodiodenreihe in Verbindung mit nicht reflektierenden Flächen sowie die sich hieraus

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ergebenden Signale,

Fig. 9 eine Verarbeitungsschaltung für die von den Photodioden gelieferten Videosignale und

Fig. 10 ein Diagramm der in der Schaltung nach Fig.9 verarbeiteten Signale.

Die Fernerkennungsanordnung für eine kodierte Information tragende Objekte ist eine opto-elektrische Anordnung, d.h. eine optische Anordnung, die die empfangenen Signale in elektrische Signale umwandelt und damit eine elektrische Auswertung der aufgenommenen Informationen ermöglicht.

Die Anordnung arbeitet mit Objekten, die im allgemeinen an ihr mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit vorbeilaufen und anhand der ihnen zugeordneten Information erkannt werden sollten. Diese Information ist in Form eines Kodes auf einen mit dem Objekt verbundenen Träger aufgebracht. Dessen Abmessungen sind vergleichsweise klein. Er ist, sofern es sich bei den Objekten um Fahrzeuge handelt, an der Fahrzeugkarrosserie befestigt oder, sofern es sich bei den Objekten um Pakete oder ähnliche Frachtstücke handelt, an der Seitenfläche' dieser Frachtstücke befestigt.

Figur 1 zeigt in stark schematisierter Form den Aufbau der Anordnung. Die eigentliche Erkennungsanordnung stellt sich in Form eines Gehäuses mit der Öffnung 2 dar, aus der die Lichtenergie einer Lichtquelle austritt, die den Träger 3 beleuchten soll, welcher im beschriebenen Beispiel an der Seite eines Kraftfahrzeugs befestigt ist. Die optische Achse der Anordnung ist mit 5 bezeichnet. Die von dem Träger reflektierte Lichtenergie passiert

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die Öffnung 2 und wird in der Anordnung 1 verarbeitet, die die opto-elektrischen Wandler und die Verarbeitungsschaltungen enthält.

Der Träger 3 besteht aus einer Folge von Flächen, die das auftreffende Licht entweder reflektieren oder absorbieren. Die Aufeinanderfolge der Flächen bestimmt den Kode, der das Fahrzeug kennzeichnet, auf dem der Träger befestigt ist.

Figur 2 zeigt in schematischer Form ein Beispiel eines in Verbindung mit der Anordnung verwendbaren Trägers. Er besitzt in seiner Längsrichtung entsprechend der Achse χ eine gewisse Anzahl lichtreflektierender, rechteckiger Flächen, die durch lichtabsorbierende Flächen getrennt sind. Die Flächen haben eine bestimmte Höhe H und der untere Teil des Trägers besteht aus einer Fläche der Höhe h, die als nicht reflektierende neutrale Zone 8 bezeichnet wird. Die Anordnung der reflektierenden und absorbierenden Flächen kann selbstverständlich auch anders aussehen, beispielsweise horizontal getroffen sein.

Figur 3 zeigt in schematischer Form den Aufbau der Erkennungsanordnung. Sie umfaßt eine Lichtquelle 9> die eine Glühlichtlampe, eine Jod-Quartζ-Lampe oder eine Lumineszenzdiode, die weißes oder monochromatisches Licht a-bgibt, sein kann, sowie eine Optik 10, die das Lichtbündel so formt, daß es den Träger 3 beleuchtet und die als Sendeoptik bezeichnet werden kann. Eine Reflexionsoptik 4 lenkt den reflektierten Lichtstrahl über ein wahlweise vorhandenes Filter 13 auf eine Reihe von otpo-elektrischen Wandlern 14, im vorliegenden Fall Photodioden. Eine Speise- und Steuerschaltung 15 für die Umschaltung der Photodioden 14 und eine Verstärker- und Verarbeitungsschaltung 16 für die von den Photodioden 14 gelieferten Signale vervollständigen die An-

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Ordnung. Die Verstärker- und Verarbeitungsschaltung 16 ist bei
17 mit einer vom Anwendungsfall abhängigen externen Einheit verbunden.

Die opto-elektrischen Wandler sind photoempfindliche Dioden, die in einer geraden Linie oder Reihe angeordnet sind. Sie sind in
integrierter Schaltungstechnik realisiert, was insbesondere ihre Anordnung in einer Reihe ermöglicht, ohne daß hierfür viel Platz benötigt wird.

In Figur 4 ist das Schaltbild einer Photodiode in stark vereinfachter Form wiedergegeben. Die Photodiode 18 mit positiven und
negativen Ladungen im Bereich ihrer Grenzschicht (symbolisch mit 19 bezeichnet) wird entsprechend demPfeil 25 beleuchtet. Ihre
Speiseschaltung ist mit 20 bezeichnet und ein über 23 gesteuerter Unijunktion- oder Doppelbasistransistor 21 steuert die Umschaltung der Photodiode. Der Widerstand 22 bildet den Lastwiderstand für die betrachtete Photodiode und liefert dann seinen Anschlüssen 2h das Ausgangssignal in Form einer elektrischen Spannung u, die proportional zur Beleuchtung der Photodiode ist.

Figur 5 ist ein Diagramm der auf diese Weise von drei Photodioden gelieferten Spannung u in Abhängigkeit von der Zeit. Je nach Beleuchtung dieser drei Photodioden sind die Impulse mehr oder weniger groß.

Da in der Erkennungsanordnung ein Träger erkannt werden soll, also letztlich ein Bild ausgewertet werden soll, wird eine bestimmte Anzahl solcher Photodioden in einer Reihe angeordnet; eine
sequentiell angeschaltete Steuerspannung ermöglicht jeder Photodiode die Abgabe ihres Ausgangssignals, d.h. die Abschätzung
der Lichtenergie desjenigen Teils des Trägers, den sie abtastet.

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Diese Anschaltung bzw. Umschaltung wird mit Hilfe eines Synchronzählers und eines Taktgebers bewerkstelligt.

Fig. 6 zeigt schematisch eine Photodiodenreihe entsprechend den vorstehenden Ausführungen. Die Photodioden sind mit Pl ... Pn bezeichnet und ihre zugehörigen, gesteuerten Schalter mit Tl ... Tn. Der Zähler 26 wird von einem Taktgeber 27 gespeist. Die Stromversorgung ist schematisch durch eine Batterie 20 dargestellt. Die aus der Abtastung des Trägers sich ergebenden Videosignale treten an den Anschlüssen 24 des'Lastwiderstandes 22 auf.

In Fig. 5 sind - wie gesagt - die Ergebnisse einer Abtastung mit Hilfe von drei Photodioden dargestellt, jedoch ist hieraus ohne weiteres erkennbar, daß eine Ausdehnung auf eine größere Zahl ohne Schwierigkeit möglich ist. Man erkennt, daß zwei Videospitzen, d.h. zwei aufeinanderfolgende Impulse durch eine Taktgeberperiode getrennt sind und daß außerdem, wenn man annimmt, daß eine Reihe mit η Photodioden vorliegt, jede Photodiode alle nT Nanosekunden beispielsweise abgefragt wird, worin T die Impulsperiode des Taktgebers ist.

Fig. 7 zeigt in der Aufsicht wie der Träger und die Photodiodenreihe angeordnet sind. Der Träger 3 ist hier mit waagerechten, abwechselnd reflektierenden und absorbierenden Flächen dargestellt und bei 28 ist das Bild der Photodiodenreihe (14 in Fig. 3) in der Leseentfernung wiedergegeben. Die Optiken 10 und 12 (Fig. 3) sind derart aufgebaut, daß das Bild der Photodiodenreihe die Form eines Rechteckes 28 mit .der Länge LD und der Breite Id hat, während der Querschnitt des einfallenden Lichtstrahles auf der Fläche des Trägers ebenfalls ein Rechteck 29 bildet, dessen Abmessungen L und 1 •etwa größer als diejenigen des Bildrechteckes der Photodiodenreihe sind. Hingegen ist die Länge Ic des abzutastenden Trä-

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gers kleiner als die Länge LD der abtastenden Photodiodenreihe. Hierdurch wird eine gewisse Höhentoleranz festgelegt, wenn der Träger und die Photodioden so angeordnet sind, daß die Abtastung vertikal erfolgt, wobei diese Toleranz deswegen notwendig, weil die Träger von einem Fahrzeug zum nächsten nicht stets an der gleichen Stelle angebracht werden können.

Im Beispiel der Fig. 7 sind die reflektierenden Flächen 31 und die absorbierenden Flächen 32 des Trägers senkrecht zur Reihe der abtastenden Photodioden angeordnet. Die Verschiebung oder Bewegung des mit dem Träger versehenen Objektes geschieht gewöhnlich in Richtung des horizontalen Pfeiles 33, so daß mehrere aufeinanderfolgende Abtastungen des Trägers durchgeführt werden. Die Zahl aufeinanderfolgender Abtastungen hängt vor allem von den Bedingungen, unter denen die Erkennung stattfinden soll, ab. Mehrere Abtastungen werden selbst dann ausgeführt, wenn das mit dem Träger versehene Objekt stillsteht.

Jeder Photodiode entspricht wenigstens eine Elementarzone oder Fläche des Trägers. Wenn diese Fläche reflektierend ist, wird die Photodiode beleuchtet und liefert einen der Beleuchtung proportionalen Impuls. Wenn diese Fläche absorbierend ist, wird die entsprechende Photodiode nicht beleuchtet und liefert keinerlei Signal. Die geordnete und zyklische Abfrage jeder Photodiode der Reihe gestattet also das Auslesen des auf dem Träger aufgezeichneten Kodes.

Fig. 8 zeigt schematisch bei a eine Reihe von Photodioden Pl bis Pn mit dem Bild von nichtreflektierenden Flächen Zl, Z2, Z3 beispielsweise, die eine oder mehrere Photodioden überdecken können. Die Kurve b der Fig. 8 gibt das Videosignal der abgefragten Photodiodenreihe wieder, wobei die Amplitude der Impulse proportional zur von den Photodioden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastungen empfangenen Lichtenergiemenge

^lst· 609826/0810 . - 9 -

Im Vorstehenden wurde die Arbeitsweise der Erkennungsanordnung ohne Aufstellung besonderer Hypothesen erläutert. Unter anderem wurde dabei davon ausgegangen, daß der Träger parallel zur Photodiodenreihe und in einer bestimmten, ein korrektes Arbeiten ermöglichenden Entfernung liegt. Diese Daten sind Konstanten aer Anordnung, welche nach den Verwendungsbedingungen und baulichen Merkmalen, beispielsweise der gewählten Zahl der Photodioden und dem Ausgangsmaterial des Trägers, geändert werden können. Das Ausgangsmaterial des Trägers kann Papier sein oder ein nachleuchtend-reflektierendes Material und legt die Leistungsfähigkeit der zu verwendenden Lichtquelle fest.

Außerdem ist die Anordnung so ausgelegt, daß sie .auch dann verwendbar ist, wenn der Kodeträger eine beträchtliche Eigengeschwindigkeit besitzt oder mehr oder weniger stark in bezug auf die Achsen eines kartesischen Koordinatensystems geneigt oder schräggestellt ist.

Fig. 9 zeigt das Blockschaltbild einer Verarbeitungsschaltung für die von den opto-elektrischen Wandlern gelieferten Videoinformationen. Diese Verarbeitungsschaltung ist an einen Träger angepaßt, der eine bestimmte Anzahl von Flächen umfaßt, von denen jede eine Ziffer und ihre Adresse trägt. Die durch die Photodioden durchgeführte Analyse führt folglich zu einm Videosignal, das eine bestimmte Anzahl numerischer Daten enthält, die die Identität des Objektes bezeichnen, welches mit dem zu übersetzenden Träger versehen ist. Diese numerische Verarbeitungsschayltung l6 in Fig. 3 umfaßt eine Quantifizierungsschaltung 3^j die eine Schaltung 35 zur Abtrennung der Ziffer von der Adresse in dem Erkennungssignal speist.

Auf diese Schaltung folgt eine Schaltung 36> die die Adressen verarbeitet, sowie eine Schaltung 37_} die die Ziffern verarbeitet, jedoch von der Schaltung 36 gesteuert wird. Die Adresserr-

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Verarbeitungsschaltung liefert bei 39 ein Signal, das anzeigt, daß kein Fehler in der Adresse vorliegt, während die Ziffernverarbeitungsschaltung 37 einen Ausgangsspeicher 38 speist, der die/Erkennungsnummer des Objektes bildenden Ziffern in Klarschrift liefert.

Die Quantifizierungsschaltung 3^ wird mit dem Videosignal gespeist, das von der Photodiodenreihe abgegeben wird und umfaßt eine Ausgangsschwellwertschaltung, so daß nur die Impulsspitzen an die Abtrennschaltung 35 geliefert werden.

Fig. 10 veranschaulicht im Diagramm diese Verarbeitung. Die Zeile a gibt die Taktimpulse wieder. Die Zeile b gibt das Videosignal mit dem Schwellwert s wieder und die Zeile c zeigt das quantifizierte Videosignal.

Im beschriebenen Beispiel geschieht die Abtrennung der Adresse von der Ziffer unter Zugrundelegung dessen, daß die Ziffer durch die reflektierenden Flächen des Trägers gebildet wird und daß die Adresse durch die nichtreflektierenden Zwischenräume oder absorbierenden Flächen gebildet wird. Somit sind in dem verarbeiteten Impulszug die Intervalle zwischen den Impulsen, die das elektrische Bild der Ziffern der Erkennungsnummer eines Objektes repräsentieren, das elektrische Bild der auf dem Träger aufgeschriebenen Adresse.

Die Verarbeitung der Adresse in der Schaltung 36 kann im vorliegenden Beispiel anhand der Unterscheidung der Länge der schwarzen Zwischenräume des Trägers erfolgen, wobei die Ziffern eins oder Null der Adresse unterschiedliche Dauern, beispielsweise fünf bis zehn Taktgeberperioden für eine logische eins und zwei bis vier Perioden für eine logische Null besitzen. Die Adresse besteht beispielsweise aus vier numerischen Symbolen und ihr Vergleich mit einem zentralen Kode ermöglicht ihre Dekodierung und die .anschließende überprüfung der Ziffer. Das

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bei 39 erscheinende Signal zeigt an, daß die Adressenzahl entsprechend dem vollständigen auf dem Träger befindlichen Wort dekodiert wurde. Die Verarbeitung der Ziffern in der Schaltung 37 beruht auf einer Impulszählung, wobei das numerische Symbol Eins beispielsweise fünf bis zehn Impulse umfaßt, während das Symbol Null nur eins bis vier Impulse umfaßt. Die Ziffer umfaßt folglich im gewählten Beispiel fünf numerische Symbole Eins oder Null und wird mit einem ursprünglichen 2- aus 5-Kode verglichen, dekodiert und nach Bestätigung durch die Adressenverarbeitungsschaltung im Speicher 38 gespeichert.

Des weiteren sind noch Kontroll- oder Steuerschaltungen vorgesehen, die in der Figur nicht dargestellt sind.

Eine Verarbeitung in gleicher Form ist auch dann möglich, wenn der Träger nur eine einzige Fläche umfaßt.

Vorstehend beschrieben wurde eine Erkennungsanordnung für mit einem Kodeträger ausgerüstete Objekte, welche Anordnung eine Serie von opto-elektrischen Wandlern des Photodiodentyps umfaßt, die längs einer Linie angeordnet sind und sequentiell geschaltet werden, um eine Analyse des Trägers vorzunehmen. Diese Anordnung besitzt Vorteile in bezug auf bekannte Anordnungen, die mit Lasern arbeiten, welche Vorteile insbesondere auf dem Gebiet der Herstellungskosten und der Leistungsfähigkeit liegen.

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Claims (6)

1. DIETRICH LEWINSKY

   Η:-" NZ-JOACHIM HUBER

   REINLR FRISTSCH ^ 19-12.1975

   M ö N C H E N 2 1 " *' 8799-IV/K

   GOTTHARDSTR.81

   Thomson-CSP

   Patentansprüche:

   I./Pernerkennungs anordnung für Objekte, die eine kodierte Information in Porm von abwechselnd reflektierenden und nicht reflektierenden Flächen auf einem Träger tragen, mit einer Lichtquelle und einer deren Lichtstrahl auf den Träger konzentrierenden Optik und einem optoelektrischen Wandler,der das durch den kodierten Träger modulierte Licht empfängt, wobei mehrere Wandlerelemente in einer Reihe liegen und
   im Moment des Lesens sequentiell geschaltet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen auf dem Träger (3) senkrecht zur Reihe der Wandler liegen, derart, daß der Träger (3) sowohl stehend als auch in Bewegung durch die Wandlerreihe abgetastet wird.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandlerelemente Photodioden oder Photodioden in integrierter Schaltungstechnik sind.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Wandlerelementenreihe größer als die Länge des
   kodierten Trägers ist, so daß einer Kurs- bzw. Parallitätsabweichung zwischen dem Träger und der Anordnung Rechnung getragen wird.
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
   daß sie einen Synchronzähler und einen Taktgeber zum Schalten der Fotodioden enthält und die Umschaltungen in Zeitintervallen, die gleich dem Produkt aus der Zahl der Photo-

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   dioden der Reihe und der Taktgeberperiode sind, erfolgen.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
   Lichtstrahl Rechteckquerschnitt mit Abmessungen, die sehr
   wenig über denjenigen des in der Leseentfernung entworfenen Bildes der Photodiodenreihe liegen, besitzt, um die für die Beleuchtung des Trägers notwendige Lichtleistung zu begrenzen.
6. 6. Anordnung für eine kodierte Information tragende Fahrzeuge, die an dieser Anordnung mit einer im Mittel bei 40 bis 50
   km/h liegenden Geschwindigkeit vorbeifahren, dadurch gekennzeichnet, daß der am Fahrzeug (4) befestigte Kodeträger (3) reflektierende und/oder nicht reflektierende Flächen in
   waagerechter Anordnung eine unter der anderen Aufweist, die vor einer senkrechten Reihe von photoempfindlichen Wandlerelementen vorbeiwandern, die derart geschaltet sind, daß mehrere Abtastungen des Kodeträgers während seines Passierens
   vor der Reihe durchgeführt werden.

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   AU

   L e e rs e ί t e