DE4011041A1

DE4011041A1 - Raeumliche erkennung von koerpern mit zwei verschiedenfarbig kodierten bzw. einer polarisierten lichtquelle sowie erfassung mit einer in der hoehe versetzt angebrachten ccd-kamera und auswertung ueber entsprechende software

Info

Publication number: DE4011041A1
Application number: DE4011041A
Authority: DE
Inventors: Christian Wasserthal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-04-08
Filing date: 1990-04-05
Publication date: 1991-10-10

Description

Beschreibung der Anwendung mit Fahrerbesetzung

Das System soll vorrangig auf Flurförderfahrzeuge installiert werden, welche das Ein- und Auslagern in Hochregalschmalgängen teils voll-, teils halbautomatisch vornehmen.

Gemäß DIN 15 185 Teil 5, wird dem Betreiber eines solchen Regalsystems von der Gewerbeaufsicht oder gleichwertigen Institutionen auferlegt, Maßnahmen zu treffen, welche die Unfallgefahr mit Personenbeteiligung optimal unterbindet.

Da es für den größten Teil der Betriebe unumgänglich ist, einen reibungslosen Ablauf zu erhalten, ist es notwendig ein System zu installieren, welches das gefahrbringende Fahrzeug rechtzeitig vor Personen zum Halten bringt. Der gleichzeitige Betrieb von Fahrzeugen und Personen in Regalgängen ist z. B. notwendig, wenn in den unteren Regalbereichen per Hand und mittels Kleinfahrzeugen kommissioniert wird, während die Hochregalstapler aus den oberen Ebenen für Nachschub sorgen.

Es ist durch Recherchen auf dem Industriemarkt bekanntgeworden, daß es Systeme gibt, welche eine Änderung bzw. ein Hindernis im Fahrraum erkennen und an das Fahrzeug den Befehl zum Stoppen geben. Es wurde jedoch auch festgestellt, daß z. B.

- bei der Erfassung mit Ultraschall eine exakte Eingrenzung des Erfassungbereichs, speziell Entfernungsmessung, auf verschieden weiche Oberflächen nicht möglich ist, bzw. es durch Reflexionen zu Fehlmeldungen kommt.
- Die Erfassung mit Wärmesensoren ist durch das physikalische Gesetz bereits eingegrenzt: über Abtasten ständiger Vergleichswerte ist es schwierig (so gut wie unmöglich) die Bandbreite einer Störmeldung zu fixieren.
- Die Bereichsabgrenzung mittels Lichtschranken zur Erfassung von Personen ist für den Einsatz von gleichberechtigtem Einsatz von Personen und Fahrzeugen durch die Nichtzählbarkeit von Personen für diesen Zweck nicht einsetzbar.
- Das einzige System, welches unter der Veröffentlichungsnummer 02 90 633 bekannt ist, würde u. U. die Forderungen erfüllen. Das unter dieser Nummer beschriebene System bedarf jedoch für die notwendige Bildauswertung in Echtzeit einen erheblichen Hard- und Softwareaufwand, da bei diesem Verfahren die gesamten aufgenommenen Bilder miteinander verglichen werden müssen. Der Kostenaufwand für die einzusetzenden Rechnereinheiten stehen nicht in günstigen Relationen zu den Fahrzeugen, auf welchem die Erfassungssysteme installiert werden müssen.
Ferner fehlt die Einsatzmöglichkeit an Fahrzeugen, bei denen bis zu drei Kamerasystemen gleichzeitig und unabhängig voneinander von einem redundanten Rechnersystem ausgewertet werden.
- Weiterhin ist unter dem Aktenzeichen P 39 11 529.1 von demselben Anmelder wie für diesen Antrag, auf Erteilung eines Patentes zeichnender, ein System gemeldet worden, welches weitgehendst die Kriterien zum Erkennen von Körpern im Fahrraum eines Fahrzeuges abdeckt. Für das bekannte System wird wechselnd gepulstes Licht benötigt. Durch Feldversuche ist jedoch bekanntgeworden, daß der stroboskopische Effekt - der pulsierende Lichteffekt - den Fahrer des Fahrzeuges auf die Dauer erheblich belastet, wenn ein größerer Lichtbedarf notwendig ist.

Vorgenannte Forderungen sind jedoch unumgänglich zu erfüllen, wenn das System zum Schutz von Personen eingesetzt werden soll. Mit Hinblick auf eine kostengünstige Serien-Produktion und einer entsprechend einfachen Rechnerleistung, kann das zur Patentanmeldung gelangte Verfahren CW 981020 diese Forderung erfüllen.

Funktionsbeschreibung des Systems Einsatz mit zwei verschiedenfarbigen Lichtquellen (Zeichnung CW 981020)

Eine entsprechende Software wird die von einer Farb-CCD-Kamera in getrennten Kanälen rot, gelb, blau gelieferten Farb-Bilder pixelgenau auf Kontraständerung in diversen Graustufen auswerten. Für den geforderten Anwendungsfall wird ein Fleck eine Kontraständerung in der Auswertung hervorrufen. Dieser Fleck soll jedoch kein Hindernis für ein Fahrzeug darstellen. Die hierfür erfolgte Auswertung der beiden Farbkanäle ergibt eine gleichmäßige Sättigung der Farben (Bild 2). Somit wird von der Software keine Differenz errechnet und dieser Zustand als "Nichtkörper" selektiert. Ein Körper wird jedoch immer, im Gegensatz zu einem Fleck, wenn er von einer Lichtquelle angestrahlt wird, einen Schatten werfen.

Da bei diesem Verfahren zwei verschiedenfarbige Lichtquellen eingesetzt werden, wird die in der Höhe versetzt angebrachten Kamera Bild 1+3, den Schatten als fehlender Farbanteil des entsprechenden Farbkanals auswerten und dem Fahrzeug über entsprechende Schnittstelle ein Stopsignal zukommen lassen.

Mit dem Einsatz von Farblichtquellen und Farbkameras läßt sich auch eine absolute Funktionssicherheit des Systems gewährleisten. Neben dem Stand der Technik der üblichen Eigenüberwachung des Rechnersystems wird es einfach sein, die sicherheitsrelevanten Komponenten zu überwachen:

1. Die CCD-Kamera wird über die Mischfarberkennung funktionsfähig überprüft. Die 2 Farblichtquellen werden über das gleiche Softwaremodul abgeprüft. Wenn nur eine Farbe ausgewertet werden kann, ist es eindeutig, daß die 2. Lichtquelle defekt ist. Sind beide Lichtquellen defekt, ist auch eine eingestellte Mischfarbenerkennung nicht möglich. In allen Fällen wird ein negatives Signal erzeugt, welches das Fahrzeug an seiner Weiterfahrt hindert, bzw. vom Fahren zum Notstop bringt.
2. Weiterhin wird durch die statische Ausleuchtung der Fahrstrecke weder der Fahrer noch die evtl. im entfernteren Bereich befindliche Person belästigt.

Durch das definierte Anordnen der zwei Lichtquellen und der dazu unsymmetrischen Anbringung der Kamera - Bild 1, 2 + 3 - werden, als zusätzliches Unterscheidungskriterium, auch drei unterschiedliche große verschieden farbig gesättigte Schatten gebildet und ausgewertet. Diese verschieden großen Schatten werden - jeder für sich - mit dem evtl. am Boden befindlichen Flecken addiert, wenn sie in die eingestellte Grauwertstufe fallen. Der Vergleich beider Größenordnungen - unter Berücksichtigung des örtlichen Versatzes - wird immer ergeben, ob sich ein Körper (eine Person) im Fahrbereich befindet. Die für dieses System notwendige Rechnerleistung wird im Gegensatz zu den heute üblichen Bildmusterauswertungssystemen aus folgenden Gründen um ein Vielfaches geringer sein:

1. Es werden nur bestimmte Pixel je Farbkanal (Bildpunkte) auf Veränderung programmiert.
2. Erst bei Veränderung werden nur die Pixel gezählt, welche angrenzend die gleiche Veränderung aufweisen.
3. Nur diese Summen aus den 2 Farbsignalbereichen mit der entsprechenden Lagekoordinate des Klasters werden zum Vergleich mit den Daten aus dem 2. Bild benötigt. Nur bei Überschreiten der voreingestellten Mindestgröße der durch Subtraktion ermittelte Differenz wird das Stopsignal des Fahrzeuges über eine entsprechende Schnittstelle ausgelöst.

Der Einsatz von zwei verschiedenfarbigen Lichtquellen ist deshalb notwendig, um eine Kontraständerung, hervorgerufen durch Fremdlicht, weitgehend auszufiltern.

Einsatz mit einer polarisierten Lichtquelle (Zeichnung CW 981030)

Eine entsprechende Software wird die von einer mit entsprechenden Polarisationsfiltern ausgerüsteten CCD-Kamera gelieferten Bilder pixelgenau auf Kontraständerung auswerten. Für den geforderten Anwendungsfall wird zwar ein Fleck, eine Kontraständerung, in der Auswertung hervorrufen, aber über den eingestellten Grauwert wird dieser Fleck nicht als Hindernis erkannt (Bild 2). Durch das definierte Anordnen, horizontal und vertikal versetzt (Bild 1 + 2), der Lichtquelle ist gewährleistet, daß bei "Körperanleuchtung" immer ein Schatten "registriert" wird. Ein Körper wird jedoch dadurch erkannt, daß der durch das Anleuchten entstehende Schatten den maximal eingestellten Grauwert erreicht. Durch den Einsatz von polarisiertem Licht ist es sichergestellt, da nur das Abbild im Fahrbereich von der Kamera registriert wird, welches polarisiert angeleuchtet wird (Bild 3). Schatten, hervorgerufen durch Fremdlicht, wird die Auswertung nicht beeinflussen.

Die Betriebssicherheit dieses Verfahrens ist insoweit gewährleistet, daß Ausfall und Manipulation der zwei betriebsnotwendigen Komponenten softwaremäßig sofort erkannt wird.

Die für dieses System notwendige Rechnerleistung wird im Gegensatz zu dem heute üblichen Bildmusterauswertungssystem aus folgenden Gründen um ein Vielfaches geringer sein. Dieses wird dadurch erreicht, daß eine Abbildung von einer Mindestgraustufe erreicht wird, welche auf die Fahrstreckenfarbe eingestellt werden muß.

1. Es werden nur bestimmte Pixelbereiche auf Veränderung programmiert.
2. Erst bei Veränderung werden nur die Pixel gezählt, welche angrenzend die gleiche Veränderung aufweisen.
3. Nur diese Summe (die Mindestgröße wird voreingestellt) löst das Stopsignal über entsprechende Hardwareschnittstellen aus.

Claims

Das Verfahren zum Erkennen von Körpern im Fahrraum eines Fahrzeuges beruht auf der statischen Ausleuchtung der Fahrstrecke in Fahrtrichtung, sowie die laufende Aufnahme des Vorfeldes mittels CCD-Kamera und der Auswertung mit entsprechender Software.
Das Erkennen von Körpern ist dadurch gekennzeichnet,
- a) daß der Fahrraum von zwei im Abstand rechts und links am Fahrzeug montierten farblich unterschiedlichen Lichtquellen ausgeleuchtet wird. Die Erfassung der projektierten Mischlichtfarbe wird von der ständig mitlaufenden Farb-CCD-Kamera erfaßt und als hindernisfreie Fahrtstrecke erkannt. Bei Vorhandensein eines Körpers wird der entstehende Schatten nur von der Lichtquelle ausgeleuchtet, welche nicht den Schatten wirft. Da jetzt die Kamera - etwas höher am Fahrzeug montiert - definierte Farbsättigung der entsprechenden Wellenlänge und der Schattengröße ein entsprechendes Klaster registriert; wird die Software entsprechend einen Körper "registrieren" und dem Fahrzeug über eine Schnittstelle ein Stopsignal zuleiten;
- b) daß der Fahrraum von einer Lichtquelle mit polarisiertem Licht ausgeleuchtet wird und eine CCD-Kamera (im Abstand von der Lichtquelle montiert) mit entsprechendem Filtervorsatz den zu überwachenden Bereich erfaßt und über entsprechende Software auswertet. Das Auftreffen des polarisierten Lichtes auf einen Körper bewirkt durch den hervorgerufenen Schatten ein "Loch" in dem erfaßten Bild. Die Software "registriert" einen Körper und läßt den Stop des Fahrzeuges über die entsprechende Schnittstelle aus.