[發明專利]用于對監測區域進行光學檢測的光電傳感器和方法

在審

• 申請號: 201710896454.5
• 申請日: 2017-09-28
• 公開（公告）號: CN107894243A
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發明（設計）人: 馬庫斯·哈姆斯;克里斯多佛·霍夫曼;約阿希姆·克雷默;約爾格·西格蒙德
• 申請（專利權）人: 西克股份公司
• 主分類號: G01D5/26
• 分類號: G01D5/26
• 代理公司: 北京安信方達知識產權代理有限公司11262
• 代理人: 周靖,楊明釗

本發明涉及根據權利要求1或10的前序部分的用于對監測區域進行光學監測的光電傳感器和方法。

許多光電傳感器使用自身的激光照明裝置。然而，由于眼睛保護要求，激光照明裝置要么只能借助嚴格限制光學輸出功率來操作，要么必須根據較高保護等級的激光標準，例如在根據EN 60825的3R、3B或4的1M等級以上進行分級。在較高保護等級下對設備操作方面的嚴格要求通常是不可接受的。在使用其他光源時也可能會出現類似的要求，例如EN 62471對LED的要求。

3D相機獲取圖像數據，該圖像數據也包含距離信息，并且被稱為三維圖像或深度圖(Tiefenkarte)。根據3D檢測的情況，有源照明裝置對于傳感器功能來說是絕對需要的，或者至少使圖像數據的質量更好。

光飛行時間傳感器(Lichtlaufzeitkamera)評估其發射光在其圖像傳感器的像素中的傳播時間。用于相應的光飛行時間圖像傳感器的已知方法是光電混合檢測(Photomischdetektion)。

立體相機系統從略有不同的視角獲取場景的多個二維圖像。在重疊的圖像區域中將相同的結構識別出來并通過三角測量根據相機系統的差異和光學參數計算距離。即使沒有自身的照明裝置，立體觀測原則上也可作為無源立體觀測來進行。然而，如果待監測的場景對比度差或者具有結構小的區域，則立體觀測評估是不可靠的。在這種情況下，可以想到至少兩種類型的誤差，即無法找到彼此相應的結構元素或者錯誤的分配。結果是，三維圖像中有空隙或者對距離的錯誤計算。這可以通過圖案照明裝置的人工結構來避免。在立體觀測原理的變型中，僅獲取一個圖像并與已知的投影圖案相關聯，從而最后，通過場景中的輪廓來評估照明圖案的變形。

為了用3D相機即使在有效范圍較大時產生高質量的圖像數據，照明裝置應是功率強大的。這一點特別適用于安全技術應用，在該應用中通過3D相機監測危險源并在必要時采取防護措施。但是另一方面，如果可能的話，需要遵守用于眼睛保護的不令人擔心的激光保護等級，例如根據EN60825的類型1或1M。這些矛盾的要求不容易彼此一致。

DE 10 2009 031 732 B3描述了立體觀測系統，該立體觀測系統首先以極低的光學輸出功率檢查臨時的工作區域。只有當那里沒有辨認出不允許的對象時，才會切換到更高的激光功率。在這點上的缺點在于，必須區分開接通操作(Einshaltbetrieb)和正常操作(Regelbetreib)，這使得方法相對復雜。DE 10 2010 037 744 B3通過在接通期間以其它方式對附近區域進行檢查而不是通過隨后的正常操作的立體算法對該方法進行了改進。當然，切換本身并不能由此得以避免。

DE 10 2009 013 735 A1公開了一種用于對監測區域進行監測的傳感器，其中傳感器測量作用在對象上的單位面積功率。當檢測到對象時，調節功率，以防止超過預定值。這要求對作用的輻射功率進行連續的測量，由于對只部分已知的參數(例如對象距離和對象的反射特性(Remissionseigenschaft))的依賴性，該連續測量成本高且必須同時進行測量，因此是不可靠的。

在US 2007/0001111 A中公開了一種激光投影儀，其出于個人保護的目的借助于接近傳感器直接在投影儀上將保護區內的人員識別出來，以根據投影儀的掃描移動的速度和接近傳感器的反饋來調節光功率。但眼睛保護考慮對于3D相機來說不適合。

GB 2 295 740 A公開了一種基于激光的測距儀，其具有弱激光和強激光。強激光只有在之前用弱激光沒有檢測到人員時才能被激活。同樣，這種涉及準直激光的眼睛保護考慮也不適用于3D相機。

在US 6 661 820 B1中，介紹了一種與圖像傳感器一起使用的用于結構化光的投影儀。在此，雖然最大化了安全的激光功率，但情境上并不適合于實際捕獲的對象。因此，只能做出固定假設，并且用于在具有比這些假設更有利的框架條件的場景中來升高光功率的活動空間(Spielraum)仍未被使用。

在US 8 290 208 B2中以及類似地也在US 9 201 501 B2中，當人員位于投影場中時，對激光投影儀的功率進行調節。為此，卻要進行非常繁冗的圖像分析。

因此，本發明的任務在于，對所述類型的光電傳感器的照明裝置的功率調節進行改進。