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CN112400315A - 拍摄装置监测方法 - Google Patents

拍摄装置监测方法 Download PDF

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CN112400315A
CN112400315A CN201880095613.4A CN201880095613A CN112400315A CN 112400315 A CN112400315 A CN 112400315A CN 201880095613 A CN201880095613 A CN 201880095613A CN 112400315 A CN112400315 A CN 112400315A
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M·辛金斯
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Abstract

一种用于监测观察场景的至少一个拍摄装置的操作的方法，包括以下步骤：a）在拍摄装置（1‑1、1、2、...）的视野内产生（S1）移动图案（9）；b）检测来自拍摄装置（1‑1、1、2、...）的连续图像中的改变（S2）；以及c）如果没有检测到改变，则确定（S4）拍摄装置（1‑1、1、2、...）不是正常的。

Description

拍摄装置监测方法
技术领域
本发明涉及一种用于监测拍摄装置（camera）的操作的方法。
背景技术
在机器人正在操作的工业环境中，有必要确保没有人能够处于机器人的操作范围内并且由于其移动而受伤。为此，可以采用拍摄装置来监视机器人的周围环境。然而，如果能够可靠地判定这些图像是否表示周围环境的当前状态，则能够仅基于由这些拍摄装置提供的图像来确保人的安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于监测拍摄装置的操作的简单方法，这种判定可以基于该方法。
该目的通过一种用于监测观察场景的至少一个拍摄装置的操作的方法来实现，该方法包括以下步骤：
a）在拍摄装置的视野内产生移动图案；
b）检测来自拍摄装置的连续图像中的改变；以及
c）如果没有检测到改变，则确定所述拍摄装置不是正常的（in order）。
如果拍摄装置的视野覆盖移动的机器人，则机器人的移动也可导致来自拍摄装置的连续图像的改变，因此如果在图像中辨别出机器人的移动，则可以假设拍摄装置是正常的并且正在产生实时图像。然而，如果机器人静止不动，则不存在这种假设的基础。因此，在该情况下，机器人不能开始移动，除非以某种其他方式确保拍摄装置在正常工作。这可以通过首先移动图案来完成，因为图案可以在不危及人的情况下被移动。
如果拍摄装置可以基于根据来自拍摄装置的图像来估计图案的速度，并且如果估计的速度与移动图案的实际速度显著不同，则确定拍摄装置不是正常的，则状况的判断更可靠。采用该方式，可能区分实时图像序列与例如在无限循环中重复的图像。
此外，可以基于移动图案的速度改变与所估计的速度的后续改变之间的延迟来检测来自拍摄装置的图像的传输中的延迟。知道这种延迟对于设置最小距离是有用的，在不触发紧急停止或至少降低机器人的最大可允许速度的情况下，人和机器人之间的距离不能被允许下降到低于所述最小距离。
可以通过将图案投影到场景上来生成图案，如果该场景包括其上可以投影图案的表面的话；在该情况下，通过将拍摄装置聚焦在该表面上，可以确保获得图案的聚焦图像。
如果不确定场景包括其上投影图案的表面，则可以在被放置在拍摄装置的视野内的物理物体中体现图案。然后，可以通过使物体位移来移动图案。
备选地，物体可以是插入在拍摄装置和场景之间的LCD屏幕；在该情况下，LCD屏幕不必为了产生移动图案而被位移；取而代之，图案可以由LCD屏幕的像素形成，所述像素被控制为具有不同的颜色或不同的透明度，并且通过在LCD屏幕上使这些像素位移而使图案移动。
在包括至少一对拍摄装置的拍摄装置系统中，所述一对拍摄装置的视野至少部分地重叠，诸如3D视觉系统，移动图案可以位于视野的重叠部分中。因此单个移动图案足以监测多个拍摄装置的操作。
移动图案可以在正在拍摄装置的视野内移动的一个物理物体中实现。在该情况下，拍摄装置的视野甚至不必重叠；相反，由于物理物体的移动，由该物理物体的一部分形成的图案可以连续地出现在拍摄装置的视野中。
如果存在多个拍摄装置，则通过基于来自拍摄装置中的一个拍摄装置的图像来生成图案的速度的第一估计，基于来自拍摄装置中的另一个拍摄装置的图像来生成图案的速度的第二估计，并且如果速度估计速度显著不同，即，如果它们的差异超过给定第一估计和第二估计的有限精度将期望的差异，则确定至少一个拍摄装置不是正常的，可以改进拍摄装置是否正常的判定的可靠性。
如果存在至少三个拍摄装置，则可以基于来自这些拍摄装置的图像来生成至少三个速度估计。这里，如果从这些拍摄装置导出的速度估计没有显著不同，则拍摄装置中的至少两个被确定为是正常的，即，虽然根据其他实施例，仅拍摄装置不是正常的判断是确定的，并且即使没有被判断为不是正常的，拍摄装置仍然可能在某种程度上或其他方面是有缺陷的，但是该实施例允许拍摄装置是正常的并且可以被信赖的肯定判断。
根据本发明的优选应用，由一个或多个拍摄装置监测的场景包括至少一个机器人，并且如果确定拍摄装置不是正常的，则禁止机器人的移动，或者仅考虑来自被确定为正常的拍摄装置的图像来控制机器人的移动。
附图说明
参考附图，本发明的另外的特征和优点将从其实施例的以下描述中变得明显。
图1是根据本发明的第一实施例的设置的示意图；以及
图2是根据本发明的第二实施例的设置的示意图；以及
图3示出了本发明的方法的流程图。
具体实施方式
在图1中，提供多个拍摄装置1-1、1-2、...以便监测机器人2的环境，拍摄装置1-1、1-2、...面对限定环境的表面，例如壁3。拍摄装置1-1、1-2、...具有重叠的视野4-1、4、2、...，其在图1中由壁3上的圆圈表示。
投影仪将物体6的图像7投影到壁3上。图1仅示出了投影仪的光源5；在物体6和壁3之间可以存在未示出的成像光学器件。
物体6将壁3的一部分与光源5的光屏蔽。物体6的边缘8投影到壁3上，产生贯穿拍摄装置的视野4-1、4、2、...的轮廓图案9。
通过马达11使物体6在垂直于拍摄装置1-1、1-2、...的光轴10的方向上位移。控制器12被连接以从拍摄装置1、1-2、...接收图像数据，从而控制马达11并向机器人2提供拍摄装置状态数据。
根据本发明的第一实施例，马达11被控制以连续地使物体6位移（参见图3的步骤S1）。如果物体6是例如环形带（endless band）或旋转盘，则它可以无限地位移而总是不必改变它的方向。轮廓9因此连续地移动穿过每个拍摄装置的视野4-1、4-2、...。
在此实施例中，控制器12可以通过比较（S2）来自每个拍摄装置的连续图像对，来彼此独立地监测每个拍摄装置1-1、1-2、...。如果在步骤S3中从一个图像到下一个图像改变了其颜色的像素的量超过给定阈值，则可以假设拍摄装置产生了实况图像，并且该方法结束。如果该量小于阈值，则必须断定在图像中不能表示移动轮廓9，并且在该情况下，拍摄装置没有在正确地操作。在该情况下，向机器人2输出（S4）故障信号，从而指示机器人2附近的人可能未被拍摄装置检测到。机器人2通过停止其移动来响应于故障信号。
在稍微更复杂的方法中，控制器12基于在步骤S1中由马达11使物体6位移的速度来计算边缘8的图像应当正在来自拍摄装置的连续图像中移动的速度（S2），并且如果它在图像中发现正在以该速度移动的结构（S3），则它断定轮廓9是边缘8的图像，并且由于正确地感知了轮廓9，所以拍摄装置看起来操作正确。如果存在移动结构，但是其速度和/或其位移方向与边缘8不匹配，则拍摄装置没有在正确地操作，并且故障信号被输出到机器人2（S4）。
根据又一种方法，控制器12被编程以在预定时刻从物体6的第一速度切换到第二速度（步骤S3'）。如果来自拍摄装置的图像包括对应于边缘8的图案，则控制器12将继续接收图像，其中该图案在所述时刻之后由于图像到控制器12的传输中的非零延迟而以第一速度移动一段时间。该延迟被检测（S5）并且被传送到机器人2。如果该延迟超过预定阈值，则机器人2停止，正如它接收上述故障信号的情况那样，因为即使在图像中可以识别接近机器人2的人，这也将发生得太晚以使得除非机器人2完全停止，否则人不能被保护免受机器人的伤害。低于阈值的情况下，延迟越小，在机器人停止移动之前人可以接近机器人2的距离可以被设置得越高。
图1的设置要求存在壁3或图案9可以投影到其上的某个其他种类的屏幕。如果在机器人2的环境中没有这样的屏幕可用，例如因为机器人2正在壁远离机器人的大堂中工作，或者因为环境包含不可预测地移动的物体，则物体6本身被放置在拍摄装置1-1、1-2、...的视野内，并且投影仪可以被省去。
物理物体6和用于使它位移的马达11可以由如图2中示意性示出的LCD屏幕13代替，该LCD屏幕13的像素可以被控制为是透明的，或者由控制器12形成移动的不透明区域14。像物理物体6那样，LCD屏幕13可以是投影仪的一部分，使得不透明区域的阴影被投影到场景中作为移动图案9，或者LCD屏幕13可以被放置在拍摄装置1-1、1-2、...的前面，使得LCD屏幕13的不透明区域14本身是要由拍摄装置1-1、1-2、....检测的移动图案9。上述方法可以针对每个拍摄装置1-1、1-2、....单独执行。然而，因为所有拍摄装置1-1、1-2、...正在监视相同物体6，所以可以从以下事实中得出优点：如果拍摄装置1-1、1-2、...在正常工作，则物体6的速度估计对于所有拍摄装置应该产生相同结果。如果没有，则至少一个拍摄装置没有在正常工作。
在这种情况下，可想到不同的处理方式。如果速度估计不一致，并且无法找出能信赖哪个估计以及不能信赖哪个估计，则必须断定没有拍摄装置可被信任提供正确图像；在该情况下，控制器12向机器人2输出故障信号，并且机器人2停止移动。
存在各种方式来找出哪个拍摄装置能被信任并且哪个拍摄装置不能被信任。例如，如果控制器12还控制物体6的移动，并因此能够计算物体6的预期速度，该预期速度也应该是基于拍摄装置的估计的结果，则其图像产生与预期速度显著不同的物体6的速度估计的任何拍摄装置可以被确定为没有正常操作。
备选地，如果存在至少三个拍摄装置并且这些拍摄装置中的至少两个产生相同的速度估计，则可以断定这些拍摄装置在正常工作，并且产生偏差的估计的拍摄装置没有在正常工作。
如果其他拍摄装置没有监测到被发现未正常操作的拍摄装置的部分的视野，则有可能在该部分的视野中接近机器人2的人未被注意。为了防止这种情况发生，控制器12可以向机器人2输出故障信号，从而使它停止移动，如上所述。如果不正常操作的拍摄装置的视野没有未被第二拍摄装置监测的部分，则人不可能在未被检测到的情况下接近机器人2；在该情况下，机器人2可以继续操作，但是应当输出警告，以便确保不正确操作的拍摄装置将在不久的将来经受维护。
参考标号
1拍摄装置
2机器人
3壁
4视野
5光源
6物体
7图像
8边缘
9图案
10光轴
11马达
12控制器
13 LCD屏幕
14不透明区域

Claims (10)

1.一种用于监测观察场景的至少一个拍摄装置的操作的方法，包括以下步骤：
a）在所述拍摄装置（1-1、1、2、...）的视野内产生（S1）移动图案（9）；
b）检测来自所述拍摄装置（1-1、1、2、...）的连续图像中的改变（S2）；以及
c）如果没有检测到改变，则确定（S4）所述拍摄装置（1-1、1、2、...）不是正常的。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：基于来自所述拍摄装置（1-1、1、2、...）的图像来估计（S2）所述图案（9）的速度，并且确定如果所估计的速度与所述移动图案的实际速度显著不同，则所述拍摄装置（1-1、1、2、...）不是正常的。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括以下步骤：改变（S3'）所述移动图案（9）的所述速度，并且检测所述移动图案（9）的速度的所述改变与所估计的速度的改变之间的延迟（S4'）。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，通过将所述图案（9）投影到所述场景上来生成所述图案（9）。
5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，通过在所述拍摄装置（1-1、1、2、...）与所述场景之间插入的LCD屏幕（13）上显示所述图案（9、14）来生成所述图案（9、14）。
6.根据权利要求1、2或3所述的方法，用于监测至少一对拍摄装置（1-1、1、2、...）的所述操作，其中，所述拍摄装置（1-1、1、2、...）的所述视野（4-1、4-2、...）至少部分重叠，并且所述移动图案（9）位于所述视野（4-1、4-2、...）的重叠部分中。
7.根据权利要求1、2或3所述的方法，用于监测至少一对拍摄装置（1-1、1、2、...）的所述操作，其中，所述移动图案（9）被实现在所述拍摄装置的所述视野（4-1、4-2、...）内移动的一个物理物体（6）中。
8.根据权利要求6或7所述的方法，还包括以下步骤：基于来自所述拍摄装置中的一个拍摄装置的图像来生成所述图案的所述速度的第一估计，并且基于来自所述拍摄装置中的另一个拍摄装置的图像来生成所述图案的所述速度的第二估计，并且如果所述速度估计速度显著不同，则确定至少一个拍摄装置不是正常的。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，基于来自第一到第三拍摄装置的图像来生成至少三个速度估计，并且如果从这些拍摄装置导出的所述速度估计没有显著不同，则确定所述拍摄装置中的至少两个是正常的。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述场景包括至少一个机器人（2），并且如果确定拍摄装置不是正常的，则禁止（S4）所述机器人（2）的移动，或者仅考虑来自被确定为有条理的拍摄装置的图像来控制所述机器人的移动。
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