CN118091782A - 一种多光幕检测系统 - Google Patents

Abstract

为解决现有技术的存在的问题，本发明提供了一种多光幕检测系统，包括：覆盖监测区域的至少两道光幕及分析模块。所述分析模块接收每一道光幕的信息后进行目标分析后形成控制指令。所述目标分析包括：目标模型分析、目标运动路径分析。所述目标模型分析，根据接收的光幕信息分析目标的外轮廓信息，进的得到目标的虚拟模型信息。所述目标运动路径分析，根据接收的光幕信息结合目标的虚拟模型信息分析目标在光幕区域中的触发变化，以得到目标通过光幕区域的路径及目标当前在光幕区域中的当前位置和/或运动趋势。本发明通过多道光幕的设置，从而可以实现对光幕检测区内目标位置和运动轨迹、运动趋势的分析，从而更准确的形成对自动装置的控制指令。

Description

一种多光幕检测系统

技术领域

本发明涉及光幕传感器技术领域，尤其涉及一种多光幕检测系统。

背景技术

扫描式光幕传感器是目前非常主流的用于自动控制设备感应端的传感器，扫描式光幕传感器通过通过一个不停转动的多面镜，将固定朝向发射的脉冲激光偏转为与一个多面镜镜面相对应的平面内的数个激光束，从而形成一道扫描光幕。当扫描光幕中存在反光物体时，激光被发射回扫描式光幕传感器的光电检测器端，基于TOF原理实现对反光物体的存在和距离检测。

但是现有的光幕仅能完成对扫描区域内目标的存在以及目标相对传感器的距离进行检测，并不能对目标的运动轨迹、运动趋势进行分析，而由于自动装置进行受控运动时存在反应时间，因此光幕往往需要距离自动装置一定的距离，这就导致并非自动装置目标的物体经过光幕时也会触发自动装置的错误响应，给用户带来不佳的使用体验。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种多光幕检测系统，包括：覆盖监测区域的至少两道光幕及分析模块。所述分析模块接收每一道光幕的信息后进行目标分析后形成控制指令。

所述目标分析包括：目标模型分析、目标运动路径分析。其中，所述目标模型分析，根据接收的光幕信息分析目标的外轮廓信息，进的得到目标的虚拟模型信息。所述目标运动路径分析，根据接收的光幕信息结合目标的虚拟模型信息分析目标在光幕区域中的触发变化，以得到目标通过光幕区域的路径及目标当前在光幕区域中的当前位置和/或运动趋势。

所述控制指令根据目标当前在光幕区域中的当前位置和运动趋势触发形成。

进一步的，所述至少两道光幕由一个或多个激光扫描传感器形成。

进一步的，所述激光扫描传感器通过旋转镜的镜面将固定朝向发射的激光连续偏转后形成一个与镜面对应的扫面扇面，一个扫面扇面为一道光幕。

进一步的，所述旋转镜为多面镜且每个镜面相对旋转镜中心转轴向外偏转不同角度，从而使得每个镜面形成的扫面扇面互不重叠，从而得到多个互不重叠的光幕。

进一步的，所述目标模型分析包括如下分析步骤：

步骤1.1获取没有目标物体时的每个光幕中每条检测光路检测到的目标点距离信息，形成扫描背景信息A。

步骤1.2获取存在目标物体时的每个光幕中每条检测光路检测到的目标点距离信息，形成扫描检测信息B。

步骤1.3通过对比扫描背景信息A和扫描检测信息B得到目标物体的虚拟截面轮廓信息C。

步骤1.4连接每个光幕得到的虚拟截面轮廓信息C，得到目标的外轮廓拟合模型D。以目标的外轮廓拟合模型D作为目标的虚拟模型。

进一步的，所述目标运动路径分析包括：

步骤2.1记录每一道光幕的空间位置信息E，记录目标触发的最接近自动装置的光幕形成的轮廓信息F，以轮廓信息F在光幕区域中的所触发光幕的位置判断目标在光幕区域中的当前位置G。

步骤2.2记录目标在光幕区域中触发光幕的触发顺序Hn、每一道光幕的触发位置In，其中n为记录点的编号序号。

步骤2.3根据触发顺序Hn和当前位置G判断目标在光幕区域中的运动路径J。

进一步的，当目标在光幕区域中的当前位置G达到预设目标区域时，形成对应的控制指令。

进一步的，步骤2.3所述根据触发顺序Hn和当前位置G判断目标在光幕区域中的运动路径J的方法包括：

步骤2.3.1按照触发顺序Hn依次连接轮廓信息F的指定点，形成运动轨迹K。

步骤2.3.2在运动轨迹K上，按照触发顺序Hn，由在先触发指向在后触发标记指向性标记，得到运动路径J。

进一步的，所述目标运动路径分析还包括目标运动趋势分析，所述目标运动趋势分析包括：

步骤2.4获取运动轨迹K，并在目标最新触发的光幕的轮廓信息F的指定点处做运动轨迹K的切线L。

步骤2.5在切线L上按照指向性标记方向进行运动趋势标记，形成目标运动趋势线M，以目标运动趋势线M标示目标运动趋势。

进一步的，所述目标运动趋势分析还包括：

步骤2.6按照触发顺序Hn记录目标在光幕区域中每次触发光幕的时间Nn，其中n为记录点的编号序号。

步骤2.7根据目标通过相邻光幕的时间差Om和对应相邻光幕的间距Pm计算目标通过相邻光幕的速度Qm，其中m为根据运动路径J形成的相邻光幕的顺序编号，Qm＝Pm/Om。

步骤2.8以最接近Qm的R个数据点的差值平均数S对Qm进行修正后得到目标在光幕区域内的运动速度趋势值Tm，并以指向性标记方向标记运动速度趋势值Tm。

根据目标的当前位置G和运动速度趋势值Tm判断是否形成控制指令。

本发明至少具有以下有益效果之一：

1.本发明通过多道光幕的设置，从而可以实现对光幕检测区内目标位置和运动轨迹、运动趋势的分析，从而更准确的形成对自动装置的控制指令。

2.本发明的多道光幕可以是一台传感器或多台传感器并用形成，可根据安装环境进行灵活选择。

3.本发明还可以形成的目标的运动速度趋势和目标位置进一步判断是否形成控制指令，从而进一步提高控制指令发出的准确性和适宜性。

附图说明

图1所示为本发明光幕形成原理和虚拟模型轮廓形成示意图；

图2所示为本发明多道光幕形成光幕区域的示意图；

图3所示为本发明在虚拟空间中形成运动轨迹的示意图；

图4所示为本发明多光幕扫描传感器的多面镜结构示意图；

图5所示为本发明多光幕扫描传感器形成的多道光幕的示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

下面结合附图，对本申请的多光幕检测系统进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

实施例1

一种多光幕检测系统，如图1所示，包括：覆盖监测区域的两道或三道或五道或十道或其他设计需要数量的光幕及分析模块。所述分析模块接收每一道光幕的信息后进行目标分析后形成控制指令。

所述目标分析包括：目标模型分析、目标运动路径分析。其中，所述目标模型分析，根据接收的光幕信息分析目标的外轮廓信息，进的得到目标的虚拟模型信息。所述目标运动路径分析，根据接收的光幕信息结合目标的虚拟模型信息分析目标在光幕区域中的触发变化，以得到目标通过光幕区域的路径及目标当前在光幕区域中的当前位置和/或运动趋势。

所述控制指令根据目标当前在光幕区域中的当前位置和运动趋势触发形成。

图1所示为扫描式光幕传感器形成的光幕示意图，在旋转镜的转动作用下，脉冲光源会形成不同偏转角的检测光束1，一个旋转镜的镜面转动过程中会形成数个检测光束1，进而组成一道光幕2。

如图2所示，当目标4侵入由光幕2-1至光幕2-6形成的光幕区域时，会导致接触到目标4的光幕其检测点发生变化，从而形成响应信息。基于TOF原理，传感器还可以检测出目标4外轮廓相对传感器的距离。

本发明基于目标4在光幕区域中的运动通过目标模型分析和目标运动路径分析形成对应的控制指令，相比现有的光幕触发性即形成控制指令，具有更高的判断准确性，可以在目标4采取靠近自动装置的时候启动对自动装置的控制，而对于目标4仅为通过光幕的运动，并不触发对自动装置的控制，从而有效提高传感器系统对自动装置控制的准确性，提高用户体验。

以自动装置为自动闸门为例，现有技术一般将检测光幕设置在自动闸门入口侧前方0.5-1米位置处，这样当人触发光幕后，自动门可以及时打开，但是也存在，当人从自动门前通过时，由于触发了光幕而导致自动门错误开启，给行人和自动门的用户带来不佳的使用体验。而采用本发明多光幕检测系统以后，由于自动门的开启触发不仅与人在光幕区域中的位置有关，还与人的运动轨迹和运动趋势有关，因此对于人的运动轨迹或运动趋势并未朝向自动门的，即使人处于光幕区域中，自动门也不会误开启，有效提高了自动门的控制准确率，提高用户使用体验。

实施例2

基于实施例1的多光幕检测系统，所述目标模型分析包括如下分析步骤：

步骤1.1获取没有目标物体时的每个光幕中每条检测光路检测到的目标点距离信息，形成扫描背景信息A。

步骤1.2获取存在目标物体时的每个光幕中每条检测光路检测到的目标点距离信息，形成扫描检测信息B。

步骤1.3通过对比扫描背景信息A和扫描检测信息B得到目标物体的虚拟截面轮廓信息C。

步骤1.4连接每个光幕得到的虚拟截面轮廓信息C，得到目标的外轮廓拟合模型D。以目标的外轮廓拟合模型D作为目标的虚拟模型。

对于目标的识别，现有技术通常需要采用图像对比技术，这就导致还需要在光幕传感器之外再增加一个拍摄装置和图形分析系统，对硬件设备的要求和对软件系统的要求都提高了，会显著增加用户的使用成本。而如果不增加目标识别，则可能任何进入光幕检测区域的目标都会触发对自动装置的控制，误触发率很难控制。

本发明通过上述方法实现了对进入光幕区域的目标进行轮廓识别，从而可以较为准确的判断进入光幕检测区域的目标是否为自动装置的响应目标。其基本原理如图1所示，在一个光幕中，当出现目标4时，每一条检测光束1扫过目标4均会形成一个光反射点和测距值，通过在虚拟空间中模拟传感器位置和相应检测光束1的朝向和测距值，即可模拟目标4在该检测光束1处对应的反射点位置。将全部照射目标4的检测光束1形成的反射点位置进行连线，就可以得到一个与目标4外轮廓相似的虚拟模型轮廓4-1，检测光束1的密度越高，则虚拟模型4-1的精度也越高。通过对目标4触发的全部光幕的虚拟模型轮廓4-1进行连线即可得到目标4在光幕区域中的虚拟模型。根据虚拟模型与预设模型对比，即可判断目标4是否为自动装置的响应目标。

以自动门为例，当虚拟模型判断为猫时，无论目标4是否运动至自动门，多光幕检测系统均拒绝向自动门发送开启指令。当虚拟模型表现判断为人时，结合其他判断分析结果，多光幕检测系统可以向自动门发送开启指令。

实施例3

基于实施例1或2的多光幕检测系统，所述目标运动路径分析包括：

步骤2.1记录每一道光幕的空间位置信息E，记录目标触发的最接近自动装置的光幕形成的轮廓信息F，以轮廓信息F在光幕区域中的所触发光幕的位置判断目标在光幕区域中的当前位置G。

步骤2.2记录目标在光幕区域中触发光幕的触发顺序Hn、每一道光幕的触发位置In，其中n为记录点的编号序号。

步骤2.3根据触发顺序Hn和当前位置G判断目标在光幕区域中的运动路径J。

步骤2.3所述根据触发顺序Hn和当前位置G判断目标在光幕区域中的运动路径J的方法包括：

步骤2.3.1按照触发顺序Hn依次连接轮廓信息F的指定点，形成运动轨迹K。根据需要指定点可以是上轮廓中位点、上轮廓左侧最外侧点等。

步骤2.3.2在运动轨迹K上，按照触发顺序Hn，由在先触发指向在后触发标记指向性标记，得到运动路径J。

如图2和图3所示，在虚拟空间5中根据实际光幕2-1至光幕2-6的空间位置信息E形成与光幕数量、位置对应的虚拟光幕6-1至虚拟光幕6-6，当目标4进入实际光幕区域时，在虚拟光幕区域对应形成目标4的虚拟模型7，并依次记录目标4触发光幕的顺序，形成运动轨迹K。例如当目标4朝向自动装置运动时，其依次触发实际光幕2-1至光幕2-6，并在虚拟光幕区域中形成如轨迹8所示的运动轨迹，根据此时目标4触发光幕的顺序为光幕2-1至光幕2-6，因此在轨迹8上标注如图所示的由虚拟光幕6-1指向虚拟光幕6-6的箭头作为指向性标记。当目标4路过实际光幕区域时，其触发实际光幕的顺序为2-1至2-4至2-2，并在虚拟光幕区域中形成如轨迹9所示的运动轨迹，根据此时目标4触发光幕的顺序为光幕2-1至光幕2-4至光幕2-2，因此在轨迹9上最终标注如图所示的由虚拟光幕6-4指向虚拟光幕6-1的箭头作为指向性标记。

通过仿真模拟的方式可以在虚拟空间5中得到目标4的运动路径J，从而可以判断目标4是否有意接近自动装置，例如进入响应区域10(以图3为例，响应区域10为虚拟光幕6-6对应的检测区域)，或仅为路过光幕区域，从而可以更准确的控制自动装置的启闭。

实施例4

基于实施例3的多光幕检测系统，所述目标运动路径分析还包括目标运动趋势分析，所述目标运动趋势分析包括：

步骤2.4获取运动轨迹K，并在目标最新触发的光幕的轮廓信息F的指定点处做运动轨迹K的切线L。

步骤2.5在切线L上按照指向性标记方向进行运动趋势标记，形成目标运动趋势线M，以目标运动趋势线M标示目标运动趋势。

对于部分开启时间较慢的自动装置，等待运动轨迹形成接近自动装置的判断时，可能已经无法及时开始自动装置，因此本发明引入了运动趋势分析，通过分析得到目标每次通过光幕时形成的目标运动趋势线M，判断目标的运动趋势是否是朝向自动装置，如是，则可以在相对自动装置较远的光幕被触发时即控制自动装置启动，而不用等待运动轨迹完全进入响应区域。如否，则继续进行运动轨迹判断，此时即使目标的运动轨迹通过响应区域，但是当目标的运动趋势依然不朝向自动装置，则依然不对自动装置进行响应控制。仅当目标的运动轨迹通过响应区域且运动轨迹位于响应区域中的部分的运动趋势朝向自动装置时，控制自动装置响应。

该方法可以进一步提高对自动装置目标的判断准确率，进一步有效减少由于贴着自动装置路过的目标导致的误触发的产生。

实施例5

基于实施例4的多光幕检测系统，所述目标运动趋势分析还包括：

步骤2.6按照触发顺序Hn记录目标在光幕区域中每次触发光幕的时间Nn，其中n为记录点的编号序号。

步骤2.7根据目标通过相邻光幕的时间差Om和对应相邻光幕的间距Pm计算目标通过相邻光幕的速度Qm，其中m为根据运动路径J形成的相邻光幕的顺序编号，Qm＝Pm/Om。

步骤2.8以最接近Qm的R个数据点的差值平均数S对Qm进行修正后得到目标在光幕区域内的运动速度趋势值Tm，并以指向性标记方向标记运动速度趋势值Tm。

根据目标的当前位置G和运动速度趋势值Tm判断是否形成控制指令。

由于自动装置进行响应动作均需要一定的时间，而目标的运动速度往往不一致，尤其是针对的目标不同时。如均采用相同的位置判断方法，则对于快速移动的目标，自动装置很可能不能及时完成响应动作，造成用户体验不佳。本发明实施例5提供的方法可针对不同运动速度的目标产生对应的提前量分析。以图3为例，虚拟模型7通过虚拟光幕6-1和虚拟光幕6-2的时间差O1＝0.0281秒，虚拟光幕6-1和虚拟光幕6-2的间距P1＝5cm，则可以计算此时虚拟模型7对应的目标4的运动速度Q1＝P1/O1＝0.05/0.0181＝1.78m/s，属于正常成年人相对较快的步行速度，则此时响应区域由虚拟光幕6-6调整为虚拟光幕6-5，以进行一定的提前控制。

实施例6

基于上述实施例的多光幕检测系统，所述光幕由一个或多个激光扫描传感器形成。

所述激光扫描传感器通过旋转镜的镜面将固定朝向发射的激光连续偏转后形成一个与镜面对应的扫面扇面，一个扫面扇面为一道光幕。此时一个激光扫描传感器形成一道光幕，每个镜面都在重复扫描该光幕区域，该传感器对同一位置的检测频率较高，检测精度较好，但是需要数个传感器以形成多光幕检测区域，且需要较适宜的安装空间配合。

也或者，如图4和5所示，所述旋转镜包括发射端偏转镜301和接收端偏转镜302，发射端偏转镜301和接收端偏转镜302的且每个镜面303均同步相对旋转镜中心转轴向外偏转不同角度，从而使得每个镜面形成的扫面扇面互不重叠，从而得到多个互不重叠的光幕。此时一个激光扫描传感器形成多道光幕，每个镜面形成一个不重叠的光幕区域，如图5所示的光幕2-1至光幕2-5。该传感器虽然对每个光幕的检测频率和精度不如单光幕传感器，但是可通过一个传感器即形成需要的多光幕检测区域，可极大节约使用成本和安装空间。

根据安装环境的要求可选择不同的传感器进行组合得到设计需要数量的数到光幕。

根据需要，分析模块可按照在扫描式激光传感器内部，作为传感器的一个分析模块存在，也可以加装在自动装置或远程系统的控制系统中作为一个分析模块存在，也可以作为一个独立的分析装置分别与传感器和自动装置信号连接后进行数据接收、数据分析、控制指令发送工作。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种多光幕检测系统，其特征在于，包括：覆盖监测区域的至少两道光幕及分析模块；所述分析模块接收每一道光幕的信息后进行目标分析后形成控制指令；

所述目标分析包括：目标模型分析、目标运动路径分析；其中，所述目标模型分析，根据接收的光幕信息分析目标的外轮廓信息，进的得到目标的虚拟模型信息；所述目标运动路径分析，根据接收的光幕信息结合目标的虚拟模型信息分析目标在光幕区域中的触发变化，以得到目标通过光幕区域的路径及目标当前在光幕区域中的当前位置和运动趋势；

所述控制指令根据目标当前在光幕区域中的当前位置和/或运动趋势触发形成。

2.根据权利要求1所述多光幕检测系统，其特征在于，所述至少两道光幕由一个或多个激光扫描传感器形成。

3.根据权利要求2所述多光幕检测系统，其特征在于，所述激光扫描传感器通过旋转镜的镜面将固定朝向发射的激光连续偏转后形成一个与镜面对应的扫面扇面，一个扫面扇面为一道光幕。

4.根据权利要求3所述多光幕检测系统，其特征在于，所述旋转镜为多面镜且每个镜面相对旋转镜中心转轴向外偏转不同角度，从而使得每个镜面形成的扫面扇面互不重叠，从而得到多个互不重叠的光幕。

5.根据权利要求1所述多光幕检测系统，其特征在于，所述目标模型分析包括如下分析步骤：

步骤1.1获取没有目标物体时的每个光幕中每条检测光路检测到的目标点距离信息，形成扫描背景信息A；

步骤1.2获取存在目标物体时的每个光幕中每条检测光路检测到的目标点距离信息，形成扫描检测信息B；

步骤1.3通过对比扫描背景信息A和扫描检测信息B得到目标物体的虚拟截面轮廓信息C；

步骤1.4连接每个光幕得到的虚拟截面轮廓信息C，得到目标的外轮廓拟合模型D；以目标的外轮廓拟合模型D作为目标的虚拟模型。

6.根据权利要求1或5任一所述多光幕检测系统，其特征在于，所述目标运动路径分析包括：

步骤2.1记录每一道光幕的空间位置信息E，记录目标触发的最接近自动装置的光幕形成的轮廓信息F，以轮廓信息F在光幕区域中的所触发光幕的位置判断目标在光幕区域中的当前位置G；

步骤2.2记录目标在光幕区域中触发光幕的触发顺序Hn、每一道光幕的触发位置In，其中n为记录点的编号序号；

步骤2.3根据触发顺序Hn和当前位置G判断目标在光幕区域中的运动路径J。

7.根据权利要求6所述多光幕检测系统，其特征在于，当目标在光幕区域中的当前位置G达到预设目标区域时，形成对应的控制指令。

8.根据权利要求6所述多光幕检测系统，其特征在于，步骤2.3所述根据触发顺序Hn和当前位置G判断目标在光幕区域中的运动路径J的方法包括：

步骤2.3.1按照触发顺序Hn依次连接轮廓信息F的同一指定点，形成运动轨迹K；

步骤2.3.2在运动轨迹K上，按照触发顺序Hn，由在先触发指向在后触发标记指向性标记，得到运动路径J。

9.根据权利要求8所述多光幕检测系统，其特征在于，所述目标运动路径分析还包括目标运动趋势分析，所述目标运动趋势分析包括：

步骤2.4获取运动轨迹K，并在目标最新触发的光幕的轮廓信息F的同一指定点处做运动轨迹K的切线L；

步骤2.5在切线L上按照指向性标记方向进行运动趋势标记，形成目标运动趋势线M，以目标运动趋势线M标示目标运动趋势。

10.根据权利要求9所述多光幕检测系统，其特征在于，所述目标运动趋势分析还包括：

步骤2.6按照触发顺序Hn记录目标在光幕区域中每次触发光幕的时间Nn，其中n为记录点的编号序号；

步骤2.7根据目标通过相邻光幕的时间差Om和对应相邻光幕的间距Pm计算目标通过相邻光幕的速度Qm，其中m为根据运动路径J形成的相邻光幕的顺序编号，Qm＝Pm/Om；

步骤2.8以最接近Qm的R个数据点的差值平均数S对Qm进行修正后得到目标在光幕区域内的运动速度趋势值Tm，并以指向性标记方向标记运动速度趋势值Tm；

根据目标的当前位置G和运动速度趋势值Tm判断是否形成控制指令。