專利名稱：三維監(jiān)視裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適合用于檢測人體等進入工廠內(nèi)的生產(chǎn)線和產(chǎn)業(yè)用機械等的危險區(qū)域中的三維監(jiān)視裝置，特別是涉及通過采用圖案光作為載體而可以獲取進入規(guī)定三維空間內(nèi)的物體的位置信息的三維監(jiān)視裝置。
背景技術(shù)：
近年來，在工廠等處，為防止各種機械裝置將操作者卷入事故的發(fā)生、和由于意外物體進入等造成裝置破損的情況發(fā)生，導(dǎo)入檢測有無物體進入規(guī)定區(qū)域(三維空間)的監(jiān)視裝置的情況逐漸增多。
作為監(jiān)視裝置，眾所周知有通過連接多條光線監(jiān)視規(guī)定平面的區(qū)域傳感器、和使用多角鏡等通過激光束掃描而監(jiān)視規(guī)定平面的激光掃描型傳感器等。如果使用這些監(jiān)視裝置，例如當(dāng)檢測到物體進入時可以實施立即使裝置停止等的自動控制。
但是，這些現(xiàn)有技術(shù)的傳感器(監(jiān)視裝置)，由于均是由入射光在空間上展開假想光檢測面，只對橫切(遮擋)該光檢測面的物體作出反應(yīng)并產(chǎn)生輸出，即是以所謂的“二維(平面)監(jiān)視”為前提的裝置，所以可以講，不適合用于任意三維空間的監(jiān)視。即，即使以任意三維空間作為監(jiān)視對象，也存在這樣的問題，即實際能監(jiān)視(檢測)的只是從光檢測面展開的一側(cè)有無物體的進入，而對于不通過該光檢測面而侵入到規(guī)定三維空間內(nèi)的物體等不能反應(yīng)。
此外，這些現(xiàn)有技術(shù)的傳感器，本質(zhì)上只是檢測有無遮蔽光檢測面的物體存在，而不能滿足用戶需要檢測到在規(guī)定三維空間內(nèi)物體侵入狀態(tài)(侵入到三維空間內(nèi)什么位置等)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是著眼于上述問題，其目的在于提供一種三維監(jiān)視裝置，通過采用圖案光作為檢測介質(zhì)，可以高精度檢測出規(guī)定三維空間內(nèi)的物體侵入。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種三維監(jiān)視裝置，通過采用圖案光作為檢測介質(zhì)，可以獲取規(guī)定三維空間內(nèi)的侵入物體的位置信息。
本發(fā)明的其它目的和作用效果，通過參照以下的說明書內(nèi)容，本領(lǐng)域人員可以容易理解。
為了達到上述目的，本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置具有向成為監(jiān)視對象空間的三維空間照射規(guī)定圖案光的照射裝置；通過所述圖案光的照射，對投影于在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)存在的物體表面以及構(gòu)成該監(jiān)視對象空間的背景的規(guī)定物體表面上的映像圖案進行攝像，獲取圖象數(shù)據(jù)的攝像裝置；通過將由所述攝像裝置這時獲取的圖象數(shù)據(jù)與和在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)不存在進入物體時由所述攝像裝置獲取的圖象數(shù)據(jù)相當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)圖象數(shù)據(jù)進行比較、獲取在所述監(jiān)視對象空間中的侵入物體的位置信息的位置檢測裝置。
在此使用了“圖案光”，而這里所謂的“圖案光”是指，例如在平面屏幕上照射該圖案光時會映射出一定形狀以及模樣的映像(一定的映像圖案)的光束。又，雖然使用了“映射出”，而在這里所謂的“圖案光”中，包括紅外光等人眼不能識別的波長的光。又，作為“一定模樣以及形狀”的一例，可以舉出格子狀模樣、同心圓模樣、同心多角形模樣等。
作為“照射裝置”的具體一例，可以舉出激光照射裝置。又，作為“攝像裝置”，可以舉出CCD攝像機等。
雖然使用了“上述監(jiān)視對象空間內(nèi)存在的物體表面以及在構(gòu)成該監(jiān)視對象空間的背景的規(guī)定物體”，而作為該物體，優(yōu)選使用預(yù)先準(zhǔn)備的平面屏幕。這樣可以提高圖案光的反射效率，穩(wěn)定檢測。又，在這種情況下，這里所謂的‘構(gòu)成背景的規(guī)定物體’雖然另外準(zhǔn)備，該物體也可以是本身就已經(jīng)存在的例如‘墻壁’等。
又，“與圖象數(shù)據(jù)相當(dāng)”，是指基準(zhǔn)圖象數(shù)據(jù)也可以不是由攝像裝置直接獲取的數(shù)據(jù)。即，只要是“和在監(jiān)視對象空間內(nèi)不存在進入物體時由攝像裝置獲取的圖象數(shù)據(jù)相當(dāng)”數(shù)據(jù)，也可以通過PLC等外部裝置直接輸入的數(shù)據(jù)等。
本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置，由于采用圖案光作為載體(檢測介質(zhì))進行監(jiān)視的裝置，所以不僅可以平面監(jiān)視，而且可以監(jiān)視三維空間的物體侵入。又，本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置由于是檢測物體的存在位置的裝置，不僅可以用于檢測侵入物體的有無，而且可以適合用于位置檢測等各種各樣的三維空間監(jiān)視。
在本發(fā)明中，優(yōu)選還包括根據(jù)位置檢測裝置所計算出的位置信息輸出機器控制信號的判定輸出裝置。
依據(jù)這樣的方案，可以容易構(gòu)筑根據(jù)監(jiān)視對象空間內(nèi)物體侵入的情況讓規(guī)定設(shè)備裝置緊急停止，或者自動發(fā)出警報等的安全系統(tǒng)。這樣，可以預(yù)防作業(yè)者卷入事故等災(zāi)害的發(fā)生。
在本發(fā)明中，優(yōu)選基準(zhǔn)圖象數(shù)據(jù)通過由攝像裝置的攝像的示教所獲取。
依據(jù)該方案，即使在背景等環(huán)境容易發(fā)生變化的場所使用，適應(yīng)這種時刻不同的變化，可以適當(dāng)設(shè)定或者變更貼切的基準(zhǔn)圖象。
又，對于圖案光的生成以及產(chǎn)生模樣，可以是各種各樣。作為一優(yōu)選例，讓本發(fā)明中的照射裝置，具有產(chǎn)生激光的激光二極管等光源體、將該光源體產(chǎn)生的激光光束變換成規(guī)定圖案光的圖案光產(chǎn)生器，這樣，可以產(chǎn)生激光圖案光。
在此，雖然使用了“圖案光生成器”，作為該生成器，適合采用MLA(Micro Lens Array)或者CGH(Computer Generated Holograph)。一般講，由于MLA和CGH沒有可動部，耐用性好，并且由于是超小型，裝置本身可以輕量化。
又，在本發(fā)明中，優(yōu)選照射裝置具有通過控制圖案光的照射方向讓該圖案光在規(guī)定范圍內(nèi)可以掃描的掃描機構(gòu)，攝像裝置通過由上述掃描機構(gòu)讓圖案光對上述監(jiān)視對象空間內(nèi)進行掃描，獲取和在預(yù)定的方向和時刻向該監(jiān)視對象空間投影的多個瞬間映像圖案的合成映像相當(dāng)?shù)膱D象數(shù)據(jù)。
依據(jù)這樣的方案，通過調(diào)整掃描范圍可以變更、調(diào)整監(jiān)視范圍，并且通過調(diào)整合成映像，可以變更、調(diào)整檢測分辨率。
在此，作為掃描機構(gòu)，更優(yōu)選適用包括光反射體、通過電磁誘導(dǎo)進行扭曲轉(zhuǎn)動控制而支撐上述光反射體可讓其自由轉(zhuǎn)動的支撐部件的微機電結(jié)構(gòu)(MEMSMicro Electro Mechannical System)。
MEMS制造技術(shù)，是由于其實用性而受到矚目的技術(shù)。在本發(fā)明中，特別是作為掃描機構(gòu)通過采用上述那樣不需要可動部的由電磁誘導(dǎo)控制的MEMS，不會出現(xiàn)采用多角鏡等時所常見的由于摩擦熱和金屬疲勞等產(chǎn)生故障的情況，可以期待裝置的長壽命化。
本發(fā)明，如上所述，是獲取侵入物體的位置信息的裝置，為了獲取更詳細的位置信息，優(yōu)選包括作為照射手段的照射裝置、和作為攝像手段的攝像裝置，位置檢測裝置利用照射裝置以及攝像裝置之間的已知位置關(guān)系、圖案光的已知形狀或者模樣、根據(jù)由攝像裝置這時獲取的圖象數(shù)據(jù)和預(yù)先獲取的基準(zhǔn)圖象數(shù)據(jù)求出的變位，根據(jù)三角測量原理計算監(jiān)視對象空間內(nèi)侵入物體的三維位置坐標(biāo)。
該計算方案，只不過是一優(yōu)選例，本發(fā)明中的位置信息的計算方案并不限定于基于三角測量原理的方案。
又，為了獲取更詳細的位置信息，在依據(jù)另一優(yōu)選方案的本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置中，上述攝像裝置和上述照射裝置，配置成連接攝像裝置和照射裝置的假想線與水平面之間形成的角度為45度，這樣，通過視差檢測侵入物體的位置信息。
依據(jù)這樣的方案，在高度方向和寬度方向上可以產(chǎn)生大致均等的‘視差’，所以由位置檢測裝置可以更正確地進行檢測。
又，依據(jù)優(yōu)選方案的本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置，進一步包括從預(yù)先假想分割成多個區(qū)域的上述監(jiān)視對象空間內(nèi)通過用戶操作而任意選擇的區(qū)域作為指定區(qū)域確定的同時，對每個指定區(qū)域設(shè)定從預(yù)先準(zhǔn)備的多個輸出種類中通過用戶操作而任意選擇的輸出種類的裝置，位置檢測裝置作為侵入物體的位置信息獲取該進入物體存在的區(qū)域的特定信息，判定輸出裝置根據(jù)在由上述位置檢測裝置確定的區(qū)域中所設(shè)定的輸出種類、輸出機器控制信號。
在此，作為“預(yù)先準(zhǔn)備的多個輸出種類”，如果舉出幾個例子，例如有機器停止信號輸出、警告信號等點燈信號輸出、警報動作信號輸出等。當(dāng)然，除此之外，也可以預(yù)先設(shè)定或者準(zhǔn)備各種各樣的輸出種類。
此外，“特定信息”是指‘為確定相當(dāng)?shù)膮^(qū)域的信息’，作為一例可以舉出例如是分配給分割成多個的每個區(qū)域的順序編號信息等。
依據(jù)這樣的方案，根據(jù)各區(qū)域有無物體進入，可以自動輸出針對相當(dāng)?shù)膮^(qū)域設(shè)定的機器控制信號。
在此，更優(yōu)選輸出種類設(shè)定按照根據(jù)圖案光的形狀和模樣所區(qū)分的體素單位進行。
在此，作為“根據(jù)圖案光的形狀所區(qū)分的體素”，如果以格子狀的圖案光為例，例如可以舉出由格子線和規(guī)定的假想截面所區(qū)分的體素等。
依據(jù)這樣的方案，假想分割的區(qū)域容易由用戶識別(選定)，這樣容易進行輸出種類設(shè)定。
又，在上述方案中，指定區(qū)域，也可以通過在監(jiān)視對象空間內(nèi)的所希望的位置上設(shè)置物體的狀態(tài)下進行攝像、抽出該物體存在的區(qū)域的方式自動確定。
該自動確定，相當(dāng)于所謂的‘示教’，依據(jù)這樣的方案，不是進行曖昧的區(qū)域選定，而是進行不會有錯的可靠的區(qū)域選定。
又，依據(jù)另一優(yōu)選方案的本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置，進一步包括從預(yù)先假想分割成的多個區(qū)域的上述監(jiān)視對象空間內(nèi)通過用戶操作而任意選擇的區(qū)域作為指定區(qū)域確定的同時，對每個指定區(qū)域設(shè)定從預(yù)先準(zhǔn)備的多個輸出種類中通過用戶操作而任意選擇的輸出種類的裝置，位置檢測裝置、根據(jù)連續(xù)獲取的多個監(jiān)視圖象數(shù)據(jù)的時序的變化，檢測侵入物體的移動狀態(tài)，判定輸出裝置，根據(jù)檢測結(jié)果確定該侵入物體的預(yù)想到達區(qū)域，根據(jù)該預(yù)測到達區(qū)域和該區(qū)域中設(shè)定的輸出種類，輸出機器控制信號。
在此使用了“侵入物體的移動狀態(tài)”，而作為“移動狀態(tài)”可以舉出移動方向、移動速度等。
作為“確定預(yù)想達到區(qū)域”，在此，對于成為該特定的基準(zhǔn)的時候并不限定。即例如，可以是確定(預(yù)測)規(guī)定時間后(例如‘1秒后’)的物體到達區(qū)域，或者在規(guī)定時間內(nèi)預(yù)測物體到達的多個區(qū)域，分別計算出到達預(yù)測時刻，將此加入到輸出的判斷基準(zhǔn)中。
依據(jù)這樣的方案，可以根據(jù)侵入物體到達規(guī)定區(qū)域的預(yù)測進行機器控制。又，即使是移動速度快的物體等，也可以極其敏捷反應(yīng)，輸出控制信號。
然后，在本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置中，可以加入自己診斷功能。例如，在本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置中，通過進一步設(shè)置確認由照射裝置所照射的圖案光的映像圖案是否與預(yù)定的映像圖案一致，當(dāng)確認為一致時、保證這時各構(gòu)成裝置正常動作的自己診斷裝置，而進行附加。
除此之外，作為自己診斷，也可以舉出將基準(zhǔn)圖象數(shù)據(jù)與這時獲取的監(jiān)視圖象數(shù)據(jù)對照，根據(jù)特定部位是否一致，自動檢測自身的動作有無異常發(fā)生的裝置。
又，作為另一例，也可以舉出通過讓照射裝置所照射的光的一部分直接照射在攝像裝置的攝像面上所獲取的圖象數(shù)據(jù)中，根據(jù)是否正常出現(xiàn)預(yù)定的校對模樣，自動檢測自身動作有無異常發(fā)生的裝置。
依據(jù)任一方案，可以實現(xiàn)自己診斷功能，所以可以預(yù)防監(jiān)視裝置本身的故障等引起的檢測誤動作。
此外，“自己診斷”，如果在實施例水平進行考察，優(yōu)選由三維監(jiān)視裝置進行監(jiān)視動作處理之前進行。具體講，例如，可以舉出讓一次自己診斷處理和一次監(jiān)視動作處理(例如將一次圖象攝取的處理規(guī)定為一次處理)交互循環(huán)進行的方案(自己診斷→監(jiān)視→自己診斷→監(jiān)視…)，或者裝置啟動時進行一次自己診斷，然后反復(fù)進行監(jiān)視動作的方案(自己診斷→監(jiān)視→監(jiān)視…)等。這時，通過“自己診斷”，當(dāng)照射裝置、掃描裝置、攝像裝置等三維監(jiān)視裝置的構(gòu)成要素的任何一個確認有異常時，不能照射規(guī)定的圖案光，禁止監(jiān)視動作的開始。又，也可以進行用于向外部通報自己診斷NG的規(guī)定輸出。同時，也可以根據(jù)該通報輸出，讓監(jiān)視對象的機器停止等，進行安全的處置。
此外，上述本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置，也可以司時使用多臺，從多個方向監(jiān)視成為監(jiān)視對象的監(jiān)視對象空間。


圖1是本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置的整體構(gòu)成圖；圖2是光源單元的構(gòu)成以及動作內(nèi)容的概略示意圖；圖3是作為掃描機構(gòu)所采用的MEMS的構(gòu)成示意圖；圖4是攝像機單元的概略構(gòu)成示意圖；圖5是控制器單元的構(gòu)成方框圖；圖6(a)、圖6(b)是MEMS的振動角度與監(jiān)視范圍、檢測分辨率之間關(guān)系的示意圖；圖7表示監(jiān)視對象空間的體素分割的示意圖；圖8(a)、圖8(b)表示光源單元和攝像機單元的位置關(guān)系示意圖；
圖9表示監(jiān)視空間設(shè)定模式的內(nèi)容的流程圖；圖10表示光源單元中監(jiān)視器用光源體的設(shè)置模樣示意圖；圖11表示校正模式的內(nèi)容的流程圖；圖12表示MEMS的振動角度與激光光源體的振動控制以及攝像時刻控制之間的關(guān)系的時序圖；圖13是8字1周的合成圖案映像示意圖；圖14(a)、圖14(b)表示光軸和格子圖案光的各格子線之間所成角度(θx，θy)的示意圖；圖15表示數(shù)據(jù)保存處理的內(nèi)容的流程圖；圖16表示格子線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)例的示意圖；圖17(a)、圖17(b)表示對監(jiān)視空間的輸出種類設(shè)定的一例的示意圖；圖18表示監(jiān)視空間設(shè)定用的界面(微機畫面)的一例的示意圖；圖19(a)、圖19(b)是用于說明有關(guān)輸出種類設(shè)定的體素自動選定(示教)的內(nèi)容的圖；圖20表示同時使用2組光源、攝像單元的例的示意圖；圖21表示自己診斷處理的內(nèi)容的流程圖；圖22(a)、圖22(b)表示圖象處理檢測部的圖象處理內(nèi)容的示意圖(其一)；圖23(a)、圖23(b)表示圖象處理檢測部的圖象處理內(nèi)容的示意圖(其二)；圖24(a)、圖24(b)表示圖象處理檢測部的圖象處理內(nèi)容的示意圖(其三)；圖25表示適用于本發(fā)明中的基于三角測量的測距原理的示意圖；圖26表示有關(guān)距離檢測的處理內(nèi)容的流程圖(其一)；圖27表示有關(guān)距離檢測的處理內(nèi)容的流程圖(其二)；圖28表示有關(guān)距離檢測的處理內(nèi)容的流程圖(其三)；圖29(a)、圖29(b)表示監(jiān)視空間中物體到達區(qū)域預(yù)測處理的內(nèi)容的示意圖；圖30表示物體到達區(qū)域預(yù)測處理內(nèi)容的流程圖；
圖31表示另一實施例中自己診斷處理用的裝置構(gòu)成的示意圖；圖32表示另一實施例中自己診斷處理用的裝置控制內(nèi)容的時序圖；圖33(a)、圖33(b)表示另一實施例中有關(guān)自己診斷處理的獲取圖象的一例的示意圖。
具體實施例方式
以下參照附圖詳細說明有關(guān)本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置的優(yōu)選實施例。
首先，根據(jù)圖1說明本實施例中三維監(jiān)視裝置的整體構(gòu)成以及動作的概略。如該圖所示，該三維監(jiān)視裝置100包括作為照射裝置的光源單元1、作為攝像裝置的攝像機單元2、統(tǒng)一控制這些裝置的控制器3。
光源單元1根據(jù)控制器3的控制發(fā)出規(guī)定激光圖案光(以下稱為圖案光)照射作為監(jiān)視對象的三維空間(以下稱為監(jiān)視空間S)。在該例中，在監(jiān)視空間S的背后配置屏幕5，在該屏幕5上根據(jù)從光源單元1發(fā)出的圖案光映射出圖案映像(在該例中是人眼不能識別的紅外光映像)。
在監(jiān)視空間S中當(dāng)有人或者物體等侵入時(以下稱為侵入物體M)，在屏幕5上映射出的紅外光圖案映像發(fā)生變化。這種變化后的圖案映像由攝像機單元2攝像，通過圖象處理，檢測出侵入物體M(在該圖中描繪的是人物)的位置和移動方向。
控制器3，控制光源單元1、攝像機單元2，同時進行根據(jù)該侵入物體M的在監(jiān)視空間S中的檢測位置或者移動方向的輸出。更具體地說，在該例中，向信號燈6輸出點亮/熄滅燈的控制信號(在本實施例中為‘停止(紅色)’、‘警告(黃色)’、‘不感應(yīng)(蘭色)’)，同時向作為控制對象的設(shè)備機器4輸出控制信號(動作開始(ON)、動作停止(OFF))。又，根據(jù)侵入物體M的檢測位置、移動方向輸出怎樣的信號，是根據(jù)由用戶預(yù)先通過控制器3任意設(shè)定的輸出種類設(shè)置而確定。
根據(jù)圖2說明光源單元1的詳細內(nèi)容。光源單元1的構(gòu)成包括發(fā)射紅外激光的光源體11、將光源體11發(fā)射的紅外激光光束變換成規(guī)定圖案光的作為圖案光產(chǎn)生器的MLA(微鏡陣列Micro Lens Array)12、具有由電磁誘導(dǎo)進行動作控制(振動控制)的反射鏡面(參見圖3)、將由MLA所產(chǎn)生的圖案光導(dǎo)入到監(jiān)視空間S中的任意場所的作為掃描機構(gòu)的微機電結(jié)構(gòu)(MEMSMicro Electro Mechanical System)13。又，該圖中符號Ls表示圖案光的光軸(從光源體11發(fā)射的激光光束光軸的假想延長線)。
光源體11所發(fā)射的紅外激光光束的強度為不對人體有不良影響的程度，該紅外激光光束通過MLA12變換成格子狀(網(wǎng)格狀)的圖案光(該圖中符號A21～A25表示其模樣)。該圖案光通過MEMS13的反射鏡面向規(guī)定方向反射，從而在監(jiān)視空間S內(nèi)讓圖案光掃描。又，光源體11的振蕩控制、ON/OFF控制以及MEMS13的動作控制通過控制器3進行。
光源體1進一步還包括后述的監(jiān)視空間S的設(shè)定用的監(jiān)視器用光源體(可視激光光源)14以及單向透鏡15(參見圖10)，這些將在后面說明。
根據(jù)圖3說明MEMS13的詳細內(nèi)容。又，在該圖中雖然只畫出了符號134、135所示的扭軸(torsion bar)，但在其周圍還連接著圖中未畫出的硅基底(參見圖2的MEMS13)。又，該圖中符號136、137表示電磁誘導(dǎo)用的永磁鐵。
在本實施例中所使用的MEMS13包括設(shè)置在硅基板130上的反射面131，在搭載反射面131的硅基板130表面上形成有在該圖中用連續(xù)線描繪的線圈圖案。然后，以該圖中符號132、133、134、135所示的扭軸(硅的兩腕)作為轉(zhuǎn)動軸，在規(guī)定的角度范圍內(nèi)向該圖中所示的X軸、Y軸兩方向上可以振動控制。
更詳細地說，如果在特定方向上施加磁場B(BA、BB)，同時線圈中流入電流i(iA、iB)，由洛倫茲力(FA、FB)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，可以讓硅基底(反射面131)振動到與扭軸的恢復(fù)力均衡的位置上。因此，依據(jù)MEMS13，通過在X軸方向上制作的扭軸(134、135)和在Y軸方向上制作的扭軸(132、133)，可以自由控制圖案光的照射方向。
光源單元1通過采用上述構(gòu)成，依據(jù)本實施例可以獲得以下所示(a)、(b)的效果。
(a)通過更換MLA，不僅可以產(chǎn)生格子狀的圖案光，而且可以產(chǎn)生例如同心圓狀或者同心多角形狀等的各種圖案光。
(b)在MLA12以及MEMS13上，由于沒有例如象多角鏡那樣產(chǎn)生摩擦的可動部，所以可以延長裝置的壽命。
又，作為圖案光產(chǎn)生器，也可以采用CGH(計算機合成全息圖)替代MLA。這時也可以和上述同樣獲得(a)、(b)的效果。
根據(jù)圖4說明攝像機單元2的構(gòu)成。如該圖所示，攝像機單元2由包含攝像裝置21a和快門機構(gòu)21b的攝像機21、與光源體11發(fā)射的紅外光的波長對應(yīng)的帶通濾波器(BPFbandpass filter)22所構(gòu)成，通過由控制器3控制快門時刻，對屏幕5和侵入物體M投影的映像圖案進行攝像。此外，在本實施例中，由于攝像機21采用CCD攝像機，實際上并不存在快門機構(gòu)21b，在此是為了說明攝像機單元2的功能而圖示出。
又，在該例中，帶通濾波器22可以防止熒光燈和太陽光等外部光的侵入。
控制器3的構(gòu)成如圖5的方框圖所示。如該圖所示，控制器3包括設(shè)定控制部30、光源單元控制部31、攝像機單元控制部32、圖象處理檢測部33、自己診斷部34、判定部35。
又，控制器3具有該圖中‘用戶設(shè)定輸入(IN1)’、‘?dāng)z像機圖象信號輸入(IN2)’所示的2個輸入、‘機器控制信號輸出(OUT1)’、‘點滅燈控制輸出(OUT2)’、‘光源單元控制信號輸出(OUT3)’、‘?dāng)z像機單元控制信號輸出(OUT4)所示的4個輸出。
設(shè)定控制部30根據(jù)用戶設(shè)定輸入(IN1)，切換三維監(jiān)視裝置100的動作模式，通過用戶設(shè)定輸入(IN1)獲得的各種設(shè)定輸入值(數(shù)據(jù))被保存在規(guī)定的存儲器內(nèi)。
在本實施例中，作為動作模式，準(zhǔn)備有4個模式，在以下依次說明。
1)監(jiān)視模式(內(nèi)容)用于檢測侵入到監(jiān)視空間S中的侵入物體M的位置和移動方向，并產(chǎn)生對應(yīng)于檢測結(jié)果的輸出的監(jiān)視模式。
2)監(jiān)視空間設(shè)定模式(內(nèi)容)進行監(jiān)視空間S的范圍設(shè)定用的設(shè)定模式(詳細說明)圖6(a)、圖6(b)是表示MEMS13的振動角度和監(jiān)視范圍、檢測分辨率之間的關(guān)系的示意圖。光源單元1，通過MEMS13的動作控制而在監(jiān)視空間S內(nèi)掃描格子狀的圖案光。這時，如圖6(a)所示，如果增大設(shè)置MEMS13(反射面131)的振動角度(以下稱為‘振角’)θ(用θwx61表示)，擴大其掃描范圍(該圖中符號A61所示的合成圖案映像投影范圍)，可以監(jiān)視比較寬的范圍。
另一方面，如圖6(b)所示，如果減小設(shè)置MEMS13的振角θ(用θwx62表示)，縮小其照射范圍(該圖中符號A62所示的合成圖案映像投影范圍)，可以提高格子線密度(單位面積內(nèi)的格子線數(shù))，可以進行分辨率比較高的檢測。
在監(jiān)視空間設(shè)定模式中，上述MEMS13的振角θwx(或者θwy)通過規(guī)定的用戶操作接收。
又，在圖6所示的例中，雖然只示出了MEMS13在X軸方向上(環(huán)繞Y軸)的動作(振動)的樣子，如以上說明的那樣，在本實施例中所適用的MEMS13，可以在X、Y軸兩方向上掃描圖案光。
3)校正模式(內(nèi)容)獲取從攝像機單元2到屏幕5之間的距離數(shù)據(jù)L(參見圖8(a))。又，在監(jiān)視空間S中侵入物體M不存在的狀態(tài)下進行圖案光的照射，由此用攝像機單元2對投影在屏幕5上的圖案映像進行攝像，獲取基準(zhǔn)圖象(以下稱為參考圖象)的模式。
(詳細說明)在本實施例中，如后面所述，根據(jù)由攝像機單元2攝像到的在監(jiān)視模式時的圖象(以下稱為監(jiān)視圖象)與參考圖象的比較，利用三角測量原理，計算出到侵入物體M的距離。又，在該校正模式下獲取的距離數(shù)據(jù)L，在后述的自己診斷時使用。
4)輸出種類設(shè)定模式(內(nèi)容)是用于進行對應(yīng)于在監(jiān)視空間S內(nèi)侵入物本M的位置以及移動方向的輸出的輸出種類設(shè)定模式。
(詳細說明)在上面的監(jiān)視空間設(shè)定模式下設(shè)定了其范圍的監(jiān)視空間S，被切割成圖7所示的假想的多個體素(Volume Pixel)(在該例中為4×4×3個)。在該例中，與有無向各體素的物體侵入相對應(yīng)，可以按體素單位(也可以多個體素合在一起)預(yù)先設(shè)定何種輸出種類。
在該例中，作為輸出種類，準(zhǔn)備了‘停止’、‘警告’、‘不感應(yīng)’3種。對于設(shè)定形式，將在后面說明，在該模式下設(shè)定的輸出種類設(shè)定數(shù)據(jù)，在判定部35種使用。順便說明，設(shè)定的缺席值(default value)，為(b)的警告。
又，圖7中符號A71～A74所示格子圖案，是示出將監(jiān)視空間S在前后方向上3分割時的各分割面上所識別的概念上的假想合成圖案映像(通過掃描圖案光所生成的在該例中的4×4合成圖案映像)。該圖所示的體素Vp，是相當(dāng)于將監(jiān)視空間S在前后方向上3分割后的中央空間S2中的由合成圖案映像A72、A73的格子線所區(qū)分的平面區(qū)域P72和平面區(qū)域P73之間的空間的體素。
返回到圖5，光源單元控制部31，根據(jù)保存在設(shè)定控制部30中的振角設(shè)定值(θwx，θwy)，進行MEMS13的動作(振角)控制，同時進行光源體11(以及后述的顯示器用光源體14)的ON/OFF控制、振蕩控制。
攝像機單元控制部32，進行攝像機單元2的快門時刻控制以及圖象獲取控制，獲取監(jiān)視圖象以及參考圖象。該圖象作為2值化數(shù)據(jù)保存在圖象處理檢測部33的幀存儲器F1以及F2中。又，快門時刻控制，參考光源單元控制部31的振蕩狀態(tài)(振蕩控制信號)、和MEMS13的動作狀態(tài)(振角控制信號)進行。
圖象處理檢測部33，通過對由攝像機單元控制部32獲取的監(jiān)視圖象和參考圖象進行比較，利用三角測量原理檢測侵入物體M的存在位置(空間坐標(biāo)z(x，y))，將其檢測結(jié)果輸出給判定部35。又，圖象處理檢測部33，包括保存由攝像機單元控制部32獲取的圖象數(shù)據(jù)的幀存儲器FM1(監(jiān)視圖象用)和FM2(參考圖象用)。
自己診斷部34，診斷三維監(jiān)視裝置100是否正常動作。更具體講，根據(jù)通過攝像機單元控制部32適當(dāng)獲取的圖象數(shù)據(jù)，診斷激光單元控制部31、攝像機單元控制部32是否正常動作。將診斷結(jié)果輸入給判定部35。
判定部35，根據(jù)圖象處理檢測部33的檢測結(jié)果、設(shè)定控制部30所輸入的監(jiān)視空間設(shè)定、體素Vp單位的輸出種類設(shè)定、自己診斷部34的診斷結(jié)果，從如前所述3個種類中確定點滅燈控制信號(OUT2)，同時確定向設(shè)備機器4輸出的機器控制信號(OUT1)。
又，判定部35，根據(jù)侵入物體M的移動速度和移動方向，預(yù)測有無向預(yù)先指定的規(guī)定體素的侵入，如果明確是侵入時，可以事先讓機器控制信號輸出(OUT2)為‘動作停止’(預(yù)測停止功能)。對此將在后面說明。
以下依次詳細說明本實施例的三維監(jiān)視裝置100的動作。
圖8(a)、圖8(b)表示本實施例的三維監(jiān)視裝置100中光源單元1和攝像機單元2之間的設(shè)置位置關(guān)系的示意圖。如圖8(a)所示，光源單元1、攝像機單元2，分別讓其正面(正確講，對于光源單元1為MEMS面，對于攝像機單元2為攝像機鏡頭面)與屏幕5之間成等距離(該圖中用距離L表示)，相互鄰接配置。進一步，光源單元1和攝像機單元2之間的位置關(guān)系，同時滿足下述a)～c)的條件。
a)光源單元1的光軸(圖8中用點劃線J1表示)和攝像機單元2的光軸(圖8中用點劃線J2表示)平行。又，光源單元1的光軸J1是MEMS面的法線，攝像機單元2的光軸J2是鏡頭面的法線。
b)光源單元1發(fā)射的圖案光的橫方向的格子線、和由圖象處理檢測部33獲取的圖象數(shù)據(jù)的X軸(攝像機單元2的攝像元件(CCD)的掃描方向(后面詳細說明)平行。
c)攝像機單元2配置在光源單元1的左斜下方45度(用圖8(b)的角度θ80表示)的位置上。
又，這些條件是以適用于后述的物體位置檢測用計算式為前提情況下的設(shè)置條件，光源單元1和攝像機單元2之間的位置關(guān)系并不限定于此。
又，如果對上述條件c)進行補充，攝像機單元2配置在光源單元1的左斜下方45度的位置上，是為了在X、Y軸兩方向上產(chǎn)生均等的視差，例如配置方向為右上、左上、右下時也會獲得同樣的效果。
監(jiān)視空間設(shè)定模式中的三維監(jiān)視裝置的動作內(nèi)容如圖9的流程圖所示。
監(jiān)視空間設(shè)定模式，以通過用戶設(shè)定輸入(IN1)指定監(jiān)視空間設(shè)定模式為條件(步驟901、步驟902為YES)啟動(步驟904)。又，由用戶設(shè)定輸入(IN1)指定其它模式時(步驟902為NO)，切換成各指定模式所對應(yīng)的模式(步驟903)。
監(jiān)視空間設(shè)定模式啟動后，通過光源單元控制部31的控制開始由圖10所示的顯示器用光源體14進行激光振動。同時，根據(jù)保存在設(shè)定控制部30的規(guī)定存儲器中的振角設(shè)定值(θwx，θwy)，讓MEMS13在X、Y軸兩方向上振動(步驟905)。又，只是在初次設(shè)定中該振角設(shè)定值采用缺席值。
又，在圖2中雖然未畫出，顯示器用光源體14，如圖10所示，是設(shè)置在光源單元1中的可視激光振蕩用的光源體，該光源體14發(fā)射的激光光束由配置在光源體11和MLA12之間的單向透鏡15以與光源體11發(fā)射的激光光束相同的光軸Ls入射到MLA12上。
這樣，掃描和由光源體11產(chǎn)生的圖案光相同模樣的可視圖案光，在屏幕5上映射出可以目視的合成圖案映像。用戶可以一邊觀察該合成圖案映像，一邊確認監(jiān)視空間S的設(shè)定范圍。
然后，用戶操作連接在設(shè)定控制部30上的圖中未畫出的操作桿開關(guān)(操作部)(步驟906為YES)，根據(jù)該操作變更振角(步驟907)，改變在屏幕5上映射的合成圖案映像(圖案光掃描范圍)。在開關(guān)操作之后，用戶按下圖中未畫出的確認按鍵，將這時的振角作為新的振角設(shè)定值(θwx，θwy)改寫保存在設(shè)定控制部30的規(guī)定存儲器上(步驟909)，處理結(jié)束。
這樣，在本實施例中，利用監(jiān)視空間設(shè)定模式，用戶通過可以目視的合成圖案映像，可以設(shè)定監(jiān)視空間S。
校正模式中的三維監(jiān)視裝置的動作內(nèi)容如圖11的流程圖所示。
校正模式，以通過用戶設(shè)定輸入(IN1)指定校正模式為條件啟動(步驟1101)，首先處于如前所述的距離數(shù)據(jù)L的輸入等待狀態(tài)(步驟1102為NO，步驟1103)。當(dāng)通過控制器3的鍵盤操作部(例如數(shù)字鍵)，由用戶輸入距離數(shù)據(jù)L(步驟1102為YES)時，該距離數(shù)據(jù)被保存在設(shè)定控制部30的規(guī)定存儲器內(nèi)(步驟1104)。
然后，將在上面保存在設(shè)定控制部30中的MEMS13的振角設(shè)定值(θwx，θwy)讀出(步驟1105)。
光源單元控制部30，進行光源體11的激光振蕩控制，同時根據(jù)讀出的振角設(shè)定值(θwx，θwy)進行MEMS13的振角控制，將合成圖案映像投影在屏幕5上(步驟1106)。
攝像機單元控制部32，控制攝像機單元2，對投影在屏幕5上的合成圖案映像進行攝像(步驟1107)，將這樣獲取的圖象數(shù)據(jù)2值化，作為參考圖象保存在圖象處理檢測部33的幀存儲器FM2中(步驟1108)。又，如上所述，在該校正模式下獲取參考圖象是在監(jiān)視空間S中侵入物體M不存在的狀態(tài)下進行。
又，在圖11的流程圖中，在步驟1106所示的MEMS13的振角控制時，光源單元控制部30向光源單元1輸出圖12所示的時序圖所示的控制信號。
又，在該圖(a)中表示有關(guān)X軸方向上的振角(θwx)的控制信號，在該圖(b)中表示有關(guān)Y軸方向上的振角(θwy)的控制信號，在該圖(c)中表示光源體11的振蕩控制信號(點滅控制)，在該圖(d)中表示在各時刻投影的瞬間圖案映像(圖13所示的A121～A124)。
在校正模式時，光源單元控制部31，向光源單元1輸出圖12中(a)、(b)所示的MEMS的振角控制信號、和該圖(c)所示的光源體11的點滅燈(點滅)信號。圖13中，符號A120所示的圖案映像，表示根據(jù)該控制信號投影在屏幕5上的合成圖案映像。
攝像機單元控制部32，監(jiān)視來自光源單元控制部31的該控制信號，控制攝像機單元的快門機構(gòu)21b的開閉，使得以8字的1周(在該例中為4個瞬間圖象)作為一圖象進行記錄。圖象處理檢測部33，將這樣獲取的8字的1周的圖象保存在參考圖象用的幀存儲器FM2中。
然后，在圖象處理檢測部33中，根據(jù)所獲取的參考圖象用數(shù)據(jù)，計算出合成格子圖案映像的縱方向(Y軸方向)、橫方向(X軸方向)的各格子線與Z軸(激光光束的光軸)之間所成的角度θ。又，該角度θ在計算到侵入物體M的距離時采用。
在此，光源體單元1內(nèi)的光源體11和MLA12之間的距離為已知，Z軸與基本格子圖案映像(在該例中作為4×4的格子圖案光表示)的縱向的各格子線之間所成的角度在設(shè)計上也是已知的(圖14(a)所示的θx1～θx4)。又，Z軸與橫向的各格子線之間所成的角度(θy1～θy4)在設(shè)計上也是已知的。又，圖12中(a)、(b)所示的MEMS13的振角控制信號、和MEMS13的振角(設(shè)定值)也是已知的。(這樣，MEMS13的振角在X軸方向上在-θw/2～+θw/2，在Y軸方向上在-θh/2～+θh/2之間振動，投影出圖13所示的合成圖案映像)。
采用產(chǎn)生圖14所示的格子圖案光的MLA時，圖13所示的合成圖案映像的最左邊的縱向格子線相對于Z軸形成的角度θx成θx＝-θw/2-θx1。同樣，縱向和橫向的各格子線與Z軸形成的角度可以根據(jù)MEMS13的振角和在設(shè)計上已知的信息計算出來。
又，在此，為了便于理解，是以4×4的格子狀圖案光為例進行了說明，但即使格子數(shù)增加也可以同樣計算出來。
然后，縱向和橫向上的各格子線在攝像元件(CCD)上的坐標(biāo)(xf，yf)從保存在幀存儲器FM2中的數(shù)據(jù)搜尋。將搜尋結(jié)果例如保存在以下那樣的C語言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。
式1<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[typedef struct grid_v{/*縱向格子線保存用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*/ in tangle/*與z軸的角度*/int y_min；/*Y的最小值*/int y_max；/*Y的最大值*/int xf[MAX_YSIZE]；/*幀存儲器上的格子線的x坐標(biāo)*/ /*MAX_YSIZE幀存儲器的最大Y坐標(biāo)*/int yf[MAX_YSIZE]；/*幀存儲器上的格子線的y坐標(biāo)*/}GRID_V；typedef struct grid_h{/*橫向格子線保存用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*/int angle/*與z軸的角度*/int x_min；/*X的最小值*/int x_max；/*X的最大值*/int xf[MAX_XSIZE]；/*幀存儲器上的格子線的x坐標(biāo)*/ /*MAX_XSIZE幀存儲器的最大X坐標(biāo)*/int yf[MAX_XSIZE]；/*幀存儲器上的格子線的y坐標(biāo)*/}GRID_V；GRID_VLv[GRIDMAX]；GRID_HLh[GRIDMAX]；]]></pre>這些數(shù)據(jù)的存儲處理的詳細順序如圖15的流程圖所示。又，先說明一下，圖16表示由該數(shù)據(jù)存儲處理保存的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一例(在該例中，攝像了6×7的合成映像圖案時的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu))。
在數(shù)據(jù)存儲處理中，首先，為檢測縱向格子線，以濾光檢測出縱同成分(步驟1501)。
然后，為修補由圖象處理切斷的縱向格子線，進行邊緣線的放大和收縮(步驟1502、1503)，強調(diào)縱向成分。
然后，對圖16所示的圖象上的坐標(biāo)(在該例中為(0，0)～(MAX_XSIZE-1，MAX_YSIZE-1))掃描，檢測出縱向格子線。然后，針對所檢測出的每個格子線，在相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Lv[n]中保存坐標(biāo)、Y坐標(biāo)最大值以及最小值、在上面的格子角度計算中獲得的與Z軸形成的角度(θx)(步驟1504)。又，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Lv[n]中所示的‘n’，在該例中表示以左端的格子線為‘0’，向右每進一步加1。
同樣，為檢測橫向格子線，濾光檢測出橫向成分(步驟1505)。
然后，為修補由圖象處理切斷的橫向格子線，進行邊緣線的放大和收縮(步驟1506、1507)，強調(diào)橫向成分。
然后，對圖16所示的圖象上的坐標(biāo)(在該例中為(0，0)～(MAX_XSIZE-1，MAX_YSIZE-1))掃描，檢測出橫向格子線。然后，針對所檢測出的每個格子線，在相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Lh[n]中保存坐標(biāo)、X坐標(biāo)最大值以及最小值、在上面的格子角度計算中獲得的與Z軸形成的角度(θx)(步驟1508)。又，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Lh[n]中所示的‘n’，在該例中表示以左端的格子線為‘0’，向下每進一步加1。
以下詳細說明輸出種類設(shè)定模式。在輸出種類設(shè)定模式中，設(shè)定當(dāng)在監(jiān)視空間S中有人或者障礙物等物體M侵入時，確定向設(shè)備機器4以及信號燈6的輸出(OUT1、OUT2)的輸出種類。
輸出設(shè)定，可以按圖7所示的那樣以體素單位進行。又，在圖7中，雖然設(shè)定了4×4×3的體素，體素分割與圖案光無關(guān)，可以任意設(shè)定。
圖17(a)、圖17(b)表示對監(jiān)視空間的輸出種類設(shè)定的一例。在圖17(a)所示的設(shè)定例中，陰影所示的區(qū)域(體素S131、132)設(shè)定成‘停止’。當(dāng)人或者障礙物等進入到該區(qū)域中時，信號燈6點亮紅色燈，停止設(shè)備機器4的運轉(zhuǎn)。又，陰影以外的空白區(qū)域設(shè)定成‘警告’，當(dāng)物體M進入到這些區(qū)域中時，信號燈6點亮黃色燈，這時，設(shè)備機器4的運轉(zhuǎn)繼續(xù)進行。
有這樣的情況，即為了調(diào)整設(shè)備而需要在監(jiān)視空間S中作業(yè)，在這樣的情況下，在作業(yè)中，由于其它作業(yè)者(或者障礙物)從調(diào)整者的背后接近，有可能推調(diào)整者，而出現(xiàn)危險情況。這時，通過將作業(yè)者需要操作的區(qū)域設(shè)定成‘不感應(yīng)’，在確保作業(yè)者的安全的情況下，可以提高生產(chǎn)效率。例如，在圖17(b)所示的設(shè)定例中，當(dāng)人或者障礙物等進入到體素S132、S133所示的區(qū)域中時，信號燈6點亮紅色燈，停止設(shè)備機器4的運轉(zhuǎn)，而將體素S134所示的區(qū)域設(shè)定成‘不感應(yīng)’，在該區(qū)域中即使有人或者物等進入，輸出也不發(fā)生變化。
圖18表示為設(shè)定監(jiān)視空間S用的界面的一例。在該例中，采用微機中的軟件實現(xiàn)。在微機的顯示器140上，同時顯示可以鳥瞰將監(jiān)視空間區(qū)分成體素的情況的鳥瞰用映像(18a)、從橫方向觀察監(jiān)視空間用于選定體素的XZ選擇用映像(18b)、從正面觀察監(jiān)視空間用于指定體素的YX選擇用映像(18c)、為設(shè)定每個體素的輸出種類的輸出種類選擇用映像(18d)。
使用該界面的用戶設(shè)定順序如下。
①在XZ選擇用映像(18b)上，用光標(biāo)指定要設(shè)定的體素所屬的XZ區(qū)域(圖中符號B)。
②然后，在XY選擇用映像(18c)上，指定要設(shè)定的體素所屬的XY區(qū)域(圖中符號C)。這樣完成1個體素的指定。
③然后，從輸出種類選擇用映像(18d)中選擇所指定的體素的輸出種類。
輸出種類選擇結(jié)束后，在鳥瞰用映像18a上對應(yīng)的體素以顏色表示(圖中符號A)。
④然后，重復(fù)①～③，對任意的體素進行必要的輸出種類設(shè)定。
圖19(a)、圖19(b)表示另一輸出種類設(shè)定方法(體素示教)。在該例中，預(yù)先在監(jiān)視空間S內(nèi)所希望的位置上配置要檢測的人或者障礙物等物體M。在該狀態(tài)下，通過輸入規(guī)定的設(shè)定指示，選擇物體M這時所屬的體素。然后，在輸出種類設(shè)定用映像上設(shè)定對應(yīng)于該體素的所希望的輸出種類。
圖20表示本發(fā)明的另一實施例。在上述實施例中，光源單元只使用了1臺。為此，例如當(dāng)作業(yè)者等在監(jiān)視空間S內(nèi)的指定區(qū)域內(nèi)進行作業(yè)時，就不能同時進行對遮住了圖案光的其背后的監(jiān)視。在圖20所示的例中，使用和上述實施例中所示的光源單元1和攝像機單元2相同的另一組單元(光源單元1000、攝像機單元2000)，通過分別從不同的方向(在該例中從屏幕5的正面和斜上方)進行照射、攝像，可以覆蓋死角，更進一步確保作業(yè)者的安全。
以下說明本實施例的三維監(jiān)視裝置的主要功能的監(jiān)視模式時的動作內(nèi)容。監(jiān)視，是通過由用戶的操作在設(shè)定控制部30設(shè)定“監(jiān)視模式”而實現(xiàn)。
三維監(jiān)視裝置100，在進行監(jiān)視前進行自己診斷。在此，首先說明在本實施例中所采用的自己診斷方法。
自己診斷時，各單元如下動作。
·光源單元控制部31和校正時同樣控制光源單元1，在監(jiān)視空間S內(nèi)掃描圖案光。
·攝像機單元控制部，和校正時同樣監(jiān)視光源單元控制部31的控制信號，控制攝像機單元2的快門21b，使得能獲取8字形的1周的圖象數(shù)據(jù)。又，攝像機單元2攝取圖象時，將圖象讀入用的幀存儲器FM1完全清除。
自己診斷部34，將攝像機單元2所攝取的診斷用圖象數(shù)據(jù)和保存在幀存儲器FM2中的參考圖象數(shù)據(jù)進行比較，如果確認在相同范圍內(nèi)具有相同的圖象圖案，輸出自己診斷OK。如果不能識別圖案，或者所攝取的圖象圖案的存在區(qū)域比參考圖象數(shù)據(jù)中的要寬的多或者窄的多，輸出自己診斷NG。
又，自己診斷時，也想定物體M已經(jīng)侵入到監(jiān)視空間S內(nèi)的情況。這時，幀存儲器FM1和幀存儲器FM2中保存的圖象圖案之間存在差異。這時，圖象圖案的不同的地方，如果在參考圖象圖案的外框內(nèi)(許容范圍內(nèi))，判定為侵入物體M的影響，自己診斷為OK。
判定部35，當(dāng)自己診斷為NG時，立即輸出‘停止’控制信號(OUT1)，停止設(shè)備機器4。
根據(jù)圖21的流程圖說明有關(guān)上述自己診斷的詳細動作內(nèi)容。又，在該流程圖所示的例中，采用在圖16所示的圖案圖象在屏幕5上投影的情況的例子。
自己診斷處理開始后，首先，將圖象讀入用的幀存儲器FM1清除(步驟2101)。然后，和校正時同樣，攝取8字形的1周的映像圖案，將自己診斷圖象保存在幀存儲器FM1中(步驟2102)。
如果，預(yù)先保存在幀存儲器FM2中的參考圖象和自己診斷圖象之間存在差異，可以判定是由于發(fā)射、接收、掃描系統(tǒng)出現(xiàn)異?；蛘哂形矬w侵入所引起。為此，在該例中，抽出參考圖象和自己診斷圖象之間的差分(步驟2103)。
如果參考圖象和自己診斷圖象之間不存在差異(FM1＝FM1-FM2)時(步驟2104為YES)，判定是正常動作(→步驟2107)。
如果參考圖象和自己診斷圖象之間存在差異(步驟2104為NO)，然后，判定參考圖象和自己診斷圖象出現(xiàn)差異部分的坐標(biāo)是否在參考圖象的外周格子線以外(相當(dāng)于圖16所示的Lh
～Lh[7]以及Lv
～Lv[6]的范圍之外)(是否在允許范圍內(nèi))。在此，如果不在允許范圍內(nèi)(步驟2105為NO)，由于可能是過度掃描，自己診斷為NG(步驟2108)，處理結(jié)束。
另一方面，如果差異在允許范圍內(nèi)時(步驟2105為YES)，搜索縱向格子線的左右端(Lv
，Lv[6])，如果均正常檢測出來(步驟2106為YES)，表明光源單元控制部31的控制輸出和這樣獲取的圖象圖案能夠?qū)φ丈狭?。即，這時，兩圖象的差異判定是由于侵入物體M所引起(步驟2107為YES)。另一方面，如果沒有正常檢測出來時(步驟2106為NO)，判斷是某種異常，自己診斷為NG，輸出機器停止信號(步驟2108)。又，如果Lv
和Lv[6]正常，可以確認在保存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上的坐標(biāo)上，幀存儲器FM1和FM2之間不存在差。
然后在步驟2107，將校正時獲取的到屏幕5的距離數(shù)據(jù)L和利用三角測量原理求出的到Lh
(最上端的橫格子線)的距離進行比較。如果該距離一致(包含允許誤差范圍內(nèi)的情況)(步驟2107為YES)，判斷運算也正常進行，自己診斷為OK(步驟2107為YES，步驟2109)。另一方面，如果這些距離不一致時(步驟2107為NO)，判斷是某種異常，自己診斷為NG，輸出機器停止信號(步驟2108)。又，到Lh
的距離計算方式將在后面說明。
如果自己診斷為OK，繼續(xù)進行監(jiān)視。在監(jiān)視時，各單元如下動作。
·光源單元控制部31和校正時同樣控制光源單元1，在監(jiān)視空間S內(nèi)掃描圖案光。
·攝像機單元控制部32，和校正時同樣監(jiān)視光源單元控制部31的控制信號，控制攝像機單元2的快門21b，使得能獲取8字形的1周的圖象數(shù)據(jù)。
圖象處理檢測部33，計算圖22(a)所示的獲取圖象(在攝像機單元2中裝載了與光源體的波長對應(yīng)的濾光器，所以實際上攝不出該圖所示的人物輪廓)、和保存在幀存儲器FM2中的參考圖象之間的差，將圖22(b)所示的差分圖象保存在幀存儲器FM1中。
然后，利用本來格子線的位置和從這些位置的偏移量，計算到檢測物體M的距離地圖z(x，y)。
又，為了便于理解，保存在幀存儲器FM1中的差分圖象，分別分成X軸成分、Y軸成分，如圖23(a)、圖23(b)所示。
如果該圖所示，在差分圖象中，沒有物體侵入的部位(坐標(biāo))上的各象素的值為0。另一方面，由于物體侵入，格子線的位置有變化時，原來的格子線所處的部位成為負值，格子線移動后的坐標(biāo)為正值。
各格子線的坐標(biāo)由于在制作參考圖象時已經(jīng)保存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(Lh[]、Lv[])中(參見圖15、圖16)，據(jù)此，沿橫方向的格子線、縱方向的格子線，搜索各自的格子線的移動去向。其模樣如圖24的示意圖所示。
如圖24(a)所示，從a點到b點如果是原來的格子線，從其中間點c向斜45°方向搜索移動后的格子線。又，向斜45°方向的搜索，是取決于如圖8所示的光源單元1和攝像裝置2之間的位置關(guān)系。
搜索結(jié)果發(fā)現(xiàn)移動后的格子線(圖中的d點)后，獲取移動后的格子線的全坐標(biāo)(e→d→f)。
由于格子線相對于光源體11的光軸Z的角度是已知的(已經(jīng)保存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Lh[]、Lv[]的angle中)，如果計算CCD上觀察的偏離光軸后的格子線之間的角度，利用三角測量原理，可以計算出距離地圖z(x，y)。
在本實施例中適用的三角測量進行計算的原理如圖25所示。假定CCD的象素數(shù)為640×480，CCD的象素間距為ccd_p，CCD的光軸通過(319，239)，攝像機的焦點距離為“l(fā)”。
假定所獲取的監(jiān)視圖象的格子線的(CCD上)的坐標(biāo)為(x1，y1)，實際的CCD上的偏離光軸的偏移量(Δdy)由下式表示。
式2Δdy＝ccd_p*(y1-239)又，根據(jù)攝像機的焦點距離為“l(fā)”和Δdy，如果用角度表示格子線的移動量，可以用下式表示。
式3φ’＝tan-1(Δdy/l)進一步，根據(jù)保存在lh[n].angle中的移動前的格子線的從光源體11的角度、和攝像機的鏡頭面23與光源體11之間所成的角度φ0之間的關(guān)系，到偏移后的格子線的距離g(x，y)可以用下式計算。(此外，下式(式4)為一般的三角測量公式)。
式4g(x，y)＝L*tanθ*tanφ/(tanθ+tanφ)式中，φ＝φ0+φ’采用上述式，計算與移動后的格子點對應(yīng)的所有的g(x，y)。又，在X軸方向和Y軸方向兩方可以計算的坐標(biāo)(格子線的交點)，為了確保安全性，采用距離小的一方。
依據(jù)本實施例，由于攝像機單元2配置在光源單元1的斜45°的位置上，使用X軸和Y軸兩方的視差，1次攝像可以計算所有的距離z(x，y)。這也是使用格子狀的激光圖案的優(yōu)點之一。
圖象處理檢測部33進行的有關(guān)上述距離檢測的處理內(nèi)容如圖26～圖28的流程圖所示。
在圖26的流程圖所示的距離計算處理中，首先，在步驟2601進行初始化(對于所有的x，y讓g(x，y)＝0，m＝0，n＝0，j＝0，k＝0)。
在步驟2602，將2值化的監(jiān)視圖象保存在幀存儲器FM1中。
在步驟2603，抽出所保存的監(jiān)視圖象和參考圖象之間的差分圖象，并保存在幀存儲器FM1中。這樣，格子線移動后的部分為+值，原來的格子線的部分為-值。沒有變化的部分為±0值。
在步驟2604，沿保存在橫方向格子線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Lh[n]中的格子線坐標(biāo)(xm＝Lh[n].xf[j]，ym＝Lh[n].yf[j])，搜索FM(xm，ym)＜0的點(圖24(a)中的‘a(chǎn)’點)。搜索到后，轉(zhuǎn)移到距離檢測子流程(圖27，步驟2701～步驟2708)。該步驟2604所示的搜索，針對所有的橫方向格子線進行(～步驟2604為NO，步驟2605為NO，步驟2610～)。又，‘j’為0～Lh[n].max-Lh[n].min-1。
在步驟2606，檢查針對橫方向格子線的所有搜索是否結(jié)束。如果搜索已經(jīng)結(jié)束，然后，針對縱方向格子線進行搜索(步驟2607～2609)。
在步驟2607，沿保存在縱方向格子線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Lv[m]中的格子線坐標(biāo)(xm＝Lv[n].xf[k]，ym＝Lv[n].yf[k])，搜索FM(xm，ym)＜0的點。搜索到后，轉(zhuǎn)移到距離檢測子流程(圖28，步驟2801～步驟2808)。該步驟2607所示的搜索，針對所有的縱方向格子線進行(～步驟2607為NO，步驟2608為NO，步驟2610～)。又，‘k’為0～Lv[m].max-Lv[m].min-1。
在步驟2609，檢查針對縱方向格子線的搜索是否結(jié)束。該檢查針對所有縱方向格子線進行(步驟2609為NO，步驟2613～)。搜索結(jié)束后，處理結(jié)束。
在圖27所示的距離計算處理(伴隨橫方向格子線移動的距離檢測子流程)中，首先將圖24(a)的點a所示的FM(fmx，fmy)＜0的坐標(biāo)作為(fmxs，fmys)保存(步驟2701)。
在步驟2702，搜索FM(fmx，fmy)再次為0的點(圖24(a)的b點)。該搜索直到達到格子線的終點為止(～步驟2703為NO，步驟2704，步驟2702為NO～)。
在步驟2705，由于物體的侵入，根據(jù)當(dāng)前的(fmx，fmy)求出格子線的位置變化的區(qū)間的中間點(fmx_s，fmy_s)(圖24(a)中的c點)。
在步驟2706，由于物體的侵入，從格子線的位置變化的區(qū)間的中間點開始，搜索變化后的格子線。該搜索是從中間點向右斜45°的方向上搜索FM1(x，y)＞0的點(圖24(a)的d點)。
在步驟2707，在左右方向搜索移動后的格子線，獲取格子的全坐標(biāo)(圖24(a)的d→e→f所示的FM1上的坐標(biāo))。
在步驟2708，根據(jù)三角測量的原理。獲取針對全坐標(biāo)的g(x，y)。
在圖28所示的距離計算處理(伴隨縱方向格子線移動的距離檢測子流程)中，首先將成為FM(fmx，fmy)＜0的坐標(biāo)作為(fmx s，fmy s)保存(步驟2801)。
在步驟2802，搜索FM1(fmx，fmy)再次為0的點。該搜索直到達到格子線的終點為止(～步驟2803為NO，步驟2804，步驟2802為NO～)。
在步驟2805，由于物體的侵入，根據(jù)當(dāng)前的(fmx，fmy)求出格子線的位置變化的區(qū)間的中間點(fmx_s，fmy_s)。
在步驟2806，由于物體的侵入，從格子線的位置變化的區(qū)間的中間點開始，搜索變化后的格子線。該搜索是從中間點向右斜45°的方向上搜索FM1(x，y)＞0的點。
在步驟2807，在左右方向搜索移動后的格子線，獲取格子的全坐標(biāo)。
在步驟2808，根據(jù)三角測量的原理。獲取針對全坐標(biāo)的g(x，y)。又，在此的計算方法，針對縱方向的格子線適用和上述方法同樣的方法。但是，對于g(x，y)已經(jīng)計算出來的點(縱橫格子線的交點)，當(dāng)計算值比已經(jīng)計算的值要大時，優(yōu)先采用已經(jīng)計算的值(較小的值)。
然后，判定部35，檢查由上述圖象處理檢測部33求出的z(x，y)的位置，是否進入到輸出種類設(shè)定模式所指定的特定區(qū)域(指定體素)中。
如果，在設(shè)定為‘停止’的體素內(nèi)檢測到z(x，y)時，立即輸出機器停止信號。
如果在設(shè)定為‘停止’的體素內(nèi)沒有所檢測的坐標(biāo)z(x，y)，而在設(shè)定為‘警告’的體素內(nèi)有坐標(biāo)z(x，y)時，產(chǎn)生警告輸出。此外，該處理中，不檢查設(shè)定為不感應(yīng)的體素。
以下說明判定部35的侵入預(yù)測功能。
判定部35，在監(jiān)視模式時，收集z(x，y)＜L(距離數(shù)據(jù)L)的點(侵入物體的表面的點坐標(biāo))，計算其重心坐標(biāo)gt(xt，yt，zt)并保存。然后，根據(jù)前次檢測(計算)所獲得的重心坐標(biāo)g[t-1](xt-1，yt-x，zt-1)分別計算該侵入物體的X、Y、Z軸的移動方向、移動速度。又，移動速度(v)的計算式如下所示。
式5vx＝gt/x＝(xt-1-xt)/檢測間隔vy＝gt/y＝(yt-1-yt)/檢測間隔vz＝gt/z＝(zt-1-zt)/檢測間隔根據(jù)該移動速度v和當(dāng)前的重心位置gt，計算下次檢測中預(yù)測到達位置(坐標(biāo))gt+1。例如，如圖29(a)所示，侵入物體在監(jiān)視空間S內(nèi)移動，所檢測的重心位置按‘g[t-1]→gt’變化時，在下次檢測之前，預(yù)測到達設(shè)定為‘停止’的最深部的區(qū)域S251。這時，即使在下次檢測的時刻讓設(shè)備停止，也有可能出現(xiàn)不能確保作業(yè)者的安全的情況。在這種情況下，計算該預(yù)測到達位置g[t+1]，如果該位置處在‘停止’設(shè)定區(qū)域，由判定部35，在該時刻輸出機器停止信號。
又，如果29(b)所示，在監(jiān)視空間S內(nèi)，重心位置gt在z軸方向上遠離時，或者z軸方向上沒有變化(通過)時，判斷不會到達危險狀態(tài)，可以解除警告狀態(tài)，或者保持原狀態(tài)。
此外，多個侵入物體同時在監(jiān)視空間S內(nèi)存在時，只要監(jiān)視空間S分成適當(dāng)?shù)捏w素，所屬于各體素的z(x，y)的重心坐標(biāo)按體素單位分別管理，計算移動方向、移動速度，進行危險預(yù)測即可。
又，在此雖然采用的是重心位置，也可以采用最小值(距攝像機最近)進行判斷。
有關(guān)重心位置的計算和到達位置預(yù)測的處理內(nèi)容如圖30的流程圖所示。
在該處理中，在步驟3001，采用圖25所示的距離檢測方法計算到侵入物體的距離(計算z(x，y))。
在步驟3002，加算z(x，y)＜L的點的坐標(biāo)，用總數(shù)去除，獲得這時(時刻t)的重心坐標(biāo)gt(x，y，z)。
在步驟3003，搜索gt(x，y，z)所屬(位于)的體素。(體素的八角上的坐標(biāo)在計算上已知，通過和八角上的坐標(biāo)進行比較，可以確定gt(x，y，z)所屬的體素。
在步驟3004，如果g[t-1]所屬的體素的設(shè)定為‘警告’或者‘不感應(yīng)’，并且該體素為‘停止’，判斷物體侵入到規(guī)定區(qū)域(體素)內(nèi)，在步驟3011輸出機器停止信號。
在步驟3005，如果g[t-1]所屬的體素的設(shè)定為‘不感應(yīng)’，并且體素的設(shè)定為‘警告’，在步驟3006輸出警告信號(點滅控制信號輸出)。
在步驟3007，計算重心的移動速度v，計算式如下所示。
式6vx＝(gxt-gx[t-1])/dtvy＝(gyt-gy[t-1])/dtvz＝(gzt-gz[t-1])/dt在步驟3008，計算下一次采樣時(t+1)之前重心會進入到什么地方。計算式如下所示。
式6gx[t+1]＝gxt+vx*dtgy[t+1]＝gyt+vy*dtgy[t+1]＝gyt+vy*dt在步驟3009，搜索下一次采樣時(t+1)之前g[t+1](x，y，z)進入到哪一個體素。搜索通過與體素的八角坐標(biāo)比較而進行。
在步驟3010，時刻t+1的預(yù)測位置如果在設(shè)定為‘停止’的體素內(nèi)時，判定為危險，在步驟3011輸出機器停止信號。又，在該例中，一旦輸出機器停止信號，在由用戶操作而復(fù)位(運行重開輸出)之前，機器停止。
在步驟3012，判定g[t-1]所屬的體素是否是設(shè)定為‘警告’。如果沒有設(shè)定返回到在步驟3001。
在步驟3013，計算從g[t-1]和g[t]的位置最近的到設(shè)定為‘停止’的體素的距離。所計算的距離分別為d_g[t-1]、d_gt。
在步驟3014，如果當(dāng)前為警告輸出狀態(tài)，并且d_g[t-1]＜d_gt，則遠離設(shè)定為‘停止’的體素，或者只是路過設(shè)定為警告的體素，在步驟3015解除警告輸出。
以下說明可以適用于本發(fā)明的三維監(jiān)視裝置的另一自己診斷方法。在上述實施例中，在自己診斷時當(dāng)MEMS13的振角為0°時，不能正確自己診斷光源體11的點滅是否正常進行。為此，在該例中，使用圖31所示的另一實施例的光源單元1、攝像機單元2。在此，只對與上述實施例的改變點進行說明。
在光源單元1中，追加了用于將從光源體11發(fā)出的光的一部分傳送到光纖17中的光束棱鏡16。對于光源單元1，除此之外與上述實施例相同。
在攝像機單元2中，追加了用于使光源體11發(fā)出的光的一部分分支的激光光束在CCD25上成像的單向透鏡24和MEMS23。又，從光源體11發(fā)出的光的一部分分支的激光光束，控制其在CCD25上的上下端上成像，而不會對從光源單元1照射的圖案光的攝像干擾。
攝像機單元控制部32，控制MEMS23，在打開快門的期間，讓所分支的激光光束從CCD上的右端向左端掃描。
又，分為偶數(shù)區(qū)域和奇數(shù)區(qū)域，在偶數(shù)區(qū)域攝像時，在CCD25的上端成像，在奇數(shù)區(qū)域攝像時，在下端成像。
MEMS1和MEMS2的控制關(guān)系如圖32的時序圖所示。又，在該圖32中的(a)中表示有關(guān)MEMS13的X軸以及Y軸方向的振角(θwx)、(θwy)的控制信號，在該圖(b)中表示光源體11的振蕩控制信號(點滅控制)，在該圖(c)中表示有關(guān)MEMS23的X軸方向的振角(θwx)的控制信號，在該圖(d)中表示有關(guān)MEMS23的Y軸方向的振角(θwy)的控制信號。
如該圖所示，MEMS13的圖案光在8字的1周掃描監(jiān)視空間S的期間，MEMS23在CCD上掃描所分支的激光光束。
自己診斷部，按以下的流程進行自己診斷。
1)如果是偶數(shù)區(qū)域，在圖象上端上，如圖33(a)所示，確認有與光源體11的ON/OFF點滅控制對應(yīng)的虛線(C1～C4)。
2)如果是奇數(shù)區(qū)域，在圖象下端上，如圖33(b)所示，確認有與光源體11的ON/OFF點滅控制對應(yīng)的虛線(C5～C8)。
3)如果上述結(jié)果OK，則自己診斷OK。
依據(jù)這樣的自己診斷方法，即使MEMS13的振角為O°時，也能進行正確自己診斷。
又，在上述實施例中，作為圖案映像的投影面雖然采用了屏幕5，也可以采用在監(jiān)視空間S的背后存在的墻壁等。
上述說明表明，依據(jù)本發(fā)明，可以實現(xiàn)能高精度檢測在規(guī)定三維空間內(nèi)的物體侵入的三維監(jiān)視裝置。
權(quán)利要求
1.一種三維監(jiān)視裝置，其特征在于，具有向成為監(jiān)視對象空間的三維空間照射規(guī)定圖案光的照射裝置、通過所述圖案光的照射，對投影于在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)存在的物體表面以及構(gòu)成該監(jiān)視對象空間的背景的規(guī)定物體表面上的映像圖案進行攝像，獲取圖象數(shù)據(jù)的攝像裝置、通過將由所述攝像裝置這時獲取的圖象數(shù)據(jù)與和在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)不存在進入物體時由所述攝像裝置獲取的圖象數(shù)據(jù)相當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)圖象數(shù)據(jù)進行比較、獲取在所述監(jiān)視對象空間中的侵入物體的位置信息的位置檢測裝置、根據(jù)所述位置檢測裝置所計算出的位置信息輸出機器控制信號的判定輸出裝置，所述照射裝置具有通過控制圖案光的照射方向讓該圖案光在規(guī)定范圍內(nèi)可以掃描的掃描機構(gòu)，所述攝像裝置，通過由所述掃描機構(gòu)讓圖案光對所述監(jiān)視對象空間內(nèi)進行掃描，獲取和在預(yù)定的方向和時刻向該監(jiān)視對象空間投影的多個瞬間映像圖案的合成映像相當(dāng)?shù)膱D象數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維監(jiān)視裝置，其特征在于，掃描機構(gòu)是具有光反射體；和通過電磁誘導(dǎo)進行扭曲轉(zhuǎn)動控制、支撐所述光反射體可使其自由轉(zhuǎn)動的支撐部件的微機電結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的三維監(jiān)視裝置，其特征在于，位置檢測裝置利用照射裝置以及攝像裝置之間的已知位置關(guān)系、圖案光的已知形狀或者模樣、根據(jù)由攝像裝置這時獲取的圖象數(shù)據(jù)和預(yù)先獲取的基準(zhǔn)圖象數(shù)據(jù)求出的變位，根據(jù)三角測量原理計算監(jiān)視對象空間內(nèi)侵入物體的三維位置坐標(biāo)。
4.一種三維監(jiān)視裝置，其特征在于，具有向成為監(jiān)視對象空間的三維空間照射規(guī)定圖案光的照射裝置、通過所述圖案光的照射，對投影于在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)存在的物體表面以及構(gòu)成該監(jiān)視對象空間的背景的規(guī)定物體表面上的映像圖案進行攝像，獲取圖象數(shù)據(jù)的攝像裝置、通過將由所述攝像裝置這時獲取的圖象數(shù)據(jù)與和在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)不存在進入物體時由所述攝像裝置獲取的圖象數(shù)據(jù)相當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)圖象數(shù)據(jù)進行比較、獲取在所述監(jiān)視對象空間中的侵入物體的位置信息的位置檢測裝置、根據(jù)所述位置檢測裝置所計算出的位置信息輸出機器控制信號的判定輸出裝置、從預(yù)先假想分割成多個區(qū)域的所述監(jiān)視對象空間內(nèi)通過用戶操作所任意選擇的區(qū)域作為指定區(qū)域確定的同時，對每個指定區(qū)域設(shè)定從預(yù)先準(zhǔn)備的多個輸出種類中通過用戶操作所任意選擇的輸出種類的裝置，所述位置檢測裝置、作為侵入物體的位置信息獲取該侵入物體存在的區(qū)域的特定信息，所述判定裝置，根據(jù)在由所述位置檢測裝置確定的區(qū)域中所設(shè)定的輸出種類，輸出機器控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維監(jiān)視裝置，其特征在于，輸出種類設(shè)定按照根據(jù)圖案光的形狀或者模樣所區(qū)分的體素單位進行。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的三維監(jiān)視裝置，其特征在于，指定區(qū)域是通過在監(jiān)視對象空間內(nèi)的所希望的位置上設(shè)置物體的狀態(tài)下進行攝像、抽出該物體存在的區(qū)域的方式自動確定。
7.一種三維監(jiān)視裝置，其特征是向成為監(jiān)視對象空間的三維空間照射規(guī)定圖案光的照射裝置、通過所述圖案光的照射，對投影于在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)存在的物體表面以及構(gòu)成該監(jiān)視對象空間的背景的規(guī)定物體表面上的映像圖案進行攝像，獲取圖象數(shù)據(jù)的攝像裝置、通過將由所述攝像裝置這時獲取的圖象數(shù)據(jù)與和在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)不存在進入物體時由所述攝像裝置獲取的圖象數(shù)據(jù)相當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)圖象數(shù)據(jù)進行比較、獲取在所述監(jiān)視對象空間中的侵入物體的位置信息的位置檢測裝置、根據(jù)所述位置檢測裝置所計算出的位置信息輸出機器控制信號的判定輸出裝置、從預(yù)先假想分割成多個區(qū)域的所述監(jiān)視對象空間內(nèi)通過用戶操作所任意選擇的區(qū)域作為指定區(qū)域確定的同時，對每個指定區(qū)域設(shè)定從預(yù)先準(zhǔn)備的多個輸出種類中通過用戶操作所任意選擇的輸出種類的裝置，所述位置檢測裝置，根據(jù)連續(xù)獲取的多個監(jiān)視圖象數(shù)據(jù)的時序的變化，檢測侵入物體的移動狀態(tài)，判定輸出裝置，根據(jù)所述檢測裝置的檢測結(jié)果確定該侵入物體的預(yù)想到達區(qū)域，根據(jù)該預(yù)測到達區(qū)域和該區(qū)域中設(shè)定的輸出種類，輸出機器控制信號。
8.一種三維監(jiān)視裝置，其特征在于，具有向成為監(jiān)視對象空間的三維空間照射規(guī)定圖案光的照射裝置、通過所述圖案光的照射，對投影于在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)存在的物體表面以及構(gòu)成該監(jiān)視對象空間的背景的規(guī)定物體表面上的映像圖案進行攝像，獲取圖象數(shù)據(jù)的攝像裝置、通過將由所述攝像裝置這時獲取的圖象數(shù)據(jù)與和在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)不存在進入物體時由所述攝像裝置獲取的圖象數(shù)據(jù)相當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)圖象數(shù)據(jù)進行比較、獲取在所述監(jiān)視對象空間中的侵入物體的位置信息的位置檢測裝置、根據(jù)所述位置檢測裝置所計算出的位置信息輸出機器控制信號的判定輸出裝置、確認根據(jù)由所述照射裝置所照射的圖案光的映像圖案是否與預(yù)定的映像圖案一致，當(dāng)確認為一致時，保證這時各構(gòu)成裝置正常動作的自己診斷裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維監(jiān)視裝置，其特征在于，照射裝置具有通過控制圖案光的照射方向讓該圖案光在規(guī)定范圍內(nèi)可以掃描的掃描機構(gòu)，攝像裝置，通過由所述掃描機構(gòu)讓圖案光對所述監(jiān)視對象空間內(nèi)進行掃描，獲取和在預(yù)定的方向和時刻向該監(jiān)視對象空間投影的多個瞬間映像圖案的合成映像相當(dāng)?shù)膱D象數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三維監(jiān)視裝置，其特征在于，具有通過讓照射裝置所照射的光的一部分直接照射在攝像裝置的攝像面上所獲取的圖象數(shù)據(jù)中，根據(jù)是否正常出現(xiàn)預(yù)定的校對模樣，自動檢測自身動作有無異常發(fā)生的自己診斷功能。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的三維監(jiān)視裝置，其特征在于，具有作為照射裝置的激光光源，校對模樣由該激光光源的點滅時刻以及掃描時刻所規(guī)定。
12.一種三維監(jiān)視傳感器，其特征在于，具有向成為監(jiān)視對象空間的三維空間照射規(guī)定圖案光的照射裝置、通過所述圖案光的照射，對投影于在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)存在的物體表面以及構(gòu)成該監(jiān)視對象空間的背景的規(guī)定物體表面上的映像圖案進行攝像，獲取圖象數(shù)據(jù)的攝像裝置、通過將由所述攝像裝置這時獲取的圖象數(shù)據(jù)與和在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)不存在進入物體時由所述攝像裝置獲取的圖象數(shù)據(jù)相當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)圖象數(shù)據(jù)進行比較、獲取在所述監(jiān)視對象空間中的侵入物體的位置信息的位置檢測裝置、根據(jù)所述位置檢測裝置所計算出的位置信息輸出機器控制信號的判定輸出裝置，所述攝像裝置和所述照射裝置配置在這樣的位置，即連接攝像裝置和照射裝置的假想線與水平面之間形成的角度大致為45度，這樣，通過視差檢測侵入物體的位置信息。
13.一種三維空間監(jiān)視方法，其特征在于，使用多臺權(quán)利要求1到權(quán)利要求12中任一項所述的三維監(jiān)視裝置，從多個方向同時監(jiān)視成為監(jiān)視對象空間的三維空間。
14.一種三維監(jiān)視系統(tǒng)，包含三維監(jiān)視裝置、成為控制對象的機械裝置，其特征在于，所述三維監(jiān)視裝置具有向成為監(jiān)視對象空間的三維空間照射規(guī)定圖案光的照射裝置、通過所述圖案光的照射，對投影于在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)存在的物體表面以及構(gòu)成該監(jiān)視對象空間的背景的規(guī)定物體表面上的映像圖案進行攝像，獲取圖象數(shù)據(jù)的裝置、通過將由攝像裝置這時獲取的圖象數(shù)據(jù)與和在所述監(jiān)視對象空間內(nèi)不存在進入物體時由所述攝像裝置獲取的圖象數(shù)據(jù)相當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)圖象數(shù)據(jù)進行比較、計算出在所述監(jiān)視對象空間中的侵入物體的位置信息的位置檢測裝置、根據(jù)計算出的位置信息，向所述機械裝置輸出控制信號的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種三維監(jiān)視裝置，通過采用圖案光作為檢測介質(zhì)，可以高精度地檢測出規(guī)定三維空間內(nèi)的侵入物體。該三維監(jiān)視裝置設(shè)置有向成為監(jiān)視對象的三維空間照射規(guī)定圖案光的照射裝置、通過上述圖案光的照射對上述三維空間內(nèi)的侵入物體以及在屏幕上投影的映像圖案攝像、獲取圖象數(shù)據(jù)的攝像裝置、通過將由攝像裝置這時獲取的監(jiān)視圖象與在沒有物體進入到三維空間內(nèi)時所獲取的參考圖象進行比較而檢測在三維空間中侵入物體的位置的檢測裝置。
文檔編號G08B13/18GK1444008SQ03120540
公開日2003年9月24日 申請日期2003年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月13日
發(fā)明者川池襄, 高市隆一郎, 池永賴央, 飯?zhí)镓S男 申請人:歐姆龍株式會社