ITMI20071931A1 - Sorveglianza optoelettronica con test mediante dinamizzazione - Google Patents

Description

Descrizione dell’invenzione industriale

L’invenzione riguarda un dispositivo di sorveglianza optoelettronica con almeno una sorgente di luce e con almeno un elemento ricevente secondo il preambolo della rivendicazione 1 nonché un procedimento di test per lo stesso secondo il preambolo della rivendicazione 16.

Dispositivi di sorveglianza optoelettronica vengono usati in un gran numero di applicazioni che vanno dalla protezione contro i furti alla protezione di macchine pericolose che devono disinserire automaticamente per tempo all’avvicinamento di un oggetto o soprattutto del personale addetto. Una particolare sfida alla tecnica e all’analisi è rappresentata qui da dispositivi di sorveglianza che misurano la distanza e che non solo riconoscono la presenza di un oggetto ma determinano anche a quale distanza si trova lo stesso.

Una determinazione della distanza di questo tipo è particolarmente utile per applicazioni in cui un robot mobile si muove attraverso una zona che può essere attraversata anche da addetti al servizio o altro personale. Il robot può emettere segnalazioni per esempio a partire da una data distanza oppure passare ad un modo più lento per arrestarsi completamente se passa ulteriormente al di sotto di una distanza critica. Un robot mobile rappresenta particolari sfide all’analisi a causa dello scenario che cambia di continuo davanti ai suoi “occhi”.

Per applicazioni su autoveicoli si usano telecamere che generano in tempo reale immagini con risoluzione della distanza per ottimizzare il comando dell’airbag. Così per mezzo delle distanze viene rilevata la posizione seduta dei passeggeri in caso di incidente per adattarvi l’innesco dell’airbag. Inoltre immagini con risoluzione della distanza servono a riconoscere e a classificare altri utenti del traffico come automobili, biciclette o pedoni. Un ulteriore impiego è il mantenimento automatico della distanza da veicoli che precedono.

Un presupposto base per la sorveglianza è che i sensori con i quali viene ripresa l’immagine della zona di sorveglianza siano funzionanti. Si deve distinguere soprattutto se l’informazione momentanea dell’immagine corrisponde ancora alle condizioni esterne o se un’immagine “si è impressa”. Ciò non è facile da rilevare poiché un’immagine costante può essere sia espressione di uno scenario invariato che di un guasto del sensore.

Per sensori di immagini che registrano informazioni sulla luminosità si conoscono da WO 01/78411 procedimenti di test della funzionalità dei pixel. A questo scopo uno schema di contrasto fisso della zona di sorveglianza può essere spostato rispetto al sensore di immagini, la luminosità anche di singole zone può essere modificata da un’illuminazione supplementare oppure per mezzo di un oggetto o schema di test mosso appositamente può essere verificata la funzionalità del sensore. Ai fini di una misurazione della distanza questi procedimenti non sono però adatti per quanto riguarda variazioni della luminosità, e movimenti – siano essi del sensore o di oggetti di prova indipendenti – sono complessi dal punto di vista meccanico e dovrebbero variare in aggiunta non solo le luminosità ma la distanza.

Si conoscono inoltre scanner laser che con un raggio laser – per esempio per mezzo di uno specchio rotante – scansionano una zona di sorveglianza e determinano le rispettive distanze in base alla luce riflessa. A questo raggio laser può essere offerto, in una parte del settore attraverso la quale viene mosso, un bersaglio di riferimento, che si può trovare addirittura all’interno della carcassa del dispositivo di sorveglianza. Se il dispositivo riconosce esattamente la distanza del bersaglio di riferimento, vuol dire che è ancora funzionante. Anche in questo caso, però, sono necessarie parti mobili per il movimento di scansione del raggio laser e se invece che con un raggio laser si vuole lavorare con un chip ricevente che registra un’immagine della distanza di forma lineare o a matrice, questo procedimento di test non può essere applicato in alcun modo.

Da DE 101 38 960 A1 si conosce un dispositivo per sorvegliare una zona di spazio con due unità di ripresa di immagini disposte in modo da formare tra loro un angolo di 90° e comprendenti la stessa zona di spazio per mezzo di un divisore di raggi, laddove da diverse luminosità nelle due unità di ripresa delle immagini vengono calcolati valori della distanza. La funzionalità viene provata in un test di autodiagnosi in cui un’illuminazione della zona di spazio viene inserita e disinserita per la dinamizzazione forzata della scena osservata. Così si può riconoscere se il dispositivo reagisce ancora; però non viene verificato in alcun modo se i valori della distanza calcolati in base alle differenze della luminosità sono corretti.

DE 10 2004 035 243 A1 insegna a variare nel tempo un’illuminazione in un sistema di videocamere per la sorveglianza di una zona di pericolo, e precisamente mediante modulazione, e a registrare queste variazioni in un sensore di test. Il dispositivo testa poi da solo la sua funzionalità verificando se le immagini riprese dalla videocamera variano in un modo coincidente con la variazione misurata dal sensore di test. Così però si procede non solo ad una verifica di valori misurati della distanza ed il sistema di videocamere non è neppure in grado di registrare da solo distanze ma le lavora in modo bidimensionale.

Il problema dell’invenzione è quindi permettere in un dispositivo di sorveglianza optoelettronica con determinazione della distanza un test non complesso del funzionamento.

Questo problema viene risolto con un dispositivo di sorveglianza optoelettronica secondo la rivendicazione 1 e con un procedimento di test per un dispositivo di sorveglianza optoelettronica secondo la rivendicazione 16. La soluzione ha il vantaggio che guasti del dispositivo di sorveglianza vengono individuati in modo semplice e sicuro anche su uno sfondo costante. Il test si basa solo su componenti optoelettronici e non richiede alcuna meccanica supplementare come quella richiesta per esempio per muovere un raggio laser o uno schema di test.

La soluzione secondo l’invenzione parte dal principio di dinamizzare i segnali d’entrata per l’elemento ricevente. Ciò avviene mediante manipolazione mirata della luce là incidente che imprime ad uno scenario la dinamica necessaria per il test.

Vantaggiosamente parecchi elementi riceventi sono riuniti in fila o in piano, soprattutto come linea o matrice, e forniscono così un’immagine pixel con risoluzione della distanza. Un’immagine della distanza del genere permette analisi essenzialmente più precise di un singolo elemento ricevente. La pluralità degli elementi riceventi può essere disposta semplicemente su un chip ricevente nella disposizione come linea o matrice.

Di preferenza la sorgente di luce e/o l’elemento ricevente sono immobili rispetto al dispositivo di sorveglianza. Ciò è possibile solo perché il test si basa su componenti optoelettronici e non su un movimento meccanico. A ciò si unisce contemporaneamente il vantaggio che si può rinunciare a qualsiasi tipo di dispositivo di movimento meccanico complesso e che richiede manutenzione.

L’unità di test modifica di preferenza la luce incidente per mezzo di un’illuminazione supplementare che irradia l’elemento ricevente. Si tratta di un test interno che non dipende in alcun modo dallo scenario osservato. Il test lavora quindi in modo affidabile ed indipendente dalla luce circostante. Si preferisce anche accoppiare l’illuminazione supplementare per mezzo di un divisore di raggi. Per motivi geometrici l’illuminazione supplementare non può essere montata immediatamente davanti all’elemento ricevente, perché altrimenti finirebbe per trovarsi nel percorso della luce proveniente dalla zona di sorveglianza. Un divisore di raggi risolve elegantemente questo problema geometrico.

In alternativa l’illuminazione supplementare irradia direttamente nell’elemento ricevente. Così la luce non va persa attraverso il divisore di raggi, ma l’illuminazione supplementare deve essere strutturata in modo da non lasciare passare ancora la luce dalla zona di sorveglianza.

L’illuminazione supplementare è realizzata preferibilmente con forma anulare. Così ha una geometria semplice che permette il passaggio della luce dalla zona di sorveglianza.

La sorgente di luce per l’emissione di un impulso di luce di misura e l’elemento ricevente per una determinazione della distanza sono realizzati in base al tempo di propagazione dell’impulso di luce di misura, laddove l’unità di test è realizzata per irradiare nell’elemento ricevente attraverso l’illuminazione supplementare un impulso di luce di test con un ritardo positivo o negativo prefissato rispetto all’emissione dell’impulso di luce di misura. Un ritardo del genere viene percepito dall’elemento ricevente come tempo di propagazione della luce e quindi come distanza, per cui così si può testare in modo sicuro la sua funzionalità.

Di preferenza la sorgente di luce è realizzata per l’emissione di un impulso di luce di misura e l’elemento ricevente per una determinazione della distanza in base al tempo di propagazione dell’impulso di luce di misura, laddove l’unità di test è realizzata per irradiare nell’elemento ricevente attraverso l’illuminazione supplementare un impulso di luce di test senza ritardo. Si tratta di un test più semplice di quello del paragrafo precedente, in cui non viene misurata una distanza variabile bensì solo la lunghezza fissa del percorso ottico dall’illuminazione supplementare al ricevitore di luce. Questo test non verifica tutti i guasti possibili; se però ha successo, è sicuro che il ricevitore di luce funziona ancora e che è almeno in linea generale anche in grado di determinare distanze.

La sorgente di luce è realizzata di preferenza per l’emissione di luce modulata e l’elemento ricevente per una determinazione della distanza in base alla fase della luce modulata, laddove l’unità di test è realizzata per irradiare nell’elemento ricevente luce modulata per mezzo dell’illuminazione supplementare con una fase predeterminata.

Come per il tempo di propagazione degli impulsi, anche nella posizione di fase si può eseguire il test con e senza ritardo artificiale. Come un semplice test, che corrisponde al test del tempo di propagazione degli impulsi senza ritardo, alla luce modulata può essere impressa una fase in modo che la distanza da misurare corrisponda esattamente alla lunghezza del percorso ottico da illuminazione supplementare a ricevitore di luce (“fase 0”). La fase può essere però anche spostata artificialmente, il che corrisponde in ultima analisi ad un ritardo artificiale positivo o negativo.

L’unità di test è realizzata vantaggiosamente per verificare la precisione di una distanza apparente rilevata in un test in base alla luce modificata mediante confronto con la distanza attesa, laddove la precisione viene confrontata con una precisione minima e laddove soprattutto è previsto un sensore della temperatura per usare per il confronto una precisione minima dipendente dalla temperatura ottenuta da una curva caratteristica della temperatura memorizzata. Nel test viene così rilevato non solo se si possono misurare ancora distanze. Poiché il risultato atteso della misurazione della distanza del test è certo, anche l’errore di misura relativo può essere determinato attraverso semplice confronto. Per questo errore di misura si possono fissare in precedenza limiti entro i quali si può ritenere che il dispositivo di sorveglianza lavori ancora correttamente. Poiché la precisione del ricevitore di luce è dipendente dalla temperatura, si possono determinare più esattamente limiti di precisione se la temperatura attuale è nota e viene corretta in base ad una curva caratteristica della temperatura precedentemente misurata e memorizzata.

Di preferenza il dispositivo di sorveglianza presenta un disco di protezione, laddove l’illuminazione supplementare irradia la sua luce nell’elemento ricevente attraverso il disco di protezione e laddove l’unità di test è realizzata soprattutto in via supplementare per il confronto tra un’intensità attesa dell’illuminazione supplementare e l’intensità effettiva per verificare la trasparenza del disco di protezione. La schermatura per mezzo del disco di protezione ha il vantaggio fondamentale che anche il disco di protezione è una possibile sorgente di guasto, così durante il passaggio dei raggi attraverso lo stesso viene testata in fase di funzionamento una parte più grande del percorso ottico della luce. Inoltre il disco di protezione prende una parte dell’intensità luminosa, per cui la schermatura non porta più così facilmente il ricevitore di luce alla saturazione. Infine è possibile anche una forma di realizzazione in cui la sorgente di luce esterna viene usata per la schermatura per eseguire un test nel senso che la sua luce viene deviata direttamente dal disco di protezione al ricevitore di luce, per cui si può rinunciare ad un’illuminazione supplementare propria. In un’ulteriore forma di realizzazione l’unità di test modifica la luce incidente modificando la luce della sorgente di luce. Diversamente dalla forma di realizzazione appena descritta, in questo caso l’unità di ricezione non viene stimolata internamente bensì alla luce ricevuta esternamente viene impressa in aggiunta un’informazione del test. Questa informazione del test dinamizza lo scenario e consente così un test affidabile del funzionamento.

Di preferenza la sorgente di luce è realizzata per emettere un impulso di luce di misura e l’elemento ricevente per determinare la distanza in base al tempo di propagazione dell’impulso di luce di misura, laddove l’unità di test è realizzata per imprimere all’impulso di luce di misura un ritardo di propagazione positivo o negativo. La differenza nel tempo di propagazione dell’impulso di luce di misura viene interpretata dall’unità ricevente come differenza della distanza. Se essa rileva questa distanza, la sua funzionalità è dimostrata in modo affidabile.

Di preferenza la sorgente di luce è realizzata per l’emissione di luce modulata e l’elemento ricevente per una determinazione della distanza in base alla fase della luce modulata, laddove l’unità di test è realizzata per imprimere alla luce modulata una fase supplementare. Ciò permette un test del funzionamento affidabile per il caso in cui le distanze vengono rilevate nel modo descritto attraverso luce modulata. Il procedimento di test secondo l’invenzione può essere realizzato vantaggiosamente in modo analogo, laddove si ottengono vantaggi simili a quelli dati dal dispositivo di sorveglianza. Conformazioni del genere del procedimento di test sono degli esempi, non esaustivi, e sono riportate nelle rivendicazioni dipendenti.

L’invenzione viene illustrata con maggiori dettagli qui di seguito solo a titolo d’esempio anche per quanto riguarda ulteriori elementi e vantaggi in base ad esempi di realizzazione e facendo riferimento alle figure del disegno allegato. Le figure nel disegno mostrano:

fig. 1: una rappresentazione schematica generale di una prima forma di realizzazione dell’invenzione con illuminazione supplementare interna attraverso un divisore di raggi;

fig. 2: una rappresentazione schematica generale di una seconda forma di realizzazione dell’invenzione con illuminazione supplementare interna diretta; e

fig. 3: una rappresentazione schematica generale di una terza forma di realizzazione dell’invenzione con modifica della sorgente di luce che emette verso l’esterno.

La fig. 1 mostra in una vista generale schematica una prima forma di realizzazione di un dispositivo di sorveglianza optoelettronica 1 secondo l’invenzione. La luce di una sorgente di luce 2 illumina uno scenario (nella rappresentazione a destra sul foglio) e luce che ritorna dallo scenario viene trasmessa attraverso un’ottica di riproduzione 3 ad un sensore di immagini 4. Il dispositivo di sorveglianza 1 serve a individuare oggetti in una zona di sorveglianza dello scenario.

L’individuazione può servire a molte applicazioni possibili, dall’automazione fino alla protezione antifurto. Gli oggetti individuati possono essere contati, il loro movimento determinato o la presenza degli oggetti classificata come ammessa/non ammessa. Se un oggetto non è ammesso, ciò può innescare un segnale di avvertimento. Un uso del genere è la tecnica di sicurezza in cui si deve proteggere una zona di pericolo nella quale non devono entrare oggetti o in cui una macchina pericolosa deve essere disinserita per tempo senza che ciononostante penetrino oggetti.

La rappresentazione è molto semplificata. Generalmente gli elementi descritti sono alloggiati in una carcassa o in un tubo che riduce influssi di luce diffusa. Poiché la struttura base del dispositivo di sorveglianza 1 è nota da tempo e viene usata spesso, non è necessario addentrarci in dettagli come il tubo o la scelta precisa di diaframmi e lenti nell’ottica di riproduzione 3. E’ importante solo che dopo una riflessione nello scenario luce della sorgente di luce 2 si focalizzi in misura sufficiente sul sensore di immagini 4 per consentire là un’analisi della distanza.

La sorgente di luce 2 può essere un diodo laser il cui raggio riflesso colpisce una singola fotocellula come sensore di immagini 4. Di preferenza però il sensore di immagini 4 è formato da parecchie unità riceventi che sono disposte sotto forma di una linea o di una matrice o in altro modo adeguato all’uso. Il sensore di immagini 4 può presentare per esempio un chip CCD o CMOS.

Il sensore di immagini 4 comunica con un comando 5. Il comando 5 è collegato inoltre ad una sorgente di luce 2 per comandare quest’ultima in modo da generare uno schema di esposizione desiderato.

Qui di seguito si deve partire dal principio che tutti gli elementi riceventi del sensore di immagini 4 sono già provvisti ognuno di un’unità di analisi propria, per mezzo della quale possono determinare in modo ancora da descrivere la distanza del loro campo visivo e trasmettere al comando 5 solo questi dati della distanza pronti nonché per lo più anche il valore della luminosità qui non considerato con maggiori dettagli. In alternativa gli elementi riceventi possono comunicare naturalmente anche solo dati grezzi, che poi vengono elaborati dal comando 5. Anche in questa forma di realizzazione di un calcolo centrale della distanza, a causa della stretta assegnazione all’elemento ricevente corrispondente si deve parlare come se l’elemento ricevente stesso analizzasse le distanze.

La determinazione della distanza avviene secondo l’invenzione in uno di due modi, laddove è anche possibile realizzare entrambi l’uno accanto all’altro. Secondo un modo la sorgente di luce 2 emette un impulso di luce il cui tempo di propagazione viene determinato fino alla rivelazione nel sensore di immagini 4. Qui a causa dei tempi corti è necessaria un’elettronica molto precisa; per le distanze qui rilevanti, nell’ordine di grandezza di 10 metri, il tempo di propagazione è esattamente di 33 ns. Di questi si devono potere determinare però anche frazioni per essere in grado di rivelare anche movimenti di oggetti nel campo dei centimetri. Per ottenere dal tempo di propagazione dati della distanza assoluti, il dispositivo di sorveglianza deve essere tarato, vale a dire allineato per esempio una volta su un bersaglio di distanza nota, per potere considerare tempi di propagazione interni oppure per il fatto che uno shutter elettro-ottico simula un tempo di propagazione esterno definito. In alternativa però si possono usare anche distanze relative in cui si decide solo di quali distanze relative due immagini consecutive della distanza o un’immagine della

distanza si differenziano rispetto ad un’immagine di riferimento.

Secondo l’altro modo la sorgente di luce 2 emette luce modulata, quindi luce alla quale viene impresso un periodo supplementare per esempio mediante modulazione sinusoidale della luminosità. Dalla differenza di fase tra la luce modulata sulla sorgente di luce 2 e sul sensore di immagini 4 si può poi calcolare la distanza. L’ambiguità nello spostamento di multipli interi del periodo non ha alcuna importanza se il tempo di propagazione della luce in un periodo corrisponde circa alle distanze o differenze delle distanze calcolate.

Se la distanza così rilevata di un elemento ricevente è costante, ciò può dipendere da uno scenario momentaneamente non mosso o anche da un guasto dell’elemento ricevente. Per testare guasti del genere, è previsto un dispositivo di modifica 6 che può essere trattato dal comando 5.

Il dispositivo di modifica 6 a sua volta comanda un’illuminazione supplementare 7, per mezzo della quale il dispositivo di modifica 6 può generare a seconda della forma di realizzazione un impulso di luce in un momento determinato esattamente oppure luce modulata in una fase fissata. Il rendimento dell’illuminazione supplementare 7 è adattato in modo che il ricevitore di luce 4 si trovi nel suo campo di lavoro ottimale, soprattutto non venga portato alla saturazione ma che si presentino altezze del segnale tipiche come nella rivelazione di oggetti nel funzionamento vero e proprio.

La luce dell’illuminazione supplementare 7 viene deviata sul sensore di immagini 4 per mezzo di un divisore di raggi 7’. C’è quindi un percorso 8’ della luce esterna dello scenario che viene trasmessa dal divisore di raggi 7’ ed un percorso 8’ della luce dell’illuminazione supplementare 7 che viene riflessa dal divisore di raggi 7’. In questo modo in ultima analisi il comando 5 può illuminare, attraverso il dispositivo di modifica 6, l’illuminazione supplementare 7 ed il divisore di raggi 7’, il sensore di immagini 4 con un impulso di luce comandato esattamente nel tempo oppure con luce modulata di fase prefissata.

Un test del funzionamento degli elementi riceventi del sensore di immagini 4 si svolge poi come segue. In una misurazione della distanza in base al tempo di propagazione il comando 5 disinserisce dapprima la sorgente di luce 2, poiché la sua luce potrebbe disturbare il test del funzionamento. Questa fase non può non essere evitata quando l’intensità luminosa dell’illuminazione supplementare 7 è sufficientemente forte da distorcere la luce riflessa dello scenario. Poi il comando 5 dà al sensore di immagini 4 il segnale d’avvio come se la sorgente di luce 2 avesse emesso un impulso di luce. Esternamente al test un comando contemporaneo sarebbe passato effettivamente alla sorgente di luce 2 per generare un impulso di luce del genere. Per il test del funzionamento questo comando finisce alla sorgente di luce 2.

Con un ritardo temporale stabilito il comando 5 dà all’illuminazione supplementare attraverso il dispositivo di modifica 6 l’ordine di emettere un impulso di luce. Questo impulso di luce raggiungerà poi con ritardo ben noto rispetto al segnale d’avvio il sensore di immagini 4 attraverso il divisore di raggi 7’ lungo il percorso della luce 8. Da ciò gli elementi riceventi del sensore di immagini 4 rilevano una distanza, che è naturalmente fittizia poiché dallo scenario non è stata ricevuta alcuna luce. Il comando 5 riceve queste distanze calcolate e le confronta con quelle da prevedere in base al ritardo noto. Dove ci sono scostamenti si presuppone un guasto dell’unità di ricezione corrispondente. I ritardi possono essere variati per simulare al sensore di immagini 4 diverse distanze all’interno del campo di misura completo degli elementi riceventi.

Un caso particolare è un ritardo zero, quindi nessun ritardo artificiale. In questo caso la distanza da determinare è esattamente la lunghezza del percorso ottico 8’. Qui il comando 5 può assumersi la funzione del dispositivo di modifica 6 mediante semplice inserimento dell’illuminazione supplementare, per cui i dispositivi ed i comandi necessari per questo test sono particolarmente semplici.

Se la misurazione della distanza avviene in base alla fase di luce modulata, il procedimento di test è molto simile. Qui si usa solo luce modulata di uno spostamento di fase prefissato invece di un impulso di luce ritardato. Anche da questa fase artificiale gli elementi riceventi calcolano una distanza che viene confrontata con quella attesa nella fase artificiale prefissata. La fase artificiale può essere variata per testare tutto il campo di misura del sensore di immagini 4. Anche qui si deve citare il caso particolare della “fase zero” in cui quindi non viene impresso alcun spostamento di fase supplementare e quindi il risultato in caso di dispositivo di sorveglianza 1 intatto è esattamente la lunghezza del percorso ottico 8’.

Con il risultato delle distanze determinate nel test si può determinare anche un errore di misura, poiché si conoscono la lunghezza del percorso ottico 8’ e la lunghezza supplementare fittizia dovuta ad un ritardo. Può rientrare anche nel test confrontare questo errore di misura con la precisione di misura richiesta. Questa precisione di misura richiesta può esser memorizzata come valore limite fisso nel comando 5, laddove il valore limite corrispondente è determinato in alternativa anche per ogni apparecchio già in fase di produzione e può essere salvato in una memoria. I valori limite sono ancora più precisi se vengono determinati in dipendenza della temperatura a causa della dipendenza dalla temperatura della precisione del ricevitore di luce 4 e salvati. I valori limite da usare di volta in volta della curva caratteristica della temperatura così salvata possono essere determinati più tardi nel corso del test misurando la temperatura d’esercizio attuale

con un sensore di temperatura.

In una forma di realizzazione alternativa è anche possibile che la sorgente di luce 2 assuma la funzione dell’illuminazione supplementare 7 deviando la luce di questa nel ricevitore di luce 4. È anche possibile disporre l’illuminazione supplementare come ulteriore elemento vicino alla sorgente di luce 2 all’esterno del dispositivo di sorveglianza 1. Con questa variante si può schermare sia per mezzo dell’ottica di riproduzione che in modo diretto.

Poiché generalmente il dispositivo di sorveglianza 1 è alloggiato in una carcassa e la luce arriva all’interno ed all’esterno attraverso un disco frontale o disco di protezione, disponendo esternamente le sorgenti di luce di schermatura 2, 7 si può testare anche la trasparenza di questo disco di protezione. Così si scoprono punti danneggiati o sporchi dello stesso. Il disco di protezione smorza anche la resa della schermatura, per cui non si verifica così facilmente una sovrasaturazione nel ricevitore di luce.

La resa ottica delle sorgenti di luce di schermatura 2, 7 o del loro equivalente sul ricevitore di luce 4 nel comando 5 può essere analizzata per verificarne la sensibilità. Ciò serve da un lato alla verifica sopra citata della trasparenza di un disco di protezione. Inoltre da questa sensibilità dipende la portata entro la quale si possono rivelare oggetti. Se la sensibilità è scesa al di sotto di una portata indicata del dispositivo di sorveglianza 1, si parla di un guasto, che viene individuato attraverso questa verifica.

La sorgente di luce di schermatura 2, 7 può essere disposta circa nella distanza focale dell’ottica di riproduzione 3. Poi il ricevitore di luce 2 viene illuminato completamente, per cui proprio nel caso di una matrice CCD o CMOS si possono verificare tutti i pixel.

Per mezzo della luce supplementare accoppiata per mezzo del divisore di raggi 7’ è così possibile, anche in uno scenario costante, un test del funzionamento del dispositivo di sorveglianza 1 eseguito solo attraverso comandi elettronici.

Nella fig. 2 è rappresentata una seconda forma di realizzazione dell’invenzione. In questa figura ed in quelle successive numeri di riferimento uguali indicano elementi uguali. Diversamente dalla prima forma di realizzazione, la luce supplementare viene irradiata nel sensore di immagini 4 direttamente e non attraverso il divisore di raggi 7’. Poiché l’illuminazione supplementare 7 – come si vede anche nella fig. 2 – si trova nel percorso ottico della luce riflessa dello scenario e lo coprirebbe, l’illuminazione supplementare 7 deve essere adattata geometricamente in modo da non disturbare il percorso ottico 8 citato. In questa seconda forma di realizzazione il problema è risolto per il fatto che l’illuminazione supplementare 7 è disposta ad anello intorno all’ottica di riproduzione 3 ed irradia facilmente verso l’interno sul sensore di immagini 4 lungo i percorsi 8”. Naturalmente sono possibili anche altre geometrie, come per esempio una disposizione rettangolare o altre, sempre che il percorso ottico 8 non venga pregiudicato eccessivamente.

Sia nella prima e nella seconda forma di realizzazione che con entrambi i metodi di misura mediante determinazione del tempo di propagazione o della fase l’illuminazione supplementare 7 può essere costituita anche da parecchie fasi per simulare nella stessa immagine o nello stesso svolgimento di test diverse distanze per diversi settori del sensore di immagini 4 e quindi per diversi elementi riceventi.

Il test del funzionamento secondo la prima e la seconda forma di realizzazione è indipendente da uno scenario di riferimento a causa dell’illuminazione interna supplementare e quindi è particolarmente adatto per applicazioni mobili.

La fig. 3 mostra una terza forma di realizzazione dell’invenzione. In questa forma di realizzazione si rinuncia all’illuminazione supplementare 7 e viene modificata invece la luce della sorgente di luce 2. A questo scopo il dispositivo di modifica 6 è inserito ora tra il comando 5 e la sorgente di luce 2.

Anche lo svolgimento del procedimento di test secondo l’invenzione varia corrispondentemente. Il comando 5 impartisce al dispositivo di modifica 6 il comando che ora deve essere svolto un test e non il funzionamento normale. Poi, attraverso il dispositivo di modifica 6, dà un comando d’inserimento alla sorgente di luce 2 e contemporaneamente invia un segnale di sincronizzazione al sensore di immagini 4. Nel caso della misurazione della distanza attraverso impulsi di luce il dispositivo di modifica ritarda ora l’impulso di luce di un valore prefissato. Nel caso della misurazione della distanza mediante luce modulata la fase viene spostata invece di un valore predeterminato.

La luce della sorgente di luce 2 raggiunge poi dopo la riflessione nello scenario attraverso il percorso d’uscita 9, il percorso della riflessione 9’, l’ottica di riproduzione 3 ed il percorso ottico 8 gli elementi riceventi nel sensore di immagini 4. Questi non sanno niente del test e della modifica della luce, ma calcolano in modo solito la distanza e trasmettono i dati sulla distanza al comando 5.

Nel comando 5 si può poi confrontare se l’immagine della distanza è plausibile. A questo scopo i dati della distanza devono scostarsi, almeno entro tolleranze ristrette, esattamente di un valori pari alla deformazione (indotta dal dispositivo di modifica 6) di un’immagine di riferimento registrata poco prima o poco dopo il test o memorizzata staticamente. Come dati del test possono essere usati anche dati ottenuti da immagini elaborate, per esempio oggetti rilevati, superfici di fondo o simili, con le quali viene fatto il confronto non assolutamente solo a livello di singoli pixel. Unità riceventi in cui non si ottiene esattamente lo scostamento atteso vanno considerate inizialmente difettose e vanno sottoposte ad un test più completo. Lo scenario è quindi dinamizzato secondo la terza forma di realizzazione per mezzo di una manipolazione in modo da ottenere un errore di misura artificiale definito in precedenza e quindi correggibile.

Poiché il test del funzionamento secondo la terza forma di realizzazione si basa sulla luce riflessa, esso è meno adatto per un dispositivo di sorveglianza mobile 1 per esempio su un robot mobile o su un veicolo. Si deve assicurare che luce sufficiente venga riflessa dalla scena dello sfondo. Per questo però si può rinunciare all’illuminazione supplementare 7 e viene testato anche tutto il percorso dei segnali e non – come nelle altre due forme di realizzazione – solo quello interno.

I test indicati possono esser usati in qualsiasi sensore che misura la distanza con campo di sorveglianza mono-, bi- e tridimensionale. Come un test supplementare del funzionamento possono essere inseriti cicli di prova per un test al buio in cui non si procede ad una schermatura e non viene nemmeno modificata luce dallo scenario. In base al rumore scuro si possono trovare almeno certi errori di pixel come una “stuck at low /stuck at high”. Con la curva caratteristica della temperatura sopra indicata si può determinare la misura del rumore attesa per la temperatura misurata e confrontarla con la misura del rumore effettiva. Questo test è ridondante in alcuni aspetti, ma scopre con relativa sicurezza almeno malfunzionamenti gravi.

Numeri di riferimento

1 Dispositivo di sorveglianza

2 Sorgente di luce

3 Ottica di riproduzione

4 Sensore di immagini con elementi riceventi

5 Comando

6 Dispositivo di modifica

7 Illuminazione supplementare

8 Percorso ottico (di ottica di riproduzione) 8’ Percorso ottico (di divisore di raggi)

9 Percorso ottico (di scenario)

9’ Percorso ottico (da scenario)

Claims (24)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di sorveglianza optoelettronica (1) con almeno una sorgente di luce (2) e con almeno un elemento ricevente (4) che dalla ricezione della luce della sorgente di luce (2) riflessa da un oggetto può determinare la distanza dell’oggetto, laddove un’unità di test (5-7) del dispositivo di sorveglianza (1) è realizzata per verificare la funzionalità dell’elemento ricevente (4), caratterizzato dal fatto che l’unità di test (5-7) per verificare la funzionalità è realizzata inoltre per modificare in modo mirato la luce incidente nell’elemento ricevente (4) in modo che l’elemento ricevente (4) riceva luce corrispondentemente ad una distanza prefissata o falsata di un valore noto.
2. 2. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo la rivendicazione 1, laddove parecchi elementi riceventi (4) sono riuniti in fila o in piano, soprattutto come linea o matrice, e forniscono quindi un immagine in pixel con risoluzione della distanza.
3. 3. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove la sorgente di luce (2) e/o l’elemento ricevente (3) sono immobili rispetto al dispositivo di sorveglianza (1).
4. 4. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo una delle rivendicazioni precedenti, laddove l’unità di test (5-7) modifica la luce incidente per mezzo di un’illuminazione supplementare (7) che irradia nell’elemento ricevente (4).
5. 5. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo la rivendicazione 4, laddove l’illuminazione supplementare (7) è accoppiata per mezzo di un divisore di raggi (7’).
6. 6. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo la rivendicazione 4, laddove l’illuminazione supplementare (7) irradia direttamente nell’elemento ricevente (4).
7. 7. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo la rivendicazione 6, laddove l’illuminazione supplementare (7) è realizzata in forma anulare.
8. 8. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo una delle rivendicazioni da 4 a 6, laddove la sorgente di luce (2) è realizzata per l’emissione di un impulso di luce di misura e l’elemento ricevente (4) è realizzato per una determinazione della distanza in base al tempo di propagazione dell’impulso di luce di misura e laddove l’unità di test (5-7) è realizzata per irradiare nell’elemento ricevente (4) attraverso l’illuminazione supplementare (7) un impulso di luce di test con un ritardo positivo o negativo prefissato rispetto all’emissione dell’impulso di luce di misura.
9. 9. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo una delle rivendicazioni da 4 a 6, laddove la sorgente di luce (2) è realizzata per l’emissione di un impulso di luce di misura e l’elemento ricevente (4) è realizzato per una determinazione della distanza in base al tempo di propagazione dell’impulso di luce di misura e laddove l’unità di test (5-7) è realizzata per irradiare nell’elemento ricevente (4) attraverso l’illuminazione supplementare (7) un impulso di luce di test senza ritardo.
10. 10. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo una delle rivendicazioni da 4 a 6, laddove la sorgente di luce (2) è realizzata per l’emissione di luce modulata e l’elemento ricevente (4) è realizzato per una determinazione della distanza in base alla fase della luce modulata e laddove l’unità di test (5-7) è realizzata per irradiare nell’elemento ricevente (4) attraverso l’illuminazione supplementare (7) luce modulata con una fase predeterminata.
11. 11. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo una delle rivendicazioni da 4 a 10, laddove l’unità di test (5-7) è realizzata per verificare la precisione di una distanza apparente rilevata in un test in base alla luce modificata mediante confronto con la distanza attesa, laddove la precisione viene confrontata con una precisione minima e laddove soprattutto è previsto un sensore della temperatura per usare per il confronto una precisione minima dipendente dalla temperatura in base ad una curva caratteristica memorizzata della temperatura.
12. 12. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo una delle rivendicazioni da 4 a 11, il quale presenta un disco di protezione e laddove l’illuminazione supplementare (7) irradia la sua luce nell’elemento ricevente (4) attraverso il disco di protezione, laddove l’unità di test è realizzata soprattutto in aggiunta per il confronto tra un’intensità prevista dell’illuminazione supplementare (7) e l’intensità effettiva per verificare la trasparenza del disco di protezione.
13. 13. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, laddove l’unità di test (5-7) modifica la luce incidente modificando la luce della sorgente di luce (2).
14. 14. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo la rivendicazione 13, laddove la sorgente luminosa (2) è realizzata per l’emissione di un impulso di luce di misura e l’elemento ricevente (4) per una determinazione della distanza in base al tempo di propagazione dell’impulso di luce di misura e laddove l’unità di test (5-7) è realizzata per imprimere all’impulso di luce di misura un ritardo della propagazione positivo o negativo.
15. 15. Dispositivo di sorveglianza (1) secondo la rivendicazione 13, laddove la sorgente di luce (2) è realizzata per l’emissione di luce modulata e l’elemento ricevente (4) per una determinazione della distanza in base alla fase della luce modulata e laddove l’unità di test (5-7) è realizzata per imprimere alla luce modulata una fase supplementare.
16. 16. Procedimento di test per un dispositivo di sorveglianza optoelettronica (1) con almeno una sorgente di luce (2) e con almeno un elemento ricevente (4) che dalla ricezione della luce della sorgente luminosa (2) riflessa da un oggetto può determinare la distanza dell’oggetto, laddove viene testata la funzionalità, caratterizzato dal fatto che la luce incidente nell’elemento ricevente (4) viene modificata in modo mirato in modo da corrispondere ad una distanza prefissata o falsata di un valore noto e che viene provato se l’elemento ricevente (4) emette la distanza prefissata o la distanza falsata del valore noto.
17. 17. Procedimento di test secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto che è statico, e precisamente che né sorgente di luce (2) né elemento ricevente (4) vengono mossi rispetto al dispositivo di sorveglianza (1) e che un’immagine del test non viene inserita nel fascio di raggi.
18. 18. Procedimento di test secondo la rivendicazione 16 o 17, laddove la luce incidente viene modificata per mezzo di luce supplementare che irradia nell’elemento ricevente (4).
19. 19. Procedimento di test secondo la rivendicazione 18, laddove la luce supplementare viene irradiata indirettamente attraverso un divisore di raggi (7’) o direttamente.
20. 20. Procedimento di test secondo la rivendicazione 18 o 19, laddove la misurazione della distanza si svolge in base al tempo di propagazione di un impulso di luce di misura e la luce supplementare viene irradiata come impulso di luce di prova con un ritardo positivo o negativo predeterminato rispetto all’emissione dell’impulso di luce di misura nell’elemento ricevente (4).
21. 21. Procedimento di test secondo una delle rivendicazioni da 18 a 20, laddove la misurazione della distanza avviene in base alla fase di luce modulata e la luce supplementare viene irradiata nell’elemento ricevente (4) come luce modulata con una fase predeterminata.
22. 22. Procedimento di test secondo la rivendicazione 16 o 17, laddove per il test della funzionalità viene modificata la luce della sorgente di luce (2).
23. 23. Procedimento di test secondo la rivendicazione 22, laddove la misurazione della distanza avviene in base al tempo di propagazione di un impulso di luce di misura e all’impulso di luce di misura viene impartito come modifica un ritardo positivo o negativo del tempo di propagazione.
24. 24. Procedimento di prova secondo la rivendicazione 22, laddove la misurazione della distanza avviene in base alla fase di luce modulata ed alla luce modulata viene impartita come modifica una fase supplementare.