DE69509255T2

DE69509255T2 - Objekt-erkennungssystem

Info

Publication number: DE69509255T2
Application number: DE69509255T
Authority: DE
Inventors: Mark Int Systems Sol Lt Burgin
Original assignee: UK ROBOTICS Ltd
Current assignee: UK ROBOTICS Ltd
Priority date: 1994-12-08
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1999-12-16
Anticipated expiration: 2015-11-01
Also published as: ATE179256T1; AU3750695A; EP0796438A1; EP0796438B1; DE69509255D1; US6023064A; JPH10510479A; GB9424753D0; WO1996018114A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Objektabtastsystem, und zwar insbesondere, aber nicht ausschließlich, ein Objektabtastsystem zur Verwendung in einem Zusammenstoßvermeidungssystem eines automatisierten Handhabungsgeräts.
Es gibt eine Reihe bekannter Entfernungsabtastsysteme, die in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden. Eine solche Anwendung besteht in Zusammenstoßvermeidungssystemen automatisierter Handhabungsgeräte, wie zum Beispiel Roboterarme. Zusammenstoßvermeidungssysteme sind bei fernbetriebenen bzw. programmierten Off-line-Handhabungsgeräten nützlich, um zu verhindern, daß das Handhabungsgerät mit Objekten in seiner Betriebsumgebung zusammenstößt.
Entfernungsabtastsysteme für solche Zusammenstoßvermeidungsanwendungen müssen einer Reihe von Kriterien genügen. Zum Beispiel sollte das System idealerweise das gesamte Volumen des Raums, der das Handhabungsgerät umgibt, abdecken. Das bedingt die Verwendung einer Reihe von Sensorelementen, die daher bevorzugt klein, unkompliziert und billig sein sollten. Ferner muß die Betriebsgeschwindigkeit des Sensorsystems hinreichend schnell sein, um den Echtzeit-Steueranforderungen des Steuersystems des Handhabungsgeräts zu genügen.
In Anbetracht der obigen Anforderungen sind Entfernungsabtastsysteme mit Infrarot- (IR)-Lichtreflexion in solchen Zusammenstoßvermeidungssystemen verwendet worden. Siehe zum Beispiel den Artikel "Proximity Sensing in Robot Manipulator Motion Planning: System Implementation Issues", IEEE Transactions on Robotics and Automation. Bd. 5, Nr. 6, Dezember 1989.
Im wesentlichen verwenden solche IR-Entfernungsabtastsysteme eine LED (Leuchtdiode) als eine Punktquelle von IR-Licht, um jedes Objekt, das in ihr Beleuchtungsfeld eintritt, zu beleuchten. Vom Objekt reflektiertes IR-Licht wird dann von einem geeigneten Detektor, wie zum Beispiel einer Fotodiode, erfaßt. Die Intensität des IR-Lichts, das auf das Objekt fällt, und damit die Intensität des erfaßten reflektierten Lichts, steht mit dem Abstand zwischen der LED/dem Detektor und dem Objekt (d. h. mit der Entfernung des Objekts) gemäß dem quadratischen Entfernungsgesetz in Beziehung. Die Entfernung des Objekts wird somit vom Abtastsystem als eine Funktion der bekannten Intensität des emittierten Lichts und der gemessenen Intensität des reflektierten Lichts berechnet.
Einfache IR-Entfernungsabtastsysteme mit einem einzigen Strahler/Detektor leiden unter dem Nachteil, daß sie empfindlich für die Reflexionseigenschaften des Objekts sind. Das heißt, infolge eines Unterschieds in ihren Reflexionseigenschaften können zwei verschiedene Objekte in der gleichen Entfernung verschiedene Mengen des emittierten IR- Lichts reflektieren. Die Reflexionseigenschaften eines beliebigen gegebenen Objekts hängen von seinem Rückstrahlungsvermögen, seiner Ausrichtung relativ zum Strahler und zum Detektor, seiner Fläche im Beleuchtungsfeld und seiner Fläche im Blickfeld des Detektors ab. Es sind daher Abtastsysteme vorgeschlagen worden, die die Abhängigkeit von den Objektreflexionseigenschaften dadurch eliminieren, daß sie zwei Strahler (bzw. zwei Detektoren) verwenden, die auf der Meßachse (d. h. auf einer Geraden, die durch jeden Strahler (bzw. Detektor) und das Objekt geht) voneinander beabstandet sind. Das liefert zwei getrennte Messungen, für die die Reflexionseigenschaften identisch sind und die daher kombiniert werden können, um eine Messung der Entfernung des Objekts zu liefern, die unabhängig von dessen Reflexionseigenschaften ist.
Die Genauigkeit eines solchen Systems hängt jedoch von der Trennung der beiden Strahler (bzw. Detektoren) ab. In der Praxis muß die Trennung zum Erzielen akzeptabler Ergebnisse ein bedeutsamer Anteil (d. h. mehr als etwa 25%) der höchstens zu messenden Entfernung sein. Eine typische Höchstentfernungsanforderung eines Abtastsystems in einem Zusammenstoßvermeidungssystem eines Roboter-Handhabungsgeräts liegt in der Größenordnung von 500 mm, und in diesem Fall müßte die Trennung der Strahler (bzw. der Detektoren) etwa 125 mm betragen, um einen gewünschten Genauigkeitsgrad zu erreichen. Solche bekannten Entfernungsabtastsysteme können daher nicht in Zusammenstoßvermeidungssystemen eingesetzt werden, ohne die Brauchbarkeit des Handhabungsgeräts auf unannehmbare Weise zu beeinträchtigen.
Als eine Alternative zu Systemen, bei denen eine Messung der Intensität reflektierten Lichts dazu verwendet wird, die Entfernung zu bestimmen, sind Systeme bekannt, bei denen die geometrische Beziehung zwischen Anordnungen von Strahlern und Detektoren dazu verwendet wird, die Position, und damit die Entfernung, über ein Triangulationsverfahren zu bestimmen. Beispiele solcher Systeme werden im britischen Patent GB 2131642 und im US-amerikanischen Patent US 4893025 offenbart.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Entfernungsabtastsystem bereitzustellen, das die obigen Probleme umgeht bzw. mildert.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Objektabtastsystem bereitgestellt, das folgendes umfaßt: eine Anordnung von Strahlern, die mit sich überlappenden Beleuchtungsfeldern angeordnet sind, so daß jeder mindestens einen Teil eines Raums beleuchtet, in dem Objekte abgetastet werden sollen, mindestens einen Detektor, der dazu positioniert ist, die Intensität von Strahlung zu erfassen, die von jedem der Strahler darauf zu aus dem Raum reflektiert wird. Mittel zum Erregen der Strahl er in einer Abfolge, so daß der Raum von jedem Strahl er abwechselnd beleuchtet wird, gekennzeichnet durch Mittel zum Korrelieren der Erregung jedes Strahlers mit einer intensitätsabhängigen Ausgabe des bzw. jedes Detektors, um ein Objekt im Raum abzutasten.
Nach einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Objektabtastsystem bereitgestellt, das folgendes umfaßt: mindestens einen Strahler, der einen Raum beleuchtet, in dem Objekte abgetastet werden sollen, und eine Anordnung von Detektoren, die jeweils dazu positioniert sind, die Intensität von Strahlung zu erfassen, die von dem bzw. jedem Strahler darauf zu aus dem Raum reflektiert wird, gekennzeichnet durch Mittel zum Korrelieren der Ausgabe des Strahlers mit einer intensitätsabhängigen Ausgabe jedes Detektors, um ein Objekt im Raum abzutasten.
Durch den Einsatz einer Anordnung sequentiell erregter Strahler, deren jeweilige Ausgaben mit Ausgaben mindestens eines Detektors korreliert werden (bzw. durch den Einsatz einer Anordnung von Detektoren, deren Ausgaben mit mindestens einem Strahler korreliert werden) ist es möglich, die Entfernung eines Objekts im Raum unabhängig von seinen Reflexionseigenschaften zu bestimmen, und zwar selbst dann, wenn die Strahler Licht unter verschiedenen Winkeln zum Objekt strahlen (bzw. wenn die Detektoren Licht erfassen, das unter verschiedenen Winkeln vom Objekt reflektiert wird). Dadurch wird eine relativ flache Konstruktion der Strahleranordnung (bzw. der Detektoranordnung) ermöglicht, zum Beispiel so, daß die Strahler und der Detektor so auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, daß die Strahlungsrichtung allgemein senkrecht zu dieser Ebene liegt. Eine solche Konstruktion hat Vorteile für Anwendungen, wie zum Beispiel bei Zusammenstoßvermeidungssystemen, bei denen existierende Sensoren zu sperrig sind.
Zur Lieferung von Entfernungsinformationen können die korrelierten Strahler/Detektor-Daten entweder unter Verwendung eines analytischen Ansatzes oder unter Verwendung eines neuronalen Netzes verarbeitet werden. Die Verwendung eines neuronalen Netzes ist bevorzugt, da die Erzeugung einer analytischen Lösung aufgrund der potentiellen Komplexität und verschiedener der Objekteigenschaften in der Praxis schwierig ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfaßt das Abtastsystem einen Mikroprozessor zum Verarbeiten der korrelierten Daten über ein in Software implementiertes neuronales Netz, um Entfernungsinformationen abzuleiten.
Das neuronale Netz weist bevorzugt getrennte Eingabeknoten dazu auf, Daten zu empfangen, die repräsentativ für die bzw. jede Detektorausgabe für erfaßtes Licht sind, das von dem bzw. jedem Strahler aus reflektiert wird. Das neuronale Netz weist bevorzugt eine zusätzliche Eingabestelle dazu auf, einen Normierungswert zu empfangen, so daß das Maximum der Eingabewerte gleich 1 gesetzt wird.
Das Abtastsystem kann mehr als eine Anordnung von Strahlern umfassen, die jeweils einen anderen Teil des genannten Raums beleuchten und jeweils mindestens einen damit assoziierten Detektor aufweisen, bzw. mehr als eine Anordnung von Detektoren, die jeweils mindestens einen damit assoziierten Strahler aufweisen. In diesem Fall umfaßt das System bevorzugt eine entsprechende Anzahl neuronaler Netze, die jeweils Daten verarbeiten, die eine jeweilige Anordnung betreffen.
Bevorzugt ist mit einer Anordnung von Strahlern eine Anordnung von Detektoren assoziiert. In diesem Fall umfaßt das bzw. jedes neuronale Netz, das mit der bzw. jeder Anordnung assoziiert ist, bevorzugt eine Anzahl unabhängiger neuronaler Netze, entsprechend der Anzahl von Detektoren, die in jeder jeweiligen Anordnung assoziiert sind, wobei jedes der unabhängigen Netze die Daten verarbeitet, die die Ausgaben eines einzigen Detektors betreffen.
Je größer die Anzahl aufgenommener Strahler und je größer die Anzahl assoziierter Detektoren, desto mehr Daten werden zur Verarbeitung zur Verfügung stehen, um Entfernungsinformationen abzuleiten.
Bevorzugt ist die bzw. jede Anordnung linear.
Der bzw. jeder Strahl er kann beliebiger geeigneter Art sein, wie zum Beispiel eine Leuchtdiode, und ähnlich kann/können der Detektor/die Detektoren beliebiger geeigneter Art sein, wie zum Beispiel Fotodioden.
Der bzw. jeder Strahler ist bevorzugt ein Infrarotlichtstrahler.
Das Abtastsystem umfaßt bevorzugt Mittel zum Modulieren der von dem bzw. jedem Strahler emittierten Strahlung und Mittel zum Demodulieren der Ausgabe des bzw. jedes Detektors, so daß Informationen, die die erfaßte reflektierte emittierte Strahlung betreffen, von denjenigen unterschieden werden können, die die erfaßte Hintergrundstrahlung betreffen.
Das Abtastsystem umfaßt bevorzugt Mittel zum Variieren seiner Empfindlichkeit. Das ist vorteilhaft, um den erheblichen Unterschied in der Intensität von Strahlung zu berücksichtigen, die zum Beispiel von einem relativ nahen, großen, hochgradig reflexionsfähigen Objekt reflektiert wird, verglichen mit der Intensität von Strahlung, die von einem relativ weit entfernten, kleinen und weniger reflexionsfähigen Objekt reflektiert wird.
Solche Mittel zum Variieren der Empfindlichkeit können zum Beispiel einen Verstärker mit veränderlicher Verstärkung umfassen, durch den die bzw. jede Detektorausgabe geleitet wird. Wenn das Abtastsystem mehr als eine Anordnung von Strahlern umfaßt, dann ist bevorzugt mit jeder jeweiligen Anordnung ein getrenntes Mittel zum Variieren der Empfindlichkeit assoziiert.
Es werden nun beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung eines Roboter-Handhabungsgeräts, das eine Anzahl von Sensorelementen eines Entfernungsabtastsystems gemäß der vorliegenden Erfindung einschließt;
Fig. 2 eine Darstellung eines einzigen Sensorelements aus Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockdiagramm des Entfernungsabtastsystems aus Fig. 1; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung der Architektur eines neuronalen Netzes, das in das Entfernungsabtastsystem aus Fig. 1 eingebaut ist.
Das dargestellte Entfernungsabtastsystem ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das als Teil eines Zusammenstoßvermeidungssystems eines Roboter- Handhabungsgeräts 1 verwendet wird (siehe Fig. 1). Das Abtastsystem umfaßt eine Anzahl streifenartiger Sensorelemente 2, die parallel zur Achse der Verbindungsglieder des Handhabungsgeräts angeordnet sind. Die Sensorelemente 2 funktionieren so, daß sie die Anwesenheit eines Objekts 0 auf eine Weise erfassen, die untenstehend beschrieben ist. Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen, die ein einziges Sensorelement 2 näher darstellt. Jedes Sensorelement 2 umfaßt eine lineare Anordnung von sechzehn gleichmäßig voneinander beabstandeten Infrarot-Leuchtdioden (IR-LEDs) 3 und eine angrenzende lineare Anordnung entsprechend voneinander beabstandeter Fotodioden (IR-Detektoren) 4. Die allgemeine Strahlungsrichtung der LEDs ist senkrecht zur linearen Anordnung und stellt die Achse dar, entlang der die Entfernung gemessen wird.
Die weiteren Komponenten des Abtastsystems, die ein einziges Sensorelement 2 betreffen, werden nun mit Bezug auf das Blockdiagramm aus Fig. 3 beschrieben. Es versteht sich, daß sich die in Fig. 3 gezeigte und untenstehend beschriebene Anordnung für jedes Sensorelement des vollständigen Systems wiederholt. Der Einfachheit der Beschreibung halber zeigt das Blockdiagramm statt der vollständigen sechzehn nur drei IR-LEDs und Fotodioden eines einzigen Sensorelements in Vollinien.
Das System wird von einem Mikroprozessor 5 gesteuert, der Steuersignale entlang Steuerleitungen 6 an Schalter 7 liefert, die jeweils mit einer jeweiligen IR-LED 3 assoziiert sind. Die IR-LEDs 3 werden von einem 50-kHz-(Rechteckwellen-)Signalgenerator 8 über einen Strom-Spannungs-Wandler 9 und jeweilige Schalter 7 angesteuert. Die Schalter 7 werden vom Mikroprozessor 5 dazu gesteuert, sich sequentiell zu öffnen und zu schließen, so daß der Reihe nach jede IR-LED 3 dazu veranlaßt wird, einen Impuls mit 50 kHz modulierten IR-Lichts zu emittieren.
Beim Einsatz reflektiert ein Objekt, das vom IR-Licht beleuchtet wird, welches der Reihe nach von jeder der LEDs 3 emittiert wird, etwas von dem IR-Licht auf eine oder mehrere der Fotodioden 4. Jede Fotodiode 4 erzeugt ein Signal, dessen Spannung proportional zur Intensität des erfaßten IR-Lichts ist. Diese Signale werden durch jeweilige Vorverstärker 10 verstärkt, bevor sie einem Multiplexer 11 zugeführt werden, der durch Signale gesteuert wird, die er über eine Steuerleitung 12 vom Mikroprozessor 5 empfängt.
Der Multiplexer 11 gibt ein einziges Signal aus, das über einen Verstärker 14 mit geschalteter Verstärkung an einen Synchrondemodulator 13 geliefert wird. Die Modulation des emittierten IR-Lichts und die nachfolgende synchrone Demodulation des Signals, das von den Fotodioden erzeugt wurde, ermöglicht die Gewinnung eines Signals, das von der Intensität des von den IR-LEDs 3 aus reflektierten IR-Lichts abhängt, obgleich das Hintergrund-IR-Licht (das ebenfalls von den Detektoren aufgenommen wird) u. U. von viel größerer Intensität ist als das von den LEDs 3 emittierte Licht. Dieses Signal wird dann über einen Tiefpaßfilter 15 an einen Analog-Digital-Wandler 16 gesendet.
Der Verstärker 14 mit geschalteter Verstärkung kann zwischen vier verschiedenen Werten geschaltet werden und ist aufgenommen, um den relativ großen Unterschied in der erfaßten Intensität des IR-Lichts zu berücksichtigen, das zum Beispiel von einem großen, weißen Objekt in relativ kleiner Entfernung reflektiert wird, verglichen mit einem kleinen, dunkeln Objekt in relativ großer Entfernung (der Unterschied könnte leicht ein Faktor von 1000 sein). Dadurch wird gewährleistet, daß das an den Analog-Digital-Wandler gesendete Signal einen geeigneten Spannungsbereich für seinen Betrieb hat.
Vom Analog-Digital-Wandler wird ein digitales Signal, das Daten trägt, die die Intensität des IR-Lichts repräsentieren, das (der Reihe nach) von jeder der LEDs 3 aus vom Objekt reflektiert und von jeder der Fotodioden erfaßt wurde, an den Mikroprozessor geliefert. Diese Daten werden im Mikroprozessor von einem in Software implementierten neuronalen Netz verarbeitet (welches untenstehend näher beschrieben ist), um Objektentfernungsinformationen zu erzeugen, die über eine serielle Leitung 17 aus dem Mikroprozessor ausgegeben werden.
Die ausgegebenen Entfernungsinformationen werden an einen (nicht gezeigten) fernen Prozessor gesendet, der (über die serielle Leitung 17) den Betrieb des Mikroprozessors jedes Sensorelements steuert, die von jedem Sensor empfangenen Entfernungsinformationen koordiniert und eine Zusammenstoßvermeidungsprozedur gemäß den empfangenen Objektentfernungsinformationen betreibt.
Es wird nun das neuronale Netz beschrieben. Für jedes Sensorelement gibt es sechzehn unabhängige neuronale Netze, wobei jeweils eins die Signale von jeder der Fotodioden 4 verarbeitet. Fig. 4 ist eine schematische Darstellung der Architektur eines der neuronalen Netze. Jedes Netz weist siebzehn Eingabeknoten 18 auf; sechzehn zum Empfangen von Signalen, die die erfaßten IR-Intensitäten an jeder der sechzehn Fotodioden repräsentieren, und eine zusätzliche Größennormierungseingabestelle, die so normiert ist, daß das größte empfangene Signal eine Größe von 1 aufweist.
Jedes neuronale Netz hat zusätzlich zur Eingabeschicht mit siebzehn Knoten zwei weitere Schichten: eine Ausgabeschicht 19 mit einem einzigen Knoten und eine versteckte Schicht, die sieben Knoten 20 enthält. Das Netz hat zwischen jeder seiner drei Schichten eine vollständige Verbindung, und in jedem der Knoten werden sigmaartige Transferfunktionen verwendet.
Wie bei allen neuronalen Netzen muß das Netz vor der Inbetriebnahme erst trainiert werden. Ein anfängliches Off-line-Training kann dadurch erreicht werden, daß zunächst einem bestimmten Sensorelement (bzw. einer Anordnung von Sensorelementen) verschiedene Zielobjekte in verschiedenen Entfernungen. Positionen und Ausrichtungen präsentiert werden, um die nötigen Ausbildungsdaten anzusammeln (dieses Verfahren kann unter Verwendung eines Roboter-Handhabungsgeräts automatisiert werden). Daten, die die Reaktion eines beliebigen gegebenen Sensorelements 2 auf ein beliebiges gegebenes Objekt repräsentieren, werden über die jeweilige serielle Leitung zu einem (nicht gezeigten) Trainingsrechner übertragen, wo sie zusammen mit Einzelheiten des Ziels, wie zum Beispiel Entfernung. Größe, Ausrichtung, Rückstrahlungsvermögen etc., gespeichert werden.
Wenn der Trainingsrechner eine hinreichende Menge Trainingsdaten angesammelt hat, wird ein Software-Paket für ein neuronales Netz dazu verwendet, unter Verwendung der Technik der Back-propagation von Fehlern die korrekte Gewichtung für das Netz zu bestimmen (siehe zum Beispiel "Parallel Distributed Processing. Volume 1: Foundations", Rumelhart, D. E. und McClelland, J. L., The MIT Press. 1988). Dieses Verfahren bestimmt die geeigneten Gewichte dadurch, daß ein eventueller Fehler eines Ausgabewerts, der einem gegebenen Satz von Eingabedaten entspricht, dazu verwendet wird, die Gewichte so zu ändern, daß der Fehler verringert wird. Jedes Gewicht wird um einen Betrag korrigiert, der von seinem Beitrag zum Ausgabewert abhängt. Dieses Verfahren wird iterativ angewandt, bis der über den gesamten Trainingsdatensatz erzielte Fehler annehmbar ist.
Der Einsatz dieses Verfahrens zum Trainieren der sechzehn Netze eines einzigen Sensorelements zur Bestimmung der Entfernung verschiedener Gegenstände zwischen einer Mindestentfernung von 25 mm und einer Höchstentfernung von 525 mm, bei einer Genauigkeit von etwa 20%, kann unter Verwendung eines Hochleistungs-Arbeitsplatzrechners mehrere Stunden dauern. Dies ist jedoch ein einmaliges Verfahren, und wenn sie einmal richtig trainiert sind, können die sechzehn Netze Eingabedaten schnell verarbeiten, wobei die Verarbeitung im Echtzeitbetrieb nur eine Zeit in der Größenordnung von 20 ms braucht.
Für Objekte nahe beim Sensor liefern die gesammelten Daten und das nachfolgende Verarbeiten Informationen sowohl über die Entfernung als auch über die seitliche Position des Objekts relativ zum Abtastelement.
Es versteht sich, daß die Details und die Anwendung des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels der Erfindung variiert werden könnten. Es könnten zum Beispiel eine beliebige Anzahl von Sensorelementen 2 von eins aufwärts in das System eingebaut werden, und jedes Sensorelement benötigt lediglich entweder eine Mehrzahl von Strahlern und einen Detektor oder umgekehrt. In der Praxis liefert die Verwendung von sechzehn Strahlern und sechzehn Detektoren mehr Daten, als zur Bestimmung der Entfernung nötig ist, aber die überschüssigen Daten dienen dazu, die Genauigkeit zu erhöhen und den Gesamteffekt von Rauschen im System zu verringern.
Ähnlich könnte die Konfiguration des (der) Strahler(s)/des (der) Detektors(en) beträchtlich variieren und braucht nicht die Form zweier gerader und paralleler Reihen anzunehmen.
Außerdem könnten Einzelheiten der Sensorelementsteuerung und der Datenverarbeitung variiert werden. Statt daß jedes Sensorelement einen assoziierten Mikroprozessor hat, könnten die Daten von allen Sensorelementen zum Beispiel von einem einzigen Prozessor verarbeitet werden. Ähnlich könnte die Architektur des neuronalen Netzes variiert werden, und das Netz könnte in Hardware statt in Software oder in einer Kombination der beiden implementiert werden.
Darüber hinaus könnte als eine Alternative zur Verwendung eines neuronalen Netzes ein Mittel zur analytischen Berechnung dazu verwendet werden, die von den Sensoren gesammelten Daten zu verarbeiten. Der Einsatz eines neuronalen Netzes ist jedoch vorteilhaft, da es schwierig wäre, eine analytische Lösung zu erzeugen, wenn die Objektgeometrie voraussichtlich komplex ist und wenn einzelne Objekteigenschaften sehr unterschiedlich sein könnten. Es würde zum Beispiel schwierig sein, ein analytisches Modell eines Objekts zu erzeugen, das eine Kombination verschiedener ebener und gekrümmter Oberflächen aufweist. Außerdem müßten die Leistung und das Verhalten der besonderen verwendeten IR-Strahler und IR-Detektoren genau gekennzeichnet werden, und diese Kennzeichen würden für jeden Sensor anders sein, außer wenn teure abgestimmte Vorrichtungen verwendet werden.
Im Gegensatz dazu kann ein neuronales Netz leicht mit einer großen Anzahl von Variablen fertigwerden und kann die Kennzeichen der verwendeten Strahler und Detektoren lernen. Wenn der (die) Strahler und/oder der (die) Detektor(en) verschiedener Sensoren verschiedene Kennzeichen aufweisen, dann kann ihre Leistung gemessen werden, und die Gewichte der Eingabestellen des neuronalen Netzes können entsprechend korrigiert werden, wodurch die Notwendigkeit einer Wiederholung der Trainingsoperation für jeden neuen Sensor umgangen wird.

Claims

1. Objektabtastsystem, das folgendes umfaßt: eine Anordnung von Strahlern (3), die mit sich überlappenden Beleuchtungsfeldern angeordnet sind, so daß jeder mindestens einen Teil eines Raums beleuchtet, in dem Objekte abgetastet werden sollen, mindestens einen Detektor (4), der dazu positioniert ist, die Intensität von Strahlung zu erfassen, die von jedem der Strahler (3) darauf zu aus dem Raum reflektiert wird, Mittel (5, 7, 8) zum Erregen der Strahl er in einer Abfolge, so daß der Raum von jedem Strahl er (3) abwechselnd beleuchtet wird, gekennzeichnet durch Mittel (5) zum Korrelieren der Erregung jedes Strahlers mit einer intensitätsabhängigen Ausgabe des bzw. jedes Detektors (4), um ein Objekt im Raum abzutasten.

2. Objektabtastsystem nach Anspruch 1, das mehr als eine Anordnung (2) von Strahlern (3) umfaßt, wobei jede Strahleranordnung (2) einen anderen Teil des genannten Raums beleuchtet und mindestens einen damit assoziierten Detektor (4) aufweist.

3. Objektabtastsystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das eine Anordnung (2) von Detektoren (4) umfaßt, die mit dem bzw. jeder Anordnung (2) von Strahlern (3) assoziiert sind.

4. Objektabtastsystem, das folgendes umfaßt: mindestens einen Strahler (3), der einen Raum beleuchtet, in dem Objekte abgetastet werden sollen, und eine Anordnung von Detektoren (4), die jeweils dazu positioniert sind, die Intensität von Strahlung zu erfassen, die von dem bzw. jedem Strahler (3) darauf zu aus dem Raum reflektiert wird, gekennzeichnet durch Mittel (5) zum Korrelieren der Ausgabe des bzw. jedes Strahlers (3) mit einer intensitätsabhängigen Ausgabe jedes Detektors (4), um ein Objekt im Raum abzutasten.

5. Objektabtastsystem nach Anspruch 4, das mehr als eine Anordnung (2) von Detektoren (4) umfaßt, die jeweils mindestens einen damit assoziierten Strahler (3) aufweisen.

6. Objektabtastsystem nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, das eine Anordnung (2) von Strahlern (3) umfaßt, die mit dem bzw. jeder Anordnung (2) von Detektoren (4) assoziiert sind.

7. Objektabtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner ein neuronales Netz dazu umfaßt, die korrelierten Daten von dem bzw. jedem Strahler (3) und dem bzw. jedem Detektor (4) zu verarbeiten, um Objektentfernungsinformationen abzuleiten.

8. Objektabtastsystem nach Anspruch 7, bei dem das neuronale Netz mittels eines Mikroprozessors (5) in Software implementiert ist.

9. Objektabtastsystem nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem das neuronale Netz getrennte Eingabeknoten (18) dazu aufweist, Daten zu empfangen, die repräsentativ für die bzw. jede Detektor-(4)-Ausgabe für erfaßtes Licht sind, das von dem bzw. jedem Strahler (3) aus reflektiert wird.

10. Objektabtastsystem nach Anspruch 9, bei dem das neuronale Netz einen zusätzlichen Eingabeknoten (18) dazu aufweist, einen Normierungswert zu empfangen, so daß das Maximum der Eingabewerte gleich 1 gesetzt wird.

11. Objektabtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die bzw. jede Anordnung (2) von Strahlern (3) und/oder Detektoren (4) linear ist.

12. Objektabtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der bzw. jeder Strahler (3) ein Infrarotlichtstrahler ist und der bzw. jeder Detektor (4) ein Infrarotlichtdetektor ist.

13. Objektabtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Mittel zum Modulieren der von dem bzw. jedem Strahler (3) emittierten Strahlung und Mittel (13) zum Demodulieren der Ausgabe des bzw. jedes Detektors (4) umfaßt, so daß Informationen, die die erfaßte reflektierte emittierte Strahlung betreffen, von denjenigen unterschieden werden können, die die erfaßte Hintergrundstrahlung betreffen.

14. Objektabtastsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Mittel zum Variieren der Empfindlichkeit des Systems dadurch umfaßt, daß die Verstärkung eines Verstärkers (14), durch den die bzw. jede Detektor-(4)-Ausgabe geleitet wird, variiert wird.