DE102008046346B4 - Method and device for monitoring a spatial area, in particular the environment of a movable medical device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Überwachen eines räumlichen Bereichs (R), insbesondere des Umfelds eines bewegbaren medizinischen Geräts (1), bei dem:- mit einer Mehrzahl von aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmitteln (7, 8, 9, 10) der räumliche Bereich dreidimensional erfasst wird, wobei die aktiven entfernungsmessenden Erfassungsmittel (7, 8, 9, 10) aktiv ein Signal aussenden und wieder empfangen, wobei aus der Veränderung des Signals durch Reflexion oder Streuung an Objekten oder aus der Laufzeit des ausgesendeten und wieder empfangenen Signals die Entfernung zu Objekten bestimmt wird;- aus dem erfassten räumlichen Bereich ein dreidimensionales Umgebungsmodell erstellt wird, welches durch ein oder mehrere Objekte (1, 2, ..., 6, A, D) belegte Raumvolumina im räumlichen Bereich (R) spezifiziert.Method for monitoring a spatial area (R), in particular the surroundings of a movable medical device (1), in which:- the spatial area is recorded three-dimensionally with a plurality of actively distance-measuring detection means (7, 8, 9, 10), wherein the active distance-measuring detection means (7, 8, 9, 10) actively transmit and receive a signal, wherein the distance to objects is determined from the change in the signal due to reflection or scattering on objects or from the propagation time of the transmitted and received signal;- a three-dimensional environment model is created from the recorded spatial area, which specifies spatial volumes in the spatial area (R) occupied by one or more objects (1, 2, ..., 6, A, D).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen eines räumlichen Bereichs, insbesondere des Umfelds eines bewegbaren medizinischen Geräts.The invention relates to a method and a device for monitoring a spatial area, in particular the environment of a movable medical device.
In einer Vielzahl von technischen Anwendungsgebieten besteht das Erfordernis, räumliche Bereiche mit darin befindlichen Geräten zu überwachen, um beispielsweise Kollisionen zwischen den Geräten und weiteren Gegenständen im Raum bzw. dem Bedienpersonal zu vermeiden.In a large number of technical applications, there is a need to monitor spatial areas with devices located therein, for example to avoid collisions between the devices and other objects in the room or the operating personnel.
Im Bereich der Medizintechnik kommen vermehrt medizinische Geräte zum Einsatz, welche bei der Durchführung von Diagnostik bzw. Therapie automatisiert oder teilautomatisiert Bewegungen ausführen. Hierbei tritt im Besonderen das Problem auf, dass aufgrund der hohen Dynamik in medizinischen Behandlungsräumen, z.B. aufgrund von Bewegungen des Behandlungspersonals bzw. des Patienten, vermehrt Störeinflüsse auftreten, welche Kollisionen des sich bewegenden medizinischen Geräts mit Personen oder Gegenständen verursachen können.In the field of medical technology, medical devices are increasingly being used that carry out automated or semi-automated movements when carrying out diagnostics or therapy. The particular problem here is that due to the high dynamics in medical treatment rooms, e.g. due to movements of the treatment staff or the patient, there is an increasing number of disruptive influences that can cause collisions between the moving medical device and people or objects.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzustellen, welche schnell und zuverlässig einen gefährdeten Bereich überwachen.The invention is based on the object of presenting a method and a device which quickly and reliably monitor a hazardous area.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Patentanspruch 1 oder durch die Vorrichtung nach Patentanspruch 18 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen wiedergegeben.This object is achieved by the method according to patent claim 1 or by the device according to patent claim 18. Further developments of the invention are set out in the dependent claims.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mit einer Mehrzahl von aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmitteln der zu überwachende räumliche Bereich dreidimensional erfasst. Aus dem erfassten räumlichen Bereich wird dann rechnergestützt ein dreidimensionales Umgebungsmodell erstellt, welches durch ein oder mehrere Objekte belegte Raumvolumina im räumlichen Bereich spezifiziert. Unter aktiv bzw. direkt entfernungsmessenden Erfassungsmitteln sind dabei solche Erfassungsmittel zu verstehen, welche aktiv ein Signal aussenden und wieder empfangen, wobei aus der Veränderung des Signals durch Reflexion oder Streuung an Objekten bzw. aus der Laufzeit des ausgesendeten und wieder empfangenen Signals die Entfernung zu Objekten bestimmt wird. Das Signal kann dabei beliebig ausgestaltet sein, es kann sich insbesondere um elektromagnetische Wellen (z.B. Licht im sichtbaren oder nicht sichtbaren Bereich) oder um Schallwellen (insbesondere Ultraschallwellen) handeln.In the method according to the invention, the spatial area to be monitored is recorded three-dimensionally using a plurality of actively distance-measuring detection devices. A three-dimensional model of the environment is then created from the recorded spatial area using computer support, which specifies the volume of space occupied by one or more objects in the spatial area. Actively or directly distance-measuring detection devices are those detection devices which actively send out and receive a signal, whereby the distance to objects is determined from the change in the signal due to reflection or scattering on objects or from the transit time of the transmitted and received signal. The signal can be designed in any way, in particular it can be electromagnetic waves (e.g. light in the visible or non-visible range) or sound waves (in particular ultrasonic waves).
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass durch die Verwendung von mehreren aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmitteln, welche beispielsweise in Arrays angeordnet sein können, zuverlässig und schnell dreidimensionale Raumpunkte bestimmt werden können, so dass die Belegung des Raums durch Objekte nicht mit rechenaufwändigen Verarbeitungsschritten aus unsicheren Messdaten ermittelt zu werden braucht. Auf diese Weise wird eine Erstellung eines genauen dreidimensionalen Umgebungsmodells in kurzer Rechenzeit gewährleistet.The method according to the invention has the advantage that three-dimensional spatial points can be determined reliably and quickly by using several actively distance-measuring detection means, which can be arranged in arrays, for example, so that the occupancy of the space by objects does not have to be determined using computationally complex processing steps from uncertain measurement data. In this way, the creation of an accurate three-dimensional model of the environment is guaranteed in a short computing time.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden als aktiv entfernugnsmessende Erfassungsmittel vorzugsweise eine oder mehrere aktiv entfernungsmessende 3D-Kameras und/oder ein oder mehrere schwenkbare Laserscanner und/oder ein oder mehrere Ultraschallsensoren verwendet. Beispielsweise können entfernungsmessende Kameras der Firma MESA, z.B. das Modell SR 3000, oder zweidimensionale Laserscanner, z.B. das Modell URG 04-LX der Firma Hokuyo oder das Modell LMS 200 der Firma Sick, eingesetzt werden. Die dreidimensionale Umgebungserfassung wird bei zweidimensionalen Laserscannern durch einen Schwenkantrieb der Laserscanner erreicht, wodurch die Scannebene des Laserscanners im Raum bewegt wird und dadurch der Raum dreidimensional vermessen wird.In the method according to the invention, one or more actively distance-measuring 3D cameras and/or one or more pivoting laser scanners and/or one or more ultrasonic sensors are preferably used as active distance-measuring detection means. For example, distance-measuring cameras from MESA, e.g. the SR 3000 model, or two-dimensional laser scanners, e.g. the URG 04-LX model from Hokuyo or the LMS 200 model from Sick, can be used. The three-dimensional environmental detection is achieved in two-dimensional laser scanners by a pivot drive of the laser scanner, whereby the scanning plane of the laser scanner is moved in space and the space is thus measured three-dimensionally.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird zumindest ein Teil des räumlichen Bereichs, insbesondere der gesamte räumliche Bereich, durch aktiv entfernungsmessende 3D-Kameras erfasst, und zusätzlich wird ein Teilbereich des räumlichen Bereichs durch einen schwenkbaren Laserscanner erfasst. Auf diese Weise können Teilbereiche, in denen ein hoher Bedarf einer genauen Umgebungsmodellierung besteht, nochmals gesondert durch einen Laserscanner erfasst werden, wodurch die Genauigkeit des Umgebungsmodells in diesen Teilbereichen erhöht wird. Solche Teilbereiche sind insbesondere Bereiche, in denen eine erhöhte Aktivität durch Bewegung von Objekten bzw. Personen vermutet wird.In a preferred embodiment, at least part of the spatial area, in particular the entire spatial area, is recorded by actively distance-measuring 3D cameras, and in addition a partial area of the spatial area is recorded by a pivoting laser scanner. In this way, partial areas in which there is a high need for precise environmental modeling can be recorded again separately by a laser scanner, thereby increasing the accuracy of the environmental model in these partial areas. Such partial areas are in particular areas in which increased activity is suspected due to the movement of objects or people.
Die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmittel können beliebig im Raum angeordnet sein. Insbesondere können sie ortsfest im Raum befestigt sein. Jedoch besteht auch die Möglichkeit, zumindest einen Teil der Erfassungsmittel an einem oder mehreren bewegbaren Geräten im Raum anzuordnen. Dadurch können insbesondere auch Bereiche der räumlichen Umgebung erfasst werden, welche in bestimmten Positionen des bewegbaren Geräts nicht durch ortsfest angeordnete Erfassungsmittel gesehen werden können, da sie durch das bewegbare Gerät abgeschattet sind.The actively distance-measuring detection means used in the method according to the invention can be arranged anywhere in the room. In particular, they can be fixed in place in the room. However, it is also possible to arrange at least some of the detection means on one or more movable devices in the room. This makes it possible to detect areas of the spatial environment in particular which cannot be seen by fixed detection means in certain positions of the movable device because they are shaded by the movable device.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird auch die Dynamik des räumlichen Bereichs erfasst, was durch eine zeitlich kontinuierliche Überwachung erreicht wird. Das heißt, der räumliche Bereich wird als Bildstrom aus zeitlich aufeinander folgenden Bildern erfasst, wobei der Begriff Bildstrom weit auszulegen ist und jede Art von dreidimensionalen Messdaten, insbesondere Videobilder bzw. Messpunkte eines Laserscanners, umfassen kann.In a particularly preferred embodiment, the dynamics of the spatial area are also recorded, which is achieved by continuous monitoring over time. This means that the The spatial area is recorded as an image stream of temporally successive images, whereby the term image stream is to be interpreted broadly and can include any type of three-dimensional measurement data, in particular video images or measuring points from a laser scanner.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens detektiert jedes aktiv entfernungsmessende Erfassungsmittel in einem jeweiligen Teilabschnitt des räumlichen Bereichs die durch ein oder mehrere Objekte belegten Raumvolumina mit einer Detektionswahrscheinlichkeit, wobei unter Berücksichtigung der Detektionswahrscheinlichkeiten aller Erfassungsmittel Raumvolumina im dreidimensionalen Umgebungsmodell als belegt spezifiziert werden. Hierdurch wird eine geeignete Verrechnung der unterschiedlichen Messdaten der Erfassungsmittel unter Berücksichtigung ihrer Detektionswahrscheinlichkeiten erreicht. Ein Raumvolumen kann dabei beispielsweise dann als belegt identifiziert werden, wenn die Detektionswahrscheinlichkeit für dieses Raumvolumen zumindest für ein Erfassungsmittel bzw. für mehrere Erfassungsmittel einen vorgegebenen Wert überschreitet.In a further embodiment of the method according to the invention, each actively distance-measuring detection device detects the spatial volumes occupied by one or more objects in a respective subsection of the spatial area with a detection probability, whereby spatial volumes in the three-dimensional environment model are specified as occupied, taking into account the detection probabilities of all detection devices. This achieves a suitable calculation of the different measurement data of the detection devices, taking into account their detection probabilities. A spatial volume can be identified as occupied, for example, if the detection probability for this spatial volume exceeds a predetermined value for at least one detection device or for several detection devices.
Die einzelnen Raumvolumina im dreidimensionalen Umgebungsmodell können beliebig ausgestaltet sein, vorzugsweise werden sie als quaderförmige Zellen spezifiziert. Um Speicherplatz zu sparen, können gegebenenfalls nicht belegte Raumvolumina in dem Umgebungsmodell zu einem Raumvolumen zusammengefasst werden.The individual spatial volumes in the three-dimensional environment model can be designed as desired, but they are preferably specified as cuboid cells. In order to save storage space, unused spatial volumes in the environment model can be combined into one spatial volume.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die belegten Raumvolumina im dreidimensionalen Umgebungsmodell mit dreidimensionalen Objekttypen aus einer Datenbank verglichen, um basierend auf dem Vergleichsergebnis den Raumvolumina Objekte zuzuordnen. Auf diese Weise kann rechnergestützt eine Szenenbeschreibung der Umgebung erhalten werden, welche beispielsweise zur Überwachung von Kollisionen genutzt werden kann.In a particularly preferred embodiment of the invention, the occupied spatial volumes in the three-dimensional environment model are compared with three-dimensional object types from a database in order to assign objects to the spatial volumes based on the comparison result. In this way, a computer-aided scene description of the environment can be obtained, which can be used, for example, to monitor collisions.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in dem Raumbereich ein bewegbares Gerät überwacht, wobei die durch das Gerät belegten Raumvolumina in dem dreidimensionalen Umgebungsmodell identifiziert werden. Diese Identifikation kann beispielsweise basierend auf dem oben beschriebenen Vergleich der Raumvolumina mit Objekttypen aus einer Datenbank durchgeführt werden, wobei die Datenbank das Gerät als Objekttyp enthält. Basierend auf einer derartigen Identifikation eines bewegbaren Geräts kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Kollisionsrisiko zwischen dem bewegbaren Gerät und weiteren Objekten im Umgebungsmodell ermittelt werden. Das ermittelte Kollisionsrisiko kann Werte in einem kontinuierlichen Wertebereich oder in einem diskreten Wertebereich annehmen, wobei die Werte eine Aussage ermöglichen, wie hoch das Risiko der Kollision ist. Beispielsweise kann eine Zunahme oder Abnahme des Werts eine Zunahme des Kollisionsrisikos repräsentieren. Gegebenenfalls ist es möglich, dass das Kollisionsrisiko auch nur zwischen den Zuständen „vorhandene Kollisionsgefahr“ und „nicht vorhandene Kollisionsgefahr“ unterscheiden kann.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, a movable device is monitored in the spatial area, the spatial volumes occupied by the device being identified in the three-dimensional environment model. This identification can be carried out, for example, based on the comparison of the spatial volumes with object types from a database described above, the database containing the device as an object type. Based on such an identification of a movable device, a collision risk between the movable device and other objects in the environment model can be determined in a preferred embodiment of the invention. The determined collision risk can assume values in a continuous value range or in a discrete value range, the values making it possible to state how high the risk of collision is. For example, an increase or decrease in the value can represent an increase in the collision risk. It is possible that the collision risk can also only distinguish between the states "existing risk of collision" and "non-existent risk of collision".
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das ermittelte Kollisionsrisiko derart ausgestaltet, dass es umso größer ist, je geringer ein Abstandsmaß zwischen dem Gerät und dem oder den weiteren Objekten im Raum ist. Das Abstandsmaß kann beispielsweise der sich aus dem Umgebungsmodell ergebende geringste Abstand zwischen Objekt und Gerät sein.In a particularly preferred embodiment, the determined collision risk is designed in such a way that it is greater the smaller the distance between the device and the other object(s) in the room. The distance can, for example, be the smallest distance between the object and the device resulting from the environment model.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei der Ermittlung des Kollisionsrisikos ferner die zukünftige Bewegungsrichtung des Geräts und/oder des oder der weiteren Objekte im Raum ermittelt. Dabei wird eine Kollisionsgefahr festgestellt, wenn unter der Annahme einer Weiterbewegung des Geräts und/oder des oder der weiteren Objekte in einer bestimmten Zeitspanne eine Kollision auftritt. Dabei wird insbesondere auch die Geschwindigkeit der Bewegung der Objekte bzw. des Geräts berücksichtigt. Die zukünftige Bewegungsrichtung kann auf verschiedene Arten ermittelt werden. Insbesondere kann sie aus der aktuellen und/oder vergangenen Bewegungsrichtung des Geräts und/oder des oder der Objekte bestimmt werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die zukünftige Bewegungsrichtung aus Informationen über die durchzuführende Bewegung des Geräts und/oder des oder der weiteren Objekte zu ermitteln. Dabei können insbesondere Informationen aus der Steuerung des Geräts betreffend die durchzuführende Bewegung ausgelesen werden.In a particularly preferred embodiment of the invention, the future direction of movement of the device and/or the other object(s) in the room is also determined when determining the risk of collision. A risk of collision is determined if, assuming that the device and/or the other object(s) continue to move, a collision occurs within a certain period of time. In particular, the speed of movement of the objects or the device is also taken into account. The future direction of movement can be determined in various ways. In particular, it can be determined from the current and/or past direction of movement of the device and/or the object(s). However, it is also possible to determine the future direction of movement from information about the movement to be carried out by the device and/or the other object(s). In particular, information from the control system of the device relating to the movement to be carried out can be read out.
Im Falle, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Kollisionsgefahr festgestellt wird bzw. das Kollisionsrisiko ein vorbestimmtes Maß überschreitet, können geeignete Maßnahmen zur Vermeidung der Kollision getroffen werden. Beispielsweise kann ein Alarm ausgegeben werden, der das Bedienpersonal informiert, woraufhin das Bedienpersonal das Gerät stoppen kann. Ebenso kann die Bewegung des Geräts automatisch angehalten werden. Ferner kann das Gerät gegebenenfalls eine Ausweichbewegung zur Kollisionsvermeidung ausführen.If the method according to the invention detects a risk of collision or if the risk of collision exceeds a predetermined level, suitable measures can be taken to avoid the collision. For example, an alarm can be issued to inform the operating personnel, whereupon the operating personnel can stop the device. The movement of the device can also be stopped automatically. Furthermore, the device can, if necessary, carry out an evasive movement to avoid the collision.
Der bevorzugte Anwendungsbereich des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Überwachung eines medizinischen Behandlungsraums mit zumindest einem darin angeordneten bewegbaren medizinischen Gerät, wie z.B. einer Röntgeneinrichtung. Die Röntgeneinrichtung kann dabei insbesondere ein C-Bogen sein, der weiter unten noch näher beschrieben wird.The preferred application of the method according to the invention is the monitoring of a medical treatment room with at least at least a movable medical device arranged therein, such as an X-ray device. The X-ray device can in particular be a C-arm, which is described in more detail below.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren betrifft die Erfindung ferner eine Vorrichtung zum Überwachen eines räumlichen Bereichs, insbesondere des Umfelds eines bewegbaren medizinischen Geräts. Die Vorrichtung umfasst eine Mehrzahl von aktiv entfernungsmessenden Erfassungsmitteln zur dreidimensionalen Erfassung des räumlichen Bereichs. Darüber hinaus ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche aus dem erfassten räumlichen Bereich ein dreidimensionales Umgebungsmodell erstellt, welches durch ein oder mehrere Objekte belegte Raumvolumina im räumlichen Bereich spezifiziert. Die Vorrichtung ist dabei insbesondere derart ausgestaltet, dass jede der oben beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Vorrichtung durchführbar ist.In addition to the method described above, the invention also relates to a device for monitoring a spatial area, in particular the surroundings of a movable medical device. The device comprises a plurality of actively distance-measuring detection means for three-dimensional detection of the spatial area. In addition, an evaluation unit is provided which creates a three-dimensional environment model from the detected spatial area, which specifies spatial volumes occupied by one or more objects in the spatial area. The device is designed in particular in such a way that each of the variants of the method according to the invention described above can be carried out with the device.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend an dem Beispiel eines medizinischen Interventionsraums R beschrieben, der in Draufsicht in
In dem Behandlungsraum R ist ein Patiententisch 2 vorgesehen, auf welchem der zu röntgende Patient platziert wird. Je nach zu röntgendem Körperteil wird dann der C-Bogen in die geeignete Röntgenposition verfahren. In dem Behandlungsraum R sind ferner schematisiert Monitore 3 angedeutet, auf welchen die durch den C-Bogen aufgenommenen Röntgenbilder wiedergegeben werden. Ferner ist ein weiteres medizinisches Gerät 4 in der Form eines EEGs (EEG = Elektro-Enzephalographie) am Fußende des Patiententischs angeordnet. Während der Röntgenaufnahmen wird das Behandlungspersonal durch ein Röntgenschutzschild 5 gegen Röntgenstrahlung geschützt, wobei das Röntgenschutzschild über eine entsprechende Positionierungseinrichtung 6 variabel positioniert werden kann. Die Positionierungseinrichtung ist dabei an der Decke des Raums R befestigt. Die momentane Position eines Arztes im Behandlungsraum R ist durch eine Ellipse D und die momentane Position eines Assistenten durch eine Ellipse A wiedergegeben.In the treatment room R, a patient table 2 is provided on which the patient to be x-rayed is placed. Depending on the body part to be x-rayed, the C-arm is then moved into the appropriate x-ray position. In the treatment room R, monitors 3 are also schematically indicated, on which the x-ray images taken by the C-arm are displayed. Furthermore, another
Der Behandlungsraum wird durch ein Array von insgesamt vier aktiv entfernungsmessenden 3D-Kameras 7, 8, 9 und 10 überwacht, wobei der Blickwinkel der einzelnen Kameras mit α bezeichnet ist. Die Kameras 7 und 8 sind dabei an einer Längsseite des Raums R unter der Decke des Raums und die Kameras 9 und 10 an der gegenüberliegenden Längsseite des Raums ebenfalls unter der Decke positioniert. Mit den Kameras wird dreidimensional ein Teil des Raums erfasst, wobei der erfasste Teil ein Bereich ist, in dem vermehrt Aktivitäten aufgrund der Bewegung des C-Bogens bzw. des Patienten bzw. des Bedienpersonals auftreten. Als Kameras werden beispielsweise 3D-Kameras der Firma MESA eingesetzt. Anstatt solcher Kameras können auch beliebige andere aktiv entfernungsmessende Sensoren verwendet werden, mit denen der Raumbereich dreidimensional erfasst werden kann.The treatment room is monitored by an array of a total of four actively distance-measuring
Die einzelnen Kameras sind mit einer entsprechenden Auswerteeinheit 11 verbunden, welche aus den erfassten Bildern der Kameras ein dreidimensionales Umgebungsmodell erzeugt, in dem die durch Objekte und insbesondere den C-Bogen belegten Raumvolumina spezifiziert sind. Durch die Erfassung eines Raumbereichs mit direkt entfernungsmessenden Kameras bzw. Sensoren wird eine zuverlässige und schnelle Ermittlung dieses dreidimensionalen Umgebungsmodells gewährleistet. Gegebenenfalls können noch weitere aktiv entfernungsmessende Sensoren im Raum zur Überwachung weiterer Bereiche vorhanden sein, insbesondere können Sensoren auch an bewegten Objekten im Raum befestigt sein, beispielsweise an den beiden vorderen Enden des C-Bogens, um hierdurch Bereiche unmittelbar vor dem C-Bogen zu überwachen. Werden beispielsweise schwenkbare Laserscanner zur dreidimensionalen Erfassung eines Teils des Raums verwendet, überstreichen diese Laserscanner vorzugsweise diejenigen Raumregionen, in denen aufgrund einer vermuteten hohen Aktivität der höchste Bedarf an einer genauen dreidimensionalen Modellierung besteht.The individual cameras are connected to a
Das erzeugte dreidimensionale Umgebungsmodell wird durch die Auswerteeinheit 11 geeignet weiterverarbeitet, um beispielsweise Kollisionen zu erkennen. Das Umgebungsmodell kann auch auf einem entsprechenden Bildschirm für einen den Raum überwachenden Bediener visualisiert werden. Basierend auf dem erzeugten dreidimensionalen Umgebungsmodell kann der erfasste Raum auf unterschiedliche Weise modelliert werden. Der Raum wird dabei vorzugsweise in einem Volumengitter mit Zellen variabler Auflösung dargestellt. Eine Modellierung des Raums kann z.B. mittels entsprechender Modelle (insbesondere geometrischer Modelle) unter Einbeziehung der in dem Raum zu erwartenden Personen und Gegenstände durchgeführt werden. Die Modelle stellen dabei Objekte bzw. Anordnungen von Objekten dar, welche im Raum vorhanden sind oder vermutet werden. Diese Objekte sind in einer Datenbank hinterlegt und durch Vergleich der Datenbank mit dem Umgebungsmodell können belegte Raumvolumina als entsprechende Objekte identifiziert werden. Beispielsweise können der Modellierung dynamische Modelle zu Grunde gelegt werden, d.h. Modelle, die sich über die Zeit in Position und Orientierung im Raum und in ihrer Form verändern können. Hierbei können Informationen berücksichtigt werden, welche angeben, in welchem Maß mit Ablauf der Zeit die Gültigkeit eines Modells abnimmt. Durch die Modelle wird insbesondere die Oberfläche der Objekte approximativ beschreiben, beispielsweise in der Form von Dreiecken. Die Modelle können auch in bestimmten Regionen fokussiert sein, beispielsweise in einer Region, in der vermehrt Aktivitäten auftreten, wie dem Arbeitsraum eines medizinischen Geräts, oder in einem Bereich, in dem ein Risiko für das Eindringen von Personen oder anderen Geräten in dem Arbeitsraum besteht.The generated three-dimensional environment model is further processed by the
In einer Ausführungsform ist der durch die Kameras bzw. Sensoren erfasste Raumbereich unterteilt in im Wesentlichen gleich große Raumvolumina in der Form von Quadern. Aus jeder Messung eines direkt entfernungsmessenden Sensors wird dabei unmittelbar erfasst, in welchen Quadern sich das die Messung verursachende Objekt bzw. seine Oberfläche mit welcher Wahrscheinlichkeit befindet. Darüber hinaus erhält man eine Aussage darüber, welche Quader im Raum mit welcher Wahrscheinlichkeit nicht belegt sind. Durch Verrechnen all dieser Informationen, welche von den verschiedenen aktiv entfernungsmessenden Sensoren im Raum erfasst werden, wird schließlich eine zuverlässige Aussage darüber erhalten, wo sich im dreidimensionalen Raum Objekte befinden. Um Speicherplatz zu sparen, können gegebenenfalls benachbarte freie (d.h. nicht mit Objekten belegte) Quader zu einem größeren Quader zusammengefasst werden.In one embodiment, the spatial area recorded by the cameras or sensors is divided into spatial volumes of essentially equal size in the form of cuboids. From each measurement by a sensor that directly measures distance, it is immediately recorded in which cuboids the object causing the measurement or its surface is located and with what probability. In addition, a statement is obtained about which cuboids in the room are not occupied and with what probability. By calculating all of this information, which is recorded by the various active distance-measuring sensors in the room, a reliable statement is finally obtained about where objects are located in three-dimensional space. In order to save storage space, neighboring free cuboids (i.e. not occupied by objects) can be combined into a larger cuboid if necessary.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird berücksichtigt, dass Personen und Objekte im Raum a-priori im Wesentlichen bekannt sind. In dem medizinischen Interventionsraum gemäß
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere auch zur Kollisionsvermeidung eingesetzt werden. Beispielsweise kann die Auswerteeinheit 11 in der Ausführungsform der
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