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DE29520980U1 - Device for testing a light-sensitive matrix sensor, in particular an electronic camera with a CCD matrix sensor or CMOS matrix sensor - Google Patents

Device for testing a light-sensitive matrix sensor, in particular an electronic camera with a CCD matrix sensor or CMOS matrix sensor

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Publication number
DE29520980U1
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DE
Germany
Prior art keywords
matrix sensor
pattern
sensor
different
light
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE29520980U
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German (de)
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Leuze Lumiflex GmbH and Co KG
Original Assignee
Lumiflex & Co KG GmbH
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Publication date
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Publication of DE29520980U1 publication Critical patent/DE29520980U1/en
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N17/00Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details
    • H04N17/002Diagnosis, testing or measuring for television systems or their details for television cameras

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Description

Die Neuerung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Testen eines lichtempfindlichen Matrix-Sensors, insbesondere einer elektronischen Kamera mit CCD-Matrix-Sensor oder CMOS-Matrix-Sensor gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruches 1.The innovation relates to a device for testing a light-sensitive matrix sensor, in particular an electronic camera with a CCD matrix sensor or CMOS matrix sensor according to the preamble of claim 1.

In der Sicherheitstechnik verwendete Schutzeinrichtungen sind überwiegend Lichtgitter, die mit einem aktiven Lichtsender und einem zugeordneten passiven Lichtempfänger arbeiten. Durch den Lichtweg eines oder mehrerer Lichtstrahlen kann so ein Schutzfeld aufgebaut werden, wobei der Lichtsensor eine Unterbrechung des Lichtstrahles erkennt und Schutzmaßnahmen, wie z.B. das Abschalten einer Maschine, auslöst. Da sich Lichtstrahlen nur geradlinig ausbreiten, können die Grenzen des Schutzfeldes auch immer nur geradlinigThe protective devices used in safety technology are mainly light grids that work with an active light transmitter and an associated passive light receiver. A protective field can be created through the light path of one or more light beams, whereby the light sensor detects an interruption in the light beam and triggers protective measures, such as switching off a machine. Since light beams only spread in a straight line, the boundaries of the protective field can also only ever be straight.

sein, so daß ein rings um eine Maschine aufgebautes Schutzfeld im Regelfall ein Rechteck oder Polygonzug ist. Für jede Linie dieses Schutzfeldes braucht man entweder ein eigenes Sender-/Empfänger-Paar oder zumindest Umlenkspiegel, die dem Lichtstrahl eine neue gewünschte Richtung geben. Ein weiteres Problem der bekannten Lichtgitter liegt darin, daß Personen und jegliche Gegenstände bei Betreten oder Verlassen des Schutzfeldes eine Strahlunterbrechung bewirken. In vielen Fällen ist es aber wünschenswert, ein selektives Schutzfeld zu haben, das bestimmte Gegenstände, wie z.B. Werkstücke, Roboter oder Flurförderfahrzeuge, ohne Auslösung von Sicherheitsmaßnahmen in das Schutzfeld gelangen läßt, dagegen nicht Personen.so that a protective field built around a machine is usually a rectangle or polygon. For each line of this protective field, you need either a separate transmitter/receiver pair or at least deflecting mirrors that give the light beam a new desired direction. Another problem with the known light grids is that people and any objects cause the beam to be interrupted when entering or leaving the protective field. In many cases, however, it is desirable to have a selective protective field that allows certain objects, such as workpieces, robots or industrial trucks, to enter the protective field without triggering safety measures, but not people.

In einem Aufsatz von W. Grigulewitsch, "Moderne Sensorik in der Sicherheitstechnik", Sonderdruck aus "Die BG", Heft 3/94, Erich Schmidt Verlag, Bielefeld, S. 1-6, werden sicherheitstechnische Systeme auf der Basis von Infrarot, Laserlicht und Ultraschall untersucht, insbesondere im Hinblick darauf, inwieweit diese Sensoren zwischen Personen und Gegenständen eine Unterscheidung vornehmen können.In an article by W. Grigulewitsch, "Modern Sensor Technology in Security Technology", special edition of "Die BG", issue 3/94, Erich Schmidt Verlag, Bielefeld, pp. 1-6, security technology systems based on infrared, laser light and ultrasound are examined, in particular with regard to the extent to which these sensors can distinguish between people and objects.

Bei dem Infrarot-Sensor wird zur Überprüfung der Sensorfunktion unter anderem vorgeschlagen, das thermische Hintergrundrauschen des Sensors zu überwachen und einen zyklischen Test mit einem Wärmeimpuls dadurch durchzuführen, daß ein vor dem Sichtfenster des Infrarot-Sensors montierter Widerstand kurzzeitig aufgeheizt wird, dadurch einen Wärmeimpuls definierter Größe erzeugt und das so erzeugte Signal mittels Komparatorschwellen auf Amplitude und Polarität bewertet wird.In order to check the sensor function of the infrared sensor, it is suggested, among other things, to monitor the thermal background noise of the sensor and to carry out a cyclic test with a heat pulse by briefly heating up a resistor mounted in front of the viewing window of the infrared sensor, thereby generating a heat pulse of defined size and evaluating the signal thus generated for amplitude and polarity using comparator thresholds.

Andererseits wird in diesem Aufsatz eingeräumt, daß thermische Störquellen die Detektionssicherheit beeinträchtigen, so daß zusätzliche Maßnahmen vorgeschlagen werden, mögliche Störungen zu beseitigen.On the other hand, this paper acknowledges that thermal sources of interference affect detection reliability, so that additional measures are proposed to eliminate possible interference.

Beim Objektschutz, wie z.B. von Gebäuden, GrundstückenWhen protecting property, such as buildings, land

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etc., werden auch schon seit langem elektronische Kameras eingesetzt, die häufig einen lichtempfindlichen Sensor in Form einer CCD-Matrix haben. Die Überwachung erfolgt aber mittels eines Monitors, der von einer Person beobachtet werden muß.etc., electronic cameras have long been used, which often have a light-sensitive sensor in the form of a CCD matrix. However, monitoring is carried out using a monitor that must be observed by a person.

In einem Aufsatz von H.G. Graf u.a. "Elektronisch sehen", DEZ Elektronik 3/1995, S. 52-57 wurde ein lichtempfindlicher Sensor auf Basis eines "CMOS-Matrix-Sensors" mit hoher Helligkeitsdynamik vorgeschlagen, der für Überwachungsaufgaben besonders geeignet ist.In an article by H.G. Graf et al. "Electronic vision", DEZ Elektronik 3/1995, pp. 52-57, a light-sensitive sensor based on a "CMOS matrix sensor" with high brightness dynamics was proposed, which is particularly suitable for surveillance tasks.

Generell ist es wünschenswert, Fernsehkameras bei Schutzeinrichtungen einzusetzen, da sie im Gegensatz zu Lichtgittern einige Vorteile besitzen:In general, it is desirable to use television cameras in protective devices, as they have several advantages compared to light curtains:

Die Fernsehkamera kann oberhalb eines Schutzfeldes angebracht werden und beansprucht dadurch weniger Raum;
die Schutzfeldgrenzen können frei programmiert werden, so daß sich beliebige komplexe Schutzfeldkonfigurationen erzeugen lassen;
The television camera can be installed above a protective field and therefore takes up less space;
the protective field boundaries can be freely programmed so that any complex protective field configuration can be created;

ohne zusätzlichen Geräteaufwand können um eine Maschine herum oder allgemeiner um ein Objekt herum verschiedene Schutzfeldzonen definiert werden, wie z.B. eine Warnzone und eine oder mehrere Schutzzonen, bei deren Betreten unterschiedliche Maßnahmen ausgelöst werden;
schließlich ist es mit Fernsehkameras möglich, Personen und Objekte zu unterscheiden und auch Objekte untereinander zu unterscheiden und so beim Erkennen bestimmter Objekte, wie z.B. bestimmter Werkstücke etc. unterschiedliche Maßnahmen auszulösen. Beispielsweise kann damit ein Werkstück ohne Auslösung einer sicherheitsrelevanten Funktion zu einer Maschine durchgelassen werden, während die Maschine gestoppt wird, wenn eine Person das rings um die Maschine definierte Schutzfeld betritt.
Without any additional equipment, different protective field zones can be defined around a machine or, more generally, around an object, such as a warning zone and one or more protection zones, which trigger different measures when entered;
Finally, television cameras make it possible to distinguish between people and objects and also to distinguish between objects and thus trigger different measures when certain objects are detected, such as certain workpieces, etc. For example, a workpiece can be allowed to pass through to a machine without triggering a safety-relevant function, while the machine is stopped when a person enters the protective field defined around the machine.

Ein grundlegendes Problem beim Einsatz von Fernsehkameras bei Schutzeinrichtungen liegt jedoch darin, die Funktionsfähigkeit bzw. Verfügbarkeit der Kamera zu überprüfen.However, a fundamental problem with the use of television cameras in security systems is checking the functionality or availability of the camera.

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So kann beispielsweise durch unzureichende Beleuchtung des von der Kamera überwachten Schutzfeldes der Kontrast von zu erkennenden Personen oder Objekten gegenüber der Umgebung so gering sein, daß die Person oder Objekte nicht mehr identifizierbar sind. Gleiches kann auch durch Verschmutzung des Sichtfensters oder der Linse der Kamera trotz ausreichender Beleuchtung auftreten. Auch können Einzelteile der Kamera ausgefallen sein, wie z.B. einige Pixel der CCD-Sensor-Matrix, ohne daß dieser Fehler erkannt wird, was dann zumindest zu einer Herabsetzung der Sicherheitsfunktion führt, das gerade im Bereich der Sicherheitstechnik auf keinen Fall hinnehmbar ist.For example, due to insufficient lighting of the protective field monitored by the camera, the contrast between the people or objects to be detected and the surroundings can be so low that the person or objects can no longer be identified. The same can also occur due to dirt on the viewing window or the lens of the camera, despite sufficient lighting. Individual parts of the camera can also fail, such as some pixels of the CCD sensor matrix, without this error being detected, which then leads to at least a reduction in the safety function, which is unacceptable in any case, especially in the field of security technology.

Aufgabe der Neuerung ist es, die Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß ein zuverlässiger Eigentest des Matrix-Sensors durchführbar ist. Diese Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Neuerung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.The aim of the innovation is to improve the device of the type mentioned at the beginning so that a reliable self-test of the matrix sensor can be carried out. This task is solved by the features specified in claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the innovation can be found in the subclaims.

Das Grundprinzip der Neuerung liegt demnach darin, im Erfassungsbereich des Matrix-Sensors ein vordefiniertes, mehrdimensionales Muster anzuordnen und die beim Abtasten dieses Musters von dem Matrix-Sensor erzeugten Signalen mit gespeicherten Signalen zu vergleichen und in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Signal zu erzeugen, das die Verfügbarkeit des Matrix-Sensors anzeigt.The basic principle of the innovation is to arrange a predefined, multi-dimensional pattern in the detection area of the matrix sensor and to compare the signals generated by the matrix sensor when scanning this pattern with stored signals and, depending on this comparison, to generate a signal that indicates the availability of the matrix sensor.

Die Vergleichssignale sind dabei ein Abbild des vordefinierten mehrdimensionalen Musters, so daß man bei Übereinstimmung des vom Matrix-Sensor erfaßten Musters und des gespeicherten Vergleichsmusters davon ausgehen kann, daß der Sensor einwandfrei arbeitet und daß auch die Beleuchtung des von dem Matrix-Sensor überwachten Bereiches ausreichend ist, da andernfalls das in den Erfassungsbereich eingebrachte, vordefinierte mehrdimensionale Muster nicht mehr erkannt würde. Dieses MusterThe comparison signals are an image of the predefined multidimensional pattern, so that if the pattern detected by the matrix sensor and the stored comparison pattern match, one can assume that the sensor is working properly and that the lighting of the area monitored by the matrix sensor is sufficient, since otherwise the predefined multidimensional pattern introduced into the detection area would no longer be recognized. This pattern

kann beliebig komplex aufgebaut sein, so daß der gesamte Erfassungsbereich des Matrix-Sensors überprüft werden kann. Auch kann dieses Muster zeitlich verändert werden, so daß es aus beliebig vielen zeitlich aufeinanderfolgenden Einzelmustern zusammengesetzt ist.can be constructed as complex as desired, so that the entire detection range of the matrix sensor can be checked. This pattern can also be changed over time, so that it is composed of any number of individual patterns that follow one another in time.

Dieser Test wird bevorzugt zyklisch durchgeführt. Bei einer weiter unten beschriebenen Variante der Neuerung kann dieser Test aber auch kontinuierlich durchgeführt werden. Die Neuerung sieht mehrere Varianten für die Erzeugung des vordefinierten, mehrdimensionalen Musters, das im folgenden als Testmuster bezeichnet wird, vor. Bei einer ersten Variante wird das Testmuster durch eine im Strahlengang vor dem Matrix-Sensor angeordnete Flüssigkristallanzeige (sog. LCD; Liquid Crystal Display) erzeugt. Solche LCD's sind ihrerseits in Form einer Matrix aufgebaut und können durch Anlegen elektrischer Spannungen ihre Lichtdurchlässigkeit ändern, womit beliebige Testmuster erzeugt werden können. Diese Testmuster werden dem vom Matrix-Sensor erfaßten Bild überlagert und auf dem Matrix-Sensor abgebildet, wo sie sich primär als Helligkeitsunterschiede darstellen. Dieses Testmuster wird dann vom Sensor erfaßt, in elektrische Signale umgewandelt und in einer dem Matrix-Sensor nachgeschalteten Auswerteeinheit mit gespeicherten Signalen eines Musters, das im folgenden Referenzmuster genannt wird, verglichen. Bei Übereinstimmung zwischen Testmuster und Referenzmuster ist der Sensor betriebsbereit und voll verfügbar.This test is preferably carried out cyclically. In a variant of the innovation described below, this test can also be carried out continuously. The innovation provides several variants for generating the predefined, multi-dimensional pattern, which is referred to below as the test pattern. In a first variant, the test pattern is generated by a liquid crystal display (so-called LCD) arranged in the beam path in front of the matrix sensor. Such LCDs are in turn constructed in the form of a matrix and can change their light permeability by applying electrical voltages, which can be used to generate any test pattern. These test patterns are superimposed on the image captured by the matrix sensor and displayed on the matrix sensor, where they are primarily displayed as differences in brightness. This test pattern is then captured by the sensor, converted into electrical signals and compared in an evaluation unit downstream of the matrix sensor with stored signals from a pattern, which is referred to below as the reference pattern. If the test pattern and reference pattern match, the sensor is ready for operation and fully available.

Der Grad der Übereinstimmung zwischen Test- und Referenzmuster kann je nach Sicherheitsanforderungen oder Umgebungsbedingungen verändert werden. Beispielsweise kann eine einwandfreie Sensorfunktion schon dann signalisiert werden, wenn der Grad der Übereinstimmung bei 95° oder größer liegt.The degree of agreement between test and reference samples can be changed depending on safety requirements or environmental conditions. For example, a proper sensor function can be signaled if the degree of agreement is 95° or greater.

Diese Variante hat den Vorteil, daß die Beleuchtung des überwachten Bereiches mit in den Test einbezogen wird, da der Matrix-Sensor das Testmuster nur dann erkennen kann,This variant has the advantage that the lighting of the monitored area is included in the test, since the matrix sensor can only recognize the test pattern if

wenn die Helligkeitsdifferenzen zwischen den von der Flüssigkristallanzeige abgedunkelten und den nicht abgedunkelten Bereichen noch im Auflösungsbereich des Sensors liegt. Ist dies der Fall, so kann man davon ausgehen, daß auch zu erfassende Objekte, die naturgemäß gegenüber der Umgebung einen Helligkeitsunterschied, Farbunterschied oder Grauwertunterschied haben müssen, erfaßt werden. Diese Variante zum Überprüfen des Sensors kann naturgemäß nur zyklisch durchgeführt werden..if the brightness differences between the areas darkened by the liquid crystal display and the areas not darkened are still within the resolution range of the sensor. If this is the case, it can be assumed that objects that are to be detected, which naturally have to have a brightness difference, color difference or gray value difference compared to the surroundings, are also detected. This variant for checking the sensor can naturally only be carried out cyclically.

Bei einer zweiten Variante der Neuerung wird ein vordefiniertes Testmuster im vom Sensor überwachten Bereich angeordnet und verbleibt dort ständig. Beispielsweise werden ein oder mehrere Streifen mit unterschiedlichen Grauwerten an den Grenzen des Schutzfeldes angebracht. Der Sensor vergleicht das erfaßte Bild dieser Streifen mit einem entsprechenden gespeicherten Referenzmuster. Solange diese Grauwertunterschiede noch erkannt werden, kann man davon ausgehen, daß die Beleuchtung des überwachten Bereiches ausreichend ist und daß der Sensor zumindest im Bereich der Pixel dieses Testmusters einwandfrei arbeitet. Diese Variante der Neuerung kann kontinuierlich arbeiten, in dem Sinne, daß der Vergleich zwischen Test- und Referenzmuster ständig durchgeführt wird oder auch intermittierend dergestalt, daß zwar das Testmuster ständig erfaßt, der Vergleich mit dem Referenzmuster aber nur in vorgegebenen Zyklen durchgeführt wird.In a second variant of the innovation, a predefined test pattern is placed in the area monitored by the sensor and remains there permanently. For example, one or more strips with different gray values are placed at the boundaries of the protection field. The sensor compares the image captured by these strips with a corresponding stored reference pattern. As long as these gray value differences are still detected, it can be assumed that the lighting of the monitored area is sufficient and that the sensor is working properly at least in the area of the pixels of this test pattern. This variant of the innovation can work continuously, in the sense that the comparison between the test and reference pattern is carried out constantly, or intermittently in such a way that the test pattern is constantly captured, but the comparison with the reference pattern is only carried out in predetermined cycles.

Bei einer dritten Variante der Neuerung wird das Testmuster dadurch erzeugt, daß von einer Lichtquelle ein Muster in den überwachten Bereich projiziert wird, beispielsweise durch einen Diaprojektor, wobei dieses Muster auch im unsichtbaren Wellenlängenbereich des Lichtes, beispielsweise im Infrarotbereich liegen kann, sodaß das Testmuster für den Menschen unsichtbar ist.In a third variant of the innovation, the test pattern is generated by projecting a pattern from a light source into the monitored area, for example using a slide projector, whereby this pattern can also be in the invisible wavelength range of light, for example in the infrared range, so that the test pattern is invisible to humans.

Im folgenden wird die Neuerung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicherIn the following, the innovation is explained in more detail using examples of implementation in connection with the drawing

erläutert. Es zeigt:explained. It shows:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Neuerung mit an den Grenzen des Erfassungsbereichs des Sensors ständig angeordnetem Testmuster;Fig. 1 shows an embodiment of the innovation with a test pattern permanently arranged at the boundaries of the sensor’s detection range;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der Neuerung, bei dem das Testmuster durch eine im Strahlengang des Matrix-Sensors angeordnete Flüssigkristallanzeige erzeugt wird;Fig. 2 shows an embodiment of the innovation in which the test pattern is generated by a liquid crystal display arranged in the beam path of the matrix sensor;

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Sensors, der Flüssigkristallanzeige und einer Auswerteeinrichtung; undFig. 3 a block diagram of the sensor, the liquid crystal display and an evaluation device; and

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Neuerung, bei dem ein Testmuster von einer Lichtquelle in den Erfassungsbereich des Matrix-Sensors projiziert wird.Fig. 4 shows another embodiment of the innovation, in which a test pattern is projected from a light source into the detection area of the matrix sensor.

In Fig. 1 ist um ein zu überwachendes Objekt 1, das beispielsweise eine Werkzeugmaschine sein kann, ein erstes Schutzfeld 2 und ein dieses umgebende zweite Schutzfeld 3 definiert, das beispielsweise als Warnzone fungieren kann. An einer Decke 4 oberhalb des Objektes 1 und der Schutzfeider 2 und 3 ist eine Kamera 5 befestigt, die einen Matrix-Sensor enthält. Weiter ist neben der Kamera 5 an der Decke 4 eine Beleuchtung 6 angebracht, deren Lichtstrahlen 7 auf das Objekt. 1 und die Schutzfeider 2 und 3 gerichtet sind.In Fig. 1, a first protective field 2 and a second protective field 3 surrounding it, which can function as a warning zone, for example, are defined around an object 1 to be monitored, which can be a machine tool, for example. A camera 5 containing a matrix sensor is attached to a ceiling 4 above the object 1 and the protective fields 2 and 3. Furthermore, next to the camera 5 on the ceiling 4, a lighting system 6 is attached, the light beams 7 of which are directed at the object 1 and the protective fields 2 and 3.

Um das äußere Schutzfeld 3 herum ist ein Muster angebracht, das hier aus zwei jeweils parallel zueinander verlaufenden Streifen 8 und 9 gebildet ist, die unterschiedliche Helligkeitswerte bzw. Grautöne in Beziehung zueinander und/oder in Beziehung zu der Umgebung haben.A pattern is applied around the outer protective field 3, which here is formed from two strips 8 and 9 running parallel to each other, which have different brightness values or shades of gray in relation to each other and/or in relation to the environment.

Die Kamera 5 ist so ausgerichtet, daß sie das Objekt 1, die Schutzfelder 2 und 3 und die Streifen 8 und 9 erfaßt, die von der Lampe 6 beleuchtet sind. Da die Streifen 8 und 9 fest angebracht sind, beispielsweise auf dem BodenThe camera 5 is aligned so that it detects the object 1, the protection fields 2 and 3 and the strips 8 and 9, which are illuminated by the lamp 6. Since the strips 8 and 9 are fixed, for example on the floor

aufgeklebt sind und bekannte Helligkeitswerte, Grautöne und/oder Farben haben, bilden sie ein vordefiniertes zweidimensionales Muster, das im Erfassungsbereich der Kamera und deren Matrix-Sensors liegt.If they are glued on and have known brightness values, shades of gray and/or colors, they form a predefined two-dimensional pattern that lies within the detection range of the camera and its matrix sensor.

Wie genauer im Zusammenhang mit Fig. 3 erläutert wird, wird dieses durch die Streifen 8 und 9 ggf. in Zusammenwirken mit deren Umgebung gebildete Testmuster mit einem Referenzmuster verglichen.As will be explained in more detail in connection with Fig. 3, this test pattern formed by strips 8 and 9, possibly in interaction with their surroundings, is compared with a reference pattern.

Weiter ist in Fig. 1 im Schutzfeld 3 ein Prüfkörper 10 angeordnet, dessen Helligkeit, Farbe und räumliche Konfiguration ebenfalls bekannt sind. Dieser Prüfkörper dient zur Kalibrierung der Kamera und kann auch Teil des Testmusters sein.Furthermore, in Fig. 1, a test body 10 is arranged in the protective field 3, the brightness, color and spatial configuration of which are also known. This test body is used to calibrate the camera and can also be part of the test pattern.

Fig. 2 zeigt ein anderes Ausfülirungsbeispiel der Neuerung. Die Kamera 5 hat ein Gehäuse 11, dessen Lichteintrittsöffnung durch eine Flüssigkristallanzeige (sog. LCD) 12 verschlossen ist. Außenlicht, das durch gestrichelte Linien angedeutet ist, durchdringt diese Flüssigkristallanzeige und gelangt über eine erste Sammellinse 13, eine Lochblende 14 und eine zweite Sammellinse 15 zu dem Matrix-Sensor 16 der Kamera. Die Flüssigkristallanzeige 12 kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung vordefinierte Bereiche abdunkeln, die damit in Zusammenwirken mit nicht abgedunkelten Bereichen das zweidimensionale Testmuster bilden. Für den Fall, daß der zu überwachende Bereich schwarz oder dunkelgrau ist und das LCD-Testmuster trotz an sich ausreichender Beleuchtung keinen ausreichenden Kontrast zu dem dunklen bzw. grauen Hintergrund bilden würde, kann das LCD-Display während der Testphase von außen fremdbeleuchtet werden, beispielsweise durch Infrarot-LED's, die außerhalb der Kamera 5 angeordnet sind und durch eine Steuerung aktiviert werden.Fig. 2 shows another example of the innovation. The camera 5 has a housing 11, the light entry opening of which is closed by a liquid crystal display (so-called LCD) 12. External light, which is indicated by dashed lines, penetrates this liquid crystal display and reaches the matrix sensor 16 of the camera via a first converging lens 13, a pinhole 14 and a second converging lens 15. The liquid crystal display 12 can darken predefined areas by applying an electrical voltage, which then form the two-dimensional test pattern in conjunction with non-darkened areas. In the event that the area to be monitored is black or dark gray and the LCD test pattern would not provide sufficient contrast to the dark or gray background despite adequate lighting, the LCD display can be externally illuminated during the test phase, for example by infrared LEDs that are arranged outside the camera 5 and activated by a control system.

In Fig. 3 ist wiederum die Kamera 5 und die Flüssigkristallanzeige 12, die als Sichtfenster der Kamera dient,In Fig. 3, the camera 5 and the liquid crystal display 12, which serves as the viewing window of the camera,

dargestellt. Der Matrix-Sensor 16 der Kamera überträgt Signale, die dem erfaßten Bild entsprechen, an eine Bildvorverarbeitungs- und Bildaufnahmesteuerung 17, was durch die Leitung 18 angedeutet ist. Die Bildaufnahmesteuerung erfolgt über die Leitung 19. Die Bildvorverarbeitung erfolgt über einen Abtastprozessor bekannter Bauart, der einen Videoausgang 17' zu einem nicht dargestellten Monitor, einen digitalen Bildsignalausgang 22 zu zwei Prozessoren 20 und 25 und einen Steuereingang 21, der an den ersten Prozessor 20 angeschlossen ist, aufweist. Das digitalisierte Bildsignal vom Ausgang 22 wird beiden Prozessoren 20 und 2 5 zugeführt, die jeweils unabhängig voneinander, damit also zweikanalig, den Vergleich durchführen. Der zweite Prozessor 25 steuert über eine Leitung 28 und einen Verstärker 29 das LCD 12 an und erzeugt auf diesem ein definiertes Referenzmuster, das in einer Speicherbaugruppe 25' des Prozessors oder einem externen Speicher 25" abgespeichert ist und beiden Prozessoren 20 und 25 zugeführt wird. Gegebenenfalls kann dieses Referenzmuster auch in einem weiteren Speicher 20', der dem ersten Prozessor 20 zugeordnet ist, abgespeichert sein, so daß beide Prozessoren 2 0 und 25 unabhängig voneinander dasselbe Referenzmuster erhalten. Beide Prozessoren 20 und 25 vergleichen dann die am Ausgang 2 2 anstehende Bildinformation des LCD 12 mit dem gespeicherten Muster.The matrix sensor 16 of the camera transmits signals corresponding to the captured image to an image preprocessing and image recording control 17, which is indicated by the line 18. The image recording control is carried out via the line 19. The image preprocessing is carried out via a scanning processor of known design, which has a video output 17' to a monitor (not shown), a digital image signal output 22 to two processors 20 and 25 and a control input 21 which is connected to the first processor 20. The digitized image signal from the output 22 is fed to both processors 20 and 25, which each carry out the comparison independently of one another, i.e. in two channels. The second processor 25 controls the LCD 12 via a line 28 and an amplifier 29 and generates a defined reference pattern on it, which is stored in a memory module 25 ' of the processor or an external memory 25" and is fed to both processors 20 and 25. If necessary, this reference pattern can also be stored in a further memory 20', which is assigned to the first processor 20, so that both processors 20 and 25 receive the same reference pattern independently of one another. Both processors 20 and 25 then compare the image information of the LCD 12 present at the output 22 with the stored pattern.

Sobald ein Prozessor zu einem negativen Verglichsergebnis kommt, nehmen die Sicherheitsausgänge 23 bzw. 30 beider Prozessoren einen Verriegelungszustand (Maschine STOP) ein, unabhängig davon, ob sich eine Person im überwachten Bereich befindet oder nicht. Beide Prozessoren 2 0 und 25 stehen über Leitungen 26 und 27 miteinander in Verbindung und tauschen auch unmittelbar ihre Vergleichsergebnisse miteinander aus.As soon as a processor comes to a negative comparison result, the safety outputs 23 and 30 of both processors enter a locked state (machine STOP), regardless of whether a person is in the monitored area or not. Both processors 20 and 25 are connected to each other via lines 26 and 27 and also immediately exchange their comparison results with each other.

Der Prozessor 20 hat noch einen weiteren Steuereingang 24, über den eine Programmierung der Schutzfeldgrenzen, bestimmter Muster, die das Schutzfeld ohne Auslösen eines Alarms betreten dürfen etc., programmiert werden können.The processor 20 has a further control input 24, via which the protective field boundaries, certain patterns that may enter the protective field without triggering an alarm, etc., can be programmed.

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Da die Auswertung auch während des normalen Betriebes vorzugsweise zweikanalig, d.h. über die beiden unabhängigen Prozessoren 20 und 25 erfolgt, können diese Programmiersigna-Ie auf der Leitung 24 auch über die Leitung 26 dem zweiten Prozessor 25 zugeführt werden.Since the evaluation is preferably carried out on two channels during normal operation, i.e. via the two independent processors 20 and 25, these programming signals on line 24 can also be fed to the second processor 25 via line 26.

Fig. 4 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem der Fig. 1 im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß das zweidimensionale Muster durch einen Projektor 32 erzeugt wird, der ebenfalls an der Decke 4 neben der Kamera 5 angebracht ist. Dieser Projektor 32 projiziert ein Testmuster 33 auf das zu überwachende Objekt 1 und einen dieses umgebenden Bereich. Dieses Testmuster ist hier als "Schachbrettmuster" dargestellt, kann aber jegliche beliebige Konfiguration haben. Während der Projektion dieses Testmusters ist die Beleuchtung 6 vorzugsweise abgeschaltet. Natürlich ist es auch möglich, die Beleuchtung 6 und die Projektionseinrichtung 32 in eine Einheit zu integrieren und das Testmuster dadurch zu erzeugen, daß ein im Strahlengang des Beleuchtungslichtes angeordnetes LCD durch Anlegen elektrischer Spannungen ein vordefiniertes zweidimensionales Muster erzeugt. Die Auswertung, d.h. der Vergleich zwischen Test- und Referenzmuster, erfolgt in analoger Weise wie genauer im Zusammenhang mit Fig. 3 beschrieben.Fig. 4 shows a third embodiment of the invention, which differs from that of Fig. 1 essentially in that the two-dimensional pattern is generated by a projector 32, which is also mounted on the ceiling 4 next to the camera 5. This projector 32 projects a test pattern 33 onto the object 1 to be monitored and an area surrounding it. This test pattern is shown here as a "checkerboard pattern", but can have any configuration. During the projection of this test pattern, the lighting 6 is preferably switched off. Of course, it is also possible to integrate the lighting 6 and the projection device 32 into a unit and to generate the test pattern by having an LCD arranged in the beam path of the illumination light generate a predefined two-dimensional pattern by applying electrical voltages. The evaluation, i.e. the comparison between the test and reference patterns, takes place in an analogous manner to that described in more detail in connection with Fig. 3.

Claims (4)

SchutzansprücheProtection claims 1. Vorrichtung zum Testen eines lichtempfindlichen Matrix-Sensors, insbesondere einer elektronischen Kamera mit CCD-Matrix-Sensor oder CMOS-Matrix-Sensor mit einer Auswerteeinheit, der Ausgangssignale des Matrix-Sensors zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein vordefiniertes mehrdimensionales Muster (12; 8, 9; 33) im Erfassungsbereich des Matrix-Sensors vorhanden ist und daß eine Vergleichseinrichtung (20, 25) vorgesehen ist, die die von dem Matrix-Sensor (16) erzeugten Signale mit in einer Speichereinheit (20'; 25'; 25") gespeicherten Signalen vergleicht und in Abhängigkeit von diesem Vergleich ein Signal erzeugt, das einen gestörten oder störungsfreien Betrieb des Sensors anzeigt.1. Device for testing a light-sensitive matrix sensor, in particular an electronic camera with a CCD matrix sensor or CMOS matrix sensor with an evaluation unit to which output signals from the matrix sensor can be fed, characterized in that a predefined multi-dimensional pattern (12; 8, 9; 33) is present in the detection area of the matrix sensor and that a comparison device (20, 25) is provided which compares the signals generated by the matrix sensor (16) with signals stored in a storage unit (20'; 25'; 25") and, depending on this comparison, generates a signal which indicates faulty or fault-free operation of the sensor. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang vor dem Matrix-Sensor (16) ein steuerbarer Mustergenerator (12) angeordnet ist, der in Abhängigkeit von Steuersignalen ein aus unterschiedlichen Grautönen, unterschiedlichen Helligkeitswerten und/oder unterschiedlichen Farben bestehendes Muster erzeugt, welches das vordefinierte mehrdimensionale Testmuster bildet.2. Device according to claim 1, characterized in that a controllable pattern generator (12) is arranged in the beam path in front of the matrix sensor (16), which generates a pattern consisting of different shades of gray, different brightness values and/or different colors as a function of control signals, which pattern forms the predefined multi-dimensional test pattern. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Projektor (32) vorgesehen ist, der ein vordefiniertes Muster mit unterschiedlichen Grautönen, unterschiedlicher Helligkeit und/oder unterschiedlichen Farben auf im Erfassungsbereich des Matrix-Sensors (16) liegende Gegenstände projiziert.3. Device according to claim 1, characterized in that a projector (32) is provided which projects a predefined pattern with different shades of gray, different brightness and/or different colors onto objects lying in the detection area of the matrix sensor (16). 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vordefinierte mehrdimensionale Muster durch einen oder mehrere Streifen (8, 9) gebildet ist, der4. Device according to claim 1, characterized in that the predefined multi-dimensional pattern is formed by one or more strips (8, 9) which • · &bgr; ·• · &bgr; · bzw. die gegenüber der Umgebung oder gegeneinander unterschiedliche Grautöne, unterschiedliche Helligkeit und/oder unterschiedliche Farben hat bzw. haben und im Erfassungsbereich des Matrix-Sensors (16) angeordnet sind.or which have different shades of grey, different brightness and/or different colours compared to the surroundings or to each other and are arranged in the detection range of the matrix sensor (16). Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit (2) unabhängig voneinander arbeitende Auswerteeinheiten (20, 25) aufweist, denen jeweils das Ausgangssignal des Matrix-Sensors (16) und dem Referenzmuster entsprechende Signale aus einem oder zwei unabhängigen Speichern (25" oder 20', 25') zuführbar sind und daß beide Auswerteeinheiten (20, 25) ihre Auswerteergebnisse untereinander austauschen und nur dann ein einen störungsfreien Betrieb anzeigendes Signal erzeugen, wenn die Vergleichsergebnisse beider Auswerteeinheiten (20, 25) gleich sind.Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the evaluation unit (2) has evaluation units (20, 25) that operate independently of one another, to each of which the output signal of the matrix sensor (16) and signals corresponding to the reference pattern from one or two independent memories (25" or 20', 25') can be fed, and that both evaluation units (20, 25) exchange their evaluation results with one another and only generate a signal indicating trouble-free operation if the comparison results of both evaluation units (20, 25) are the same.
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