专利名称：作为标准光电传感器替换的飞行时间传感器的制作方法
技术领域：
要求保护的主题总体上涉及工业控制系统，更具体而言，涉及采用飞行时间(T0F，time of flight)感测来使在工业环境中通常由标准光电传感器执行的功能实现的方法和系统。
背景技术：
在工业应用中广泛利用了标准光电传感器。例如，利用了光电传感器来升高和/或降低与迅速和/或力大的工业机械移动和/或旋转相关联的保护闸门，以防止肢体和/或手指意外或无意中进到运行中的这些机器中。不过，标准光电传感器的性能会非常取决于要感测目标的纹理、反射率、以及颜色。标准光电传感器发出撞击目标的光。返回光的量需要符合设置的阈值以确定是否存在目标。差的目标(例如，颜色深、非常有纹理、有光泽等)不会返回足够触发传感器输出的光。大比例的光电传感器应用利用回归反射或偏光回归反射传感器。这些传感器发出撞击反射器以及使光回到接收器的调制光源。发射器与反射器之间出现的任何物品阻挡发射器与反射器之间的光束，因而表征目标的存在。进一步地，图像传感器或光电传感器检测的每个像素可以包含数据点。相应地，如果存在具有多个数据点的图像，则多于一个像素会影响图像的评估。例如，在利用摄像器传感器技术的应用中，用以评估包括多个数据点的图像的许多图像处理算法是已知的。此外，在需要冗余(例如，在安全系统中)的摄像器传感器技术的领域中，会需要多个摄像器。在如同背景抑制的单个像素或单个波束应用中，通常只采用一个像素，通常无法使用多于一个像素。因而，在这些应用中需要提供和利用栅栏，无法比较多于一个像素。进一步地，在单个像素应用中也会难以检测有光泽对象。此外，在这些系统中无法在不实施冗余路径的情况下具有冗余。
发明内容
以下发明内容呈现简化概述，以提供对本文中描述的某些方面的基本理解。此发明内容并非广泛概述，也并非意在标识关键元素或界定本文中描述的方面的范围。此发明内容的唯一目的是以简化形式呈现一些特征作为对后面呈现的更详细描述的序言。按照本文中公开和描述的各种实施例和/或方面公开了用于在工业自动化环境中利用飞行时间传感器的方法。该方法包括采用与飞行时间传感器相关联的单像素摄像器、单波束摄像器、或者多像素摄像器来检测和/或捕捉位于目标区域内的对象的图像；将和对象的图像相关联的第一像素与相邻像素做比较；将对象识别成有色、有纹理、或者高反射性的对象；以及基于对象的识别来控制或致动工业机械执行各种任务。按照进一步的方面和/或实施例，公开和描述了用于在工业自动化环境中采用飞行时间传感器来控制工业自动化机械的系统。该系统可以包括多像素摄像器、单波束摄像器、或者单像素摄像器，与捕捉进入或离开多像素摄像器、单波束摄像器、或者单像素摄像器所监测的目标区域的对象的图像的飞行时间传感器相关联；以及工业控制器，用于将和所捕捉的图像相关联的第一像素与一个或更多个相邻像素做比较，并且至少部分地基于所述比较工业控制器指示工业自动化机械执行一个或更多个动作。按照再进一步的方面和/或实施例，提供了用于在工业自动化环境中利用飞行时间传感器来控制工业自动化机械的系统。该系统可以包括用于采用飞行时间传感器来检测位于目标区域内的对象的部件；用于将和与飞行时间传感器相关联的用于捕捉的部件所获得的对象的图像相关联的第一像素与相邻像素做比较的部件；用于至少部分地基于所述比较来将对象识别成有纹理或深色对象的部件；以及用于至少部分地基于对象的识别来控制工业机械的部件。为了以上和相关目标的完成，以下描述和附图详细叙述某些示例性方面。这些方面只是表明可以采用本文中描述的原理的数个各种方式。其它优点和新颖特征会在结合图考虑时从以下详细描述中变得明显。
图1是示例了在工业自动化环境中利用飞行时间传感器的工业控制系统的示意性方框图。图2是描绘了在工业自动化环境中利用飞行时间传感器的工业控制系统的进一步示意性方框图。图3是示例了用于在工业自动化环境中利用飞行时间传感器来控制工业机械或设备的过程的流程图。图4是示例了在工业自动化环境中采用飞行时间传感器来控制工业机械或设备的过程的进一步流程图。图5是在工业自动化环境中采用飞行时间传感器来控制工业机械或设备的示例系统。图6是在工业自动化环境中利用飞行时间传感器来控制工业机械或设备的进一步示例系统。图7是工业自动化环境中利用的飞行时间传感器的示意性方框图。图8-10示例了示例性飞行时间传感器概念。图11是描绘了用于执行所公开的系统的计算机的方框图。图12是用于按照另一方面处理所公开的架构的示例性计算环境的示意性方框图。
具体实施例方式首先参照图1，示例了在工业自动化环境中利用飞行时间传感器的工业控制系统100。系统100可以包括飞行时间传感器102，飞行时间传感器102结合控制器104、逻辑组件106、检测组件108和距离传感器110，可以监测对象进入到目标区域中和/或离开目标区域的预定目标区域，以及之后，在对象的成功检测后，可以控制和/或启用/禁用工业机械112。应当在一般性不丧失或没有限制的情况下注意虽然以求说明清楚的目的以不同或单独实体的形式示例了系统100的组件(例如，飞行时间传感器102、控制器104、逻辑组件106、检测组件108、以及距离传感器110)，但具有本领域理解力的人员将会意识到可以把描绘的组件中的所有或一些组件组合在一个系统或芯片中。至此，通过光电传感器的利用进行了监测对象进入到目标区域中和/或离开目标区域的目标区域的任务。光电传感器然而会非常取决于感测对象的纹理、反射率、和/或颜色。标准光电传感器通常发出撞击目标的光。返回光的量需要符合设置的阈值以对于在目标区域中是否存在对象做出确定。因而，颜色深、非常有纹理、或者反射性(例如，有光泽)的、进入到目标区域中或从目标区域离开的对象通常不会返回足以触发光电传感器输出的光。进一步地，大比例的采用光电传感器的应用利用回归反射或偏光回归反射传感器，其中，调制光源撞击反射器以及使光回到接收器。发射器与反射器之间出现的任何物品阻挡发射器与反射器之间的光束，因而表征目标的存在。由于飞行时间技术基于发出光束以及在光撞击对象之后接收返回接收器的光(无论被如何衰减)花费的时间的量、而非反射离去目标的光或者发出的光束是否由于对象的存在而中断，所以飞行时间传感器(例如，飞行时间传感器102)的利用可以克服这些问题。按照以上内容因此，飞行时间传感器102可以监测和/或检测进入到目标区域中和/或从目标区域离开的对象的存在。在一个实施例中，飞行时间传感器102监测的目标区域可以是至少等于或大于三米。在另一实施例中，飞行时间传感器102的检测限制可以是至少等于或大于一米或小于三米。在另一实施例中，飞行时间传感器102的监测的目标区域可以是小于五毫米和大于两百五十米。在进一步的实施例中，飞行时间传感器102监测的目标区域可以小于一米或者可以超过两米。在再进一步的实施例中，飞行时间传感器102监测的目标区域可以超过三米或小于一百米。在又一实施例中，飞行时间传感器102的检测限制可以大于一百米或小于三百米。如本领域普通技术人员将会清楚理解的，飞行时间传感器102的检测限制可以涵盖小于五毫米和超过三百米的范围。在感知到进入到监测的目标区域中或从监测的目标区域离开的对象的存在后，飞行时间传感器102可以与控制器104通信。应当在一般性不丧失或没有限制的情况下明白飞行时间传感器102、控制器104、逻辑组件106、检测组件108、距离传感器110、以及工业机械112可以处于工业自动化环境的相异末端。例如，按照实施例，飞行时间传感器102和工业机械112可以处于彼此贴近，而控制器104和相关联组件(例如，逻辑组件106、检测组件108、以及距离传感器110)可以位于一个或更多个环境上受控(例如，空气调节、无尘等)的环境中。按照进一步的实施例，可以把飞行时间传感器102、控制器104和构建组件(例如，逻辑组件106、检测组件108、以及距离传感器110)放置在环境上受控的环境中而工业机械112可以位于环境上荒芜的环境中。在又再一实施例中，飞行时间传感器102，控制器104，逻辑组件106、检测组件108、以及距离传感器110中的每个，以及工业机械112可以位于工业自动化环境地理上各种各样的末端。因而，为了使这些各种和各异布置的组件部分之间的通信实现，可以采用网络拓扑或网络基础设施。通常，网络拓扑和/或网络基础设施可以包括任何可行通信和/或广播技术，例如，可以利用有线和/或无线形态和/或技术来实现本应用。再者，网络拓扑和/或网络基础设施可以包括利用个域网(PAN)、局域网(LAN)、校区网(CAN)、城域网(MAN)、外联网、内联网、互联网、广域网(WAN)——集中的和/或分布式的——和/或其任何组合、变换、和/或聚合。因此，飞行时间传感器102可以向控制器104传送进入到目标区域中和/或从目标区域离开的对象的存在。控制器104在接收进入到目标区域中和/或从目标区域离开的对象的存在指示后可以利用距离传感器110、检测组件108、以及逻辑组件106提供的手段来确认对象的光洁度(例如，反射率)、纹理、以及颜色，以及对象相对于飞行时间传感器102的距离。配合检测组件108和/或距离传感器110的逻辑组件106可以便于与进入和/或脱离目标区域的对象相关联的光洁度、纹理、以及颜色的检测，以及建立是否对象实际上进入或脱离了目标区域或者仅环绕了目标区域的周边。按照实施例，逻辑组件106和检测组件108可以确认进入到目标区域中或从目标区域离开的对象是否颜色深。按照进一步的实施例，逻辑组件106和检测组件108可以建立与进入到目标区域中或从目标区域离开的对象相关联的纹理。按照再进一步的实施例，逻辑组件106和检测组件108可以确认进入到目标区域中或从目标区域离开的检测对象是否具有非常高反射性的表面。对于检测对象的反射率、纹理、和/或颜色的这些确定可以至少部分地基于从对象向与飞行时间传感器102相关联的接收器返回的光的量。按照又再进一步的实施例，逻辑组件106和距离传感器110可以确认对象距飞行时间传感器102的距离。进一步地，逻辑组件106和距离传感器110可以确认对象是否实际上进入或离开了飞行时间传感器102监测的目标区域，或者对象是否接近了飞行时间传感器102监测的目标区域的周边边缘。对于对象距飞行时间传感器102的距离的这些确定可以至少部分地基于在光撞击对象之后把飞行时间传感器102发出的光束反射回与飞行时间传感器102相关联的接收器所花费的时间的量。 一旦配合检测组件108和/或距离传感器110的逻辑组件106对于检测对象的距离(或者其缺失)、反射率、纹理、和/或颜色做出了评估，逻辑组件106就可以至少部分地基于评估致动工业机械112。因而，例如，在检测到进入监测目标区域内的对象后，逻辑组件106可以引导工业机械112进入到立即空闲状态中。相反地，检测到离开目标区域的对象后，逻辑组件106可以指示工业机械112开始立即操作。 参照图2，描绘了在工业自动化环境中利用飞行时间传感器的另一工业控制系统200。在此实施例中，工业控制系统200除了先前讨论的各自或组合控制工业机械112的距离传感器110、检测组件108、逻辑组件106、控制器104、以及飞行时间传感器102之外还可以包括评估器组件202。此外，在此实施例中，可以把飞行时间传感器102耦合到多像素摄像器(未示出)，所述多像素摄像器可以针对或关注于目标区域，以及可以提供进入和/或离开监测目标区域的对象的多像素图像以便控制器104的分析和工业机械112的后续工作执行。不过，应当在一般性不丧失或没有限制的情况下注意飞行时间传感器102可以自身是、或者可以包括可以针对或关注于目标区域以提供进入和/或离开监测目标区域的对象的多像素图像(或三维(3D)图像)的多像素摄像器。另外，还应当再一次在一般性不丧失或没有限制的情况下注意可以把飞行时间传感器102(或者与飞行时间传感器102相关联的多像素摄像器)捕捉的三维图像或多像素图像与来自其它非三维摄像器的其它图像组合，以便后续分析和/或处理。
如以上所陈述的，结合多像素摄像器的飞行时间传感器102可以检测进入到定义的目标区域中或从定义的目标区域离开的对象的存在或不存在，以及可以向控制器104(以及它的各种相关联和/或构建组件)提供进入到目标区域中或从目标区域离开的对象的多像素图像的连续序列、一组时间错开的多像素图像、或者单独的(或单个)多像素图像。通常，一旦飞行时间传感器102感知到/观测到了对象进入到监测目标区域中或离开监测目标区域，多像素摄像器响应于飞行时间传感器102的观测而捕捉了图像的连续序列、在时间上错开的图像集合、或者图像，可以把图像的连续序列、时间逝去图像的集合、或者图像传输给控制器104(特别是评估器组件20 ，以便进一步分析和/或处理。应当在一般性不丧失或没有限制的情况下注意配合多像素摄像器的飞行时间传感器102能够检测内部和外部(在监测目标区域的周边边缘处)出现的移动。进一步地，连同多像素摄像器和控制器104 —起的飞行时间传感器102还能够便于背景抑制感测，其中，可以通过边缘检测的使用来识别进入或脱离监测目标区域和它的总体附近的有光泽或高反射性的对象。此外，配合多像素摄像器和控制器104(或其方面)的飞行时间传感器102可以检测进入或脱离监测目标区域的很小对象。在接收捕捉的图像、时间逝去图像的集合、或者图像的连续序列后，评估器组件202可以同时和/或按顺序评估与图像相关联的多于一个像素。评估可以包括执行像素间比较，其中，与图像(图像的连续序列或时间逝去图像的集合)相关联的每个像素接受与图像的相邻区域中的像素、或者相邻像素的比较。以此方式可以准确评估灰度，此外可以确认与对象相关联的距离信息。另外，可以针对成流图像的序列(可以在流中的每个图像与流中的其它图像之间、或者在从数据库获取的图像的先前存储流与图像的流中包括的图像之间做比较)、时间逝去图像的集合(可以在时间逝去图像的集合中包括的每个单独图像之间、或者在数据存储器中存储的参考图像与时间逝去图像的集合中包括的单独图像之间做比较)、或者单个图像(把单个图像与数据存储中存储的先前维持图像相比较)做出由评估器组件202执行的评估。此外，评估器组件202还可以对恒定流中接收的图像的序列、时间逝去图像的集合、或者接收的图像执行差异分析，其中，可以取恒定流中接收的图像的序列、时间逝去图像的集合、或者接收的图像与后续或先前接收、维持、或者成流的其它图像之间的像素差异。以此方式，可以在不必定有栅栏的情况下便于通过边缘检测的背景抑制感测。在评估器组件202执行的各种分析的完成后，逻辑组件106可以指示或命令工业机械112执行或停止执行各种动作。例如，在把高反射性、有纹理、或者深色的对象检测成进入到了结合多像素摄像器的飞行时间传感器102监测的目标区域中的情况下，逻辑组件106可以指使工业机械112升高或降低与工业机械112相关联的安全闸门，以及即刻把工业机械112断电。在进一步的实例中，在把高反射性、有纹理、或者深色的对象识别成进入到了目标区域中的情况下，逻辑组件106可以引导一组工业机械112上电以接收检测对象，以及在把检测对象过渡到了第一组工业机械112之后引导另一组工业机械112关电。应当注意本公开识别和/或利用数据存储装置、维持装置、或者存储介质来维持图像的流、时间逝去图像的集合、和/或图像。虽然未描绘这些维持装置(例如，存储器、存储介质等)，但这些装置的典型实例包括包括但不限于ASIC (专用集成电路)、CD (压缩盘)、DVD(数字视频盘)、只读存储器(ROM)、随机访问存储器(RAM)、可编程ROM(PROM)、软盘、硬盘、EEPR0M(电可擦除可编程只读存储器)、记忆棒等的计算机可读介质。注意与工业控制系统100和200相关联的组件可以包括诸如能够在网络上交互的服务器、客户端、控制器、工业控制器、可编程逻辑控制器(PLC)、能量监测器、批量控制器或服务器、分布式控制系统(DCQ、通信模块、移动计算机、无线组件、控制组件等的各种计算机或网络组件。类似地，如本文中所使用的术语控制器或PLC可以包括可以在多个组件、系统、或者网络上共享的功能。例如，一个或更多个控制器可以在网络上与各种网络装置合作和通信。这可以包括经由包括控制、自动化在内的网络、或者公共网络进行通信的基本上任何类型的控制、通信模块、计算机、I/O装置、传感器、人机接口(HMI)。控制器还可以控制诸如包括模拟、数字、编程/智能I/O模块、其它可编程控制器、通信模块、传感器、输出装置等在内的输入/输出模块的多种其它装置以及向其通信。网络可以包括诸如互联网的公共网络、内联网、以及诸如包括装置网和控制网在内的控制和信息协议(CIP)网络的自动化网络。其它网络包括以太网、DH/DH+、远程I/O、现场总线、ModbmProfibus、无线网络、串行协议等。另外，网络装置可以包括各种可行性(硬件或软件组件)。这些包括诸如如下部件具有虚拟局域网(VLAN)能力的交换机、LAN、WAN、代理、网关、路由器、防火墙、虚拟专用网(VPN)装置、服务器、客户端、计算机、配置工具、监测工具、或者其它装置。图3是示例了用于在工业自动化环境中利用飞行时间传感器控制工业机械或设备的过程的流程图400。下面描述的图4表示用于在工业自动化环境中利用飞行时间传感器控制工业机械或设备的进一步方法或过程。虽然为求解释简化的目的把方法示出和描述成一系列动作，但应该理解和明白方法由于一些动作可以与来自本文中描述和示出的其它动作同时或按不同次序出现，而不受动作次序限制。例如，本领域技术人员将会理解和明白可以可替选地把方法表示成一系列的相关状态或事件，如，在状态图中。此外，实施如本文中所述的方法不会需要所有示例的动作。可以通过各种手段实施本文中描述的过程和技术。例如，可以在硬件、软件、或者其组合中实施这些技术。对于硬件实施，可以在一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计成执行本文中描述的功能的其它电子单元、或者其组合内实施处理单元。对于软件，实施可以通过执行本文中描述的功能的模块(例如，流程、功能等)。软件代码可以在存储单元中存储以及通过处理器执行。图3是示例了用于在工业自动化环境中利用飞行时间传感器控制工业机械或设备的过程300的流程图。过程300可以在可以检测目标区域内对象的存在(或其缺失)的302开始。在把对象检测成在目标区域中存在的304，可以执行评估以确定对象的光洁度(例如，反射率)、纹理、或者颜色。在306，至少部分地基于评估可以控制或指使各种和各异工业设备执行(或停止执行)诸如过渡到各种状态(例如，上电/断电、加速/减速、变得空闲等)的各种任务。图4是示例了在工业自动化环境中采用飞行时间传感器控制工业机械或设备的过程400的流程图。过程400可以在可以检测进入或离开定义或限定目标区域的对象存在的402开始。在把对象检测成进入或离开了定义或限定目标区域的404，可以比较对进入或离开定义或限定目标区域的对象捕捉的图像，其中，可以把图像的第一像素与图像的相邻像素相比较。此比较可以形成像素间比较位于检测对象边缘的边缘检测的基础。在406至少部分地基于以上比较，可以把对象识别成高反射性(例如，有光泽)。在408至少部分地基于对象具有高反射性的以上识别，可以致动或控制工业机械执行一个或更多个动作。转到图5，示例的是包括可以表示控制器、处理器、软件、或者其组合(例如，固件)实施的功能的功能块在内的系统500。系统500包括可以结合地做动作的电学组件的逻辑分组502。逻辑分组502可以包括用于检测目标区域内对象的电学组件504。进一步地，逻辑分组502可以包括用于评估与对象相关联的光洁度、纹理、或者颜色的电学组件506。此外，逻辑分组502可以包括用于控制工业机械的电学组件508。另外，系统500可以包括保留用于执行与电学组件504、506、以及508相关联的功能的指令的存储器510。虽然示出成在存储器510外，但应该理解电学组件504、506、以及508可以存在于存储器510内。如本领域中理解力中等的人员将会明白的，电学组件的逻辑分组502可以按照实施例是用于执行各种动作的部件。相应地，电学组件的逻辑分组502可以包括用于检测目标区域内对象的部件504。另外，逻辑分组502可以进一步包括用于评估与对象相关联的光洁度、纹理、或者颜色的部件506。此外，逻辑分组502还可以包括用于控制工业机械的部件508。转到图6，示例的是包括可以表示控制器、处理器、软件、或者其组合(例如，固件)实施的功能的功能块在内的系统600。系统600包括可以结合地做动作的电学组件的逻辑分组602。逻辑分组602可以包括用于检测目标区域内对象的电学组件604。进一步地，逻辑分组602可以包括用于把和检测对象的图像相关联的第一像素与相邻像素相比较的电学组件606。此外，逻辑分组602可以包括用于把对象识别成有光泽对象的电学组件608。此外，逻辑分组602可以包括用于控制工业机械的电学组件610。另外，系统600可以包括保留用于执行与电学组件604、606、608、以及610相关联的功能的指令的存储器612。虽然示出成在存储器612外，但应该理解电学组件604、606、608、以及610可以存在于存储器610 内。再一次地如普通技术人员将会理解的，电学组件的逻辑分组602可以按照各种实施例作为用于完成各种动作或任务的部件。因而，逻辑分组602可以包括用于检测目标区域内对象的部件604。进一步地，逻辑分组602可以包括用于把和检测对象的图像相关联的第一像素与相邻像素相比较的部件606。此外，逻辑分组602可以包括用于把对象识别成有光泽对象的部件608。此外，逻辑分组602可以包括用于控制工业机械的部件610。可以通过各种手段实施本文中描述的过程和技术。例如，可以在硬件、软件、或者其组合中实施这些技术。对于硬件实施，可以在一个或更多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑装置(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、设计成执行本文中描述的功能的其它电子单元、或者其组合内实施处理单元。对于软件，实施可以通过执行本文中描述的功能的模块(例如，流程、功能等)。软件代码可以存储在存储单元中以及通过处理器执行。图7提供了工业自动化环境中可以采用的飞行时间传感器102的示意性方框图700。如所示例的，可以采用飞行时间传感器102检测三维对象702的存在或不存在。按照实施例，三维对象702的表面可以具有高反射性(有光泽)以及以广泛漫射方式使从飞行时间传感器102引导的大多数发出的光返回到三维对象702。在进一步的实施例中，三维对象702可以具有很暗的表面或者非常有纹理(例如，磨砂)的表面，在此情形中三维对象702可以吸收飞行时间传感器102发出的大多数光而反射回很少量用于检测。如本领域中理解力中等的人员将会明白的，具有这种特性的三维对象(例如，三维对象70 的监测和/或检测会对于大多数部分是挑战性的。因此为了克服这些缺点，可以关联或合并单像素摄像器或多像素摄像器的飞行时间传感器102可以朝向三维对象702发出可见或红外光的单个波束或单个像素。三维对象702朝向飞行时间传感器102反射或返回发出的光的单个波束或单个像素(或者，根据三维对象702的纹理、反射性、或者颜色，更加衰减的光的单个波束或单个像素)。光的发射波向三维对象702传播和从三维对象702返回花费的时间提供关于把三维对象702相对于飞行时间传感器102放置的距离的指示。另外，光的返回波中衰减的程度还可以提供对如下内容的指示三维对象702多么有光泽(反射性)、三维对象702的颜色；和/或三维对象702的纹理表面。按照实施例，在把三维对象702放置得接近反射性背景时，飞行时间传感器102在发出单个像素波束后可以检测或感测三维对象702。飞行时间传感器102可以通过先前和/或后续获得的环绕或相邻像素与关注像素之间像素间比较和/或边缘检测的使用在这种状况中完成三维对象702的检测。通过像素间比较和/或边缘检测的装备，可以识别如若不然会使得处于接近反射性背景的三维对象702的检测困难的反射性背景，并且如果必要地抑制反射性背景，则使得三维对象702的检测较容易。按照进一步的实施例，飞行时间传感器102在发出朝向三维对象702引导的单个像素波束后可以在不必定有背景的情况下检测和/或监测三维对象702。飞行时间传感器102可以通过像素间比较的利用和/或边缘检测来确认三维对象702的存在(或不存在)，其中，把从三维对象702返回或者反射离去三维对象702的光的像素(来自发出的单个像素波束)与从三维对象702先前或后续反射或返回的光的单个像素做比较。以此方式，飞行时间传感器102可以在不必定有背景的情况下确认目标区域内三维对象702的存在。另外，飞行时间传感器102可以确定三维对象702是否具有反射性表面、纹理表面、和/或有色表面。可以通过从三维对象702返回的光的衰减程度提供此后者。因而，例如，在存在反射光的显著衰减程度的情况下，飞行时间传感器102可以判定检测的三维对象非常有纹理或颜色暗。在再进一步的实施例中，可以利用飞行时间传感器102来确认三维对象702是否具有某些尺度。按照此方面，飞行时间传感器102可以朝向三维对象702引导单个像素宽的光的波束，以及再一次通过边缘检测形态和/或像素间比较的使用(其中，把三维对象702的相邻区域的先前和/或后续返回或反射像素与关注的返回或反射像素彼此相比较)，可以确认三维对象702是否满足关键尺度。因而，飞行时间传感器102 (结合此前讨论的其它组件)可以检测尺度均很小的三维对象以及具有较显著大小的三维对象。图8-10统一讨论以及示例了示例性飞行时间传感器概念。在图8的810，发送器生成从对象820在818反射的红外波束814，其中，在检测器830接收反射。在表示At的图850示出了在检测器818处接收发出的波814所花费的时间。通常，可以根据公式d =(c ★ At)/2检测对象距离d，其中，d等于对象距离，c等于光速，At等于从发送器810至检测器820的光行进时间。应该明白其它类型的TOF测量如下面将更详细描述的是可行的。
前往图9，图900示例了发出或发送的信号与接收或反射的信号920之间的相位偏移。通常，采用示出成A0、A1、A2、以及A3的相位偏移的参数来计算图8的820处示出的各个对象的距离。通常，对象距离根本上与检测的相位偏移成比例、根本上独立于背景照射、以及根本上独立于对象的反射特性。前往图10，示例了计算对象距离和速度的示例电路1000。微处理器1010在1020生成经由发送光学器件1030朝向对象发送的红外(IR)和/或可见照射。来自对象的反射可以经由接收光学器件1040收集，其可以继而经由光学带通滤波器1060处理。可以采用飞行时间(TOF)芯片1050计算相位偏移以及存储距离或者诸如颜色或图像数据的其它数据。可以把来自TOF芯片1050的输出传递给微处理器1010以便进一步处理。在本申请中，微处理器可以识别和检测由TOF芯片1060监测的定义和/或限定目标区域内对象的存在。如所示，可以提供电源1070以分别对于微处理器1010和TOF芯片1050生成不同操作电压。注意到如本文中所使用的，可以如本文中所述采用各种形式的飞行时间(TOF)传感器来基于目标区域内对象的不存在和/或存在而在各种工业行为的执行中控制工业设备。这些包括测量对象、粒子或声、电磁或其它波通过介质行进距离花费的时间的各种方法。可以把此测量用于时间标准(如，原子喷泉)，作为用以测量通过给定介质的路径长度或速率的方式、或者作为了解粒子或介质(如，构造或流动率)的方式。可以直接(例如，质谱仪中的离子检测器)或间接(例如，激光多普勒测速仪中从对象散射的光)检测行进对象。在飞行时间质谱仪中，在离子的速率取决于质荷比的情况下，通过电场把离子加速到同样的动能。因而，使用飞行时间来测量可以从其确定质荷比的速率。使用电子的飞行时间来测量它们的动能。在近红外光谱中，使用TOF方法测量从其可以分析介质的属性和构造的光学波长范围上取决于介质的光学路径长度。在超声波流量计测量中，使用TOF测量介质流动的信号上游和下游传播的速度，以估算总流动速率。在与流动的共线方向上做出此测量。在平面多普勒测速仪(光学流量计测量)中，通过对各离子沿着流动穿过两个或更多个地点的时间进行计时，与流动垂直地做出TOF测量(共线测量将会通常需要高流动速率以及极其窄带的光学滤波器)。在光学干涉仪中，可以通过TOF方法(如，随之是信号的互相关或相位偏移测量的频率调制)测量样本与参考臂之间的路径长度差异。在用于介质长范围距离测量的激光雷达和激光跟踪器系统中使用这种方法。在运动学中，TOF是投射体通过空气行进的持续时间。给定从地面发起的离子的初始速率U、向下(即，重力)加速度以及投射体的投射角度。超声波流量计使用声学传感器测量通过管道的气体或液体的速率。这具有优于其它测量技术的一些优点。结果略微受温度、密度或导电率的影响。因为不存在移动部分所以维护是便宜的。超声波流量计有三个不同类型透射(反传播在途时间)流量计、反射(多普勒)流量计、以及开放通道流量计。在途时间流量计通过测量与流动方向相对发送的超声脉冲与流动方向上发送的超声波脉冲之间的时间差而工作。多普勒流量计测量引起反射超声波束离去流动流体的扰动、或者流体中的气泡、流体中的小粒子的多普勒偏移。开放通道流量计测量溢流口或液槽前方的上游物位。
光学飞行时间传感器包括投射到通过小粒子(假定遵照流动)的传递指使或者中断检测的介质(例如，流体或空气)中的两个光束。这并非与用作电动车库门中安全装置或者用作报警系统中触发器的光学波束不类似。通过已知两个波束之间的间隔来计算粒子的速度。如果只存在一个检测器，则可以经由自相关测量时间差。如果存在对于每个波束一个的两个检测器，则也可以知道方向。由于相对较容易确定波束的地点，所以测量的精度主要取决于可以做出多么小的设定。如果波束隔开太远，则流动基本上会在它们之间改变，因而测量在该空间上变得平均。此外，多个粒子可以在任何给定时间驻留在它们之间，这将会由于粒子不可区分所以破坏信号。为了使这种传感器提供有效数据，它需要相对于播种密度和流动的规模小。现在参照图11，示例了用于执行所公开的系统的计算机的方框图。为了提供其各种方面的额外内容，图11和以下讨论旨在提供可以实施要求保护主题各种方面的合适计算环境1100的简要、总体描述。虽然以上描述在可以在一个或更多个计算机上运行的计算机可执行指令的总体上下文中，但本领域技术人员将会认识到也可以与其它程序模块组合和/或作为硬件和软件的组合来实施如所要求保护的主题。通常，程序模块包括执行特定任务或者实施特定抽象数据类型的例程、程序、组件、数据结构等。此外，本领域技术人员将会明白可以通过其它计算机系统配置(包括单处理器或多处理器计算机系统、微型计算机、大型计算机、以及个人计算机、手持计算装置、基于微处理器的或可编程消费类电子产品等，各自可以用于操作上耦合到一个或更多个相关联装置)实践发明的方法。也可以在通过通信网络链接的远程处理装置执行某些任务的分布式计算环境中实践要求保护主题的示例方面。在分布式计算环境中，程序模块可以位于本地以及远程存储器存储装置中。计算机通常包括各种计算机可读介质。计算机可读介质可以是计算机可以访问的任何可用介质以及包括易失性以及非易失性介质、可移除以及不可移除介质。通过示例而非限制的方式，计算机可读介质可以包括计算机存储介质和通信介质。计算机存储介质包括以用于存储诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其它数据的信息的任何方法或技术实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPR0M、闪存或其它存储器技术、CD-ROM、数字视频盘(DVD)或其它光学盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其它磁存储装置、或者可以用来存储期望信息以及可以通过计算机访问的任何其它介质。再次参照图11，用于实施各种方面的示例性环境1100包括计算机1102，计算机1102包括处理单元1104、系统存储器1106和系统总线1108。系统总线1108把包括但不限于系统存储器1106的系统组件耦合到处理单元1104。处理单元1104可以是各种商用的处理器中的任何商用处理器。也可以采用双微处理器和其它多处理器架构作为处理单元1104。系统总线1108可以是可以使用各种商用总线架构中的任何商用总线架构来进一步互连到存储器总线(具有或没有存储器控制器)、外围总线、以及本地总线的数个类型的总线架构中的任何总线架构。系统存储器1106包括只读存储器(ROM) 1110和随机访问存储器(RAM) 1112。把基本输入/输出系统(BIOS)存储在诸如R0M、EPR0M、EEPR0M的非易失性存储器1110中，此BIOS包含帮助在计算机1102内的元件之间传输信息(如，在启动期间)的基本例程。RAM 1112还可以包括用于缓存数据的诸如静态RAM的高速RAM。计算机1102进一步包括内部硬盘驱动器(HDD) 1114(例如，EIDE、SATA)(也可以把此内部硬盘驱动器1114配置成用于在合适机壳(未示出)中的外部使用)、磁软盘驱动器(FDD) 1116(例如，用以从可移除盘1118读取或向其写入)和光盘驱动器1120 (例如，读取⑶-ROM盘1122、或者从诸如DVD的其它高容量光学介质读取或向其写入)。可以分别通过硬盘驱动器接口 1124、磁盘驱动器接口 11 和光学驱动器接口 11 把硬盘驱动器1114、磁盘驱动器1116和光盘驱动器1120连接到系统总线1108。外部驱动器实施的接口 IlM至少包括通用串行总线(USB)和IEEE 1094接口技术中的二者或一个。其它外界驱动器连接技术在要求保护主题的构思内。驱动器以及它们的相关联计算机可读介质提供数据、数据结构、计算机可执行指令等的非易失性存储。对于计算机1102，驱动器和介质以合适数字格式容纳任何数据的存储。虽然以上计算机可读介质的描述参照HDD、可移除磁盘、以及诸如CD或DVD的可移除光学介质，但本领域技术人员应当明白也可以在示例性操作环境中使用计算机可读的其它类型的介质(如，zip驱动器、磁盒、闪存卡、盒式磁盘等)，以及进一步地，任何这种介质可以包含用于执行所公开和所要求保护的主题的方法的计算机可执行指令。可以把大量程序模块(包括操作系统1130、一个或更多个应用程序1132、其它程序模块1134和程序数据1136)存储在的RAM 1112和驱动器中。也可以把数据、模块、应用、和/或操作系统的部分或全部缓存在RAM 1112中。应该明白可以通过各种商用操作系统或者操作系统的组合来实施要求保护的主题。用户可以通过一个或更多个有线/无线输入装置(例如，键盘1138和如鼠标1140的指点装置)向计算机1102中输入命令和信息。其它输入装置(未示出)可以包括麦克风UR远程控制、操纵杆、手柄、手写笔、触摸屏等。这些和其它输入装置常常通过耦合到系统总线1108的输入装置接口 1142连接到处理单元1104，但是可以通过其它接口(如，并口、IEEE 1094串口、游戏端口、USB端口、IR接口等)连接。还经由接口(如，视频适配器1146)把监视器1144或其它类型的显示装置连接到系统总线1108。除了监视器1144之外，计算机通常包括其它外围输出装置(未示出)，如，扬声器、打印机等。计算机1102可以经由去往一个或更多个远程计算机(如，远程计算机1148)的有线和/或无线通信来使用逻辑连接在联网环境中操作。远程计算机1148可以是工作站、服务器计算机、路由器、个人计算机、便携式计算机、基于微处理器的娱乐用具、对端装置或其它公共网络节点，以及通常包括相对于计算机1102描述的元件中的所有或许多元件，虽然为了简要的目的只示例了存储器/存储装置1150。描绘的逻辑连接包括去往局域网(LAN) 1152和/或较大网络(例如，广域网(WAN) 1154)的有线/无线连接。这种LAN和WAN组网环境在办公室和公司中普遍，以及有利于全部可以连接到全球通信网络(例如，互联网)的企业级计算机网络(如，内联网)。当在LAN组网环境中使用时，通过有线和/或无线通信网络接口或者适配器1156把计算机1102连接到本地网络1152。适配器1156可以便于向还可以包括其上部署的无线接入点以便与无线适配器1156通信的LAN 1152的有线或无线通信。
当在WAN组网环境中使用时，计算机1102可以包括调制解调器1158，或者连接到WAN IlM上的通信服务器，或者具有用于在WANllM上建立通信(如，通过互联网)的其它部件。调制解调器1158经由串口接口 1142连接到系统总线1108，调制解调器1158可以是内置或外置的和有线或无线的装置。在联网环境中，可以把相对于计算机1102描绘的程序模块、或者其部分存储在远程存储器/存储装置1150中。将会明白示出的网络连接是示例性的，可以使用在计算机之间建立通信链接的其它部件。计算机1102用于与用于在无线通信中操作地部署的任何无线装置或实体(例如，打印机、扫描仪、桌面和/或便携式计算机、便携式数据助理、通信卫星、与无线可检测标签相关联的任何设备或地点(例如，售货亭、报亭、卫生间)、以及电话)通信。这至少包括Wi-Fi和蓝牙TM无线技术。因而，通信可以是如同通过传统网络的预定义结构或者只是至少两个装置之间的特设通信。Wi-Fi、或者无线保真允许在没有线路的情况下从工作的会议室、宾馆房间中的床铺、或者家里的躺椅向互联网连接。Wi-Fi是与使得这种装置(例如，计算机)能够在室内和外部、基站范围内的任何地方发送和接收数据的手机中使用的无线技术类似的无线技术。Wi-Fi网络使用称为IEEE 802. llx(a、b、g等)的无线电技术来提供安全、可靠、快速的无线连接。可以使用Wi-Fi网络把计算机彼此相连、连接到互联网、以及连接到有线网络(使用IEEE 802. 3或以太网)。Wi-Fi网络可以在未授权的2. 4和5GHz无线电波段中操作。IEEE802. 11通常应用于无线LAN以及使用跳频扩频(rass)或直接序列扩频(DSSS)来提供2. 4GHz波段中的1或2Mbps的传输。IEEE 802. Ila是对应用于无线LAN的IEEE 802. 11的扩展，并提供5GHz波段中的54Mbps或以下。IEEE 802. Ila使用正交频分复用(OFDM)编码方案，而非HlSS或DSSS。IEEE 802. llb(也称作802. 11高速DSSS或Wi-Fi)是对应用于无线LAN的IEEE802. 11的扩展，并提供2. 4GHz波段中的IlMbps的传输(回落到5. 5、2和1Mbps)。IEEE802. Ilg应用于无线LAN，并提供2. 4GHz波段中的20+Mbps。产品可以包含多于一个波段(例如，双波段)，所以网络可以提供与许多办公室中使用的基本IOBaseT有线以太网网络类似的真实世界性能。现在参照图12，示例了用于按照另一方面处理所公开的架构的示例性计算环境1200的示意性方框图。系统1200包括一个或更多个客户端1202。客户端1202可以是硬件和/或软件(例如，线程、进程、计算装置)。客户端1202例如可以通过采用要求保护的主题来装载资料(cookie)和/或相关联的上下文信息。系统1200还包括一个或更多个服务器1204。服务器1204也可以是硬件和/或软件(例如，线程、进程、计算装置)。服务器1204例如可以通过采用要求保护的主题来装载用以执行变换的线程。客户端1202与服务器1204之间的一个可行通信可以是适于在两个或更多个计算机进程之间发送的数据包形式的。数据包例如可以包括资料(cookie)和/或相关联的上下文信息。系统1200包括可以用来促进客户端1202与服务器1204之间的通信的通信框架1206(例如，诸如互联网的全球通信网络)。可以经由有线(包括光纤)和/或无线技术促进通信。客户端1202操作地连接到可以用来存储客户端1202本地的信息(例如，资料(cookie)和/或相关联的上下文信息)的一个或更多个客户端数据存储器1208。类似地，服务器1204操作地连接到可以用来存储服务器1204本地的信息的一个或更多个服务器数据存储器1210。通过以上的描述可以看出，根据本发明的实施例，提供了如下的方案附记1. 一种用于在工业自动化环境中利用飞行时间传感器的方法，包括采用与所述飞行时间传感器相关联的单或多像素摄像器来检测位于目标区域内的对象；将和所述单或多像素摄像器所获得的对象的图像相关联的第一像素与相邻像素做比较；至少部分地基于所述比较来将所述对象识别成有光泽对象；以及至少部分地基于所述对象的所述识别来控制工业机械。附记2.如附记1所述的方法，其中，所述目标区域接近所述多像素摄像器。附记3.如附记1所述的方法，其中，所述识别进一步包括识别与由所述多像素摄像器捕捉的图像相关联的光洁度、纹理、或者颜色。附记4.如附记1所述的方法，其中，所述比较进一步包括确认对象位于所述目标区域外部还是内部。附记5.如附记1所述的方法，其中，所述比较进一步包括评估与所述对象的图像相关联的灰度。附记6.如附记5所述的方法，其中，针对由所述多像素摄像器获得的所述对象的图像序列或者所述对象的一个图像做出所述评估。附记7.如附记6所述的方法，其中，在错开时间段上获得所述图像序列。附记8.如附记1所述的方法，其中，所述识别进一步包括检测处于所述目标区域外部的对象的移动。附记9.如附记1所述的方法，其中，所述识别进一步包括定位与所述有光泽对象相关联的边缘。附记10.如附记9所述的方法，其中，所述定位进一步包括在不使用栅栏的情况下辨识有光泽对象。附记11.如附记1所述的方法，其中，所述比较进一步包括参考所维持的参考数据来评估所述第一像素与所述相邻像素之间的差异。附记12. —种用于在工业自动化环境中采用飞行时间传感器来控制工业自动化机械的系统，包括多像素摄像器，所述多像素摄像器与捕捉进入或离开由所述多像素摄像器监测的目标区域的对象的图像的飞行时间传感器相关联；以及工业控制器，用于将和所捕捉的所述对象的图像相关联的第一像素与一个或更多个相邻像素做比较，并且至少部分地基于所述比较所述工业控制器指示工业自动化机械执行动作。附记13.如附记12所述的系统，其中，所述工业控制器识别与所检测的对象相关联的光洁度、纹理、或者颜色。附记14.如附记13所述的系统，其中，至少部分地基于所检测的对象的边缘与背景之间的灰度等级将与所检测的对象相关联的光洁度识别成高反射性。附记15.如附记13所述的系统，其中，所述工业控制器利用在所捕捉的图像中包括的返回光的量来识别与所检测的对象相关联的光洁度、纹理、或者颜色。附记16.如附记12所述的系统，其中，所述工业控制器将和所捕捉的所述对象的图像相关联的第一像素与和进入或脱离所述目标区域的对象的先前捕捉图像相关联的像素做比较。附记17.如附记16所述的系统，其中，所述进入或脱离所述目标区域的对象的先前捕捉图像被用作所维持的参考数据。附记18.如附记12所述的系统，其中，所述工业控制器识别所检测的对象是否正在所述目标区域外部移动。附记19. 一种用于工业自动化环境中的系统，包括飞行时间传感器，用于朝向处于不包含背景的目标区域内的三维对象引导单个像素宽的可见或红外光的波束；以及工业控制器，用于将从所述三维对象反射的单个像素宽的可见或红外光的返回波束与从所述三维对象反射的各自单个像素宽的光的先前或后续返回波束做比较，把所述三维对象识别成具有高反射性的表面，并且至少部分地基于所述识别工业控制器致动工业自动化机械执行动作。附记20. —种用于在工业自动化环境中利用飞行时间传感器来控制工业自动化机械的系统，包括用于采用所述飞行时间传感器来检测位于目标区域内的对象的部件；用于将和与所述飞行时间传感器相关联的第一像素与用于捕捉的部件所获得的对象的图像相关联的相邻像素做比较的部件；用于至少部分地基于所述比较来将所述对象识别成有纹理或深色对象的部件；以及用于至少部分地基于所述对象的所述识别来控制工业机械的部件。注意到如本申请中所使用的，诸如“组件”、“模块”、“系统”等的术语意在指示计算机相关的、机电实体或者这二者，硬件、硬件和软件的组合、软件、或者如对用于工业控制的自动化系统所应用的执行中的软件。例如，组件可以是但不限于是处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行体、执行的线程、程序和计算机。通过示例，服务器以及服务器上运行的应用可以是组件。一个或更多个组件可以驻留在执行的线程或进程内，组件可以在一个计算机本地或者分布在两个或更多个计算机、工业控制器、或者与其通信的模块之间。如上所述的主题包括各种示范性方面。然而，应当明白无法为了描述这些方面的目的而描述各个可预见组件或方法。本领域普通技术人员会认识到进一步的组合或变换会是可行的。可以采用各种方法或架构来实施本发明、修改、变化、或者其等同物。相应地，本文中描述的方面的所有这种实施意在覆盖本权利要求的精神和范围。此外，在具体实施方式
或者权利要求中使用术语“包括”的范围中，这种术语意在以与术语“包括有”作为权利要求中的过渡词语采用时解释“包括有”类似的方式而成为包含性的。
权利要求
1.一种用于在工业自动化环境中利用飞行时间传感器的方法，包括采用与所述飞行时间传感器相关联的单或多像素摄像器来检测位于目标区域内的对象；将和所述单或多像素摄像器所获得的对象的图像相关联的第一像素与相邻像素做比较；至少部分地基于所述比较来将所述对象识别成有光泽对象；以及至少部分地基于所述对象的所述识别来控制工业机械。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述识别进一步包括识别与由所述多像素摄像器捕捉的图像相关联的光洁度、纹理、或者颜色。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述比较进一步包括确认对象位于所述目标区域外部还是内部。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述比较进一步包括评估与所述对象的图像相关联的灰度。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述识别进一步包括检测处于所述目标区域外部的对象的移动。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述识别进一步包括定位与所述有光泽对象相关联的边缘。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述比较进一步包括参考所维持的参考数据来评估所述第一像素与所述相邻像素之间的差异。
8.一种用于在工业自动化环境中采用飞行时间传感器来控制工业自动化机械的系统，包括多像素摄像器，所述多像素摄像器与捕捉进入或离开由所述多像素摄像器监测的目标区域的对象的图像的飞行时间传感器相关联；以及工业控制器，用于将和所捕捉的所述对象的图像相关联的第一像素与一个或更多个相邻像素做比较，并且至少部分地基于所述比较所述工业控制器指示工业自动化机械执行动作。
9.一种用于工业自动化环境中的系统，包括飞行时间传感器，用于朝向处于不包含背景的目标区域内的三维对象引导单个像素宽的可见或红外光的波束；以及工业控制器，用于将从所述三维对象反射的单个像素宽的可见或红外光的返回波束与从所述三维对象反射的各自单个像素宽的光的先前或后续返回波束做比较，把所述三维对象识别成具有高反射性的表面，并且至少部分地基于所述识别工业控制器致动工业自动化机械执行动作。
10.一种用于在工业自动化环境中利用飞行时间传感器来控制工业自动化机械的系统，包括用于采用所述飞行时间传感器来检测位于目标区域内的对象的部件；用于将和与所述飞行时间传感器相关联的用于捕捉的部件所获得的对象的图像相关联的第一像素与相邻像素做比较的部件；用于至少部分地基于所述比较来将所述对象识别成有纹理或深色对象的部件；以及用于至少部分地基于所述对象的所述识别来控制工业机械的部件。
全文摘要
本发明公开了一种作为标准光电传感器替换的飞行时间传感器，还提供了系统和方法以便在工业自动化环境中利用飞行时间传感器。所述方法包括采用与飞行时间传感器相关联的多像素摄像器来检测位于定义或限定目标区域内的对象；将和多像素摄像器所捕捉的对象的图像相关联的像素与相邻像素做比较；把对象识别成有色、纹理、或者高反射性的对象；以及基于进入目标区域的对象的识别来控制工业机械。
文档编号G01V8/10GK102565871SQ20111031937
公开日2012年7月11日 申请日期2011年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者克雷格·马丁·布罗克曼, 卡尔·曼赫茨, 史蒂文·A·艾森布朗, 埃利克·I·富克斯, 曼弗雷德·诺贝特·斯坦, 理查德·加莱拉, 罗格·默茨, 罗贝特·M·布莱克, 苏雷什·奈尔, 里顿·贝尔纳, 陈玮洁, 马丁·哈德格 申请人:洛克威尔自动控制技术股份有限公司, 赛德斯安全与自动化公司