置成对可能影响传感器操作的完整性一系列状况执行故障监测和诊断分析，并且触发被设计为减轻在监测到偏离安全状态时发生的危险的动作(例如，指示危险分析和判定组件314将机器切换到安全状态，输出警告消息等)。图13示出了可以集成在成像传感器装置302的一个或多个实施例中的示例性安全组件316。安全组件316可以包括一个或多个的子组件，该一个或多个子组件执行各种类型的诊断、故障监测以及对温度、电力、振动和内部组件故障的补偿。然而，应理解，其它类型的故障监测和诊断能力也可以由安全组件316的各种实施例支持，并且在本公开的范围之内。
[0095]传感器装置内的温度可能对由传感器组件生成的距离值产生影响。相应地，安全组件316可以包括温度控制组件1302，温度控制组件1302被配置成对由距离确定组件310生成的距离值进行调整，以补偿温度的测量偏差。温度控制组件1302的一些实施例也可以包括用于调节传感器的内部温度以保持指定的最佳操作温度的机构、以及用于确保温度补偿符合或超过限定的最小安全完整性级别(例如SIL 2、SIL 3、ASIL 2，ASIL 3等)的冗余故障检测机构。
[0096]安全组件316还可以包括被配置成监测向关键组件提供电力的内部干线(internal rail)的功率监测组件1304，并且响应于检测到的电压偏离额定公差(ratedtolerance)来执行补偿动作。鉴于此，成像传感器装置302的一些实施例可以包括冗余电源以确保主电源的故障不会妨碍传感器装置的继续操作。振动补偿组件1306可以被配置成响应于所监测的在传感器上引起的振动来执行适当的补偿动作。
[0097]故障检测组件1308可以被配置成监测并诊断内部传感器故障，并且基于故障信息生成给危险分析和判定组件314的信息或指令。此外，为了进一步符合安全完整性级别要求，可以将(一个或多个)处理器318指定为SIL或ASIL额定处理器以确保成像传感器符合需要的安全标准。
[0098]图14至图16示出了根据本主题申请的一个或多个实施例的各种方法。同时，为了简化说明的目的，本文中所示的一种或多种方法被示为和描述为一系列动作，应理解并且认识到，本发明并不由动作的顺序限制，因为一些动作可以据此以不同的顺序和/或与本文中示出和描述的其他动作同时发生。例如，本领域的技术人员将理解并且认识到，可以将方法替选地表示为诸如在状态图中的一系列相关状态或事件。此外，不需要所有示出的动作来实现根据本发明的方法。此外，当不同实体实施这些方法的不同部分时，(一个或多个)交互图可以表示根据本公开内容的方法。进一步，所公开的示例方法中的两种或更多种可以彼此结合地实施，以实现本文中描述的一个或多个特征或优点。
[0099]图14示出了用于将成像传感器装置与工业控制系统集成以提供光学安全性的示例方法1400。一开始，在1402处，在成像传感器装置处接收与由该装置监测的包括危险机器的查看区域的图像对应的图像数据。可以通过将照明光发出到查看区域并且测量由成像传感器装置的光接收器阵列的每个像素接收到的反射光来获得图像数据。在1404处，由成像传感器装置基于在步骤1402处接收到的图像数据来生成像素阵列信息。像素阵列信息可以总体上包括由成像传感器装置收集的图像帧的像素数据。在1406处，对像素阵列的第一子集执行二维(2D)分析以实现下述中的至少一种:对图像内的对象进行标识、对图像内的对象进行分类或者将图像中所标识的两个或更多个对象关联。
[0100]在1408处，对像素阵列的第二子集执行三维(3D)分析以确定查看区域内的与像素阵列的第二子集对应的空间的距离信息。在一些实施例中，要对其执行3D分析的像素阵列的第二子集可以在操作之前由系统设计者限定并且记录在配置简档中，该配置简档可以由成像传感器装置的像素阵列组件读取以便针对相应的2D分析和3D分析来对像素阵列的第一子集和第二子集进行分组。替选地，成像传感器装置可以基于在步骤1406处执行的2D分析的结果来动态地选择用于3D分析的像素阵列的第二子集，例如，如果2D分析确定特定分类的对象已进入视场，则成像传感器装置可以限定像素阵列的与新标识的对象相对应的区域，并且开始对该对象执行3D分析以便获得该对象的空间信息。
[0101]在1410处，由成像传感器装置基于通过2D分析和3D分析所生成的信息的相关性来生成控制输出并且将控制输出发送至与工业系统相关联的工业控制器。例如，成像传感器装置可以将2D分析结果和3D分析结果关联以得到对象的标识位置、速度、加速度、取向和/或轨迹，并且基于这些测量因素中的一个或多个生成控制输出。例如，控制输出可以包括将工业系统转换到安全模式、禁用工业系统、改变工业系统的当前操作循环的给工业控制器的指令或者其他这样的指令。
[0102]图15示出了用于在利用光学区域监测的工业安全系统中动态地选择用于选择性3D分析的像素阵列的一部分的示例性方法1500。一开始，在1502处，在成像传感器装置处接收与由该装置监测的包括危险工业系统的查看区域的图像对应的图像数据。在1504处，由成像传感器装置基于在步骤1502处接收到的图像数据来生成像素阵列信息。在1506处，对像素阵列执行2D成像分析。在1508处，基于2D成像分析对图像内的对象进行标识并分类。
[0103]在1510处，进行关于在步骤1508处确定的对象的分类是否需要3D (距离)分析的确定。例如，传感器装置可被训练成标识人何时进入了查看区域。因此，传感器可以基于在步骤1506和步骤1508处执行的2D分析和对象分类来确定具有“人”分类的对象已进入查看区域。
[0104]如果对象分类不需要3D分析，则该方法返回至步骤1502并且继续监测所接收的图像数据。替选地，如果确定对象分类需要3D分析，则该方法移至步骤1512，在步骤1512中，标识与图像的在对象周围的区域对应的像素阵列的子集。在1514处，对在步骤1512处标识的像素阵列的子集执行3D分析以便确定对象的距离信息。在1516处，基于通过步骤1506的2D分析和步骤1514的3D分析而生成的信息的相关性而由成像传感器装置生成控制输出，并且将控制输出发送至与工业系统相关联的工业控制器。例如，这可以包括:基于2D结果和3D结果的相关性来标识潜在危险的状况或风险，并且向工业控制器(其可通信地连接至成像传感器)发送执行被设计为减轻检测到的危险的动作的指令。例如，该操作可以包括将工业机器或系统切换至安全状态(例如，停止机器、将机器切换至慢操作模式、将机器返回到原位置等)或其他这样的操作。
[0105]图16示出了用于基于对由多个成像传感器装置生成的点云数据的分析来估计两个对象之间的最小距离的示例方法1600。一开始，在1602处，从对包括危险工业系统的查看区域进行监测的一组成像传感器装置接收点云数据。成像传感器装置可以安装在危险区域周围并且在危险区域上训练以从不同视角收集该区域的图像数据。来自成像传感器装置中的给定的一个成像传感器装置的点云数据包括使用飞行时间测量、相位偏移测量或其他光学距离测量技术来针对像素阵列的相应像素所计算的距离信息。在一些情况下，可以使用除了 2D图像传感器和3D图像传感器以外的不同类型的传感器以利于查看区域内的对象的分类，传感器包括但不限于被动式红外传感器、标记对象、生成定位数据的传感器等。在1604处，聚集点云数据以得到查看区域的多角度三维表示。在一些配置中，该聚合可以由从成像传感器装置组接收点云数据的安全控制器来执行。在另一示例中，成像传感器装置之一可以被配置为从其他传感器收集点云数据并且执行聚集数据的集中式处理的主装置。
[0106]在1606处，基于对聚集的点云数据的分析来对在步骤1604处生成的三维表示内的两个或更多个对象进行标识和分类。例如，分析组件可以被配置成识别与操作人员、危险机器、手推车或其他预定义的对象分类对应的对象。在一些配置中，还可以将来自其他感测技术的信息连同点云数据一起使用以便对两个或更多个对象进行准确地分类(例如，被动式红外感测、定位、标记对象等)。在1608处，将所标识的图像的三维表示投影到二维平面上以得到一个或多个投影。在1610处，作为可选步骤，将两个或更多个投影封装在相应的两个或更多个已知的几何形状中。
[0107]在1612处，估计两个或更多个投影中的至少两个投影(或者在实现可选步骤1610的情况下为两个或更多个几何形状)之间的最小距离。在1614处，基于在步骤1606处确定的对象分类和在步骤1612处确定的最小距离来将控制输出发送至工业控制器以改变工业系统的操作。
[0108]本文中所述的实施例、系统和组件、以及可以执行在本说明书中阐述的各种方面的控制系统和自动化环境可以包括计算机或网络组件，诸如能够经由网络进行交互的服务器、客户机、可编程逻辑控制器(PLC)、自动化控制器、通信模块、移动计算机、移动车辆的车载计算机、无线组件、控制组件等。计算机和服务器包括一个或多个处理器一使用电子信号来执行逻辑操作的电子集成电路，该一个或多个处理器被配置成执行存储在介质中的指令，所述介质为诸如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(R0M)、硬盘驱动器以及可移动存储器装置，其可以包括记忆棒、存储卡、闪存驱动器、外部硬盘驱动器等。
[0109]类似地，本文中使用的术语“PLC”或“自动化控制器”可以包括在多个组件、系统和/或网络之间可以共享的功能。作为示例，一个或多个PLC或自动化控制器可以经由网络与各种网络装置进行通信和协作。这可以基本上包括经由网络进行通信的任何类型的控制器、通信模块、计算机、输入/输出(I/O)装置、传感器、致动器以及人机接口(HMI)，其中该网络包括控制、自动化、和/或公共网络。PLC或自动化控制器还可以与各种其他装置通信并控制这些装置，诸如标准或安全性额定的I/O模块(包括模拟、数字、编程/智能的I/O模块)、其他可编程控制器、通信模块、传感器、致动器、输出装置等。
[0110]网络可以包括公共网络(诸如互联网、内联网)以及自动化网络(诸如包括设备网(DeviceNet)、控制网(ControlNet)、安全网络和以太网/IP的控制和信息协议(CIP)网络)。其他网络包括以太网、DH/DH+、远程1/0、现场总线、Modbus、Profibus、CAN(控制器区域网络)、无线网络、串行协议等。此外，网络装置可以包括各种可能性(硬件和/或软件组件)。这些包括以下组件，诸如具有虚拟局域网(VLAN)能力的交换机、LAN、WAN、代理服务器(proxy)、网关、路由器、防火墙、虚拟专用网(VPN)装置、服务器、客户机、计算机、配置工具、监测工具和/或其他装置。
[0111]为了提供所公开的主题的各个方面的背景，图17和图18以及下面的讨论意在提供对可以实现所公开的主题的各个方面的适当环境的简要的总体描述。
[0112]参照图17，用于实现上述主题的各个方面的示例环境1710包括计算机1712。计算机1712包括处理单元1714、系统存储器1716以及系统总线1718。系统总线1718将系统组件(包括但不限于系统存储器1716)耦接至处理单元1714。处理单元1714可以是各种可用处理器中的任何一种。多核微处理器与其他多处理器架构也可以用作处理单元1714。
[0113]系统总线1718可以是多种类型的总线结构中的任一种，总线结构包括使用下述任何种类的可利用总线架构的存储器总线或存储器控制器、外围总线或外部总线和/或局部总线，所述可利用总线架构包括但不限于8位总线、工业标准架构(ISA)、微通道架构(MSA)、扩展ISA(EISA)、智能驱动电子(IDE)、VESA局部总线(VLB)、外围组件互连(PCI)、通用串行总线(USB)、高级图形端口(AGP)、个人计算机存储卡国际协会总线(PCMCIA)以及小型计算机系统接口(SCSI)。
[0114]系统存储器1716包括易失性存储器1720与非易失性存储器1722。基本输入/输出系统(B1S)存储在非易失性存储器1722中，该基本输入/输出系统(B1S)包含在计算机1712内的元件之间传递信息的基本例程，诸如在启动期间。作为例示而非限制，非易失性存储器1722可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)或闪速存储器。易失性存储器1720包括用作外部高速缓存的随机存取存储器(RAM)。作为例示而非限制，RAM可以以下述多种形式利用，诸如同步RAM(SRAM)、动态 RAM(DRAM)、同步 DRAM (SDRAM)、双倍数据速率 SDRAM (DDR SDRAM)、增强型SDRAM (ESDRAM)、同步链路 DRAM (SLDRAM)以及直接 Rambus RAM(DRRAM)。
[0115]计算机1712还包括可移动/不可移动计算机存储介质、易失性/非易失性计算机存储介质。例如，图17示出了磁盘存储装置1724。磁盘存储装置1724包括但不限于如磁盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、Jaz驱动器、Zip驱动器、LS-100驱动器、闪存卡或记忆棒的装置。此外，磁盘存储装置1724可以包括与其他存储介质分离或组合的存储介质，包括但不限于光盘驱动器，诸如致密盘ROM装置(⑶-ROM)、⑶可记录驱动器(⑶-R驱动器)、⑶可重写驱动器(⑶-RW驱动器)或数字通用盘ROM驱动器(DVD-ROM)。为了便于将磁盘存储装置1724连接至系统总线1718，通常使用可移动接口或不可移动接口，诸如接口 1726。
[0116]要认识到，图17描述了在适当的工作环境1710中描述的用作用户与基本计算机资源之间的媒介的软件。这样的软件包括操作系统1728。可以存储在磁盘存储装置1724上的操作系统1728用来控制和分配计算机1712的资源。系统应用1730通过操作系统1728、经由存储在系统存储器1716中或磁盘存储装置1724上的程序模块1732和程序数据1734来利用资源的管理。要认识到，本主题公开的一个或多个实施例可以用各种操作系统或操作系统的组合来实现。
[0117]用户通过(一个或多个)输