DE3136925A1

DE3136925A1 - Identifikationssystem fuer sich bewegende objekte

Info

Publication number: DE3136925A1
Application number: DE19813136925
Authority: DE
Inventors: Joseph E. North Babylon N.Y. Bambera
Original assignee: Servo Corp of America
Current assignee: Servo Corp of America
Priority date: 1980-10-08
Filing date: 1981-09-17
Publication date: 1982-06-24
Also published as: JPS5792987A; US4345274A; DE3136925C2; GB2085255A; FR2491708A1; CA1159141A; FR2491708B1; GB2085255B

Description

Die Erfindung "bezieht sich, auf ein Identifikationssystem für sich bewegende Objekte, insbesondere auf ein Fernsehsystem mit geschlossenem Regelkreis zur Identifizierung von Objekten unter Anwendung einer Bewegungskompensation.

Um eine Überwachung der unendlich großen Anzahl von Güterwagen durchführen zu können, die auf den Eisenbahngleisen des Landes fahren, trägt jeder Wagen an sichtbarer Stelle eine Nummer. Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Systeme entwickelt, um das Lesen der Nummern durch das Eisenbahnpersonal zu erleichtern. Bei einem derartigen System wurde vorgeschlagen, Fernsehgeräte einzusetzen, um die Güterwagen optisch zu erfassen, die eine Überwachungsstation passieren. Dabei wird die Fernsehkamera direkt oder über einen Bandrekorder mit einem Monitor in einer Kontrollstation verbunden, und ein Inspektor auf der Kontrollstation liest die Identifxzierungsnummern der die Station passierenden Wagen ab.

Während dieses System wirkungsvoll arbeiten würde, wenn die Güterwagen an der Station anhalten oder die Station nur mit geringerer Geschwindigkeit, d.h. weniger als 24 km/h, passieren würden, tritt ein erhebliches Problem auf, wenn eine große Anzahl von Zügen die Überwachungsstationen bei Geschwindigkeiten über 24 km/h passiert. Bei 24 km/h bewegt sich ein Wagen während der 1/60 sek. Belichtungszeit eines Fernsehbildes etwa 11 cm. Bereits bei dieser Geschwindigkeit tritt eine beträchtliche Unscharfe auf, die das Lesen der Identifizierungsnummer des Güterwagens für den einen Fernseh— monitor betrachtenden Inspektor äußerst schwierig macht. Bei Geschwindigkeiten jedoch, die nur geringfügig über 24 km/h liegen, wird die Unscharfe des Bildes so groß, daß es praktisch unmöglich wird, Zahlen von dem Monitor abzulesen.

Um die vorstehend beschriebenen Unscharfe-Probleme zu kompensieren, ist bereits vorgeschlagen worden, in der optischen Achse der Fernsehkamera eine Blende vorzusehen, die wirkungs— mäßig dazu dient, die Belichtungszeit auf einen Bruchteil eines Fernsehfeldes zu verringern und im Effekt den Zug auf dem Bildschirm anzuhalten. Die Blenden-Belichtungszeit kann fest oder mit der Zuggeschwindigkeit synchronisiert sein. In jedem Fall verringert die Verwendung der Blende die Lichtmenge, die in den optischen Pfad der Kamera eintritt, und in vielen Fällen muß diese Verringerung durch künstliche Beleuchtung kompensiert werden. Dadurch wird das System teuer und kompliziert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Identifikationssystem für sich bewegende Objekte zu schaffen, bei dem die Kompensation der Bewegung des Objektes auf wesentlich einfachere und billigere Weise durchgeführt werden kann, ohne daß die Schärfe und Qualität des Abbildes beeinträchtigt wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen System betrachtet die Fernsehkamera die Seite eines sich bewegenden Objektes durch ein optisches Element, wie einen Spiegel oder ein Prisma, das drehbar um eine Achse angeordnet ist, die sich senkrecht zum Weg des Objektes erstreckt. Die Geschwindigkeit des Objektes wird festgestellt, wenn es sich dem genannten Abschnitt des Weges nähert, und es wird ein für die festgestellte Geschwindigkeit repräsentatives Signal erzeugt. Dieses Signal wird dazu verwendet, das optische Element zu drehen, wodurch die optische Achse gebogen wird, und zwar derart, daß sie einem Teil des Objektes folgt, wenn dieses sich entlang des Weges bewegt.

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Das optische Element wird vorzugsweise■sägezahnartig bewegt, d.h.. mit einer schnellen Rückführung in eine neutrale Ausgangslage nach jedem Abtasten, mit einer Winkelgeschwindigkeit, die gleich der Hälfte der Winkelgeschwindigkeit des sich bewegenden Objektes relativ zu der Fernsehkamera ist. Diese Geschwindigkeit ist gleich der Lineargeschwindigkeit des Objektes dividiert durch den senkrechten Abstand der Kamera von dem Weg des Objektes. Um jeden Bildverlust zu vermeiden, wird das Element zyklisch und schnell in die neutrale Ausgangsstellung zurückbewegt, sodaß zumindest eine gewisse Überlappung des Bildes zwischen aufeinanderfolgenden Zyklen besteht.

Weiterbildungen der im Anspruch 1 gekennzeichneten Erfindungergeben sich aus den ünteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisch.es Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Identifikationssystems,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zweier aufeinanderfolgender Spiegel—Zyklen zur Veranschaulichung des Umfang s der Bildüberlappung, und

Fig. 3 ein Wellenform-Diagramm der sägezahnartigen Ablenkung des Spiegels.

Es sei zunächst auf Fig. 1 bezuggenommen, in der bei einer Fernsehkamera 10 dargestellt ist, die neben einem Eisenbahngleis 14 angeordnet ist, um die vorbeifahrenden Güterwagen zu erfassen, die sich entlang des Gleises I4 bewegen. Die Fernsehkamera betrachtet die Güterwagen durch einen Spiegel ">6, sodaß die optische Achse einen ersten Abschnitt 18 zwischen der Optik der Kamera 10 und dem Spiegel und einen zweiten Ab-

schnitt 20 zwischen dem Spiegel 16 und. dem Güterwagen 12 aufweist. Um einen Längenabschnitt von etwa 10 Metern des Güterwagens 12, der durch die Grenzen 22 und 24 definiert ist, mit einer handelsüblichen Fernsehkamera mit einer Brennweite in einer Größenordnung von 2,54 cm zu erfassen, sollte der Gesamtabstand, also die Summe der Längen der Abschnitte 18 und 20 der optischen Achse der Kamera von dem Wagen, etwa 9 bis 10 Meter betragen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrug der Abstand des Spiegels von dem Gleis, d.h. die Länge des Abschnitts 20, etwa 9 Meter, der Abstand der Kamera von dem Spiegel, d.h. die Länge des Abschnitts 18, nur 5 bis 7,5 cm.

Der Spiegel 16 ist ein solcher mit geringer Trägheit, und er ist um eine Achse 26 drehbar. Die Drehung des Spiegels 16 erfolgt mit Hilfe eines nach Art eines Galvanometers arbeitenden Servomotors 28, um einen Güterwagen 12 zu verfolgen, wenn dieser sich entlang des Gleisabschnittes bewegt. Der Spiegel wird also so gedreht, daß das Gesichtsfeld der Kamera dem Wagen über einen kurzen Weg folgt und dabei auf den Wagen fixiert bleibt. Zu diesen Zweck wird der Servomotor 28 von einem Geschwindigkeitsermittlungsgerät 30 gesteuert, welches von zwei entlang des Gleises angeordneten Übertragern 32 und 33, welche auf die Anwesenheit von Rädern von vorbeifahrenden 'Wagen ansprechen, Informationen erhält, die mit der Geschwindigkeit des Wagens 12 in Bezug stehen. Diese Übertrager 32 und 34 sind in einem festen Abstand nebeneinander entlang des Gleises 14 angeordnet. Das Gerät 30 wandelt die Eingangssignale von den Übertragern, die dann ausgelöst werden, wenn neder Übertrager von einem bestimmten Rad des Wagens passiert wird, in ein Signal um, das für die Zuggeschwindigkeit kennzeichnend ist.

Der Servomotor 28 "bewegt den Spiegel in einer sägezahnartigen Weise, wie dies in Pig. 3 dargestellt ist. Der Anstieg 36 jedes Säge zahn s wird durch die Geschwindigkeit des Zuges bestimmt. Je schneller der Zug ist, um so größer ist die Winkelgeschwindigkeit, mit welcher der Spiegel 16 gedreht werden muß, und um so steiler ist der Anstieg jedes Sägezahns. Der Rücksprung sollte möglichst schnell erfolgen, also so senkrecht wie möglich sein. Dies wird dadurch erreicht, daß der Spiegel eine möglichst geringe Trägheit hat und der Motor nach Art eines Galvanometers und daher fast trägheitslos arbeitet.

Wenn also ein Güterwagen den Beobachtungsabschnitt durchfährt, verfolgt der Spiegel 16 den Wagen über eine Serie von Schwenks, wodurch erreicht wird, daß die Kamera von dem Spiegel ein klares, von Bewegungsunschärfen freies Bild erhält. Während aufeinanderfolgender Schwenks ist es wünschenswert, daß zumindest eine gewisse Überlappung vorhanden ist, um zu gewährleisten, daß der Betrachter den gesamten Wagen zu Gesicht bekommt. Die Überlappung sollte vorzugsweise beträchtlich sein und in der Größenordnung von 60 $> liegen. Da angenommen werden muß, daß ein Zug die Betrachtungszone mit irgendeiner Geschwindigkeit zwischen 8 km/h und 130 km/h passiert, ist in der folgenden Tabelle die erforderliche Anzahl von Spiegelschwenks pro Sekunde für verschiedene Zuggeschwindigkeiten angegeben, unter der Voraussetzung, daß die Kamera gemäß der vorhergehenden Definition etwa 9 Meter von dem Gleis und somit von dem unter Beobachtung stehendem Bereich des Zuges entfernt ist.

Objekt-Geschwindig- WinkeIgeschwindig- Spiegelschwenks keit keit der optischen pro Sekunde für

Achse 60$ Überlappung

bei einem Abstand km/h m/s von 9 m

8	2.2	0.244	1.14
16	4.4	0.489	2.29
24	6.7	0.733	3.44
32	8.9	0.978	4.58
48	13.3	1.47	6.88
64	17.7	1.96	9.17
80	22.2	2.44	11.5
96	26.7	2.93	13.8
128	31.1	3.91	18.3

Der Bereich von 1,14 bis 18,3 für die Anzahl der Spiegelschwenks pro Sekunde kann durch handelsübliche Galvano angetriebene Spiegel mit geringer Trägheit in einem Servosystem mit geschlossenem Regelkreis erfaßt werden. Bei niedrigen und mittleren Zuggeschwindigkeiten kann der Rücksprung des Spiegels verhältnismäßig kurz sein, um eine Totzeit zwischen den Schwenks zu vermeiden. Wenn sich jedoch die Zuggeschwindigkeit dem Höchstwert nähert, kann die Rücksprungzeit des Spiegels einen beträchtlichen Anteil der benötigten Schwenkperiode ausmachen, da 1/18,3 Sekunden 54,5 ms entspricht und ein Pernseh-Vollbild etwa 33 ms beansprucht, soda3 nur 21,5-ms für den Rücksprung zur Verfügung stehen. Sogar diese relativ kurze Rücksprungzeit ist jedoch mit einem Spiegel mit geringer Trägheit und einem Servosystem mit geschlossenem Regelkreis und geringer Trägheit verwirklichbar.

• 40-Leerseite

Claims

Servo Corporation of America, Hicksville, N.Y., U.S.A.

Patentansprüche

J läentifikationssystem zur Ermöglichung einer visuellen Beobachtung eines entlang eines Abschnittes eines festgelegten iVeges sich bewegenden Objektes mittels einer Fernsehkamera, dadurch gekennzeichnet, daß ein die optische Achse der Fernsehkamera (10) biegendes Element (16) vorgesehen ist, daß Mittel (30) zur Bestimmung der Geschwindigkeit des Objektes vorgesehen sind, sowie Mittel (28), welche auf die die Geschwindigkeit bestimmenden Mittel (30) ansprechen und das die optische Achse biegende Element (16) mit einer Winkelgeschwindigkeit drehen, die der Geschwindigkeit des Objektes verwandt ist, um dadurch die optische Achse derart zu biegen, daß sie dem Objekt (12) folgt, wenn sich dieses entlang des genannten Wegabschnittes bewegt.

Bankverbindung: Hypobank Gauting Konto Nr. 3750123448 (BLZ 700 26001)
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die optische Achse biegende Element ein Ablenkspiegel (16) mit geringer Trägheit ist.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (16) auf die der dem Objekt zugewandten Seite der Kameralinse angeordnet ist.
4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (16) un eine Achse drehbar ist, die im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse und zu der Bewegungsrichtung des Objektes steht, und daß die den Spiegel (1c) bewegenden Mittel so ausgebildet sind, daß sie den Spiegel um die genannte Drehachse hin- und herbewegen.
5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel wiederholt sägezahnartig von einer Ausgangsstellung über einen vorbestimmten Winkel ausgelenkt und dann in die Ausgangsstellung zurückgebracht wird, wobei die Ablenkgeschwindigkeit des Spiegels von der Geschwindigkeit des Objekte bestimmt ist.
6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß während jedes Zyklus des Spiegels eine gewisse Überlappung aufeinanderfolgender Abbilder vorgesehen ist.
7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Überlappung von etwa 60$ vorgesehen ist.
S. Verfahren zu.- Lesen von Zeichen an Objekten, die sich entlang eines Abschnittes eines vorbestimmten Weges be-

wegen, dadurch gekennzeichnet, daß

a) eine Fernsehkamera über ein die optische Achse der Fernsehkamera biegendes Element auf den genannten Wegabschnitt gerichtet,

b) die Geschwindigkeit, mit der das Objekt sich entlang des genannten Weges bewegt, festgestellt und

c) das die optische Achse biegende Element um eine Achse gedreht wird, die senkrecht zur optischen Achse steht, um dem sich bewegenden Objekt über den Wegabschnitt mit einer Winkelgeschwindigkeit zu folgen, die zu der festgestellten Objektgeschwindigkeit in Beziehung steht.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das die optische Achse biegende Element sägezahnartig verschwenkt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß während jeder Verschwenkung des die optische Achse biegenden Elements eine Überlappung des Objekt-Abbildes mit dem des vorhergehenden Zyklus vorgenommen wird.