Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Unterscheidung, Erfassung und Zählung von Personen und/oder Objekten in Einrichtungen und/oder Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung mit den folgenden Verfahrensschritten: Aussenden einer Strahlung von einer Strahlungsquelle, Ablenken der Strahlung mit einem Element zur Ablenkung der Strahlung, Erzeugen eines Lichtmusters in einem Erfassungsbereich und Erfassen der von in dem Erfassungsbereich befindlichen Personen und/oder Objekten rückgestreuten Strahlung in einem Strahlungsdetektor, sowie eine entsprechende Personen- und/oder Objektzählvorrichtung.

Stand der Technik

Die Lenkung von Personenströmen insbesondere in urbanen Umgebungen erfordert eine genaue Erfassung und eine vorausschauende Analyse der Fahrgastströme. Dazu müssen die in das Fahrzeug (insbesondere Bus, Bahn etc.) ein- und aus dem Fahrzeug aussteigenden Personen und die Gegenstände, die sie ggf. mit sich führen (Koffer, Fahrrad etc.) genau und zuverlässig erfasst und klassifiziert werden. Dazu werden bereits bekannte Verfahren und Sensoren in den genannten Umgebungen eingesetzt.

Eine bekannte Lösung verwendet mehrere Sensoren im Abstand von ca. 30 cm. Die Zählung ein- und austretender Personen erfolgt durch Triangulation im Sensor. Die Zählereignisse pro Durchgang werden in einer separaten Auswerteeinheit aggregiert.

Eine weitere Lösung verwendet einen Zählsensor, der auf dem Prinzip Time-of-Flight (ToF) basiert. Dazu wird ein zu überwachender Bereich mit einem kurzen modulierten Lichtimpuls beleuchtet. Ein Photomischdetektor wertet die Signallaufzeit aus und stellt Signale bereit die einen direkten Bezug zur 3D-lnformation haben. Aus der algorithmischen Behandlung der 3D Daten werden Zähldaten generiert. Eine weitere bekannte Lösung wertet die Intensität des von Personen und Gegenständen reflektierten Lichtes aus. Eine weitere eingesetzte Lösung verwendet zwei Kameras, die ein stereoskopisches Bild der Personen und Gegenstände auswertet. Eine weitere Lösung verwendet einen Zählsensor, der aktiv stereoskopisch arbeitet, d.h. zusätzlich zur Stereokamera eine Lichtquelle verwendet.

Die hier genannten Systeme und Verfahren weisen diverse Nachteile auf. Eine Verwendung von mehreren Sensoren ist aufwändig, damit teuer und kann aufgrund ihrer Abmessungen nicht in jede Umgebung, die überwacht werden soll, integriert werden. Die Verwendung eines kurzen modulierten Lichtimpulses erfordert einen hohen Energieinhalt des Pulses, um den zu überwachenden Bereich genügend stark auszuleuchten, dass eine genügende reflektierte Lichtstärke zur Belichtung des PMD-Chips zur Verfügung steht. Der Sensor verbraucht also viel Energie. Insbesondere die Impulscharakteristik in der Stromaufnahme muss schaltungstechnisch gemanagt werden. Zudem entsteht aufgrund des endlichen Wirkungsgrades der Lichtquellen eine bedeutende Menge an Wärmeenergie. Dies macht ein aufwändiges thermisches Management notwendig.

Die Erfassung der Reflexion des ausgestrahlten Lichtes ist abhängig vom Material des Reflektors. Personen sind durch unterschiedliche Kleidung und Haare sehr unterschiedlich in ihrer Reflexion für Licht. Die alleinige Auswertung von Lichtintensitäten durch Reflexion kann bei bekannten Geräten zu unzuverlässigen Zählergebnissen führen.

Stereoskopische Kameras sind prinzipbedingt darauf angewiesen, beim Vergleich der beiden korrespondierenden Bilder eindeutige Merkmale zu identifizieren. Üblicherweise werden Kontraste im Bild, die durch Kanten oder Umrisse verursacht werden, als Merkmal verwendet. Wenn eine Szene kontrastarm ist, kann dies zu Problemen in der Berechnung von Tiefendaten führen. Zu wenig Umgebungslicht oder Personen, die aufgrund ihrer Bekleidung optisch mit der Umgebung verschmelzen, können Ursachen für mangelnden Kontrast sein. Ein Mangel an korrekten Tiefendaten kann zu fehlerhafter Zählung führen.

Eine Verwendung von Lichtquellen zur großflächigen Beleuchtung des zu überwachenden Bereichs kann bei Stereokameras das Problem von zu wenig Umgebungslicht lösen. Das Problem von Kontrastarmut in speziellen Szenen wird dadurch nicht gelöst. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein- und aussteigende Personen und Objekte unter den typischen Umgebungsbedingungen im Mobilbereich, insbesondere im Bereich des öffentlichen Personenverkehrs, genau, zuverlässig und auf kostengünstige Weise gezählt werden können. Es ist weiterhin Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der ein- und aussteigende Personen und Objekte unter den typischen Umgebungsbedingungen im Mobilbereich, insbesondere im Bereich des öffentlichen Personenverkehrs, genau, zuverlässig und auf kostengünstige Weise gezählt werden können.

Die Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Unterscheidung, Erfassung und Zählung von Personen und/oder Objekten in Einrichtungen und/oder Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung weist vier Verfahrensschritte auf: Im ersten Verfahrensschritt sendet eine Strahlungsquelle eine Strahlung aus. Das Umgebungslicht kann Sonnenlicht oder Licht aus künstlichen Beleuchtungsquellen enthalten. Daher ist zu erwarten, dass im Umgebungslicht Strahlung aus dem nahen, infraroten Wellenlängenbereich enthalten ist. Solches Umgebungslicht kann das Licht, das ausgesandt wird, überlagern. Als Lösung wird kontinuierlich abgestrahltes monochromatisches Licht verwendet. Die Wellenlänge wird so gewählt, dass diese entfernt vom Maximum der spektralen Bestrahlungsstärke der Sonne und von üblichen künstlichen Lichtquellen liegt, gleichzeitig aber noch von günstigen Detektoren auf Siliziumbasis empfangen werden kann. Zusätzlich wird gefordert, dass die die Strahlung unsichtbar für das menschliche Auge ist. Für die Realisierung der Erfindung ist Licht der Wellenlänge von 780 nm bis 1000 nm geeignet. Bei Verwendung eines spektral selektiven Detektors arbeitet die Erfindung zuverlässig unter den Umgebungsbedingungen im Mobilbereich. Typischerweise wird monochromatisches Licht verwendet.

Im zweiten Verfahrensschritt wird die Strahlung durch ein Element zur Ablenkung der Strahlung abgelenkt. Die Strahlung wird durch eine Linse kollimiert und senkrecht auf ein Diffraktives Optisches Element (DOE) gelenkt. DOE's weisen einige Vorteile gegenüber der Strahlformung durch z.B. Masken auf. Strahlteile mit zu geringer Intensität werden nicht einfach durch eine Maske ausgeblendet, sondern die Intensität des Strahls wird prinzipbedingt nur durch die Beugungseffizienz der diffraktiven Struktur begrenzt.. Dadurch kann die Strahlenergie effizient ausgenutzt werden.

Im dritten Verfahrensschritt wird ein Lichtmuster in einem Erfassungsbereich erzeugt. Das DOE ist so strukturiert, dass ein geeignetes Lichtmuster hinter dem DOE entsteht. Im Sinne der Erfindung kann jede optische Anordnung verwendet werden, die ein Lichtmuster mit den beschriebenen Eigenschaften erzeugt.

Das projizierte Lichtmuster besteht aus kleinen, abgegrenzten, beleuchten Bereichen und aus dunklen, d.h. nicht beleuchteten Bereichen. Die beleuchteten Bereiche lassen sich in guter Näherung als Lichtpunkte abstrahieren. Die Lage der Lichtpunkte lässt sich beschreiben unter der Modellannahme von Lichtstrahlen, die von einem zentralen Projektionspunkt in der Strahlungsquelle herrühren.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Überwachung eines Raumbereichs. Das Licht des Lichtmuster-Projektors fällt von einem zentralen Projektionspunkt aus in diesen Raumbereich. Der Strahlungsdetektor ist derart ausgerichtet, dass sein räumlicher Sichtbereich weitgehend mit dem ausgeleuchteten Raumbereich identisch ist. Der gemeinsame Raumbereich ist der Erfassungsbereich der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten.

Der Erfassungsbereich wird durch den Raumwinkel der Zentralprojektion beschrieben. Je nach Wahl der Apertur wird der Erfassungsbereich durch geeignete geometrische Figuren beschrieben, deren geometrischer Ursprung im zentralen Projektionspunkt der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten liegen. Bei rechteckiger Apertur ist es die Pyramide mit rechteckigem und ebenem Umriss, bei einer runden Apertur ist es der gerade Kreiskegel. Der Raumwinkel des geraden Kreiskegels ist: W = 4p sin ² (f/4), wobei f der volle Öffnungswinkel ist. Der Raumwinkel der Pyramide ist: Q = 4 arcsin( sin(cp _x / 2) sin(cp _y /2) ), wobei f _c und cp _y die beiden vollen Öffnungswinkel sind. Für die Anwendung der Erfindung mit dem Erfordernis der Richtungserkennung genügen zwei Lichtstrahlen. Die beiden Strahlen sind leicht divergent zueinander, erfassen aber überwiegend den gleichen Raumbereich. Mit dieser Geometrie kann ein Raumwinkel von mindestens W = 0,006 sr erfasst werden. Durch die Verwendung von zusätzlichen Strahlen kann der Erfassungsbereich ausgedehnt werden bis zur Hemisphäre. Die Raumhälfte unterhalb der Montageebene der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten wird dann komplett überwacht, der Raumwinkel beträgt 2p sr. Zur Ausführung der Erfindung genügt es, den Erfassungsbereich so zu wählen, dass zumindest ein Teil des menschlichen Körpers einer Person und/oder ein Teil eines Objekts in dem definierten Raumbereich erfasst wird.

Die Strahlendichte des Lichtmusters liegt erfindungsgemäß dabei im Bereich von 5 ^* 10 ² /4 ^* p sr ¹ < p _s ^ 10 ⁶ /4 ^* p sr ¹ . Die Dichte der Musterpunkte bestimmt die Auflösung der erfassten Personen und Objekte. Da die Musterpunkte durch Zentralprojektion entstehen, ist die Anzahl der Lichtstrahlen pro Raumwinkel ein Maß für die resultierende Punktdichte. Der Raumwinkel W ist definiert als der Flächeninhalt A einer Teilfläche einer Kugeloberfläche, dividiert durch das Quadrat des Radius r der Kugel W = A / r2. Der Mittelpunkt der Kugel liegt hierbei im zentralen Projektionspunkt. N ist die Anzahl der Lichtstrahlen, welche in den Erfassungsbereich fallen. Diese Lichtstrahlen durchstoßen eine Kugeloberfläche mit dem Radius 1 m und dem Raumwinkel 4p sr. Damit ergibt sich die Strahlendichte im Erfassungsbereich zu p _s = N/4p sr ¹ . Im einfachsten Fall reichen zur Personenzählung zwei Lichtstrahlen. Die Strahlendichte ist dann 1/2p sr ¹ . Um mehr Daten zu erhalten, können bis zu 10 ⁶ Punkte im Erfassungsbereich verwendet werden.

Im vierten Verfahrensschritt wird die von im Erfassungsbereich befindlichen Personen und/oder Objekten rückgestreute Strahlung in einem Strahlungsdetektor erfasst.

Einrichtungen und/oder Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung im Sinne dieser Erfindung können Bahnhöfe, Haltestellen, Häfen, Flughäfen oder Teile oder Bereiche davon, sowie Busse, Züge, U-Bahnen, S-Bahnen, Schiffe und Flugzeuge sowie jede weitere Einrichtung oder Teil einer Einrichtung sowie Fahrzeug jeglicher Art sein.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird im Erfassungsbereich ein Lichtmuster erfasst. Jede im Erfassungsbereich befindliche Person und/oder Objekt erzeugt ein anderes Lichtmuster als das im Erfassungsbereich erzeugte Lichtmuster. Diese von Personen und/oder Objekten durch das Auftreffen der einzelnen Lichtstrahlen auf den jeweiligen Personen und/oder Objekten erzeugten Lichtmuster werden erfasst. In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung trägt das Lichtmuster eine Codierung welche die Eindeutigkeit herstellt. Dies wird beispielsweise durch eine spezifische Anordnung der Lichtpunkte des Lichtmusters gewährleistet, in dem jeder Punkt des Lichtmusters eine ihm eindeutig zuzuordnende Umgebung (Submatrix) von Lichtpunkten aufweist.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird im Erfassungsbereich eine Bewegung des Lichtmusters erfasst. Die gedachte Linie zwischen der optischen Achse der Strahlungsquelle und der optischen Achse des Strahlungsdetektors wird als Baseline bezeichnet. Tritt im zeitlichen Verlauf eine Person in den Erfassungsbereich, beobachtet der Strahlungsdetektor eine Bewegung von Teilen des erzeugten Lichtmusters entlang der Baseline.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird im Erfassungsbereich eine Verschiebung des Lichtmusters erfasst. Die erfassten Lichtmuster werden mit dem projizierten Lichtmuster verglichen. Für kleine Bildbereiche, welche eine Verschiebung in Bezug zum erzeugten Lichtmuster erfahren haben, wird eine Verschiebung erfasst.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Länge der Verschiebung berechnet. Die erfassten Lichtmuster werden mit dem projizierten Lichtmuster verglichen. Für kleine Bildbereiche, welche eine Verschiebung in Bezug zum erzeugten Lichtmuster erfahren haben, wird eine Verschiebung erfasst und deren Länge berechnet.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung wird aus der Länge der Verschiebung ein Tiefenwert bestimmt. Aus der Längenverschiebung kann anhand der geometrischen Zusammenhänge ein Tiefenwert zu einem kleinen Bildbereich berechnet werden. Als Ergebnis steht eine 3D-Punktwolke zur weiteren Auswertung bereit. Informationen über die Szene im Erfassungsbereich, inklusive vorhandener Personen und Objekte, werden durch die Tiefenwerte der 3D-Punktwolke repräsentiert. Personen bzw. Objekte haben im Raum eine charakteristische, dreidimensionale Form. In einer weiteren Gestaltung der Erfindung werden die erfassten, synchron verschobenen Lichtmuster mit charakteristischen bekannten Mustern verglichen. Die bekannten Muster sind z.B. in einem Speicher abgelegt. Mit diesen bekannten Mustern werden die synchron verschobenen erfassten Lichtmuster verglichen, um zu identifizieren, ob es sich bei den synchron verschobenen erfassten Lichtmustern um Personen und/oder Objekte handelt.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Lichtmuster zu einem Objekttyp zugeordnet. Ein Objekttyp ist z.B eine Person oder ein Körperteil einer Person, z.B. das Gesicht, oder auch ein Gegenstand wie beispielsweise ein Koffer, Fahrrad usw.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird für das zugeordnete Lichtmuster ein charakteristischer Punkt bestimmt. Der charakteristische Punkt repräsentiert rechnerisch das synchron verschobene Lichtmuster. In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird der charakteristische Punkt mit Hilfe der Schwerpunktmethode bestimmt.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung wird durch die Berührung eines Zählbereichs durch das Lichtmuster und/oder den charakteristischen Punkt ein Zählereignis ausgelöst. Im zeitlichen Verlauf entstehen durch Auswertung vieler Daten eine Reihe solcher charakteristischer Punkte, die eine Trajektorie mit bekanntem Richtungsverlauf bilden. Schneidet die Trajektorie den Zählbereich, wird ein Zählereignis generiert.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung umfasst der Zählbereich ein im Raum definiertes Volumen, das zumindest teilweise Teil des Erfassungsbereichs ist. Der Zählbereich kann ein Volumen sein, das Teil des Erfassungsbereichs ist.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Zählbereich eine im Raum definierte Fläche, die den Erfassungsbereich schneidet. Lage und Ausdehnung der Zählfläche sind variabel und können den räumlichen Bedingungen angepasst werden. Soll z.B. der Durchtritt durch ein Türportal (Zugang) überwacht werden, so kann die Zählfläche als Ebene bzw. Fläche parallel zur Portalöffnung verlaufend definiert werden.

Der Zählbereich ist im Sinne dieser Erfindung eine definierte Fläche oder ein definierter Raum und Teil des Erfassungsbereichs. Er kann beispielsweise als Fläche oder Raum innerhalb eines Zugangs zu einer Einrichtung bzw. einem Gebäude oder eines Fahrzeugs zur Beförderung von Personen und/oder Gütern definiert werden. Der Zählbereich liegt dann erfindungsgemäß 30 cm vor bis 30 cm hinter der Öffnung des Zugangs bzw. Türportals. Im allgemeinen Fall von gekrümmten Türportalflächen und einem gekrümmten Zählbereich bezieht sich der Abstand auf die kürzeste Distanz zwischen Fläche und Bereich. Sich bewegende Personen und/oder Objekte müssen den Zählbereich vollständig durchtreten, um ein Zählereignis auszulösen. Auf diese Weise wird vermieden, dass ein Zählereignis generiert wird, obwohl die Person oder das Objekt die Einrichtung oder das Fahrzeug gar nicht betreten, weil sie z.B. nur ermitteln wollen, ob ein Sitzplatz frei ist und währenddessen in Kontakt mit dem Zählbereich kommen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Bewegungsrichtung des Lichtmusters und/oder des charakteristischen Punktes erfasst. Durch diese Ausgestaltung kann erkannt werden, ob eine Person und/oder das Objekt die Einrichtung und/oder das Fahrzeug betritt oder verlässt.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung wird aus der Bewegungsrichtung des Lichtmusters und/oder des charakteristischen Punktes das Zählereignis klassifiziert. Betreten viele Personen und/oder Objekte die Einrichtung und/oder das Fahrzeug, kann das Zählereignis z.B. im Hinblick auf eine bevorstehende Überfüllung des Fahrzeuges klassifiziert werden. Ebenso kann eine Unterbelegung erfasst werden. Der Anwender erhält auf diese Weise über einen beliebig langen Zeitraum statistische Daten über die Auslastung oder die Nutzung der Einrichtung und/oder des Fahrzeugs.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist das Verfahren geeignet, Personen und Objekte in Einrichtungen und/oder Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung zu unterscheiden, zu erfassen und zu zählen.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung beträgt die Strahlendichte p _s mindestens 1 ^* 10 ³ /4 ^* p sr ¹ , bevorzugt 5 ^* 10 ³ /4 ^* p sr ¹ und besonders bevorzugt 1 ^* 10 ⁴ /4 ^* p sr ¹ . Die Punktdichte des erzeugten Lichtmusters ist so zu wählen, dass das erzeugte Lichtmuster in kleinen Bildausschnitten entlang der Verschiebungsrichtung der Personen und/oder Objekten an jeder möglichen Position eindeutig ist. Gleichzeitig soll im Gegensatz dazu das erzeugte Datenvolumen so gering wie möglich sein. Es hat sich herausgestellt, dass für den typischen Betrieb in Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung eine Punktdichte des Lichtmusters am günstigsten ist, die einer Strahlendichte p _s von mindestens 1 ^* 10 ³ /4 ^* p sr ¹ und besonders bevorzugt 1 ^* 10 ⁴ /4 ^* p sr ¹ entspricht, abhängig von der Entfernung von den zu erfassenden Personen und Objekten bzw. dem Erfassungsbereich.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung beträgt die Strahlendichte p _s maximal 5 ^* 10 ⁵ /4 ^* p sr ¹ , bevorzugt 1 ^* 10 ⁵ /4 ^* p sr ¹ und besonders bevorzugt 5 ^* 10 ⁴ /4 ^* p sr ¹ . Die Punktdichte des erzeugten Lichtmusters ist so zu wählen, dass das erzeugte Lichtmuster in kleinen Bildausschnitten entlang der Verschiebungsrichtung der Personen und/oder Objekten an jeder möglichen Position eindeutig ist. Gleichzeitig soll im Gegensatz dazu das erzeugte Datenvolumen so gering wie möglich sein. Es hat sich herausgestellt, dass für den typischen Betrieb in Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung eine Punktdichte des Lichtmusters am günstigsten ist, die einer Strahlendichte p _s von maximal 1 ^* 10 ⁵ /4 ^* p sr ¹ und besonders bevorzugt 5 ^* 10 ⁴ /4 ^* p sr ¹ entspricht, abhängig von der Entfernung von den zu erfassenden Personen und Objekten bzw. dem Erfassungsbereich.

Die Aufgabe wird ebenfalls durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 19 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten in Einrichtungen und/oder Fahrzeugen zur Personen- und/oder Objektbeförderung weist eine Strahlungsquelle, einen Strahlungsdetektor sowie ein Element zur Ablenkung der aus der Strahlungsquelle austretenden Strahlung auf.

Die Strahlungsquelle erzeugt eine kontinuierliche monochromatische Laserstrahlung mit einer Wellenlänge im Bereich von 780 nm bis 1000 nm. Das Element zur Ablenkung der aus der Strahlungsquelle austretenden Strahlung ist erfindungsgemäß derart ausgeführt, dass es geeignet ist, ein Lichtmuster in einem Erfassungsbereich mit einer Strahlendichte von 5 ^* 10 ² /4 ^* p sr ¹ < p _s ^ 10 ⁶ /4 ^* p sr ¹ zu erzeugen. Das projizierte Lichtmuster besteht aus kleinen, abgegrenzten, beleuchten Bereichen und aus dunklen, d.h. nicht beleuchteten Bereichen. Die beleuchteten Bereiche lassen sich in guter Näherung als Lichtpunkte abstrahieren. Die Lage der Lichtpunkte lässt sich beschreiben unter der Modellannahme von Lichtstrahlen, die von einem zentralen Projektionspunkt in der Strahlungsquelle herrühren.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Überwachung eines Raumbereichs. Das Licht des Lichtmuster-Projektors fällt von einem zentralen Projektionspunkt aus in diesen Raumbereich. Der Strahlungsdetektor ist derart ausgerichtet, dass sein räumlicher Sichtbereich weitgehend mit dem ausgeleuchteten Raumbereich identisch ist. Der gemeinsame Raumbereich ist der Erfassungsbereich der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten.

Die Strahlungsquelle und optische Elemente erzeugen das gewünschte zu projizierende Lichtmuster. Eine mögliche Ausführung verwendet eine Laserdiode als Strahlungsquelle, eine Kollimatorlinse und ein Diffraktives Optisches Element (DOE). Der Bildsensor bildet zusammen mit dem Objektiv und dem Bandpass-Filter den Strahlungsdetektor.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung weist die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten eine Schnittstelle zu einer Steuer- und/oder Auswerteeinheit auf.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten eine Steuer- und/oder Auswerteeinheit auf. Die Steuer- und Auswerteeinheit weist einen Speicher sowie eine Rechnereinheit auf.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist der Strahlungsdetektor geeignet, die von Personen und/oder Objekten im Erfassungsbereich rückgestreute Strahlung des Lichtmusters zu erfassen. Ein im Strahlungsdetektor eingebauter Bandpass-Filter ist nur durchlässig für Licht in einem engen spektralen Fenster. Die Zentralwellenlänge des Bandpass-Filters entspricht der Wellenlänge des von der Strahlungsquelle ausgesandten Lichts. Damit wird Licht anderer Wellenlängen daran gehindert, den Bildsensor zu belichten. Durch die Verwendung der Strahlungsquelle stellt die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten aktiv Licht bereit und kann auch in dunklen Umgebungen arbeiten. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuer- und/oder Auswerteeinheit geeignet, ein Programm auszuführen, das anhand der von den Personen und/oder Objekten im Erfassungsbereich rückgestreuten Lichtmuster den Lichtmustern einen Objekttyp zuordnet. Ein Objekttyp ist z.B eine Person oder ein Körperteil einer Person, z.B. das Gesicht, oder auch ein Gegenstand wie beispielsweise ein Koffer, Fahrrad usw.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Steuer- und/oder Auswerteeinheit geeignet, ein Programm auszuführen, das die Verschiebung von Personen und/oder Objekten anhand der rückgestreuten Lichtmuster hinsichtlich ihrer Richtung und/oder Länge verfolgt.

Informationen über die Szene im Erfassungsbereich, inklusive vorhandener Personen und Objekte, werden durch die Tiefenwerte der 3D-Punktwolke repräsentiert. Personen bzw. Objekte haben im Raum eine charakteristische, dreidimensionale Form. Ein geeignetes Programm, z.B. ein Erkennungsalgorithmus, sucht Teile solcher charakteristischeren Formen in den Daten der 3D-Punkwolke. Bei Übereinstimmung ist eine Form erkannt. Die Position einer bestimmten Person bzw. eines bestimmten Objekts kann durch einen charakteristischen Punkt, der z.B. durch die Schwerpunktmethode bestimmt wird, abstrahiert werden.

Im zeitlichen Verlauf entstehen durch Auswertung vieler Daten des Strahlungsdetektors eine Reihe solcher charakteristischer Punkte, die eine Trajektorie mit bekanntem Richtungsverlauf bilden. Aus der Richtung der Trajektorie kann bestimmt werden, ob die Person in das Fahrzeug einsteigt oder aus dem Fahrzeug aussteigt bzw. die Einrichtung betritt oder verlässt. Das gleiche Prinzip kann für Objekte angewandt werden, z.B. für Fahrräder oder Koffer, die in den Erfassungsbereich gebracht werden.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten geeignet, die Berührung eines Lichtmusters mit einem im Erfassungsbereich befindlichen Zählbereich zu erfassen. Informationen über die Szene im Erfassungsbereich, inklusive vorhandener Personen und Objekte, werden durch die Tiefenwerte der 3D-Punktwolke repräsentiert. Die Position einer bestimmten Person bzw. eines bestimmten Objekts kann durch einen charakteristischen Punkt, der z.B. durch die Schwerpunktmethode bestimmt wird, abstrahiert werden. Schneidet die Trajektorie eine vordefinierte Fläche im Raum, den Zählbereich, wird ein Zählereignis generiert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Zählbereich ein Volumen, dessen Lage vordefiniert ist. In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst der Zählbereich eine Ebene, deren Lage vordefiniert ist. Lage und Ausdehnung der Zählfläche sind variabel und können den räumlichen Bedingungen angepasst werden. Soll z.B. der Durchtritt durch ein Türportal überwacht werden, so kann die Zählfläche als Ebene parallel zur Portalöffnung verlaufend definiert werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst der Zählbereich mindestens zwei Ebenen, deren Lage vordefiniert ist. Lage und Ausdehnung der Zählflächen sind variabel und können den räumlichen Bedingungen angepasst werden. Typischerweise werden zwei parallel zueinander angeordnete Zählflächen verwendet. Die Person oder das Objekt muss sich dann mindestens teilweise durch eine Zählfläche bewegen und mit einer zeitlichen Verzögerung die zweite Fläche ebenfalls mindestens teilweise wieder durchstoßen. Erst bei Detektion der Durchtrittsfolge wird ein Zählereignis ausgelöst.

In einer weiteren Gestaltung der Erfindung ist der Zählbereich in einem Bereich zwischen 30 cm vor und 30 cm hinter dem Zugang der Einrichtung und/oder des Fahrzeugs zur Personen- und/oder Objektbeförderung angeordnet.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist der Zählbereich in einem Bereich zwischen 20 cm vor und 20 cm hinter dem Zugang der Einrichtung und/oder des Fahrzeugs zur Personen- und/oder Objektbeförderung und bevorzugt in einem Bereich zwischen 10 cm vor und 10 cm hinter dem Zugang der Einrichtung und/oder des Fahrzeugs zur Personen- und/oder Objektbeförderung angeordnet.

In einer weiteren Ausbildung der Erfindung beträgt die erzeugte Strahlendichte p _s mindestens 1 ^* 10 ³ /4 ^* p sr ¹ , bevorzugt 5 ^* 10 ³ /4 ^* p sr ¹ und besonders bevorzugt 1 ^* 10 ⁴ /4 ^* p sr ¹ . Die Punktdichte des erzeugten Lichtmusters ist so zu wählen, dass das erzeugte Lichtmuster in kleinen Bildausschnitten entlang der Verschiebungsrichtung der Personen und/oder Objekten an jeder möglichen Position eindeutig ist. Gleichzeitig soll im Gegensatz dazu das erzeugte Datenvolumen so gering wie möglich sein.

Es hat sich herausgestellt, dass für den typischen Betrieb in Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung eine Punktdichte des Lichtmusters am günstigsten ist, die einer Strahlendichte p _s von mindestens 1 ^* 10 ³ /4 ^* p sr ¹ und besonders bevorzugt 1 ^* 10 ⁴ /4 ^* p sr ¹ entspricht, abhängig von der Entfernung von den zu erfassenden Personen und Objekten bzw. dem Erfassungsbereich.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung beträgt die erzeugte Strahlendichte p _s maximal 5 ^* 10 ⁵ /4 ^* p sr ¹ , bevorzugt 1 ^* 10 ⁵ /4 ^* p sr ¹ und besonders bevorzugt 5 ^* 10 ⁴ /4 ^* p sr ¹ . Die Punktdichte des erzeugten Lichtmusters ist so zu wählen, dass das erzeugte Lichtmuster in kleinen Bildausschnitten entlang der Verschiebungsrichtung der Personen und/oder Objekten an jeder möglichen Position eindeutig ist. Gleichzeitig soll im Gegensatz dazu das erzeugte Datenvolumen so gering wie möglich sein. Es hat sich herausgestellt, dass für den typischen Betrieb in Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung eine Punktdichte des Lichtmusters am günstigsten ist, die einer Strahlendichte p _s von maximal 1 ^* 10 ⁵ /4 ^* p sr ¹ und besonders bevorzugt 5 ^* 10 ⁴ /4 ^* p sr ¹ entspricht, abhängig von der Entfernung von den zu erfassenden Personen und Objekten bzw. dem Erfassungsbereich.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Unterscheidung, Erfassung und Zählung von Personen und/oder Objekten in Einrichtungen und/oder Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten in Einrichtungen und/oder Fahrzeugen zur Personen- und/oder Objektbeförderung sind in den Zeichnungen schematisch vereinfacht dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 Anordnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten und Lage des

Erfassungsbereichs.

Fig. 2 Lage des Erfassungsbereichs mit erzeugtem Lichtmuster.

Fig. 3 Erfassung von Personen und/oder Objekten im Erfassungsbereich.

Fig. 4 a Erzeugte 3D-Punktwolke der Personen und/oder Objekte im

Erfassungsbereich.

Fig. 4 b Erzeugte 3D-Punktwolke bei Bewegung der Personen und/oder Objekte im

Erfassungsbereich. Fig. 5 a Bestimmung der geeigneten Dichte der Musterpunkte des von der

Strahlungsquelle 10 erzeugten Lichtmusters, Punktdichte zu gering.

Fig. 5 b Bestimmung der geeigneten Dichte der Musterpunkte des von der

Strahlungsquelle 10 erzeugten Lichtmusters, Punktdichte geeignet.

Fig. 5 c Bestimmung der geeigneten Dichte der Musterpunkte des von der

Strahlungsquelle 10 erzeugten Lichtmusters, Punktdichte geeignet.

Fig. 5 d Bestimmung der geeigneten Dichte der Musterpunkte des von der

Strahlungsquelle 10 erzeugten Lichtmusters, Punktdichte geeignet.

Fig. 5 e Bestimmung der geeigneten Dichte der Musterpunkte des von der

Strahlungsquelle 10 erzeugten Lichtmusters, Punktdichte geeignet. Fig. 5 f Bestimmung der geeigneten Dichte der Musterpunkte des von der

Strahlungsquelle 10 erzeugten Lichtmusters, Punktdichte zu hoch.

Fig. 6 Erfassungsbereich der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten an einem Türportal.

Fig. 7 a Ausrichtung und Lage einer Zählfläche an einem Türportal.

Fig. 7 b Ausrichtung und Lage von zwei parallelen Zählflächen an einem Türportal. Fig. 7 c Ausrichtung und Lage eines Zählvolumens an einem Türportal.

Fig. 8 Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten. Eine typische Szene im Ein- bzw. Ausstiegsbereich eines Fahrzeugs zur Personenbeförderung, z.B. eines Fahrzeugs des öffentlichen Personenverkehrs, zeigt Fig. 1. Kennzeichnend für diesen Bereich sind Personen unterschiedlicher Körpergröße und damit unterschiedlicher Volumina, außerdem tragen die Personen unterschiedliche Kleidung und weisen unterschiedliche Haarfarben und -trachten auf. Sie sind daher unterschiedlich in ihrer Reflexion für Licht. Die Personen können auch Objekte wie Taschen, Koffer, Fahrräder usw. mit sich führen. Diese Personen und die Objekte werden von der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 gleichzeitig erfasst, zugeordnet und gezählt.

Die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 weist eine Strahlungsquelle 10, ein Element zur Ablenkung der Strahlung 30 sowie einen Strahlungsdetektor 20 auf. Außerdem ist in oder in Kommunikationsreichweite der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 60 verbaut, die mittels Schnittstellen 70 miteinander verbunden sind.

Die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 befindet sich in allen hier gezeigten Ausführungsbeispielen im oberen Bereich des Ein- bzw. Ausstiegsbereichs des Fahrzeugs.

Zur Beschreibung der Lage der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 im Raum wird der zentrale Projektionspunkt der Strahlungsquelle 10 benutzt und die Lage der optischen Achse der Strahlungsquelle 10, also die Gerade, welche senkrecht auf dem Element zur Ablenkung der Strahlung 30 steht und den zentralen Projektionspunkt enthält. Wenn die Elemente der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 fest miteinander verbunden sind, ist damit auch die geometrische Lage der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 im Raum eindeutig definiert. Um die Funktionalität der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 zu gewährleisten, liegt der Projektionspunkt zwischen 1 ,7 m (minimal) und 20 m (maximal) lotrecht über dem Boden des Fahrzeugs. Bei typischen Fahrzeugen liegt der Projektionspunkt 1 ,8 m bis 3 m lotrecht über dem Boden des Fahrzeugs. Zur Unterscheidung, Erfassung und Zählung von Personen und/oder Objekten in Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung sendet die Strahlungsquelle 10 der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 im ersten Verfahrensschritt eine Strahlung S aus. Das Umgebungslicht kann Sonnenlicht oder Licht aus künstlichen Beleuchtungsquellen enthalten. Daher ist zu erwarten, dass im Umgebungslicht Strahlung aus dem nahen, infraroten Wellenlängenbereich enthalten ist. Solches Umgebungslicht kann das Licht, das von der Strahlungsquelle 10 ausgesandt wird, überlagern. Als Lösung wird monochromatische Laserstrahlung und ein spektral selektiver Detektor verwendet. Die Wellenlänge ist so gewählt, dass die Strahlung unsichtbar für das menschliche Auge ist. Bei der Wahl der Wellenlänge ist sicherzustellen, dass der Bildsensor des Strahlungsdetektors 20 eine hinreichend hohe Quanteneffizienz aufweist, um genügend Photoelektronen zu generieren. Für die Realisierung der Erfindung ist Licht der Wellenlänge von 780 nm bis 1000 nm geeignet. Damit arbeitet die Erfindung zuverlässig unter den Umgebungsbedingungen im Mobilbereich.

Die Laserstrahlung S wird durch eine Linse kollimiert und senkrecht auf das Element zur Ablenkung der Strahlung 30 gelenkt. Das Element zur Ablenkung der Strahlung 30 ist üblicherweise ein Diffraktives Optisches Element (DOE), das derart strukturiert ist, dass im zweiten Verfahrensschritt zur Unterscheidung, Erfassung und Zählung von Personen und/oder Objekten in Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung ein geeigneter Erfassungsbereich 40, der eine Zählfläche 80 aufweist, hinter dem DOE 30 entsteht. Im Sinne der Erfindung kann aber auch jede optische Anordnung verwendet werden, die ein Lichtmuster 50 erzeugt. Die Zählfläche 80 ist in diesem Ausführungsbeispiel so gewählt, dass sie mit dem Türausschnitt des Ein- bzw. Ausstiegsbereichs zusammenfällt.

Fig. 2 zeigt exemplarisch das von der Strahlungsquelle 10 der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 erzeugte Lichtmuster 50 im Erfassungsbereich 40. Zur besseren Verdeutlichung sind die Personen und Objekte aus dieser Darstellung entfernt. Die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 weist eine Strahlungsquelle 10, ein Element zur Ablenkung der Strahlung 30 sowie einen Strahlungsdetektor 20 auf. Außerdem ist in oder in Kommunikationsreichweite der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 60 verbaut, die mittels Schnittstellen 70 miteinander verbunden sind. Die Strahlungsquelle 10 erzeugt eine kontinuierliche monochromatische Laserstrahlung S mit einer Wellenlänge im Bereich von 780 nm bis 1000 nm.

Im dritten Verfahrensschritt zur Unterscheidung, Erfassung und Zählung von Personen und/oder Objekten in Einrichtungen und/oder Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung erzeugt die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 ein Lichtmuster 50. Das projizierte Lichtmuster 50 besteht aus kleinen, abgegrenzten, beleuchten Bereichen und aus dunklen, d.h. nicht beleuchteten Bereichen. Die beleuchteten Bereiche lassen sich in guter Näherung als Lichtpunkte abstrahieren. Die Lage der Lichtpunkte lässt sich beschreiben unter der Modellannahme von Lichtstrahlen, die von einem zentralen Projektionspunkt in der Strahlungsquelle 10 herrühren.

Zentral für die Erfindung ist die Generierung von 3D-Tiefendaten aus einem Raumbereich. Um solche 3D-Daten zu erhalten, wird das Triangulationsprinzip in die dritte

Raumdimension erweitert. Um eindeutige Tiefendaten zu erhalten, muss das

Korrespondenzproblem zwischen Merkmalen der erfassten Bilder des Strahlungsdetektors 20 und den Merkmalen, die in den Raum projiziert werden, gelöst werden. Das Lichtmuster 50 stellt die Merkmale bereit, welche zur Lösung des

Korrespondenzproblems benötigt werden.

Das Lichtmuster 50 ist dabei so gestaltet, dass das projizierte Lichtmuster 50 in kleinen Bildausschnitten entlang der Verschiebungsrichtung der Personen und/oder Objekten an jeder möglichen Position eindeutig ist.

Die Dichte der Musterpunkte bestimmt die Auflösung der erfassten Personen und Objekte. Da die Musterpunkte durch Zentralprojektion entstehen, ist die Anzahl der Lichtstrahlen pro Raumwinkel ein Maß für die resultierende Punktdichte. Der Raumwinkel W ist definiert als der Flächeninhalt A einer Teilfläche einer Kugeloberfläche, dividiert durch das Quadrat des Radius r der Kugel W = A / r2. Der Mittelpunkt der Kugel liegt hierbei im zentralen Projektionspunkt. N ist die Anzahl der Lichtstrahlen, welche in den Erfassungsbereich fallen. Diese Lichtstrahlen durchstoßen eine Kugeloberfläche mit dem Radius 1 m und dem Raumwinkel 4p sr. Damit ergibt sich die Strahlendichte im Erfassungsbereich 40 zu ps = N/4n sr-1. Im einfachsten Fall reichen zur Personenzählung zwei Lichtstrahlen. Die Strahlendichte ist dann 1/2p sr-1. Um mehr Daten zu erhalten, können bis zu 106 Punkte im Erfassungsbereich 40 verwendet werden. Die Strahlendichte ist dann 106/4n sr-1.

Das Lichtmuster weist eine Codierung auf, welche die Eindeutigkeit herstellt. Dies wird hier durch eine spezifische Anordnung der Lichtpunkte des Lichtmusters gewährleistet, in dem jeder Punkt des Lichtmusters eine ihm eindeutig zuzuordnende Umgebung (Submatrix) von Lichtpunkten aufweist.

Die Erfassung von Personen und/oder Objekten im Erfassungsbereich 40 zeigt Fig. 3. Die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 weist eine Strahlungsquelle 10, ein Element zur Ablenkung der Strahlung 30 sowie einen Strahlungsdetektor 20 auf. Außerdem ist in oder in Kommunikationsreichweite der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 60 verbaut, die mittels Schnittstellen 70 miteinander verbunden ist. Die Strahlungsquelle 10 erzeugt eine kontinuierliche monochromatische Laserstrahlung S mit einer Wellenlänge im Bereich von 780 nm bis 1000 nm.

Im vierten Verfahrensschritt zur Unterscheidung, Erfassung und Zählung von Personen und/oder Objekten in Einrichtungen und/oder Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung wird die rückgestreute Strahlung von Personen und/oder Objekten, die sich im Erfassungsbereich 40 befinden, im Strahlungsdetektor 20 erfasst. Die gedachte Linie zwischen der optischen Achse der Strahlungsquelle 10 und der optischen Achse des Strahlungsdetektors 20 wird als Baseline bezeichnet. Tritt im zeitlichen Verlauf eine Person in den Erfassungsbereich 40, beobachtet der Strahlungsdetektor 20 eine Verschiebung von Teilen des Lichtmusters 50 entlang der Baseline. Das Programm, das auf der Steuer- und Auswerteeinrichtung 60 ausgeführt wird, vergleicht die erfassten Bilder des Strahlungsdetektors 20 mit dem projizierten Lichtmuster 50. Für kleine Bildbereiche, welche eine Verschiebung in Bezug zum bekannten Lichtmuster 50 erfahren haben, berechnet das Programm die Länge der Verschiebung, die sogenannte Disparität. Da das Lichtmuster 50 auf kleinen Bildbereichen entlang der Baseline eindeutig ist, wird für jeden Bildbereich genau eine Disparität gefunden. Aus der Disparität kann anhand der geometrischen Zusammenhänge ein Tiefenwert zu einem kleinen Bildbereich berechnet werden. Im Ergebnis steht nun eine 3D-Punktwolke zur weiteren Auswertung bereit. Optional kann auch ein codiertes Lichtmuster (siehe Fig. 2) verwendet werden.

Fig. 4 zeigt die 3D-Punktwolke bei Bewegung der Personen und/oder Objekte im Erfassungsbereich 40. Die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 weist eine Strahlungsquelle 10, ein Element zur Ablenkung der Strahlung 30 sowie einen Strahlungsdetektor 20 auf. Außerdem ist in oder in Kommunikationsreichweite der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 60 verbaut, die mittels Schnittstellen 70 miteinander verbunden sind. Die Strahlungsquelle 10 erzeugt eine kontinuierliche monochromatische Laserstrahlung S mit einer Wellenlänge im Bereich von 780 nm bis 1000 nm.

Informationen über die Szene im Erfassungsbereich 40, inklusive vorhandener Personen und Objekte, werden durch die Tiefenwerte der 3D-Punktwolke repräsentiert (Fig.4 a). Personen bzw. Objekte haben im Raum eine charakteristische, dreidimensionale Form. Ein geeignetes Programm, z.B. ein Erkennungsalgorithmus, sucht Teile solcher charakteristischeren Formen in den Daten der 3D-Punkwolke. Bei Übereinstimmung ist eine Form erkannt. Die Position einer bestimmten Person bzw. eines bestimmten Objekts kann durch einen charakteristischen Punkt, der z.B. durch die Schwerpunktmethode bestimmt wird, abstrahiert werden.

Im zeitlichen Verlauf entstehen durch Auswertung vieler Daten des Strahlungsdetektors 20 eine Reihe solcher charakteristischer Punkte, die eine Trajektorie mit bekanntem Richtungsverlauf bilden (Fig. 4 b). Schneidet die Trajektorie eine vordefinierte Fläche im Raum, die Zählfläche 80, wird ein Zählereignis generiert. Aus der Richtung der Trajektorie kann bestimmt werden, ob die Person in das Fahrzeug einsteigt oder aus dem Fahrzeug aussteigt. Das gleiche Prinzip kann für Objekte angewandt werden, z.B. für Fahrräder oder Koffer, die in den Erfassungsbereich 40 gebracht werden und die Zählfläche 80 überschreiten. Optional kann auch ein codiertes Lichtmuster (siehe Fig. 2) verwendet werden.

Die Bestimmung der geeigneten Dichte der Musterpunkte des von der Strahlungsquelle 10 erzeugten Lichtmusters 50 verdeutlicht Fig. 5. Die in dieser Abbildung gezeigte Anzahl der Musterpunkte zeigt lediglich eine Tendenz, keine absolute Anzahl. Die Punktdichte des Lichtmusters 50 ist so zu wählen, dass das projizierte Lichtmuster 50 in kleinen Bildausschnitten entlang der Verschiebungsrichtung der Personen und/oder Objekten an jeder möglichen Position eindeutig ist. Der Erkennungsalgorithmus muss außerdem charakteristische Formen von Personen und/oder Objekten zuverlässig erkennen. Gleichzeitig soll im Gegensatz dazu das erzeugte Datenvolumen in der Steuer- und Auswerteeinrichtung 60 so gering wie möglich sein. Unter diesen genannten Bedingungen ist die Punktdichte des Lichtmusters 50, gezeigt in Fig. 5 a, zu gering gewählt. Das erzeugte Datenvolumen ist zwar gering, eine eindeutige Zuordnung der Person ist aber nicht möglich, ebenso eine zuverlässige Erkennung der Person. Im Gegensatz dazu ist die Punktdichte des Lichtmusters 50, gezeigt in Fig. 5 f, zu hoch gewählt. Zum einen können die einzelnen Punkte des Lichtmusters nicht mehr vom Detektor unterschieden werden, zum anderen werden die zu verarbeitenden Datenmengen so groß, dass eine deutlich leistungsfähigere Steuereinrichtung und Speicher mit größeren Kapazitäten nötig wären und so zu deutlich höheren Kosten führen.

Es hat sich herausgestellt, dass für den typischen Betrieb in Fahrzeugen zur Personen- und/oder Güterbeförderung eine Punktdichte des Lichtmusters 50 am günstigsten ist, die einer Strahlendichte ps von mindestens 1 ^* 103/4 ^* D sr-1 und maximal 5 ^* 104/4 ^* D sr-1 entspricht abhängig von der Entfernung der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 von den zu erfassenden Personen und Objekten bzw. dem Erfassungsbereich 40. Veranschaulichungen dieser Punktdichten des Lichtmusters 50 sind in Fig. 5 b-e gezeigt. Der Einfachheit halber wurden in Fig. 5 nur regelmäßige Lichtmuster dargestellt. Optional kann aber auch ein codiertes Lichtmuster (siehe Fig. 2) verwendet werden.

Fig. 6 zeigt den Erfassungsbereich 40 der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten an einem Türportal 150 einer Einrichtung für den öffentlichen Personennahverkehr. Die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 befindet sich im oberen Bereich in einem Abstand zum Türportal 150.

Die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 weist eine Strahlungsquelle 10, ein Element zur Ablenkung der Strahlung 30 sowie einen Strahlungsdetektor 20 auf. Außerdem ist in oder in Kommunikationsreichweite der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 60 verbaut, die mittels Schnittstellen 70 miteinander verbunden sind. Die Strahlungsquelle 10 erzeugt eine kontinuierliche monochromatische Laserstrahlung S mit einer Wellenlänge im Bereich von 780 nm bis 1000 nm.

Ein wichtiges Merkmal der Erfindung ist die Überwachung eines Raumbereichs. Das Licht des Lichtmuster-Projektors 100 fällt von einem zentralen Projektionspunkt aus in diesen Raumbereich. Der Strahlungsdetektor 20 ist derart ausgerichtet, dass sein räumlicher Sichtbereich weitgehend mit dem ausgeleuchteten Raumbereich identisch ist. Der gemeinsame Raumbereich ist der Erfassungsbereich 40 der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1.

Der Erfassungsbereich 40 wird durch den Raumwinkel der Zentralprojektion beschrieben. Je nach Wahl der Apertur wird der Erfassungsbereich 40 durch geeignete geometrische Figuren beschrieben, deren geometrischer Ursprung im zentralen Projektionspunkt der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 liegen. Bei rechteckiger Apertur ist es die Pyramide mit rechteckigem und ebenem Umriss, bei einer runden Apertur ist es der gerade Kreiskegel. Der Raumwinkel des geraden Kreiskegels ist: W = 4p sin2 (f/4), wobei f der volle Öffnungswinkel ist. Der Raumwinkel der Pyramide ist: Q = 4 arcsin( sin(cpx / 2) sin(cpy/2) ), wobei fc und cpy die beiden vollen Öffnungswinkel sind. Für die Anwendung der Erfindung mit dem Erfordernis der Richtungserkennung genügen zwei Lichtstrahlen. Die beide Strahlen sind leicht divergent zueinander, erfassen aber überwiegend den gleichen Raumbereich. Mit dieser Geometrie kann ein Raumwinkel von mindestens W = 0,006 sr erfasst werden. Durch die Verwendung von zusätzlichen Strahlen kann der Erfassungsbereich 40 ausgedehnt werden bis zur Hemisphäre. Die Raumhälfte unterhalb der Montageebene der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 wird dann komplett überwacht, der Raumwinkel beträgt 2p sr. Zur Ausführung der Erfindung genügt es, den Erfassungsbereich 40 so zu wählen, dass zumindest ein Teil des menschlichen Körpers einer Person und/oder ein Teil eines Objekts in dem definierten Raumbereich erfasst wird.

Die Ausrichtung und Lage der Zählflächen 80, 81 bzw. des Zählvolumens 90 ist in Fig. 7 dargestellt. Die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 befindet sich im oberen Bereich in einem Abstand zum Türportal 150. Die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 weist eine Strahlungsquelle 10, ein Element zur Ablenkung der Strahlung 30 sowie einen Strahlungsdetektor 20 auf. Außerdem ist in oder in Kommunikationsreichweite der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 eine elektronische Steuer- und Auswerteeinrichtung 60 verbaut, die mittels Schnittstellen 70 miteinander verbunden ist. Die Strahlungsquelle 10 erzeugt eine kontinuierliche monochromatische Laserstrahlung S mit einer Wellenlänge im Bereich von 780 nm bis 1000 nm.

Eine Zählfläche 80 ist eine definierte Fläche im Erfassungsbereich 40 (Fig. 7 a). Soll z.B. der Durchtritt durch ein Türportal 150 überwacht werden, so kann die Zählfläche 80 als Ebene parallel zur Portalöffnung definiert werden. Die Zählebene 80 liegt typischerweise 10 cm vor bis 10 cm hinter der Öffnung des Türportals 150. Im Sinne der Erfindung sind Abstände von 250 cm vor bis 250 cm hinter der Öffnung des Türportals möglich. Im allgemeinen Fall von gekrümmten Türportalflächen und gekrümmten Zählflächen 80, 81 bezieht sich der Abstand auf die kürzeste Distanz zwischen den Flächen. Im Sinne der Erfindung wird mindestens eine Zählfläche 80 definiert, die den Erfassungsbereich 40 schneidet. Sich bewegende Personen und/oder Objekte müssen mindestens teilweise die Zählfläche 80 durchtreten, um ein Zählereignis auszulösen.

Um die Zuverlässigkeit der Zählung zu erhöhen, können auch zwei (Fig. 7 b) oder mehrere Zählflächen 80, 81 verwendet werden. Typischerweise werden zwei parallel zueinander angeordnete Zählflächen 80, 81 verwendet. Die Person oder das Objekt muss sich dann mindestens teilweise durch eine Zählfläche 80, 81 des durch die beiden Zählflächen 80, 81 definierten Zählvolumens (Fig. 7 c) bewegen und mit einer zeitlichen Verzögerung die zweite Fläche ebenfalls mindestens teilweise wieder durchstoßen. Erst bei Detektion der Durchtrittsfolge wird ein Zählereignis ausgelöst.

Fig. 8 zeigt den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1. Der Lichtmuster-Projektor 100 enthält die Strahlungsquelle 10 und optische Elemente 30, um das gewünschte zu projizierende Lichtmuster 50 zu erzeugen. Eine mögliche Ausführung verwendet eine Laserdiode als Strahlungsquelle 10, eine Kollimatorlinse und ein Diffraktives Optisches Element (DOE) 30. Die Strahlungsquelle 10 erzeugt eine kontinuierliche monochromatische Laserstrahlung S mit einer Wellenlänge im Bereich von 780 nm bis 1000 nm.

Der Bildsensor 130 bildet zusammen mit dem Objektiv 110 und dem Bandpass-Filter 120 den Strahlungsdetektor 20. Der Bandpass-Filter 120 ist nur durchlässig für Licht in einem engen spektralen Fenster. Die Zentralwellenlänge des Bandpass-Filters 120 entspricht der Wellenlänge des von der Strahlungsquelle 10 ausgesandten Lichts. Damit wird Licht anderer Wellenlängen daran gehindert, den Bildsensor 130 zu belichten. Die Bilddaten werden von der Steuer- und Auswerteeinrichtung 60 verarbeitet und mittels eines geeigneten Programms ausgewertet. Die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 ist dazu über eine Schnittstelle 70 mit der Steuer- und Auswerteeinrichtung 60 verbunden. Die Trägerstruktur 140 bringt den Strahlungsdetektor 20 und den Lichtmuster-Projektor 100 in eine definierte Position und realisiert so die sog. Baseline.

Durch die Verwendung des Lichtmuster-Projektors 100 stellt die Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten 1 aktiv Licht bereit und kann auch in dunklen Umgebungen arbeiten. Da die Beleuchtung nicht großflächig ist, sondern nur Licht in Musterbereiche geleitet wird, ist eine kleinere Lichtleistung erforderlich als bei einer großflächigen Beleuchtung. Entsprechend wird weniger Energie verbraucht und es entsteht weniger Abwärme. BEZUGSZEICHENLISTE

Vorrichtung zur Erfassung, Zuordnung und Zählung von Personen und/oder Objekten

Strahlungsquelle

Strahlungsdetektor

Element zur Ablenkung der Strahlung

Erfassungsbereich

Lichtmuster

Steuer- und Auswerteeinrichtung

Zählbereich

, 81 Zählfläche

Zählvolumen

0 Lichtmuster-Projektor

0 Objektiv

0 Bandpass-Filter

0 Bildsensor

0 Trägerstruktur

0 Türportal

0 Einrichtung oder Fahrzeug zur Personen- und/oder

Güterbeförderung

0 Person

1 Objekt

0 Punkt der 3D-Punktwolke

0 Charakteristischer Punkt

Ausgesendete Strahlung