Barriera fotoelettrica radar 3D

La ricerca unisce la tecnologia collaudata per questo sistema “intelligente”.

di Matt Davis

Le barriere fotoelettriche a infrarossi (IR) sono state il modo accettato per proteggere i passeggeri dalla chiusura delle porte degli ascensori sin dagli anni '1990. Tuttavia, negli ultimi cinque anni, ci sono state numerose mostre fieristiche con nuove ed entusiasmanti tecnologie che pretendono di rendere obsoleta la tecnologia delle barriere fotoelettriche. Più di recente, l'aggiornamento ad ASME 17.1-2019 richiede il rilevamento non solo dell'area tra le porte di chiusura, ma anche dei passeggeri in avvicinamento sul pianerottolo. Tuttavia, nonostante questi audaci annunci sul mercato, poco sembra essere cambiato. Questo articolo cerca di separare i fatti dall'iperbole e quindi impostare aspettative realistiche su cosa aspettarsi nei prossimi anni.

L'attuale tecnologia delle barriere fotoelettriche IR è, concettualmente, relativamente semplice. Le onde luminose IR vengono pulsate attraverso una serie di diodi che corrono all'altezza della porta. Dall'altra parte dell'apertura della porta, i rilevatori IR che corrono all'altezza della porta cercano di rilevare queste onde luminose IR. Un'interruzione del segnale significa che c'è qualcosa che blocca il passaggio di queste onde. Questo sistema genera il proprio segnale e, così facendo, ha il pieno controllo delle frequenze e dei tempi utilizzati. Questo fatto, combinato con il rilevamento di oggetti tramite blocco del segnale, piuttosto che riflesso, rende le barriere fotoelettriche IR intrinsecamente affidabili.

Tuttavia, le barriere fotoelettriche IR hanno i loro limiti. Innanzitutto, le loro dimensioni e forma li rendono difficili da spedire e immagazzinare. In secondo luogo (e più pertinente ora che mai con il lancio del codice ASME 17.1-2019), normalmente non forniscono alcun rilevamento delle persone sul pianerottolo, comunemente noto come "rilevamento 3D" nel settore degli ascensori. Alcune barriere fotoelettriche forniscono questa funzione, ma si basano sull'emissione di onde luminose IR e sul rilevamento di eventuali onde luminose IR risultanti che sono rimbalzate su oggetti (ad es. una persona in avvicinamento) sul pianerottolo. Purtroppo, questa soluzione 3D ha sempre avuto alcuni problemi intrinseci: rileva solo oggetti in un'area relativamente piccola; non può distinguere tra oggetti in movimento e stazionari; e, peggio ancora, richiede la riflessione della luce IR. Pertanto, tutti gli oggetti che assorbono la luce (ad es. indumenti di lana) non vengono rilevati.

I vestiti che assorbono la luce hanno portato il comitato del codice dell'American Society of Mechanical Engineers (ASME) a ​​specificare la necessità di rilevare oggetti che assorbono il 95% della luce all'interno dei suoi nuovi requisiti per il rilevamento 3D. Questo è molto significativo, in quanto significa che qualsiasi sistema di rilevamento 3D che si basa sul riflesso delle onde luminose avrà difficoltà a rispettare questo codice o a rilevare una persona che indossa abiti che assorbono molto la luce.

IR Time of Flight (TOF), un metodo per misurare la distanza tra un sensore e un oggetto basato sulla differenza di tempo tra l'emissione di un segnale (ad esempio, IR e il suo ritorno al sensore dopo essere stato riflesso da un oggetto), è molto più avanzato di una barriera fotoelettrica 3D. Alla fine, tuttavia, si scontra con gli stessi problemi, vale a dire che se le onde luminose IR emesse vengono assorbite, anziché riflesse, è quasi impossibile fornire un segnale di rilevamento affidabile. Inoltre, presenta una serie di limitazioni nel rilevare in modo affidabile un oggetto relativamente piccolo (come una mano) premuto contro il bordo anteriore di una porta in chiusura.

L'altra tecnologia molto discussa sta utilizzando una telecamera per monitorare l'ingresso dell'auto. Tuttavia, se viene utilizzata una sola fotocamera, non ci sarà percezione della profondità. Distinguere tra un'ombra o una scarpa nera che varca la soglia diventa una questione di profonda intelligenza artificiale (AI) e di elaborazione di alto livello. Potrebbe essere possibile, con una potenza di calcolo sufficiente, fornire risultati affidabili. Tuttavia, come hanno scoperto i produttori di veicoli autonomi e altri, un singolo sensore per fotocamera non è una soluzione realistica. Una singola fotocamera è in grado di rilevare i modelli mutevoli. In questo modo, può fornire un buon tracciamento degli oggetti e, così facendo, con l'elaborazione appropriata, fornendo un rilevamento 3D relativamente efficace dove è accettabile una precisione del 99%. Questo è diverso dalla funzione di sicurezza primaria del 2D, dove è richiesta una precisione del 100% (anche per oggetti fissi).

Naturalmente, tali sistemi continueranno a lottare con le ombre ea mantenere la loro funzione durante i periodi di condizioni di scarsa illuminazione (ad esempio, mancanza di illuminazione), a meno che non dispongano di una propria fonte di luce. Affinché una soluzione fotografica funzioni in modo affidabile, richiede una propria fonte di luce, telecamere stereo, un ampio angolo di visione e un'elaborazione significativa. Questo è tecnicamente possibile oggi, ma un prodotto che faccia tutto questo a un prezzo accettabile per il mercato deve ancora essere creato e potrebbe non esserlo mai.

I test di laboratorio Janus/Avire hanno dimostrato quanto siano facilmente sconfitti i sistemi di telecamere o TOF quando esposti al target di test ASME 17.1-2019. Tuttavia, il nostro Smart 3D soddisfa questo codice. Utilizza barriere fotoelettriche IR per il rilevamento 2D combinate con la tecnologia radar 3D. Utilizzando il radar per il 3D, che consente il rilevamento dei riflessi causati dalla materia (piuttosto che dalla luce), questa soluzione è progettata per evitare complessità e inaffidabilità.