Funzione di sicurezza delle porte per ascensori mediante analisi video

Questo documento è stato presentato a   Berlino 2018, il Congresso internazionale sulle tecnologie di trasporto verticale e pubblicato per la prima volta nel libro IAEE Tecnologia degli ascensori 22, a cura di A. Lustig. È una ristampa con il permesso dell'Associazione Internazionale degli Ingegneri degli Ascensori (www.elevcon.com).

di Shuhei Noda, Kentaro Yokoi, Hiroshi Sukegawa, Teh KoK Long e Sayumi Kimura

Abbiamo sviluppato un sensore porta basato su telecamera che rileva le persone che si avvicinano a un ascensore e previene una collisione tra un passeggero e la porta che si chiude. Il nuovo sensore presenta due vantaggi rispetto ai sensori fotoelettrici convenzionali: un'area di rilevamento più ampia e un rilevamento preciso del movimento. Può determinare la differenza tra una persona che si avvicina alla cabina dell'ascensore e una che passa davanti alla porta dell'area di ingresso. Abbiamo implementato l'algoritmo su un sistema embedded ed eseguito in tempo reale.

Introduzione

Toshiba ha venduto sensori fotoelettrici per impedire alle persone di essere catturate o trascinate dalle porte. La figura 1 rappresenta schematicamente il raggio di rilevamento di un sensore fotoelettrico per rilevare una persona che sta per salire su un ascensore. Quando viene rilevata una persona che sta per salire sull'ascensore, le porte vengono riaperte per evitare che la persona rimanga intrappolata tra di loro. Tuttavia, questo sensore fotoelettrico ha un raggio di rilevamento così ristretto ed è così vicino alle porte da avere solo un effetto limitato in termini di sicurezza.

In considerazione di questa circostanza, abbiamo sviluppato un nuovo sensore porta che utilizza una fotocamera (sensore porta basato su fotocamera).[1] La Figura 2 mostra il campo di rilevamento del nuovo sensore della porta. È più sicuro dei sensori convenzionali perché ha un raggio di rilevamento più ampio. Inoltre, può prevedere quando una persona si sta avvicinando all'ascensore utilizzando una tecnologia di analisi video di nuova concezione. Con questa funzione, il nuovo sensore porta non aprirà o chiuderà le porte inutilmente, perché non risponde a una persona che semplicemente passa davanti alle porte o che si è fermata.

Nel 2016, Toshiba ha rilasciato SMART DOOR™ per controllare l'apertura e la chiusura delle porte in base al risultato di rilevamento del nuovo sensore porta. Questo documento descrive la configurazione del nuovo sensore porta con la tecnologia di analisi video impiegata e fornisce i risultati dei test di verifica delle prestazioni.

Composizione del sensore porta basato su telecamera

Il nuovo sensore della porta è composto da una telecamera, sulla quale è montato un obiettivo grandangolare, e una scheda di elaborazione del controllo dell'immagine (Figura 3). La telecamera è montata su un fregio installato nella parte superiore della cabina dell'ascensore (Figura 4) e cattura un'immagine con un angolo di campo che si affaccia sull'area di ingresso dell'ascensore. Poiché il sensore è installato nella cabina dell'ascensore, non è necessario installare una telecamera su ogni piano e, quindi, il sistema SMART DOOR può essere configurato con un sensore per ascensore.

La Figura 5 è un esempio di un'immagine catturata quando una persona si avvicina all'ascensore. La telecamera acquisisce immagini video dell'area di ingresso dell'ascensore e di una parte dell'interno della cabina dell'ascensore, compreso il confine tra la cabina dell'ascensore e l'area di ingresso. Le immagini video vengono elaborate dalla scheda di elaborazione del controllo delle immagini e il sistema determina se una persona si sta avvicinando all'ascensore. Se si determina che una persona si sta avvicinando all'ascensore, le porte vengono riaperte o mantenute aperte.

La tecnologia di videoanalisi che gira sulla scheda di elaborazione del riconoscimento delle immagini sarà descritta in dettaglio nella sezione seguente.

Tecnologia di analisi video

La Figura 6 mostra il flusso del metodo di videoanalisi che è stato sviluppato per il nuovo sensore porta. Questa sezione descrive il metodo di videoanalisi secondo questo flusso.

Divisione di un'immagine in blocchi disposti in serie

L'immagine catturata dalla telecamera è suddivisa in una serie di segmenti (Figura 7). L'unità minima formata dalla divisione è detta blocco. La divisione dell'immagine in blocchi è vantaggiosa per ridurre la quantità di elaborazione dell'analisi dell'immagine.

Rilevamento del movimento in ogni blocco

Il valore medio di luminanza dell'immagine viene osservato in una serie temporale per ciascun blocco per rilevare i cambiamenti nel valore di luminanza. Se il valore di luminanza cambia in una serie temporale, si considera che ci sia movimento (Figura 8).

Rilevamento della posizione del piede

La posizione del blocco più vicino alle porte tra i blocchi in cui viene rilevato un movimento è considerata la posizione del piede (Figura 9).

Determinare se la posizione del piede si avvicina alle porte

La distanza dalle porte alla posizione dei piedi viene osservata in una serie temporale. Se la distanza si riduce nel tempo, si determina che la persona si sta avvicinando alle porte (Figura 10). Se la distanza non si riduce, si determina che la persona non si sta avvicinando alle porte e non ha intenzione di salire sull'ascensore (Figura 11).

Con il metodo sopra descritto, una persona che intende salire sull'ascensore può essere rilevata entro un ampio raggio nell'area di ingresso. Nel frattempo, se una persona sta solo passando davanti all'ascensore o sta solo in piedi, il sensore non risponde perché non si sta avvicinando alle porte; quindi, le porte possono essere chiuse. In questo modo i passeggeri dell'ascensore non vengono disturbati, ma la sicurezza è comunque garantita. L'introduzione di questo nuovo sensore porta può fornire un ambiente di utilizzo dell'ascensore confortevole.

Poiché il nuovo sensore della porta si basa sul rilevamento del movimento, rileverà non solo un corpo umano, ma anche una persona su una sedia a rotelle o un passeggino spinto da una persona. Per questo motivo, la sicurezza può essere migliorata in vari luoghi, come abitazioni, strutture commerciali ed edifici per uffici.

Inoltre, il nuovo sensore porta ha un'area di rilevamento dell'avvicinamento molto vicino alle porte dell'ascensore. Viene determinato che una persona si sta avvicinando alle porte semplicemente rilevando il movimento (Figura 12). Siamo riusciti a migliorare ulteriormente la sicurezza fornendo questa area di rilevamento.

Abbiamo implementato il metodo di analisi video sopra descritto in un sistema embedded. Come un sistema embedded generico, il nuovo sensore porta non ha molte risorse computazionali. Esistono gravi limitazioni alle prestazioni della CPU per l'elaborazione computazionale e alla capacità di archiviazione della memoria per le immagini video acquisite e i risultati dei calcoli. Ciò significava che per implementare il metodo di analisi video senza diminuire le prestazioni di rilevamento, era necessario ridurre la quantità di memoria e di calcoli. Ciò è stato ottenuto dividendo l'immagine in blocchi come descritto in (1) del metodo di analisi dell'immagine.

Risultati delle verifiche delle prestazioni

Per verificare le prestazioni del nuovo sensore della porta, abbiamo acquisito immagini video con la telecamera utilizzando un vero ascensore. Supponendo il funzionamento effettivo dell'ascensore, le immagini sono state catturate in varie condizioni, inclusi diversi ambienti e diversi movimenti di una persona, generando così un database di immagini video per la valutazione. La Figura 13 mostra esempi di immagini video di valutazione.

Abbiamo verificato offline le prestazioni delle immagini video di valutazione acquisite. Il risultato fu che tutti i movimenti della persona che si avvicinava alle porte potevano essere rilevati.

Abbiamo anche verificato l'intero sistema, compreso il controllo dell'apertura e della chiusura delle porte dell'ascensore. Supponendo il funzionamento effettivo dell'ascensore, il movimento di salire e scendere dall'ascensore, il movimento di camminare e stare davanti alle porte, e così via, furono ripetuti molte volte. Di conseguenza, è stato confermato che l'apertura/chiusura delle porte dell'ascensore è stata controllata correttamente in base al rilevamento effettuato dal nuovo sensore della porta.

Conclusioni

Il nuovo sensore porta che abbiamo sviluppato è in grado di determinare se una persona si sta avvicinando all'ascensore sulla base della tecnologia di videoanalisi. Quando viene determinato che una persona si sta avvicinando all'ascensore, le porte vengono riaperte o tenute aperte. Se c'è una persona che passa o sta in piedi davanti all'ascensore, le porte possono essere chiuse senza rispondere a quella persona. Pertanto, può essere fornito un ambiente di utilizzo dell'ascensore sicuro e confortevole.

Nel 2016, Toshiba ha rilasciato SMART DOOR per controllare l'apertura e la chiusura delle porte degli ascensori sulla base di un risultato di rilevamento del sensore. Questo ascensore intelligente è ampiamente in vendita ora.

Referenze
[1] Kawaguchi Kenichi, Nakanishi Kota, Onoda Hiroshi e Nishimura Hidekazu. "Ascensori che offrono una guida confortevole grazie all'applicazione del design universale", Toshiba Review, vol. 72, n. 2, pag. 32-35 (2017).