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Optische Sensoren erkennen Menschen in Gebäuden und Räumen

Autor / Redakteur: Gabriele Fulco * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Thermosensoren ermitteln Menschen in einem Gebäude oder Raum, Optosensoren erkennen Gesichter und liefern Details über die Personen. Damit sorgen Sensoren für mehr Sicherheit.

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Sensoren: Thermosensoren erkennen anwesende Menschen in Räumen über die Temperatur. Auch lässt sich Fieber erkennen, um beispielsweise bei einer Infektion zu warnen.
Sensoren: Thermosensoren erkennen anwesende Menschen in Räumen über die Temperatur. Auch lässt sich Fieber erkennen, um beispielsweise bei einer Infektion zu warnen.
(Bild: Omron)

Mit einer automatisierten Zutrittskontrolle lassen sich effektiv Infektionen vermeiden und der geforderte Abstand innerhalb von Gebäuden und Räumen sowie die Regelung von Menschenmengen auf Freiflächen einhalten. Mit einem Gerät zur Messung der Temperatur ist es außerdem möglich, die An- oder Abwesenheit von Menschen zu erkennen oder ob ein System betriebsbereit ist. Hier helfen thermische Sensoren, wenn es um die Präsenzerkennung geht.

Thermosensoren benötigen ein breites Sichtfeld, damit sie Personen und ihren Standort sowie weitere Aspekte in einem Raum erkennen. Die Sensoren des Typs D6T von Omron beispielsweise basieren auf einem Infrarot-Sensor, der die Oberflächentemperatur eines Zielobjekts kontaktlos über eine Thermosäule misst, die dessen abgestrahlte Energie aufnimmt.

Die MEMS-Thermosäule basiert auf dem aktuellen Stand der Technik und integriert einen maßgeschneiderten Sensor-ASIC, der einen Signalverarbeitungsmikroprozessor und -Algorithmus in einem Gehäuse bündelt. Das System interpretiert eindeutig und verlässlich die Messwerte.

Vom Einzelsensor bis zu Sensor-Array

Mit einem Matrixtyp-Sensor ist es möglich, die Temperaturen von Mensch und Hintergrund voneinander zu trennen (Bild 1). Praxisanwendungen hängen daher von der Anzahl der Sensorelemente ab und in welcher Nähe zum Menschen sie sich befinden. Der Einsatz von Infrarotdetektoren bedeutet, es gibt keine Signalabsenkung durch die Atmosphäre. Die Auflösung beruht hier ausschließlich auf dem Sichtfeld des Sensors.

Viele Anwendungen können vom Einzelsensor bis zu Arrays aus 1024 Elementen bedient werden. Für die Zutrittskontrolle misst der Sensor D6T 4x4 die Temperatur im Gesicht aus einer Entfernung von bis zu einem Meter. Der Sensor des Typs D6T Single Eye hingegen eignet sich für Geräte, die am Handgelenk oder am Kopf getragen werden. Bei entsprechender Kalibrierung erreicht der D6T 4x4 eine Temperaturgenauigkeit von ±0,2 °C. Damit lässt sich Fieber zuverlässig nachweisen.

Bei größeren Entfernungen bietet eine Weitwinkelversion des D6T mit 32 x 32 Elementen einen Betrachtungswinkel von 90° x 90° (Bild 2). Das entspricht einem quadratischen Blickfeld von 2 m x 2 m, so dass sich alle Personen in einem Raum dieser Größe von einem einzigen Punkt aus erfassen lassen. Allerdings wird es aufgrund der geringeren Präzision bei größeren Entfernungen etwas schwieriger, Fieber zu erkennen. Bei einer Objektentfernung von einem Meter hingegen ist sie genau. Zuverlässige Temperaturmessungen sind sogar dann möglich, wenn das Gesicht teilweise bedeckt ist. Brillengläser, eine Schutzbrille oder eine PPE-Gesichtsmaske sind kein Problem.

Covid-19-Infektionen mit Sensoren verringern

Bild 1: Mit einem Matrix-Sensor wie dem Omron D6T 4x4 lassen sich die Temperaturen von Mensch und Hintergrund unterscheiden.
Bild 1: Mit einem Matrix-Sensor wie dem Omron D6T 4x4 lassen sich die Temperaturen von Mensch und Hintergrund unterscheiden.
(Bild: Omron)

Mit den Folgen einer Pandemie fertig zu werden, erfordert mehr als nur Daten. Intelligenz in Form einer Human Vision Technology erweitert das Spektrum Optosensor-basierter Gegenmaßnahmen gegen das Coronavirus zusätzlich. Smarte Optosensoren wie die Bildsensoren HVC-2 erkennen Gesichter, Gesichtszüge und den gesamten menschlichen Körper. Außerdem ist es mit den Sensoren möglich, Alter und Geschlecht der jeweiligen Person einzuschätzen (Bild 3).

Jeder Embedded-Entwickler kann einem System Funktionen zur Gesichtserkennung hinzufügen, ohne die Algorithmen oder das Optikdesign verstehen zu müssen. Das wiederum ermöglicht es, ein solches System mit Datenbanken für die Nachverfolgung von Corona-Opfern und ihrer Kontakte zu verlinken.

Bild 2: 
Das weite Sichtfeld des Omron D6T 32x32 erkennt Menschen im gesamten Raum von nur einem Punkt aus.
Bild 2: 
Das weite Sichtfeld des Omron D6T 32x32 erkennt Menschen im gesamten Raum von nur einem Punkt aus.
(Bild: Omron)

Komponenten für das Human Vision sind modular aufgebaut. Sie bieten Funktionen für die Bilderfassung: Ortung von Gesicht, Hand und Körper, Gesichtserkennung, Geschlechtsbestimmung, Altersschätzung, die Einschätzung der augenblicklichen Gemütsverfassung, Kopfhaltung, Blickrichtung und Blinzelhäufigkeit. Für jeden dieser Fälle gibt das Modul einen Wert aus, gemeinsam mit einer Wertung der Sicherheitswahrscheinlichkeit.

Mit Sensoren Personenströme nachverfolgen

Bild 3: Optische Sensoren wie die Bildsensoren HVC-2 schätzen das Alter und Geschlecht eines Menschen.
Bild 3: Optische Sensoren wie die Bildsensoren HVC-2 schätzen das Alter und Geschlecht eines Menschen.
(Bild: Omron)

Grundlegende Funktionen für die Bilderkennung helfen beim Abstandhalten am Arbeitsplatz oder in der Öffentlichkeit. Bei anspruchsvolleren Anwendungen wie Digital Signage, Verkaufsautomaten und beim Bezahlen kann auf den physikalischen Kontakt zwischen Mensch und Maschine verzichtet werden. Bei Digital-Signage-Anwendungen senkt die automatische Gesichtserkennung sowie die Alters- und Geschlechtsabschätzung den direkten Kontakt mit Kunden. Mit den Sensoren lässt sich der Infektionsschutz erhöhen und die gesammelten Daten könnten automatisch beantwortet, gespeichert oder zentral gesammelt und an einen Operator weitergeleitet werden.

Am Arbeitsplatz könnten Personenströme in den Räumlichkeiten oder auf dem Betriebsgelände nachverfolgt werden, mit Ankunfts- und Abschiedserkennung, und der physische Kontakt bei der individuellen Einstellung von Heizung, Belüftung und Beleuchtung verringert werden. Die Anwendungsmöglichkeiten geben aber über öffentliche Räume und den Arbeitsplatz hinaus.

Diesen Beitrag lesen Sie auch in der Fachzeitschrift ELEKTRONIKPRAXIS Ausgabe 20/2020 (Download PDF)

Selbst in Krankenhäusern oder in Einrichtungen zur Betreuung unterstützen die Bildsensoren. Durch Zutrittskontrolle auf Basis von Körpertemperatur oder Gesichtserkennung helfen sie dabei, Abstand zu halten und übervolle Räume entgegenzuwirken und sie trennen Infizierte von Gesunden.

* Gabriele Fulco ist European Product Marketing Manager Sensors Omron Electronic Components Europe B.V. in Italien.

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