Title:
Verfahren zum Vermessen eines Raums, Messsystem zum Vermessen eines Raums sowie Gargerät
Kind Code:
A1


Abstract:

Ein Verfahren zum Vermessen eines Raums ist beschrieben, insbesondere eines Garraums (14) eines Gargeräts (10), mit einem Messsystem (16), das mehrere Radarsensoreinheiten (18) umfasst. Wenigstens eine Radarsensoreinheit (18) des Messsystems (16) sendet ein Radarsignal aus, wobei das ausgesandte und reflektierte Radarsignal vom Messsystem (16) erfasst wird. Ein Pulskompressionsverfahren wird für jedes erfasste Radarsignal durchgeführt, sodass jeweils eine Entfernungsinformation ermittelt wird. Basierend auf den pulskomprimierten Daten wird für jedes erfasste Radarsignal ein Einzelbild ermittelt. Die ermittelten Einzelbilder werden inkohärent überlagert, um den zu vermessenden Raum abzubilden. Ferner sind ein Messsystem (16) und ein Gargerät (10) beschrieben.




Inventors:
Tils, Thomas, Dr. (86899, Landsberg, DE)
Crawford, Devin, Dr. (83607, Holzkirchen, DE)
Nüßler, Dirk (53560, Vettelschoß, DE)
Lang, Stefan (87600, Kaufbeuren, DE)
Hägelen, Manfred (41466, Neuss, DE)
Application Number:
DE102017118708A
Publication Date:
02/22/2018
Filing Date:
08/16/2017
Assignee:
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 (DE)
Topinox Sarl (Wittenheim, FR)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE10063694A1N/A2002-07-11



Attorney, Agent or Firm:
Prinz & Partner mbB Patentanwälte Rechtsanwälte, 80335, München, DE
Claims:
1. Verfahren zum Vermessen eines Raums, insbesondere eines Garraums (14) eines Gargeräts (10), mit einem Messsystem (16), das mehrere Radarsensoreinheiten (18) umfasst, mit den folgenden Schritten:
wenigstens eine Radarsensoreinheit (18) des Messsystems (16) sendet ein Radarsignal aus,
das ausgesandte und reflektierte Radarsignal wird vom Messsystem (16) erfasst,
ein Pulskompressionsverfahren wird für jedes erfasste Radarsignal durchgeführt, sodass jeweils eine Entfernungsinformation ermittelt wird,
basierend auf den pulskomprimierten Daten wird für jedes erfasste Radarsignal ein Einzelbild ermittelt, dadurch gekennzeichnet, dass
die ermittelten Einzelbilder inkohärent überlagert werden, um den zu vermessenden Raum abzubilden, sodass eine dreidimensionale Abbildung des Inneren des Raums erhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Radarsensoreinheiten (18) des Messsystems (16) ein Radarsignal aussenden, insbesondere wobei sich die ausgesandten Radarsignale voneinander unterscheiden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Radarsensoreinheiten (18) des Messsystems (16) das bzw. die ausgesandte(n) Radarsignal(e) erfassen.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Belegung des geschlossenen Raums detektiert wird, insbesondere im Garraum (14) vorhandenes Gargut und/oder Garzubehör.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Signale beim Pulskompressionsverfahren mit dem ausgesandten Radarsignal korreliert werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass störende Artefakte rechentechnisch entfernt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund der erfassten Daten ein Objekt im Raum, insbesondere im Garraum (16), detektiert wird, insbesondere die zeitliche Veränderung eines Objekts wie einem Gargut.

8. Messsystem (16) zum Vermessen eines geschlossenen Raums, insbesondere eines Garraums (14) eines Gargeräts (10), das mehrere Radarsensoreinheiten (18) und eine Steuer- und Auswerteeinheit (20) umfasst, wobei die Radarsensoreinheiten (18) derart ausgebildet sind, dass sie ein Radarsignal senden und empfangen können, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit (20) derart ausgebildet ist, dass sie die Radarsensoreinheiten (18) ansteuert und die empfangenen Radarsignale auswertet und ein Pulskompressionsverfahren auf die empfangenen Radarsignale anwendet, sodass die Steuer- und Auswerteeinheit (20) eine Entfernungsinformation für jedes empfangene Radarsignal ermittelt, wobei das Messsystem (16) ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.

9. Gargerät (10) mit einem Garraum (14) und einem dem Garraum (14) zugeordneten Messsystem (16) nach Anspruch 8.

10. Gargerät (10) mit einem Garraum (14) und einem dem Garraum (14) zugeordneten Messsystem (16), das mehrere Radarsensoreinheiten (18) und eine Steuer- und Auswerteeinheit (20) umfasst, wobei das Gargerät (10) ausgebildet ist, das Messsystem (16) derart anzusteuern, dass
wenigstens eine Radarsensoreinheit (18) des Messsystems (16) ein Radarsignal aussendet,
das ausgesandte und reflektierte Radarsignal vom Messsystem (16) erfasst wird,
ein Pulskompressionsverfahren für jedes erfasste Radarsignal durchgeführt wird, sodass jeweils eine Entfernungsinformation ermittelt wird,
basierend auf den pulskomprimierten Daten für jedes erfasste Radarsignal ein Einzelbild ermittelt wird, und
die ermittelten Einzelbilder überlagert werden, um den zu vermessenden Raum abzubilden, sodass eine dreidimensionale Abbildung des Inneren des Raums erhalten wird.

Description:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines Raums, insbesondere eines Garraums eines Gargeräts, ein Messsystem zum Vermessen eines Raums, insbesondere eines Garraums eines Gargeräts, sowie ein Gargerät.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, um beispielsweise festzustellen, ob ein Garraum eines Gargeräts mit Gargut bzw. Garzubehör belegt ist. Bei diesen Verfahren wird jedoch lediglich darauf abgestellt, ob ein entsprechendes Gargut bzw. Garzubehör im Garraum vorhanden ist. Über die mehreren Sensoren, die vorgesehen sein können, wird allerdings höchstens festgestellt, in welchem Bereich des Garraums ein entsprechendes Garzubehör bzw. Gargut erkannt worden ist, wodurch auf eine entsprechende Einschub- bzw. Garraumebene im Garraum geschlossen werden kann. Daher werden solche Verfahren auch als Einschuberkennung bezeichnet.

Je genauer jedoch die Informationen über die exakte Position des Garzubehörs bzw. des Garguts erfasst werden sollen, desto größer sind die Anforderungen an die entsprechenden Sensoren bzw. das die Sensoren umfassende Messsystem, da entsprechend mehrere Garraumebenen sensorisch erfasst werden müssen. Dies führt zu hohen Kosten des Sensorsystems, wodurch das Gargerät entsprechend teuer ist.

Des Weiteren ist es selbst mit derartigen Sensoren nur bedingt möglich, die exakte Position und Anordnung des Garguts bzw. des Garzubehörs zu erfassen, beispielsweise in der jeweiligen Garraumebene.

Darüber hinaus ist es bekannt, dass optische Kamerasysteme verwendet werden, um den Garraum zu überwachen. Diese optischen Kamerasysteme sind jedoch sehr teuer, da sie den während des Betriebs des Gargeräts hohen Temperaturen standhalten müssen. Darüber hinaus können sie den Garraum lediglich in einer „Blickrichtung“ überwachen, sodass beispielsweise von einem Garzubehör verdeckte Teile nicht erfasst werden. Dies kann nur durch mehrere optische Systeme verhindert werden, wodurch die Kosten des Gesamtsystems jedoch weiter steigen.

Aus dem Paper „Radar Imaging Using Noncoherent Sensors“ von F.B. Helmbrecht und E.M. Biebl ist ein Verfahren bekannt, um radarbasierte zweidimensionale Bilder mittels nichtkohärenter Sensoren zu erhalten, die bei einem Kraftfahrzeug zur Erfassung vorausfahrender Kraftfahrzeuge verwendet werden. Hierzu ist ein Sensorsystem mit mehreren Radarsensoren vorgesehen, welche in der Stoßstange angeordnet sind.

Aus dem Paper „Through-the-wall tomographic imaging using chirp signals“ von HUANG, Ling und LU, Yilong geht ein Messsystem hervor, das ein Pulskompressionsverfahren anwendet. Ferner sind Rekonstruktionsalgorithmen beschrieben, um aus den erhaltenen pulskomprimierten Daten entsprechende Einzelbilder zu ermitteln. Die erhaltenen Einzelbilder werden kohärent überlagert, da die Phaseninformationen der Daten berücksichtigt und gewichtet werden, um ein Gesamtbild zu erhalten.

In der DE 100 63 694 A1 ist ein Verfahren zum Messen der richtigen Positionierung von Gargutträgern in einem Gargerät bekannt, insbesondere der Einschubhöhe des Gargutträgers. Hierbei ist ein Sensor vorgesehen, um den Abstand bzw. die Entfernung des obersten Gargutträgers bis zur Decke des Garraums zu ermitteln, an der der Sensor angeordnet ist.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässige und kostengünstige Möglichkeit bereitzustellen, den Inhalt eines Raums, insbesondere eines Garraums, zu erfassen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Vermessen eines Raums gelöst, insbesondere eines Garraums eines Gargeräts, mit einem Messsystem, das mehrere Radarsensoreinheiten umfasst. Bei dem Verfahren sendet wenigstens eine Radarsensoreinheit des Messsystems ein Radarsignal aus. Das ausgesandte und reflektierte Radarsignal wird vom Messsystem erfasst. Ferner wird ein Pulskompressionsverfahren für jedes erfasste Radarsignal durchgeführt, sodass jeweils eine Entfernungsinformation ermittelt wird. Basierend auf den pulskomprimierten Daten wird für jedes erfasste Radarsignal ein Einzelbild ermittelt. Zudem werden die ermittelten Einzelbilder inkohärent überlagert, um den zu vermessenden Raum abzubilden, sodass eine dreidimensionale Abbildung des Inneren des Raums erhalten wird.

Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Messsystem zum Vermessen eines Raums gelöst, insbesondere eines Garraums eines Gargeräts, das mehrere Radarsensoreinheiten und eine Steuer- und Auswerteeinheit umfasst, wobei die Radarsensoreinheiten derart ausgebildet sind, dass sie ein Radarsignal senden und empfangen können, wobei die Steuer- und Auswerteeinheit derart ausgebildet ist, dass sie die Radarsensoreinheiten ansteuert, die empfangenen Radarsignale auswertet und ein Pulskompressionsverfahren auf die empfangenen Radarsignale anwendet, sodass die Steuer- und Auswerteeinheit eine Entfernungsinformation für jedes empfangene Radarsignal ermittelt, wobei das Messsystem ausgebildet ist, ein Verfahren der zuvor genannten Art durchzuführen.

Der Grundgedanke der Erfindung ist es, ein exaktes Abbild des Raums, insbesondere des Garraums des Gargeräts, zu ermitteln, indem Radarsignale verwendet werden. Über die Reflexionen an den Wänden des Raums bzw. im Raum vorgesehenen Gegenständen wie Garzubehör und Gargut kann der Raum und dessen Inhalt entsprechend dargestellt werden. Mit den so erfassten Daten lässt sich eine detaillierte dreidimensionale Abbildung des Inneren des Raums berechnen, also des Garraums. Diese Erfassung ist derart genau, dass die Anordnung von einzelnen Gargütern und Garzubehör im Garraum dargestellt werden kann.

Die Steuer- und Auswerteeinheit ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie basierend auf den pulskomprimierten Daten für jedes erfasste Radarsignal ein Einzelbild ermittelt, und/oder die ermittelten Einzelbilder überlagert, um den zu vermessenden Raum abzubilden. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann demnach ein exaktes Abbild des Raums, insbesondere des Garraums des Gargeräts, berechnen, wodurch entsprechend auf im Garraum angeordnete Gegenstände wie Garzubehör und Gargut geschlossen werden kann, insbesondere deren Anordnung im Garraum.

Die pulskomprimierten Daten werden auf den zu vermessenden Raum projiziert, also das Volumen des zu vermessenden Raums, sodass für jedes erfasste Radarsignal ein Einzelbild ermittelt wird. Anschließend werden die Einzelbilder überlagert. Folglich können die Einzelbilder bzw. die mehreren Projektionen auf das Volumen des zu vermessenden Raums zurückprojiziert werden.

Zur Projektion insbesondere der pulskomprimierten Daten auf den zu vermessenden Raum können bekannte Techniken bzw. Algorithmen verwendet werden, die auch als Bildrekonstruktionsverfahren bezeichnet werden, beispielsweise die (3D) gefilterte Rückprojektion („FBP: Filtered Back Projection“), Fourier Transformation („Fourier-Slice Theorem“) bzw. allgemein Radon-Transformation, die unter anderem auch aus der (Computer-)Tomografie im Medizinbereich bekannt sind.

Die Projektion auf den zu vermessenden Raum entspricht folglich einer Bildrekonstruktion basierend auf den pulskomprimierten Daten in bekannter Weise.

Die vorgesehene Radarsensoreinheit umfasst vorzugsweise eine breite Antennenkeule, wodurch ein möglichst großer Teil des Raums, also des Garraums, von der Antennenkeule erfasst wird. Hierdurch ist es möglich, mit wenigen Radarsensoreinheiten den kompletten Raum zu erfassen. Das verwendete Messsystem ist entsprechend kostengünstig, da wenige Radarsensoreinheiten verwendet werden müssen.

Da die Einzelbilder inkohärent überlagert werden, erfolgt eine Berücksichtigung der Phaseninformation der empfangenen Radarsignale nicht. Eine kohärente Überlagerung ist schon allein deshalb nicht zielführend, da hierzu die exakte Position der Radarsensoreinheiten ständig bekannt sein müsste. Diese können sich jedoch aufgrund der verhältnismäßig hohen Temperaturänderungen während des Betriebs des Gargeräts verändern, da sich der Garraum im Betrieb beispielsweise ausdehnt, wenn auch nur geringfügig. Daher liegt eine inkohärente Überlagerung der Projektionen aus den unterschiedlichen Blickrichtungen der Radarsensoreinheiten vor, was auch als Tomografie bezeichnet wird.

Bei dem zu vermessenden Raum handelt es sich insbesondere um einen abgeschlossenen Raum, also einen Raum, der durch Wände begrenzt ist, wie dies bei einem Garraum beispielsweise der Fall ist.

Ein Aspekt sieht vor, dass mehrere Radarsensoreinheiten des Messsystems ein Radarsignal aussenden, insbesondere wobei sich die ausgesandten Radarsignale voneinander unterscheiden. Hierdurch ist es möglich, dass gleichzeitig mehrere Daten von unterschiedlichen ausgesandten Radarsignalen erfasst werden können, wodurch sich entsprechend unterschiedliche Blickwinkel in den zu vermessenden Raum ergeben. Dies erhöht die Genauigkeit bei der Rekonstruktion des zu vermessenden Raums. Je nach Anzahl der zum Empfang vorgesehenen Radarsensoreinheiten wird dieses Verfahren als MISO (multiple in single out) bzw. MIMO (multiple in multiple out) bezeichnet.

Generell umfassen die so erhaltenen Daten für die unterschiedlichen Blickwinkel entsprechend unterschiedliche Informationen, die sich ergänzen. Hierdurch lässt sich der gesamte, zu vermessende Raum entsprechend schnell und einfach aus den gewonnenen Daten rekonstruieren.

Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass mehrere Radarsensoreinheiten des Messsystems das bzw. die ausgesandte(n) Radarsignal(e) erfassen. Dementsprechend ist es in einem kurzen Zeitraum möglich, den Raum, insbesondere den Garraum des Gargeräts, vollständig zu vermessen und angeordnete Gegenstände zu detektieren. Die verwendeten Radarsensoreinheiten sind dabei vorzugsweise so positioniert, dass sie den zu vermessenden Raum vollständig erfassen. Insgesamt ist es möglich, dass bei Radarsensoreinheiten M = N·(N – 1)2 unterschiedliche Datensätze erzeugt werden können. Dies liegt daran, dass entsprechende Sensorpaare gebildet werden, die jeweils einen Datensatz erzeugen. Die unterschiedlichen Datensätze ergänzen sich entsprechend, um Informationen für den gesamten, zu vermessenden Raum bereitzustellen.

Eine Belegung des Raums kann hierdurch detektiert werden, insbesondere im Garraum vorhandenes Gargut und/oder Garzubehör. Dies liegt daran, dass ein im Raum vorgesehenes Objekt die ausgesandten Radarsignale anders reflektiert als die Garraumwand, insbesondere zeitlich früher, wodurch eine kürzere Entfernung bei dem Pulskompressionsverfahren ermittelt wird. Hierdurch lässt sich die exakte Position sowie die Ausdehnung des im Raum vorgesehenen Teils in einfacher Weise bestimmen.

Gemäß einem Aspekt wird beim Pulskompressionsverfahren eine Fourier-Transformation durchgeführt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn es sich bei den von den Radarsensoreinheiten ausgesandten Radarsignalen um sogenannte FMCW-Radarsignale (frequency modulated continuous wave) handelt.

Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass die erfassten Signale beim Pulskompressionsverfahren mit dem ausgesandten Radarsignal korreliert werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn es sich um gepulste Radarsignale handelt, die über die Radarsensoreinheiten zur Vermessung des Raums ausgesandt werden.

Die resultierenden (pulskomprimierten) Datensätze enthalten jeweils eine Beschreibung des zu messenden Raums aus der Sicht eines einzelnen Sensorpaars, wobei sie unter anderem Entfernungsinformationen enthalten können; aber keinerlei Richtungsinformationen. Die resultierende Entfernungsauflösung hängt dabei von der Bandbreite und der (bistatischen) Messgeometrie des jeweiligen Sensorpaars ab. Die pulskomprimierten Datensätze können neben den Entfernungsinformationen weitere Informationen umfassen, beispielsweise Amplitudeninformationen der (reflektierten) Signale.

Allgemein lassen sich diese Verfahrensschritte, also das Pulskompressionsverfahren, als Anwenden eines Optimalfilters („Matched Filter“) interpretieren, insbesondere wobei der Optimalfilter als Filter bei der als Bildrekonstruktionsverfahren verwendeten gefilterten Rückprojektion angewandt wird.

Durch die Projektion der resultierenden (pulskomprimierten) Datensätze eines jeden Sensorpaars entstehen der Anzahl der Sensorpaare entsprechend viele unabhängige Einzelbilder des zu vermessenden Raums, die aufgrund der unterschiedlichen Blickwinkel jeweils Teilbildern entsprechen.

Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass störende Artefakte in den ermittelten Einzelbildern bzw. in den überlagerten Einzelbildern rechentechnisch entfernt werden. Hierzu können Algorithmen aus dem Gebiet des „Compressed Sensing“ bzw. „Compressive Sensing“ angewandt werden, wodurch die Qualität der Rekonstruktion des Raums, insbesondere des Garraums, entsprechend verbessert wird.

Ferner kann vorgesehen sein, dass aufgrund der erfassten Daten ein Objekt, insbesondere ein Gargut und/oder ein Garzubehör, im Raum detektiert werden bzw. wird, insbesondere die zeitliche Veränderung eines Objekts wie einem Gargut. Hierbei kann eine Kantendetektion oder eine Mustererkennung angewandt werden, um beispielsweise bekannte Arten von Gargut oder bestimmte Garzubehöre aufgrund der Geometrie zu erkennen. Aufgrund des Reflexionsverhaltens des Objekts kann auf dieses geschlossen werden. Zudem lassen sich die erfassten Daten zeitlich miteinander vergleichen, also die rekonstruierten Abbildungen des Garraums. Hierdurch kann ein differenzielles Messverfahren des Garraums bereitgestellt werden, aufgrund dessen beispielsweise auf den Garzustand eines Garguts im Garraum geschlossen werden kann. Der unterschiedliche Garzustand bzw. Gargrad schlägt sich beispielsweise in einer unterschiedlichen Oberflächengeometrie und/oder Reflexionseigenschaften nieder, die entsprechend detektiert werden.

Die genaue Bauart der Radarsensoreinheiten sowie der verwendete Frequenzbereich sind unerheblich. Es muss lediglich gewährleistet werden, dass die Entfernungsauflösung der einzelnen Radarsensoreinheiten für die abzubildenden Strukturen ausreichend ist. Als Richtlinie kann das Auflösungsvermögen eines monostatischen Radars verwendet werden, welches durch die Formel definiert ist (c0 bezeichnet die Lichtgeschwindigkeit und B die Signalbandbreite). Ist eine Auflösung von 3 cm gewünscht, so wird dazu eine Bandbreite von etwa 5 GHz benötigt.

Des Weiteren wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Gargerät mit einem Garraum und einem dem Garraum zugeordneten Messsystem der zuvor genannten Art gelöst. Die zuvor genannten Vorteile ergeben sich in analoger Weise für das Gargerät.

Ferner wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Gargerät mit einem Garraum und einem dem Garraum zugeordneten Messsystem gelöst, das mehrere Radarsensoreinheiten und eine Steuer- und Auswerteeinheit umfasst, wobei das Gargerät ausgebildet ist, das Messsystem derart anzusteuern, dass:
wenigstens eine Radarsensoreinheit des Messsystems ein Radarsignal aussendet,
das ausgesandte und reflektierte Radarsignal vom Messsystem erfasst wird,
ein Pulskompressionsverfahren für jedes erfasste Radarsignal durchgeführt wird, sodass jeweils eine Entfernungsinformation ermittelt wird,
basierend auf den pulskomprimierten Daten für jedes erfasste Radarsignal ein Einzelbild ermittelt wird, und
die ermittelten Einzelbilder überlagert werden, um den zu vermessenden Raum abzubilden, sodass eine dreidimensionale Abbildung des Inneren des Raums erhalten wird.

Die zuvor genannten Vorteile ergeben sich in analoger Weise für das Gargerät.

Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein schematisch dargestelltes erfindungsgemäßes Gargerät mit einem erfindungsgemäßen Messsystem,

2a bis 2c jeweils ein Einzelbild, das aus einem pulskomprimierten Datensatz ermittelt worden ist, und

3 eine durch inkohärente Überlagerung entstandene Abbildung eines Garraums.

In 1 ist schematisch ein Gargerät 10 gezeigt, das ein Gehäuse 12 sowie einen vom Gehäuse 12 umgebenen Garraum 14 umfasst.

Dem Garraum 14 ist ein Messsystem 16 zugeordnet, das mehrere Radarsensoreinheiten 18 umfasst. Zudem weist das Messsystem 16 eine Steuer- und Auswerteeinheit 20 auf, die mit sämtlichen Radarsensoreinheiten 18 gekoppelt ist. In der gezeigten Darstellung sind aus Gründen der besseren Übersicht nur einige der Radarsensoreinheiten 18 als mit der Steuer- und Auswerteeinheit 20 gekoppelt dargestellt.

Die Steuer- und Auswerteeinheit 20 steuert die einzelnen Radarsensoreinheiten 18 an, sodass diese ein entsprechendes Radarsignal aussenden, was von den anderen Radarsensoreinheiten 18 des Messsystems 16 empfangen wird. Die von den Radarsensoreinheiten 18 empfangenen Daten werden an die Steuer- und Auswerteeinheit 20 weitergeleitet, die diese auswertet, um eine dreidimensionale Abbildung des Garraums 14 zu ermitteln.

Hierbei führt die Steuer- und Auswerteeinheit 20 ein Pulskompressionsverfahren für jedes erfasste Radarsignal durch, sodass eine entsprechende Entfernungsinformation des empfangenen Radarsignals ermittelt wird.

Die pulskomprimierten Daten werden anschließend auf den zu vermessenden Garraum 14 projiziert, wodurch ein entsprechendes Einzelbild für jedes erfasste Radarsignal bzw. dessen Daten berechnet wird. Solche Einzelbilder sind in den 2a bis 2c für unterschiedliche Radarsensoreinheiten 18 bzw. deren erfasste Radarsignale gezeigt, also für unterschiedliche Sensorpaare.

Es ist insbesondere vorgesehen, dass mehrere Radarsensoreinheiten 18 gleichzeitig ein Radarsignal aussenden, die sich beispielsweise voneinander unterscheiden, und mehrere Radarsensoreinheiten 18 die ausgesandten Radarsignale gleichzeitig empfangen. Hierdurch ist ein sogenanntes MIMO-Verfahren geschaffen, sodass der Garraum 14 aus unterschiedlichen Blickwinkeln in kurzer Zeit vollständig erfasst wird.

Die einzelnen Radarsensoreinheiten 18 können insbesondere derart ausgebildet sein, dass sie sowohl einen Sender als auch einen Empfänger aufweisen. Die Steuer- und Auswerteeinheit 20 steuert die einzelnen Radarsensoreinheiten 18 dann so an, dass diese entsprechend umgeschaltet werden können, wodurch sie als Sender bzw. Empfänger fungieren. Hierdurch lassen sich bei N Radarsensoreinheiten 18 insgesamt M = N·(N – 1)2 unterschiedliche Sensorpaare der Radarsensoreinheiten 18 bilden.

Die Steuer- und Auswerteeinheit 20 überlagert anschließend die so ermittelten Einzelbilder (siehe 2a bis 2c), um den zu vermessenden Garraum 14 vollständig abzubilden, wie dies in 3 gezeigt ist.

In den 2a bis 2c ist beispielsweise eine Messszene aus der Sicht (Blickwinkel) unterschiedlicher Sensorpaare der Radarsensoreinheiten 18 gezeigt, die an unterschiedlichen Stellen in Bezug auf das dreidimensionale Volumen des Garraums 14 angeordnet sind. Die Einzelbilder enthalten noch die bei der Bildrekonstruktion üblicherweise auftretenden Artefakte bzw. Geisterziele, wodurch die Bilder entsprechende Abweichungen vom (theoretischen) Idealfall aufweisen, insbesondere in den jeweiligen Randbereichen.

Bei der Überlagerung der Einzelbilder führt die Steuer- und Auswerteeinheit 20 eine inkohärente Überlagerung durch, die auch als Tomografie bezeichnet wird, da die einzelnen Projektionen aus unterschiedlichen Blickrichtungen in Bezug auf den Garraum 14 stammen. Der Garraum 14 wird dabei aufgrund der erfassten Radarsignale vollständig dreidimensional abgebildet.

Generell entstehen Punkte mit hoher Amplitude an den Stellen, an denen sich viele Kreise überlagern, wodurch das in 3 gezeigte Bild entsteht. Die tomografische Rekonstruktion einer Messszene ist umso besser, je mehr Projektionen bzw. Teilbilder vorliegen und überlagert werden können

Bei der Erzeugung des dreidimensionalen Bilds des Volumens des Garraums 14, insbesondere bei der Erzeugung der Einzelbilder zuvor, werden die pulskomprimierten Daten auf den zu vermessenden Raum (zurück-)projiziert, also das Volumen des zu vermessenden Garraums 14, sodass für jedes erfasste Radarsignal der Radarsensoreinheiten 18 ein entsprechendes Einzelbild ermittelt wird, die jeweils unabhängig voneinander sind und einer unterschiedlichen Blickrichtung in Bezug auf den Garraum 14 entsprechen. Anschließend werden die erhaltenen Einzelbilder überlagert, um das gesamte Volumen des Garraums 14 abzubilden.

Folglich können die Einzelbilder bzw. die mehreren Projektionen auf das Volumen des zu vermessenden Garraums 14 zurückprojiziert werden.

Zur Projektion können bekannte Techniken bzw. Algorithmen verwendet werden, die auch als Bildrekonstruktionsverfahren bezeichnet werden, beispielsweise die gefilterte Rückprojektion („FBP: Filtered Back Projection“), die unter anderem auch aus der (Computer-)Tomografie bekannt ist.

Die jeweilige Projektion auf den zu vermessenden Raum entspricht folglich einer Bildrekonstruktion basierend auf den erhaltenden Daten, wie dies in bekannter Weise durchgeführt wird.

Hierdurch ist es möglich, dass die Belegung des Garraums 14 ermittelt werden kann, insbesondere ob sich ein Gargut bzw. ein Garzubehör im Garraum 14 befindet und wo genau. Darüber hinaus kann aufgrund der hohen Genauigkeit der Radarsignale die exakte Anordnung der einzelnen Gargüter auf einem Garzubehör ermittelt werden, wie auch aus der 3 hervorgeht.

Des Weiteren ist vorgesehen, dass die Steuer- und Auswerteeinheit 20 eine sogenannte Nachbearbeitung der erfassten Datensätze durchführt, nachdem der Garraum 14 bereits rekonstruiert worden ist.

Hierzu werden beispielsweise eine Kantendetektion und/oder eine Mustererkennung angewandt, um bestimmte Gargutarten oder Garzubehöre zu erkennen. Die erfasste Gargutart und/oder das erkannte Garzubehör kann dem Benutzer des Gargeräts 10 über eine Anzeigevorrichtung angezeigt werden.

Darüber hinaus kann eine zeitliche Veränderung der rekonstruierten Abbildungen des Garraums 14 überwacht werden, wobei zuvor berechnete Abbildungen mit aktuellen Abbildungen verglichen werden, um ein differenzielles Messverfahren des Garraums 14 bereitzustellen, insbesondere unter Berücksichtigung eines Referenzbilds.

Hierbei werden kleinste Änderungen der Geometrie und/oder des Reflexionsverhaltens der im Garraum 14 vorhandenen Garzubehöre bzw. Gargüter sichtbar. Dementsprechend ist es beispielsweise möglich ein Aufgehen von Teigwaren während eines Garverfahrens zu erkennen. Auch eine Veränderung der Oberfläche eines Garguts infolge des Garverfahrens ist detektierbar, beispielsweise Blasenbildung beim Kochen und/oder die Entstehung bzw. die Veränderung einer Kruste beim Gargut.

Es ist somit eine kostengünstige Möglichkeit geschaffen, den Garraum 14 eines Gargeräts 10 dreidimensional abzubilden, um so eine Erkennung und Prozessüberwachung, insbesondere gleichzeitig mit einem System, bereitzustellen. Ferner kann auf teure optische Kamerasysteme verzichtet werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 10063694 A1 [0008]