Personendetectie en meer met Grid-Eye

Een infraroodcamera met lage resolutie

Panasonic Industry heeft een nieuw lid van zijn populaire Grid-Eye-sensorfamilie gelanceerd. Een exemplaar met een 90°-lens die een breder gezichtsveld (FoV) biedt en het aantal sensoren vermindert dat nodig is om een bepaald gebied te bestrijken. De Grid-Eye 90° biedt daardoor meer mogelijkheden en zal systemen verbeteren die bijvoorbeeld ontworpen zijn om mensen te detecteren, te volgen en te tellen. Maar met Grid-Eye kan nog veel meer.

Weten waar mensen zijn, is de sleutel tot het ontwerpen van een slimme ruimte. Op die manier kunnen we het gebruik van gebouwen optimaliseren. Vooral in de detailhandel, horeca en gezondheidszorg is hier veel belangstelling voor. Gebouwen worden daardoor ‘slim’ wat prettig is voor de gebruiker en tevens energie kan besparen. We zien bijvoorbeeld dat de verlichtingsindustrie steeds meer evolueert naar het bieden van gepersonaliseerde (sfeer)verlichting. Ook de pandemie heeft het belang benadrukt van het beheer van drukbezochte of besloten ruimtes, zoals kantoren of openbare sanitaire voorzieningen. Nu veel markten plotseling geïnteresseerd zijn in het volgen van mensen, is de heilige graal van dergelijke oplossingen altijd het vinden van de juiste balans tussen schaalbaarheid en kosteneffectiviteit geweest. Oplossingen ontworpen rond Grid-Eye 90° leveren beide op.

Gezichtsveld van 90°

Panasonic introduceerde Grid-Eye ruim 10 jaar geleden en ondertussen wordt deze sensor gebruikt in een verscheidenheid aan toepassingen waarbij absolute temperatuurwaarden nodig zijn. Voorbeelden zijn het detecteren van hotspots in een slimme keuken of om een algemeen idee te krijgen van de warmere delen van een kamer voor slimme airconditioning. Tegelijkertijd is Grid-Eye ook zeer geschikt bevonden voor toepassingen voor het volgen/tellen van mensen. Innovatieve productontwerpers hebben Grid-Eye 60° gebruikt als een goedkope IR-matrixsensor als alternatief voor camera’s. De nieuwe 90°-variant van Grid-Eye bouwt hierop voort. Dankzij de groothoeklens heeft deze Grid-Eye een breder gezichtsveld, wat een verbetering is ten opzichte van eerdere sensoren die een gezichtsveld van 36° en 60° bieden. Met de lancering van Grid-Eye 90° kunnen systeemontwerpers de IR-signatuur van een groter gebied vastleggen, waardoor er minder sensoren nodig zijn om een bepaald gebied te bestrijken.

Waar gaat het om

Grid-Eye is een module die 64 IR-sensoren bevat in een matrix van 8×8 (afbeelding 1). Daarnaast heeft hij een thermistor aan boord om de omgevingstemperatuur te meten. Het kijkvenster bevat een lens die de kijkhoek bepaald. Tot nu toe waren er twee opties, namelijk een kijkhoek van 36 graden of 60 graden. De nieuwste uitvoering heeft een lens waarmee de kijkhoek 90 graden is. U bestrijkt daarmee een groter oppervlak van de ruimte die door de sensor bewaakt wordt.

U kunt de sensor zien als een infraroodcamera met een lage resolutie. Gedetailleerde infraroodplaatjes levert de sensor dan ook niet op, maar voor applicaties zoals het schakelen van de verlichting op basis van de aanwezigheid van personen is dat geen enkel bezwaar. Zelfs in toilet- en kleedruimtes kan de sensor zonder bezwaren gebruikt worden. Nu zien we dat hier veelal gebruik gemaakt wordt van PIR-sensoren, maar die hebben als grote nadeel dat ze alleen bewegende personen zien. Iemand die stil achter zijn bureau zit, kan daarmee dan ook in het donker komen te zitten als hij niet met enige regelmaat behoorlijk beweegt.

Alle 65 sensoren communiceren via een I²C-poort met de buitenwereld. Via deze poort kunnen per seconden 1 of 10 frames uitgelezen worden afhankelijk van de gekozen instellingen). Per frame wordt van elke sensor de gemeten temperatuur met een resolutie van 12 bit verstuurd. Afbeelding 2 toont het formaat van de datacommunicatie.

Ook interrupts kan de sensor uitsturen die in het interne register vooraf zijn te bepalen. In dit register zijn zes bytes gereserveerd voor het bepalen wanneer de interrupt gegenereerd moet worden (twee bytes zijn voor de bovengrens, twee voor een ondergrens en twee voor de hysterese). Welk pixel de interrupt gegenereerd heeft, is vervolgens in een read only tabel van acht byte op te zoeken.

Het interne register biedt de gebruiker een groot aantal mogelijkheden om de sensor naar wens te configureren. Meer hierover treft u aan in de documentatie die op internet te vinden is. Helaas is het wel zoeken. Panasonic heeft niet één uitgebreide datasheet geschreven waarin alle mogelijkheden en functies zijn beschreven. U moet diverse documenten doorspitten om een compleet beeld van de werking te krijgen. Gelukkig is er op internet heel veel te vinden. Zelfs programmatuur voor bijvoorbeeld een Arduino alsmede ontwikkelborden van verschillende aanbieders zijn in ruime mate voorhanden.

Diverse uitvoeringen

Zoals al gezegd, wordt de sensor in diverse uitvoeringen geleverd. Als eerste zijn dat de verschillende lenzen waaruit u kunt kiezen. Welke voor uw applicatie geschikt is, hangt o.a. af van de afstand tussen sensor en te bepalen ‘object’. Moet de sensor gebruikt worden voor het detecteren van personen in een ruimte die lager is dan 3 meter, dan is de nieuwe uitvoering zeer geschikt. Is de ruimte hoger, dan komt de versie met een openingshoek van 60 graden meer in de richting. Voor hoge magazijnen van max. 7 meter is de 36-graden-versie aan te raden. In alle gevallen is het wenselijk dat het te detecteren ‘object’ meerdere pixels tegelijkertijd aanstraalt. Zo kunt u een onderscheid maken tussen een voorbijkomend kat of een mens – iets dat wel handig is voor bijvoorbeeld een automatische buitenlamp.

Wat de relatie tussen de afstand en de pixelgrootte is, kunt u goed zien in afbeelding 3. Dit plaatje is voor de sensor met de lens met een openingshoek van 60 graden. Zelfs de vorm van de persoon is in grote lijnen goed waar te nemen. Veel intelligentie heeft de microcontroller dus niet nodig om het verschil met een kat te bepalen.

De voedingsspanning van de sensor is 3,3 V. Van een aantal versies zijn er ook exemplaren leverbaar met een voedingsspanning van 5 V. Daarnaast moet u vooraf de keuze maken tussen een hoge of lage interne versterking. Daarmee bepaalt u namelijk welk temperatuurbereik de sensor heeft. De exemplaren met een lage versterking zijn geschikt voor het temperatuurbereik van -20…100 ⁰C en die met een hoge versterking voor 0…80 ⁰C. De nieuwe 90-graden-uitvoering is tot nu toe alleen leverbaar met een hoge versterking.

Richting

De sensor is ook bruikbaar voor het bepalen van de richting waarin het ‘object’ beweegt. Afbeelding 4 toont wat er gebeurt als iemand schuin onder de sensor doorloopt. Zelfs met de communicatiesnelheid van 1 frame per seconde is zo perfect te volgen wat er in de ruimte gebeurt.

Tegelijkertijd meerdere personen volgen kan natuurlijk ook. De grote openingshoek van de nieuwe sensor maakt dit soort applicatie een stuk gemakkelijker.

Combineren met één sensor

Doordat de sensor daadwerkelijk temperaturen meet en niet alleen bewegende warme objecten, kan de sensor tegelijkertijd voor meerdere applicaties ingezet worden. De verlichting in een ruimte schakelen op basis van de aanwezigheid van personen kunt u combineren met het aansturen van de verwarming of airco. De data uit het IR-plaatje is daarvoor in te zetten, maar ook de thermistor is immers voor dat laatste doel te gebruiken.

De temperatuurwaarden uit de 8×8-matrix zijn natuurlijk niet alleen geschikt voor het volgen van personen. Bewaking van ruimtes kan natuurlijk ook. Daarbij moet u niet alleen denken aan inbraakbewaking, maar ook aan bewaking van bijvoorbeeld schakel- en verdeelinrichtingen. Hotspots kunnen perfect gedetecteerd worden. Zelfs brandalarmering en personendetectie kannen met deze sensor gecombineerd worden.

Hoe u alle data uit de sensor wilt gebruiken en welke functies u hieruit wilt halen, bepaalt de software die de data uit de sensor verwerkt. Een ontwerper kan in ieder geval heel veel omgevingsdata met deze sensor uit een ruimte halen. Zijn creativiteit bepaalt tenslotte hoe en voor wat hij deze data inzet voor het maken van een uniek product.