DE19603935A1

DE19603935A1 - Movement detection within a surveillance area

Info

Publication number: DE19603935A1
Application number: DE19603935A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Oppelt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-02-03
Filing date: 1996-02-03
Publication date: 1997-08-07

Abstract

The detection method for movement made by an intruder within a monitored region, involves interpreting a video image obtained using a matrix of detector cells (DZx) over an interval from time x to time y. The detector matrix is typically 6 by 6. Each cell in the matrix is characterised by a brightness value (H), and a sequence of the luminance values is obtained over the period. The values are used to form the correlation coefficient, and this is compared with a predetermined threshold value. An alarm signal is generated when the value is below the reference.

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von der Gattung, wie im unabhängigen Patentanspruch 1 wiedergegeben.The invention is based on the genus, as in the independent Claim 1 reproduced.

Im Rahmen der Sicherheitstechnik werden Videobildfolgen auf zeitliche Änderungen im Bildinhalt überwacht, um Alarmsituationen aus den Änderungen zu erkennen. Üblicherweise werden im Bild lokale Bereiche festgelegt, bei denen man davon ausgehen kann, daß im Ruhefall keine Veränderungen durch Personen oder Sachen in diesem Bildbereich stattfinden. Treten nun in diesen vordefinierten lokalen Bereichen Veränderungen auf, so schließt man auf einen Eindringling und gibt eine Meldung ab. Die Veränderung innerhalb der beobachteten Bereiche, wird in herkömmlicher Weise festgestellt, indem man die mittlere Helligkeit in dem Bereich mißt und anschließend mit der mittleren Helligkeit des nachfolgenden Bildes im gleichen Bereich vergleicht. Weichen die mittleren Helligkeiten der beiden verglichenen Bilder signifikant voneinander ab, so hat man ein Meldungskriterium. Die Signifikanz kann willkürlich durch die Definition einer Schwelle festgelegt werden. Sind die überwachten Bereiche groß gegenüber einer eindringenden Person, so sind die Helligkeitsänderungen durch das Eintreten einer Person in die überwachten Bildbereiche verhältnismäßig klein. Üblicherweise werden die überwachten Bereiche durch eine rechteckige oder andere geometrische Aufteilung unterteilt und die Helligkeitsänderung in jedem der Unterbereiche getrennt gemessen.As part of security technology, video image sequences are based on changes over time in the image content are monitored in order to Detect alarm situations from the changes. Local areas are usually defined in the picture, at which one can assume that none at rest Changes by people or things in this Image area take place. Now step into this predefined changes in local areas, that's how you unlock an intruder and reports. The change within the observed areas, is in more conventional Determined by looking at the average brightness in the Area and then with the medium brightness of the following picture in the same area. The average brightness of the two compared Images differ significantly from each other, so you have one Notification criterion. The significance can be arbitrarily determined by the Definition of a threshold. Are the monitored areas large versus an intruding Person, so are the brightness changes by entering relative to one person in the monitored image areas small. The monitored areas are usually checked a rectangular or other geometric division divided and the change in brightness in each of the Sub-areas measured separately.

Haben diese Unterbereiche, im folgenden Detektorzellen genannt, ähnliche Größe wie die Abbildung eines Menschen auf der Videobildfläche, so geht man von einer sicheren Änderung der mittleren Helligkeit einer Detektorzelle durch das Eintreten einer Person in einen solchen Bereich aus (Gefahrenmeldesysteme / Harald Fuhrmann - Heidelberg: Hüthig 1992, S. 82f).Do these sub-areas hereinafter called detector cells, similar size to that Illustration of a person on the video image area, that's how you go from a sure change in the average brightness of a Detector cell by entering a person such area (hazard detection systems / Harald Fuhrmann - Heidelberg: Hüthig 1992, p. 82f).

Dieses Grundverfahren aller herkömmlichen Videosensoren hat jedoch einige prinzipielle Nachteile. Globale Änderungen der Helligkeit führen selbstverständlich auch zu einer Änderung der mittleren Helligkeit in den Detektorzellen. So führt eine Wolke, die sich bei Wind vor die Sonne schiebt, oder das Einschalten einer Beleuchtungsquelle zu signifikanten Änderungen der mittleren Helligkeit. Andererseits kann es vorkommen, daß eine Detektorzelle auf einen homogenen Untergrund gerichtet ist, z. B. auf Asphalt eines zu überwachenden Hofes. Ein Eindringling, der bewußt oder unbewußt Kleidung mit ähnlich homogener Helligkeit trägt, ändert zwar immer noch die mittlere Helligkeit bei Eindringen in die Detektorzelle, möglicherweise hat die Änderung aber nicht mehr die notwendige Signifikanz. This basic procedure of all conventional video sensors has however, there are some fundamental disadvantages. Global Changes in Of course, brightness also leads to a change the average brightness in the detector cells. So one leads Cloud that pushes itself in front of the sun in wind, or that Turn on a lighting source too significant Average brightness changes. On the other hand, it can occur that a detector cell on a homogeneous Is directed underground, for. B. on asphalt one too monitoring court. An intruder who is conscious or unconsciously wears clothes with similarly homogeneous brightness, still changes the average brightness when entering into the detector cell, but the change may have no longer the necessary significance.

Weiterhin ist zu beachten, daß die Videokameras so positioniert werden, daß sie in Freigeländeanlagen einen möglichst weiten Entfernungsbereich überwachen. Eine Person am oberen Bildschirmrand wird somit deutlich kleiner abgebildet als am unteren Bildschirmrand. Dies kann dazu führen, daß die Person wieder kleiner ist als die Größe der Detektorzelle, was zu einer abnehmenden Empfindlichkeit der Anordnung führt. Weiterhin hat man den Effekt, daß wenn sich die Person bereits innerhalb der Detektorzelle befindet und sich darin bewegt, die Detektorzelle aber nicht verläßt, keine signifikanten mittleren Helligkeitsunterschiede auftreten.It should also be noted that the video cameras be positioned so that they unite in open-air facilities Monitor the largest possible distance range. A person at the top of the screen it becomes significantly smaller shown as at the bottom of the screen. This can do that cause the person to be smaller than the size of the Detector cell, leading to a decreasing sensitivity of the Arrangement leads. Furthermore, you have the effect that if the person is already inside the detector cell and moves in it, but does not leave the detector cell, no significant average differences in brightness occur.

Die oben genannten Eigenschaften machen die Beobachtung von mittleren Helligkeitswerten in definierten Bildbereichen als alleiniges Detektionskriteriums ungeeignet. Es werden deshalb viele nachgeschaltete Verfahren angewendet, um die Auswertung von Änderungen in den Detektorzellen für eine Alarmverifizierung sicher zu machen. Auf diese Verfahren soll nicht weiter eingegangen werden.The above properties make the observation of mean brightness values in defined image areas as the sole detection criterion is unsuitable. Therefore it will many downstream processes applied to the Evaluation of changes in the detector cells for one Make alarm verification safe. On these procedures should not be discussed further.

Advantages of the invention

Der Anmeldungsgegenstand mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 hat folgenden Vorteil:
Die Signifikanz von Änderungen in einem abbildbaren überwachungsbereich läßt sich besser erkennen. Dies wird dadurch erreicht, daß nicht mehr die mittlere Helligkeit innerhalb einer Detektorzelle als Änderungsgröße herangezogen, sondern der zeitliche Korrelationskoeffizient einer Detektionszelle als Meßgröße verwendet wird.The subject of the application with the features of claim 1 has the following advantage:
The significance of changes in an imageable monitoring area can be better recognized. This is achieved in that the mean brightness within a detector cell is no longer used as the change variable, but rather the temporal correlation coefficient of a detection cell is used as the measurement variable.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Advantageous further developments are in the dependent Claims specified.

drawings

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is in the drawings shown and in the following description explained.

Es ist gezeigt inIt is shown in

Fig. 1 Eine Detektorzelle mit beliebigem Bildinhalt zu verschiedenen Zeitpunkten x und y; Fig. 1 y A detector cell with any image content at different time points and x;

Fig. 2 Dieselbe Detektorzelle mit veränderten Helligkeitswerten zu den verschiedenen Zeitpunkten x und y; Fig. 2 The same detector cell with altered brightness values at the different time points x and y;

Fig. 3 Dieselbe Detektorzelle mit verändertem Bildinhalt, aber unveränderter durchschnittlicher Helligkeit zu den verschiedenen Zeitpunkten x und y; Fig. 3 The same detector cell with changed image content, but unchanged average brightness at the different times x and y;

Fig. 4 Ein Überblick zur Erläuterung der hier verwendeten Begriffe. Fig. 4 An overview to explain the terms used here.

Description of the embodiment

Fig. 4 zeigt von oben nach unten schematisch einen Überwachungsbereich UB, eine Abbildung AB des Überwachungsbereiches UB mit einer Abbildungszelle AZ und schließlich einen Detektorbereich DB, der eine Detektorzelle DZ aufweist, die in Detektorzellelemente DE unterteilt ist. Das Abbilden des überwachungsbereiches UB (aufgrund sichtbarer und/oder unsichtbarer Strahlung) erfolgt so, daß die Abbildung AB in der Ebene des Detektorbereiches DB liegt. Entsprechend ist der Abbildungszelle AZ die Detektorzelle DE zugeordnet. FIG. 4 schematically shows a monitoring area UB, an image AB of the monitoring area UB with an imaging cell AZ and finally a detector area DB which has a detector cell DZ which is divided into detector cell elements DE from top to bottom. The monitoring area UB is imaged (due to visible and / or invisible radiation) in such a way that the imaging AB lies in the plane of the detector area DB. The detector cell DE is correspondingly assigned to the imaging cell AZ.

Fig. 1 zeigt eine Detektorzelle DZx zur Zeit x beziehungsweise dieselbe Detektorzelle DZy zur Zeit y. Sie weist beispielhaft 6×6 Detektorzellelementen auf. In jedem Detektorzellelement DE₁₁, . . ., DE_mn ist ein Helligkeitswert (d. h. Strahlungsintensitätswert) H₁₁, . . ., H_ÿ, . . ., H_mn angegeben, der beispielsweise von 0 bis 100 schwanken kann (vergleiche Fig. 2 und 3). Die Helligkeitswerte einer Detektorzelle DZ bilden einen Satz von Helligkeitswerten. Die mittlere Helligkeit wird durch Addition der Hel ligkeitswerte über alle Detektorzellelemente DE einer Detektorzelle DZ ermittelt. Fig. 1 shows a detector cell DZx at time x and the same detector cell DZy y at the time. It has, for example, 6 × 6 detector cell elements. In each detector cell element DE₁₁,. . ., DE _mn is a brightness value (ie radiation intensity value) H₁₁,. . ., H _ÿ,. . ., H _mn specified, which can vary, for example, from 0 to 100 (see FIGS. 2 and 3). The brightness values of a detector cell DZ form a set of brightness values. The average brightness is determined by adding the brightness values over all detector cell elements DE of a detector cell DZ.

(i = 1, . . ., m; j = 1, . . ., n)(i = 1,..., m; j = 1,..., n)

Man erkennt sofort, daß eine andere Anordnung der auf die Detektorzellelemente abgebildeten Pixel (Bildpunkte) zu einer deutlichen Veränderung des Bildinhaltes führt, aber nicht zu einer Änderung der mittleren Helligkeit führen muß, wenn wie in Fig. 3 die Helligkeiten von Bildpunkten lediglich miteinander vertauscht sind. Man erkennt weiterhin, daß eine Multiplikation aller Helligkeitswerte mit einer Konstanten, z. B. mit k = 1,1 zu einer linearen Änderung der mittleren Helligkeit führt, was zum Beispiel durch einfache Beleuchtungsänderung hervorgerufen wird. Fig. 2 zeigt dafür ein Beispiel, bei dem die Helligkeitswerte zur Zeit y lediglich um geringe Beträge von 6 bis 9 gegenüber der Zeit x angehoben sind.It can be seen immediately that a different arrangement of the pixels (pixels) imaged on the detector cell elements leads to a clear change in the image content, but does not have to lead to a change in the average brightness if, as in FIG. 3, the brightnesses of pixels are only interchanged . It can also be seen that a multiplication of all brightness values by a constant, e.g. B. with k = 1.1 leads to a linear change in the average brightness, which is caused for example by a simple change in lighting. Figs. 2 shows one example in which the brightness values at the time y only by small amounts 6-9 versus time lifted x.

Besser lassen sich signifikante Änderungen entsprechend der Erfindung bei Nutzung-des Korrelationskoeffizienten erkennen. Der Korrelationskoeffizient ist definiert alsSignificant changes are better according to the Recognize invention when using the correlation coefficient. The correlation coefficient is defined as

wobei σ die Standardabweichung darstellt und x und y die unterschiedlichen Zeitpunkte angeben, zu denen die Detektorzellen betrachtet werden. Der Korrelationskoeffizient berücksichtigt die Lage der Detektorzellelement-Helligkeiten in der Detektorzelle, er gilt als ein Maß der Ähnlichkeit von örtlich unveränderten, aber zeitlich aufeinander folgenden Detektorzellelementen der Detektorzelle. Ist die Ähnlichkeit perfekt, so ist ρ_xy = 1; ist keinerlei Ähnlichkeit vorhanden, dann ist ρ_xy = 0. Globale Helligkeitsänderungen haben keinen Einfluß auf die Ähnlichkeit, der Korrelationskoeffizient ändert sich im Gegensatz zur mittleren Helligkeit nicht. Ein Umgruppieren der auf die Detektorzellelemente geworfenen Bildpunkte bei gleichbleibender mittlerer Helligkeit führt jedoch zu einer Änderung der Ahnlichkeit und hat eine signifikante Änderung des Korrelationskoeffizienten zur Folge. Die Nutzung dieser Mehrinformation vermeidet somit die oben genannten Einflüsse und dient als Basis für weitergehende Verfahren oder als alleiniges Meldekriterium.where σ represents the standard deviation and x and y indicate the different times at which the detector cells are viewed. The correlation coefficient takes into account the position of the detector cell element brightnesses in the detector cell; it is considered a measure of the similarity of locally unchanged but temporally successive detector cell elements of the detector cell. If the similarity is perfect, then ρ _xy = 1; if there is no similarity, then ρ _xy = 0. Global changes in brightness have no influence on the similarity, the correlation coefficient does not change in contrast to the average brightness. However, regrouping the pixels thrown onto the detector cell elements with the mean brightness remaining the same leads to a change in similarity and results in a significant change in the correlation coefficient. The use of this additional information thus avoids the influences mentioned above and serves as the basis for further procedures or as the sole reporting criterion.

Claims

1.Method for detecting changes in an imageable monitoring area (UB) with the aid of chronologically successive images (AB), each of which has a constant image cell (AZ) assigned to a detector cell (DZ) and a constant grid of detector cell elements ( DE) is scanned by the detector cell elements (DE) brightness values (H₁₁..., H _mn ) are measured in each case to the successive imaging cells (Az), so that sets of electrical brightness signals arise which are evaluated in order to Satisfying a predetermined criterion to issue a signal, characterized in that when evaluating the brightness values (H₁₁,..., H _mn ) of two successive sets, the correlation coefficient is formed and when the signal falls below a predetermined threshold, a signal is emitted to generate the Message signals is used.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the signal is used directly as a signal.

3. The method according to claim 1, characterized in that the signal serves as one of several signals used for Generation of the message signal can be used.

4. The method according to claim 1, characterized in that the brightness values (H₁₁, ..., H _mn ) are weighted differently before the formation of the correlation coefficient.

5. The method according to claim 1, characterized in that the Threshold for different detector cells (DZ) is different within a detector area.