CH695123A5 - Einrichtung und Verfahren für die automatische Detektion von einem Objekt und/oder einer Person durch Bildsignalverarbeitung. - Google Patents

Description

  



   Technisches Gebiet  



   Das Fachgebiet der Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren  für die automatische Detek-tion von einem Objekt und/oder einer Person  durch Bildsignalverarbeitung in einem Durchgangsbereich entsprechend  den unabhängigen Ansprüchen.  Stand der Technik  



   Das Patent US-A-5 121 201 beschreibt eine mög-liche Lösung der Bildsignalverarbeitung,  welche in -einer bestimmten Umgebung die Anzahl der Personen ermittelt.  Als Basis der Bildverarbeitung wird hier das differentielle Bildsignal  in ein Binärsignal umgewandelt. Der Verarbeitungsprozess wird dabei  nicht von Licht-, Farb- oder Kontrastunterschieden der aufzunehmenden  Bilder beeinflusst. Um die Anzahl der Personen festzulegen, sucht  ein Algorithmus in den Bildsignalen nach einer vordefinierten, ovalen  Pixelform, welche einer Silhouette einer Person entspricht. Die Kamera  muss exakt vertikal nach unten gerichtet und in der Mitte der Decke  installiert werden, um diese silhouettenartige Form der Personen  aufnehmen zu können. 



   Die vorliegende Erfindung benützt zwar ähnliche Algorithmen zur Bestimmung  der wichtigen Überwachungsparameter, aber sie ermittelt zusätzlich  noch Objekte jeglicher Form und Grösse, die sich in der zu überwachenden  Schleuse befinden. Das Bildsignalverarbeitungssystem ermittelt automatisch  die Anzahl der Personen und Objekte anhand der farblichen Kontraste  und Konturen jeglicher Intensität und Form, die durch die speziell  verwendete Einrichtung des Bodens und der Wände entstehen. Es werden  z.B. keine vordefinierten Konturen in den Bildern gesucht, welche  auf eine oder mehrere Personen schliessen würden. 



   Das Patent US-A-5 953 055 schlägt eine Methode vor, mit der man eine  Personenschlange erkennt, analysiert und abzählen kann. Das System  besteht aus einer kompletten Videokameraausrüstung, einer Frame-Grabber-Einheit  und einer Datenverarbeitungseinheit. Die Bildsignaldaten werden mit  bestimmten Algorithmen berechnet, welche im Patent beschrieben sind.                                                           



   Die vorliegende Erfindung hat ähnliche Bildver-arbeitungsalgorithmen,  aber das System verwendet einen bestimmten farblichen Hintergrund,  welcher variierende farbliche Kontraste und Formen benützt, um so  die Ermittlung der auftretenden Konturen der Personen und Objekte  zu perfektionieren und zu garantieren. 



   Das Patent US-A-5 298 697 besteht aus mehreren Bildaufnahmeeinheiten,  welche unterschiedliche, sich überlappende Bildabschnitte aufnehmen.  Die Anzahl der Personen wird mit Hilfe von Koeffizienten ermittelt,  welche wiederum aus dem prozentualen Anteil der Überlappungsflächen  berechnet werden. 



     Im Vergleich zu diesem Patent, verwendet die vorliegende Erfindung  ähnliche Algorithmen zur Bestimmung der Anzahl der Personen und Objekte.  Diese neue Lösung ermittelt neben der Anzahl der Personen aber auch  die Anzahl der Objekte, die sich im Schleusenraum befinden. Die Ermittlung  der Anzahl der Personen basiert hier lediglich auf der zusätz-lichen  Einrichtung des Bodens und der Wände, welche aus farblichen Kontrasten  und Konturen jeglicher Intensität und Form bestehen. 



   Die bereits bestehenden Lösungen an Bildverarbeitungssystemen zur  Bestimmung der Anzahl der Personen oder Objekte sind mit mehreren  folgenden Nachteilen auf dem Gebiet der Sicherheit behaftet. -  Die meisten Sicherheits- und Überwachungssys-teme für Schleuseneinrichtungen  in Räumlichkeiten, wie z.B. Gebäuden, Schalterhallen, Sicherheitstrakten  oder Personenaufzugshallen etc., überprüfen lediglich die Zutrittsberechtigung  in den Sicherheitsbereich. Nach dieser Kontrolle wird dann meistens  der Schleusenbereich nicht mehr überwacht, und wenn, dann nur mit  einem gewöhnlichen Video-Überwachungssystem beobachtet.

   Dadurch können  weder zusätzliche nicht autorisierte Personen, die unerlaubt in den  Schleusenbereich gelangen, noch hinterlassene, eventuell sogar gefährliche  Objekte, entdeckt werden. - Andere geläufige Sicherheitsschleusen  bestehen aus zwei oder mehreren Schwingtüren, werden mechanisch betrieben  und können nicht in bereits gegebene Örtlichkeiten installiert werden.  Ein grosser Anteil dieser Schleusen überprüft dabei das Innere nur  auf metallische Gegenstände oder ermittelt mit einer aufwendigen  Gewichtsanalyse, ob sich eine zweite Person im inneren Bereich befindet.  - Die Kontrolle einer Sicherheitsschleuse mittels eines Bildverarbeitungssystems,  welches automatisch die Anzahl der Personen und Objekte ermittelt  und gegebenenfalls Alarm auslöst, ist eine innovative Idee und wurde  bisher auch schon eingesetzt.

   Diese In-novation basiert auf der Tatsache,  dass der Mensch nur durch seine eigenen Augen die Anwesenheit von  Personen und Objekten "sieht" und diese dadurch je nach Inhalt der  Informationen verarbeiten kann. Ein scharfes und farblich kontrastreiches  Sehen optimiert den Informationsgehalt möglicherweise um das 100-fache.  Aber ohne die Präsenz eines kontrastreichen Hintergrunds, um die  Objekte auf eine sichere Art vom Hintergrund zu unterscheiden, ist  die Detektion der Objekte nicht sicher genug. Ist der Hintergrund  grau und ist die Person grau gekleidet, so ist es möglich, dass sie  nicht detektiert wird. 



   Generell liegen keine patentierten Bildverarbeitungssysteme zur Bestimmung  der Anzahl von Personen oder Objekten vor, die sich eines farblich  kontrastreichen Hintergrundes bedienen, der speziell für diesen Grund  in den Hintergrund des Sichtfelds der Bildaufnahmeeinheit angebracht  wurde.  Zusammenfassung der Erfindung  



   Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung und ein  Verfahren für die automatische Detektion von Objekten und/oder Personen  durch Bildsignalverarbeitung in einem Durchgangsbereich bereitzustellen,  welches die Objekte und/oder Personen schneller und zuverlässiger  erkennt. 



   Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.                                                         



   Die hier vorgeschlagene Einrichtung beschreibt also ein Bildverarbeitungssystem,  welches den Schleuseninnenraum einer Zutrittskontrolle oder eines  anderen Zutrittsdurchgangs mit einem oder mehreren Bildaufnahmegeräte  überwacht und durch die Kontraste, Farbvariationen und Belichtungsintensitäten  der aufgenommenen Bildsignale automatisch die Anzahl der Personen  und Objekte detektiert. Das System zeichnet sich dadurch aus, dass  im Blickfeld der Kamera ein spezieller Hintergrund eingerichtet ist,  welcher starke Kontraste in sich und zur Um-gebung aufweisen muss  und der auch farblich ausgestaltet sein kann. Dieser spezielle Hintergrund  kann auf dem Boden oder/und an den Wänden der Schleuse angebracht  sein. Dabei kann das Muster des Hintergrunds aus regelmässigen Strukturen  bestehen, sowie auch abstrakte Zeichnungen aufweisen.

   Dies erleichtert  die Detektion der Objekte durch die Bildsignalverarbeitung. Für die  Objektdetektion arbeitet das Bildverarbeitungssystem mit mehreren  gängigen Algorithmen, wobei die frequentielle Bild-analyse der ausschlaggebende  Algorithmus ist. 



   Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.  Kurze Beschreibung der Figuren  



   Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren näher erläutert,  wobei zeigen:      Fig. 1 Mögliche Art der Implementierung der  Erfindung mit einer Videokamera und einem PC für die Bildsignalverarbeitung,     Fig. 2 Darstellung einer automatischen Zutrittskontrolle mit  einer Schleuse und dem kontrastreichen Hintergrund und     Fig.  3 Darstellung der Sequenz, um durch die Schleuse in einen kontrollierten  Raum zu kommen.  



   Unterschiedliche Figuren bezeichnen gleiche Elemente unterschiedlich.  Detaillierte Beschreibung der Erfindung  



   Die in diesem Dokument vorgeschlagene Erfindung beschreibt eine Einrichtung,  welche automatisch die Personen und Objekte in einer Schleuse detektieren  kann. Mit einer gewöhnlichen Zutrittskontrolle (einfache manuelle  Identitätskontrolle mit Überwachungspersonal, Kartenkontrolle, biometrische  Kontrolle, etc.) erhält die Person Zugang in die Schleuse. In der  Schleuse werden mit einem Bildaufnahmegerät Bilder aufgenommen, und  diese dann mit einer Rechnerein   heit verarbeitet. Aus den Resultaten  der Bildsignalverarbeitung kann man schliessen, ob eine oder mehrere  Personen in der Schleuse präsent sind. Um die Detektion der Personen  und Objekte mit der Bildsignalverarbeitung zu vereinfachen, wird  der Hintergrund des Sichtfelds mit einem speziellen kontrastreichen  oder/und farbreichen Muster versehen.

   Das Muster kann beispielsweise  ein Schachbrettmuster sein, aber auch andere geometrische und sich  nicht wieder-holende Muster mit starkem Kontrast sind denkbar. 



   Das vollautomatische Erkennen von Personen und Objekten mit einem  Bildverarbeitungssystem, welches die hier vorgeschlagene Hintergründe  des Bodens und/oder der Wände anwendet, hat im Vergleich zu den bisher  bekannten Systemen folgende entscheidende Vorteile: - Die Kamera  "sieht" die Anzahl der Personen und Objekte, bevor sie ein gewöhnliches  System (z.B. Gewichtsanalysesystem, Metallortungssystem, Infrarot-  oder Ultraschallsystem) hätte ermitteln können. Selbst Bildverarbeitungssysteme  gleicher Art, die aber ohne kontrastreichen Hintergrund arbeiten,  benötigen ein Vielfaches mehr an Zeit für die Ermittlung der Parameter.

    Die neue Lösung überprüft den Schleusenraum innerhalb 60 ms auf Personen  und Objekte. - An das Zutrittskontroll- oder/und Überwachungssystem  angeschlossen, erreicht das hier vorgeschlagene Patent die maximale  Sicherheit, die für solche Sicherheitsanwendungen benötigt wird.  - Die Innovation, einen kontrastreichen Hintergrund auf dem Boden  und an den Wänden anzubringen, oder für bereits existierende Bildverarbeitungssysteme  hinzuzufügen, garantiert ein hochsicheres, effektives Schleusenüberwachungssystem.  - Jegliche Veränderungen der Kameraposition und deren Einstellungen  werden vom System automatisch erkannt und als Alarm weitergegeben.                                                             



   Die hier vorgelegte Innovation als Lösung der gestellten Aufgabe  beinhaltet gemäss dem Patentanspruch 1 das Einrichten eines kontrastreichen  Hintergrunds, welcher auch farblich ausgestaltet sein kann, um die  Konturen und Kontraste der aufgenommenen Bilder zu optimieren. In  der Fig. 1 wird eine mögliche Realisierung der Erfindung vereinfacht  dargestellt. Die Innovation, einen farblich kontrastreichen Hintergrund  jeglicher Struktur 1 zu verwenden, ermöglicht dem Bildverarbeitungssystem,  die Konturen der zu überprüfenden Person 2 oder Objekt fehlerfrei  zu ermitteln. Der kontrastreiche Hintergrund wird in diesem Beispiel  mit einem Teppich realisiert, welcher ein schachbrettartiges Muster  aufweist. Meistens wird eine Kamera 3, gegebenenfalls mehrere, an  der Decke zentral befestigt. Diese gibt die aufgenommene Information  4 an die Bildverarbeitungseinheit 5 weiter.

   Diese Bildverarbeitungseinheit  5 kann beispielsweise ein PC sein. Dort werden die Anzahl der Personen  und Objekte ermittelt und ungewöhnliche Verhaltensweisen oder auffällige  Bewegungen in der Schleuse werden erkannt. Die Rechnereinheit gibt  bei Vorliegen einer Sicherheitsverletzung einen Alarm an das angeschlossene  globale Sicherheitssystem 6 weiter. Gleichzeitig kann auch das Videobild  der Kamera an das örtliche Videoüberwachungssystem übertragen werden.                                                          



     Die Fig. 2 zeigt die Bausteine einer gewöhnlichen Sicherheitsschleuse.  Die Sicherheitsschleuse 3 trennt einen Zutrittsbereich oder Zutrittsraum  1 von einem Sicherheitsbereich 2. Durch die Zutrittskontrolltüren  4 und 5 wird den Personen der Eintritt bzw. das Verlassen des Sicherheitsbereiches  ermöglicht. Es können natürlich auch mehrere Sicherheitsbereiche  durch die Schleuse erreicht werden. Hat die Person 8 die Schleuse  betreten, so beginnt nach Verriegeln der Türe die automatische Überprüfung  auf Anzahl der Personen oder verdächtige Objekte. Wird der Person  weiterer Zugang gewährleistet, so prüft das System 7 den Schleusenbereich  auf hinterlassene oder vergessene Objekte 9. Abhängig von Qualität  und Auflösung der Kamera, können Objekte bis zur Grösse eines 5-Mark-Stückes  erkannt werden. Je nach Situation schlägt das System Alarm.

   Die Einrichtung  des kontrastreichen Hintergrundes 6 an Boden und Wänden 10 im zu  kontrollierenden Bereich garantiert ein exaktes Ergebnis. 



   In einem Ausführungsbeispiel besteht der Durchgangs- oder Schleusenbereich  aus einer Fahrstuhlkabine, in welcher Personen detektiert werden,  wobei bei geschlossener Fahrstuhltüre die Bilder aus dem Bildaufnahmegerät  ausgewertet werden, um die Personen automatisch zu detektieren. In  diesem Ausführungsbeispiel ist das Bildaufnahmegerät im Innern des  Fahrstuhls angebracht und der Zutritt von Personen auf bestimmte  Etagen wird kontrolliert. Der kontrastreiche Hintergrund ist dabei  auf dem Boden und/oder auf den Wänden des Fahrstuhls angebracht. 



   Der kontrastreiche Hintergrund, entsprechend einer vorteilhaften  Ausführungsform der Erfindung, kann aus einem für Menschen nicht  sichtbaren Muster bestehen, welches aber für das Bildaufnahmegerät  mit einer speziellen Beleuchtung, wie nahes Infrarot- oder Ultraviolettlicht,  sichtbar ist. Der kontrastreiche Hintergrund kann mit einer fluoreszierenden  Farbe oder mit einem Teppich oder Wandtapeten realisiert werden.  Es ist ebenso denkbar, dass der kontrastreiche Hintergrund mit einfachen  Klebestreifen an die Wände und am Boden realisiert wird, dessen Farbe  oder Grauton sich von den Wänden und/oder dem Boden unterscheidet.                                                             



   In der Fig. 3 wird ein Durchgangsszenario einer autorisierten Person  dargestellt. Nach Betreten der Person in den Schleusenbereich und  nach dem Schliessen der Eintrittstür beginnt die Überprüfung des  Schleusenraumes. Während der Überprüfung werden alle Türen blockiert  und im Falle eines Verstosses kann die Person nur durch die Tür die  Schleuse verlassen, aus der sie gekommen ist.

Claims (10)

1. Einrichtung für die automatische Detektion von einem Objekt und/oder einer Person durch Bildsignalverarbeitung in einem Durchgangsbereich, - wobei die Einrichtung aus mindestens einem Bildaufnahmegerät und einem kontrastreichen Hintergrund, der in der Sichtfläche des mindestens einen Bildaufnahmegeräts angebracht ist, besteht, - wobei sich das zu detektierende Objekt und/oder die zu detektierende Person zwischen dem mindestens einen Bildaufnahmegerät und dem kontrastreichen Hintergrund befinden und - wobei die Bilder des mindestens einen Bildaufnahmegeräts mit einer Recheneinheit auswertbar sind, um das Objekt und/oder die Person automatisch zu detektieren.

2.

Einrichtung gemäss Anspruch 1, in welcher der Durchgangsbereich für die Detektion von Personen aus einer Schleuse besteht, - welche aus einer oder mehreren Eingangstüren und einer oder mehreren Ausgangstüren besteht, - wobei mit der Schleuse der Zutritt von Personen kontrollierbar ist und wobei das mindestens eine Bildaufnahmegerät im Innern der Schleuse angebracht ist und von oben auf den Boden der Schleuse hinunterschaut und - wobei der kontrastreiche Hintergrund auf dem Boden und/oder auf den Wänden der Schleuse angebracht ist.

3.

Einrichtung gemäss Anspruch 1, in welcher der Durchgangsbereich für die Detektion von Personen mit einer Fahrstuhlkabine realisiert ist, - wobei bei geschlossener Fahrstuhltüre die Bilder aus dem Bildaufnahmegerät auswertbar sind, um die Personen automatisch zu detektieren, - wobei mit dem Fahrstuhl der Zutritt von Personen auf bestimmte Etagen kontrollierbar ist, - wobei das Bildaufnahmegerät dabei im Innern des Fahrstuhls angebracht ist und - wobei der kontrastreiche Hintergrund dabei auf dem Boden und/oder auf den Wänden des Fahrstuhls angebracht ist.

4. Einrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 3, in welcher mit der Einrichtung die Anzahl der Personen in dem Durchgangsbereich bestimmbar ist.

5. Einrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, in welcher der kontrastreiche Hintergrund farblich ausgestaltet ist.

6.

Einrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, in welcher der kontrastreiche Hintergrund aus einem für Menschen nicht sichtbaren Muster besteht, welches aber für das Bildaufnahmegerät mit einer speziellen Beleuchtung sichtbar ist, wie nahes Infrarot- oder Ultraviolettlicht.

7. Einrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, in welcher der kontrastreiche Hintergrund mit einer fluoreszierenden Farbe realisiert ist.

8. Einrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, in welcher der kontrastreiche Hintergrund mit einem Teppich oder Wandtapeten realisiert ist.

9. Einrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, in welcher der kontrastreiche Hintergrund mit einfachen Klebestreifen an den Wänden und am Boden realisiert ist, deren Farbe oder Grauton sich von den Wänden und/oder dem Boden unterscheidet.

10.

Verfahren zur automatischen Detektion von einem Objekt und/oder einer Person durch Bildsignalverarbeitung in einem Durchgangsbereich mit einer Einrichtung gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, - wobei sich das zu detektierende Objekt und/oder die zu detektierende Person zwischen dem mindestens einen Bildaufnahmegerät und dem kontrastreichen Hintergrund bewegen und - wobei die Bilder des mindestens einen Bildaufnahmegeräts mit einer Recheneinheit ausgewertet werden, um das Objekt und/oder die Person automatisch zu detektieren.