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.
Technical area
The field of the invention relates to a device and a method for the automatic detection of an object and / or a person by image signal processing in a passage area according to the independent claims. State of the art
The patent US-A-5 121 201 describes a possible solution of the image signal processing, which determines the number of persons in a given environment. As the basis of the image processing here, the differential image signal is converted into a binary signal. The processing process is not affected by light, color or contrast differences of the images to be recorded. In order to determine the number of persons, an algorithm looks in the image signals for a predefined, oval pixel shape, which corresponds to a silhouette of a person. The camera must be positioned exactly vertically downwards and installed in the middle of the ceiling in order to be able to record this silhouetted form of the persons.
Although the present invention uses similar algorithms to determine the important monitoring parameters, it also determines objects of any shape and size that are in the lock to be monitored. The image signal processing system automatically determines the number of people and objects based on the color contrasts and contours of any intensity and shape created by the specific floor and wall decoration. There are e.g. no predefined contours were searched in the images, which would close to one or more people.
The patent US-A-5 953 055 proposes a method by which a person queue can be recognized, analyzed and counted. The system consists of a complete video camera equipment, a frame grabber unit and a data processing unit. The image signal data is calculated using certain algorithms described in the patent.
The present invention has similar image processing algorithms, but the system uses a particular color background that uses varying color contrasts and shapes to perfect and guarantee the detection of the contours of people and objects.
The patent US-A-5 298 697 consists of several image pickup units which receive different overlapping image sections. The number of persons is determined by means of coefficients, which in turn are calculated from the percentage of overlapping areas.
Compared to this patent, the present invention uses similar algorithms to determine the number of people and objects. In addition to the number of persons, this new solution also determines the number of objects in the lock room. The determination of the number of persons is based here only on the additional establishment of the floor and the walls, which consist of color contrasts and contours of any intensity and shape.
The existing solutions to image processing systems for determining the number of persons or objects have several following disadvantages in the field of security. - Most security and surveillance systems for lock facilities in premises, such as Buildings, ticket halls, security areas or elevator halls, etc., only check the access authorization in the security area. After this check, most of the time, the lock area is no longer monitored, and if so, then observed only with a standard video surveillance system.
As a result, neither additional unauthorized persons who enter the lock area without permission, nor even left behind, possibly even dangerous, objects can be detected. - Other common security locks consist of two or more swing doors, are mechanically operated and can not be installed in existing locations. A large proportion of these locks checked the interior only on metallic objects or determined with a complex weight analysis, whether a second person is located in the inner area. - The control of a security lock by means of an image processing system, which automatically determines the number of people and objects and possibly trigger an alarm, is an innovative idea and has been used so far.
This innovation is based on the fact that the human being can "see" the presence of persons and objects only through his own eyes and thereby process them according to the content of the information. Sharp and high-contrast vision may optimize the information content by a factor of 100. But without the presence of a high-contrast background to distinguish the objects in a safe way from the background, the detection of the objects is not secure enough. If the background is gray and the person is dressed in gray, it is possible that it will not be detected.
Generally, there are no patented image processing systems for determining the number of people or objects that use a high contrast background that has been specifically placed in the background of the field of view of the image capture unit for this reason. Summary of the invention
It is an object of the present invention to provide a device and a method for the automatic detection of objects and / or persons by image signal processing in a passage area, which recognizes the objects and / or people faster and more reliable.
The object is solved by the features of the independent claims.
The device proposed here thus describes an image processing system which monitors the lock interior of an access control or another access passage with one or more image recording devices and automatically detects the number of people and objects through the contrasts, color variations and exposure intensities of the recorded image signals. The system is characterized by the fact that in the field of vision of the camera, a special background is set up, which must have strong contrasts in itself and to the environment and which can also be designed in color. This special background can be placed on the floor and / or on the walls of the lock. The pattern of the background can consist of regular structures as well as abstract drawings.
This facilitates the detection of the objects by the image signal processing. For object detection, the image processing system uses several common algorithms, with frequent image analysis being the dominant algorithm.
Further embodiments are given in the dependent claims. Brief description of the figures
The invention will be explained in more detail with reference to the appended figures, in which: FIG. 1 shows a possible implementation of the invention with a video camera and a PC for image signal processing, FIG. 2 shows an automatic access control with a lock and the high-contrast background, and FIG Presentation of the sequence to get through the lock into a controlled space.
Different figures designate the same elements differently. Detailed description of the invention
The invention proposed in this document describes a device which can automatically detect the persons and objects in a lock. With a normal access control (simple manual identity control with monitoring personnel, card control, biometric control, etc.) the person gets access to the lock. In the lock images are taken with an image capture device, and then processed with a computer unit. From the results of the image signal processing, one can conclude whether one or more persons are present in the lock. In order to simplify the detection of the persons and objects with the image signal processing, the background of the field of view is provided with a special high-contrast or / and color-rich pattern.
For example, the pattern may be a checkerboard pattern, but other geometric and non-repeating high contrast patterns are also conceivable.
The fully automatic recognition of persons and objects with an image processing system, which applies the backgrounds of the floor and / or the walls proposed here, has the following decisive advantages in comparison to the previously known systems: The camera "sees" the number of persons and objects before it could have detected a common system (eg weight analysis system, metal locating system, infrared or ultrasound system). Even image processing systems of the same kind, but working without a high-contrast background, require much more time for the determination of the parameters.
The new solution checks the lock room within 60 ms for people and objects. - Connected to the access control and / or monitoring system, the patent proposed here achieves the maximum security required for such security applications. - The innovation of installing a high contrast background on the floor and walls, or adding it to existing vision systems, guarantees a highly secure, effective lock monitoring system. - Any changes in the camera position and their settings are automatically detected by the system and passed on as an alarm.
The innovation presented here as a solution to the stated problem includes according to claim 1 the establishment of a high-contrast background, which can also be designed in color to optimize the contours and contrasts of the recorded images. In Fig. 1, a possible realization of the invention is shown in simplified form. The innovation of using a contrasting background of any structure 1 allows the image processing system to accurately identify the contours of the subject 2 or object being inspected. The high-contrast background is realized in this example with a carpet, which has a checkerboard-like pattern. Mostly, a camera 3, possibly several, centrally attached to the ceiling. This transmits the recorded information 4 to the image processing unit 5.
This image processing unit 5 may be a PC, for example. There, the number of people and objects are determined and unusual behaviors or conspicuous movements in the lock are detected. The computer unit gives an alarm to the connected global security system 6 in the event of a security breach. At the same time, the video image of the camera can also be transmitted to the local video surveillance system.
Fig. 2 shows the components of an ordinary security lock. The security lock 3 separates an access area or access room 1 from a security area 2. The access control doors 4 and 5 enable the persons to enter or leave the security area. Of course, several security areas can be reached through the lock. If the person 8 has entered the lock, after locking the door, the automatic check on number of persons or suspicious objects begins. If the person is granted further access, the system 7 checks the lock area for objects left behind or forgotten 9. Depending on the quality and resolution of the camera, objects up to the size of a 5-mark piece can be detected. Depending on the situation, the system sounds an alarm.
The establishment of the high-contrast background 6 on the floor and walls 10 in the area to be controlled guarantees an exact result.
In one embodiment, the passage or lock area consists of an elevator car in which persons are detected, the images being read out of the image recording device when the elevator door is closed in order to automatically detect the persons. In this embodiment, the image pickup device is mounted inside the elevator and the access of persons to certain floors is controlled. The high-contrast background is placed on the floor and / or on the walls of the elevator.
The high-contrast background, according to an advantageous embodiment of the invention, may consist of a pattern invisible to humans but which is visible to the imaging device with special illumination, such as near infrared or ultraviolet light. The high-contrast background can be realized with a fluorescent paint or with a carpet or wall-mounted wallpaper. It is also conceivable that the high-contrast background is realized with simple adhesive strips on the walls and on the floor, the color or gray tone of which differs from the walls and / or the floor.
FIG. 3 shows a transit scenario of an authorized person. After entering the person in the lock area and after closing the entrance door, the inspection of the lock room begins. During the check all doors are blocked and in case of a violation, the person can only leave the lock from the door from which they came.