DD289837A5 - Verfahren und anordnung zur automatischen erkennung der anzahl von personen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Erkennung der Anzahl von Personen in einer Personenschleuse zum Zwecke der Personenvereinzelung in automatischen Zugangskontrollsystemen. Ziel der Erfindung ist die Abloesung gewichtsmessender oder anderer Verfahren zur Feststellung der Personenzahl, deren nachtraeglicher Einbau in vorhandene Bausubstanz kompliziert oder nicht moeglich ist oder die nicht verschleisz- und wartungsfrei sind oder deren Erkennungssicherheit hohen Sicherheitsanforderungen nicht entspricht. Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Anordnung, die mit geringem bautechnischem Aufwand installierbar ist und eines Verfahrens, das beruehrungslos und mit hoher Zuverlaessigkeit die Personenanzahl in der Personenschleuse feststellt. Erfindungsgemaesz erfolgt durch eine an der Decke montierte elektronische Kamera, die mit einem Bildverarbeitungsrechner verbunden ist, die Beobachtung der Schleusenszene, aus deren Bildinhalt durch Analyse der Intensitaets-, Textur-, Form- und Struktureigenschaften Merkmale extrahiert werden, die zur Unterscheidung der Klassen "leer", "1 Person" und "1 Person" benutzt werden. Fig. 5{automatische Zugangskontrolle; Personenanzahl; Personenvereinzelung; Bildverarbeitung; Bildinhalt; Bildsignaleigenschaften; Merkmal; Merkmalextraktion; Klassifikation}

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgeblot der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur automatischen Erkennung der Anzahl von Personen in einer Personenschleuse zum Zwecke der Personenvereinzelung bei automatischen Zugangskontrollsystemen.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Zur lückenlosen Nachweisführung des Aufenthaltes von dazu berechtigten Personen In Sporrberelchen und zur Verhinderung der Mitnahme unberechtigter Personen oder von Gegenständen werden automatisch wirkende Personenvereinzelungseinrichtungen benutzt. Aus der DD-PS 169273 ist eine zweitürige Personenschleuse mit Wägeoinrichtung bekannt, bei der durch Gewichtsmessung und Vergleich mit dem individuellen Sollgewicht der passierenden Person festgestellt wird, ob sich eine oder mehr als eine Person in der Personenschleuse bofinden. Der Einbau von Wägeeinrichtungen in vorhandene Bausubstanz oder die projektmäßige Integration sind häufig aus bautochnischon Gründon nicht möglich. Andoro Zwangsvereinzelungsolnrichtungen wie Drehtüren oder Pendelschleusen erfreuen sich wegen ihrer Enge nur geringer Akzeptanz. Das dürfte auch auf die In dor DE-OS 2647061 beschriebene Personenschleuse zutreffen, bei der dlo Vereinzelung mit einer engen, an die menschliche Grobkonturenform angepaßten Idontifizlerungsnlsche orfolgt, in der die Körperform in einor erzwungenen Haltung durch Kontakte und optoelektronische Sensoren abgetastet wird und die so erhaltenen Daten und das gemessene Gewicht mit Solldaten verglichen werden.

Aus der DE-PS 3623792 ist eine Einrichtung zur Feststellung der Personenanzahl und deren Bewegungsrichtung Innorhalb eines zu überwachenden Raumes oder einer Schleuse zum Zwecke der Vereinzelung bekannt, bei der In besonderer Welso angeordnete IR-Sonsoron die Änderung der Umgebungstemperatur durch die Körporwärme der durchgehenden Personen feststellen. Nachteilig an diesem Verfahren ist die Abhängigkeit dos Sensorausgangsslgnales von dor Geschwindigkeit dor passierenden Personen, wodurch dio Anwondung dos Verfahrens für dio Personenverolnzolung mitlols Schlouso, In wolchor dlo Person zumindest bis zum Schlioßon der ersten Tür odor bis zum Abschluß der Identifikation durch beispielsweise blomotrischo Daten vorharren muß, nicht geeignet Ist.

Aue DE-OS 3509 241 ist weiterhin oin Verfahren ium optischen Bestimmen und/odor Lokalisieren eines Obioktos In Transport- und Handhabungevorrichtungen bekannt, das folgende wesentliche Morkmalo aufwolst:

- Erzeugung eines Difforenzblldos aus Umgebungebild mit Objekt und Umgobungsblld ohne Objekt (Referonzblld),

- Benutzung einer in bezug auf die Umgebung ortsfest installierten Kamora mit CCD-Matrlx als Bildempfänger. Nachtelle der erwähnten Lösung sind

- Notwendigkeit eines optisch strukturierton Umgebungshlntorgrundos,

- Notwendigkeit der Vorabspolchorung unterschiedlicher Objoktblldor,

- Notwendigkeit der Bildung des Roforonzbildes aus einer Violzahl von Umgobungsaufnahmon bei verschiedenen Lichtverhällnlsson,

- Notwendigkeit der Doklarlerung olnos zum Anglolch dor Holllgkolten von Umgobungsblld mit Objekt und Roforoniblld oriordof llchon, nicht vom Objokt vordockbaron Roferoniborolches.

Bekannt sind obenfeile Blldverarboltungssyetomo, z, B. zur Schriftzeichen· und Grafikorkonming, zur luftbildauswertung und zur medizinischen Diagnostik. Derartigo Systeme sind jodoch sohr kostspielig und für klolnoro Anwondungsfällo zu aufwendig und überdimensioniert.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung Ist die Ablösung gewichtsmessender oder anderer Verfahren zur Feststellung der Personenanzahl In einer Personenschleuse zur Personenvereinzelung durch ein Verfahren mit hoher Erkennungssicherheit sowie die Schaffung einer Anordnung, die verschleiß- und wartungsfrei ist und deren nachträglicher Einbau in vorhandene Bausubstanz ohne komplizierte und aufwendige Arbeiten möglich ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Feststellung der Anzahl der in einor Personenschleuse zur Personenvereinzelung befindlichen Personen zu schaffen. Das Verfahren soll mindestens dieselbe Erkennungssicherheit wie bekannte Wägeverfahren aufweisen. Zur Durchführung des Verfahrens soll eine berührungslos arbeitende Anordnung mit einer CCD-Matrix-Kamera, an deren optische Auflösung kein hoher Anspruch gestellt werden soll, und mit einem 8-bit-Bildverarbeitungsrechner geringer Leistung sowie mit geringem bautechnischem Aufwand bei der Installation einsetzbar sein. Weiterhin liegt die Aufgabe zugrunde, Akzeptanzprobleme der Benutzer, wie sie bei bekannten Personenvereinzelungseinrichtungen mit Drehtüren, Pendelschleusen oder Verulnzelungsnischen auftreten, durch großzügige Dimensionierung des Schleusenraumes auszuschließen. Ferner sollen an das Benutzerverhalten keine besonderen Anforderungen gestellt werden, wie bei einer bekannten, mit IR-Detoktoren arbeitenden Einrichtung zur Feststellung der Personenanzahl und deren Bewegungsrichtung, bei der eine bestimmte Durchgangsgeschwindigkeit eingehalten werden muß.

Erfindungsgemäß wird die von einer an der Decke der Schlouse installierten CCD-Matrix-Kamera beobachtete Schleusenszene in folgenden Verfahrensschritten ausgewertet:

Zuerst erfolgt die Aufnahme eines Referenzbildes (Bild der leeren Schleuse) so oft, bis dessen mittlere Helligkeit durch sukzessive Veränderung des Verstärkungswertes eines Videoverstärkers einen für die weitere Verarbeitung optimalen Wert erreicht hat. Danach wird das so erhaltene Referenzbild in einem Referenzbildspeicher gespeichert und Intensitäts· und Textureigenschaften des Bildinhaltes beschreibende Merkmale aus ihm extrahiert und als Referenzmerkmalo im Referenzmerkmalspeichor gespeichert.

Dazu erfolgt in einem ersten Verfahrensschritt die Nutzung der Intensitätseigenschaften durch Aufteilung der Bildfläche in Segmente beliebiger Form und Anzahl und Berechnung der auf die mittlere Bildhelligkeit HELL normierten mittleren Segmenthelligkeiten NHR_n nach Gl. (1):

NH ο ^H"

ⁿ HELL H_n = mittlere Segmenthelligkeit (1)

N η = 1 N = Anzahl der Segmonte

In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Textureigenschaften ausgewählter Bildsegmente ausgewertet. Sie widerspiegeln sich im Spektrum ihrer Bildsignale, sie sind aber auch im Nulldurchgangshistogramm oder in weiteror Vereinfachung in der Anzahl der Nulldurchgänge der Bildsignale enthalten (bei unipolaren Bildsignalen ist der mittlere Helligkeitswert des Bildsegmentos die Bezugslinie für die Zählung der Durchgänge). Die Nutzung der Toxtureigonschaften erfolgt ebenfalls durch Aufteilung der Bildfläche in Sogmente beliobigor Form und Anzahl und anschließende Zählung der Segmentnulldurchgänge NDR_n.

Nach der Gewinnung und Abspoichorung dos Roforonzbildos und dor Roferenzmorkmalo beginnt oln unendlich lango laufondor Zyklus, in welchem in periodischen Abständen Testbilder (Bildor dor realen Schlousenszono) aufgenommen und ausgowortot werden.

Zuerst werden wio bei der Roforonzmerkmalgowinnung dio normlorton Segmentholligkoiton NHT_n und Sogmontnulldurchgängo NDT_n do'i Testbildes bestimmt und dann in dem Klassifikator I die Klassifikation „loor"/„nicht loor" vorgonommon. Dioser orkonnt „loor", wonn alle Difforonzboträgo zwischen den Merkmalen NHT_n dos Testbildes und den ontsprochenden Referon.imorkmolon NHR_n klelnor als oin vorgegebener Holligkoitsschwollwert Sn sind und alle Difforonzboträgo zwlschon (lon Merkmalen NDT_n des Testbildes und don entsprochondon Roforonzmorkmalon NDR_n kloinor als oin Nulldurchgangsschwollwort S_Nsind(GI.(3l):

(V|NHTn-NHRn|<8_H) * (V|NDT_n~NDTn|<8_N) -> "leer" (3)

Bonet -> "nicht leer" (4)

Danach erfolgt dlo Entscheidung „1 Poreon"/_H> 1 Poreon". Dazu Ist aus olnor oxporlmontoll gewonnenen Wissensbasis oln Modell über dlo Abbildung «einer Poreon In dor Personenschleuse" zu orarbolton, dos Aussagen übor dlo Holllgkoltevertollung, und übor dio Orößo, Form und Struktur dor Abbildung trifft. Untor Elnbozlohung diosos Modolle worden durch Anolyso dor Intenftitets·, Form· und Strukturolgonechofton dos Blldlnhnltos kloselflilorbnro Morkmolo oxtrahlort.

Dabei laufen folgende Verfahrensschritte ab:

- Angleichung der mittleren Helligkeit des Testbildes durch arithmetische Operationen an die mittlere Helligkeit des Referenzbildes, um Einflüsse von Beleuchtungsänderungen in bestimmten Grenzen zu eliminieren. Ein vollständiger Helligkeitsangleich erfolgt nur, wenn der Klassifikator I „leer" erkennt, andernfalls wird der gespeicherte Helligkeitsdifferenzwert des letzten Helligkeitsangleiches bei leerer Schleuse als Korrekturwert benutzt.

- Gewinnung eines Differenzbildes durch pixelweise Subtraktion der Bildsignalwerte des Referenzbildes von denen des Testbildes.

- Erzeugung eines Schwarzweiß-Kontrastbildes durch Nullsetzen aller Pixel, deren Werte und Gradionton kleiner als vorgegebene Schwellwerte sind.

- Glättung der Konturen des Kontrastbildes und Eliminierung solcher Bildelemente, wie linienförmig angeordnete und weniger als drei zusammenhängende Pixel, die nicht der Modellvorstelluny entsprechen, durch Analyse der Nachbarschaftsbeziehungen.

- Analyse der Struktur des geglätteten Kontrastbildes mit dem Ziel der Soparierung selbständiger Teilmengen, dio einzelne Personen abbilden, ebenfalls durch Analyse der Nachbarschaftsbeziehungen.

Im Ergebnis dieser Verfahrensschritte entstehen die Merkmale .Anzahl der weißen Pixel" (AP) und . Anzahi der Teilmengen" (AM). Wenn der Klassifikator I »nicht leer" erkannt hat, wird der Klassifikator Il aktiviert. Er erkennt .1 Person", wenn AP kleiner als ein personengebundener, von den Körperabmessungen abhängiger Schwellwert S_f ist und AM = 1 ist:

(AP < Sp) & (AM = 1) = > JPorson" (5)

sonst = > „> 1 Perjon". (6)

AusfOhrungsbelsplel Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen Fig. 1: Flußdiagramm zur Darstellung der wesentlichsten Vorfahrensschritte, Fig. 2: Normierte Quadrantenhelligkeiten, Fig.3: Neun-Nachbarn-Beziehungen, Fig.4: Spezielle Nachbarschaftsbeziehungen als Beispiele, Fig. 5: das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung, Fig. 6: das Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 5.

1. Verfahrenssehritte

Erfindungsgemäß wird das Verfahren im Au&führungsbelspiel durch din im weiteren genannten, programmgesteuerten Schritte

realisiert. Zur Erläuterung dient Fig. 1. Es wird Bezug auf boreits im Wesen der Erfindung genannte Gleichungen (1M6)genommen.

1.1. Gewinnung von Referenzdaton

1.1.1. Aufnahme und Speicherung des Referenzbildes

Beim Einschalten der Anordnung oder während eines externen Kommendos zur Referenzauffrischung wird erwartet, daß die Personenschleuse leer ist, um ein Referenzbild aufzunehmen. Zur optimalen Helligkeitseinstellung wird aus der mittleren Helligkeit des aufgenommenen Bildes und einem Soll-Wert eine digital» Stellgröße bestimmt, dio don Verstärkungsfaktor olnos Videoverstärkers verändert. Bildaufnahme und Verstärkungsänderung werdon solange wiodorholt, bis die mittlere Bildhelligkeit den Soll-Wert hinreichend genau erreicht hat. Die Bildsignalwerte dieses letzten Bildos mit optimaler Helligkeit worden als Referenzbild gespeichert, und die Stellgröße wird bis zur nächsten Referenzaufirlschung festgehalten.

1.1.2. Extraktion von Referenzmerkmalen

Zur Merkmalextraktion werden Intensitäts- und Texturelgonschafton des Reforenzbildinhnltes benutzt, die zur Erkonnung

„leor"/„nicht leer" goeignet sind.

Aus den Intensitätselgonschaften worden die normierten Sogmenthelli(ikoiton NHR)-NHR₄ gemäß Gl. (1) bestimmt, dio durch Aufteilung der quadratischen Abbildungsfläche In Quadranten (Flg. 2) goblldet worden. Bei der Nutzung dor Toxturolgenschaften wird auf dio Zerlegung der Bildfläche In Segmente verzichtet. Als Elnzelmorkmal wird

die Anzahl dor Durchgänge NDR der Einhüllenden dor Pixolwerte dos gesamten Tostbildos durch die mittloro Holllgkolt gezählt.

Die Roferonzmorkmalo NHRi-NHR₄ und NDR worden für dio spätoro Bonutzung gospoichort.

1.2. Erkonnung der aktuollon Schlousonszeno

Nach der Gewinnung der Reioronzdaten beginnt ein endlosor, periodischer Zyklus von Tostblldaufnahmon (Bilder dor nktuollon Schlousontzone) und deren Auswertung

1.2.1. Erkennung „leerV.nlchtloor"

Entsprechend don unter Pkt. 1.1.2. genannten Verfahren werdon auch aus dom Testbild dio Merkmale normierte Sogmentholllgkolten NHTi-NHT₄ und die Anzahl dor Durchgänge NDT extrahiert. Ein Abstandsklasslfikatorerkonnt_Hleor^v,wonn all« Dlfferenzbeträgo zwischon don Morkmalon NHTrNHT₄ dos Tostblldes und don entsprechenden Roforonzmorkmolen NHRrNHR₄ kleiner al· ein vorgegoboner Holllgkollsschwflllwort Sm sind und dor Dlfforonzbetrag zwischen dom Merkmal NDT des Testbildos und dom Roforonzmorkmal NDR klolnor als ein Nulldurchganrjsschwollwort Sn Ist (Gl. |7|):

1.2.2. Helligkeitskorrektur

Eine Änderung der Beleuchtungsstärke, insbesondere durch wechselnden Tagoslichteinfall, beeinflußt die Werte der einzelnen Pixel etwa linear. Vor der Durchführung weiterer Verfahrensschritte ist eine Helligkeitskorrektur des Testbildes erforderlich. Zur Vermeidung von eigentlich erforderlichen Multiplikationen erfolgt die Korrektur einfach durch Subtraktion des Differenzwertes der mittleren Helligkeiten aus Test· und Referenzbild von jedem Pixelwert. Die Korrektur erfolgt nur dann in diesem Umfang, wenn ,leer" erkannt worden ist. Andernfalls wird der gespeicherte Differ6nzwert der letzten Korrektur, die bei „loer" erfolgte, zur Korrektur benutzt.

1.2.3. Erkennung ,1 Person"

1.2.3.1. Modell

Für die Unterscheidung „1 Person/> 1 Person" ist folgendes Modell aus einer experimented gewonnenen Wissensbasis abgeleitet worden:

- Der Körper einer stehenden Person wird von oben gesehen als helle Fläche mit vom Zentrum her abnehmender Helligkeit abgebildet.

- Die Fläche ist kompakt, d. h., das Verhältnis von größter zu kleinster Achse ist klein (u 2; 1).

- Helligkeit und Größe der Fläche sind von den Körpermaßen der Person, der Position In der Schleuse und vom Reflexionsvermögen der Kleidung abhängig.

- Die Ränder der Fläche sind nicht stetig.

- Außer der Abbildung des Körpers der Person werden in Abhängigkeit von der Position Schatton und Aufhellungen in der Umgebung gebildet.

- Mehrere in der Schleuse stehendo Personen mit genügend großem Abstand werden als getrennte) Flächen abgebildet.

- Dicht stehende Personen werden in einer Fläche mit ggf. nur einem Peak abgebildet, aber

• die Form weicht von der bei einer Person ab,

• die Größe übersteigt die für eine Person.

Für die Erkennung »1 Person" werden Merkmalo aus den Intonsitäts-, Form· und Struktureigenschaften des Differenzbildes unter Einbeziehung der Wissensbasis in den Schritten

- Bildung eines Kontrastbildes,

- Glättung der Konturen des Kontrasibildes und

- Strukturanalyse extrahiert und klassifiziert.

In den folgenden Punkten werden die für diese Schritte erforderlichen Funktionen abgeleitet.

1.2.3.2. Kontrastbilderzeugung

Die Aufgabe der Kontrastbilderzeugung Ist es, in dem aus Test- und Referenzbild durch pixolweise Subtraktion gewonnenen Differenzbild spitze Lichter, auch solche mit kleinen Amplituden, zu erfassen und ihnen den Wert 1 zuzuweisen und großflächigen Streulichtern mit kleinen Gradienten den Wert 0 zuzuweisen. Das Verfahren erfordert drei funktionell miteinander verbundene Schwellwerte:

Kontrastschwellwert KSW

oberer Kontrastschwellwert OKSW - h χ KSW h>1

Gradientenschwellwert GSW =gx KSW · g a 1 Für die Erzeugung des Kontrastbildes gelten die Bildungsregeln:

- Nullsetzen aller Pixelwerte y(m) < KSW:

y(m) < KSW = > y(m): = O (9)

- Nullsetzen aller Pixelwerte im Boreich KSW s y(m) < OKSW, deron Gradient < GSW ist:

(KSW s y(m) < OKSW) & grad{y(m)) < GSW - > y(m): = 0 (10)

- allen nicht nullgesetzten Pixelworten wird dor Wort 1 zugewiesen.

Die f.rrochnung des Gradienten erfolgt aus den Nachbarschaftsbozlohungon dos botrachtoten Abtastwortes y(m) zu seinen vlor (horizontalen und vertikalen) Nachbarn:

grad(y,j) - |y,,, - y i-1,)| + |y,,, - y,,, .|

+ lYi.i-Yi.i-il + IVi.i — V..I* ti W)

mlty,,| - y(m).

Die Betragnbildung Ist mathematisch unoxakt. Im Anwondungsfoll Ist slo abor gorochtfortlgt, um Poakos mit klolnon Worten nicht zu eliminieren. Abtastworton an don Bildendem wird dor Gradiont Null zugowloson.

1.2.3.3. Glöttung des Kontrattbildos

Zur Glättung der Konturon des Kontrastbildos und zur Ellminlorung nicht In dlo Modollvorstollung passender Dlldolomente, wlo einzelne oder doppelte Punkte und zu Union anolnandorgoroihto Punkte, wird oln Flltorvorfnhron olngosotzt. BoI zwoldlmenslonalon Objektsignaion in dor Bildorkonnung muß dor Flltoinlgorlthmus allo Nochbarn dos botrnchtoton Pixels oinbozlohon. Dio Minimalform analyslort dlo Noun-Nochbnrn-Ooilohung olnos Bildausschnlttos, bol dom dos botrnchtot Pixel χ im Mittelpunkt von noun benachbarten Pixoln + llogt (Flg.3).

Da das zu glättende Kontrastbild nur noch 1-Plxel und O-Pixel enthalt, vereinfacht sich das Filterproblem auf folgende Bildungsregeln:

- Ein 1-Pixel bleibt erhalten, wenn es mindestens zwei Nachbarn hat, die mit Ihm zusammen einen rechtwinkligen Tripel von 1-Pixeln bilden (Fig.4a), sonst wird es zu einem O-Pixel. Ein Tripel ist somit das kleinste zulässige Bildelement.

- Ein O-Pixel wird zu einem 1-Pixel, wenn es mindestens drei 1-Pixel als direkte horizontale und vertikale Nachbarn hat (Fig.4b). Wegen der Endlichkeit der Bildebene muß beachtet werden, daß die an den Rändern liegenden Pixel keine Nachbarn außerhalb der Bildebene besitzen.

In der Praxis hat es sich für die anschließende Strukturanalyse als zweckmäßig erwiesen, auf die Auffüllung von O-Pixeln zu verzichten, um die Strukturoigenschaften zu verstärken.

1.2.3.4. .Strukturanalyse

Das gefilterte Kontrastbild Ist das Ergebnis der Analyso der Intensität >· und Formeigenschaften des Bildinhaltes in Verbindung mit dor Wissensbasis über dio Schleusenszene. Die noch zu vollziehende Strukturanalyse hat festzustellen, wie groß die Anzahl der isolierbaren Teilmengen der gesamten 1-Pixelmenge ist.

Zur Isolierung der Teilmengen wird auch hier wieder die Neun-Nachbarn-Beziehung des betrachteten 1 -Pixels zu den folgenden benachbarten Pixeln benutzt (s. Fig.3):

oberer linker Nachbar => OLN, oberer Nachbar = ON,

Oberer rechter Nachbar » ORN, rechter Nachbar « RN,

unterer rechter Nachbar = URN, unterer Nachbar »UN,

unterer linker Nachbar « ULN, linker Nachbar = LN.

Zur Lösung des Problems müssen zwei Läufe erfolgen, einer mit steigenden Pixeladressen und der zweite als Rückwärtslauf mit fallenden Adressen.

Es gelten folgende Bildungsregoln für den ersten Lauf:

- Besitzt ein 1-Pixel keine in der notierten Reihenfolge zu prüfenden Nachbarschaftsbeziehungen (s. Fig. 3)

ORN & RN vON & ORN VON & OLN ν LN,

dann wird

• ein zu Beginn dor Analyse auf Null gesetzter Zeiger Incromentiert,

• das 1 -Pixel der vom Zeiger angezeigten Teilmenge zugeordnet.

- Besitzt ein 1-Pixel wenigstens eine der Nachbarschaftsbeziehungen, dann wird

• das 1-Pixel dor Toilmenge zugeordnet, der die beteiligten Nachbarn angehören,

• der Zeiger nicht Incrementiert

Für den zweiten Lauf gilt:

- Das zuerst gefundende 1-Pixel stellt den Zeiger auf seine Mengennummor ein.

- Ist ein 1-Pixel einer andaren Teilmenge zugeordnet, als der Zeiger angibt, dann werden die Nachbarschaftsbeziehungen (s. Fig.3) In der notierten Reihenfolge

LN & ULN ν UN & ULN ν UN & URN v RN.

betrachtet.

• Bositzt das 1-Pixol wenigstens eine dieser Beziehungen, dann wird es der Teilmenge dieser Nachbern zugeordnet,

• ist keine dieser Nachbarschaftsbeziehungen vorhanden, dann behält das 1 -Pixel seine Mongonnummor, und der Zeiger wird auf diese eingestellt.

1.2.3.5. Klassifikation

Als Merkmale stehen die .Anzahl der woißen Pixel" (AP) dos geglätteten Kontrastbildos und die .Anzahl der Toilmongon" (AM) aus der Strukturanalyse zur Verfügung. Das Merkmal AP wird benötigt, um die Sicherheit des Systems zu erhöhen. Wenn AM « 1 Ist, aber AP den individuellen Schwellwert Sp übersteigt, befinden sich In der Personenschleuse mindestens zwei Personen, die sich zur Täuschung des Systoms dicht aneinandorschmiogon. DIo Klassifikation erfolgt gomäß QIn, (5) und (Θ).

2. Hardwarelösung

In Fig. 5 Ist das Blockschaltbild dor erfindungsgemäßen Anordnung angegeben. Die oloktronischo Kamora 11st über den regelbaren Videoverstärker 2 mit dom Bildverarboitungsrochnor 3 vorbundon, der übor die Rückkopplungsleitung ST don Videoverstärker 2 stouert sowlo das porsononabhänglge Schwollwortsignal Sp erhält und die Signale .loer",. 1 Person" und „> 1 Person" nach außon abgibt. Der Blldvorarboltungsrechnor 3 bostoht aus mohroron Funktlonagruppen. Dor Ausgang dos Videoverstärkers 2 ist mit einem Analysator β sowlo dem Roforonzbildspolcher 4 vorbundon. Der Analysator 6 stouort übor dlo Rückkopplungsleitung ST den Videoverstärker 2 und erhält ein Referonzbild vom Refereniblldspelchor 4. Dor Analysator β Ist wolterhin mit einem Reforenzmerkmalspolchor 6 sowlo über die Olgnalloltungon NHT_n und NDT_n mit olnom Klaiaifikator 17 verbunden, der mit dom Referenzmorkmalspolchor B In Vorbindung steht. Dor Klaoslfikator 17 »tollt ein Signal „leor" iur extornen Auswertung bereit. Weiterhin gibt er Intern ein Signal „nicht leer" an einen Klasslflkator HB ab, der vom Analysator 6 die Morkmole AP und AM und von außon das porsononabhänglgo Schwollwortsignal Sp orhfllt. Dor Klasslflkator Il β stellt dlo Slgnalo .1 Porton" und „> 1 Person" zur oxtornon Auswertung borolt.

In Flg. β Ist eine bevorzugte Aueführungsform dor orflndungsgomäßon Anordnung dargostollt. Woitoro Ausführungsformon mit don dom Fachmann bokannton «qulvolonton Mitteln sind möglich.

Dor Bildempfänger der Malrlxkemora 11st olno CCD-Matrlx 11 vom Typ L216C mit 04 Zöllen und 16 Spalten, wovon 10 Im Zontrum llogondo Zollen genutzt worden. DIo gonutzto lichtempfindliche Fläche dor CCD-Motrlx 11 botrAgt 0,8 x O₁B mm'. Auf Ihr IstdieSchleueonurundllKchovonca. 1,5 χ 1,6m¹ In etwa Im Höhe abzubilden. An das Objektiv lOdorMatrlx-Kamera 1 wordon aufgrund des oxtromon Q'ößonvorhHltnlstos von CCD-Matrlx 11 und Schlousongoomotrlo ungewöhnliche Bedingungen

gestellt. Es muß eine sehr kurze Brennweite und einen großen Aufnahmewinkel haben. Da Abbildungsfehler, wie

Bildverzeichnung und Anastigmatismus, wegen des bei der Bildauswertung angewendeten Differenzbildverfahrens keine

wesentliche qualitütsbestimmende Rolle spielen, wird ein empirisch aus den Linsen eines handelsüblichen Türsplons undweiterer drei Linsen konstruiertes Objektiv 10 benutzt. Zur Grundeinstellung der für die CCD-Matrix 11 optimalen Lichtmengewerden Graufilter unterschiedlicher Dichten benutzt. Die Feineinstellung erfolgt mit zwei gegeneinander verdrehbaren

Polarisationsfiltern. Der Taktgenerator 12 erzeugt neben den sechs zur Steuerung der CCD-Matrix 11 erforderlichen Takten weitere Takte zur Steuerung des Videoverstärkers 13, das ADU 14 und des Eingaberegisters 15. Am Videoausgang der CCD-Matrix 11 erscheinen synchron zum Horizontaltakt Rechtecksignale mit einer Amplitude von 3 V„,

auf deren positivem Dach sich die eigentlichen Bildpunktinformationen (3 Takte Dunkelreferenz, 1 Leertakt und 16 Takte

Bildinhalt) mit einer Aussteuerung von max. 10OmV₁₁ befinden. Aufgaben des Videoverstärkers 13 sind

- Festhalten der Dunkelreferenz, wenn der Dunkelreferenztakt TDR aktiv ist,

- Abtrennen der Bildinformation vom Signalgemisch mit der festgehaltenen Dunkelreferenz als Nullbezugswert,

- Verstärken und Festhalten der Bildpunktsignale für die Dauer eines Horizontaltaktes als Eingangsspannung VID für den ADU14.

Zur Anpassung des Videosignales an den Eingangsspannungsbereich des ADU14 (max. 10 V) ist der Verstärkungsfaktor* des Videoverstärkers 13 in 16 Stufen digital mit dem 4-bit-Slgnal ST im Verhältnis 1:4,4 einstellbar. Damit wird die Regelung der

mittleren Helligkeit des Videosignales durch den Bildverarbeitungsrechner 3 ermöglicht.

Der Bildverarbeitungsrechner 3 ist vorzugsweise ein Einplatinenrechner, bestehend aus den dargestellten Grundulemonton CPU 16 (U880), 8Kbyte-EPROM 18,2-Kbyte-RAM 17, SIO 20 (U556), Eingaberegister 15, Ausgaberegistcr 19, ADU14 (C571) und

weiteren, nicht dargestellten Schaltkreisen zur Adreßdekodierung, Systemtaktorzeugung und Zwischenspeicherung des

ADU-Ausgangssignales und der Takte BAN (Bildanfang) und PIX (Pixelwert gültig). Der ADU14 beginnt nach Eintreffen des Startsignalos TADU mit der Analog-Digital-Umsetzung des während dor Umsetzdaucr

festgehaltenen Videosignales in ein 8-bit-Wort, den Pixelwert. Nach abgeschlossener Umsetzung (ca. 30ms) wird das Signal PIXerzeugt. Das Steuerprogramm, welches dieses Signal über das Eingaberegister 15 ständig abfragt, übernimmt daraufhin den

Pixelwert in den RAM 17 und löscht das Signal PIX. Dieser Vorgang wird durch den ebenfalls vom Steuerprogramm abgefragten Bildanfangstakt BAN gestartet und 2B6mal je Bild ausgeführt. Wegen der im Verhältnis zur projektierten maximalen Auslesefrequenz der CCD-Matrix 11 von 5MHz (Horizontaltakt) sehr niedrigen tatsächlichen Auslesefrequenz von 17,8kHz Ist das Dunkelstromrauschen groß. Zur Verringerung seines Einflusses wird aus vier aufeinanderfolgenden Bildern ein Mittolwertbild

gebildet, dessen höherwertige fünf Bit verwertbar sind.

Zur Kommunikation mit dem Rechner der Personenschleuse werden das Eingaberegister 15 bzw. Ausgaberegister 19 bonutzt. Die für den Klassifikator 118 erforderlichen persönlichen Körpermaße sind in dem 2-bit-Wert Sp kodiert. Ausgangssignale der Klassifikatoren sind „loor", „1 Person" und „> 1 Person". Der SlO-Schaltkreis 20 gestattet die Kommunikation des Bildverarboitungsrechners 3 mit dem Rechner dor Personenschleuse

über eine serielle (IFSS-)Schnittstelle mit den Signalen Sendedatnd Festprogrammen für Inbetriebnahme und Test derAnordnung.

Das erfindungsgemäße Verfahren garantiert eine sichere Feststellung der Anwesenheit koiner, einer oder mehrerer Porsonon in

einer Personenschleuse. Es erfordert weder Hochleistungsrechentechnik noch hochauflösende Bildaufnahmetechnik. Mit dererfindungsgemäßen Anordnung ist die Durchführung des Verfahrens auf unkomplizierte Art und Weise möglich. Die Anordnungerfordert keine komplizierten Baumaßnahmen und ist auch nachträglich in bereits vorhandene Porsononschiousen oinbaubar.

Der Hardwareaufwand ist relativ gering und erfordert keine Spozialschaltkreise. Damit wurdo eine ökonomisch günstige Realisierung zur Persononveroinzoiung geschaffen.

Claims (10)

1. Verfahren zur automatischen Erkennung der Anzahl von Personen in einer Personenschleuse durch Aufnahme der bildlichen Szene mit einer fest an der Decke der Schleuse installierten elektronischen Kamera, deren digitalisierte Bildsignale von einem Bildverarbeitungsrechner

a) einmalig als Referenzbild der leeren Schleuse und

b) periodisch als Testbild der aktuellen Schleusenszene gespeichert werden, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Testbild und dem aus Test- und Referenzbild errechneten Differenzbild Merkmale extrahiert und in die Klassen „leer", „1 Person" und „> 1 Person" klassifiziert werden, wobei zuerst zur Erkennung „leer"/„nicht leer" die Merkmale „normierte Segmenthelligkeiten" (NH_n) und „Segmentnulldurchgänge" (ND_n) durch Analyse der Intensitätsund Textureigenschaften aus Referenz- und Testbild von einem Analysator (6) extrahiert und von einem Klassifikator I (7) verarbeitet werden, und danach zur Erkennung „1 Person"/„> 1 Person" aus dem Differenzbild durch Analyse der Intensitäts-, Form- und Struktureigenschaften des Differenzbildinhaltes unter Einbeziehung eines wissensbasiert entwickelten Modells über eine oder mehr als eine Person in der Schleuse die Merkmale „Anzahl der weißen Pixel" (AP) und „Anzahl der Teilmengen" (AM) im Analysator (6) extrahiert und von einem Klassifikator Il (8) verarbeitet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Extraktion der Merkmale „ normierte Segmenthelligkeiten" (NH_n) das Abbildungsfeld in mehrere beliebig geformte, etwa gleich große Segmente, vorzugsweise aber in vier Quadranten aufgeteilt wird, deren mittlere Helligkeiten mit der mittleren Helligkeit des gesamten Bildes normiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Extraktion der Merkmale „Segmentnulldurchgänge" (ND_n) das Abbildungsfeld in mehrere beliebig geformte, etwa gleich große Segmente, vorzugsweise aber in vier Quadranten aufgeteilt wird und die Anzahl der Polaritätswechsel der in einer vorgegebenen Reihenfolge aufgerufenen Pixelwerte der Segmente bezüglich der mittleren Heiligkeiten der betreffenden Segmente gezählt wird.

4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung „leor"/„nicht leer" der Klassifikator I (7) die Beträge der Differenzen der Merkmale „normierte Segmenthelligkeiten" (NH_n) und „Segmentnulldurchgänge" (ND_n) des aktuellen Testbildes und der im Referenzmerkmalopeicher (5) abgespeicherten entsprechenden Merkmale des Referenzbildes berechnet und beim Überschreiten vorgegebener Schwellwerte die Entscheidung „nicht leer" trifft.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Verfahrensschritten

- Erzeugung eines Schwarzweiß-Kontrastbiltit» 3 unter Nutzung der Werte und Gradienten der Differenzbildsignale,

- Glättung der Konturen und Eliminierung von nicht dem Modell entsprechenden Bildelementen des Kontrastbildes

aus den Intensitäts- und Formeigenschaften der Bildsignale das Merkmal „Anzahl der weißen Pixel" (AP), das Umfang und Größe eines oder mehr als eines Objektes in der Schleuse beschreibt, extrahiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den Struktureigenschaften der Bildsignale im Verfahrensschritt

- Analyse der Struktur des geglätteten Kontrastbildes und Separierung von Teilmengen

das Merkmal „Anzahl der Teilmengen" (AM), das die Anzahl isoliert in der Schleuse befindlicher Objekte beschreibt, extrahiert wird.

7. Verfahren nech Ansprüchen 1,5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Klassifikator Il (8) nur dann aktiviert wird, wenn der Klassifikator I (7) das Ergebnis „nicht leer" klassifiziert und dann die Entscheidung „1 Pereon" trifft, wenn AM gleich 1 und AP kleiner aloein personengebundener, extern zugeführter Schwellwert Sp Ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß boi der Aufnahme des Referenzblldos der Verstärkungsfaktor des Videoverstärkers (2) durch Auswertung dor mittleren Helligkeit der Bildsignale im Analysator (6) durch eine Stellgröße (ST) so eingestellt und bis zur nächsten Referenzbildaufnahme festgehalten wird, daß die Bildsignale für die weitere Verarbeitung optimale Werte annehmen,

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Helligkeit der Bildsignale der periodisch aufgenommenen Testbilder durch arithmetische Operationen im Analysator (6) an die mittlere Helligkeit des Referenzbildes angeglichen wird, um Einflüsse von Beleuchtungsänderungen in bestimmten Grenzen zu eliminieren, wobei der vollständige Helligkeitsangleich nur bei leerer Schleuse erfolgt und andernfalls der gespeicherte Differenzwert der letzten Korrektur bei leerer Schleuse zum Helligkeitsangleich benutzt wird.

10. Anordnung zur automatischen Erkennung der Anzahl von Personen, dadurch gekennzeichnet, daßzur Abtastung der Schleusenszene eine elektronische Kamera (1) mit geringen Anforderungen an das Auflösungsvermögen, z. B. eine CCD-Matrix-Kamera mit 16 x 1 δ Pixeln, eingesetzt wird, die über den regelbaren Videoverstärker (2) mit dem Referenzbildspeicher (4) und mit dem Analysator (6) verbunden ist, der durch eine Rückkopplungsleitung (ST) zur Verstärkungsregelung mit dem Videoverstärker (2) verbunden ist, daß der Referenzbildspeicher (4) mit dem Analysator (6) zum Zwecke der Differenzbilderzeugung verbunden ist, dessen Ausgänge mit dem Referenzmerkmalspeicher (5), der mit dem Klassifikator I (7) zur Klassifikation „leer"/„nicht leer" verbunden ist, sowie mit dem Klassifikator I (7) und dem Klassifikator Il (8) verbunden ist, der je eine Verbindung zum Ausgang „nicht leer" des Klassifikators I (7) und zum Schwellwerteingang (Sp) besitzt und die Entscheidung „1 Person'7„> 1 Person" trifft.