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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer
Kamera, eine Einrichtung, eine Kameraanordnung, ein Computerprogramm
und ein Computerprogrammprodukt.
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Stand der Technik
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Hervorgerufen
durch das steigende Bedürfnis
an Sicherheit werden an öffentlichen
Orten und im Bereich des Objektschutzes immer mehr Überwachungskameras
installiert. Oftmals ist diesen Überwachungskameras
eine Bildverarbeitung (BV) nachgeschaltet, die dazu ausgebildet
ist, Bilder der Überwachungskameras
automatisch auszuwerten. Die Bildverarbeitung besteht in der Regel
aus Modulen, die eine Objektdetektion, eine Klassifikation der Objekte
sowie ein Objekttracking durchführen.
Allerdings weisen derartige Module zur Bildverarbeitung nur eine
geringe Adaptionsfähigkeit
von Bildverarbeitungsalgorithmen auf.
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Die
Druckschrift
WO 02/13513
A1 zeigt ein Verfahren und eine Einrichtung zur externen
Kalibrierung einer Kamera über
eine grafische Benutzerschnittstelle. Eine Repräsentation eines Gebiets, in dem
die Kamera zum Einsatz kommt, sowie Kalibrierungsinformationen zu
Kalibrierungspunkten des Gebiets werden durch die grafische Benutzerschnittstelle
dargestellt. Die Kalibrierungsinformationen zu den Kalibrierungspunkten
werden über
die grafische Benutzerschnittstelle durch Befehle, die eine Position der
Kamera identifizieren, eingegeben. Eine externe Kalibrierung inkl.
einer Kamerapositionierung wird auf Grundlage der Kalibrierungsinformationen
und der Kalibrierungspunkte berechnet.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben mindestens einer
Kamera, bei dem eine Position der mindestens einen Kamera bestimmt
wird und zur Bildverarbeitung Informationen über eine ausgehend von der
Position zu beobachtenden Szene bereitgestellt werden.
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In
Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Informationen aus dem Internet
bereitgestellt werden, wobei relevante Seiten aus dem Internet,
die die Position der Szene sowie eine dort zu erwartende und/oder
herrschende Witterung berücksichtigen, ausgewertet
werden. Insbesondere aufgrund der bereitgestellten Informationen
ist es auch möglich,
dass berücksichtigt
wird, mit welcher Wahrscheinlichkeit welche Objekte von der Kamera
in der Szene zu beobachten sind. Falls von der mindestens einen
Kamera eine Straße
beobachtet wird, so sind als zu beobachtende Objekte in der Regel
Fahrzeuge und Fußgänger zu
erwarten. Beobachtet die mindestens eine Kamera eine Szene in einem
Gebäude,
so sind als zu beobachtende Objekte zwar Fußgänger aber keine Fahrzeuge zu
erwarten.
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Außerdem kann
mit dem Verfahren die mindestens eine Kamera innerhalb einer Kameraanordnung,
die mehrere Kameras umfasst, registriert werden. Mit einer derartigen
Registrierung ist die Position mehrerer Kameras zueinander zu bestimmen.
Somit ist auch eine Bildverarbeitung der Kameras aufeinander abzustimmen,
so dass die Kameras insbesondere durch eine Einrichtung, die zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
ausgebildet ist, derart gesteuert und eingestellt werden, dass bspw.
ein besonders großflächiges Szenario
beobachtet werden kann.
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Da
die Kameras regelmäßig mehrere
verschiedene Szenen beobachten, kann aufgrund der Registrierung
ein gesamtes, durch die Kameras der Kameraanordnung zu beobachtendes
Szenario, das sämtliche
Szenen umfasst, berücksichtigt
werden. Somit ist es bspw. möglich,
ein Objekt, dass sich durch mehrere Szenen bewegt, durchgängig zu
beobachten.
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Unter
Berücksichtigung
mindestens eines der voranstehend genannten Aspekte kann ein Szenemodell
und somit eine Modellvorstellung der von einer Kamera zu beobachtenden Szene
sowie eines Szenarios, das von mehreren Kameras beobachtet wird,
bereitgestellt werden.
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Die
erfindungsgemäße Einrichtung
für eine Kameraanordnung
mit mindestens einer Kamera weist mindestens ein Modul auf und ist
dazu ausgebildet, eine Position der mindestens einen Kamera zu bestimmen
und Informationen über
eine ausgehend von dieser Position zu beobachtenden Szene bereitzustellen.
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Es
ist vorgesehen, dass das mindestens eine Modul als GPS-Empfangseinrichtung
und/oder als elektronischer Kompass ausgebildet ist. Somit sind Informationen
des satellitengestützten
Systems zur weltweiten Positionsbestimmung (GPS) bereitstellbar.
Die Informationen zur Position können
allgemein durch Satellitennavigation, üblicherweise ein sog. Global
Navigation Satellite System (GNSS), bspw. auch das europäische Satellitennavigationssystem Galileo,
bereitgestellt werden. Es ist allerdings auch ein Einsatz anderer
geeigneter Sensoreinrichtungen zur Navigation und/oder Positionsbestimmung
oder von WLAN denkbar. Das mindestens eine Modul ist des weiteren
zur Bereitstellung und Auswertung von Informationen aus dem Internet
oder Worlwide Web (WWW) ausgebildet. Mit der Einrichtung oder dem zumindest
einen Modul der Einrichtung können
verschiedene Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt werden.
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Mit
der Einrichtung kann die mindestens eine Kamera, die ortsgebunden
und insbesondere beweglich oder ortsungebunden ist, gesteuert werden.
Dies umfasst bspw., dass die video- und/oder fototechnischen Parameter,
bspw. Segmentierungsstrategie, Belichtungszeit, Farbkorrektur und
dergleichen, zur Einstellung der Kamera unter Berücksichtigung
der Witterung und bei tageszeitabhängiger Helligkeit bzw. Dunkelheit
gesteuert werden. Falls eine Position, insbesondere eine Ausrichtung,
der mindestens einen Kamera bspw. elektromechanisch manipuliert werden
kann, ist dies ebenfalls durch die Einrichtung möglich. So können mehrere Kameras hinsichtlich
ihrer Position sowie ihrer Ausrichtung zueinander derart abgestimmt
werden, dass Überschneidungen
einzelner Szenen, die sich gegenseitig ergänzen, genutzt oder alternativ
vermieden werden.
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Die
erfindungsgemäße Kameraanordnung weist
mindestens eine Kamera und mindestens ein Modul auf, wobei das mindestens
eine Modul dazu ausgebildet ist, eine Position der mindestens einen Kamera
zu ermitteln und Informationen über
eine ausgehend von dieser Position zu beobachtenden Szene bereitzustellen.
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Diese
Kameraanordnung kann somit auch mindestens eine erfindungsgemäße Einrichtung
aufweisen und zur Durchführung
von Schritten des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeignet sein.
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Die
Erfindung betrifft zudem ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln
zur Durchführung
aller Schritte eines erläuterten
Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer
entsprechenden Recheneinheit, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Einrichtung,
ausgeführt wird.
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Das
erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt
mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind,
ist zur Durchführung
aller Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet,
wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden
Recheneinheit, insbesondere in einer beschriebenen Einrichtung,
ausgeführt
wird.
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Mit
der Erfindung wird der installierten Kamera bzw. Überwachungskamera
eine "Vorstellung
einer Umgebung",
in der sie installiert und somit aufgehängt oder aufgestellt ist, vermittelt.
Dies erfolgt in Ausgestaltung durch die Verwendung folgender Module:
einem GPS-Empfänger,
einem elektronischen Kompass, einem Modul zur Bereitstellung eines
Zugriffs auf das Internet, was bspw. mittels WLAN oder drahtgebunden
erfolgt, sowie einem Modul zur Auswertung von wichtigen Internetseiten,
bspw. Google-Earth, in denen Land- und Stadtpläne oder Luftaufnahmen bereitgestellt
werden. Mit der Erfindung werden der Kamera Informationen über die
observierte Szene oder eine observierte Umgebung durch die Positionsermittlung
und durch den Abgleich der Informationen mit dem Wissen über die
Umgebung, das aus dem Internet stammt, bereitgestellt. Durch die Lagebestimmung
mittels GPS und dem Kompass kann die Position und Blickrichtung
der Kamera bezüglich
der Umgebung ermittelt werden. Diese Position kann mit Kartenmaterial
aus dem Internet, bspw. aus Google-Map oder von dem Geodatenserver Ruhrgebiet,
abgeglichen werden.
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Somit
werden der Kamera Informationen über
die observierte Szene vermittelt, wobei herausgefunden werden kann,
ob die Kamera ein Waldgebiet, eine Straßenszene oder eine Wohngegend
mit Häusern
observiert. Folglich lässt
sich ermitteln, welche Objekte in der Szene am wahrscheinlichsten
auftauchen. So sind in einer Waldgegend Tiere mit großer Wahrscheinlichkeit
zu beobachten, wohingegen es eher unwahrscheinlich ist, Kraftfahrzeuge
zu erfassen.
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In
weiterer Ausgestaltung können
aus dem Internet das aktuelle Wetter sowie Wetterprognosen entnommen
werden. Dies ermöglicht
den Einsatz spezieller Module bei der Bildverarbeitung. Bei derartigen
Modulen handelt es sich bspw. um einen Schattendetektor, der bei
sonnigem Wetter einzusetzen ist, sowie einem lichtdetektierenden
Modul, das bei Niederschlag, also Regen oder Schnee, oder bei entsprechendem
Wetter eingesetzt wird. Einer Wetterseite im Internet können zusätzlich auch
Informationen über
die Windrichtung und Windstärke
entnommen werden. Diese können
zur Prognose von Blatt- und Astbewegungen verwendet werden.
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Durch
die Positionsbestimmung via GPS und Kompass kann zudem der Sonnenlauf
prädiziert
werden, so dass sich die Bildverarbeitung auf den Sonnenstand und
insgesamt allgemein die Helligkeit einstellen kann.
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Auf
Grundlage der Kenntnis der Szene, also z.B. der Kenntnis über die
Position der Strassen und Häuser,
können
Aktivitätsmuster
prädiziert
werden. Die Registrierung von Kameras der Kameraanordnung bzw. einem
Kameranetzwerk ist bei der Realisierung der Erfindung möglich. Hierbei
hat die Registrierung zur Folge, dass die Lage mehrerer Kameras zueinander
bekannt ist. Somit ist es möglich,
Objekte über
mehrere Kameras zeitgleich über
ein größeres Gebiet
hinweg zu verfolgen.
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Da
in Zukunft immer mehr Gebiete auch mit 3D-Daten versehen sein werden,
wobei in zugehörigen
3D-Plänen
die Lage und die Größe von Gebäuden dreidimensional
und maßstabsgetreu
eingezeichnet sind, wird mit Hilfe dieser 3D-Daten als bereitgestellte
Informationen die automatische Einstellung und somit Kalibrierung
von Kameras möglich.
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Für den Betreiber
einer großen
Zahl von Kameras wird es stark vereinfacht, den Überblick über die installierten Kameras
zu behalten. Ferner kann auf einfache Weise kontrolliert werden,
ob alle relevanten zu beobachtenden Bereiche durch Kameras zu observieren
sind. Durch den Abgleich mit der Karteninformation wird dann üblicherweise
herausgefunden, ob sich die Kamera potentiell in einem Gebäude befindet.
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Insgesamt
führt der
Einsatz des vorgeschlagenen Verfahrens zu robusteren Algorithmen
sowie zu einer Modellvorstellung bzw. einem Szenemodell für die observierte
Szene. Diese Modellvorstellung der observierten Szene kann dann
mit Hilfe der Bildverarbeitung verifiziert und verfeinert werden.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der
Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsformen
in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer Kamera mit einer Einrichtung in schematischer Darstellung.
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2 zeigt
eine Luftbildaufnahme und einen Ausschnitt eines Stadtplans.
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3 zeigt
in schematischer Darstellung eine Ausführungsform einer Kameraanordnung
und eine zweite Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Einrichtung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die
in 1 in schematischer Darstellung gezeigte Ausführungsform
einer Kamera 2 umfasst ein erstes Modul 4 zur
Aufnahme und Digitalisierung von Bildern einer durch die Kamera 2 zu
beobachtenden Szene. Ein zweites Modul 6 umfasst eine Short-Term-Bildverarbeitung,
die Bilder der Kamera 2 auswertet und bewegte Objekte detektiert.
Zudem klassifiziert das zweite Modul 6 diese Objekte und führt ein
Tracking durch. Eine Vielzahl derartiger Bewegungsinformationen
wird in ein drittes Modul 8 zur Long-Term-Bildverarbeitung übergeben,
das aus typischen Mustern in einem vierten Modul 10 ein
Szenemodell erlernt. Das Szenemodell enthält dann nach einer Lernphase
typische Bewegungstrajektorien, Verdeckungskarten, so wie z.B. Angaben über die
Lage der Kamera im Raum usw. Die Aufgabe des Szenemodells ist es,
die Ereignisse des zweiten Moduls 6 zur Short-Term-Bildverarbeitung
insbesondere hinsichtlich einer damit verbundenen Robustheit der Kamera 2 zu
verbessern. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass Verdeckungen vorhergesehen
oder Bewegungen von Objekten prädiziert
werden.
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Als
weitere Informationsquelle weist die Kamera ein fünftes Modul 12 zur
Internetauswertung auf. Dieses fünfte
Modul 12 hat über
eine drahtlose oder drahtgebundene Schnittstelle 14 eine
Verbindung zum Internet 13, wobei die Schnittstelle 14 in der
vorliegenden Ausführungsform über ein
sog. Transmission Control Protocol-Internet Protocol (TCP-IP) realisiert
ist. Hierzu sich jedoch auch andere Netzprotokolle, wie bspw. UDP,
einsetzbar. Das fünfte
Modul 12 ist dazu ausgebildet, aktuelle Informationen aus
dem Internet 13 automatisch abzurufen. Über ein GPS- und Kompass-Modul 16 wird
eine Position der Kamera 2 bestimmt und mit Geo-Informationen
aus dem Internet 13 abgeglichen. Hieraus leitet das fünfte Modul 12 eine
Modellvorstellung von der beobachteten Szene ab und übergibt
diese an das Szenenmodell. Dem Szenemodell im vierten Modul 10 werden
somit zusätzliche
Informationen über benachbarte
Strukturen, wie bspw. Häuser,
Bäume, Strassen
und dergleichen, bereitgestellt (gebogener Pfeil 15). Das
Szenemodell ist zudem dazu ausgebildet, derartige Informationen
mit einem bereits gelernten Modell zu verbinden. Weitere Informationen,
die das fünfte
Modul 12 und das Szenemodell gemeinsam erzeugen, sind die
aktuellen Wetterbedingungen unter Verwendung von Wetterdiensten
aus dem Internet 13, der Lauf der Sonne und damit verbundene
Schattenwirkungen für
die Kamera 2, Vorhersagen von Blatt- und Astbewegungen
durch Berücksichtigung
der Windstärke,
bspw. über Wetterdienste aus
dem Internet 13, sowie wahrscheinliche Objekte in der beobachteten
Szene.
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Die
vorliegende Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung
ist somit in der Kamera 2 angeordnet und weist zumindest
die Module 10, 12, 14 und 16 auf.
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2 zeigt
ein Beispiel für
eine Zusammenarbeit von GPS, Kompass und Geo-Daten aus dem Internet.
Dabei zeigt 2 links eine schematische Luftbildaufnahme 20 und
rechts einen Ausschnitt aus einem Stadtplan 22 der Stadt
Duisburg. Die beiden angenommenen Überwachungskameras 24, 26 sowie
deren Sichtbereiche sind in 2 markiert.
Da der Geodatenserver sowohl Luftbilder 20, in diesem Fall
Satellitenbilder, als auch Stadtpläne 22 bereithält, können die
Kameras 24, 26 in beiden Bildern eingezeichnet
werden, nachdem die Kameras 24, 26 über GPS
und Kompass ihre jeweilige Position melden. Insbesondere aus dem
Stadtplan lässt
sich dann auf einfache Weise automatisch ermitteln, dass die erste
Kamera 26 auf eine Kreuzungsszene und die zweite Kamera 24 überwiegend
auf ein Waldgebiet ausgerichtet ist. Hieraus lassen sich automatisch geeignete
Modi für
die beiden Kameras 24, 26 ermitteln.
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Die Überwachungseinheit
bzw. Einrichtung zur Betreiben mindestens einer Kamera muss nicht, wie
in 1 dargestellt, zwangsläufig in einem Gehäuse der
Kamera 2 integriert sein. Auch eine räumlich getrennte Anordnung
der einzelnen Module ist vorstellbar.
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Ein
Beispiel für
eine Kameraordnung mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung 36 ist
in 3 dargestellt. Dabei umfasst eine Kameraanordnung 28 eine
erste Kamera 30 und eine zweite Kamera 32, die
zum Beobachten einer Szene 34 ausgebildet sind. Außerdem umfasst
die Kameraanordnung 28 die Einrichtung 36 mit
dem mindestens einen Modul 38, das zur Bestimmung der jeweiligen
Position der Kameras 30, 32 ausgebildet ist. Dabei
werden den Kameras 30, 32 zur gemeinsamen, synergetischen
Bildverarbeitung von der Einrichtung 36 Informationen über die
ausgehend von der jeweiligen Position zu beobachtenden Szene 34 bereitgestellt.
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Eine
Kommunikation zum Informationsaustausch erfolgt zwischen der ersten
Kamera 30 und der Einrichtung 36 über eine
Leitung 40. Außerdem weist
die Einrichtung 36 eine Antenne 42 auf, mit der die
Einrichtung 36 mit der zweiten Kamera 32, die ebenfalls
eine Antenne 44 aufweist, drahtlos kommuniziert. Außerdem baut
die Einrichtung 36 in dieser Ausführungsform über die Antenne 42 zur
Bereitstellung von Informationen über die Szene 34 eine
geeignete Verbindung zum Internet auf.