DE102006053286A1 - Verfahren zur Detektion von bewegungsauffälligen Bildbereichen, Vorrichtung sowie Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Detektion von bewegungsauffälligen Bildbereichen, Vorrichtung sowie Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Videoüberwachungssysteme dienen dazu, Bereiche, wie zum Beispiel Straßen, Bahnhöfe, Industrieanlagen, Gebäude oder öffentliche Plätze, mit Videokameras zu überwachen und anhand von den mit den Videokameras aufgenommenen Bildsequenzen Auffälligkeiten in den überwachten Bereichen zu entdecken. Es wird ein Verfahren zur Detektion von bewegungsauffälligen Bildbereichen 13 in einer Bildersequenz von einer Szene sowie eine entsprechende Vorrichtung bzw. Computerprogramm vorgeschlagen, wobei ein aktuelles optisches Flussfeld 11 in der Bildersequenz berechnet wird, welches Bewegungsvektoren 12, 13 von Bildbereichen der Szene umfasst, wobei ein optisches Hauptflussfeld 9 bestimmt wird, welches Hauptflussrichtungen 10 von Bildbereichen der Szene umfasst, und wobei aus Bildbereichen der Szene, deren Bewegungsvektoren 13 abweichend zu den Hauptflussrichtungen 10 ausgerichtet sind, ein Gegenfluss 14 mit Bewegungsvektoren 13 von bewegungsauffälligen Bildbereichen gebildet wird.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion von bewegungsauffälligen Bildbereichen in einer Bildsequenz von einer Szene, eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des genannten Verfahrens, sowie ein entsprechendes Computerprogramm. Videoüberwachungssysteme dienen dazu, Bereiche, wie zum Beispiel Straßen, Bahnhöfe, Industrieanlagen, Gebäude oder öffentliche Plätze mit Videokameras zu überwachen und anhand von den mit den Videokameras aufgenommenen Bildersequenzen, Auffälligkeiten in den überwachten Bereichen zu entdecken.
  • Während zu früheren Zeiten die Auswertung der Bildersequenzen meist von geschultem Überwachungspersonal durchgeführt wurde, wird diese Überwachungstätigkeit immer mehr von Computern entweder übernommen oder zumindest unterstützt. Die Computer setzen dabei Bildverarbeitungsalgorithmen zur automatisierten Auswertung von Bildersequenzen ein. Ein üblicher Ansatz zur Extraktion von bewegten Objekten in einer überwachten Szene ist es, bewegte Objekte vom – im wesentlichen statischen – Szenenhintergrund zu trennen, über die Zeit zu verfolgen und bei relevanten Bewegungsmustern Alarme auszulösen. Typischerweise werden für die Objektsegmentierung, insbesondere im Rahmen der Detektion des Objekts in einer Bildersequenz, die Bildunterschiede zwischen einem aktuellen Kamerabild und einem sogenannten Szenenreferenzbild, welches den statischen Szenenhintergrund modelliert, ausgewertet. Derartige Bildverarbeitungsalgorithmen sind beispielsweise in dem wissenschaftlichen Artikel von K. Toyama, J. Krumm, B. Brumitt, B. Meyers: „Wallflower: Principles and Proctice of Backgroung Maintainance" in ICCV 1999, Korfu, Griechenland beschrieben.
  • Aus anderen Bereichen der Bildverarbeitung, nämlich der Kompression von Videodaten, ist die Verwendung des sogenannten optischen Flusses bekannt. Zum Beispiel definiert die Druckschrift WO 2005/006762A2 den optischen Fluss als die Verteilung von Bewegungsgeschwindigkeiten von Helligkeitsmustern in einem Bild und verwendet den optischen Fluss, um die Kompression in Videodatenströme zu verbessern. Hinweise auf Objektdetektion oder -verfolgung ergeben sich allerdings nicht aus dieser Druckschrift.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Detektion von bewegungsauffälligen Bildbereichen in einer Bildersequenz einer Szene. Die Szene ist insbesondere der mit einer Videokamera oder dergleichen aufgenommene Bereich und kann stationär ausgebildet sein, so dass der Blickwinkel oder Blickbereich der Kamera über die Zeit unverändert ist. Alternativ kann die Szene auch bewegt sein, wie zum Beispiel durch eine hin- und hergeschwenkte Kamera aufgenommen. Eine Bildersequenz bezeichnet eine Reihe von Bildern, die nacheinander, insbesondere jeweils mit gleichem zeitlichem Abstand aufgenommen wurde.
  • Ausgehend von der Bildersequenz der Szene wird ein aktuelles optisches Flussfeld berechnet, welches Bewegungsvektoren von Bildbereichen der Szene umfasst. Die Bewegungsvektoren sind im einfachstem Fall als Ortsvektoren ausgebildet, die die Translation der Bildbereiche von einem Bild zu einem nächsten oder einem nachfolgenden Bild der Szene beschreiben, und/oder als Geschwindigkeitsvektoren, die die Richtung der Bewegung der Bildbereiche sowie die Geschwindigkeit oder scheinbare Geschwindigkeit der Bildbereiche von Bild zu Bild oder über die Bildersequenz hinweg beschreiben. Das optische Flussfeld ist zeitabhängig und wird bevorzugt – insbesondere um Störungen zu unterdrücken – zeitlich gefiltert. Bevorzugt wird für jedes neue Bild der Bildersequenz ein optisches Flussfeld erzeugt.
  • In einem weiteren Schritt, der zeitlich auch vor der Bestimmung des aktuellen optischen Flussfeldes durchgeführt werden kann, wird ein Hauptflussfeld bestimmt, welches Hauptflussrichtungen von Bildbereichen der Szene umfasst. Dieses Hauptflussfeld dient als Referenzflussfeld und gibt für Bildbereiche der Szene Hauptflussrichtungen an, die einer „normalen" Bewegung in der Szene entsprechen. Beispielsweise ist die Hauptflussrichtung eines Bildbereichs einer Szene, in der eine bewegte Rolltreppe abgebildet ist, in Bewegungsrichtung der Rolltreppe, da gewöhnlich alle Personen sowie die Treppen der Rolltreppe sich in diese Bewegungsrichtung bewegen.
  • Erfindungsgemäß werden aus allen Bildbereichen der Szene bestimmte Bildbereiche ausgewählt, bei denen die Bewegungsvektoren abweichend zu den Hauptflussrichtungen ausgerichtet sind. Diese ausgewählten Bildbereiche bilden bewegungsauffällige Bildbereiche, und werden zur Konstruktion eines Gegenflussfeldes genutzt. Das Gegenflussfeld enthält somit ausschließlich Bewegungsvektoren von bewegungsauffälligen Bildbereichen.
  • Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass die bekannten Verfahren zur Detektion von relevanten Bewegungsmustern, die über eine Trennung der Bewegungsobjekte von dem Szenenhintergrund basieren, so lange funktionieren, wie sich einzelne Objekte ausreichend voneinander unterscheiden lassen. Für den Fall, dass die Anzahl der Objekte immer mehr zunimmt und sich diese Objekte immer näher kommen, also sich die Objektdichte in der Szene erhöht, sind die einzelnen Objekte untereinander nicht mehr unterscheidbar und es werden segmentierte Bereiche im Bild von verschiedenen Objekten zu einem gemeinsamen Objekt verschmolzen. Sobald nun jedoch die Objektsegmentierung nicht mehr fehlerfrei durchführbar ist, kann auch die Objektverfolgung nicht mehr erfolgreich durchgeführt werden und scheitert letztendlich mit dem bekannten Verfahren.
  • Erfindungsgemäß wird zunächst auf eine Objektsegmentierung verzichtet, und die Bildersequenz unter Verwendung des optischen Flusses untersucht, um so eine Analyse der Bewegung von kleinen Bereichen des Bildes über die Bildersequenz hinweg zu erreichen. Auf diese Weise können Bildbereiche detektiert werden, die z.B. entgegen einer Hauptflussrichtung strömen und damit Objekte erkannt werden, die sich gegen den Hauptstrom bewegen. Damit nutzt die vorgeschlagene Erfindung Informationen, die durch Berechnung der Bewegung von kleinen Bildbereichen entstehen. Für die Berechnung dieser Flussfelder ist es nicht nötig, ein Szenenreferenzbild zu haben, da nur die aktuellen Kamerabilder benötigt werden.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Bildbereiche des aktuellen Flussfeldes und/oder des optischen Hauptflussfeldes und/oder des Gegenflussfeldes als Pixel, Blöcke oder Segmente ausgebildet. Eine erste Möglichkeit besteht darin, die verschiedenen Felder pixelweise zu bearbeiten, so dass zum Beispiel für jeden Pixel ein Bewegungsvektor beziehungsweise eine Hauptflussrichtung definiert wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Blöcke festzulegen, die insbesondere jeweils eine gleiche Größe aufweisen, so dass die Szene beziehungsweise das Flussfeld, Hauptflussfeld und/oder Gegenflussfeld regelmäßig unterteilt ist. Eine weitere Möglichkeit ist die Unterteilung in Segmente, die beliebig definiert sein können. Beispielsweise kann die bereits erwähnte Rolltreppe ein Segment im Gegenflussbild bilden. Insbesondere sei darauf hingewiesen, dass Flussfeld, Hauptflussfeld und Gegenflussfeld nicht die gleiche Einteilung der Bildbereiche aufweisen müssen. So ist es beispielsweise im Rahmen der Erfindung, dass das optische Flussfeld pixelweise berechnet wird, dass optische Hauptflussfeld dagegen in Segmente eingeteilt ist.
  • Das Hauptflussfeld wird bei einer möglichen Ausführungsalternative a priori oder von Hand von einem Benutzer vorgegeben. Diese Ausführungsalternative ist bevorzugt, wenn sich aufgrund der beobachten Szene „normale" Bewegungsrichtungen den Benutzer schließen, wie zum Beispiel bei der bereits erwähnten Rolltreppe.
  • Alternativ kann das Hauptflussfeld auch durch das aktuelle optische Flussfeld entweder erzeugt oder aktualisiert werden. Bei der Erzeugung des Hauptflussfeldes ist es insbesondere vorgesehen, dass das Hauptflussfeld durch eine Filterung, insbesondere eine zeitliche Mittelung, von aufeinander abfolgenden aktuellen optischen Flussfeldern gebildet wird. Im Falle einer Aktualisierung wird das Hauptflussfeld durch das insbesondere gefilterte aktuelle Flussfeld aktualisiert, wobei bereits berechnete Informationen zum größten Teil erhalten bleiben.
  • Optional kann ein Aging-Algorithmus eingesetzt werden, bei dem das Hauptflussfeld grundsätzlich über eine zeitliche Mittelung erzeugt oder aktualisiert wird, zudem jedoch logische Bedingungen geprüft werden, so dass beispielweise eine Hauptflussumkehr erkannt und eine Änderung des Hauptflussfeldes initiiert werden kann.
  • Das Gegenflussfeld umfasst bzw. besteht aus Bildbereichen, bei denen die Bewegungsvektoren und die Hauptflussrichtungen jeweils abweichend angeordnet sind.
  • Der Grad der Abweichung ist prinzipiell als Parameter anwendungsabhängig einstellbar. Insbesondere sind bei Bildbereichen des Gegenflussfeldes die Bewegungsvektoren und die Hauptflussrichtungen gegenläufig und/oder senkrecht zueinander und/oder in einem Zwischenzustand dazu angeordnet. Bei alternativen Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass auch geringe Abweichung in der Ausrichtung, zum Beispiel über 10 Grad, insbesondere über 20 Grad, vorzugsweise über 30 Grad ausreichend sind, dass ein entsprechender Bildbereich als bewegungsauffällig einklassifiziert und dem Gegenflussfeld zugerechnet wird.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung werden in dem Gegenflussfeld aus den Bildbereichen zusammenhängende Gegenflussbereiche mit gleicher oder ähnlicher Bewegungsrichtung und/oder -geschwindigkeit bestimmt. Diese Zusammenfassung von einzelnen Bildbereichen zu einem Gegenflussfeldbereich entspricht einer Segmentierung bei den bekannten Bildverarbeitungsverfahren. Dadurch, dass die Segmentierung jedoch in dem Gegenflussfeld und nicht in den einzelnen Bildern der Bildersequenz durchgeführt wird, sind die Fehlerquellen minimiert. Eine zusätzliche Sicherheit wird erhalten, wenn nicht nur geprüft wird, ob die Bewegungsrichtung übereinstimmt oder ausreichend übereinstimmt, sondern auch die gemeinsame Bewegungsgeschwindigkeit berücksichtigt wird. Auf diese Weise können mit hoher Sicherheit zusammenhängende Gegenflussfeldbereiche bestimmt werden, die ein Objekt, zum Beispiel eine Person, repräsentieren, auch wenn dieses Objekt teilweise durch andere Objekte verdeckt ist.
  • Bei einer Weiterbildung des Verfahrens werden die zusammenhängenden Gegenflussfeldbereiche über die Zeit verfolgt. Insbesondere wird für jedes neu hinzukommende Bild der Bildersequenz ein neues aktuelles optisches Flussfeld erzeugt und die zusammenhängenden Gegenflussfeldbereiche detektiert. Auf diese Weise können zeitabhängige Trajektorien der zusammenhängenden Gegenflussfeldbereiche erzeugt werden, und – als Resultat – ein auf diese Weise detektiertes Objekt verfolgt werden.
  • Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird bei Auftreten eines zusammenhängenden Gegenflussfeldbereiches und/oder bei vordefinierten Bewegungsmustern eines zusammenhängenden Gegenflussfeldbereiches ein Alarm ausgelöst.
  • Die Erfindung betrifft im Weiteren eine Vorrichtung zur Detektion von bewegungsauffälligen Bildbereichen in einer Bildersequenz von einer Szene mit den Merkmalen des Anspruchs 8, wobei die Vorrichtung vorzugsweise zur Durchführung des Verfahrens wie es soeben beschrieben wurde, ausgebildet ist.
  • Die Vorrichtung ist bevorzugt in Form eines Computers oder eines anderen programmierbaren Geräts realisiert. Insbesondere bildet die Vorrichtung einen Teil eines Videoüberwachungssystems, welches neben der Vorrichtung eine Mehrzahl von Videokameras und/oder Videoüberwachungsrekordern aufweist, die mit der Vorrichtung kabelgebunden und/oder kabellos, zum Beispiel über das Internet, verbunden sind.
  • Die Vorrichtung weist ein Berechnungsmodul auf, welches zur Berechnung eines aktuellen optischen Flussfeldes in der Szene ausgebildet ist, wobei das optische Flussfeld Bewegungsvektoren von Bildbereichen der Szene umfasst. Die Bewegungsvektoren können als Ortsvektoren und/oder als Geschwindigkeits- und/oder als Beschleunigungsvektoren ausgebildet sein.
  • Des Weiteren ist ein Bestimmungsmodul zur Bestimmung des optischen Hauptflussfeldes vorgesehen, wobei das Hauptflussfeld die Hauptflussrichtungen von Bildbereichen der Szene beschreibt. Das Bestimmungsmodul kann das optische Hauptflussfeld anhand von vorhergehenden aktuellen optischen Flussfeldern der Szene erzeugen oder aktualisieren, alternativ ist das Bestimmungsmodul als Schnittstelle oder Eingabevorrichtung ausgebildet, so dass ein Hauptflussfeld von einem Benutzer definiert werden kann.
  • Ein Erzeugungsmodul ist programmtechnisch und/oder schaltungstechnisch ausgebildet, um ein Gegenflussfeld zu erzeugen, wobei das Gegenflussfeld aus Bewegungsvektoren von bewegungsauffälligen Bildbereichen gebildet ist. Die Bewegungsvektoren der bewegungsauffälligen Bildbereiche sind dabei abweichend zu den Hauptflussrichtungen der gleichen Bildbereiche ausgerichtet.
  • Optional umfasst die Vorrichtung ein Segmentierungsmodul, welches Bildbereiche mit gleichen oder ähnlichen Bewegungsvektoren in dem Gegenflussfeld zu einem zusammenhängenden Gegenflussbereich segmentiert.
  • Ein ebenfalls optionales Verfolgungsmodul ist ausgebildet, um den detektierten Gegenflussbereich über die Zeit, das heißt über weitere Bilder der Bildersequenz zu verfolgen und insbesondere eine Trajektorie des Gegenflussbereichs zu erzeugen.
  • Weiterhin ist optional ein Identifikationsmodul vorgesehen, welches die Identifikation des detektieren beziehungsweise erzeugten Gegenflussbereichs ermöglicht. Bei der Identifizierung erfolgt eine Zuordnung des Gegenflussbereichs zu einer Objektklasse, also zum Beispiel Personen, Auto, Koffer, Hund oder dergleichen.
  • Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Vorrichtung weist diese ein Alarmmodul auf, welches ausgebildet ist um einen Alarm bei der Detektion eines Gegenflussbereichs und/oder bei einer Übereinstimmung der ermittelten Trajektorie des Gegenflussbereichs mit vorgegebenen Bewegungsmustern auslöst.
  • Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln mit den Merkmalen des Anspruchs 12, welches zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Ansprüche 1 bis 7 auf einer Computeranlage und/oder eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen 8 bis 11 ausgebildet ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Dabei zeigen:
  • Ausführungsform(en) der Erfindung
  • Die 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in Form eines Computersystems zur Detektion von bewegungsauffälligen Bildbereichen in einer Bildersequenz einer Szene in Form einer schematischen Blockdarstellung. Die Vorrichtung 1 umfasst eine erste Schnittstelle 2 zur Anbindung an eine oder mehrere Kameras 3 und eine optionale Schnittstelle 4 zur Anbindung einer Datenbank 5 oder alternativ einer Eingabevorrichtung (nicht gezeigt).
  • Ausgehend von der Kamera 3 werden Bildersequenzen über die Schnittstelle 2 zu einem Berechnungsmodul 6 geführt, in dem auf Basis der Bildersequenzen der optische Fluss von der in den Bildersequenzen dargestellten Szene berechnet werden. Bei der Berechnung des optischen Flusses werden Bildbereiche, also zum Beispiel Pixel, frei definierbare Segmente oder vordefinierte Blöcke von Bild zu Bild der Bildersequenz verfolgt. Aus den Ergebnissen der Berechnungen werden Bewegungsvektoren ermittelt, die die Bewegung der Bildbereiche von Bild zu Bild z.B. in Bildkoordinaten beschreiben. In einer einfachen Ausführungsform sind die Bewegungsvektoren als Translationsvektoren, also Ortsvektoren, ausgeprägt, die den Versatz des jeweiligen Bildbereichs von Bild zu Bild repräsentieren. Bei komplexeren Anwendungen sind die Bewegungsvektoren als Geschwindigkeits- und/oder Beschleunigungsvektoren gebildet. Insbesondere im letzteren Fall kann der optische Fluss auch als eine Schätzung der auf die Bildebene projizierten Geschwindigkeitsvektoren von sichtbaren Objekten, die sich auf Helligkeitsmustern im Bild stützen, bezeichnet werden. Die Gesamtheit aller Bewegungsvektoren der in der Bildersequenz dargestellten Szene wird als optisches Flussfeld bezeichnet und wird für neu hinzukommende Bilder der Bildersequenz schrittweise aktualisiert.
  • Ein Bestimmungsmodul 7 bestimmt ein optisches Hauptflussfeld, welches Hauptflussrichtungen von Bildbereichen der Szene umfasst. Das optische Hauptflussfeld entspricht einem Referenzfeld für die nachfolgende Bestimmung von bewegungsauffälligen Bildbereichen. Die Hauptflussrichtungen entsprechen den Bewegungsrichtungen von Objekten, Bildbereichen etc. die im Sinne einer Überwachung als normal eingestuft werden.
  • In einem Erzeugungsmodul 8 wird auf Basis des aktuellen optischen Flussfeldes und des bestimmten optischen Hauptflussfeldes ein Gegenflussfeld erzeugt.
  • Für ein besseres Verständnis der Erzeugung des Gegenflussfeldes wird auf die 2a, b und c verwiesen. Die 2a zeigt in einer stark schematisierten Darstellung ein Hauptflussfeld 9, welches nur Bewegungsvektoren 10 enthält, die in eine gemeinsame Richtung gerichtet sind. Es ist darauf hinzuweisen, dass dieses Hauptflussfeld 9 zur besseren Verständlichkeit einen einfachen Aufbau hat, bei realitätsnahen Anwendungen kann das Hauptflussfeld 9 auch Bereiche mit unterschiedlich orientiertem Bewegungsvektoren 10 enthalten.
  • Die 2b zeigt in einer ähnlich schematischen Darstellung ein aktuelles optisches Flussfeld 11, wie es aus der Bildersequenz einer Szene berechnet wurde. Ein Großteil der Bewegungsvektoren 12 des optischen Flussfeldes sind gleichgerichtet und entsprechen in der Richtung den Bewegungsvektoren 10 des Hauptflussfeldes 9. Im zentralen Bereich sind jedoch eine Gruppe von Bewegungsvektoren 13 zu erkennen, die gegenläufig zu den Bewegungsvektoren 12 orientiert sind. Diese Bewegungsvektoren 13 repräsentieren die Bewegung von Objekten, zum Beispiel Personen, die sich gegen den Hauptstrom bewegen. In dem Erzeugungsmodul 8 (1) wird das aktuelle Flussfeld 11 mit dem Hauptflussfeld 9 gefiltert, so dass Bewegungsvektoren in Hauptflussrichtung des Hauptflussfeldes 9 unterdrückt werden. Das dabei entstehende Gegenflussfeld 14 ist schematisiert in gleicher Darstellung wie das Hauptflussfeld 9 und das aktuelle Flussfeld 11 in der 2c dargestellt und weist ausschließlich die Bewegungsvektoren 13 auf, die gegenläufig zu den Bewegungsvektoren 10 des Hauptflussfeldes 9 ausgerichtet sind.
  • Nachdem die in den verschiedenen Feldern 9, 11 und 14 verwendeten Bildbereiche sehr klein sein können, ist es möglich auf diese Weise auch teilweise verdeckte Objekte, die sich entgegen einem Hauptstrom bewegen, zu detektieren. Der Ansatz ist dabei, nicht im ursprünglichen Bild der Bildersequenz das Objekt zu segmentieren, sondern zunächst Bildbereiche mit bewegungsauffälligen Mustern zu extrahieren und die extrahierten Bildbereiche in einem weiteren Schritt zu untersuchen bzw. zu segmentieren.
  • Zur Bestimmung des Hauptflussfeldes 9 gibt es verschiedene Alternativen. Zum einen kann das Hauptflussfeld von einem Benutzer manuell, zum Beispiel in die Datenbank 5 (1), eingegeben sein. Dieses Vorgehen ist beispielsweise empfehlenswert, wenn die beobachtete Szene eine eindeutige Fließrichtung der Objekte, zum Beispiel wie bei einer Einbahnstraße, zeigt. Ergänzend dazu, kann das Hauptflussfeld durch das aktuelle optische Flussfeld aktualisiert werden, um die Detektionsergebnisse zu verbessern. Auch ein voll automatischer Betrieb dahingehend, dass das Hauptflussfeld durch aktuelle optische Flussfelder erzeugt wird, ist eine vorteilhafte Alternative, wenn der Einrichtungsaufwand der Vorrichtung gering gehalten werden soll. Dabei kann es sich als vorteilhaft erweisen, den optischen Fluss zeitlich zu filtern und/oder nur mit Bewegungsvektoren 12, die in der ursprünglich vorgegebenen Bewegungsrichtung orientiert sind, das Hauptflussfeld zu aktualisieren.
  • Wie sich wieder aus der 1 am einfachsten ablesen lässt, wird das Gegenflussfeld 14 einem Segmentierungsmodul 15 übergeben, welches aus zusammenhängenden oder nahe beieinander liegenden, bewegungsauffälligen Bildbereichen mit gleichen oder ähnlichen Bewegungsvektoren einen oder mehrere Gegenflussbereiche bildet. Die Bildung der Gegenflussbereiche ist aufgrund der stark verminderten Anzahl von Bewegungsvektoren im Gegenflussfeld 14 gegenüber dem ursprünglichen aktuellen optischen Flussfeld 11 stark vereinfacht. Insbesondere wird bei der Gegenflussbereichbildung berücksichtigt, dass die Bildbereiche gleich gerichtete oder in etwa gleich gerichtete Bewegungsvektoren bzw. gleichgerichtete oder in etwa gleichgerichtete Geschwindigkeitsvektoren aufweisen.
  • In einem nachgeschalteten Verfolgungsmodul 16 werden die gebildeten Gegenflussbereiche als Verfolgungsobjekte über die Zeit verfolgt. Hierzu wird die Vorrichtung 1 sequentiell betrieben, wobei für jedes neu gelieferte Bild einer Bildersequenz ein aktuelles optisches Flussfeld erzeugt wird und – der geschilderten Vorgehensweise folgend – ein neuer Gegenflussbereich gebildet wird. Auf Basis der verfolgten Gegenflussbereiche oder Verfolgungsobjekte wird eine Trajektorie der Gegenflussbereiche beziehungsweise Verfolgungsobjekte gebildet, die im Weiteren in einem Alarmmodul 17 ausgewertet wird. Das Alarmmodul vergleicht die Trajektorie oder bereits den bestimmten Gegenflussbereich mit vorgegebenen Alarmregeln und löst entsprechend den Alarmregeln ein Alarmsignal auf.
  • Die 3 illustriert schematisch eine mögliche Verfahrensalternative zur Erzeugung oder Aktualisierung des Hauptflussfeldes. Hierbei wird ausgehend von einem aktuellen optischen Flussfeld 11 oder einer Reihe bzw. Serie von aktuellen optischen Flussfeldern ein neues Hauptflussfeld 9 erzeugt oder ein bestehendes Hauptflussfeld 9 aktualisiert. Dieser Vorgang kann als einfache zeitliche Mittelung der eingehenden optischen Flussfelder ausgebildet sein. Optional ergänzend werden die eingehenden optischen Flussfelder 11 logisch ausgewertet, so dass beispielsweise zwischen verschiedenen Zuständen der beobachteten Szene unterschieden werden kann (z.B. Tag-Nacht-Übergang) oder so dass eine Richtungsumkehr detektiert wird (z.B. Ändern der Bewegungsrichtung einer Rolltreppe) und das Hauptflussfeld 9 aufgrund der Zustandsänderung kurzfristig geändert wird. Das aktualisierte Hauptflussfeld 9 wird – z.B. gemäß einer Benutzeingabe in Blöcke oder Segmente unterteilt, wobei in dem Hauptflussfeld 9 auch eine gemischte Einteilung möglich ist. Insbesondere bei der Einteilung in Segmente können diese wahlweise von extern – also durch einen Benutzer – vorgegeben sein oder mittels einer Segmentierung des Hauptflussfeldes erzeugt werden, wobei Bildbereiche mit ähnlichen Hauptflussrichtungen zusammengefasst werden. Als Ergebnis wird ein in Blöcke bzw. Segmente aufgeteiltes Hauptflussfeld 9 ausgegeben, welches zur Detektion der bewegungsauffälligen Bildbereiche im weiteren genutzt wird.
  • Die 4a und 4b zeigt die Anwendung der Vorrichtung 1 bei der Beobachtung einer Szene in Form eines Treppenaufganges. Die Hauptflussrichtung in der Szene ist in der Blattebene von oben nach unten gemäß dem Pfeil 18 gerichtet. Entsprechend der Hauptflussrichtung bewegen sich auf fast alle gezeigten Personen 19 in diese Richtung. In einem ersten Schritt wird ausgehend von einer Bildersequenz dieser Szene das optische Flussfeld 11 der Szene bestimmt und danach mit dem Hauptflussfeld gefiltert, welches nur Bewegungsvektoren oder Richtungsvektoren in Richtung des Pfeils 18 aufweist. Als Ergebnis der Filterung wird ein Bildbereich 20 extrahiert, der eine Person zeigt, die entgegen der Hauptflussrichtung 18 die Treppe nach oben läuft. Wie sich aus der 4b ergibt, können die extrahierten Bildbereiche in einfacher Weise nun zu einem Verfolgungsobjekt segmentiert werden, welches in diesem speziellen Fall sogar klassifizierbar ist. Zum einen kann ein Alarm ausgelöst werden, weil das sich entgegen den Hauptstrom bewegende Objekt als Person klassifiziert wurde, zum anderen kann bei weiterer Verfolgung dieses Verfolgungsobjekts auf Basis der Trajektorien ein Alarm ausgelöst werden.
  • Zusammenfassend ist die Analyse optischer Flussfelder über die Zeit ein mächtiges Werkzeug, entgegen den Hauptstrom bewegende Objekt zu erkennen. Die Erkennung ist insbesondere in stark bevölkerten Szenen möglich, ist jedoch natürlich in anderen Szenen anwendbar.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Detektion von bewegungsauffälligen Bildbereichen (13) in einer Bildersequenz von einer Szene, wobei ein aktuelles optisches Flussfeld (11) in der Bildersequenz berechnet wird, welches Bewegungsvektoren (12, 13) von Bildbereichen der Szene umfasst, wobei ein optisches Hauptflussfeld (9) bestimmt wird, welches Hauptflussrichtungen (10) von Bildbereichen der Szene umfasst, und wobei aus Bildbereichen der Szene, deren Bewegungsvektoren (13) abweichend zu den Hauptflussrichtungen (10) ausgerichtet sind, ein Gegenflussfeld (14) mit Bewegungsvektoren (13) von bewegungsauffälligen Bildbereichen gebildet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet dass, die Bildbereiche des aktuellen Flussfeldes (11) und/oder des optischen Hauptflussfeldes (9) und/oder des Gegenflussfelds (14) als Pixel, Blöcke oder Segmente ausgebildet sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptflussfeld (9) vorgegeben ist und/oder unter Berücksichtigung des aktuellen Flussfeldes (11) erzeugt und/oder aktualisiert wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Bildbereichen des Gegenflussfeldes (14) die Bewegungsvektoren gegenläufig und/oder senkrecht zu den Hauptflussrichtungen (10) angeordnet sind.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gegenflussfeld (14) zusammenhängende Gegenflussfeldbereiche (20) mit gleicher Bewegungsrichtung und/oder -geschwindigkeit bestimmt werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenhängenden Gegenflussfeldbereiche (20) über die Zeit verfolgt werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Alarm bei Auftreten von zusammenhängenden Gegenflussfeldbereichen (20) ausgelöst wird.
  8. Vorrichtung (1) zur Detektion von bewegungsauffälligen Bildbereichen in einer Bildersequenz von einer Szene, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Berechnungsmodul (6) zur Berechnung eines aktuellen optischen Flussfeldes (11) in der Szene, welches Bewegungsvektoren (12, 13) von Bildbereichen der Szene umfasst, ein Bestimmungsmodul (7) zur Bestimmung eines optischen Hauptflussfeldes (9), welches Hauptflussrichtungen (10) von Bildbereichen der Szene umfasst, ein Erzeugungsmodul (8) zur Erzeugung eines Gegenflussfeldes (14), welches aus Bewegungsvektoren (13) von bewegungsauffälligen Bildbereichen gebildet ist, wobei die Bewegungsvektoren (13) der bewegungsauffälligen Bildbereiche abweichend zu den Hauptflussrichtungen (10) der Bildbereiche ausgerichtet sind.
  9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch ein Segmentierungsmodul (15), welches ausgebildet ist, um aus zusammenhängenden, bewegungsauffälligen Bildbereichen mit gleichen oder ähnlichen Bewegungsvektoren ein Gegenflussbereich zu bilden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Verfolgungsmodul (16), welches ausgebildet ist, um den Gegenflussfeldbereich (20) über die Zeit zu verfolgen.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch ein Alarmmodul, welches ausgebildet ist, um einen Alarm bei Auftreten eines Gegenflussbereichs auszulösen.
  12. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer und/oder einer Vorrichtung (1) von jedem beliebigen der Ansprüche 8 bis 11 ausgeführt wird.
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