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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Positionsbestimmung eines Objektes
mittels Auswertung einer optisch erfassten Bildinformation nach
dem Oberbegriff des Verfahrensanspruches und eine entsprechende
Vorrichtung.
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Bisher
werden digitale Videobilder meist durch Benutzer, d. h. geschultes
Personal, ausgewertet. Gerade bei der Verknüpfung von Positionen zu überwachender
Gegenstände,
z. B. Lage von Paketen in einer Abfertigungshalle, ist dabei die
zeitliche Auflösung
von aufgezeichneten Überwachungskamerabildern
häufig
unzureichend, so dass später nicht
mehr sichere Übereinstimmungen
hergestellt werden können.
Zum Beispiel kann durch nachträgliches
Ansehen von Überwachungsbildern
nicht sicher festgestellt werden, welches Paket in ein Paketversendezentrum
zu welchem Zeitpunkt an welchem Ort war. Ähnlich große Pakete können genau an den gleichen
Ort gelegt werden, nachdem zuvor ein anderes zu überwachendes Paket dort weggenommen
wurde.
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Die
Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gesetzt, durch Auswertung digitaler
Videobilddaten Positionsinformationen von Objekten zu erfassen.
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Erfindungsgemäß wird dies
gelöst
durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruches. Die Unteransprüche geben
vorteilhafte Ausführungsformen
wieder.
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Insbesondere
kann durch das Verfahren die Position sowie bevorzugt auch zugehörige Bewegungsvektoren
und Bewegungsgeschwindigkeiten eines Objektes bestimmt und in Form
von Zahlenwerten in Computerdatenbanken vorteilhafter Weise verknüpft mit
dem jeweiligen ausgewerteten Bild abgespeichert werden.
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Die
Objekte können
neben Paketen oder an Paketen zu befestigenden separaten Einrichtungen insbesondere
auch Mobilscanner, oder auch Personen mit entsprechenden Merkmalsträgern oder
Warensendungen sein.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen,
das Objekt mit einem Lichtgeber zu versehen. Dieser Lichtgeber,
der umgangssprachlich auch „Licht-tag" genannt wird, kann
Licht in sichtbarem Wellenlängenbereich
oder auch im Infrarot- oder ultraviolettem sichtbaren Wellenlängenbereich
aussenden.
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Obwohl
das Aussenden einer bestimmten Farbe ausreichen könnte, wird
vorgeschlagen, den Lichtgeber gepulstes Licht aussenden zu lassen,
wobei schon kleine LED-Leuchten
mit geringem Stromverbrauch eine Lichtintensität erreichen. Die Pulsung des
Lichtes wird dabei für
jeden Lichtgeber in individuell unterschiedlicher Länge und
Rhythmus vorgesehen, die ähnlich
wie beim Morsecode einfache Informationen verschlüsseln können. Jede
Information kann dabei einem spezifischen Objekt in einfacher Weise
zugewiesen werden.
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Zum
Erkennen der Position des jeweiligen Objektes in einem Bereich in
dem das Objekt verfolgt werden soll, können nun eine oder mehrere
Kameras vorgesehen werden, die auch dann, wenn nicht für weitere
Beleuchtung gesorgt wird, die zu überwachenden Objekte erfassen
können,
wobei durch Auswertung einer nachfolgenden Reihe von Bildern (die danach
nicht abgespeichert werden müssen
sondern verworfen werden können)
die durch einen Lichtgeber erzeugten Signale rechnerisch erfassen
und erkennen können.
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Sobald
dies geschehen ist, kann aus den sich im Bild der Kamera ändernden
Bildpunkten ggf. mit unter Einbeziehung der Änderungen, die das Objekt in
dem Beobachtungsfeld anderer Kameras hat, ein Bewegungsvektor errechnet
werden, der entweder in der Ebene des Kamerabildes einfach ohne
Berücksichtigung
der Perspektive erfolgt, oder unter Berücksichtigung mehrerer Kameras
durch die Kamerawinkel vorgegebenes einfaches rechnerisches Modell
oder auch durch die in den Beobachtungsräumen vorgegebenen horizontalen
Ebenen oder Bewegungsrichtungen (Förderbänder) bereits in den Vektor
auf wenige Möglichkeiten
eingeschränkt
sind.
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Damit
der Lichtgeber bei dem normalen Umgang mit den Objekten keine störenden Auswirkungen
hat, kann Infrarotlicht besonders bevorzugt eingesetzt werden. Meist
wird das Objekt nicht bei Tageslicht mit Infrarotanteilen beispielsweise
gegen die Abendsonne gesehen zu überwachen
sein, sondern in geschlossenen Räumen
oder in eher dunklen Außenanlagen.
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Die Überwachungskameras
können
daher auf IR-Licht empfindlich sein bzw. durch ein IR-Cut Filter
lediglich auf den IR-Lichtempfang eingewechselt sein.
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Selbstverständlich ist
eine Analysesoftware, die zur Positionsbestimmung dient, rechnerisch
vergleichsweise aufwendig und benötigt zur sicheren Erfassung
der Lichtenergie in jedem Bild einen großen Lichtenergieunterschied
zwischen Lichtgeber und Umgebung. In einem beispielhaften Bildraster
von 25 fps kann jedoch eine schon auf einem normalen Personalcomputer
realisierte Analysesoftware die Lichtimpulsmuster aus einer handelsüblichen
Kameraabfolge leicht erkennen. Die Software kann selbstverständlich auch
in eine Kamera selbst oder in einer externen Einrichtung nachträglich aus
den Kameraaufzeichnungen gewonnen werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der
beigefügten
Zeichnung. Dabei zeigt:
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1 einen
schematischen Aufbau einer Kamera, die von oben eine Halle mit z.
B. zwei Toren erfaßt,
Objekte A, B und C sind im Bildbereich,
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2 ein
schematisches Videobild der Kamera der 1, in das
ein „virtueller
Verschlag" um die
x,y-Koordinaten des Objekts A verdeutlichend eingezeichnet ist,
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3 einen
beispielhaften Licht-tag, bestehend aus Stromversorgungseinheit
und angehängtem
LED-Flachband, und
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4 den
Aufbau der 1 mit beispielhaft für die Objekte
gezeigten jeweils eine Sekunde angezeigten LED-Informationen.
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Das
in der Zeichnung erläuterte
Ausführungsbeispiele
zeigt, wie anhand der Objekterkennung und Auswertung dreier ganz
verschiedener LED-Signalabfolgen eine Auswahl getroffen werden kann,
dass sich ein Objekt in einem bestimmten Kamerabild zur einem bestimmten
Zeitpunkt aufgehalten hat. Zusätzlich/optional
kann die Position des Objekte im Videobild an Hand von x und y-Achsenposition
ermittelt, festgehalten und ggf. auch für leichtere nachträgliche Darstellung
in das Kamerabild hineingeschrieben werden (vgl. N in 2).
Dabei kann beispielsweise die Geschwindigkeit einer Bewegung durch
unterschiedlich lange Pfeile, die in Richtung der Bewegungsvektoren
zeigen, realisiert werden.
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Dazu
benötigt
die Software neben der Kamerablickwinkelinformation und der Kameraanordnung lediglich
die geometrische tatsächliche
x-y-Position der Kamera im Raum.
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Bewegt
sich das Objekt nun, kann der Bewegungsvektor und die Bewegungsgeschwindigkeit
im Bild ermittelt werden. Diese Information kann zudem für statistische
Zwecke noch einer weiteren rechnerischen Betrachtung unterworfen
werden. Weiter können
bestimmte optische Objekte dahingehend „markiert" werden, dass sie sich nicht bewegen
dürfen,
so dass, sobald ein Bewegungsvektor festgestellt wird, ein Alarm
ausgegeben werden kann.
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Diese
Betriebsart des Rechner- und Kamerasystems wird als „virtueller
Verschlag" bezeichnet.
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Dabei
muss selbstverständlich
berücksichtigt
werden, dass beim Ausbleiben der Lichtgeberinformation (also z.
B., wenn das Objekt schnell weggenommen wurde oder abgedeckt wurde)
ebenfalls ein Alarm ausgegeben wird.
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Durch
geeignete Verschlüsselungsmechanismen
oder sich wechselnde Codeinformation, d. h. Blinken mit anderen
LED-Abfolgen oder anderen Blinkrhythmen nach vorbestimmten oder
zentral gesteuerten Muster kann sichergestellt werden, dass nicht
ein Lichtgeber ohne Weiteres kopiert werden kann und durch einen „Dummy" ersetzt werden kann.
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Hierzu
kann beispielsweise ein vom Rechnersystem kontrollierter zentraler
Lichtgeber L sein, dessen Infrarotlichtabstrahlung von allen anderen
in den Kamerabeobachtungsbereichen vorhandenen Lichtgebern erfasst
werden kann und dazu benutzt werden kann, von einem Code auf einen
anderen Code zu wechseln bzw. eine Zeitinformation jeweils codiert
mit zu verschlüsseln.
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In
diesem Fall könnte
man sagen, dass der virtuelle „Verschlag" also mit einem Schloss
gesichert ist.
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Damit
läßt sich
also ein System zur Positionsbestimmung und Positionsnachverfolgung
eines Objektes mittels Auswertung durch wenigstens eine Kamera erfaßter Bildinformation
realisieren, bei dem ein Lichtgeber zur Aussendung von Licht bestimmter vorgegebener
objektspezifischer Wellenlänge
fest am zu beobachtenden Objekt angeordnet ist, und Rechnermittel
die Kamerainformation nach erfaßten Lichtpunkten
in einem vorgegebenem Wellenlängenbereich
untersuchen und die relativen Koordinaten im erfaßten Kamerabild
in Form von Zahlen oder als Vektorinformation ausgeben, um so z.
B. besser recherchierbare Bildinformation zu archivieren, oder die
Speichermittel zur Speicherung der Bildinformation nur dann mit
zusätzlicher
Information, wie z. B. mit den Videosignalen verkoppelten Zahlenwerten
oder Vektorinformation, zu versorgen.
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Ein
Lichtgeber für
das System könnte
z. B. eine Kette von LED (3) zur Aussendung
getakteter und musterbehafteter optischer Information sein, und
die Rechnermittel wären
dann zur Interpretation von in der Bildinformation auftretenden
Mustern in der Wellenlänge
der Lichtgeber eingerichtet.
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Weiter
können
Empfangsmittel für
ein Signal von Außen
am Lichtgeber zur Veränderung
der Taktrate und/oder des angezeigten Musters (vgl. drei beispielhafte
Muster in 4) vorgesehen werden.
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Das
Verfahren zur Bildarchivierung der für ein Objekt mittels Auswertung
einer durch wenigstens eine Kamera erfaßten Bildinformation ermittelten Überwachungsbilder
erlaubt auch daß durch Aussenden
von Licht bestimmter vorgegebener objektspezifischer Wellenlänge durch
einen Lichtgeber am Objekt ein Ermitteln von in der Kamerainformation
vorhandener zu Lichtpunkten in einem vorgegebenem Wellenlängenbereich
gehöriger
Bildinformation unter Erfassung deren relativer Koordinaten im erfaßten Kamerabild
möglich
wird, und die Ergebnisse in Form von Zahlen oder als Vektorinformation,
oder durch Speichern der Bildinformation, verkoppelt mit den Zahlenwerten
oder der Vektorinformation archiviert werden.
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Insbesondere,
wenn nur Bilder abgespeichert werden, die im zeitlichen Zusammenhang
mit Ereignissen stehen, in denen sich die Lichtgeber-Information ändert, also
bei Einbringen oder Wegbringen eines Paketes (im Zeitraum kurz nachher
bzw. kurz vorher) sinkt der Speicherbedarf erheblich und andererseits
ist der schnelle direkte Zugriff auf ein Ereignis möglich.
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Vorteilhaft
ist insbesondere, dass auch nur Bilder abgespeichert werden können, im
zeitlichen Zusammenhang mit Ereignissen, in denen sich die im Kamerabild
ermittelten X,Y-Koordinaten der Lichtgeber-Information über vorbestimmte
Grenzen (N) hinaus ändert,
sich also eine Verbringung des Objektes aus einem vorbestimmten,
unkritischen Bereich heraus annehmen läßt.