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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Bildverarbeitungsmodul zur Schätzung
einer Objektposition eines Überwachungsobjekts oder Teilbereichen
davon in einem Überwachungsbereich für ein Überwachungssystem zur Überwachung
von mindestens diesem Überwachungsbereich mit einer Überwachungskamera,
mit einer Modelleingangsschnittstelle zur Übernahme eines
Modells oder Teilmodells des Überwachungsbereichs, mit
einer Kameraeingangsschnittstelle zur Übernahme eines Kameramodells
der Überwachungskamera, mit einer Objekteingangsschnittstelle zur Übernahme
eines Objektpunkts des Überwachungsobjekts, wobei der Objektpunkt
auf Basis von einem oder mehreren Bildpunkten des Überwachungsobjekts
eines mit der Überwachungskamera aufgenommenen Überwachungsbilds
bestimmt ist, wobei das Bildverarbeitungsmodul ausgebildet ist, durch
Verrechnung des Modells, des Kameramodells und des Objektpunkts
die Objektposition des Überwachungsobjekts bzw. Teilbereichen
davon in dem Überwachungsbereich zu bestimmen. Ferner betrifft die
Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung der Objektposition
eines Überwachungsobjekts sowie ein Computerprogramm.
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Videoüberwachungssysteme
dienen dazu, mit Hilfe von Überwachungskameras oftmals
weiträumige, verwinkelte oder komplexe Überwachungsbereiche
zu beobachten. Die mit den Überwachungskameras aufgenommenen
Bilddatenströme werden üblicherweise in eine Überwachungszentrale
oder dergleichen zusammengeführt und dort entweder automatisiert
oder durch Überwachungspersonal kontrolliert.
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Mit
der steigenden Größe bzw. Komplexität der Überwachungsbereiche
und somit einer steigenden Anzahl von Überwachungskameras
nimmt die Anzahl von den Bilddatenströmen, welche von dem Wachpersonal
kontrolliert werden müssen, stetig zu. Ab einer gewissen
Anzahl von Videomonitoren zur Darstellung der Bilddatenströme
muss davon ausgegangen werden, dass die Aufmerksamkeit für
jeden einzelnen Videomonitor des Wachpersonals sicher verringert
ist. Wird die Anzahl der Videomonitore weiter erhöht, so
kann dies zu einer unüberschaubaren Anzahl führen,
so dass eine ausreichende Überwachungsqualität
möglicherweise nicht mehr gesichert ist.
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Eine
Weiterentwicklung von Videoüberwachungssystemen ist beispielsweise
durch die Druckschrift
DE
698 125 18 T2 , die wohl den nächstkommenden Stand
der Technik bildet, gegeben, in der eine Bildverarbeitungsvorrichtung
zur Beobachtung von zum Beispiel einem Fußballplatz offenbart
ist. In dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, dem Beobachter das
Fußballfeld nicht mehr real darzustellen, sondern ihm ein
Modell des Fußballfelds zu zeigen und die Fußballspieler
als virtuelle Objekte einzublenden. Hierzu wird in einem ersten
Schritt in einem Videobild die Lage des Fußballfeldes kalibriert,
indem vier Eckpunkte des Fußballfelds in dem Videobild
manuell bestimmt werden. In weiteren Schritten werden durch Bildverarbeitungsalgorithmen
die Bilder von detektierten Fußballspielern in der Bildebene der Überwachungskamera
mit Rechtecken (bounding-box) zu umgeben. Diese Rechtecke werden nachfolgend
datentechnisch von der 2-D-Bildebene der Überwachungskamera
in das 2-D-Modell des Fußballfelds übertragen.
In einem nächsten Schritt werden die Rechtecke "aufgestellt",
indem diese in dem 2-D-Modell des Fußballfeldes um eine
der Überwachungskamera zugewandte Seitenlinie des Rechtecks
um 90° geschwenkt werden. Die Proportionen des Rechtecks
werden nach perspektivischen Gesichtspunkten verzerrt, so dass in
dem 2-D-Modell des Fußballfelds zunächst perspektivisch
annähernd richtige Abbilder der Fußballspieler
dargestellt sind. In weiteren Schritten wird diese Operation für
weitere Fußballspieler durchgeführt und so Ansichten
eines jeden Fußballspielspielers aus verschiedenen Perspektiven
erhalten. Diese perspektivischen Ansichten werden zu einem Modell
des Fußballspielers zusammengezogen, so dass eine 3-D-Darstellung
der Fußballspieler gebildet wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Im
Rahmen der Erfindung wird ein Bildverarbeitungsmodul mit den Merkmalen
des Anspruchs 1, ein Verfahren zur Bestimmung einer Objektposition mit
den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie ein Computerprogramm mit den
Merkmalen des Anspruchs 12 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,
der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
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Das
vorgeschlagene Bildverarbeitungsmodul ist vorzugsweise ein Teil
eines Überwachungssystems realisiert, wobei das Überwachungssystem zur Überwachung
von mindestens einem Überwachungsbereich mit einer Überwachungskamera
geeignet und/oder ausgebildet ist, wobei die Überwachungskameras
auf relevante Bereiche in dem Überwachungsbereich gerichtet
und/oder zu richten sind. Ein weiterer offenbarter Erfindungsgegenstand
ist somit auch ein derartiges Überwachungssystem mit dem
Bildverarbeitungsmodul. Der Überwachungsbereich kann beispielsweise
als das Innere eines Gebäudekomplexes, öffentliche
Plätze, Krankenhäuser, etc. ausgebildet sein.
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Das
Bildverarbeitungsmodul ist zur Schätzung einer Objektposition
eines Überwachungsobjekts oder Teilbereichen davon in dem Überwachungsbereich
ausgebildet. Eine Schätzung bedeutet in diesem Zusammenhang
eine Bestimmung der Objektposition, wobei eine beliebige Definition
für die Objektposition des Überwachungsobjekts
verwendbar ist Beispiele für Definitionen sind der Schwerpunkt
des Überwachungsobjekts, ein Fußpunkt des Überwachungsobjekts
oder dergleichen. Das Überwachungsobjekt kann als beliebiges,
bewegtes, quasi-stationäres oder stationäres Überwachungsobjekt ausgebildet
sein und ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, dass es in dem
nachfolgend beschriebenen Modell nicht abgebildet ist.
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Das
Bildverarbeitungsmodul weist eine Modelleingangsschnittstelle zur Übernahme
eines Modells oder eines Teilmodells des Überwachungsbereichs
auf, wobei Modell oder Teilmodell nachfolgend zusammenfassend als
Modell bezeichnet werden. Das Modell bildet statische, quasi-statische
und/oder nicht-statische Elemente des Überwachungsbereichs
ab. Beispielsweise kann das Modell die Pläne eines Gebäudes,
Möbel, Schreibtische oder dergleichen enthalten. Quasi-statische
Elemente sind beispielsweise bei der Überwachung eines
Parkplatzes durch parkende Autos gegeben, welche üblicherweise
eine längere Verweildauer unbewegt bleiben. Weiterhin kann
das Modell auch nicht-statische Elemente enthalten, wie zum Beispiel
durchfahrende Züge, Rolltreppen, Aufzüge, Paternoster
oder dergleichen enthalten.
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Eine
Objekteingangsschnittstelle dient zur Übernahme eines Objektpunkts
des Überwachungsobjekts. Der Objektpunkt wird auf Basis
von einem oder mehreren Bildpunkten des Überwachungsobjekts
eines mit der Überwachungskamera aufgenommenen Überwachungsbilds
bestimmt. Bei einer möglichen Umsetzung erfolgt in dem
Bildverarbeitungsmodul oder in einem vorgeschalteten Modul eine
Detektion des Überwachungsobjekts in dem Überwachungsbild,
wobei das detektierte Abbild des Überwachungsobjekts z.
B. mit einem Rechteck oder Polygon umschlossen wird und wobei z.
B. ein Fußpunkt des Rechtecks als Objektpunkt weitergegeben wird.
Alternativ hierzu kann selbstverständlich auch ein Schwerpunkt
des Überwachungsobjekts oder dergleichen als Objektpunkt
weitergegeben werden.
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Ferner
umfasst das Bildverarbeitungsmodul eine Kameraeingangsschnittstelle
zur Übernahme eines Kameramodells. Das Kameramodell umfasst
insbesondere die Lage und/oder Ausrichtung sowie die Abbildungs-
und/oder Projektionseigenschaften der Überwachungskamera
in Weltkoordinaten und/oder Modellkoordinaten, so dass die Überwachungskamera
und deren Erfassungsbereich in das Modell integriert werden kann.
Beispielsweise ist das Kameramodell als eine Transformationsmatrix
realisiert, welche eine Transformation von Bildpunkten in der Bildebene
der Überwachungskamera in das Modell erlaubt.
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Modelleingangsschnittstelle
und Kameraeingangsschnittstelle können auch als eine gemeinsame
Schnittstelle ausgebildet sein, wobei das Modell dann das Kameramodell
umfasst.
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Das
Bildverarbeitungsmodul ist steuerungstechnisch und/oder schaltungstechnisch
ausgebildet, durch Verrechnung des Modells, des Kameramodells und
des Objektpunkts die Objektposition des Überwachungsobjekts
bzw. Teilbereichen davon in dem Überwachungsbereich zu
bestimmen. Hierzu wird vorzugsweise zunächst die Lage des
Objektpunkts in dem Modell bestimmt – somit die Lage des
Objektspunkts in Modellkoordinaten bestimmt – und in einem weiteren
Schritt die Lage in Modellkoordinaten auf eine Lage in Weltkoordinaten
in dem Überwachungsbereich übertragen.
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Der
Erfindung folgend wird vorgeschlagen, dass das Modell als ein 3-D-Modell
ausgebildet ist, so dass die Objektposition als 3-D-Objektposition
bestimmbar ist. Das 3-D-Modell wird gegenüber dem 2-D-Modell,
insbesondere dadurch abgegrenzt, dass das 3-D-Modell wenigstens
ein Element außerhalb einer Ebene enthält. Das
3-D-Modell weist somit räumliche Elemente auf, wie beispielsweise 3-D-Dreiecksnetze,
Höhenkarten oder auch einfache Formen oder Körper
wie Sphären, Quader oder dergleichen zur Modellierung von
realen Elementen in dem Überwachungsbereich. Vorzugsweise
sollte das Modell den räumlichen Gegebenheiten der realen Szene
so nahe wie möglich kommen. Das Modell wird auch als Kollisionsmodell
bezeichnet.
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Ein
Gedanke der Erfindung ist es, dass es oftmals notwendig ist, Überwachungsobjekte
nicht nur in ebenen bzw. planen Überwachungsbereichen, sondern
auch in Überwachungsbereichen mit wechselnden Höhen
zu orten. Zum einen kann – um auf das Beispiel des Fußballfelds
zurückzukommen – eine Tribüne oder dergleichen
nicht mehr von dem bekannten System sinnvoll verarbeitet werden.
Zum anderen ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung vorteilhaft,
wenn das 3-D-Modell beispielsweise ein komplettes Gebäude
abbildet und Objektpositionen in verschiedene Etagen oder Zwischenetagen
zu bestimmen sind. Dadurch, dass ein „echtes" 3-D-Modell verwendet
wird und ein Objektpunkt des Überwachungsobjekts in das
Modell abgebildet wird, können in einfacher Weise auch
geometrisch komplexe Überwachungsbereiche in die Objektpositionsermittlung übernommen
werden.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung weist die mindestens eine Überwachungskamera
einen bzw. den Erfassungsbereich auf, also einen räumlichen
Bereich in dem Überwachungsbereich, der mit der Überwachungskamera
beobachtet wird, wobei sich der Überwachungsbereich und/oder
das Modell weiter oder weiträumiger als der Erfassungsbereich erstreckt.
Der Erfassungsbereich der Kamera bildet somit einen Teilbereich
des Überwachungsbereichs bzw. deckt nur einen Teilbereich
des Modells ab.
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Es
ist auch möglich, dass das Überwachungssystem
mindestens zwei Überwachungskameras mit überlappenden
und/oder nicht-überlappenden Erfassungsbereichen aufweist,
wobei sich der Überwachungsbereich und/oder das Modell
genau über die Erfassungsbereiche oder weiter als die Erfassungsbereiche
der mindestens zwei Überwachungskameras erstreckt. Beide
Weiterbildungen zielen darauf ab, dass das Modell weiträumiger
als der Erfassungsbereich einer einzigen Überwachungskamera
ausgebildet ist, um – wie bereits erläutert – auch
komplexe Überwachungsbereiche effektiv kontrollieren zu
können.
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Bei
einer möglichen Konkretisierung der Erfindung ist das Bildverarbeitungsmodul
schaltungstechnisch und/oder programmtechnisch so ausgebildet, dass
der Objektpunkt, welcher in der Bildebene oder in einer dazu äquivalenten
Ebene der Überwachungskamera liegt und in Bildkoordinaten
angegeben ist, auf Basis des Kameramodells auf einen Abbildungspunkt
des 3-D-Modells abgebildet wird. Vorzugsweise liegt der Abbildungspunkt
in dem 3-D-Modell auf einer Randfläche eines in dem 3-D-Modell dargestellten
Elements.
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Der
derart ermittelte Abbildungspunkt wird als 3-D-Objektposition interpretiert
und beispielsweise über eine weitere Schnittstelle ausgegeben.
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Bei
einer möglichen Ausführungsform ist das Bildverarbeitungsmodul
so ausgebildet, dass der Objektpunkt in der Bildebene auf einen
Projektionspunkt in dem Modell abgebildet wird, wobei der Projektionspunkt
auf einer lagerichtig in dem Modell angeordneten Projektionsebene
der Überwachungskamera liegt. Die Projektionsebene ist
als die Ebene definiert, durch die Strahlen, ausgehend von einem
Projektionszentrum der Überwachungskamera durch einen oder
mehrere Projektionspunkte verlaufen und in dem Modell auf den korrespondierenden
Abbildungspunkt treffen. Die Abbildung des Objektpunkts auf den
Projektionspunkt ist durch das Kameramodell vollständig
bestimmt.
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Durch
Kenntnis der Lage des Projektionspunkts und der Lage des Projektionszentrums
ist es möglich, z. B. auf Basis von geometrischen Optik, eine
Halbgerade zu konstruieren, deren Ursprung in dem Projektionszentrum
liegt und die durch den Projektionspunkt verläuft. Durch
diese Operation ist sichergestellt, dass der gesuchte Abbildungspunkt
auf der Halbgeraden liegt.
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Bevorzugt
ist das Bildverarbeitungsmodul derart weitergebildet, dass mindestens
ein Schnittpunkt der Halbgeraden mit einem oder mehreren Elementen
des 3-D-Modells gesucht werden. Vorzugsweise wird als Schnittpunkt
ein Punkt auf der Randfläche, also z. B. ein Durchstoßpunkt
gesucht.
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Nachdem
es möglich ist, dass die Halbgerade mehrere Elemente des
3-D-Modells durchstößt und/oder eine Vorder- und
eine Rückseite eines Elements des 3-D-Modells durchstößt,
ist es weiterhin bevorzugt, dass der Schnittpunkt als Abbildungspunkt
gewählt wird, welche den kleinsten Abstand zu dem Projektionsursprung
und/oder zu der Überwachungskamera aufweist. Hierdurch
ist sichergestellt, dass der Schnittpunkt auf einer von der Überwachungskamera
erfassbaren Fläche angeordnet wird.
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Der
derart ermittelte Schnittpunkt wird als Abbildungspunkt interpretiert
und repräsentiert die 3D-Objektposition des Objektpunkts
und damit auch des Objekts zunächst in Modellkoordinaten,
die in einfacher Weise in Weltkoordinaten gewandelt werden können.
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Insbesondere
mit dem Ziel, im Überwachungsbetrieb die Anforderung an
Prozessoren oder dergleichen zu verringern, wird ergänzend
vorgeschlagen, dass eine Speichervorrichtung implementiert ist,
in der die Menge aller Abbildungspunkte für eine Vielzahl
und/oder alle Bildpunkte im Erfassungsbereich der Überwachungskamera
gespeichert ist. In diesem Fall kann im Überwachungsbetrieb
für einen Objektpunkt in datentechnisch einfacher Weise
der korrespondierende Abbildungspunkt gefunden werden, ohne zum
Beispiel die Prüfung auf mehrere Schnittpunkte durchführen
zu müssen. Der Dateninhalt der Speichervorrichtung kann
zum einen in einer Initialisierungsphase eingespeichert werden,
alternativ ist es möglich, dass der Inhalt der Speichervorrichtung
regelmäßig, unregelmäßig und/oder
ereignisgesteuert aktualisiert wird.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung
einer 3-D-Objektposition eines von einer Überwachungskamera
erfassten Überwachungsobjekts in einem Überwachungsbereich,
welches vorzugsweise mit Hilfe des soeben beschriebenen Bildverarbeitungsmoduls bzw.
nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchgeführt
wird.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst
ein Objektpunkt des Überwachungsobjekts in der Bildebene
der Überwachungskamera bestimmt. Hierzu wird beispielsweise – wie
bereits ausgeführt – ein Rechteck um das detektierte Überwachungsobjekt
gelegt und der Fußpunkt des Rechtecks als Objektpunkt gewählt.
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In
einem nächsten Schritt wird der Objektpunkt auf Basis eines
oder des Kameramodells der Überwachungskamera auf einen
oder den Abbildungspunkt eines 3-D-Modells oder 3-D-Teilmodells, welche
nachfolgend ebenfalls zusammenfassend als 3-D-Modell bezeichnet
werden, abgebildet.
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Die
Abbildung kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass auf Basis des
Kameramodells eine Transformationsmatrix erstellt wird, welche das
Videobild oder Abschnitte davon der Überwachungskamera
von der Bildebene auf eine Projektionsfläche des 3-D-Modells
transformiert, wobei Lage und Größe des transformierten
Videobilds so gewählt ist, dass die Bildpunkte des Videobilds
als lagerichtig Projektionspunkte in dem 3-D-Modell angeordnet sind.
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In
einem nachfolgenden Schritt wird der Objektpunkt mittels der Transformationsmatrix
auf einen Projektionspunkt in der Projektionsebene abgebildet. Eine
Halbgerade, welche in dem Projektionszentrum der Überwachungskamera
ihren Anfang hat und den Projektionspunkt durchstößt
wird dann mit dem Modell geschnitten, wobei ein Abbildungspunkt
gefunden wird, welcher als ein Schnittpunkt der Halbgeraden mit
dem 3-D-Modell ausgebildet ist. Die 3-D-Objektposition des Abbildungspunkts
wird dann als 3-D-Objektposition des Objektpunkts und/oder des Überwachungsobjekts
interpretiert.
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Bei
einer Weiterbildung der Erfindung können auch einige oder
sämtliche Objektpunkte des Überwachungsobjekts
in das 3-D-Modell projiziert werden, um eine komplexere 3-D-Positionsinformation
des Überwachungsobjekts zu erhalten.
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Auch
bei dem Verfahren ist es möglich, dass bei mehreren Schnittpunkten
einer einzigen der Halbgeraden mit dem 3-D-Modell der Schnittpunkt mit
dem kleinsten Abstand zu dem Projektionszentrum als Abbildungspunkt
gewählt wird.
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Eine
weitere mögliche Ausgestaltung ist darin zu sehen, dass
einige, eine Mehrzahl und/oder alle Bildpunkte in der Bildebene
der Überwachungskamera auf Abbildungspunkte des 3-D-Modells
abgebildet werden, so dass diese im Sinne einer Tabelle oder einer
Look-Up-Table vorliegen. Dieser Schritt kann regelmäßig,
unregelmäßig und/oder ereignisgesteuert und/oder
in Abhängigkeit der Aktualisierung des 3-D-Modells erfolgen.
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Obwohl
die Erfindung anhand einer Darstellung mit Halbgeraden vorgestellt
wurde, kann die gleiche Abbildung auch in einer äquivalenten
mathematischen Darstellung umgesetzt werden.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Computerprogramm
mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung sowie den Figuren der Erfindung.
Dabei zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines Überwachungssystems mit einem Bildverarbeitungsmodul als
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine
schematische Darstellung eines 3-D-Modells zur Illustration des
Verfahrens gemäß der Erfindung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Die 1 zeigt
in einer schematischen Blockdarstellung ein Überwachungssystem 1,
welches mit einer Mehrzahl von Überwachungskameras 2 verbunden
und/oder verbindbar ist. Die Überwachungskameras 2 sind
in einem Überwachungsbereich (nicht dargestellt) verteilt
angeordnet, wobei sich die Erfassungsbereiche der Überwachungskameras 2 teilweise überlappen,
jedoch auch Erfassungsbereiche vorgesehen sind, welche keine Schnittmenge
mit einem Erfassungsbereich einer anderen Überwachungskamera 2 bildet.
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Das Überwachungssystem 1 weist
unter anderem ein Bildverarbeitungsmodul 3 auf, welches ausgebildet
ist, auf Basis von später näher definierten Eingangsdaten
eine 3-D-Objektposition eines Überwachungsobjekts in dem Überwachungsbereich zu
bestimmen. Dieses Bildverarbeitungsmodul 3 wird eingesetzt,
wenn es interessant ist, zu einem durch das Überwachungssystem 1 erfassten Überwachungsobjekt
eine Information über die 3-D-Objektposition in Weltkoordinaten
zu erhalten.
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Zur
Ermittlung der 3-D-Objektposition wird in einem ersten Schritt das Überwachungsobjekt
in einem Videobild einer der Überwachungskameras 2 detektiert
und beispielsweise durch eine „Bounding-Box", also einem
in das Videobild datentechnisch projiziertes Rechteck, erfasst.
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Ein
Fußpunkt der Bounding-Box, also ein Punkt, welcher in der
Mitte der Seitenkante des Rechtecks liegt, die perspektivisch interpretiert
die Unterseite des Überwachungsobjekts repräsentieren müsste,
wird als ein Objektpunkt definiert. Die Operation der Objektpunktextraktion
wird in einer Detektionseinrichtung 4 durchgeführt,
welche Bestandteil des Bildverarbeitungsmoduls 3 sein,
diesem jedoch auch vorgeschaltet sein kann.
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Der
Objektpunkt wird an eine Auswerteeinrichtung 5 übergeben,
welche dazu ausgebildet ist, die 3-D-Objektposition dieses Objektpunktes
zu bestimmen, wie nachfolgend dargelegt wird.
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Als
weitere Daten erhält die Auswerteeinrichtung 5 von
einem ersten Datenspeicher 6 ein Modell des Überwachungsbereichs.
Das Modell ist als ein 3-D-Modell ausgebildet, enthält
somit Elemente, welche außerhalb einer gemeinsamen Ebene
definiert sind. Die räumliche Erstreckung des Modells kann sich
auf den Erfassungsbereich einer einzigen Überwachungskamera 2 beschränken,
größer als dieser Erfassungsbereich sein, über
mindestens die Erfassungsbereiche von zwei Überwachungskameras 2 gehen
oder eine Vielzahl von Erfassungsbereichen von Überwachungskameras 2 erfassen.
Das Modell soll der Realität so nahe wie möglich
kommen und weist beispielsweise Raum-, Gebäude- und/oder
Geländegrenzen, 3-D-Dreiecksnetze, Höhenkarten
oder auch einfache geometrische Körper, wie zum Beispiel
Sphären oder Quader zur Nachbildung der realen Welt dar.
Die reale Welt wird datentechnisch in Weltkoordinaten dargestellt,
das Modell liegt in Modellkoordinaten vor. Die Transformation von
Welt- zu Modellkoordinaten oder in umgekehrter Richtung ist vollständig
bestimmt.
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Als
weitere Eingangsdaten erhält die Auswerteeinrichtung 5 aus
einem zweiten Datenspeicher 7 ein Kameramodell der Überwachungskamera 2,
mit der das Überwachungsobjekt erfasst ist bzw. die den Objektpunkt
bereitstellt. Das Kameramodell umfasst Daten über die Lage
und die Ausrichtung der Überwachungskamera 2 in
Modell- bzw. Weltkoordinaten sowie über die optischen Abbildungseigenschaften der Überwachungskamera,
so dass beispielsweise der Erfassungsbereich der Überwachungskamera 2 in
dem 3D-Modell modellierbar ist.
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Unter
Verwendung der Daten des Kameramodells, des Modells sowie des Objektpunkts
kann nun die 3-D-Objektposition des Objektpunkts in Modell- bzw.
Weltkoordinaten berechnet werden. Diese Berechnung wird anhand der
schematischen Darstellung eines 3-D-Modells 8 in der nachfolgenden
Figur erläutert.
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Das
3-D-Modell ist in der 2 vereinfacht mit zwei Elementen
dargestellt, nämlich einem Quader 9 und einer
modellierten Überwachungskamera 10. Beispielsweise
ist das 3-D-Modell als ein Drahtgittermodell ausgeführt.
Der Quader 9 repräsentiert ein beliebiges reales
Objekt in dem Überwachungsbereich, wie zum Beispiel einen
Schreibtisch oder dergleichen. Eine Vielzahl derartiger Körper
kann somit das 3-D-Modell bilden.
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Die
modellierte Überwachungskamera 10 umfasst ein
Projektionszentrum 11 sowie eine Projektionsebene 12.
Projektionszentrum 11 und -ebene 12 sind so angeordnet,
dass ein Bildpunkt der zu der modellierten Kamera 10 korrespondierenden
realen Überwachungskamera 2 auf einer Halbgeraden,
welche im Projektionszentrum 11 beginnt und sich durch einen
zu dem Bildpunkt korrespondierenden Abbildungspunkt erstreckt, lagerichtig
als Projektionspunkt auf der Projektionsebene 12 abgebildet
liegt.
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Diese
optisch geometrischen Zusammenhänge können auch
von der schematischen Darstellung in der 2 entnommen
werden, so verläuft eine Halbgerade 13 ausgehend
von dem Projektionszentrum 11 durch einen Projektionspunkt 14 und durch
einen Abbildungspunkt 15, welcher auf der Oberseite oder
Oberfläche des Quaders 9 liegt. Die Ausrichtung
sowie Lage des Projektionszentrums 11, der Projektionsebene 12 sowie
der Projektionspunkte 14 sind durch das Kameramodell und
das Modell 8 vorgegeben.
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Wieder
zurückkehrend zu der geschilderten Verfahrensweise des
Bildverarbeitungsmoduls 3 in 1 wird der
Objektpunkt als Projektionspunkt 14 lagerichtig in dem
Modell 8 eingetragen. Nachfolgend wird die Halbgerade 13 durch
das Projektionszentrum 11 und den Projektionspunkt 14 gebildet,
so dass durch diese Eingangsdaten eine Richtung der Halbgeraden 13 definiert
ist. In einem nächsten Schritt wird die Halbgerade 13 mit
dem Modell 8 – in diesem Fall mit dem Quader 9 – geschnitten.
Wie sich aus der Darstellung ergibt, liegen zwei Schnittpunkte vor, nämlich
der Abbildungspunkt 15 und ein weiterer Schnittpunkt 16.
Bei Vorliegen von mehreren Schnittpunkten 15, 16 prüft
die Auswerteeinrichtung 5, welcher Schnittpunkt 15, 16 den
kleinsten Abstand zu dem Projektionszentrum 11 aufweist,
da dieser dann die der modellierten Überwachungskamera 10 zugewandte
Oberseite oder Sichtseite des Quaders 9 bzw. des 3-D-Modells 8 repräsentieren
muss.
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Die
3-D-Lagedaten des Abbildungspunkts 15 werden nachfolgend
als 3-D-Objektposition von der Auswerteeinrichtung 5 bzw.
dem Bildverarbeitungsmodul 3 ausgegeben.
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Das
dargestellte Verfahren erlaubt die Positionsbestimmung in Räumen
und auf verschiedenen Höhen. Besonders hervorzuheben ist,
dass Wände oder ähnliche Sichtkollisionsobjekte
berücksichtigt werden.
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Bei
einer Weiterbildung des Ausführungsbeispiels ist es auch
möglich, dass mehrere Bildpunkte des Überwachungsobjekts
als Objektpunkte an das Bildverarbeitungsmodul 3 übergeben
werden, um eine komplexere Information über die 3-D-Objektposition
des Überwachungsobjekts zu erhalten. Bei anderen Ausführungsformen
weist das Bildverarbeitungsmodul eine weitere Eingangsschnittstelle
zu einem dritten Datenspeicher 17 auf, wobei in dem dritten
Datenspeicher 17 eine Zuordnungstabelle abgelegt ist, in
der für jeden Bildpunkt einer der Überwachungskameras 2 eine
entsprechende 3-D-Objektposition berechnet ist. Der dritte Datenspeicher 17 wird zum
Beispiel in einer Initialisierungsphase, aber auch bei einer Aktualisierung
des Modells, des Kameramodells, etc. aufgefrischt. Durch die Verwendung
des dritten Datenspeichers 17 kann die Echtzeitfähigkeit des
Bildverarbeitungsmoduls 3 und damit des Überwachungssystems 1 verbessert
werden, da rechenzeitintensive Prozeduren vor dem Echtzeitbetrieb
bereits abgearbeitet werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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