DE102009005565A1 - Verfahren zur Erkennung von Objekten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Objekten in einem vorgegebenen Zielgebiet umfassend folgende Verfahrensschritte: - Aufzeichnen eines ersten und eines zweiten Höhenprofils des Zielgebietes, wobei die beiden Höhenprofile in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand zueinander aufgenommen werden, - Ermittlung eines Höhendifferenzprofils aus dem ersten und dem zweiten Höhenprofil, - Gliederung des Höhendifferenzprofils in äquidistante horizontale Höhenschnitte, - Berechnen der Positionen der Flächenschwerpunkte der von den jeweiligen Höhenlinien der horizontalen Höhenschnitte umschlossenen Flächen, - Zuführen des ermittelten Höhendifferenzprofils und der berechneten Flächenschwerpunkte einem System zur Klassifikation von Objekten.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Objekten in einem vorgegebenen Zielgebiet gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
• Fernerkundliche Veränderungsdetektion, auch als Change detection bezeichnet, ist ein fernerkundliches Verfahren zur Erfassung und Kartierung von Veränderungen des Zustandes der Erdoberfläche zwischen zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Fernerkundungsaufnahmen. Die Erfassung und Kartierung kann dabei sowohl visuell erfolgen (visuelle Bildinterpretation) als auch unter Zuhilfenahme von Verfahren der digitalen Bildverarbeitung. Hierbei wird ein Objekt dann als Objekt erkannt, wenn es neu auftaucht oder plötzlich nicht mehr vorhanden ist. Die Objekterkennung läßt sich so auf real existierende Änderungen reduzieren.
• Üblicherweise wird beim Change detection-Verfahren in den aufeinanderfolgenden Aufnahmen nach bestimmten Farben gesucht, die aber unter bestimmten Bedingungen nicht gefunden werden können, da sich zwischenzeitlich die Licht- und Schattenverhältnisse geändert haben.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren anzugeben, welches real existierende Änderungen erkennen kann.
• Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß den Merkmalen des geltenden Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
• Zur Erkennung von Objekten in einem vorgebbaren Zielgebiet werden erfindungsgemäß folgende Verfahrenschritte durchgeführt:
• – Aufzeichnen eines ersten und eines zweiten Höhenprofils des Zielgebietes, wobei die beiden Höhenprofile in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand zueinander aufgenommen werden,
• – Ermittlung eines Höhendifferenzprofils aus dem ersten und dem zweiten Höhenprofil,
• – Gliederung des Höhendifferenzprofils in äquidistante horizontale Höhenschnitte,
• – Berechnen der Positionen der Flächenschwerpunkte der von den jeweiligen Höhenlinien der horizontalen Höhenschnitte umschlossenen Flächen,
• – Zuführen des ermittelten Höhendifferenzprofils und der berechneten Flächenschwerpunkte einem System zur Klassifikation von Objekten.
• Das erfindungsgemäße Verfahren beruht wie das bekannte Change detection Verfahren auf dem Vergleich zweier zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Aufnahmen eines Zielgebietes. Durch den Bildvergleich ist es möglich, z. B. aus einer reiner Höhenmessung (Abstandsmessung) mit anschließender Höhensortierung Änderungen im Höhenprofil festzustellen und diese einem Objekt zuzuordnen. Die Zuordnung erfolgt dabei mittels einer Vergleichsobjekt-Datenbank. Bei hinreichend guter Auflösung, wobei die Boden- und Höhenauflösung jeweils unter 10 cm liegt, lässt sich die Form der gefundenen Objekte dreidimensional klassifizieren und somit eine automatische Objekterkennung mittels eines datenbankgestützten Vergleichssystems gewährleisten.
• Das erfindungsgemäße Verfahren ist in verschiedenen Spektralbereichen einsetzbar. So können Höhenprofile mittels LIDAR, RADAR oder SODAR aufgenommen werden. Die Höhenprofile können z. B. mit einem entsprechenden Linienscanner, welcher in dem jeweiligen Spektralbereich arbeitet, aufgenommen werden.
• Gemäß der Erfindung werden die ermittelten Höhendifferenzprofile in äquidistante horizontale Höhenschnitte zerlegt. Zweckmäßig können Bereiche, die innerhalb eines vorgebaren Höhenintervalls liegen einer einheitlichen Farbe zugeordnet werden. Hierbei ergeben sich für einen Betrachter Vorteile bei der visuellen Darstellung der Höhendifferenzprofile auf einem Bildschirm. Der Betrachter kann Unterschiede sofort optisch erkennen, wenn man sich etwa im Einzelfall durch eine genauere Analyse des Szenarios bessere Aufschlüsse verspricht.
• Durch die Zerlegung der Höhendifferenzprofile in Höhenschnitte entstehen von Höhenlinien umschlossene Flächen. Von diesen Flächen wird mittels Integration der Schwerpunkt berechnet. Der Schwerpunkt berechnet sich gemäß

  

  wobei

  

  die eingeschlossene Fläche angibt.
• Der Flächenschwerpunkt eines einfach zusammenhängenden Gebietes einer bestimmten Höhe definiert hierbei den Schnitt durch ein Objekt.
• Koinzidieren die Flächenschwerpunkte zweier zeitlich auseinander liegender Höhenprofilbestimmungen, so entspricht dies der Tatsache, dass weder Objekte hinzugenommen noch entfernt wurden. Hat sich der Schwerpunkt des Höhenprofils bewegt, so kann daraus abgeleitet werden, dass es sich um ein neues oder entferntes altes Objekt handelt.
• In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden von benachbarten Höhenlinien Differenzhöhenfläche berechnet und zusätzlich dem System zur Klassifikation von Objekten zugeführt. Damit ist es möglich, symmetrische Volumenveränderungen zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Höhenprofilen zu detektieren. Bei symmetrischen Volumenänderungen tritt der Fall auf, dass allein aus der Bestimmung des Flächenschwerpunktes keine Veränderung erkannt werden kann. Somit kann durch zusätzliche Bestimmung der Differenzhöhenfläche auch der Nachweis von symmetrischen Veränderungen erfolgen. Die Differenzhöhenfläche kann hierbei eine echte, als auch eine imaginäre Fläche darstellen, je nachdem, ob es sich bei der Volumenänderungen um einen Berg oder ein Tal handelt. In jedem Fall ergibt sich auch bei symmetrischen Verhältnissen bei Objektentfernung oder -hinzukommen eine von Null verschiedene Nettodifferenzfläche.
• Zur Normierung des Höhendifferenzprofils werden die einzelnen Höhenlinien zweckmäßig miteinander korreliert.
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es darüber hinaus möglich, Höhenprofile, welche im sichtbaren und/oder infraroten und/oder Radarwellenbereich aufgenommen wurden miteinander zu fusionieren. Dadurch können mehr Informationen aus der Zielgebiet erfasst und ausgewertet werden.

Claims (5)

1. Verfahren zur Erkennung von Objekten in einem vorgegebenen Zielgebiet umfassend folgende Verfahrensschritte: – Aufzeichnen eines ersten und eines zweiten Höhenprofils des Zielgebietes, wobei die beiden Höhenprofile in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand zueinander aufgenommen werden, – Ermittlung eines Höhendifferenzprofils aus dem ersten und dem zweiten Höhenprofil, – Gliederung des Höhendifferenzprofils in äquidistante horizontale Höhenschnitte, – Berechnen der Positionen der Flächenschwerpunkte der von den jeweiligen Höhenlinien der horizontalen Höhenschnitte umschlossenen Flächen, – Zuführen des ermittelten Höhendifferenzprofils und der berechneten Flächenschwerpunkte einem System zur Klassifikation von Objekten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Gebiete, die innerhalb eines vorgebbaren Höhenintervalls liegen, einer einheitlichen Farbe zugeordnet werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenzhöhenfläche benachbarter Höhenlinien berechnet wird und zusätzlich dem System zur Klassifikation von Objekten zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Objektklassifikation ein Vergleich des ermittelten Höhendifferenzprofils und der berechneten Flächenschwerpunkte mit entsprechenden Daten einer Objektdatenbank durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Normierung des Höhendifferenzprofils die Höhenlinien miteinander korreliert werden.