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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung Ertrinkender, ferner ein Kamerasystem sowie ein Programm und Speichermedium für die Durchführung des Verfahrens.
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In Deutschland ertranken 2010 insgesamt 438 Menschen. Es kann als eine Aufgabe der Erfindung betrachtet werden, ein Verfahren anzugeben, dass es erlaubt, einen Ertrinkenden möglichst frühzeitig zu erkennen, um lebensrettende Maßnahmen einzuleiten. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zu schaffen, das kostengünstig als Software, insbesondere in bestehende Systeme, zu implementieren ist und das dadurch neben öffentlichen Badeanstalten, Freibädern und Badeseen auch im Privatbereich für Pools einsetzbar ist.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Erkennung Ertrinkender angegeben, aufweisend die folgenden Schritte:
- – Bereitstellen einer Kamera;
- – Ausrichten der Kamera auf eine Wasserfläche;
- – Erkennen, Zuweisen und Speichern einer ersten Bildcharakteristik für eine Person aus ersten Bildsignalen der Kamera;
- – Vergleichen der gespeicherten Bildcharakteristik mit auf die ersten Bildsignale folgenden Bildsignalen der Kamera;
- – Ausgabe eines Warnsignals, wenn die folgenden Bildsignale innerhalb eines bestimmten Zeitraums keine zweite Bildcharakteristik ergibt, die der ersten Bildcharakteristik zuordenbar ist und/oder wenn die folgenden Bildsignale innerhalb eines bestimmten Zeitraums einer Bildcharakteristik einer ertrinkenden Person entsprechen.
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Ferner ist in einem Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass das Verfahren Wahrscheinlichkeitskriterien bildet und/oder heranzieht, die die Eintrittswahrscheinlichkeit für das Ertrinken einer Person erhöhen oder vermindern, wobei die Ausgabe des Warnsignals bei Überschreiten eines Grenzwertes der Eintrittswahrscheinlichkeit erfolgt.
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Ferner ist in einem Aspekt der Erfindung vorgesehen, dass die Kamera eine Wärmebildkamera und die Bildcharakteristik eine Wärmebildcharakteristik ist. Aus den Bilddaten der Wärmebildkamera lässt sich insbesondere die Position der Person, die Positionsdifferenz zur vorigen Wärmebildern, sofern vorhanden, die Oberflächentemperatur der Person, das Integral der Oberflächentemperatur, die Fläche der Wärmeabstrahlung, und eine charakteristische Wärmeverteilung und Form der wärmeabstrahlende Körperregionen der Person ermitteln. Insbesondere die charakteristische Wärmeverteilung und Form der wärmeabstrahlende Körperregionen der Person kann vorzugsweise zu einer Zuweisung zu verschiedenen Gruppen wie Erwachsener/Kind, Schwimmer/ Nichtschwimmer/Ertrinkender genutzt werden und so die Anzahl von Fehlsignale vermindern. Die übrigen Daten können ebenfalls der Zuweisung dienen, wie noch näher erläutert wird.
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Vorgeschlagen wird ferner ein Kamerasystem, enthaltend eine Kamera, insbesondere eine Wärmebildkamera, einem Rechner, geeignet zur Ausführung des Verfahrens.
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Vorgeschlagen wird ferner ein Programm zur Ausführung der folgenden Schritte in einem Rechner:
- – Erkennen, Zuweisen und Speichern einer ersten Bildcharakteristik für eine Person aus ersten Bildsignalen einer auf eine Wasserfläche gerichteten Kamera;
- – Vergleichen der gespeicherten Bildcharakteristik mit auf die ersten Bildsignale folgenden Bildsignalen der Kamera;
- – Ausgabe eines Warnsignals, wenn die folgenden Bildsignale innerhalb eines bestimmten Zeitraums keine zweite Bildcharakteristik ergibt, die der ersten Bildcharakteristik zuordenbar ist und/oder wenn die folgenden Bildsignale innerhalb eines bestimmten Zeitraums einer Bildcharakteristik einer ertrinkenden Person entsprechen.
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Vorgeschlagen wird ferner ein Speichermedium zum Speichern eines Programmcodes zur Ausführung der folgenden Schritte:
- – Erkennen, Zuweisen und Speichern einer ersten Bildcharakteristik für eine Person aus ersten Bildsignalen einer auf eine Wasserfläche gerichteten Kamera;
- – Vergleichen der gespeicherten Bildcharakteristik mit auf die ersten Bildsignale folgenden Bildsignalen der Kamera;
- – Ausgabe eines Warnsignals, wenn die folgenden Bildsignale innerhalb eines bestimmten Zeitraums keine zweite Bildcharakteristik ergibt, die der ersten Bildcharakteristik zuordenbar ist und/oder wenn die folgenden Bildsignale innerhalb eines bestimmten Zeitraums einer Bildcharakteristik einer ertrinkenden Person entsprechen.
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Die bereitgestellte Kamera ist vorzugsweise eine Wärmebildkamera und hat ferner bevorzugt eine Auflösung, die es erlaubt, Köpfe von Personen mit charakteristischen Merkmalen zu erkennen, beispielsweise hinsichtlich der Kopfgröße, der Kopfform und der Augen.
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Die Ausrichtung der Kamera erfolgt, sofern die Erkennung in Schwimmbädern erfolgen soll, bevorzugt vollständig für zumindest ein Becken mit dessen Randbereich.
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Die Erkennung der ersten Bildcharakteristik für eine Person aus ersten Bildsignalen der Kamera ist bevorzugt durch Temperaturunterschiede des üblicherweise aus dem Wasser herausragenden Kopfes der Person und der Wasserfläche möglich. So kann die Bildcharakteristik das Integral von Temperaturwerten für eine zusammenhängende Fläche gebildet sein, die durch die üblicherweise niedrigere Wassertemperatur eindeutig einer Person zugewiesen sein kann.
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Üblicherweise hat das Wasser in öffentlichen Schwimmbädern eine Temperatur zwischen 26 Grad für Sportbecken und 31 Grad für Kleinkinderbecken.
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Der Kopf einer im Wasser befindlichen Person hat für den aus dem Wasser herausragenden Bereich eine Oberflächentemperatur von deutlich über 31 Grad. Für die Augenpartie können Oberflächentemperaturen von bis zu 37 Grad angenommen werden. Für die Erkennen der ersten Bildcharakteristik genügen schon geringe Temperaturunterschiede der Oberflächentemperatur der Person im Vergleich zur Wassertemperatur. So kann ab 0,2 Grad Temperaturdifferenz eine genügende Abgrenzung Person/Wasser erreicht sein.
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Dabei ist kann es schon aufgrund der ersten Bildsignale möglich sein, die Größe der Person zu ermitteln und sie einer Personengruppe zuzuordnen, etwa der Gruppe Erwachsener, Kind, Kleinkind oder Säugling. Ferner kann möglicherweise schon mit den ersten Bildsignalen erkannt werden, ob die Person Schwimmhilfsmittel etwa Schwimmflügel trägt und so der Gruppe der Schwimmer oder Nichtschwimmer zugeordnet werden kann.
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Mittels der auf die ersten Bildsignale nachfolgenden folgenden Bildsignale der Kamera kann die Person weiter charakterisiert werden. So ist es beispielsweise möglich, die Geschwindigkeit der Bewegung im Wasser zu erfassen indem das Zentrum des vorgenannten Integrals aus den Orten und Zeiten zuvor gewonnener Bilddaten bestimmt wird. Ebenso ist es damit möglich, die Gesamtschwimmstrecke, die Aufenthaltszeit im Wasser zu erfassen. Eine bevorzugte Bildfrequenz der Kamerasteuerung kann bis zu 50Hz sein. Grundsätzlich genügen ebenfalls erheblich niedrigere Bildfrequenzen, etwa von 20 Hz oder sogar 5 Hz.
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Sämtliche der so gewonnenen Daten können dazu dienen, die Wahrscheinlichkeit über ein Ertrinken der Person zu berechnen. Im Folgenden sollen einige Beispiele die keinesfalls abschließend oder einschränkend aufzufassen sind, die Grundsätzliche Einordnung der Wahrscheinlichkeit veranschaulichen. Die Zahlenangaben dienen lediglich der Illustration der Erfindung und dürfen daher nicht ohne umfängliche Untersuchungen und Überprüfung bei der technischen Umsetzung des Verfahrens übernommen werden:
Beispielsweise ergeben Daten, die ausschließlich auf ein regelmäßiges Bahnschwimmen einer Person schießen lassen, eine Wahrscheinlichkeit von 0 Prozent, dass diese Person ertrinkt.
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Für eine Person, die in der ersten Bildcharakteristik und/oder anhand darauffolgender Bildsignale als Kleinkind charakterisiert wurde, und für die eine charakteristische Signatur von Schwimmflügeln zugeordnet wurde, kann eine Wahrscheinlichkeit von 50 Prozent zugeordnet werden, wenn in den darauffolgenden Bildsignalen keine Schwimmflügel mehr erkannt werden, und sich die Person im Schwimmerbereich aufhält. Wenn bei einer Personendichte von unter 0,1 Personen pro Quadratmeter Schwimmfläche keine als Schwimmer charakterisierte Person in der Nähe dieser Person ist, wird die Wahrscheinlichkeit auf 70 Prozent angehoben. Sofern das Kopfintegral für mehr als 5 Sekunden in Folge einen unteren Grenzwert unterschreitet, und die Augen aus einem Winkel erkannt werden, deren Messung dafür spricht, dass die Person das Gesicht nach oben hält, wenn ferner der Schulter- und Rückenbereich eine Charakteristik aufweisen, die für eine lotrechte oder nahezu lotrechte Haltung des Rumpfes im Wasser sprechen und wenn ferner keine oder eine nur geringe und/oder nicht zielgerichtete Fortbewegung der Person im Wasser ermittelt wird, so wird die Wahrscheinlichkeit auf 95% angehoben.
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Wenn für eine vorhandene Bildcharakteristik im Vergleich mit den folgenden Bildsignalen für einen Zeitraum von 10 Sekunden für Personen mit Nichtschwimmercharakteristik keine Zuordnung möglich ist so wird die Wahrscheinlichkeit mit 90 Prozent angegeben. Für jede Sekunde fehlender Zuordnung steigt die Wahrscheinlichkeit für diese Personengruppe um 2 Prozent. Nach 15 Sekunden wird die Wahrscheinlichkeit demnach mit 100 Prozent angegeben.
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Wenn für eine vorhandene Bildcharakteristik im Vergleich mit den folgenden Bildsignalen für einen Zeitraum von 20 Sekunden für Personen mit Schwimmercharakteristik keine Zuordnung möglich ist so wird die Wahrscheinlichkeit mit 70 Prozent angegeben. Für jede Sekunde fehlender Zuordnung steigt die Wahrscheinlichkeit um 2 Prozent.
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Es versteht sich, dass Tauchvorgänge von Schwimmern, etwa Streckentauchen über eine Distanz von 25 Metern oder 50 Metern insbesondere von guten Schwimmern möglichst nicht als Ertrinken charakterisiert werden sollen. Das Verfahren kann dafür beispielsweise frühere Tauchvorgänge der Person im Erkennungszeitraum berücksichtigen und den Schwimmer als Taucher charakterisieren. Insbesondere kann angenommen werden, dass Taucher nach der ersten Wärmebildscharakteristik zwar als Risikogruppe qualifiziert sind, etwa mit einer Wahrscheinlichkeit von 20 Prozent. Wenn für diese Personengruppe Taucher für eine vorhandene Bildcharakteristik im Vergleich mit den folgenden Bildsignalen für einen Zeitraum von zum Beispiel erst bei 30 Sekunden keine Zuordnung möglich ist, so wird die Wahrscheinlichkeit mit 70 Prozent ausgegeben. Für jede Sekunde fehlender Zuordnung steigt die Wahrscheinlichkeit um 3 Prozent.
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Das Warnsignal kann eine Textnachricht oder Bildnachricht auf einem Handhold-Device oder einem Monitor eines PC beinhalten, der etwa in einer Kabine für den Bademeister vorhanden ist. Ebenfalls möglich ist ein Licht- und/oder Tonsignal. Bei einer Textnachricht kann ein Report angezeigt werden, der über die ermittelte Wahrscheinlichkeit Auskunft gibt. Insbesondere bei einer Bildnachricht kann ferner der Ort der letzten Zuordnung und eine Angabe der Sekunden übermittelt werden, seit die letzte Zuordnung erfolgte.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigt
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1 eine Aufsicht auf ein Schwimmbecken mit einem Sprungbrett;
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2 eine Schnittansicht gemäß 1;
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3 ein Detail zu einer Bildcharakteristik einer Person;
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4 eine schematische Darstellung einer aus Infrarot-Bilddaten gewonnenen Bildansicht;
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5 eine weitere Darstellung einer aus Infrarot-Bilddaten gewonnenen Bildansicht;
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6 eine Folge von Signalstärken zu Bildcharakteristiken einer Person;
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7 eine schematische Darstellung verschiedener Positionen einer Person zu den in 6 dargestellten Signalen;
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8 Details zu Bildcharakteristiken einer Person;
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9 ein Details zu Bildcharakteristiken zweier Personen;
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10 Positionen zweier Personen zu verschiedenen Zeitpunkten;
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11 Personen in einem Schwimmbecken zu drei verschiedenen Zeitpunkten;
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12 Personen in einem Schwimmbecken zu verschiedenen Zeitpunkten;
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13 eine Person in einem Schwimmbecken zu verschiedenen Zeitpunkten;
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14 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß der Erfindung;
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15 Personen in einem Schwimmbecken;
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16 ein Kamerasystem gemäß der Erfindung und
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17 ein an das Internet angebundenes Kamerasystem.
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Die in 1 gezeigte Aufsicht auf ein Schwimmbecken 2 mit einem Sprungbrett 3 bildet mit dem Randbereich 6 des Schwimmbeckens einen erfassten Bildbereich 7 einer in 2 dargestellten Kamera 4 in Form einer Wärmebildkamera, bzw. IR-Kamera. Die Person 5, die hier mit einem Kreuz 8 markiert ist, wurde über in 4 dargestellte Temperaturwerte ihrer Körperoberfläche ermittelt.
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In 3 ist eine Person 5 als Kreuz 8 dargestellt und ein in gestrichelter Linie gezeigtes weiteres Kreuz 9 steht für eine zuvor ermittelte Bildcharakteristik dieser Person zu einem früheren Zeitpunkt an einer anderen Position. Mittels des Verfahrens wurde erkannt, dass an der mit dem gestrichelten Kreuz 9 markierten ersten Position keine einer Person zuordenbaren Bildsignale der Kamera zu einem späteren Zeitpunkt erfasst wurden. Aufgrund der räumlichen Nähe des mit durchgezogenen Linien gezeigten Kreuzes 8 sowie des Fehlens anderer in der Nähe befindlicher Signale, ferner aufgrund von hier nicht gezeigten weiteren Zwischenmessungen wird jedoch von dem Programm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt, dass es sich um ein- und dieselbe Person handelt.
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In 4 ist das zum gestrichelt gezeigten Kreuz gehörige Bildsignal vergrößert dargestellt. Es zeigt in Aufsicht einen Schulter-Rückenbereich 10 einer in Bildrichtung nach rechts kraulenden Person 5 sowie einen Kopfbereich 11 mit einem darin befindlichen Bereich 12 erhöhter Oberflächentemperatur (Stirn-Augenbereich). Ferner ist ein aus dem Wasser ragender Teil einer Hand 13 erkennbar. Der übrige Körper 14 der Person 5 ist mit einer gestrichelten Linie gezeigt und liegt unterhalb der Wasseroberfläche und wird von der IR-Kamera nicht erfasst.
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In 4a ist das Bildsignal aus 4 mit einer geringen Auflösung von 5×6 Pixeln gezeigt. Ein Pixel 15 mit einem Kreuz steht für den Bereich 12 aus 14 und die mit einer einfachen Linie durchstrichenen Pixel 16 stehen für die übrigen Bereiche gegenüber der Wassertemperatur erhöhten Oberflächentemperatur der Person 5. Es gelingt mit der in 4a dargestellten Auflösung ab 1Pixel/0,3m eine noch ausreichende Verarbeitung des Verfahrens. Entsprechend kann mit einer günstigen handelsüblichen Wärmebildkamera von 320×240 eine Beckenlänge von 50m mit 18cm/Pixel aufgelöst werden, sofern ein erfasster Bildbereich von 60 Metern angenommen wird.
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5 zeigt eine Bildcharakteristik für eine ertrinkende Person. Typisch für den Zustand des Ertrinkens kann eine aufrechte Körperhaltung angenommen werden, ferner eine nach oben geneigte Kopfhaltung. In dem gezeigten Zustand kann die Kamera eine typische Signatur erfassen, da der erfasste Kopfbereich, bzw. dessen Flächenintegral kleiner ist als das der selben in 4 gezeigten Person. Dies liegt daran, dass der Kopf (gestichelte Linie 17) bis auf die Gesichtspartie unterhalb der Wasseroberfläche liegt. Erkennbar sind ferner signifikante Temperaturerhöhungen im Bereich 18 der Augen und des Mundes. Die Erfassung der typischen Kopfhaltung kann mit besseren Kameras erfasst werden. So sind Kameras die Mikro Scanning verwenden in der Lage, mit 1280×960 oder mehr Bildpunkten aufzulösen. Für die erwähnten 60 Meterstrecke ergibt sich eine Auflösung von weniger als 5cm/Pixel.
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Ein Warnsignal kann beispielsweise dann von der Verfahrenssoftware bzw. der Prozessorsteuerung ausgegeben werden, wenn mit der in 5 dargestellten Bildcharakteristik eine in Folge absinkende Signalstärke (6) mit gleichzeitig vorliegender Positionssignalfolge (7) einhergeht. In 6 ist innerhalb von 15 Sekunden eine Abschwächung des Signalintegrals über die Personenoberflächentemperatur festgestellt worden. Ferner ist zwischen der Position P3 und der Position P4 als zuletzt ermittelter Position der Person eine nur geringe Schwimmdistanz im Vergleich zu den Positionen P1 und P2 festgestellt worden (7). Zum Zeitpunkt t15, also 11 Sekunden nachdem die Person zuletzt erfasst werden konnte wird ein Warnsignal ausgegeben, dass eine Zuordnung enthält, wo die ertrinkende Person vermutet werden kann (7, Bereich P15).
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8 zeigt Details zu Bildcharakteristika einer Person. Im oberen Bildteil ist die Person 5 mit Schwimmflügeln 18 dargestellt. Dadurch wird diese Person als Nichtschwimmer charakterisiert. Bei entsprechender Signalschwäche und charakteristischem Verharren der Person in einem eng begrenzten Bereich (s. 6 und 7) kann mit Vorliegen der im untern Bildteil dargestellten Charakteristik, bei dem die aus dem Wasser ragende Kopfoberfläche 19 im Vergleich zum Kopfumfang 20 (gestrichelte Linie) der Person verkleinert erfasst ist, wird ebenfalls ein Warnsignal ausgegeben. Das Verfahren hat automatisch erkannt, dass ein Nichtschwimmer seine Schwimmhilfsmittel verloren hat und ertrinkt.
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Die Wahrscheinlichkeit für ein Ertrinken sinkt sofort mit Auftreten der in 9 dargestellten Bildcharakteristik, bei der eine weitere Person 22 in kurzer Entfernung 21 zu der Person mit kritischer Bildcharakteristik angezeigt ist. In diesem Beispiel handelt es sich um einen Vater, der sein Kleinkind in sicherer Rückenlage hält.
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Auch die in 10 dargestellten Personen ergibt sich kein Warnsignal, sofern sie sich nahe beieinander befinden, wie im unteren Bereich 23 der 10 dargestellt ist.
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Es versteht sich, dass auch andere Bildcharakteristika zum Auslösen des Warnsignals führen können, beispielsweise als Fuchteln interpretierte Handbewegungen, wie sie für Ertrinkende typisch sein können, sofern weitere Kriterien, etwa eine Signalabschwächung oder ein fehlendes Signal über einen längeren Zeitraum.
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Die 11 zeigt 3 Personen in einem Schwimmbecken zu drei verschiedenen Zeitpunkten A, B und C. Zur Zeit B ist eine der Personen verschwunden, d.h. kein Bildsignal kann dieser Person in Zeitpunkt B zugeordnet werden. Im Zeitpunkt C taucht eine Person auf, die als zum Zeitpunkt A erfasste und im Zeitpunkt B vermisste Person charakterisiert werden kann. Ein Warnsignal wird folglich nicht geschaltet.
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In 12 ist dargestellt, wie die vermisste Person nicht mehr auftaucht, nachdem sie vom Sprungbrett 3 gesprungen ist. Es wird ein Warnsignal ausgegeben, nachdem die Person innerhalb von 20 Sekunden nicht mehr erfasst wurde (Zeitpunkt D).
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13 zeigt eine Person 5 in einem Schwimmbecken zu verschiedenen Zeitpunkten. Zwischen dem Bildsignal t1 und dem Bildsignal t3 liegen 2 Sekunden. In der 2. Sekunde wurde kein Bildsignal erhalten. Dies wird als für eine Schwimmbewegung normaler Vorgang charakterisiert, bei welcher der Kopf zum Teil auch vollständig unter der Wasseroberfläche liegen kann. Die Länge der Schwimmstrecke wird ebenfalls erfasst und weist mit 3,5 Metern Person 5 als guten Schwimmer aus. In der mittleren Darstellung ist ein Tauchvorgang dargestellt. Nach 10 Sekunden und auch nach 20 Sekunden ist kein Signal erkennbar, dass auf die Person schließen ließe. In diesem Fall wird erst nach 30 Sekunden ab der letzten Signalerfassung dieser Person ein Warnsignal ausgegeben, da diese Person zuvor einige erfolgreiche Tauchversuche unternommen hat, die innerhalb des Verfahrens abgespeichert wurden.
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14 zeigt ein mögliches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß der Erfindung, nämlich Bereitstellen 24 einer Kamera;
- – Ausrichten 25 der Kamera auf eine Wasserfläche;
- – Erkennen 26, Zuweisen 27 und Speichern 28 einer ersten Bildcharakteristik für eine Person aus ersten Bildsignalen der Kamera;
- – Vergleichen 29 der gespeicherten Bildcharakteristik mit auf die ersten Bildsignale folgenden Bildsignalen der Kamera;
- – Ausgabe 30 eines Warnsignals, wenn die folgenden Bildsignale innerhalb eines bestimmten Zeitraums keine zweite Bildcharakteristik ergibt, die der ersten Bildcharakteristik zuordenbar ist und/oder wenn die folgenden Bildsignale innerhalb eines bestimmten Zeitraums einer Bildcharakteristik einer ertrinkenden Person entsprechen.
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In 15 sind Personen in oder an einem Schwimmbecken dargestellt für die jeweils erste Bildcharakteristiken zugewiesen wurden. Die beiden Pfeile 29 deuten ein Verlassen bzw. Eintreten von Personen in den hier auf das Becken beschränkten Bildbereich an.
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16 zeigt ein Kamerasystem mit einer Kamera, einem Lautsprecher 31 zur Ausgabe eines Warnsignals, einem Speicher 32 zur Speicherung der Bilddaten mit einem Prozessor 34 zur Verarbeitung der Bilddaten und einem Monitor 33 zur Ausgabe einer Textnachricht als ein weiteres Warnsignal.
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17 zeigt ein an das Internet 35 angebundenes Kamerasystem.
