DE10249837A1

DE10249837A1 - Erfassen von Objekten mit einer digitalen Bildgebungsvorrichtung

Info

Publication number: DE10249837A1
Application number: DE10249837A
Authority: DE
Inventors: Edward Laird
Original assignee: Chamberlain Group Inc
Current assignee: Chamberlain Group Inc
Priority date: 2001-10-26
Filing date: 2002-10-25
Publication date: 2003-06-12
Also published as: GB2385916B; US20030118237A1; GB0225032D0; GB2385916A; US7154531B2; MXPA02010554A; CA2409670A1; FR2831672A1

Abstract

Ein System zum Erfassen eines Objekts, das in eine Öffnung eindringt. Eine digitale Bildgebungsvorrichtung ist zur Überwachung eines definierten Bereichs angeordnet und weist einen Prozessor und einen Speicher mit einem gespeicherten Bild eines Musters auf. Ein vorgegebenes Muster ist jenseits des definierten Bereichs von der Bildgebungsvorrichtung positioniert und der Prozessor vergleicht periodisch das in dem Speicher gespeicherte Bild mit einer digitalen Repräsentation des durch die Vorrichtung betrachteten vorgegebenen Musters für eine Korrelation.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft ein Erfassen eines Objekts in einem definierten Bereich unter Verwendung einer digitalen Bildgebungsvorrichtung, wie beispielsweise einer CCD-Kamera.
Es ist bekannt, zwei Infrarotsensoren zu verwenden, die über einem definierten Bereich ausgerichtet sind, um ein Eindringen in den Bereich zu erfassen. Solche IR-Detektoren werden beispielsweise für Garagentore verwendet, und an den Seiten der Toröffnung installiert. Einer der Detektoren, eine IR-Quelle sendet einen IR-Strahl zu einem Empfänger, oder IR- Sensor, der mit der IR-Quelle über die Toröffnung ausgerichtet ist. Die Funktion der IR-Detektoren ist jedoch auf ein Erfassen einer Unterbrechung des IR-Strahls beschränkt und die Detektoren erfordern eine genaue Ausrichtung, was gewisse Schwierigkeiten während deren Installation mit sich bringt. Weiter benötigen beide Detektoren eine Verdrahtung, um elektrisch mit einer Energiequelle und einer Steuereinheit verbunden zu sein.
Es besteht ein Bedarf an einer einfachen kostengünstigen Erfassungsvorrichtung, die einfach installiert werden kann, und die ein Eindringen in einem definierten Bereich kontrollieren kann, und auch eine andere Funktion bereitstellen kann, wie beispielsweise ein Erfassen der Position der Sperre und der Geschwindigkeit der Sperrenbewegung, wenn sie mit einer Sperrenbewegungsbetriebsvorrichtung verwendet wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt das System der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Verfahren zum Erfassen einer Position eines beweglichen Tors in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Das System zum Erfassen von Objekten enthält eine digitale Bildgebungsvorrichtung, wie beispielsweise eine CCD-Kamera, um einen definierten Bereich hinsichtlich eines unautorisierten Eindringens zu kontrollieren.
Fig. 1 zeigt ein System zum Erfassen eines Objekts, das in einen Bereich eindringt, der hinsichtlich Hindernissen durch eine CCD-Kamera 1 überwacht wird, die außerhalb der Garage angeordnet ist. Die Kamera weist einen rechtwinkligen Rahmen und beispielsweise eine Abtastrate von 30 Rahmen/sec. auf, und enthält einen digitalen Prozessor zum Verarbeiten von Bildern von der CCD, und einen Speicher. Enthalten sein kann eine umfasste Energiequelle wie beispielsweise eine Batterie, oder es kann eine unabhängige Wechselstromquelle vorgesehen sein. Die CCD-Kamera ist benachbart der Garagentoröffnung installiert, so dass sie die gesamte Öffnung überblickt. Die CCD-Kamera der vorliegenden Ausführung verwendet ein kleines rechtwinkliges Siliziumstück, das Ladungsträgergekoppelte Vorrichtung (Charge Coupled Device (CCD)) genannt wird, um auftreffendes Lichts zu empfangen. Der Siliziumwafer ist eine elektronische Festkörperkomponente, die mikro-erstellt ist und in eine Anordnung von individuellen lichtempfindlichen Zellen segmentiert ist, "Photostellen" genannt. Jede Photostelle ist ein Element des zu bildenden Gesamtbildes und wird somit ein Bildelement oder "Pixel" genannt. Die gewöhnlicheren CCDs, die in Camcodern und anderen Verbrauchervorrichtungen zu finden sind, weisen eine Pixelanordnung auf, die einige hundert Photostellen hoch ist und einige hundert Photostellen breit (z. B. 500 × 200 oder 320 × 200), was zehntausende von Pixeln ergibt. Da die meisten CCDs nur ungefähr R" oder 1/3" im Quadrat sind, ist jedes der vielen tausenden von Pixeln ungefähr nur ein Zehnmillionstel eines Meters (ungefähr 4 Zehntausendstel eines Inches) breit. Die CCD-Photostellen erfüllen ihre Aufgabe einer Erfassung von ankommenden Licht durch den photoelektrischen Effekt, der Elektronen freigibt, wenn durch Lichtphotonen getroffen. Die in dem CCD-emittierten Elektronen werden innerhalb nicht leitender Begrenzungen eingefasst, so dass sie als elektrische Ladung innerhalb des Bereichs des Photonenauftreffens verbleiben. Solange Licht auf eine Photostelle auftreffen kann, wird Ladung in diesen Pixel akkumuliert. Wenn die Lichtquelle ausgelöscht wird (z. B. der Verschluss geschlossen wird), wird eine einfache elektronische Schaltung und ein Mikroprozessor oder Computer dazu verwendet, die CCD-Anordnung zu entladen, die Ladungsmenge in jedem Pixel aufzuzeichnen, und die sich ergebenden Daten in ein Bild zu verarbeiten, oder eine digitale Repräsentation, eine digitale "Abbildung" eines Bildes.
Ein Muster 15, das ähnlich einem Balkencode sein kann, ist auf der Seitenwand 12 der zu überwachenden Toröffnung 10 positioniert, und dessen digitale Darstellung wird durch die CCD-Kamera erkannt. Zuerst wird die Kamera 1 allgemein auf die Seitenwand 12 mit dem Muster 15 ausgerichtet, auf solche Weise, dass die Kamera über die Toröffnung 10 zum Muster auf der Wand 12 blickt. Allgemein kann die CCD-Kamera außerhalb oder innerhalb der Garage angeordnet sein. Die CCD-Kamera überwacht das Muster und speichert das Bild des Musters 15 in dem Speicher. Ebenso kann das Bild des Musters vorab in dem Speicher der Kamera durch den Hersteller gespeichert sein, wobei dann das Muster für eine Installation zusammen mit der CCD-Kamera bereitgestellt wird. Wenn die Kamera die Toröffnung mit dem Muster überwacht, werden die Bilder durch die Software des Prozessors analysiert und Pixel um Pixel korreliert. Wenn ein Objekt in das Sehfeld der Kamera eintritt, unterbricht es die Betrachtung des erkannten Musters, und deckt den Teil 20 des Musters ab. Die digitale Darstellung wird durch den CCD-Speicher analysiert, und die Software sucht die gespeicherten Bilder und, wenn eine Korrelation nicht aufgefunden wird, wird das Objekt als ein Eindringling betrachtet, und ein Signal wird zu der Steuereinheit des Garagentoröffners (nicht gezeigt) gesendet, um einen Alarm zu initiieren.
Fig. 2 zeigt eine CCD-Kamera 1 innerhalb der Garage und ein Muster 15 auf der Außenseitenwand der Garagentoröffnung. Das Muster ist dergestalt im Gesichtsfeld der Kamera angeordnet, dass dann, wenn sich das Tor abwärts oder aufwärts bewegt, dieses teilweise das Muster abdeckt. Die Software unterscheidet die Torbewegung von irgendeinem anderen bewegten Objekt in dem definierten Bereich, durch die kontinuierlich fortschreitende Eigenschaft dieser Bewegung. Während sich das Tor graduell nach unten bewegt, und einen sich vergrößernden Teil des Musters 15 abdeckt, speichert die Kamera die sich allmählich ändernde Darstellung des Musters als eine Sequenz von Codes, so dass die Darstellung des teilweise durch das Tor abgedeckten Musters durch die Kamera erkannt werden kann. Die CCD-Software liest bzw. interpretiert die Darstellungen eines allmählich veränderten Musters als eine Sequenz von Codes, die sich aus einer Bewegung des Tors ergeben, und korreliert diese mit Codes von der Sequenz von Codes, die in dem Speicher für Bilder gespeichert sind, als das Muster während der Torschließung/Öffnung. Auf diese Weise kann die Position des Tors aus dem sichtbaren (oder verdeckten) Teil des Musters definiert werden. Weiter kann durch Lesen eines bestimmten Codes (oder Erkennen eines Teils des Musters) die Software des CCD-Prozessors optisch die Torposition und die Geschwindigkeit der Torbewegung in einem beliebigen Moment verifizieren. Wenn ein unerwartetes Objekt das Gesichtsfeld der CCD-Kamera abdeckt, analysiert die Software die digitalen Darstellungen durch ein Korrelieren Pixel um Pixel mit den gespeicherten Bilder, und berichtet das Ergebnis zur Steuereinheit des Garagentoröffners.
In einem anderen Ausführungsbeispiel ist zusätzlich zu dem auf der Seite der Toröffnung angeordneten Muster ein zweites erkennbares Muster auf der Bodenkante des Tors angeordnet. Die Leistungseigenschaft des Systems in diesem Fall hängt von bestimmten Charakteristiken ab, wie beispielsweise optische Auflösung, Gesichtsfeld und Verarbeitungsleistung. Fig. 3 zeigt eine innerhalb der Garage angeordnete Kamera, während ein Muster 15 auf der Seitenwand der Garagentoröffnung angeordnet ist, und ein weiteres Muster 25 auf der Bodenkante des Tors angeordnet ist. In diesem Fall ist der gesamte Bereich der Toröffnung vor einem Eindringen geschützt. Die Bewegung des Tors deckt das Muster gegenüber der CCD ab, jedoch unterscheidet die Software die Torbewegung von irgendeinem anderen bewegten Objekt innerhalb des definierten Bereichs. Die Position des Tors und die Geschwindigkeit des Tors im Falle von zwei vorgegebenen Mustern ist durch das Verhältnis zwischen den digitalen Darstellungen eines sichtbaren Teils des Musters bestimmt. Das System mit zwei Mustern liefert eine Kompensation für das sich verändernde Seiten- bzw. Betrachtungsverhältnis aufgrund der Bewegung des Tors, und reduziert oder eliminiert potentiell nicht abgedeckte Bereiche.
Die beschriebenen Anordnungen können für die Überwachung beliebiger Öffnungen eingesetzt werden.

Claims

1. Ein System zum Erfassen eines Objekts umfassend:
eine digitale Bildgebungsvorrichtung, um einen definierten Bereich zu überwachen, mit einem Speicher mit einem gespeicherten Bilde eines Musters, und einem Prozessor; und
ein vorgegebenes Muster, jenseits des definierten Bereichs von der Bildgebungsvorrichtung positioniert;
wobei der Prozessor periodisch das in dem Speicher gespeicherte Bild mit einer digitalen Repräsentation des vorgegebenen durch die Vorrichtung betrachteten Musters für eine Korrelation vergleicht.

2. Das System nach Anspruch 1, wobei ein Signal zu einer Steuereinheit gesendet wird, wenn die Korrelation fehlt, als eine Folge davon, dass ein Objekt in einen Sichtbereich der digitalen Bildgebungsvorrichtung eindringt und das vorgegebene Muster verdeckt.

3. Das System nach Anspruch 1, wobei die digitale Bildgebungsvorrichtung eine CCD-Kamera ist.

4. Ein System zum Erfassen eines in eine Öffnung einer beweglichen Barriere eindringenden Objekts, umfassend:
ein auf einer Seitenwand der Barrierenöffnung positioniertes vorgegebenes Muster;
eine in der Nähe einer gegenüber liegenden Seitenwand der Barriereöffnung angeordnete digitale Bildgebungsvorrichtung, so dass diese in ihrem Gesichtsfeld die Barrierenöffnung und das Muster hat, um eine digitale Repräsentation des über die Öffnung betrachteten Musters zu erzeugen; und
einen Prozessor zum periodischen Vergleichen der digitalen Darstellung des Musters mit einem gespeicherten Bild des Musters, um eine Korrelation zu bestimmen.

5. Das System nach Anspruch 4, wobei eine bewegliche Barriere das vorgegebene Muster in dem Gesichtsfeld der Vorrichtung verdeckt, was einen sichtbaren Teil des Musters verändert, und wobei die digitale Vorrichtung eine Position der Barriere durch eine Korrelation einer digitalen Repräsentation des sichtbaren Teils des Musters mit Bildern des in dem Speicher gespeicherten Musters bestimmt.

6. Das System nach Anspruch 4, weiter mit einem zweiten vorgegebenen Muster, auf einer Bodenkante der beweglichen Barriere angeordnet, und wobei die digitale Bildgebungsvorrichtung ein Vorhandensein des Objekts aus der Abwesenheit einer Korrelation zwischen der digitalen Repräsentation der Muster, wie sie durch das Objekt verdeckt sind, und Bildern der Muster, gespeichert in dem Speicher, bestimmt.

7. Das System nach Anspruch 6, wobei die digitale Vorrichtung eine Position der Barriere durch eine Korrelation eines Verhältnisses von sichtbaren Teilen der vorgegebenen Muster mit einem in dem Speicher gespeicherten Verhältnis bestimmt.

8. Das System nach Anspruch 4, wobei die digitale Bildgebungsvorrichtung eine CCD-Kamera ist.

9. Ein Verfahren zum Bestimmen eines Objekts in einem definierten Bereich unter Verwendung eines digitalen Bildgebungsvorrichtung, umfassend:
Installieren einer digitalen Bildgebungsvorrichtung mit einem Speicher mit einem gespeicherten Bild eines Musters, um den definierten Bereich zu überwachen;
Anordnen eines vorgegebenen Musters mit einer digitalen Repräsentation, mit den gespeicherten Bilder korreliert, jenseits des definierten Bereichs und im Gesichtsfeld der digitalen Bildgebungsvorrichtung;
periodisches Vergleichen des gespeicherten Bildes mit einer digitalen Darstellung des durch die Vorrichtung gesehenen vorgegebenen Musters für eine Korrelation; und
Senden eines Steuersignals in Abwesenheit einer Korrelation, was ein Eindringen des Objekts, das das vorgegebene Muster aus dem Sichtwinkel der digitalen Bildgebungsvorrichtung verdeckt, anzeigt.

10. Ein Verfahren zum Erfassen eines Objekts nach Anspruch 9, wobei die digitale Bildgebungsvorrichtung eine CCD- Kamera ist.