DE19525274A1 - Verfahren zum Installationsabgleich einer CCD-Kamera - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine automatische Einmessung einer CCD-Kamera, die im Bereich einer Durchgangsschleuse oder eines abgeschlossenen zu überwachenden Raumes zur Überwachung eingesetzt wird. Dabei ist die Kamera mit einem Rechner, der mit einer Datenverarbeitungseinheit zu­ sammenarbeitet, verbunden. Nach einem Ablaufprogramm wird eine automatische Einmessung des zu überwachenden Feldes bei einem Höchstmaß an Personen- und gleichzeitiger Gebäudesicherheit durch­ geführt. Für den Betrachter ist der Bereich eines überwachten Raumes oder einer Durchgangsschleuse im Bereich von sicherheitsrelevanten Räumen auf den ersten Blick eine ganz normale Schleuse. Hierbei ist eine unauffällige integrierte Überwachung eingebaut, die praxisgerecht in unter­ schiedlichen Kontrollstufen flexibel, schnell und sicher ausgebaut werden kann. Dabei arbeiten die Schleusen autark. Die Programmierung unter­ schiedlicher Zutrittsberechtigungen von Ausweisträgern entspricht dabei der Routine heutiger Software.

Zur Realisierung der Personenvereinzelung werden dabei die Personen berührungslos über Sensoren detektiert. Die Detektion wird durch Infrarot­ sensoren durchgeführt. Der Infrarotvorhang eines solchen Sensors, der vorzugsweise im Deckenbereich installiert ist, erkennt, ob der Boden von einer oder mehreren Personen passiert wird. War dies der Fall, muß der zu überwachende Raum wieder verlassen werden, wobei die Sensoren dabei kompromißlos anzeigen, ob der Schleusenraum auch tatsächlich geräumt wurde. Bei diesem Prinzip wird die natürliche Wärmeabstrahlung eines Menschen für die Auswertung als Grundlage herangezogen. Passive und aktive Infrarotsensoren können dabei in Täuschungsabsicht passie­ rende Personen erkennen. Jede weitere hinzutretende Wärmequelle wird von den passiven Sensoren entdeckt. Die Grenze der Sperrung und Frei­ gabe erlernt das System durch korrektes Begehen. Jede aus dem gelern­ ten Rahmen herausfallende Begehung wird deshalb abgewiesen, d. h. die Tür zum Sicherheitsbereich bleibt geschlossen und die gegenüberliegende Tür wird zum Verlassen geöffnet.

Die sichere Erkennung der Personenvereinzelung wird durch die passiven Infrarotsensoren durchgeführt, wobei die Signale elektronisch verarbeitet werden. Die so erhaltenen Signale werden von einem Rechner zyklisch abgefragt, digitalisiert und abgespeichert. Die Auswertung wird dann ge­ startet, sobald eine Person erkannt wird. Über entsprechende umfangrei­ che Algorithmen kann nun überlistungssicher die Anzahl der passierenden Personen festgestellt werden.

Eine Einrichtung zur Feststellung der Personenzahl und Richtung innerhalb eines zu überwachenden Raumes oder einer Durchgangsschleuse in der vorbeschriebenen Art wird in der DE-PS 36 23 792 offenbart.

Die Aufnahmetechnik ist eine Teildisziplin der elektrischen Kommunika­ tionstechnik. Dieses hat die Aufgabe, bewegte, optische Szenen mono­ chrom oder farbig qualitativ so hochwertig zu übertragen und wiederzuge­ ben, daß der Nachrichtenempfänger einen möglichst wirklichkeitsgetreuen Eindruck des Geschehens erhält. Es ist dabei von der farbigen, bewegten Vorlage, wie sie z. B. von der Optik einer Kamera geliefert wird, auszuge­ hen. Diese beinhaltet vier Signalparameter wie die Ortskoordinaten X und Y, die Wellenlänge Lambda und die Zeit. Dabei muß aus der vierdimensio­ nalen Videoinformation eine Reduktion der Parameter auf eine eindimen­ sionale elektrische Signalspannung erreicht werden, die dann elektrisch beliebig weit übertragen werden kann. Dieser Prozeß bedeutet, daß die einzelnen Farbtöne in entsprechende Grauwerte eines monochromen Bil­ des umgewandelt werden, wie sie allgemein bekannt von der Schwarz- Weiß-Fotografie sind. Aus der farbigen Szene wird also ein bewegtes Schwarz-Weiß-Bild erzeugt, das nur die Helligkeitswerte der einzelnen Farben enthält. Es entsteht dabei die sogenannten Luminanz. Diesen im ersten Augenblick kompliziert erscheinenden Vorgang erzeugt in einfacher Art und Weise die fotoelektrische Schicht des Bildwandlers (z. B. Kamera, Röhre oder Halbleiterchip).

Im Prinzip ist der Informationsgehalt der Luminanz unendlich groß. Die ört­ liche Quantisierung eines Bildes ist dabei so festgelegt, daß sich horizontal und vertikal die gleiche Auflösung ergibt. Hierzu sind entsprechend qua­ dratische Bildpunkte, die sogenannten Pixel, erforderlich.

Die Fortschritte in der Technologie der integrierten Schaltungen machen es mittlerweile möglich, Strukturen im Mikrometerbereich zu realisieren. Der allgemeine Entwicklungstrend in Richtung hochintegrierter Schaltun­ gen führte dabei zu Bildgeberanordnungen, die ohne Vakuumgefäß und Elektrodenabtaststrahl auskommen. Linien und flächenhafte Anordnungen einer Großzahl von Halbleitersensorelementen ermöglichen den Bau äußerst kompakter und robuster Bildgeber. Diese Bildgeber bestehen aus zeilen- und spaltenförmig angeordneten Sensorelementen, von denen je­ des ein Pixel darstellt. Im Prinzip können das

• - Fotodioden
• - CCD-Arrays (Charge Coupled Device) oder
• - CID-Arrays (Charge Injection Device)

sein.

Um zu einem hinreichend hohen Lichtwirkungsgrad zu kommen, müssen auch Festkörpersensoren nach dem Speicherprinzip arbeiten. Dieses hat zur Folge, daß durch die kontinuierliche Lichteinwirkung Ladungen aufzu­ bauen sind, die dann in geeigneter Weise umgeschichtet und herausgele­ sen werden müssen. Dieses geschieht z. B. in der Art, daß im Sensorteil aufgenommene Bild wird sehr schnell in den vom Licht abgedeckten Spei­ cherteil verschoben und von dort zeilenweise in das Ausleseregister wei­ tergeschoben.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, auf die Verwendung von Sensoren, ins­ besondere Aktiv- und Passiv-Infrarot sowie Ultraschall gänzlich zu verzich­ ten und trotzdem ein Höchstmaß an Personen- und Gebäudesicherheit zu gewährleisten.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß eine CCD-Kamera (Charge Coupled Device) verwendet wird, die vorzugsweise im Decken­ bereich installiert ist. Je nach Größe des Raumes können eine oder meh­ rere Kameras der vorgenannten Art verwendet werden. Aus der Tatsache heraus, daß die unterschiedlichsten Installionsgegebenheiten vorzufinden sind, d. h. es gibt keine standardisierten Räume bzw. Durchgangsschleu­ sen, muß aufwendig eine jeweils für jede Installation gesondert durchzu­ führende Einmessung der unterschiedlichsten Parameter für das zu beob­ achtende Überwachungsfeld durchgeführt werden. Um diese aufwendige Einmessung des Überwachungsfeldes zu standardisieren, ist nach dem erfindungsgemäßen Gedanken ein Verfahren entwickelt worden, welches es zuläßt, daß eine automatische Einmessung des Überwachungsfeldes bei einem Höchstmaß an Personen- und Gebäudesicherheit vorgenommen wird. Dabei ist es möglich, das Überwachungsfeld auch in unterschied­ lichste Überwachungsbereiche zu unterteilen. Dieses basiert auf der Grundlage, daß das Überwachungsfeld in ein Raster bzw. Muster unterteilt ist, das es zuläßt, hier die einzelnen Parameter über einen Rechner einzu­ geben. Durch diese Maßnahme kann auch eine variable Eingabe der Überwachungsbereiche und auch gleichzeitig des gesamten Überwa­ chungsfeldes vorgenommen werden, wobei der Rechner aus standardisier­ ten Parametern eine Berechnung des Überwachungsfeldes und der Über­ wachungsbereiche vornimmt.

Der ohnehin verwendete Rechner wird dabei insbesondere mit folgenden Maßen bzw. Parametern durch manuelle Eingabe versorgt:

• - Abstand der CCD-Kamera vom Boden bis zur Decke
• - Abstrahlwinkel
• - Größe des Überwachungsfeldes
• - wenn gewünscht, Unterteilung in einzelne Überwachungsbereiche.

Der Abstand der CCD-Kamera vom Boden bis zum Installationsort in der Decke bestimmt gleichzeitig aufgrund des verwendeten Objektives die max. zulässige und mögliche Größe eines Überwachungsfeldes. Dabei umfaßt das Überwachungsfeld nicht nur den Boden, sondern auch im bo­ dennahen Bereich die angrenzenden Wände bzw. die Ein- und Aus­ gangstür. Aufgrund des Abstandes zwischen Boden und Installationsort kann nun der Rechner das max. Überwachungsfeld anzeigen und die zur Installation anwesende Person braucht nur noch die gewünschten Parame­ ter einzugeben, woraus der Rechner nach einem Ablaufprogramm das ge­ wünschte Überwachungsfeld bei gleichzeitiger Eingrenzung des Abstrahl­ winkels einer solchen CCD-Kamera vorgibt. Auch bei CCD-Kameras mit einem festen Erfassungswinkel kann aufgrund der unterschiedlichen Pa­ rameter dieses zu überwachende Feld entsprechend eingegrenzt werden.

Der Rechner kann aufgrund des vorhandenen Monitors auch gleichzeitig innerhalb einer Maske definitiv das gewählte Überwachungsfeld anzeigen. Innerhalb dieses angezeigten Überwachungsfeldes können nun aufgrund des Ablaufprogrammes die einzelnen Parameter für weitere zu untertei­ lende Überwachungsbereiche eingegeben werden. Ist der zu überwa­ chende Bereich einmal mit dem Überwachungsfeld festgelegt worden, so kann anschließend der Rechner in einem nächsten Schritt automatisch auf den Überwachungsmodus umschalten. Durch diese Art der Installation wird die Installationszeit drastisch reduziert, was gleichzeitig bei einem Höchstmaß an Sicherheit auch eine entsprechende Reduzierung der Montagekosten mit sich bringt. Sollte sich im Laufe der Zeit durch bauliche Gegebenheiten der zu überwachende Raum bzw. die Abmaße der Durch­ gangsschleuse ändern, so kann dieses über die Eingabe der neuen Para­ meter schnellstens berücksichtigt werden, ohne daß große Einmeßzeiten, wie es beim herkömmlichen Stand der Technik der Fall ist, auftreten. Gleichzeitig überwacht sich der Rechner auch selbst, d. h. das verwendete Ablaufprogramm überprüft kontinuierlich die Referenzbilder und würde im Fall des Wegdriftens der Pixelwerte diese auch automatisch den neuen Licht und/oder Bodenverhältnissen anpassen.

Claims (6)

1. Verfahren zum Installationsabgleich mindestens einer CCD- Kamera mit ihrer Umgebung, die einen abgeschlossenen Raum oder eine Durchgangsschleuse umfaßt und dahingehend über­ wacht, daß sowohl die Personen und/oder ein Objekt, deren Be­ wegungsrichtung bzw. deren Bewegungslosigkeit erfaßt und einer Zutrittskontrolleinrichtung mit einer Auswerteeinheit zur Verarbei­ tung der digitalisierten Informationen zuführt, wobei ein Rechner mit einer Datenverarbeitungseinheit nach mindestens einem Ab­ laufprogramm eine automatische Einmessung eines Überwa­ chungsfeldes bei einem Höchstmaß an Personen- und Gebäude­ sicherheit vornimmt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsfeld in mehrere unterschiedliche Überwachungs­ bereiche nach einem programmierbaren Muster unterteilt werden kann.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pa­ rameter zur Festlegung der Überwachungsbereiche variabel sind.

4. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Abstand der CCD-Kamera vom Boden zum Installationsort, das Überwachungsfeld und die Parameter für die Überwachungsbereiche in Zentimetern in den Rechner eingegeben werden.

5. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mehrere CCD-Kameras verwendet werden und die notwendigen Daten miteinander abgeglichen werden.

6. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß beim Wegdriften von Parametern eine automa­ tische Korrektur erfolgt.