DE19527104A1

DE19527104A1 - Einrichtung und Verfahren zur Überwachung eines Raumes

Info

Publication number: DE19527104A1
Application number: DE1995127104
Authority: DE
Inventors: Raphael Dipl Ing Koelsch
Original assignee: Dorma Deutschland GmbH
Current assignee: KOELSCH, RAPHAEL, 23564 LUEBECK, DE
Priority date: 1995-07-25
Filing date: 1995-07-25
Publication date: 1997-01-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Überwachung eines abgeschlossenen Raumes wie z. B. eine Personenvereinzelungsan lage in Bereichen, in denen mehr Sicherheit gefordert wird, als der Stand der Technik bietet.

Eine Einrichtung zur Feststellung der Personenanzahl und deren Bewe gungsrichtung innerhalb eines zu überwachenden Raumes oder einer Durchgangsschleuse ist der DE 36 23 792 C1 zu entnehmen. Dabei wird eine Vereinzelung innerhalb eines zu überwachenden Raumes in der Art durchgeführt, daß durch Infrarotsensoren ein Sensorfeld erzeugt wird, wel ches als Vereinzelungskriterium durch Detektion sich bewegender Körper in eine Auswerteeinheit eine Freigabe oder eine Sperrung in der Zutritts kontrolleinheit hervorruft. Dabei werden die Personen berührungslos durch einen Infrarotvorhang, der zum einen von der Decke ausgehend zum Bo den strahlt und zum anderen horizontal wirkt, abgetastet. Befinden sich mehr als eine Person innerhalb des zu überwachenden Bereiches, so muß eine dieser Personen den überwachten Raum wieder verlassen. Dabei zeigen diese und weitere Sensoren kompromißlos an, ob der Schleusen raum auch tatsächlich geräumt worden ist. Unter Zuhilfenahme der natür lichen Wärmeabstrahlung eines Menschen wird die Grundlage für die Auswertung, deren Werte in nichtflüchtigen Speichern abgespeichert sind, geschaffen. Passive und aktive Infrarotsensoren können weitere in Täu schungsabsicht passierende Personen erkennen. Jede weitere hinzutre tende Wärmequelle wird von den passiven Sensoren entdeckt. Die Grenzwerte für Sperrung und Freigabe erlernt das System durch korrektes Begehen. Nach dem Erlernen wird jede aus dem Rahmen fallende Bege hung abgewiesen, d. h. die Tür zum Sicherheitsbereich bleibt geschlossen, und die Eintrittstür wird zum Verlassen wieder geöffnet. Die von den Per sonen erhaltenen Signale werden dabei elektronisch vorverarbeitet, so daß sie anschließend in einem Rechner verarbeitet werden können. Der Rechner fragt zyklisch ab und digitalisiert Informationen und speichert sie.

Die Auswertung wird gestartet, sobald eine Person erkannt wird. Über ent sprechende Algorithmen wird nun überlistungssicher die Anzahl der Per sonen festgestellt, die sich innerhalb des überwachten Bereiches befinden. Dabei können sicher die Anzahl und die Bewegungsrichtungen der Perso nen oder der einzelnen Person erkannt werden.

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 beispielsweise

- 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 herausge lesen werden müssen. Dieses geschieht z. B. in der Art, daß im Sensorteil aufgenommene Bild sehr schnell in den vom Licht abgedeckten Speicher teil verschoben und von dort zeilenweise in das Ausleseregister weiterge schoben wird.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik dahingehend zu verbessern, daß auch ein einfaches Unterlaufen der Bewegungsmelder vermieden werden kann. Ebenfalls soll eine bestehende Anlage dahinge hend vereinfacht werden, daß die hohen Installationskosten, die durch die Installation der einzelnen Sensoren entstehen, reduziert werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß neben der Anzahl und der Bewegungsrichtung einer Person bzw. eines Gegenstandes auch deren quasi Stillstand sicher erkannt wird. Dieses beruht darauf, daß es einer Person innerhalb eines Abstandes von ca. 1 m von einem CCD-Array fast unmöglich ist, so reglos zu stehen, daß diese Änderung nicht mehr gemessen werden könnte. Zur Detektion wird auf die zum Stand der Tech nik zählenden Sensoren, wie Passiv- und Aktiv-Infrarot und Ultraschall, verzichtet und statt dessen mindestens eine Videokamera verwendet. Eine Videokamera, die sich für dieserlei Überwachungsarten eignet, ist bei spielsweise ein CCD-Array, welches über ein Objektiv den zu überwachen den Raum aufnimmt, und die Bilder gleichzeitig digitalisiert, so daß sie anschließend in dem vorhandenen Rechner entsprechend verarbeitet werden können. Je nach Größe des Raumes kann somit ohne weiteres ein CCD-Array ausreichen bzw. es werden mehrere installiert.

Der Bedarf an erhöhter Zugangssicherheit kann mit dem erfindungsgemä ßen Gegenstand erwartungsgemäß abgedeckt werden. Die Kostenerspar nis ist erheblich, wenn neben der Personenvereinzelung auch eine sichere Leerraumüberwachung zweckmäßig ist. In einem solchen Falle sind keine weiteren Detektoren erforderlich. Bei der effektiven Leerraumüberwachung müssen auch stillstehende Personen bzw. Gegenstände schnell und sicher detektiert werden können. Bewegungsmelder der bisher bekannten Art sind hierzu nicht in der Lage, weil, wie der Name schon sagt nur bewegte Personen sicher erkannt werden können. Dabei bietet die Vorrichtung zur multifunktionalen Zugangsüberwachung die Möglichkeit, die von dem CCD-Array empfangenen Informationen an eine Auswerteeinheit einer Zu gangsüberwachung weiterzuleiten. Die Zugangsüberwachung wird diese empfangenen Signale des CCD-Arrays bearbeiten und die unter Berück sichtigung der sich grundsätzlich, sowie der sich durch den Zutritt der Per sonen verändernden Lichtverhältnisse, einschließlich der Infrarot- und Ul traviolett-Anteile des gemessenen Lichtes, die Anzahl, die Richtung und die Bewegungsart der Person feststellen und dieses an eine Zugangskon trolleinheit zur weitere Verarbeitung weiterleiten. Die dabei entstehenden einzelnen Pixelbilder des zu überwachenden Raumes werden mit Hilfe eines Konturgebers dahingehend untersucht, ob Abweichungen einzelnen Pixel vom erfaßten, zuvor gelernten Referenzbild und deren Anordnungs dichte und ggf. deren Form festgestellt wird. Die so ermittelten Werte wer den an eine Berechtigungsmustervergleichseinheit der Auswerteeinheit eingegeben, der zusätzlich eine Einrichtung zur Grenzwerteingabe mit der alternativen Möglichkeit des automatischen Lernens der Grauwerte zuge ordnet ist.

Um Lichteinflüsse zu kompensieren, kann das CCD-Array mit einem opti schen Polarisationsfilter ausgerüstet werden. Das CCD-Array bestreicht damit einen Aufnahmebereich, der einem definierten Überwachungsfeld gleichgestellt ist. Das Überwachungsfeld ist dahingehend definiert, das es nicht nur den Fußboden, sondern auch den bodennahen Bereich der an grenzenden Wände und Türen umfaßt. So ist es möglich, daß beispiels weise eine effektive Überprüfung, inwieweit Sicherheitstüren, die ge schlossen gemeldet wurden, auch tatsächlich geschlossen sind. Zu der eindeutigen Detektion ist ein vorhandenes identifizierbares Muster bzw. Markierungen notwendig. Diese Muster oder Markierungen reichen aus, wenn der Boden nicht in einer Unifarbe vorhanden ist. Die angeschlossene Datenverarbeitungsanlage ist mit der notwendigen Intelligenz (Algorith men) versehen, aus diesem Muster durch die Bildung von Komplemen tären in Form einzelner Bilder eindeutig einen leeren von einem betretenen Raum zu unterscheiden.

Das Überwachungsfeld kann dabei auch in unterschiedliche Überwa chungsbereiche unterteilt werden. Die Größe der Überwachungsbereiche kann automatisch über eine Auswerteeinheit programmiert (eingestellt) werden. Die verschiedenen Überwachungsbereiche sind deshalb notwen dig, um in ganz bestimmten Abschnitten des zu überwachenden Raumes eine noch erhöhtere Sicherheit zu gewährleisten.

Bei einer solchen Durchgangsschleuse bzw. auch beim überwachten Raum können immer wieder äußere Störeinflüsse, wie z. B. sich ständig änderndes Licht oder von außerhalb des Überwachungsbereiches gewor fene Schatten von Personen den Überwachungsbereich u. a. dadurch stö ren, daß das CCD-Array hier entsprechende vermeintliche Personen er kennt. Um dieses zu eliminieren, wird die zulässige Graustufen/Farbab weichungsgrenze der einzelnen Bildpixel, die Anzahl der nebeneinander liegenden Abweichpixel und deren Form über eine einstellbare Anzahl von direkt aufeinander folgenden Messungen überprüft und die Ober- und Un tergrenze ggf. dabei dynamisch angepaßt. Dabei ist es auch möglich, daß Störgrößen, die nicht ausgefiltert werden bzw. selektiert werden konnten, den Steuerungsablauf nicht behindern und die Beseitigung der Störung über automatische, wiederkehrende, positive Vergleiche erkannt wird. Treten mehrmals auftretende wiederholte Störungen jedoch auf, so wird zugunsten einer erhöhten Sicherheit des Objektes ein Alarm bzw. eine Abweisung der zutretenden Person durchgeführt. Dabei wird zur Unter stützung der Auswertung neben dem Farbwert des Pixels auch der Infra rot- und Ultraviolet-Anteil des Lichtes ebenso wie ein optischer Polarisa tionsfilter herangezogen. Durch die detektierten Pixelabweichungen wird eine zuvor erfaßte und gespeicherte Bodenmarkierung dahingehend über prüft, daß das neu erfaßte Bild mit seinen Pixeln komplementär mit der abgespeicherten Version verglichen wird. Durch diese zuvor beschriebe nen Verfahren ist eine multidirektionale Überwachung eines Zugangsrau mes unter dem Aspekt der höchsten Sicherheitsstufe für Personen und Objekt gegeben.

Um auch Manipulationen vorzubeugen, die beispielsweise dadurch entste hen können, daß der, wenn auch sehr kleine Bereich des Objektives des CCD-Arrays abgedeckt wird, dieses das System automatisch dadurch er kennt, weil ein Mindest-Grundrauschen nicht vorhanden ist. Dieses Grund rauschen entspricht leicht wechselnden Werten, wie sie beispielsweise vor das Objektiv befestigte Bilder nicht aufweisen können.

Durch den erfindungsgemäßen Gegenstand in Verbindung mit seinem Verfahren zur Ausübung können so auch z. B. Personen, die vor Angst oder bewußt erstarren und damit bewegungslos verharren, eindeutig identifiziert werden. Beim Stand der Technik wird von der Voraussetzung ausgegangen, daß eine Person sich bewegt, und diese Bewegung wird dann von einem Bewegungsmelder erfaßt. Die Bewegung stellt aber die Untermenge der Erkennung einer stillstehenden Person dar. Aus diesem Grunde muß gesagt werden, daß in dem Augenblick, wo der Stillstand einer Person erkannt werden kann, auch automatisch deren Bewegung mit erfaßt wird.

Die Erfindung wird anhand eines schematisch dargestellten möglichen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Einen Überwachungsbereich in der Seitenansicht,

Fig. 2 Den Überwachungsbereich nach Fig. 1 in der Draufsicht.

Der Fußboden 7 des zu überwachenden Raumes wird durch die Türen 1, 2 an den Stirnseiten und durch die Wände 14, 15 begrenzt. Je nach Größe des Raumes kann es notwendig sein, daß mehrere CCD-Kameras instal liert werden müssen. Die CCD-Kamera 6 des Ausführungsbeispieles in der Fig. 1 ist in der Decke 16 des zu überwachenden Raumes installiert. Da bei bestreicht der Strahlenkegel 5 der CCD-Kamera 6 den gesamten Überwachungsbereich. Der Überwachungsbereich umfaßt dabei neben dem Boden 7 auch an den Wänden 14, 15 die Bereiche 10 und an den Türen 1, 2 die Bereiche 8, 9. Je nach verwendetem Objektiv kann der Strahlenkegel 5 der CCD-Kamera 6 auch dem Objekt abgepaßt werden. Das von der CCD-Kamera 6 empfangene Bild wird in Pixeln digitalisiert und der Steuer- und Regeleinheit 3, die mit einem Rechner und einer Da tenverarbeitungsanlage ausgestattet ist, zugeführt. Die Datenverarbei tungsanlage wird dann aufgrund der abgespeicherten Algorithmen eine Berechnung der zuvor erlernten Bilder mit denen der beim späteren Ge brauch eines solchen Zugangssystemes erfaßten Bilder vergleichen.

Das gesamte Überwachungsfeld kann dabei noch in einzelne Überwa chungsbereiche 11, 12, 13 unterteilt werden, um z. B. in besonderen Teil bereichen des abgeschlossenen Raumes eine zusätzliche weitere erhöhte Sicherheit zu gewährleisten. Diese Bereiche sind über Parameter automa tisch über die Software einzustellen. Z.B. ist es möglich, daß Personen den Raum betreten und an der Wand 14, 15 einen schmalen Gegenstand abstellen und sich selbst aber innerhalb des sonst üblicherweise begange nen Überwachungsbereiches bewegen. Diese Gegenstände, die hier ab gestellt werden würden kompromißlos aufgrund der abgespeicherten Bilder erkannt werden, und somit wäre jeglicher Manipulation der Boden entzo gen.

Bezugszeichenliste

1 Tür
2 Tür
3 Steuerung/Regelung
4 Überwachungsbereich
5 Strahlenkegel CCD
6 CCD-Array oder -Kamera
7 Boden
8 Überwachungsfeld Tür
9 Überwachungsfeld Tür
10 Überwachungsfeld Wand
11 Überwachungsbereich
12 Überwachungsbereich
13 Überwachungsbereich
14 Wand
15 Wand
16 Decke

Claims

1. Einrichtung zur Überwachung und Feststellung der Personenzahl und Bewegungsrichtung innerhalb eines zu überwachenden Rau mes oder einer Durchgangsschleuse, mit Sensoren und einer Auswerteeinheit, der die Signale der Sensoren zugeführt werden, und die unter Berücksichtigung des Sensorabstandes die Anzahl der die Durchgangsschleuse oder den zu überwachenden Raum passierenden Personen feststellt und an eine Zutrittskontrollein richtung zum Vergleich und zur weiteren Verarbeitung weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, daß eine multifunktionale Zugangsüber wachung, unter der Prämisse des Höchstmaßes an Sicherheit für das Objekt, neben der Anzahl der Personen und deren Bewe gungsrichtung auch deren Bewegungslosigkeit durch eine Vorrich tung erfaßt und überwacht wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mindestens eine Videokamera, vorzugsweise ein CCD-Array ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das CCD-Array einen optischen Polarisationsfilter aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit einen Korrekturgeber und eine Berechtigungs mustervergleichseinheit aufweist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeich net, daß der Auswerteeinheit eine Einrichtung zur Grenzwertein gabe mit der wahlweisen Option des automatischen Lernens der Grenzwerte zugeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das CCD-Array ein definiertes Überwachungsfeld absichert, mit darin vorhandenen identifizierbaren Mustern bzw. Markierungen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsfeld den Fußboden und mindestens im bodennahen Bereich die angrenzenden Wände und Türen umfaßt.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeich net, daß das Überwachungsfeld in mehrere unterschiedliche Überwachungsbereiche unterteilt werden kann.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Überwachungsbereiche über die Auswerteeinheit ein gestellt werden kann.

10. Verfahren zur Betreibung einer Einrichtung zur Feststellung der Personenzahl gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinheit die Meßergebnisse des CCD-Arrays über Objektive erfaßt und gleichzeitig digitalisiert und zur Ermittlung von Pixelbildern des zu überwachenden Überwachungsfeldes zugelei tet werden, und mit Hilfe des Konturgebers die Abweichung ein zelner Pixel vom erfaßten und gespeicherten Referenzbild und de ren Anordnungsdichte ggf. deren Formen festgestellt und die Werte an die Berechtigungsmustervergleichseinheit zur Verarbei tung weitergegeben werden.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 101 dadurch gekennzeich net, daß äußere Störeinflüsse dadurch unterschieden werden, daß die zulässigen Graustufen und/oder Farbabweichungsgrenzen der Bildpixel durch die Anzahl der nebeneinander liegenden Abweich pixel und deren Form über eine einstellbare Anzahl von direkt auf einander folgenden Messungen überprüft und die Ober- und Un tergrenzen dynamisch angepaßt werden.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekenn zeichnet, daß die Detektion nur bei bestimmten Ereignissen durchgeführt wird und für den Fall, daß Störgrößen nicht ausgefil tert werden konnten, den Steuerungsablauf nicht behindern und die Beseitigung der Störung über automatische durchgeführte po sitive Vergleiche erkannt wird, wobei eine mehrmals auftretende wiederholte Störung zugunsten einer erhöhten Sicherheit zum Alarm bzw. zur Abweisung einer Person führt.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 10, dadurch gekennzeich net, daß eine zu detektierende Pixelabweichung durch komple mentäre Markierungen innerhalb des Überwachungsfeldes sicher gestellt wird.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch gekennzeich net, daß die Pixel eines leeren Raumes ein Grundrauschen auf weisen müssen.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 10 bis 14, dadurch gekennzeich net, daß das Verfahren multidirektional eingesetzt werden kann.

16. Verfahren nach einen oder mehreren der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, daß neben einer Personenvereinze lung eine Objekterkennung und Leerraumüberwachung stattfindet.