DE19621612C2 - Vorrichtung zur Überwachung eines Gleisabschnittes in einem Bahnhof - Google Patents
Vorrichtung zur Überwachung eines Gleisabschnittes in einem BahnhofInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des
Raumes eines Abschnittes eines Gleises in einem Bahnhof in Bezug
auf die Anwesenheit von Objekten, die dieser im Normalzustand
nicht aufweist.
Für die Überwachung von Raumbereichen werden heute in großem
Umfang elektronische Kameras installiert, deren Bilder über
Monitore von Aufsichtspersonal beobachtet werden können und/oder
von Aufzeichnungsgeräten für eine spätere Auswertung gespeichert
werden. Ein menschlicher Betrachter kann in der Regel auf der
Basis einer Videobilddarstellung mit hoher Sicherheit erkennen,
ob ein bestimmter Raumbereich "frei" ist, d. h. ob sich in diesem
Bereich Objekte befinden, die der Raum in seinem Normalzustand
nicht aufweist bzw. nicht aufweisen soll. Eine Freiraumüberwa
chung mit entsprechender Alarmgebung wird überall dort erforder
lich, wo Menschen, Tiere oder Sachen allein durch ihre Anwesen
heit gefährdet sind und/oder bereits aufgrund ihrer Anwesenheit
selbst eine Gefährdung darstellen.
Die DE 29 06 681 A1 beschreibt eine Überwachungseinrichtung, die
mit zwei aus möglichst unterschiedlichen Blickrichtungen auf das
zu überwachenden Gebiet gerichteten Kameras bewegte Objekte
entdecken kann. Der Zweck der beschriebenen Anordnung besteht
darin, bei der Detektion eines bewegten Objekts durch Aufnahme
und Verarbeitung von Kamerabildern den Einfluß der perspektiv
ischen Größenvariation des Objekts auf den Grad der Bildänderung
weitgehend zu egalisieren.
Für die Aufgabe der Gleisraumüberwachung in Bahnhöfen hat das
beschriebene System jedoch gravierende Nachteile. Abweichungen
vom Normalzustand des Gleisraumes sind nur dann erkennbar, wenn
diese Abweichungen ein bewegtes Objekt sind. Objekte, die bei
ihrem Eintritt in den überwachten Raum aus irgendeinem Grunde
unentdeckt bleiben, z. B. weil die Überwachungseinrichtung außer
Betrieb war, könnten sich auf den Gleisen befinden, ohne ent
deckt zu werden. Die Überwachungseinrichtung kann auch dann
nicht in der gewünschten Weise wirken, wenn ein einfahrender
bzw. in der Station stehender Zug die Sicht einer der beiden
Kameras auf einen Gleisbereich vor dem Zug verdeckt. Eine Ver
deckung könnte nur dann vermieden werden, wenn die beiden Kame
ras mit wenig Abstand aus ungefähr gleicher Blickrichtung auf
die Gleise gerichtet werden. Dann allerdings würde das beschrie
bene Verfahren seine Wirksamkeit verlieren, da zur Kompensation
der perspektivischen Einflüsse mit Hilfe eines Zählers die Kame
ras in mehr oder weniger entgegengesetzter Richtung angeordnet
werden müssen.
Es ist ferner bekannt, daß bei der gleichzeitigen Betrachtung
einer Szene durch mindestens zwei mit einem örtlichen Versatz
angebrachten Kameras die Zuordnung von korrespondieren Bildposi
tionen eines Objektpunktes in den verschiedenen Kamerabildern
eine Messung des Abstands zwischen der entsprechenden Objektpo
sition in der Szene und den Kameras ermöglicht (Stereo-Triangu
lation). Für die Stereo-Korrespondenzbildung sind in der Fach
literatur viele Verfahren beschrieben. Wenn über den gesamten
binokular sichtbaren Bildbereich angewendet, liefern sie in der
Praxis jedoch nur eine spärliche Verteilung von verläßlichen
Abstandsmessungen. Diese spärliche Verteilung von Abstandsmes
sungen ist zum Zwecke der Freiraumerkennung in vielen Fällen
nicht zuverlässig automatisch auswertbar. Für einen Spezialfall,
der Hinderniserkennung auf flachen Böden oder sonstigen ebenen
Flächen, stellt das in Storjohann et al., Proceedings IEEE In
ternational Conference on Robotics and Automation, S. 761-766, 1990
[Storjohann'90] den Stand der Technik dar. Das dört beschriebene
Verfahren zur stereobasierten Freiraumüberwachung beruht im
Prinzip auf einer Änderungsdetektion zwischen den zwei Bildern
eines StereoKamerapaares. Unter der Voraussetzung, daß zwei
starr montierte Kameras einen freien und ebenen Boden von ähnli
cher Betrachterposition aus einsehen, besteht eine feste geome
trische Relation für die Positionen der korrespondierenden Bild
punkte in dem Stereo-Bildpaar. Dadurch entfällt die Korrespon
denzsuche und es kann eine Änderungsdetektion ähnlich wie bei
den oben beschriebenen monokularen Verfahren durchgeführt wer
den.
Das in [Storjohann'90] beschriebene Verfahren ist bezüglich der
Detektionssicherheit und der Fehlalarmrate im praktischen Be
trieb einem monokularen arbeitenden Verfahren basierend auf
Bildhintergrundsubtraktion und/oder Bewegungsdetektion vorzuzie
hen. Zwei gravierende Nachteile sind jedoch festzustellen:
Die Anwendung des Verfahrens ist auf Raumbereiche mit ebenen
Böden beschränkt.
Spiegelnde Bodenbereiche (z. B. Pfützen oder polierter Marmor)
täuschen verfahrensbedingt erhabene Objekte vor und führen somit
oft zu Fehlalarmen.
Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung vor
zuschlagen, die geeignet ist, eine automatische Überwachung
eines Raumes eines Abschnittes eines Gleises in einem Bahnhof
hinsichtlich der Anwesenheit von unzulässigen Objekten zu reali
sieren, wobei Fehlalarme im wesentlichen ausgeschlossen sind,
d. h. nur dann eine Auslösung erfolgt, wenn unzulässige Objekte
vorhanden sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur
Überwachung des Raumes eines Abschnittes eines Gleises in einem
Bahnhof in Bezug auf die Anwesenheit von Objekten, die dieser im
Normalzustand nicht aufweist, umfassend
zwei über dem Gleisbereich angebrachte und längs des Gleises in
der Aufsicht annähernd gegeneinander gerichtete Kameraeinheiten
mit jeweils mindestens zwei als Stereo-Paar eingerichteten Ein
zelkameras, wobei der überwachte Abschnitt sowohl von der einen
als auch von der anderen Kameraeinheit jeweils mindestens bino
kular erfaßbar ist, und Mittel zum separaten oder kombinier
ten Vergleich der aus Stereokorrespondenzbildung gewonnenen
Meßpunkte für beide Blickrichtungen der Kameraeinheiten mit
einem gespeicherten 3D-Modell des Abschnittes im Normalzustand
gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat folgende Vorteile:
Alle Gegenstände, die in dem überwachten Raumbereich zu Boden
gefallen sind bzw. auf im Raum normal vorhandenen Oberflächen
liegen, können aufgrund ihrer Höhe relativ zu der im 3D-Modell
repräsentierten Normaloberfläche beurteilt werden. Dadurch wird
ausgeschlossen, daß zum Beispiel Papierblätter oder Laub einen
Alarm auslösen, obwohl in den entsprechenden Bildbereichen ein
zelner Kameras eine signifikante Abweichung vom normalen "Hin
tergrundbild" vorliegt. Dies gilt auch für durch Lichteinfall
entstehende Oberflächenmuster, die nicht zu einer Abweichung vom
3D-Normal-modell führen.
Durch den Vergleich mit einem dreidimensionalen Modell, das den
räumlichen Normalzustand beschreibt, ist die Klasifizierung von
Meßpunkten aus der Stereokorrespondenzbildung bezogen auf die
Aufgabe der Freiraumerkennung variabel an unterschiedliche Ein
satzorte anpaßbar.
Die Generierung eines 3D-Normalmodells ist bei gut strukturier
ten Umgebungen, wie z. B. im Gleis- und Bahnsteigbereich von
Bahnhöfen, mit Mitteln und Methoden der automatischen Bildanaly
se und der Computer-Graphik ohne komplizierte manuelle Prozedu
ren möglich. Die Vorrichtung kann daher selbstkalibrierend ar
beiten.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einer
Abweichung, von der aus der Stereokorrespondenzbildung sich
ergebenden Meßpunkte mit einer vorgegebenen Qualität von gespei
cherten 3D-Modell eine Meldesignal auslösbar ist. Vorteilhafter
Weise erfolgt über das Meldesignal die Auslösung einer Bild
datenfernübertragung, beispielsweise zu einer Überwachungsstel
le, die mit einer Person besetzt ist.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nachfolgend
anhand des Ablaufdiagramms gemäß Fig. 1 und Fig. 2, bzw. des
Blockdiagramms gemäß Fig. 3 näher beschrieben.
Zunächst sei beschrieben, wie das 3D-Normalmodells (Fig. 1)
erstellt wird. Der zu überwachende Raum wird binokular (stereo
skopisch) durch mindestens zwei elektronische Kameras (z. B.
CCD-Kameras) betrachtet und die Videosignale werden digital
erfaßt (S2). Aus beiden Bildern eines Stereo-Paares werden Merk
male extrahiert und vermessen, die für die bauliche Struktur der
vorgesehenen Einsatzumgebung typisch sind (S3). Auf der Basis
eines vorstrukturierten 3D-Modells wird ein aktuelles 3D-Normal
modell generiert (S4). Im Einsatzbetrieb führt die Vorrichtung
Überwachungszyklen unter Verwendung des aktuellen 3D-Nor
malmodells (S9) aus. Ein Überwachungszyklus besteht aus der
Stereo-Bilddatenaufnahme (S10), einer Bilddatennormierung (S11), der
Bestimmung und Auswertung von Stereokorrespondenzen (S12), dem
Vergleich der berechneten Meßpunkte mit dem gespeicherten
3D-Normalmodell (S13) und abschließend aus einer Klassifikation
der gegebenenfalls detektierten Abweichungen zwischen dem
3D-Normalmodell und den aus den aktuellen Bilddaten berechneten
Meßpunkten (S14). Nur wenn die vorgegeben Alarmkriterien erfüllt
sind wird ein Meldesignal erzeugt.
Vorzugsweise ist das Meldesignal erst dann auszulösen, wenn die
unzulässige Abweichung der berechneten Meßpunkte von dem
3D-Normalmodell über eine vorgegebene Zeit konsistent andauert.
Hierdurch wird zum Beispiel verhindert, daß herabfallendes Laub
oder Papier einen Alarm auslöst.
Ferner ist vorgesehen, daß vor einer Alarmauslösung die Art der
Meßdatenabweichung mit einer Anzahl von hinterlegten Referenz
werten für bestimmte Situationen verglichen wird. Es wird kein
Alarm ausgelöst wenn an der Art der Meßdatenabweichung durch den
Referenzwertvergleich eine zulässige Situation erkannt wird.
Durch dieses Mittel wird zum Beispiel erreicht, daß bei Anwen
dungen in denen die Freiraumüberwachung dazu dient, routinemäßig
passierende Fahrzeuge abzusichern bzw. zu stoppen, das Fahrzeug
selbst im überwachten Bereich keinen Alarm auslöst.
Bei Anwendungen, die eine differenzierende Alarmauslösung er
fordern, z. B. wenn die automatische Reaktion auf einen Alarm
unterschiedlich sein muß, besteht die Möglichkeit, diejenigen
Bereiche in den Bildern der Überwachungskameras, die für die
Abweichung der Meßpunkte ursächlich sind, einer Bildmustererken
nung zuzuführen. Mit Hilfe von im Rechner hinterlegten Referenz
merkmalen, können somit für den Überwachungszweck bedeutsame
Objekte erkannt und durch eine Kodierung des Meldesignals ange
zeigt werden.
Um einen Selbstabgleich zu erzielen ist ferner vorgesehen, daß
für Anwendungen in Bereichen mit typischen und klar erkennbaren
baulichen Merkmalen, wie z. B. im Gleis- und Bahnsteigbereich von
Bahnhöfen, ein vorstrukturiertes 3D-Modell verwendet wird, des
sen Parameter auf der Basis der vor Ort stereoskopisch vermesse
nen Bildmerkmale automatisch angepaßt werden. Zur Hilfestellung
kann eine Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfah
rens eine Möglichkeit zur interaktiven Markierung von Bildberei
chen und/oder Bildpositionen vorsehen.
Um die Freiraumerkennung sicherzustellen ist vorgesehen, daß das
3D-Normalmodell in Form einer graphischen Animation visualisiert
wird. Dies ermöglicht einem menschlichen Betrachter in sehr
einfacher und effektiver Weise die Korrektheit des 3D-Modells zu
überprüfen.
Zur Fernüberprüfung von Freiraumverletzungen, insbesondere durch
Personen, ist die Steuerung einer Bilddatenfernübertragung durch
das Meldesignal (M) vorgesehen.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung zur automatischen Gleisraumüber
wachung in Bahnhöfen, worin die Bezugszeichen folgenden Bedeu
tung haben:
1 Stereo-Videokameraeinheit 1
2 Stereo-Videokameraeinheit 2
3 Video-Multiplexereinheit
4 Stereo-Bilddatenaufnahmeeinheit
5 Erkennungs- und Lokalisierungseinheit
6 Grafische Bedienstation
7 3D-Modellbilder
8 3D-Normalmodell-Speichereinheit
9 Initialwert-Speicher
10 Bildnormierungseinheit
11 Stereokorrespondenzfinder
12 Vergleichseinheit
13 Klassifikationseinheit
14 Bilddatenfernübertragungseinheit
15 Modellstruktur-Speicher
M Meldesignal
S1 bis S16 Flußdiagrammblöcke
2 Stereo-Videokameraeinheit 2
3 Video-Multiplexereinheit
4 Stereo-Bilddatenaufnahmeeinheit
5 Erkennungs- und Lokalisierungseinheit
6 Grafische Bedienstation
7 3D-Modellbilder
8 3D-Normalmodell-Speichereinheit
9 Initialwert-Speicher
10 Bildnormierungseinheit
11 Stereokorrespondenzfinder
12 Vergleichseinheit
13 Klassifikationseinheit
14 Bilddatenfernübertragungseinheit
15 Modellstruktur-Speicher
M Meldesignal
S1 bis S16 Flußdiagrammblöcke
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Überwachung des Raumes eines Abschnittes
eines Gleises in einem Bahnhof in Bezug auf die Anwesenheit
von Objekten, die dieser im Normalzustand nicht aufweist,
umfassend
zwei über dem Gleisbereich angebrachte und längs des Glei
ses in der Aufsicht annähernd gegeneinander gerichtete
Kameraeinheiten (1, 2) mit jeweils mindestens zwei als
Stereo-Paar eingerichteten Einzelkameras, wobei der über
wachte Abschnitt sowohl von der einen als auch von der
anderen Kameraeinheit jeweils mindestens binokular erfaßbar
ist, und Mittel (12) zum separaten oder kombinierten
Vergleich der aus Stereokorrespondenzbildung gewonnenen
Meßpunkte für beide Blickrichtungen der Kameraeinheiten (1,
2) mit einem gespeicherten 3D-Modell des Abschnittes im
Normalzustand.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Abweichung von aus der Stereokorrespondenz
bildung sich ergebenden Meßpunkten mit einer vorgegebenen
Qualität vom gespeicherten 3D-Modell ein Meldesignal aus
lösbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß über das Meldesignal eine Bilddatenfernübertragung
auslösbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19621612A DE19621612C2 (de) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | Vorrichtung zur Überwachung eines Gleisabschnittes in einem Bahnhof |
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DE19621612A DE19621612C2 (de) | 1996-05-31 | 1996-05-31 | Vorrichtung zur Überwachung eines Gleisabschnittes in einem Bahnhof |
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DE19621612A1 DE19621612A1 (de) | 1997-12-11 |
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ID=7795623
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DE19621612A1 (de) | 1997-12-11 |
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