DE19744694B4

DE19744694B4 - Videobewegungsmeldeeinrichtung

Info

Publication number: DE19744694B4
Application number: DE19744694A
Authority: DE
Inventors: Frank Rottmann; Ulrich Oppelt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1997-10-10
Filing date: 1997-10-10
Publication date: 2013-01-03
Anticipated expiration: 2017-10-11
Also published as: DE19744694A1

Abstract

Videobewegungsmeldeeinrichtung zur Überwachung einer Gesamtfläche, mit zumindest drei beabstandet zueinander angeordneten Videokameras, die jeweils einen Flächenbereich der Gesamtfläche optisch erfassen, wobei die Videokameras (7.1–7.n) derart angeordnet sind, dass ein Teil des Flächenbereichs einer Videokamera (7.x) von einer benachbarten Videokamera (7.x – 1) und der andere Teil von einer weiteren benachbarten Videokamera (7.x + 1) erfasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erfassungsbereich der benachbarten Videokamera (7.x – 1) bis in einen Erfassungsbereich der weiteren benachbarten, übernächsten Videokamera (7.x + 1) reicht und dass eine Auswerteeinrichtung (23, 25) zur stereoskopischen Auswertung zumindest eines Flächenbereichs vorgesehen ist, der die Bildinformationen der drei den Flächenbereich zumindest teilweise abdeckenden Videokameras zugeführt sind und die auf der Grundlage der Bildinformationen der Videokameras die stereoskopische Auswertung vornimmt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Videobewegungsmeldeeinrichtung zur Überwachung einer Gesamtfläche, mit zumindest drei beabstandet zueinander angeordneten Videokameras, die jeweils einen Flächenbereich der Gesamtfläche optisch erfassen.
Aus dem Stand der Technik, beispielsweise DE 196 01 005 A1 , sind videobasierte Verfahren zur Delektion von bewegten Objekten innerhalb einer zu überwachenden Fläche bekannt. Übersteigt die zu überwachende Fläche den Blickbereich einer Videokamera, werden mehrere beabstandet zueinander angeordnete Videokameras vorgesehen.
Allgemein werden im Bereich der Sicherheitstechnik derartige videobasierte Verfahren zur Erkennung von Objekten verwendet. Hierbei ist es von zentraler Bedeutung, daß einerseits relevante Objekte, wie beispielsweise Personen oder Fahrzeuge, zuverlässig detektiert werden, um beispielsweise einen Alarm auszulösen, während andererseits Störgrößen, wie Videokamerarauschen, Insekten, Wind, Schattenwurf, bewegte Lichtkegel etc., wirksam zu unterdrücken sind.
Bei dem in der DE 196 01 005 A1 beschriebenen Verfahren wird eine Szene mit einer Videokamera beobachtet, welche eine Videobildfolge liefert. Durch eine Analyse dieser Videobildfolge lassen sich bewegte Objekte erkennen. Allerdings werden in bestimmten Situationen mit diesem Verfahren auch Objekte detektiert, deren Erkennung an sich nicht erwünscht ist. So lassen sich mit diesem Verfahren beispielsweise bewegte Lichtkegel, bewegte Schatte, Insekten auf der Videokameralinse etc. nicht als Störungen erkennen. Im übrigen werden ausschließlich bewegte Objekte erkannt. Nicht bewegte Objekte hingegen können nicht erkannt werden.
Zur Vermeidung von Störungen und zur Verbesserung des Erkennungsverhaltens und zur Erkennung von ruhenden Objekten ist in der Druckschrift DE 197 09 799 A1 eine Einrichtung zur Videoüberwachung einer Fläche angegeben, bei der einer Videokamera eine zweite Videokamera zur optischen Erfassung derselben Fläche zugeordnet ist. Da sich aufgrund der unterschiedlichen Blickwinkel der beiden Videokameras dreidimensionale Informationen über die erfaßte Fläche gewinnen lassen, können einerseits Störungen, wie beispielsweise Lichtprojektionen, und andererseits ruhende Objekte erkannt werden. Dazu sind allerdings jeweils zwei Kameras notwendig mit den entsprechenden Digitalisierungseinheiten und sonstigen mechanischen Bauelementen, wie Mast, Befestigungsarm etc.. Dieser doppelte Aufwand spielt insbesondere dann eine große Rolle, wenn größere Flächen mit mehreren Videokameras zu überwachen sind. Hier steigen der Aufwand und damit auch die Kosten beträchtlich.
Aus der DE 33 16 122 A1 ist eine Freigeländeüberwachungsanlage bekannt mit einem zu überwachenden Geländestreifen und mit längs des Geländestreifens aufgestellten Masten für die Halterung von Fernsehkameras.
Die EP 0 356 734 A2 offenbart eine Einbruchmeldeanlage für den Perimeterschutz mit Fernsehkameras und automatischer Bildauswertung, wobei mit zwei Fernsehkameras ein gemeinsamer Geländeabschnitt gleichzeitig überwacht wird.
Vorteile der Erfindung
Die Videobewegungsmeldeeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine dreidimensionale Auswertung der überwachten Fläche mit geringem Mehraufwand gegenüber der bekannten zweidimensionalen Auswertung möglich ist. Dies wird dadurch erreicht, dass bei einer Videoüberwachung einer groben Fläche (= Gesamtfläche) mit mehreren Videokameras diese so angeordnet werden, dass sich ihre Blick- beziehungsweise Erfassungsbereiche (= Flächenbereich) teilweise überschneiden. Für diese Schnittbereiche liegen also Bildinformationen von zumindest zwei Videokameras aus unterschiedlichen Blickwinkeln vor, die eine dreidimensionale Auswertung ermöglichen. Werden die Videokameras nun – wie in der Erfindung ausgeführt – so angeordnet, dass der erfasste Flächenbereich einer Videokamera gemeinsam von zwei benachbarten Videokameras erfasst wird, so liegen für jeden Flächenbereich der überwachten Gesamtfläche Bilddaten von zumindest zwei Videokameras vor.
Der große Vorteil dieser erfindungsgemäßen Einrichtung ist darin zu sehen, dass die an die Sicherheitstechnik gestellten Anforderungen, den toten Winkel einer Videokamera (beispielsweise der Befestigungsmast) durch eine zweite Videokamera zu überwachen mit der sich daraus ergebenden Überlappung der erfassten Flächenbereiche, ohne großen technischen Aufwand zur Verbesserung der Überwachung verwenden lässt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Videobewegungsmeldeeinrichtung eine Vielzahl von Videokameras, die entlang einer gedachten geschlosssenen Linie angeordnet sind. Dies ist dann vorteilhaft, wenn beispielsweise ein ein Grundstück umschließender Zaun und der unmittelbare Zaunbereich erreicht werden soll.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Auswerteeinrichtung dazu geeignet, eine Ortsbestimmung auf der Grundlage von Bildinformationen von zumindest zwei Videokameras auszuführen. Damit lassen sich exakte Aussagen darüber treffen, ob sich erfaßte Objekte im kritischen Bereich befinden, was dann zu einer Alarmauslösung führt, oder in einem unkritischen Bereich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen,
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Videobewegungsmeldeeinrichtung, und
2 ein Funktionsblockdiagramm der erfindungsgemäßen Videobewegungsmeldeeinrichtung.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Die Erfindung wird im folgenden beispielhaft anhand einer Freigeländeüberwachungsanlage dargestellt. Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Videobewegungsmeldeeinrichtung auch zu anderen Zwekken und in anderen Anlagen einsetzbar.
Freigeländeüberwachungsanlagen dienen im allgemeinen dazu, eine um ein zu schützende Gelände gezogene Abgrenzung, beispielsweise in Form eines Zaunes oder einer Mauer, zu überwachen. Zur Detektion eines Eindringversuchs beispielsweise über den Zaun in das Gelände reicht es üblicherweise aus, eine mehrere Meter breite Zone entlang der Abgrenzung zu überwachen. Entlang der Abgrenzung sind zur lückenlosen Überwachung üblicherweise Videokameras installiert, die mit sogenannten Videobewegungsmeldern ausgestattet sind. Die Videobewegungsmelder haben die Aufgabe, Bewegungen zu detektieren und beispielsweise einen akustischen Alarm auszulösen.
Ein Ausschnitt einer Freigeländeüberwachungsanlage ist in 1 mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Die im folgenden kurz als Überwachungsanlage 1 bezeichnete Freigeländeüberwachungsanlage umfaßt eine Anzahl von Überwachungseinheiten 3.1 bis 3.4, die in gleichmäßigen Abständen zueinander entlang einer in 1 nicht dargestellten Geländeabgrenzung angeordnet sind. Die links und rechts von der Überwachungsanlage 1 eingezeichneten Punkte sollen andeuten, daß weitere Überwachungseinheiten 3 vorgesehen sind.
Im in 1 gezeigten Auschnitt der Überwachungsanlage 1 weisen die Überwachungseinheiten 3.1 bis 3.4 jeweils einen Mast 5 auf, der im Boden verankert ist und am oberen Ende jeweils eine Videokamera 7.1 bis 7.4 trägt. Jeder der Masten 5 besitzt eine Höhe, die die Höhe der Begrenzung, beispielsweise die Zaunhöhe 9, übersteigt, um ein Überwinden der Zaunkrone zu erfassen. Bei den Videokameras 7.1 bis 7.4 handelt es sich um übliche Geräte, so daß auf deren genaue Beschreibung nicht eingegangen werden soll.
Die Überwachungseinheiten 3.1 bis 3.4 sind in einem Abstand A zueinander angeordnet, der es ermöglicht, daß die Masten 5 von einer benachbarten Überwachungseinheit 3.x – 1 überwacht werden. Darüber hinaus soll auch der tote Winkel an der Überwachungseinheit 3.x durch eine benachbarte Überwachungseinheit 3.x – 1 überwacht werden. Als toter Winkel wird jener Bereich bezeichnet, der in 1 mit T gekennzeichnet ist und jenen Abstand angibt, der zwischen dem Befestigungspunkt der Überwachungseinheit 3.x und dem ersten im Erfassungsbereich der Kamera 7.x liegenden oberen Punkt der Begrenzung liegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist zur Kennzeichnung des Erfassungsbereichs einer Videokamera eine untere Begrenzungslinie 11 und eine obere Begrenzungslinie 13 eingezeichnet. Deutlich zu erkennen ist, daß die obere Begrenzungslinie 13 der Kamera 7.1 die untere Begrenzungslinie 11 der Kamera 7.2 auf der Höhe 9 der Begrenzung im Abstand T vom Befestigungsmast 5 schneidet. Damit wird also gewährleistet, daß der tote Winkel der Kamera 7.2 von der Kamera 7.1 überwacht wird.
1 läßt darüber hinaus erkennen, daß der Erfassungsbereich einer Kamera 7.x bis in den Erfassungsbereich der übernächsten Kamera 7.x + 2 reicht. Daraus ergibt sich, daß der Erfassungsbereich einer Videokamera 7.x teilweise von der Kamera 7.x – 1 und teilweise von der benachbarten Kamera 7.x + 1 abgedeckt ist. Somit liegt für jeden von einer Kamera 7.x erfaßten Bereich eine zusätzliche Bildinformation aus einem anderen Blickwinkel vor.
In 2 ist die Überwachungsanlage 1 als Blockdiagramm dargestellt. Zu erkennen sind die Kameras 7.1 bis 7.n, die entlang eines schematisch dargestellten Zaunes 15 im wesentliche gleichmäßig beabstandet zueinander angeordnet sind. Der Erfassungsbereich einer Kamera 7.x in Richtung des Zaunes 15 ist graphisch mittels eines Balkens 17.1 bis 17.4 kenntlich gemacht. Wie bereits erwähnt, sind die Kameras 7.1 bis 7.n so ausgerichtet beziehungsweise ausgebildet, daß der jeweilige Erfassungsbereich 17.x durch benachbarte Kameras 7.x – 1 und 7.x + 1 abgedeckt wird.
So wird beispielsweise der erste Abschnitt 19 des Erfassungsbereichs 17.2 der Kamera 7.2 vom Erfassungsbereich der Kamera 7.1 abgedeckt. Der entsprechende Überschneidungsbereich ist in der 2 schraffiert angedeutet. Der sich daran anschließende Abschnitt 21 des Erfassungsbereichs 17.2 wird von der Kamera 7.3 abgedeckt, was ebenfalls schraffiert angedeutet ist.
Die von den Kameras 7.1 bis 7.n gelieferten Bildsignale werden einer Auswerteeinrichtung 23 zugeführt. Diese Auswerteeinrichtung 23 wird zunächst die analogen Videobildsignale digitalisieren und beispielsweise weiteren Videobildverarbeitungsaufgaben wie Filterung und Unterabtastung zur Datenreduktion unterziehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die von den Kameras 7.1 bis 7.n gelieferten Bildinformationen daraufhin untersucht, ob bewegte Objekte von den Kameras erfaßt wurden. Hierzu bedient man sich bekannter Verfahren zur Erkennung bewegter Objekte in zeitlich aufeinanderfolgenden Bildern. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in dem Dokument 196 01 005 offenbart.
Detektiert die Auswerteeinheit 23 dann ein bewegtes Objekt im Erfassungsbereich der Kamera 7.2, werden die Bildinformationen der benachbarten Kamera 7.1 und jene der benachbarten Kamera 7.3 für eine stereoskopische Analyse herangezogen. Hierzu überträgt die Auswerteeinheit 23 ein Steuersignal an eine Auswahleinheit 25, die der Kamera 7.2 zugeordnet ist und der die Signale der Kamera 7.1 sowie die Signale der Kamera 7.3 zugeführt werden. Abhängig vom Steuersignal wird eines der beiden Signale an die Auswerteeinheit 23 weitergeleitet. In der 2 ist nicht dargestellt, daß für jede Kamera 7 eine solche Auswahleinheit vorgesehen ist.
Die Auswerteeinheit 23 ermittelt dann für den ersten Überdeckungsbereich 19 zusammen mit dem Signal der Kamera 7.1 und anschließend für den Überdekkungsbereich 21 mit dem Signal der Kamera 7.3 eine stereoskopische Aufnahme des Erfassungsbereichs der Kamera 7.2. Entsprechende Algorithmen zur Berechnung solcher stereoskopischer Bilder sind bekannt, beispielsweise aus Three-Dimension Computer Vision A Geometric Viewpoint, Olivier Faugeras, MIT-Press, Cambridge, bekannt.
Mit Hilfe der stereoskopischen Aufnahmen des Erfassungsbereichs 17.2 lassen sich räumliche Informationen über das erfaßte bewegte Objekt ermitteln. Auf diese Weise können Störungen, wie Lichtprojektionen oder Schatten im erfaßten Bereich von relevanten Objekten unterschieden werden.
Darüber hinaus lassen sich auch räumliche Informationen über das erfaßte Objekt gewinnen, beispielsweise dessen Größe. Auch der Abstand des erfaßten Objekts und dessen räumliche Position ist mittels der stereoskopischen Auswertung berechenbar. Die dadurch ermöglichte Positionsbestimmung des erfaßten Objekts hilft insbesondere dann, wenn die Kameras 7.1 bis 7.n neben der zu überwachenden Fläche 27 eine Fläche 29 erfassen, die nicht dem überwachten Gebiet angehören soll. Dies ist häufig dann der Fall, wenn der Zaun 15 ein Gebiet umschließt, innerhalb dem man sich frei bewegen kann, während das jenseits vom Zaun 15 liegende Gebiet überwacht wird.
Die Erfindung ermöglicht aufgrund der stereoskopischen Auswertung der Videosignale eine Detektion von bewegten Objekten, die gegen Störungen sehr robust ist. Diese Robustheit wird jedoch nicht mit einem erhöhten Aufwand an zusätzlichen Kameras erkauft, sondern es wird vielmehr die Tatsache ausgenutzt, daß sich die Erfassungsbereiche der einzelnen Kameras überdecken.

Claims

Videobewegungsmeldeeinrichtung zur Überwachung einer Gesamtfläche, mit zumindest drei beabstandet zueinander angeordneten Videokameras, die jeweils einen Flächenbereich der Gesamtfläche optisch erfassen, wobei die Videokameras (7.1–7.n) derart angeordnet sind, dass ein Teil des Flächenbereichs einer Videokamera (7.x) von einer benachbarten Videokamera (7.x – 1) und der andere Teil von einer weiteren benachbarten Videokamera (7.x + 1) erfasst ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erfassungsbereich der benachbarten Videokamera (7.x – 1) bis in einen Erfassungsbereich der weiteren benachbarten, übernächsten Videokamera (7.x + 1) reicht und dass eine Auswerteeinrichtung (23, 25) zur stereoskopischen Auswertung zumindest eines Flächenbereichs vorgesehen ist, der die Bildinformationen der drei den Flächenbereich zumindest teilweise abdeckenden Videokameras zugeführt sind und die auf der Grundlage der Bildinformationen der Videokameras die stereoskopische Auswertung vornimmt.
Videobewegungsmeldeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Videokameras (7.1–7.n) vorgesehen ist, die entlang einer gedachten geschlossenen Linie angeordnet sind.
Videobewegungsmeldeeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (23) die Bildinformationen zu dreidimensionalen Bildsignalen verarbeitet und mit korrespondierenden Referenzsignalen eines dreidimensionalen Referenzmodells vergleicht.
Videobewegungsmeldeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtfläche ein Teil der von den Videokameras erfassten Fläche ist.
Videobewegungsmeldeeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung eine Ortsbestimmung auf der Grundlage von Bildinformationen von zumindest zwei Videokameras ausführt.