DE2439159C2

DE2439159C2 -

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Publication number: DE2439159C2
Application number: DE19742439159
Authority: DE
Inventors: Peter 8000 München; Thieme Udo 8306 Schierling Schubert
Original assignee: Verfahren und Schaltungsanordnung zur automatischen Überprüfung des von einer Fernsehkamera zu einem Monitor gelieferten Videosignales Schubert, Peter, 8000 München
Filing date: 1974-08-14
Publication date: 1976-04-08

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Überprüfung des von einer Überwachungs-Fernsehkamera an eine Bildüberwachungseinrichtung gelieferten Videosignals auf Veränderungen des Bildinhalts im Blickfeld der Kamera und bezieht sich außerdem auf eine Schaltungsanordnung, wie sie im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 2 angegeben ist.

Zur automatischen Überprüfung des Bilds einer Fernsehkamera, die einen zu überwachenden Bereich, zo beispielsweise einen Kassenraum, eine Lagerhalle oder auch das Emissionsfeld von Fabrikschornsteinen, im Blickfeld hat, ist bereits eine in die Videosignalleitung zwischen der Video-Überwachungskamera und einen Monitor geschaltete Einrichtung bekannt, die das von der Fernsehkamera gelieferte Bild mittels Analog-Digital-Wandler digitalisiert und die digitale Information speichert. Die nächsten von der Kamera kommenden Bilder werden gleichfalls digitalisiert und anschließend mit dem gespeicherten Bild verglichen. Ergibt sich an einer beliebigen Stelle des Bilds ein Unterschied, so wird auf Grund des gebildeten Differenzsignals eine Alarmeinrichtung ausgelöst. Mit der bekannten Einrichtung können auch Stellen, an denen sich eine Änderung ergeben hat (beispielsweise durch Eindringen einer Person in den überwachten Raum), im Bild durch kurze helle Markierungsstriche bezeichnet werden. Auch ist eine gezielte Teilbildunterdrückung möglich, wenn für bestimmte Teilbereiche des Blickfeldes der Kamera kein Alarm ausgelöst werden soll. Um dies zu erreichen, wird das Fernsehbild mit Hilfe einer Kreuzschienenmatrix in eine größere Anzahl von quadratischen Einzelbereichen unterteilt, von denen einzelne über die Matrix angewählt und andere ausgeschlossen werden können. Um Langzeitschwankungen des Bildinhalts, beispielsweise die Helligkeitsveränderungen auf Grund der Dämmerung, auszuschließen, ist vorgesehen, das in dem Speicher festgehaltene digitalisierte Bild in einem innerhalb bestimmter Grenzen vorwählbaren Zyklus zu erneuern.

Diese bekannte Überwachungseinrchtung ist für die Überwachung von Räumen und Bereichen geeignet, bei denen während des Speicherwechsels keine sehr schnellen Veränderungen auftreten. Dabei wird ein Zeitraum von einer Sekunde benötigt, während dem die Überwachung unvollständig ist, um den beispielsweise alle fünf Sekunden erfolgenden Speicherwechsel vorzunehmen. Zwar wird auch eine während des Speicherwechsels auftretende Veränderung registriert, jedoch nur als verwicchte Bildstruktur in dem betref fenden Bildbereich, so daß von einem beispielsweise entfernt liegenden Überwachungsplatz eines Werkgeländes nicht sofort v.i entscheiden ist, welche Ursache eine dabei auftretende Alarmauslösung hat. Eine weitere Schwierigkeit beim praktischen Gebrauch der bekannten Überwachungseinrichtung ergibt sich daraus, daß nur 30prozentige Helligkeitsänderungen innerhalb einer definierten zusammenhängenden Bildschirmfläche registriert werden können, so daß besondere Objekte, die nur eine sehr geringe Helligkeitsänderung bewirken, möglicherweise keinen Alarm auslösen, auf jeden Fall aber selbst wenn ein Alarm ausgelöst wird, auf dem fernen Bildschirm des Monitors unter Umständen nur schwer zu unterscheiden sind. Hingewiesen sei weiter auf den beträchtlich hohen Schaltungsaufwand für das bekannte Gerät. So muß auf Grund des Prinzips der Vollspeicherung des digitalisierten Bildes ein adressierbarer Speicher mit einer Speicherkapazität von 12 800 Bit vorgesehen werden, wenn nur 16 Graustufen von 264 Einzelbildpunkten erfaßbar sein sollen.

Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur automatischen Überprüfung des von einer Fernsehkamera zu einem Monitor gelieferten Videosignals zu schaffen, für die ein geringster Schaltungsaufwand und vor allem ein kleinstmöglicher digitaler Speicher benötigt wird, mit der ein gerastertes Fernsehbild hinsichtlich einzelner oder mehrerer zusammenhängender und/oder nicht zusammenhängender Rasterbildausschnitte auf möglichst fein gestufte Bildinhaltsunterschiede überwacht werden kann. Außerdem sollen Übergangsgrenzen von einer zu einer anderen Helligkeitsstufe des Bilds auch bei sehr geringen Konturänderungen deutlich sichtbar gemacht werden können, um so ein in den überwachten Raum eingedrungenes Objekt auch dann auf einem entfernt stehenden Sichtgerät ausmachen zu können, wenn dessen Konturen sich nur äußerst gering von dem normalen Bildhintergrund abheben.

Die Erfindung ist bei einem Verfahren zur automatischen Überprüfung des von einer Überwachungs-Fernsehkamera an eine Bildüberwachungseinrichtung gelieferten Bilds auf Veränderungen des Bildinhalts im Blickfeld der Kamera, bei dem über eine Digital-Analog-Wandlung eine Impulsinformation abgeleitet und gegen die Anzahl der während einer vorhergehenden Abtastperiode abgespeicherten Folge von Impulsen verglichen und aus dem Vergleich ein Impuls-Differenzsignal zur Auslösung eines Alarms abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Kamera gelieferte Videosignal gegen eine Kondensator-Ladespannung verglichen wird, die bei einer festgestellten Abweichung vom Momentanpegel des Videosignals durch Konstantstromimpulse sehr hoher Folgefrequenz bis auf Pegelabgleich erhöht oder erniedrigt wird, daß die auf Grund der Abweichung von Videosignal und Ladespannung zur Gewinnung der Konstantstrom-Impulse dienenden Steuerimpulse während einer vorgebbaren Periode gezählt werden, die höchstens der Dauer oder einem ganzzahligen Teilverhäitnis einer Halbbildperiode entspricht, und daß die geählte Impulsanzahl gegen eine zuvor während einer entsprechenden Periode gleicher Dauer zu Beginn eines vorgebbaren Bildfolgeintervalls gespeicherte Impulsanzahl verglichen und das auf Grund des Vergleichs erhaltene Impuls-Differenzsignal zur Auslösung des Alarms verwendet wird.

Eine zur Durchführung dieses Verfahrens geeignete Einrichtung wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch 2 definiserte Schaltungsanordnung mitgeteilt, deren vorteilhafte Weiterbildungen in Unteransprüchen gekennzeichnet sind.

Die technischen Vorteile der Erfindung bestehen neben der vollständigen Lösung der gestellten Aufgabe vor allem in folgendem:

Im Gegensatz zu der bekannten Einrichtung, bei der das gesamte Bildsignal digitalisiert und gespeichert wird, ist beim Gegenstand der Erfindung eine Analog-

Digital-Wandlung vorgesehen, bei der digitale Ausgangsimpulse nur dann erzeugt werden, wenn eine auf sehr geringe Unterschiede vorgebbare Änderung der Bildhelligkeit, d. h. also eine Änderung des Videosignals, auftritt. Demnach werden, wenn die Kamera beispielsweise nur eine völlig einheitliche Fläche abtastet, durch den A/D-Wandler überhaupt keine Ausgangsimpulse erzeugt (abgesehen von ein paar wenigen Impulsen beim Sprung des Videosignals vom Zeilenende zum Zeilenanfang auf den neuen Signalpegel), während bei einem abgetasteten Objekt mit sehr starken Konturänderungen entsprechend viele Ausgangsimpulse erzeugt werden. Die im Vergleich zur Anzahl der Impulse bei Vollbilddigitalisierung geringe Anzahl von Ausgangsimpulsen des A/D-Wandlers werden — gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Rasterverknüpfungs-Schaltung, deren Funktion später erläutert wird — in einem Zähler für ein bestimmtes Bild oder Teilbild gezählt und nach der dem Bild oder Teilbild entsprechenden Periode gegen den Inhalt eines Speichers verglichen, der zuvor mit den Impulsen aus dem gleichen Bild oder Teilbild gefüllt wurde. Da nur die Impulse aus den Bildkontur- oder Helligkeitsänderungen abgespeichert zu werden brauchen, ist der Speicherplatzbedarf wesentlich geringer. Bei einem erprobten Ausführungsbeispiel der Erfindung hat der Speicher eine Kapazität von lediglich 240 Bit im Gegensatz zu 12 800 Bit bei dem bekannten Gerät. Nach dem Zählerspeicher-Vergleich erfolgt eine hinsichtlich ihrer Anzahl vorgebbare Bewertung der Differenzimpulse und gegebenenfalls eine Alarmauslösung, falls die Anzahl der Differenzimpulse den vorgebbaren Wert überschreitet.

Neben dem Vorteil des sehr viel geringeren Speicheraufwands trotz praktisch verdoppelter Abstufung der erfaßbaren Helligkeitsunterschiede bietet sich mit der Erfindung die Möglichkeit, die auf Grund der Helligkeits- oder Konturübergänge erzeugten Impulse über eine Mischstufe dem Videosignal zum Monitor hinzuzumischen, so daß bei ebenfalls vorgesehener Möglichkeit zur Rasterunterteilung des' uilds genau die Konturgrenzen durch einen hellen Saum herausgehoben werden können, die sich verändert und zur Auslösung des Alarms geführt haben. Damit können also auch in den überwachten Bereich eingedrungene Fremdobjekte selbst dann sicher ausgemacht werden, wenn sich nur sehr geringe Konturänderungen ergeben haben.

Neben anderen im Zusammenhang mit der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels erläuterten Vorzügen sei noch erwähnt, daß der Speicherwechsel auf Grund des vergleichsweise sehr kleinen Speichers innerhalb sehr kurzer Zeit erfolgen kann, d. h. einer Zeitspanne, die nur einen kleinen Bruchteil der Zeit beträgt, die erforderlich ist, um einen Speicher mit Vollbildspeicherung auszutauschen. Dadurch können auch während des Speicherwechsel keine Unsicherheiten hinsichtlich des Eindringens von Störobjekten in den überwachten Bereich auftreten.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels durch die Zeichnung in Einzelheiten weiter erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in Blockbilddarstellung eine Schaltungsanordnung zur automatischen Überprüfung und Bewertung des von einer Videokamera gelieferten Signals mit Merkmalen nach der Erfindung und

F i g. 2 das Beispiel eines Oberwachungstableaus, das zur gezielten Auswahl einzelner Rasterfelder im Kontrollraum einer Fernüberwachungszentrale angeordnet sein kann.

Die Schaltungsanordnung nach F i g. 1 wird in die Videosignalleitung zwischen einer nicht gezeigten Videokamera und einem ebenfalls nicht dargestellten Monitor geschaltet. Das von der Kamera kommende und an einer Eingangsquelle 1 angelieferte analoge Videosignal gelangt über einen Eingangsverstärker 2 auf ein Tiefpaßfilter 3 mit einer oberen Grenzfrequenz von beispielsweise 5 MHz, das zur Beseitigung irgendweleher im Videosignal enthaltenen höherfrequenten Raschkomponenten dient, wie sie insbesondere bei Videokameras der niedrigeren Preisklasse auftreten. Vom Tiefpaßfilter 3 gelangt das von hochfrequenten Rauschkomponenten befreite Videosignal auf einen Verteiler-

is punkt 4 und von dort an den Eingang 5 eines sehr schnellen Analog-Digital-Wandlers 30. Unter »sehr schnell« wird dabei verstanden, daß die Wandelfrequenz weit oberhalb der oberen Frequenzbandgrenze des Videosignals liegt Die typische Wandelfrequenz beträgt beispielsweise 25 MHz. Der nach dem sogenannten »sukzessiven Approximationsverfahren« arbeitende Analog-Digital-Wandler 30 besteht im wesentlichen aus zwei Komparatoren 6a, 66, zwei sehr schnellen Taktgeneratoren 7a, 76, zwei geschalteten Konstantstromquellen 8a. 86, sowie aus einem Ladekondensator 9, dessen Wert in dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa InF beträgt. Über einen Trennverstärker 10 mit Verstärkungsgrad Eins ist der Kondensator 9 mit dem zweiten als Bezugseingang dienenden Eingang 5' der beiden Komparatoren 6a, 66. verbunden.

Ankommende verstärkte Videosignale gelangen an den Eingang 5 der Komparatoren 6a, 66. Ein ansteigendes Videosignal bewirkt ein Umschalten des Positiv-Komparators 6a, ein abfallendes Videosignal ein Umschalten des Negativ-Komparators 6b. Der jeweilige Komparator ermöglicht einem nachgeschalteten Taktgenerator 7a bzw. 76 die Abgabe einer der Dauer des Ausgangssignals des jeweiligen Komparators entsprechende Taktimpulsfolge abzugeben, die auf eine nachgeschaltete Konstantstromquelle 8a bzw. 86 gelangt. Solange Taktimpulse auf eine der Konstantstromquellen 8a oder 86 gelangen, werden positive (Konstantstromgenerator Sa) oder negative (Konstantstromgenerator 86) Konstantstromimpulse erzeugt, die den Ladekondensator 9 in kleinen genau definierten Schritten laden oder entladen. Über die sehr hochohmige Mal-Eins-Verstärkerschaltung 10 gelangt das treppenförmige Signal des Ladekondensators zurück, an den inversen-oder Bezugseingang 5' der Komparatoren 6a, 66, wo der Vergleich mit dem analogen Videosignal stattfindet Die typische Stufenhöhe der Treppenspannung beträgt z. B. 0,1 Volt pro Stufe. Wird die höchste Spannung des Videosignals am Eingang der Komparatoren 6a, 66, von schwarz nach weiß zu einem Wen von 3VoIt Spitze/Spitze angenommen, so bedeute) dies, daß der Analog-Digital-Wandler 30 eine Grauskala von 30 möglichen Schritten, d. h. eine Helligkeitsauf lösung des Videobilds nach 30 Stufen erfaßt.

Ersichtlicherweise werden durch die Taktgeneratoren 7a, 76 Impulse nur dann geliefert, wenn im Videosignal eine Änderung, d. h. — bezogen auf das Objek oder Bild — eine Helligkeits- oder Konturänderunj auftritt

Zur digitalen Weiterverarbeitung gelangen die Takt impulse der beiden Taktgeneratoren 7a, 76 über ein« ODER-Schaltung 11 und eine Rasterverknüpfungs Schaltung 12, deren Arbeitsweise später erläutert wird

auf eine Zähleinheit 13, die bei einer erprobten Ausführungsform der Erfindung aus einer Binärzählkette mit drei Zählern ä A Bit besteht. Da die Taktimpulse — wie erläutert — nicht den vollen Inhalt des Bildsignals, in digitaler Form wiedergeben, vielmehr ihre Anzahl nur der Impulsanzahl entspricht, die nötig ist, um mit Hilfe des aus den Konstantstromquellen 8a, 8b und dem Ladekondensator 9 gebildeten Treppenspannungsgenerator das Videosignal zu bilden, d. h. - auf das Originalbild bezogen — es werden nur die Helligkeits- oder Konturänderungen erfaßt. Dies bietet den entscheidenden Vorteil, mit einer vergieichsweise kleinen Zählerund Speicherschaltung auszukommen und trotzdem eine größere Helligkeitsauflösung bei sehr rascher Speicherwechselmöglichkeit gewährleisten zu können.

Bevor die auf den Zähler gelangten Impulse auf ihrem Weg zum Speicher 14 und bis zur Auswertung weiterverfolgt werden, sei zunächst die bereits erwähnte Rasterverknüpfungsschaltung 12 betrachtet:

Vom Verzweigungspunkt 4 gelangt das Videosignal außerdem auf eine Synchronimpulsabtrenn- und Regenerierungsstufe 23, deren Aufbau und Funktionsweise dem Fachmann bekannt ist. Der Synchronimpulsregenerierung mit nachgeschalteter Normierung horizontal (H) und vertikal (V^ zur Normierung der Horizontal- und Vertikalsynchronimpulse nach Amplitude und Impulsbreite folgt ein eigener Spaltengenerator 25, 26, wobei der Vertikalspaltenge nerator 26 ausgehend vom Zeilensynchronimpuls in an sich bekannter Weise fünf vertikale Spalten zur Unterteilung des Videobildes erzeugt. Durch Zählen der Horizontalsynchronimpulse werden außerdem im Horizontalspaltengenerator 25 vier horizontale Spalten zu je 72 Zeilen plus einer Zwischenzeile erzeugt. Diese Spaltensignale vertikal und horizontal gelangen an eine integrierte Matrixschaltung, die als Rastermatrix 22 bezeichnet ist und in bekannter Weise, beispielsweise nach dem Prinzip des Kreuzschienenverteilers, geschaltet sein kann. Dieser Matrixschaltung sind zwanzig nicht gezeigte Drucktastenschalter zugeordnet, mit deren Hilfe beliebige FeI-der des durch Vertikal- und Horizontalspalten gerasterten Videobilds ausgewählt werden können.

Vom Ausgang der Synchronimpulsregenerierung und -normierung 23 wird ein Fünffach-Bildwechselzähler 27 gesteuert, der die aufeinanderfolgenden Video-Halbbilder zählt. Seine Impulse steuern zusammen mit den Impulsen des Vertikalspaltengenerators 26 einen Rasterkomparator 28, der seinerseits über die bereits erwähnte Rasterverknüpfungsschaltung 12 bewirkt, daß pro Halbbild immer nur eine vertikale Spalte des Videosignalbilds abgetastet wird. Da fünf Vertikalspalten vorgesehen sind, werden also für die Gesamtabtastung eines Bildes fünf Einzelhalbbilder benötigt. Die Abtastung erfolgt — bezogen auf den Bildschirm des Monitors — von links oben Feld 1 vertikal nach unten bis Feld 16. Im Halbbild 2 wird die zweite Vertikalspalte beginnend oben mit Feld 2 bis Feld 17 abgetastet usw. Mit Halbbild 5 und dem Feld Nr. 20 endet die Abtastung.

Da mit der angegebenen Steuerung der Rasterverknüpfungsschaltung 12 vom Rasterkomparator 28 aus während eines Halbbilds also maximal die Impulse einer Spalte auf den Zähler 13 gelangen, wird für einen Abfrage- oder auch Aufladezyklus des Speichers 14 fünfmal die Videohalbbildzeit = 5 χ 20 Millisekunden = 0,1 Sekunden benötigt Jedes Rasterfeld, das wie erwähnt über die Rastermatrix 22 wählbar ist, wird also pro 0,1 Sekunden einmal mit dem zugehörigen Speicherinhalt verglichen.

Nachdem also die von den Taktgeneratoren 7a, 7b für jedes Videohalbbildsignal erzeugten Impulse vollständig vorliegen, gestattet die Rasterverknüpfungsschaltung 12 unter Steuerung des Rasterkomparators 28 nur den Durchgang der Impulse von einer Spalte pro Halbbild auf den Zähler 13, während die den übrigen Spalten in diesem Halbbild entsprechenden Impulse unterdrückt werden. Am Ausgang der Rasterverknüpfungsschaltung 12 entsteht aber außerdem immer nur dann eine Impulsreihe, wenn ein bestimmtes Rasterfeld über die Rastermatrix 22 angewählt wurde. Die nachfolgende Zähleinheit 13 zählt nur die einem Rasterfeld zugeordneten Impulse. Dies sei am Beispiel des Abtastvorgangs für das Feld 1 links oben erläutert: Nach dem Vertikal- oder Bildsynchronimpuls oder nach jeder 73. Zwischenzeile (festgelegt durch den Horizontalspaltengenerator 25) ist die Zähleinheit 13 auf Null gestellt. Unter Steuerung der Rastermatrix gelangen die zum Feld 1 gehörenden Zählimpulse in den Zähler. Nach 72 Zeilen tritt unter Vorgabe durch den Horizontalspaltengenerator 25 eine leere Zwischenzeile auf. In dieser Leerzeile wird der Inhalt der Zählereinheit 13 mit dem Inhalt der digitalen Speichereinheit 14 verglichen.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Speichereinheit 14 aus einem Digitalspeicher für 240 Bitt organisiert zu 20 Worten je 12 Bit. Dieser Speichereinheit 14 ist eine in ihrer Arbeitsweise nachfolgend näher erläuterte Adresslogik 31 zugeordnet, die unter Steuerung vom Rasterkomparator 28 und vom Spaltengenerator 25 dem Speicher die Information für die Zuordnung der Rasterfelder zu den Speicherplätzen vorgibt. Über die Adresslogik 31 wird auch die Zeitbasis für den Speicherwechsel von einem abgreifbaren Zähler 29 vorgegeben, der das Ausgangssignal des Bildwechselzählers mit einem bestimmten Faktor multipliziert und dann einen Freigabeimpuls für den Speicherwechsel abgibt Die frei wählbaren Zeiten, den Speicherinhalt jeweils dem neuen Bildinhalt anzupassen, liegen bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel zwischen zwei und zweiunddreißig Sekunden in den Stufen 2,4,8,16 und 32 Sekunden (Wahlschalter 44 in F i g. 2). Ein einmal abgespeicherter digitaler Bildinhalt eines Rasterfelds, z. B. des Felds 1, verbleibt bei einer angenommenen Speicherwechselzeil von 8 Sekunden jeweils 8 Sekunden lang im Speicher.

Die bereits erwähnte Adresslogik 31 erfüllt zwei Aufgaben: Einmal wird von dieser Einheit aus mit Hilfe des Rasterkomparators 28 und des Spaltengeneraton 25 dem Speicher 14 vorgegeben, welcher Speicherplatz gerade zu belegen oder abzufragen ist Zum anderer verknüpft die Adresslogik 31 die Signale des Bildwech selzählers 29 und des Spaltengenerators 25 und ermög licht dem Speicher 14, den Speicherinhalt nur auszule sen, ohne diesen zu löschen oder zu wechseln.

Der Speicherwechsel erfolgt in jeder 73. Zeile nacl folgendem Schema:

Der Horizontal-Synchronimpuls wird nach der Syn· chronimpulsabtrennstufe und Regenerierung in dei Einheit 23 in einer monostabilen Schaltung (nicht gezeigt) über die hintere Schwarzschulter hinaus verlän gert Dieser verlängerte Impuls steuert den Vertikal spalten-Taktgenerator 26 und dieser wiederum einer Fünfstufenzähler (nicht gezeigt), dessen Ausgangssi gnale an eine nicht dargestellte Dekodierschaltung gelangen. Die abgehenden Signale aus der Dekodierschal tung gelangen zur Rastermatrix 22.

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Die Verlängerung des Horizontal-Synchronimpulses hat folgenden Zweck: Der A/D-Wandler wird während der verlängerten Horizontalsynchronimpuls-Austastung blockiert Die Ladespannung am Ladekondensator 9 bleibt während dieser Zeit auf dem letzten Stand und wird während der verlängerten Horizontalsynchronimpulsaustastung nicht verändert. Dies hat den Vorteil, daß zu Beginn der neuen Zeile nur die Spannungsdifferenz zwischen Zeilenende und Zeilenanfang nachzuladen ist. Auf diese Weise wird beträchtliche Zähler- und Speicherkapazität eingespart.

Da jedes Rasterfeld nach jeweils fünf Videohalbbildern, also nach 0,1 Sekunden wieder zur Überprüfung ansteht, wird der Zählerinhalt mit den neuen Impulsen des gleichen Rasterfelds aus dem Analog-Digital-Wandler beaufschlagt. In der Zwischenteile, z. B. der 73. Zeile, wird in einer digitalen Subtraktionsschaltung 15 die Differenz zwischen Speicher und Zählerinhalt gebildet Bei der Subtraktionsschaltung 15 handelt es sich um drei 4 Bit-Volladdierer, die durch Rückkopplungen als Subtrahierer geschaltet sind. Dies sei an einem Beispiel verdeutlicht. Der Speicherinhalt betrage 480 Digit und der Zählerinhalt beim neuen Bild 458 Digit. Die Subtraktion ergibt eine Differenz von 22 Digit. Die Höhe dieser Differenz ist ein Maß für die Veränderung des Videobilds.

In einer Auswertelogik 16 führt diese Differenz zur Alarmauslösung über eine Alarmeinrichtung 32, wobei die Anzahl der Impulse, die nötig ist, um einen Alarm auszulösen, vorgewählt werden kann. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt die nötige Mindestanzahl 16 Impulse, während die Maximalanzahl, also die Stufe geringster Anzeigeempfindlichkeit, 96 Impulse beträgt. Die am Drehknopf 45 (F i g. 2) einstellbare Abstufung beträgt 16, 24. 32, 48, 64 und 96 Impulse. Die Auswertelogik 16 löst immer dann akustischen und/oder optischen Alarm aus, wenn die voreingestellte Anzahl von Impulsen bei der Differenzbildung in der Subtraktionsschaltung 15 überschritten wird. Der Inhalt der Speichereinheit 14 wird bei der Differenzbildung nicht gelöscht sondern erst nach Ablauf der am Zähler 29 vorwählbaren Speicherwechselzeit, also jeweils nach 2,4,6,16 oder 32 Sekunden. Unmittelbar vor jedem Speicherwechsel liegt noch ein Impulsvergleich, der wie vorher beschrieben abläuft Anschließend wird der neue Zählerinhalt in den Speicher 14 eingeschrieben, so daß keine Überwachungslücke von mehr als 0,1 Sekunder entstehen kann.

Der Vertikalspaltengenerator 26 läuft auch in jeder 73. Leerzeile weiter. Zwar wird die Spaltenabtastung in dieser Zeile blockiert, jedoch den die jetzt erzeugten Spaltenmarkierungssignale, die aufeinanderfolgend im Abstand von 10μ$ während 50 us unmittelbar auf den verlängerten Horizontalsynchronimpuls erzeugt werden, zur Steuerung des Subtrahier-, Vergleichs-, Alarm-, Umlaufspeicher- und Speicherwechselvorgarigs herangezogen. Dabei laufen folgende Vorgänge ab: Während des ersten und zweiten Spaltensignals bildet der Subtrahierer 15 die Differenz zwischen Zähler und Speicherinhalt Bewirkt durch den Impuls des dritten Spaltensignals liefert die Auswertelogik 16 ein Signal, das im folgenden als V-Signal bezeichnet ist und das angibt, ob bei der Differenzbildung die zuvor eingestellte Schwelle zur Alarmauslösung überschritten wird, h. also beispielsweise, ob die Differenz größer oder deiner als 16 Impulse ist Das V-Signal und das dritte Spaltensignal werden verknüpft und gelangen zur Stufe Uarm 32

Außerdem steht das V-Signal auch am Eingang de; Umlaufspeichers 17 an. dessen Takteingang durch da! dritte Spaltensignal beaufschlagt ist. das den Speichel um jeweils einen Platz weiterschiebt. Je nachdem, ot eine Alarmauslösung erfolgt, erhält der zugehörige Speicherplatz ein Signal W(hoch) oder L (low = tief).

Mit Auftreten des vierten Spaltenimpulses wird -wenn zugleich das Speicherwechselsigrtal anliegt - der Speicherinhalt gegen den Zählerjnhalt ausgewechselt. :o Dabei sei darauf hingewiesen, daß die Ausgänge der Zähler 13 fest mit den zugehörigen Eingängen des Speichers 14 sowie mit den Eingängen des Subtrahierers verbunden sind.

Ausgelöst durch das fünfte Spaltensignal (während der hier diskutierten Dauer der 73. Zeile) wird der Zähler 13 auf Null gestellt, um für den nächsten Rasterbildvergleich zur Verfügung zu stehen.

Um zu erkennen, in welchem gewählten Rasterfeld Alarm ausgelöst wurde, ist der Auswertlogik 16 ein Umlaufspeicher 17 mit 20 Speicherplätzen nachgeschaltet, für jedes Rasterfeld ein Speicherplatz. Wird in einem bestimmten angewählten Rasterfeld Alarm ausgelost, so entsteht in dem Umlaufspeicher 17 ein umlaufender Impuls, der über eine Bildschirmrasterverknüpfungsschaltung 18 und eine Mischstufe 19 dem auf den Monitor gelangenden Videosignal zugemischt wird und auf dem Bildschirm eine weiße horizontale Strichmarkierung erscheinen läßt, die erst bei Löschung des Alarms wieder verschwindet.

Bei dem Umlaufspeicher 17 handelt es sich um ein ruckgekoppeltes 20 Bit-Schieberegister, dessen Signalausgang über ein ODER-Glied auf den Signaleingang ruckgekoppelt ist Zur Erläuterung der Arbeitsweise dieses Umlaufspeichers 17 sei angenommen, daß das Schieberegister anfänglich gelöscht sei und alle Speicherplätze mit L-Signal beaufschlagt sind. Nun werde Rasterfeld 1 links oben abgetastet. Dabei laufen folgende Vorgänge ab: Am Signalausgang des Schiebern ^^1Steo ^{Steht L}-^S'g^naI- >n der 73. Zeile schiebt der p"^{tte s}P^a|tenimpuls das Schieberegister um einen Hatz weiter. Wird angenommen, daß über die Auswer-VC- . ^{em Alarm aus}gelöst wurde, so steht das J-Signal am Eingang des Umlaufspeichers während aes dritten Spaltenimpulses auf Pegel H. Der Platz Nr. c U-⁶I ?^chlebereg'sters weist also nach dem ersten Schiebeimpuls (dritter Spaltenimpuls) Pegel H auf. wahrendI die Plätze 2 bis 20 auf Pegel L stehen. Nach Rasterfeld 1 wird das Rasterfeld 6 überprüft. Während der ganzen Abtastung von Rasterfeld 6 steht am Signalausgang des zuvor gelöschten Schieberegisters Pegei z- ts folgen alle weiteren Rasterfelder. Am Ende jedes Rasterfeldes wird das Schieberegister um einen Platz weitergeschoben. Am Ende von Rasterfeld 20 er-Kt ^a™ Signalausgang des Schieberegisters der In- ?£.^V°wSf '■^{der im an}g^enommenen Fall auf Pegel H ma* \^{nrend der} ganzen Abtastzeit für das Rasterteia isteht am Ausgang des Schieberegisters Pegel H an und ermöglicht der nachfolgenden Schaltung BiIdschirmraster 18 in Verbindung mit dem Horizontalspal- »^enfnerator 15 auf dem Feld 1 des Monitors eine horl· Z I u π^cnmarkierung zu schreiben. Dies erfolgt Feld 1 ^!taStunS J'^{eder fä}nften und sechsten Zeile in

WK-" Τ⁰" ^Feld ⁱ <⁷³·^Zeile) erscheint wieder der ^cniebeimpuls, also der dritte Vertikalspaltenimpuls. Steht nun das y-Signal (Alarmsignal) wieder auf Pegel i, so bleibt der umlaufende Pegel H des Feldes 1 trotzaem im Register, weil dieser Pegel über das dem Ein-

gang des Schieberegisters vorgeschaltete ODER-Glied vom Signalausgang wieder auf den Signaleingang gelangt. Dieses Schieberegister kann nur über die in F i g. 2 mit Bezugszeichen 41 angegebene Löschtaste gelöst werden.

AuBer dem Signal des Umlaufspeichers 17 gelangen die Rasterbildmarkierungssignale aus der Rastermatrix 22 über die Bildschirmrasterschaltung 18 auf die Mischstufe 19 und damit in das Videosignal zum Monitor, das über einen Ausgangsverstärker 20 verstärkt an einer Ausgangsklemme 21 geliefert wird. Die Signale der Rastermatrix 22 bewirken, daß an den angewählten Rasterfeldern auf dem Monitor eine weiße Umrandung erscheint.

Weiterhin ist es beispielsweise über einen Schalter möglich, dem abgehenden Videosignal über die Mischstufe 19 auch noch die digitalen Zählimpulse für das jeweils angewählte Rasterfeld zuzumischen. Die gesamten der Mischstufe 19 zumischbaren Signale, also Rasterumrandung, Strichmarkierung und Zählimpulse, werden digital gemischt und dem Analogsignal gemeinsam zugemischt. Durch diese zugemischten Impulse, die je jeweils nur bei einer erfaßten Konturänderung innerhalb des angewählten Rasterfelds auftreten, lassen sich die Konturen durch weiße Punkte bzw. Linien auf dem Bildschirm deutlich markieren, so daß ein auf der Objektseite in das überwachte Rasterfeld gelangender Gegenstand zusätzlich durch eine Punkt- oder Linienumrandung herausgehoben werden kann. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des Erfindungsgedankens, der sich daraus ergibt, daß über den Analog-Digital-Wandler nur die Kontur- oder Helligkeitsänderungen durch die Abgabe von Impulsen beantwortet werden, so daß beispielsweise ein gleichbleibender Graubereich erwünschterweise unberücksichtigt bleibt, dagegen eine Helligkeitsgrenze bereits bei einem Unterschied von nur einem Dreißigstel der Grauskala stark hervorgehoben werden kann.

Neben der dargestellten Hervorhebung der Konturübergänge, die eine wesentliche Hilfe bei der Beurteilung einer Überwachung bei schlechten Sichtverhältnissen darstellen kann, kann eine beispielsweise dreistellige Zahlenanzeige 42 (F i g. 2) ergänzend zur Beurteilung des Bildinhalts bei digitaler Alarmauslösung dienen. Diese Zahlenanzeige, beispielsweise als 7-Segmentanzeige aus Leuchtdioden aufgebaut, zeigt die letzten drei Stellen des digitalen Bildinhalts jeweils eines am Tastenfeld 43 angewählten Rasterfeldes in ablesbaren Ziffern zwischen 000 und 999 Impulsen an. Damit kann die Anzahl der sich verändernden Impulse direkt abgelesen werden, wenn sich der Inhalt des Videosignals ändert.

Im folgenden werden noch einige Angaben über die Leistungsfähigkeit einer praktischen Ausführungsform der hier beschriebenen Schaltungsanordnung dargestellt:

Ein einzelnes überwachtes Rasterfeld stellt sich auf dem Bildschirm des Monitors quadratisch dar und weist eine Vertikalauflösung von 72 Zeilen auf. Die linke Hälfte des Rasterfelds habe einen Grauwert von 50% (Schwarz 0%, Weiß 100%) und die rechte Hälfte des Rasterfelds einen Grauwert von 53%. Der Übergang von 50 zu 53% grau kann fließend sein. Die Differenz von 3% Helligkeit entspricht nach den obigen Ausführungen einem Digit pro Zeile. Bei 72 Zeilen ergibt dies einen Speicherinhalt von 72 Digit. Um Fehlalarme sicher zu vermeiden, sei die gewählte Empfindlichkeit an der Auswertelogik 16 und 32 Digit eingestellt. Damit würde eine nur 3%ige Helligkeitsänderung von 32 Zeilen des überwachten Rasterfeldes bereits genügen, um sicher Alarm auszulösen. Befindet sich in einem überwachten Rasterfeld ein weiterer Grausprung von etwa 3%, so genügt bereits bei 16 Zeilen die 3%ige Helligkeitsänderung, um Alarm auszulösen. Ein Rasterfeld von 72 Zeilen entspricht bei einer Unterteilung der Bildschirmfläche in 20 Felder genau 5% der Bildschirmfläche. Die Empfindlichkeit kann so eingestellt werden, daß je nach Bildinhalt und Konturen eine Helligkeitsänderung von etwa 3% auf einer zusammenhängenden oder nicht zusammenhängenden Fläche von weniger als 0,2% der Bildschirmfläche in einem überwachten Rasterfeld zur Alarmauslösung führt.

Daraus läßt sich ableiten, daß Änderungen von HeIl-Dunkel-Grenzen, also Konturen bevorzugt eine Alarmauslösung herbeiführen. Konturverschiebungen von außerhalb eines überwachten Rasterfeldes nach innen oder umgekehrt führen bei kleinsten Bewegungen zur Alarmauslösung. Bei einem Versuch ergab sich, daß Zigarettenrauch, aufgenommen in fünf Meter Entfernung von der Videokamera mit 12,5 Millimeter Normalobjektiv, sofort Alarm auslöste. Mit der entsprechend vorgeschalteten Kamera reicht die Lichtempfindlichkeit bis an die Grenze der Wahrnehmbarkeit. Auch der Anschluß einer Infrarot-Videokamera ist möglich, um den Anwendungsbereich auf den Nacht- oder unsichtbaren Bereich zu erweitern.

Der Anschluß peripherer Geräte, wie Zeitschreiber Videorekorder, akustische und optische Alarmsignalge ber, ist möglich. Außerdem kann das Gerät einschließlich Kamera und Monitor mit einer 12 V Notstromanla ge versorgt werden.

Das Gerät ist mit Sicherungsmaßnahmen versehen die bei unbefugtem Betätigen irgendwelcher Schaltein richtung auf der Bedienseite einschließlich des Netz Schalters oder bei Unterbrechungen der Netz und/oder Videosignalleitung der Kamera sofort zi Alarmauslösung führen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur automatischen Überprüfung des von einer Überwachungs-Fernsehkamera an eine Bildüberwachungseinrichtung gelieferten Videosignals auf Veränderungen des Biidinhalts im Blickfeld der Kamera, bei dem über eine Digital-Analog-Wandlung eine Impulsinformation abgeleitet und gegen die Anzahl der während einer vorhergehenden Abtastperiode abgespeicherten Folge von Impulsen verglichen und aus dem Vergleich ein Impuls-Differenzsignal zur Auslösung eines Alarms abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Kamera gelieferte Videosignal gegen eine Kondensator-Ladespannung verglichen wird, die bei einer festgestellten Abweichung vom Momentanpegel des Videosignals durch Konstantstrom Impulse sehr hoher Folgefrequenz bis auf Pegelabgleich erhöht oder erniedrigt wird, daß die auf Grund der Abweichung von Videosignal und Ladespannung zur Gewinnung der Konstantstrom-Impulse dienenden Steuerimpulse während einer vorgebbaren Periode gezählt werden, die höchstens der Dauer oder einem ganzzahligen Teilverhältnis einer Halbbildperiode entspricht, und daß die gezählte Impulsanzahl gegen eine zuvor während einer entsprechenden Periode gleicher Dauer zu Beginn eines vorgebbaren Bildfolgeintervalls gespeicherte Impulsanzahl verglichen und das auf Grund des Vergleichs erhaltene Impuls-Differenzsignal zur Auslösung des Alarms verwendet wird.

2. Schaltungsanordnung zur automatischen Überprüfung des von einer Überwachungs-Fernsehkamera zu einem Monitor gelieferten Videosignals auf Veränderungen des Bildinhalts im Blickfeld der Kamera, mit einem Analog-Digital-Wandler, der aus dem Videosignal der Kamera eine Impulsinformation ableitet, die gegen den Inhalt einer aus einer vorhergehenden Abtastperiode stammenden, abgespeicherten Impulsinformation verglichen wird, und bei der ein auf Grund des Vergleichs erzeugtes Impuls-Differenzsignal zur Auslösung einer Alarmeinrichtung weiterverarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Fernsehkamera stammen- de Videosignal auf einen als Eingangsstufe des Analog-Digital-Wandlers (30) vorgesehenen Komparator (6a, 6b) gelangt, der das Videosignal gegen die Spannung eines Ladekondensator (9) vergleicht, der bei einer festgestellten Abweichung des Videosignals bis zur Wiederherstellung des Abgleichs durch Konstantstromimpulse ge- oder entladen wird, die eine Konstantstromquelle (8a, Sb) liefert, die mit einer wesentlich über der oberen Grenzfrequenz des Frequenzbands des Videosignals liegen- SS den Schaltfrequenz durch einen vom Ausgang des Komparator (6a, 6b) steuerbaren Taktgenerator (7a, 7b) getastet ist, daß die auf Grund der Abweichung von Videosignal und Ladespannung des Ladekondensators (9) durch den Taktgenerator (7a, 7b) erzeugten Impulse auf eine Zähleinheit (30) gelangen, die diese Impulse während einer festgelegten Periode zählt, die höchstens der Dauer eines Halbbildes entspricht, und daß der Zählerinhalt am Ende dieser Periode gegen einen zuvor während ⁶S einer entsprechenden Periode gleicher Dauer festgehaltenen Inhalt eines Speichers (14) vergleichbar ist und daß das auf Grund des Vergleichs an eine Auswertelogik abgegebene Impuls-Differenzsignal zur Auslösung der Alarmeinrichtung (32) führt

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Taktgenerator (7a, 7b) gelieferten Impulse, deren zeitliche Folge bzw. Anzahl dem Ort bzw. der örtlichen Helligkeitsabstufung des Bildes entspricht, über eine Mischstufe (19) dem von der Kamera stammenden Videosignal zumischbar sind, um eine deutliche Lichtpunktoder Lichtsaummarkierung an den Stellen des überwachten Objekts mit Helligkeitsunterschieden auf dem Monitorbild zu erzeugen.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktgenerator-impulse vor der Zumischung zum Videosignal auf eine Bildschirmrasterschaltung (18) gelangen, die unter Steuerung einer anwählbaren Rastermatrix (22) nur die Impulse auf die Mischstufe (19) gelangen läßt, die einem ausgewählten Teil- oder Rasterbild des Blickfelds der Kamera entsprechen.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildschirmrasterschaltung (18) außerdem vom Ausgang eines Umlaufspeichers (17) beaufschlagt ist, der eine der Anzahl der wählbaren Rasterfelder entsprechende Zahl von Speicherplätzen aufweist und die bei Alarmauslösung einen Umlaufimpuls erzeugt, der das Bildrasterfeld, in dem die Alarmauslösung erfolgte, mit einer horizontalen Strichmarkierung erscheinen läßt.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Zähler (13) erfaßten Impulse des Taktgenerators (7a, 7b) zuvor über eine Rasterverknüpfungsschaltung (12) geleitet sind, die unter Vorgabe durch die Rastermatrix (22) und unter Steuerung eines von einem Halbbild-Wechselzähler (27) und einem Spaltengenerator (25, 26) beaufschlagten Rasterkomparators (28) nur die dem an der Rastermatrix (22) gewählten Bildausschnitt entsprechenden Impulse auf den Zähler (13) gelangen läßt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (14) über e'ne vom Rasterkomparator (28) und dem Spaltengenerator (25; 26) gesteuerte Adresslogik (31) adressierbar ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Speicher (14) über die Adresslogik (31) eine vom Bildwechselzähler (27) gesteuerte Zählereinheit (29) zugeordnet ist, die nach Auszählen einer vorgebbaren Anzahl von Bildwechseln ein Räumsignal an den Speicher (14) gibt und das Einschreiben des Inhalts des Zählers (13) als neuen Speicherinhalt für die nachfolgenden Vergleichsperioden bewirkt.

9. Schaltungsanordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Wandler (30) als Eingangsstufe zwei Komparatoren (6a, 6b) aufweist, die zum einen die positiven und zum anderen die negativen Abweichungen des Videosignals von der momentanen Ladespannung des Ladekondensators (9) innerhalb bestimmter Pegelschwellwerte erfassen.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Komparator (6a, 6b) einen zugeordneten Taktgenerator (7a, 76) schaltet, der Impulse mit einer Folgefrequenz liefert, die höher liegt als das Doppelte der Obergren-

ze des für das Videosignal benötigten Frequenzbandes.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem oder den Generatoren) gelieferten Si- s gnale über eine ODER-Stiialtung (11) auf die Rasterverknüpfungsschaltung (12) gelangen.