DE29718213U1 - Vorrichtung zur automatischen, intelligenten Überwachung - Google Patents
Vorrichtung zur automatischen, intelligenten ÜberwachungInfo
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Description
I &Lgr; m *
Dipl.-Ing. Günter Waldmann
Koldestr. 8c 91052 Erlangen
Vorrichtung
zur
automatisierten, intelligenten Überwachung
- Gebrauchsmusteranmeldung -
- 1-
. Gegenstand der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisierten, intelligenten Überwachung geographischer
Räume, Areale, Objekte sowie Grenzlinien jeglicher Art.
Die Vorrichtung selektiert selbständig meldewürdige Ereignisse aus der Menge tolerierbarer
oder harmloser Bewegungen innerhalb des Überwachungsraumes und gibt die Information an
eine Zentrale weiter.
Meldewürdige Ereignisse sind beispielsweise die Annäherung oder das Eindringen von Personen in
geschlossene zivile oder militärische Areale und Schutzzonen, das Überschreiten von Grenzlinien
oder das Einfliegen von Flugobjekten in definierte Lufträume.
Tolerierbare Ereignisse sind beispielsweise Bewegungen von Tieren, Weidevieh oder Wildwechsel
in den genannten Zonen und Räumen oder auch Vogelflug.
Ebenfalls tolerierbar ist normaler Straßenverkehr innerhalb des Überwachungsraumes. Verläßt ein
Fahrzeug die Straße und nähert sich einem zu schützenden Objekt oder Areal, ist dieses Ereignis
meldewürdig.
Gegenüber dem Stand der Technik ermöglicht die Vorrichtung eine hocheffektive Überwachung unter
Ausschaltung bisheriger Fehlerquellen. Sie reduziert den Personalaufwand für Überwachungsaufgaben
beträchtlich.
— 2 -
Erfindungsgemäß ausgeführte Vorrichtungen sind
überall dort von Vorteil, wo eine lückenlose Überwachung rund um die Uhr gefordert ist und/oder
bei der Überwachung großer Areale und Geländeabschnitte, die nach dem bisherigen Stand eine
große Anzahl von Sicherungskräften binden würde.
Typische Beispiele sind Werksanlagen, zivile und militärische Depots, Kasernen, Kraftwerke und
ähnliche Einrichtungen. Bei dem günstigen Kosten-/Nutzen-Verhältnis kommen auch private
Anwesen oder Areale in Gegenden mit hoher Kriminalitätsrate in Betracht. Typische Einsatzgebiete
sind weiterhin die Überwachung nationaler Grenzen oder von Sperrgebieten jeglicher Art.
L »fit * * " *
Nach dem bisherigen Stand der Technik werden Überwachungsaufgaben durch stationäre oder mobile
Vorrichtungen gelöst, wie optische Kameras (mit oder ohne Restlichtverstärkung), Wärmebild- bzw.
Infrarot-Geräten; deren Aufnahmen werden zur Beobachtung meist -auf Bildmonitore übertragen.
Weiterhin werden Bewegungsmelder, sowie Licht-, Ultraschall- oder elektronische Signalschranken
verwendet. Radaranlagen finden für Spezialzwecke, wie Luftraumüberwachung Anwendung.
Auch Kombinationen dieser Systeme sind möglich. So kann beispielsweise ein Bewegungsmelder oder eine
Signalschranke durch eine Bild- bzw. Videokamera ergänzt werden.
Die Zuverlässigkeit der bisherigen Systeme (auch in Kombination) ist vergleichsweise gering.
Visuelle Vorrichtungen erfordern die permanente Beobachtung von Bildträgern, wie Bildschirmen oder
Monitoren. Das hierfür tätige Personal muß in relativ kurzen Schichtzyklen ausgewechselt werden,
da Monotonie und daraus resultierende Ermüdung bzw. Konzentrationsschwäche die lückenlose
Überwachung beeinträchtigen. Verbunden damit ist hoher Personalaufwand.
Bewegungsmelder haben eine vergleichsweise sehr geringe Reichweite. Sie können zwar auf
Körpervolumina justiert werden, unterscheiden aber nicht zwischen meldewürdigen und tolerierbaren
Ereignissen. Signalschranken können Ereignisse überhaupt nicht nach Meldewürdigkeit selektieren.
I! i : &iacgr;
Die Vorrichtung besteht aus den Komponenten Bildaufnahme, Bild-Digitalisierung, Differenzbild-Erstellung,
Extraktion von bewegten Bildteilen aus dem festen Hintergrundbild, Analyse und Sortierung
der extrahierten bewegten Bildteile nach Meldewürdigkeit sowie der Datenübertragung für die
sortierte Information.
Die Bildgewinnung erfolgt auf optischem Wege und/oder im Infrarot- bzw. Wärmestrahlungsbereich
und/oder über sonstige elekromagnetische Detektion .
Ein Gebiet von beispielsweise 1 qkm Fläche wird zunächst bildtechnisch erfasst, als Festbild
digitalisiert und als Referenzdatei im Prozessor der Vorrichtung abgelegt.
Hierzu wird das zu überwachende Gebiet gerastert und abgespeichert. Eine Rasterfläche von
bespielsweise 12,5 &khgr; 12,5 cm entspricht einem Bildpunkt. Bei einem Byte pro Bildpunkt und der
genannten Fläche von 1 qkm sind zur Abbildung 64 Mbyte Prozessorkapazität erforderlich. Die Erstellung
des Festbildes bzw. der Referenzdatei übernimmt die Vorrichtung selbständig als
Selbstkalibrierung.
Nach der Aktivierung nimmt die Vorrichtung in definierbaren Abständen ein Bild des zu überwachenden
Gebietes. Diese Bilder werden jeweils als Datei DAT i, DAT i+1, DAT i+2, ...DAT i+n
gespeichert und mit der Referenzdatei und/oder untereinander verglichen.
- 5-
Bei diesem Vergleich wird das feste Hintergrundbild DAT i von der Aufnahme DAT i+n subtrahiert.
Es entsteht ein extrahiertes Differenzbild allein aus den Bildpunkten bzw. Signalen eines bewegten
Objektes.
Der Vergleich bzw. die Subtraktion von DAT i und DAT i+1 —>
DAT i+n, und/oder DAT i+1 —> DAT i+n untereinander, ermöglicht zusätzlich die Bestimmung
der Bewegungsrichtung und Bewegungsgeschwindigkeit.
Der Abgleich zwischen zwei Dateien erfordert etwa eine Hikrosekunde.
Zur Entfernungsbestimmung wird in der Vorrichtung eine Distanzmeßkomponente, z.B. ein Laser
aktiviert, dessen Signal der Bildauswertung aufgeschaltet wird. Sind zwei Vorrichtungen in
einem Mindestabstand (abhängig von der Reichweite) positioniert, stellt sich "räumliches Sehen" ein,
das ebenfalls die Distanzbestimmung ermöglicht.
Das Fest- bzw. Hintergrundbild kann leichten Veränderungen unterworfen sein, beispielsweise
Baum- oder Vegetationsbewegungen infolge Windeinfluß oder Schärfenrelation durch Niederschlag.
Diese Signaländerungen werden bei der Bildauswertung in den Toleranzbereich gelegt und damit
unterdrückt.
Bis zu diesem Funktionsschritt hat die Vorrichtung generell bewegte Objekte aus dem festen
Hintergrundbild selektiert. Die Analyse der Differenzbilder nach der Kategorie der bewegten
Objekte übernimmt sie in einem weiteren Schritt.
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Den Unterschied zwischen Mensch und Tier erkennt die Vorrichtung zunächst am Höhen-ZSeitenverhältnis
des extrahierten Rasterbildes. Bei Rind, Pferd, Reh, Hund o.a. ist die Horizontale dominierend.
Frontal erfasst, ähneln die Proportionen zunächst durchaus denen eines Menschen, wandern
bei Bewegung aber wieder in die Horizontale aus. Auch in geduckter Haltung erreicht ein Mensch nie
die Höhen-/Seiten-Verhältnisse eines Vierbeiners.
Nach diesem Sortierungsschritt werden im Auswertungsteil der Vorrichtung typische Bewegungsabläufe
analysiert und verglichen. Die Bewegungsvorgänge beispielsweise von Rind, Pferd, Wild oder
Hunden sind in sich arttypisch und unterscheiden sich in jeder Phase (egal ob Normal- oder Fluchtbewegung)
deutlich von denen eines Menschen. Selbst eine Person, die sich am Boden an eine
Sperrzone oder an ein zu sicherndes Objekt heranrobbt, kann auf diese Weise selektiert
werden.
Gleiches gilt für Objekte in der Luft. Künstliche Flugobjekte und Vögel sind sich in den Proportionen
zwar meist sehr ähnlich, unterscheiden sich aber signifikant im Ablauf des Flugverhaltens.
Fahrzeugverkehr auf öffentlichen Verkehrswegen innerhalb einer überwachten Zonen verläuft in
mindestens zwei definierten Richtungen. Nur durch Kreuzungen oder Abzweigungen erhöht sich die Zahl
dieser Richtungen. Jede Abweichung ist ein nicht tolerierbares Ereignis. Die Vorrichtung unterscheidet
hier zwischen Kfz und Zweirädern. Auch das Verlassen von Fahrzeugen durch Personen kann
registriert werden.
— 7 —
Die Erkennungsschritte gliedern sich damit in Extrahierung des gerasterten, bewegten Objektes
aus dem Festbild, Analyse nach den Rasterungspropoportionen,
arttypische Zuordung des bewegten Rasterbildes, Selektierung nach tolerierbaren und
meldewürdigen Kriterien, Wegfilterung der tolerierbaren Bewegungsereignisse aus dem Auswertungsteil
der Vorrichtung und schließlich Meldung des eingegrenzten Ereignisses nach den festgelegten
bzw. eingegebenen Kriterien.
Die Kriterien eines meldewürdigen Ereignisses sind frei wählbar und richten sich nach dem
individuellen Aufklärungsbedarf im jeweiligen Überwachungsraum. In Übersee kann beispielsweise
die Abwehr von Groß- oder Raubwild in Landwirtschaft und Viehzucht ein derartiges Kriterium
sein, während woanders die Verhinderung illegaler Grenzübertritte oder der Schutz vor unbefugtem
Betreten eines Areals im Vordergrund steht.
Es ist Aufgabe der Erfindung eine Vorrichtung zu schaffen, die autark und selbstständig Überwachungsaufgaben
wahrnimmt, und dabei ohne direkte Eingriffe oder Mitwirkung des Menschen die Lage in
der überwachten Zone analysiert und nur gezielt Vorgänge von besonderem Interesse an den Menschen
als Meldung weiterleitet.
Die Vorrichtung übernimmt dabei Funktionen und Tätigkeitsmerkmale, die bisher im Wesentlichen nur
vom Menschen mit oder ohne zusätzliche technische Hilfsmittel wahrgenommen werden konnten.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung diese Vorrichtung in einem Kostenrahmen zu realisieren,
der eine breite Anwendung im staatlichen und privaten Bereich ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß handelsübliche und dem Stand der Technik entsprechende Komponenten wie optische Kameras,
Infrarotkameras, elektromagnetische oder akustische Systeme so mit elektronischer hardware und
software verknüpft werden, daß das Kriterium der "künstlichen Intelligenz" für den Tätigkeitsbereich
der Vorrichtung erfüllt ist.
Die Aufgabe wird weiter dadurch gelöst, daß die Vorrichtung kompakt gebaut ist und damit stationär
oder mobil an jedem gewünschten Ort eingesetzt werden kann. Zusätzlich ist die Vorrichtung in der
Lage, sich durch Rundum-Beobachtung selbst zu schützen, sodaß begleitende menschliche Bewachung
entfallen kann.
-O-
&agr;<\
Beschreibung
Ai ^-cÄa^-S
t> J &khgr;.. .. ' — ff j
Der im Schutzanspruch 1 und 2 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine
Vorrichtung zu schaffen, die eine gezielte Überwachung unter Ausschluß menschlicher Beobachtungs-
und Konzentrationsschwächen ermöglicht. Sie soll auch anonyme oder undefinierbare Alarmvorgänge,
wie sie beispielsweise von Bewegungsmeldern ausgelöst werden, auf ein meldewürdiges Ereignis
präzisieren.
Dieses Problem wird mit den in den Schutzansprüchen 1 und 2 aufgeführten Merkmalen gelöst.
Eine zusätzlich vorteilhafte Ausgestaltung ist in Schutzanspruch 3 angegeben.
Schutzanspruch 4 gibt eine AusfÖhrungsvariante der
Vorrichtung an.
Das der Erfindung zugrundeliegende Wirkungsprinzip wird in Figur 2 bis 4 erläutert.
Es zeigen:
* Fig. 2 die Rasterung eines gewonnenen Bildes, wobei die einem Bildpunkt entsprechende Fläche (7)
abhängig ist von der überstrichenen Reichweite der Vorrichtung. Der in Fig. 2 angegebene Bildwinkel
von 20° entspricht der optischen Brennweite eines Kameraobjektivs von 36 mm. Die in Fig. 2
angegebenen Bildpunktflächen werden erreicht, wenn die Vorrichtung insgesamt 3,24 Hillionen
Bildpunkte erfasst. Dies ist beispielsweise durch Zusammenschaltung von vier handelsüblichen
digitalen Kameras möglich.
12 -
Der in Fig. 2 beispielhaft angegebene Blickwinkel von 20° ist mit entsprechender Wahl der
Objektiv-Brennweite oder durch gesteuerten Zoom veränderlich. Bei Schwenk der Vorrichtung wird ein
frei wählbares Umfeld überwacht. Durch 360 Schwenk sichert sich die Vorrichtung auch in freiem
Gelände selbst gegen unerwünschte Annäherung, bzw. meldet dieses Ereignis. Hit Annäherung eines
bewegten Objektes an die Vorrichtung verkleinert sich die Fläche eines Bildpunktes, d.h. die Bildauflösung
wird höher. Die Bildauflösung läßt sich auch durch parallele Zusammenschaltung von Bilderfassungsgeräten
innerhalb der Vorrichtung fast beliebig steigern.
* Fig.3 die charakteristischen Unterschiede in den vertikalen und horizontalen Proportionen bei
der Bildrasterung von Tier (8) und Mensch (9). Diese Proportionen ähneln sich, wenn (8) frontal
erfasst wird. Sie werden jedoch bei Bewegung von (8) immer wieder in den Zustand n<m auswandern,
während bei (9) n>m dominiert oder sich in geduckter Haltung auf n=m reduziert. Auch bei
einem kriechenden Menschen bleiben charakteristische Raster-Merkmale erhalten. Ob die
Bildgewinnung im Wellenbereich des sichtbaren Lichtes, der Wärmestrahlung oder sonstiger
elektromagnetischer Strahlung erfolgt, ist für die Rasterkriterien unerheblich. Im Spektralbereich
des Wärmebildes wird zusätzlich der Emissionsgrad vom Material und von der Oberfläche bestimmt. Dies
kann als ergänzende Information verwertet werden. Gleiches gilt für Fahrzeuge oder andere bewegte
Objekte.
- -ie -
* Fig.4 schematisch den Weg (10) eines bewegten Objektes (11) im Rasterbild. Alle Tierarten, seien
es Pferd, Kuh, Reh, Hund etc, wie auch der Mensch verhalten sich in einer arttypischen Bandbreite
von Bewegunssequenzen, die signifikante Merkmale bzw. Unterschiede zu anderen Arten aufweisen.
Diese signifikanten Merkmale und Unterschiede kommen auf der Bewegungsspur (10) zum Ausdruck und
werden durch Erfassung, Abspeicherung und internen Vergleich der Dateien Oat i+n bis Dat i+(n+x)
registriert, mit den im hard-/software-Teil (4) der Vorrichtung vorgegebenen Mustern verglichen,
sowie nach den vorgegebenen Kriterien der Meldwürdigkeit sortiert. Ist nach der Summe aller
Abgleichungsschritte das Kriterium der Meldewürdigkeit erfüllt, erfolgt Alarm in der Zentralstation.
Zur präzisen Ortung kann dem Bild des bewegten Objektes das Fest- bzw. Hintergrundbild
Dat i unterlegt werden. Zusätzlich läßt sich über (6a) und (6) die Distanzmessung aktivieren. Ebenso
kann über (6a) und (6) eine focusierte Bildverfolgung gesteuert werden.
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Überwachung von Gebieten, Arealen,
Schutzzonen und Objekten mit selbständiger, "intelligenter" Erkennung und Meldung unerwünschter
Bewegungen und Ereignisse,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Stand der Technik entsprechende und handelsübliche Geräte zur Bild- und Signalerfassung
(1), (2) mit einem neuartigen Bild-ZSignalverarbeitungssystem versehen werden,
bestehend aus:
* einem hardware-/software-Teil zur digitalen Festbilderstellung und Festbildabspeicherung (la),
(2a),
* einem hardware-/software-Teil zur Differenzbilderstellung (Dat i+n)-(Dat i) oder (Dat
i+(n+x))- (Dat i+n) und damit Extrahierung des bewegten Bildes (Ib), (2b),
* einem hardware-/software-Teil zur Sortierung der Differenzbilder nach Grundmustern wie
Höhen-/Seitenverhälnis oder/und elektromagnetischer Wellenlänge (Ic), (2c),
* einem hardware-/software-Teil zur Feinanalyse der extrahierten Bildes nach arttypischen Merkmalen,
wie Bewegungsabläufe (Id), (2d),
* einem hardware-/software-Teil zur digitalen Erfassung oder Umwandlung von Distanzmeßsignalen
(3a).
L-
2. Vorrichtung nach Schutzanspruch 1,
deren Analyseergebnisse in einem hardware-/-software-Teil
(4) mit den vorgegebenen Kriterien der Meldewürdigkeit verglichen werden, um bei
positivem Ergebnis, ggfls. unter Aufschaltung der Distanzmeldung aus (3a), Meldung an eine
Zentralstation (5) durchzuführen und die Abbildung des Objektes dorthin zu übertragen.
3. Vorrichtung nach Schutzanspruch 1 und 2,
deren hardware-/software-Teil (6a) Steuerungssignale aus einer Zentralstation (5) empfängt.
Über diese Steuerungssignale kann die Vorrichtung kontinuierlich auf ein Objekt focusiert werden.
4. Vorrichtung nach Schutzanspruch 1, 2, 3,
bei welcher der hardware-/software-Teil (4) zum Abgleich der Analyseergebnisse mit den vorgegebenen
Kriterien der Meldewürdigkeit in eine Zentralstation (5) verlegt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29718213U DE29718213U1 (de) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | Vorrichtung zur automatischen, intelligenten Überwachung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE29718213U DE29718213U1 (de) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | Vorrichtung zur automatischen, intelligenten Überwachung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE29718213U1 true DE29718213U1 (de) | 1997-12-04 |
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ID=8047215
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE29718213U Expired - Lifetime DE29718213U1 (de) | 1997-10-14 | 1997-10-14 | Vorrichtung zur automatischen, intelligenten Überwachung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE29718213U1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0939387A1 (de) * | 1998-02-28 | 1999-09-01 | Siemens Building Technologies AG | Einrichtung zur Raumüberwachung |
EP0939386A1 (de) * | 1998-02-28 | 1999-09-01 | Siemens Building Technologies AG | Einrichtung zur Raumüberwachung |
DE102006047892A1 (de) * | 2006-10-10 | 2008-04-17 | Atlas Elektronik Gmbh | Verfahren zur Überwachung eines Sicherungsbereichs |
-
1997
- 1997-10-14 DE DE29718213U patent/DE29718213U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102006047892A1 (de) * | 2006-10-10 | 2008-04-17 | Atlas Elektronik Gmbh | Verfahren zur Überwachung eines Sicherungsbereichs |
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