DE3030229A1 - Verfahren zur erkennung und identifikation von sich bewegenden objekten sowie zur ermittlung ihrer geschwindigkeit - Google Patents

Description

• Verfahren zur Erkennung und Identifikation
• von sich bewegenden Objekten sowie zur Ermittlung ihrer Geschwindigkeit Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Erkennung und Identifikation von sich bewegenden Objekten sowie zur Ermittlung ihrer Geschwindigkeit unter Auswertung von Strahlenreflexion an dem Objekt. Sie ist insbesondere zur Uberwachung des fließenden Verkehrs im Bereich von limitierten Höchsteschwindigkeiten, zur Verkehrs zählung sowie als Schutzsystem und zur Objektklassifizierung geeignet.
• Verfahren und Einrichtungen zur Verkehrsüberwachung sind bereits bekannt und im Gebrauch, und zwar als Impulslaufzeitmessung mit Doppler-Radar-Geräten oder Ereignislaufzeitmessung über zwei Lichtschranken. Diese Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie am Einsatzort exakt ausgerichtet werden müssen. Das Radargerät muß das Objekt unter einem eingeeichten Blickwinkel sehen und benötigt Raumtiefen von einigcn-100 m. Bei den Lichtschranken müssen Sender und Empfänger einjustiert werden und zusätzlich die Strahlengänge parallel verlaufen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile zu überwinden und ein Verfahren zu schaffen, mit; dem nach einer Grobausrichtung des Systems senkrecht zur Bewegungsriehtung des Objekts eine verläßliche Identifikation und Ermittlung von Geschwindigkeit erfolgen kann.
• Es hat sich nun gezeigt, daß sich diese Aufgabe lösen läßt, wenn zur Erkennung und Identifikation von Objekten aus dem durch das Objekt reflektierten Umgebungslicht ein objektsignifikantes Signal gewonnen und mit gespeicherten Objektmustern korreliert wird. Zur Ermittlung von Geschwindigkeit werden aus dem durch das Objekt reflektierten Umgebungslicht zeitverschoben und räumlich getrennt mindestens zwei objektsignifikante Signale gewonnen und miteinander korreliert.
• Die Signale lassen sich durch passive optische Sensoren gewinnen, welche aufgrund einer Anderung der Lichteinwirkung, die durch die Bewegung des Objekts in ihrem Erfassungsbereich hervorgerufen wird, ein der Silhouette, der Geschwindigkeit und der Farbe des Objektes entsprechendes Signal generieren lassen. Erfindungsgemäß wird also die Lichtausbeute der als Sekundärstrahler wirkenden Umgebung als Bezugspotential verwendet, so daß nur Signaländerungen aufgrund von Zustandsänderungen - hier Bewegung von Objekten - erfaßt werden.
• Das objektsignifikante Signal stellt vorzugsweise eine Signalfolge eines bestimmten Teils oder des ganzen Objekts dar. Die gewonnenen Signale werden nach der Verarbeitung entweder an Ort und Stelle oder durch telemetrische Einrichtungen an einem anderen Ort zur Anzeige gebracht. Sie können auch zur Auslösung einer Alarmanlage oder einer Kamera herangezogen werden.
• Zur Kompensation der Helligkeitsschwankungen der Umgebung wird erfindungsgemäß aus dem Umgebungslicht ein weiteres Signal gewonnen und das objektsignifikante Signal wird bei der Verarbeitung in Abhängigkeit von diesem Signal entsprechend verstärkt. Hierfür kann ein passiver optischer Sensor, z.B. mit einer Schusterkugel, eingesetzt werden.
• Die Signifikanz der gewonnenen Signale ermöglicht den Aufbau eines Identifikations- bzw. Geschwindigkeitsmeßsystems bei dem die passiven optischen Sensoren mit einer im wesentlichen aus einem Verstärker, Korrelator und Peak-Detektor bestehenden Signalverarbeitung in Verbindung stehen. Handelt es sich um ein Erkennungs- bzw. Identifikationssystem, so wird nur ein optischer Sensor und gegebenenfalls ein Umfeld-Sensor vorgesehen, wobei in der Signalverarbeitung ein Musterspeicher enthalten ist. Im Musterspeicher können mehrere verschiedene Objektmuster abgelegt sein, die z.B.
• zyklisch mit der Signalfolge verglichen werden. Bei dem Geschwindigkeitsmeßsystem sind mindestens zwei passive optische Sensoren und gegebenenfalls ein Umfeld-Sensor vorgesehen, wobei im Anschluß an die Signalverarbeitung eine Einheit für die Zeiterfassung vorhanden sein sollte.
• Weitere Einzelheiten, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den nachfolgenden Beschreibungen von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen hervor. Es zeigen in schematischer Vereinfachung als Blockschaltbild Figur 1 das erfindungsgemäße Geschwindigkeitsmeßsystem mit passiven optischen Sensoren, der Objektgeschwindigkeitsanzeige, dem Schwellwerteinsteller und -vergleicher für die limitierte Höchstgeschwindigkeit und die Kamera mit von der Objektgeschwindigkeit abhängigen Auslöserverzögerung; Figur 2 eine Variante des erfindungsgemäßen Systems als Objektschutzeinrichtung; Figur 3 eine weitere Variante des erfindungsgemäßen Systems zur Objektidentifizierung bzw. -klassifizierung.
• Die beiden optischen Sensoren im Geschwindigkeitsmeßsystem gemäß Figur 1 geben für ein sie passierendes Objekt jeweils ein Signal ab, das proportional zur Objektgeschwindigkeit zeitversetzt zur Verfügung steht. Hierbei können die Sensoren S 1 und S 2 in einem bestimmten Abstand von z.B. 1,5 bij 2 m voneinander in einem Trägerfahrzeug montiert sein. Die Sensorsignale werden verstärkt, wobei der Verstärkungsfaktor V eine Funktion des Umgebungslichts ist. Erfindungsgemäß wirken Helligkeitsschwankungen im Umfeld, wie Durchzug von Wolkenfeldern, natürliche Dämmerung oder künstliche Lichtquellen, durch den dritten Sensor S 3, den sogenannten Umfeldsensor, korrigierend auf die Verstärkung 4 und 5 ein, um eine ausreichende Dynamik der Eingangssignale zu gewährleisten.
• In einem nachgeschalteten Analog/Analog-Korrelator 6 wird das diskretisierende Signal des ersten Sensors S 1 mit dem zweiten Sensor S 2 solange verglichen, bis eine maximale übereinstimmung mit einem Peak-Detektor 7 festgestellt werden kann. Anstelle der analogen Signalverarbeitung ist eine Digitalisierung der Sensorsignale möglich. Die Korrelation erfolgt dann zwischen den digitalisierten Signalen.
• Um eine eindeutige Laufzeitmessung bei 8 zu ermöglichen, wird das Sensorsignal von S 1 bei 9 mit einem Schwellwert verglichen. Wird dieser Wert überschritten, so wird in der Folgezeit das analoge Sensorsignal von S 1 solange in diskrete Spannungswerte geteilt und in das analoge Schiebe- register A des Korrelators 6 eiz3gelesen, bis aJle Speicherplätze belegt sind.
• Während die Information von S 1 nur partiell eingelesen wird, werden erfindungsgemäß im Schieberegister B des Korrelators 6 die diskreten Sensorspannungswerte von S 2 permanent durchgeschoben. Nach jedem Schiebetakt werden die korrespondierenden Registerplätze von A und B korreliert. Der Schiebetakt wird aus einem zentralen Taktgenerator 10 hergeleitet und kann durch Zwischenteiler optimal auf die limitierte Höchstgeschwindigkeitsgrenze angepaßt werden. Je mehr die beiden objektbezogenen analog gespeicherten Sensorsignalverläufe sich übereinanderschieben, desto größer wird die Übereinstimmung der Registerplätze und das daraus resultierende Ausgangssignal. Erfindungsgemäß wird der maximale Wert des Ausgangssignals mittels Peak-Detektor 7 ermittelt. Die Zeit zwischen dem Ansprechen des Schwellwert-Komparators von S 1 und dem Maximum des Korrelationswertes wird ermittelt, indem die Impulse des Zeittaktes, der ebenfalls aus dem Taktgenerator 10 hergeleitet wird, zwischen den beiden Ereignissen aufsummiert wird. Die Anzahl der Impulse ist unter Einbeziehung des Sensorabstandes das Maß der Objektgeschwindigkeit. Sie kann bei 11 angezeigt werden und mit einer verzögerten Kameraauslösung verbunden sein. Die Sensoren sind so an einen verwindungssteifen Träger angebracht oder in der Karosserie des Meßfahrzeuges installiert, daß die Winkelhalbierenden der Sensorblickwinkel sellkrecht auf der Geraden durch die Sensorbefestigungspunkte stehen.
• Das nach vorliegender Erfindung verwendete Geschwindigkeitsmeßsystem bietet wegen der Objektsignifikanz der Sensorsignale, die eine Korrelation der zeitlich versetzten aber identischen Signale ermöglicht, den Vorzug, daß Fehlmessungen wie sie bei Laufzeitmessungen - z.B. bei Lichtschranken - zwischen zwei Schweliwertereignissen entstehen, wenn die Schaltimpulse von verschiedenen Objekten herrühren, auszuschließen sind. Weiterhin benötigt das Geschwindigkeitsmeßsystem keinen Sender, d.h. es arbeitet passiv, so daß ein Justieren des Senders auf den Empfänger oder umgekehrt entfällt. Störende Einflüsse durch Streulicht werden durch den Umfeldsensor kompensiert. Da keine Sichtlinie durchschnitten wird, kann die Richtungsselektivität durch Linsensysteme im Sensor, die auf den jeweiligen Anwendungsfall angepaßt werden, erhöht werden. Ebenso können damit Bewegungsabläufe auf Distanz überwacht werden.
• Durch die nach der vorliegenden Erfindung gewählte Anordnung und fixe Ausrichtung der Sensoren reicht eine grobe Ausrichtung des Sensorträgcrs aus, um bei herkömmlichen Objektbreiten eine zuverlässige Messung zu gewährleisten.
• In der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform können Bewegungsabläufe sowohl von Sensor Sl zu Sensor S2 als auch in umgekehrter Richtung erfaßt werden. Zu diesem Zweck wird das Signal zum Schwellwertkomparator 9 geführt. Je nachdem, bei welchem Sensor S1 oder S2 der Schwellwert zuerst überschritten wird, erfolgt die weitere Signalverarbeitung in der für Figur 1 beschriebenen Weise. Da die Bewegungsabläufe von beiden Seiten erfaßt werden können, eignet sich diese Ausführungsform insbesondere als Objektschutzeinrichtung.
• Zum Objektschutz kann jedoch auch nur ein einziger Sensor S1 vorgesehen werden, wie es in Figur 3 gezeigt ist. Mit einer solchen Einrichtung läßt sich auch eine Objektidentifikation durchführungen. Die zu identifizierenden Muster sind in einem Musterspeicher 12 abgelegt, die wiederum mit dem Meßsignal korreliert werden. Der Korrelationssteuerung 10 fällt nun auch die Aufgabe des Musteradressenaufrufs zu. Der Peak-Detektor 7 veranlaßt die Speicherung der Musteradresse, so daß zum Abschluß einer Korrelationsprozedur die Musteradresse mit der höchsten Übereinstimmung sowie das Maß der Übereinstimmung zur weiteren Informationsverarbeitung 13 zur Verfügung steht.
• Leerseite

Claims (10)

1. / Patentansprüche Verfahren zur Erkennung und Identifikation von sich bewegenden Objekten unter Auswertung von Strahlenreflexion an dem Objekt, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem durch das Objekt reflektierten Umgebungslicht ein objektsignifikantes Signal gewonnen und mit gespeicherten Objektmustern korreliert wird.
2. 2. Verfahren zur Ermittlung der Geschwindigkeit von sich bewegenden Objekten unter Auswertung von Strahlenreflexion an dem Objekt, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem durch das Objekt reflektierten Umgebungslicht zeitverschoben und räumlich getrennt mindestens zwei objektsignifikante Signale gewonnen und miteinander korreliert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Signal aus dem Umgebungslicht gewonnen und in Abhängigkeit davon das objektsignifikante Signal bei der Verarbeitung beeinflußt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das objektsignifikante Signal eine Signalfolge eines bestimmten Teils oder des ganzen Objekts darstellt.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verarbeitenden Signale an Ort und Stelle oder durch telemetrische Einrichtungen an einem anderen Ort zur Anzeige gebracht, zur Kamera-bzw. Alarmauslösung herangezogen und/oder weiterverarbeitet werden.
6. 6. Vorrichtung.zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bi.s 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung eines objektsignifikanten Signals ein passiver optischer Sensor (S 1, S 2) verwendet wird, der mit einer im wesentlichen aus einem Korrelator (6), Peak-Detektor (7) und Verstärker (4, 5) bestehenden Signalverarbeitung in Verbindung steht.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung von Geschwindigkeit mindestens zwei in einem bestimmten Abstand voneinander angebrachte optische Sensoren (S 1, S 2)-vorgesehen sind sowie zur Zeiterfassung ein mit einem Taktgenerator (10) in Verbindung stehender Laufzeitmesser (8) vorhanden ist.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Identifikation-von Objekten ein Musterspeicher (12), gegebenenfalls mit verschiedenen Objektmüstern, vorgesehen ist.
9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Sensor (S 3), vorzugsweise mit einer Schusterkugel, zur Gewinnung des Signals aus dem Umgebungslicht vorhanden ist.
10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalverarbeitung mit einer Anzeige, Kameraauslösung bzw. mit einem Alarmsystem (11) oder mit telemetrischen Einrichtungen verbunden ist.