DE4407528C2

DE4407528C2 - Bewegungsmelder und Verfahren zur Bewegungsmeldung

Info

Publication number: DE4407528C2
Application number: DE4407528A
Authority: DE
Inventors: Willi Lechner; Robert Haller; Manfred Haider
Original assignee: SQ Services AG
Current assignee: Seisma AG
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1998-04-09
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: DE4407528A1; DE4430016C2; DE4430016A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Bewegungsmelder und ein Verfahren zur Bewegungsmeldung gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 18.

Aus der DE-PS 24 26 803 ist ein Verfahren zur Bewegungsmeldung bekannt, bei dem ein von einer Überwachungs-Fernsehkamera ge liefertes Videosignal mittels eines A/D-Umsetzers bildweise digitalisiert, in einem entsprechend dimensionierten Bildspei cher gespeichert und mit dem digitalisierten Videosignal eines nachfolgenden Bilds verglichen wird. Aus der Differenz der beiden Bildinformationen lassen sich Änderungen geringsten Ausmaßes feststellen und sehr genau lokalisieren, wobei die erzielbare Auflösung durch die verwendete Kamera bestimmt ist.

Der hohe Informationsgehalt der auf diese Weise gewonnen Bild information hat allerdings aufgrund der beschränkten Verarbei tungsgeschwindigkeiten der üblicherweise verwendeten Prozesso ren eine geringe Reaktionsgeschwindigkeit beim Ansprechen auf Änderungen zur Folge.

Zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit wurden daher Systeme vorgeschlagen, bei denen alle logischen Verknüpfungen auf Ba sis von Feldern durchgeführt werden.

Beispielsweise offenbart die DE-PS 36 28 816 einen Bewegungsmelder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, bei dem eine vorbe stimmte Anzahl von zu einem festen Teilfeld gehörigen Abtast werten zu einem Summenwert zusammengefaßt werden, der in einem Referenzspeicher gespeichert wird. Für jedes neue Vollbild wird die Differenz zwischen den aktuellen und den gespeicher ten Summenwerten entsprechender Teilfelder gebildet und mit einem Schwellwert verglichen. Bei Überschreitung des Schwell werts wird ein Alarm für das entsprechende Teilfeld ausgelöst.

Da jedoch bei den bekannten Bewegungsmeldern keine weiteren Informationen über die Änderung des Bildinhalts ausgewertet werden, ergibt sich die Problematik, daß Bildänderungen auf grund von wechselnden Beleuchtungsverhältnissen (Sonne, Wol ken, Spiegelungen an reflektierenden Flächen, etc.), Schwan kungen von Montagemasten der Überwachungskamera oder sonsti gen irrelevanten Bewegungen (Schnee, Vögel, etc.) zu häufigen Fehlalarmen führen.

Aus der Druckschrift EP 0 445 334 A1 ist ein Detektionsver fahren bekannt, bei dem die vorgenannten Fehlalarmursachen dadurch vermieden werden, daß eine räumlich ortsauflösende Detektion vorgenommen wird. Dabei werden die Ortskoordinaten für ein detektiertes Objekt aus den Kamera-Parametern herge leitet, so daß eine Entfernungsmessung zur Positionsbestim mung des eindringenden Objekts genügt und eine Spurenanalyse ermöglicht. Mittels einer Regelvorrichtung am Objektiv wird das eindringende Objekt genügend scharf eingestellt, so daß die Entfernung zum Objekt aus der Lage der Scharfeinstellung bzw. der ermittelbaren Objektiv-Brennweite bestimmt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Bewegungsmel der und ein Verfahren zur Bewegungsmeldung zu schaffen, durch die zuverlässig eine Alarmauslösung bei irrelevanten Bildän derungen vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Bewegungsmelder gemäß den Patentansprüchen 1 oder 15 bzw. einem Verfahren ge mäß Patentanspruch 18 gelöst.

Durch die Zusammenfassung der sich ändernden Bildbereiche zu Objektdaten in einer Objektliste, die zur weiteren Verarbei tung herangezogen wird, und/oder durch eine zusätzliche Aus wertung der Umweltbedingungen im zu überwachenden Bildbereich ist es möglich, Objekte auf einfache Weise einer Sicherheits analyse hinsichtlich vorbestimmter Merkmalskriterien zu un terziehen und einen Alarm nur dann auszulösen, wenn ein Ob jekt als alarmrelevant eingestuft wird. Dies führt zu einer erheblichen Verbesserung der Zuverlässigkeit des Bewegungs melders bei gleichzeitig kurzer Reaktionszeit.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispie len unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Systems zur Bildauswertung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 das Prinzip der Zusammenfassung von markierten Bild punkten eines Differenzbildes zu Objekten und eine zugehörige Objektliste,

Fig. 3 eine nach einer Korrelation der aktuellen mit den ge speicherten Objekten aktualisierte sowie nach der Objektver folgung ergänzte Objektliste,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Kameramontage und eines im Blickfeld befindlichen senkrecht stehenden Gebäudes,

Fig. 5 ein mittels der in Fig. 4 gezeigten Kamera erzeugtes Bild zur Darstellung perspektivischer Größenänderungen,

Fig. 6 ein Blockschaltbild eines Systems zur Bildauswertung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines erweiterten zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 8 ein Konturbild mit Referenzkonturabschnitten, und

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines Systems zur Bildauswertung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltbild zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Systems zur Bildauswertung. Das von einer Kamera 1 gelieferte Videosignal wird mittels eines Ana log/Digital-Wandlers 2 digitalisiert. Die Kamera 1 kann eine übliche Videoüberwachungskamera aber auch eine Infrarot- oder Wärmebildkamera zur Erzeugung des Videosignals sein.

Die digitalisierten Bildpunktdaten können wahlweise zur Reduk tion der Datenmenge durch eine Reduzierstufe 3, wie sie z. B. in der DE-PS 36 28 816 beschrieben ist, durch gruppenweises Addieren einzelner Bildpunktdaten zu neuen Bildpunktdaten zu sammengefaßt werden oder direkt in einem ersten Bildspeicher 4 (LIVE-Speicher) gespeichert werden.

In periodischen Abständen wird das reduzierte oder in voller Auflösung digitalisierte Bild in einem zweiten Bildspeicher 5 (REFERENZ-Speicher) gespeichert.

Eine Differenzbild-Erzeugungseinrichtung 6, die durch einen Signalprozessor oder eine festverdrahtete Rechenschaltung realisierbar ist, bildet für jedes neue Bild den Differenzbetrag zwischen einander entsprechenden, ggf. reduzierten Bildpunktendaten des "LIVE-Bilds" und des "REFERENZ-Bilds". Die Differenzbild-Erzeugungseinrichtung 6 umfaßt einen Subtraktionsteil 60, einen Betragsbildungsteil 61 sowie einen Schwellwertvergleicherteil 62. Die Differenz der Bildpunktdaten eines bestimmten Bildpunktes wird nach der Betragsbildung mit einem Schwellwert verglichen, der die Entscheidungsschwelle für eine Bildpunktänderung darstellt. Durch diese "Empfindlichkeits-schwelle" werden durch Signalrauschen hervorgerufene Änderungen eliminiert.

Bei Überschreiten des Schwellwerts wird ein Binärwert "1" und bei Unterschreiten des Schwellwerts ein Binärwert "0" in einen Binärbildspeicher 7 eingeschrieben. Die Bildpunkte mit dem Bi närwert "1" stellen also markierte Bildpunkte dar, bei denen eine Bildveränderung festgestellt wurde.

Nachfolgend wird das so gebildete Binärbild mittels eines Ob jektextraktors 8, der beispielsweise durch einen Mikroprozes sor realisierbar ist, auf zusammenhängende markierte Bild punkte untersucht, wobei alle zusammenhängenden Bildpunkte ei nem sogenannten Objekt zugeordnet werden. Demgemäß entspricht ein Objekt einem zusammenhängenden Bildbereich, der sich in nerhalb eines bestimmten, von dem Speicherzyklus des zweiten Bildspeichers abhängigen Zeitraums geändert hat. In einer Ob jektliste werden Objektdaten der extrahierten Objekte gespei chert. Die Objekte werden beispielsweise als ein die maximale horizontale und vertikale Ausdehnung des markierten Bildpunktbereichs umschreibendes Rechteck odgl. definiert.

Fig. 2 zeigt einen Speicherausschnitt des Binärbildspeichers 7 in Form eines Koordinatensystems, bei dem die markierten Bild punkte mit "X" bezeichnet sind. Im vorliegenden Fall sind zwei markierte Bildpunktbereiche, die sich bezüglich des Referenz bilds geändert haben, als Objekte 1 und 2 extrahiert worden. Die extrahierten Objekte sind rechteckförmig, wobei deren Hö hen H₁, H₂ bzw. Breiten B₁, B₂ von der Ausdehnung der markier ten Bildpunktbereiche abhängen. Neben dem Speicherausschnitt zeigt Fig. 2 eine Objektliste, in der für jedes extrahierte Objekt die Koordinaten x, y des Objektmittelpunkts M, die Ob jekthöhe H, die Objektbreite B und die Anzahl P_x der binären markierten Bildpunkte gespeichert sind.

Im weiteren Verlauf der Verarbeitung werden nicht mehr einzel ne Bildpunkte sondern lediglich die extrahierten Objekte ver wendet, wodurch sich die Verarbeitungsgeschwindigkeit be trächtlich erhöht.

Die aktuelle Objektliste wird mit einer gespeicherten Objekt liste des vorhergehenden Bildes mittels eines ebenfalls durch einen Mikroprozessor realisierbaren Objektkorrelators 9 ver glichen und aktualisiert. Dabei werden die aus dem aktuellen Binärbild extrahierten Objekte den in dem vorhergehenden Bild gefundenen Objekten durch Plausibilitätsprüfung, wie z. B. Prü fung auf minimale Entfernung, ähnliche Form o. dgl. zugeordnet.

Nicht zuordenbare Objekte werden als neue Objekte gespeichert und Objekte, denen über eine bestimmte Zeitdauer kein Objekt zugeordnet wurde, werden wieder gelöscht.

Im folgenden wird die Auswertung der Objektdaten mit dem Ziel der Erfassung alarmrelevanter Objekte und anschließender Alarmauslösung beschrieben. Dies geschieht in einer Auswer tungseinrichtung 10.

Eine Objektverfolgungseinheit 11 berechnet einen Vektor, der sich aus dem Unterschied des Erfassungspunktes, nämlich des Mittelpunktes eines neuen Objekts, und dem gespeicherten Mit telpunkt M(x; y) des zugeordneten korrelierten Objekts des vor angegangenen Bilds ergibt. Aus dem berechneten Vektor werden eine zurückgelegte Strecke s als Betrag des Vektors, eine ho rizontale und vertikale Richtungskomponente R_H bzw. R_V sowie eine mittlere Geschwindigkeit v unter Ansetzen der bisherigen Bestanddauer T des betreffenden Objekts ermittelt.

Fig. 3 zeigt eine nach der Korrelation aktualisierte Objekt liste, die durch die mittels der Objektverfolgungseinheit er rechneten Daten ergänzt wurde. Dabei wird der aktuelle Erfas sungsmittelpunkt eines Objekts durch die Koordinaten x_n, y_n dargestellt und der zuletzt gespeicherte Mittelpunkt des Ob jekts durch die Koordinaten x_n-1, y_n-1 Die Werte H_n-1, B_n-1 und P_xn-1 geben die zuletzt gespeicherte Höhe, Breite bzw. An zahl der markierten Bildpunkte des Objekts an.

Nach Auswertung der neuen Objektdaten durch die Objektverfol gungseinheit 11 wird die aktualisierte Objektliste durch die ermittelten Werte für den Betrag des Bewegungsvektors s, die mittlere Geschwindigkeit v, die bisherige Bestanddauer T und die Bewegungsrichtungskomponenten R_H und R_V ergänzt.

Das Objekt 1 weist beispielsweise einen aktuellen Erfassungs mittelpunkt (2; 0) auf. Der zuletzt gespeicherte Mittelpunkt hat die Koordinaten (3, 5; 1, 5). Daraus ergibt sich gemäß dem Satz des Pythagoras eine Wegstrecke zu:

s = ((x_n - x_n-1)² + (y_n - y_n-1)²)^0,5 = (1,5² + 1,5²)^0,5 = 2,1.

Für die Richtungskoordinaten ergeben sich die Werte:

R_H = x_n - x_n-1 = -1,5
R_V = y_n - y_n-1 = -1,5.

Wird eine bisherige Bestanddauer T = 2 des Objekts 1 angenom men, so ergibt sich eine mittlere Geschwindigkeit von:

v = s/T = 1,05.

Eine nachfolgende, wiederum mittels Mikroprozessor realisier bare Merkmalsextraktionseinheit 12 liest die Bilddaten im Be reich der alarmrelevanten Objektrechtecke aus dem ersten Bild speicher 4 aus und extrahiert in diesem Bildausschnitt nach bekannten Bildverarbeitungsverfahren Bildinhaltsmerkmale für das Objekt. Diese Merkmalsextraktion geschieht allerdings nur für alarmrelevante Objekte, d. h. für Objekte, die eine vorbe stimmte Richtung, Größe, Geschwindigkeit usw. aufweisen. Dabei wird zur Bestimmung der Objektgröße die Größe des extrahierten Rechtecks sowie die innerhalb des Rechtecks gefundene Anzahl markierter Bildpunkte herangezogen.

Bei der anschließenden objektbezogenen Bildverarbeitung können auch einfache Merkmale wie beispielsweise die Farbe des Ob jekts extrahiert werden.

In einer Alarmobjektprüfungseinheit 13 werden schließlich alle Merkmale der extrahierten und verfolgten Objekte mit einer vorbestimmten Liste erforderlicher Merkmalskriterien vergli chen und nur bei gleichzeitiger Erfüllung aller Kriterien wird ein Alarm ausgelöst und das Videosignal auf einen Monitor 14 geschaltet, wobei die Alarmobjekte mit den zugehörigen Vekto ren eingeblendet werden.

Im folgenden wird anhand der Fig. 4 und 5 die Objektgrößenprü fung zur Bestimmung alarmrelevanter Objekte näher erläutert.

Die Unterscheidung alarmrelevanter Änderungen von nicht rele vanten wird unter anderem mit Hilfe der Objektgröße durchge führt. Es besteht dabei ein fester Zusammenhang zwischen der realen Größe eines Objekts und der sich auf dem Bildschirm er gebenden Größe bzw. der Anzahl der Bildpunkte in einem digita lisierten Videobild.

Dieser Zusammenhang ist abhängig von folgenden Parametern:

- Brennweite des Objektivs O
- Diagonale des Bildaufnehmers (z. B. 2/3′′)
- Höhe M_H der Überwachungskamera K
- Neigungswinkel r der Überwachungskamera K.

Aus diesen Parametern läßt sich die reale Höhe und Breite ei nes Objekts in einem bestimmten Abstand von der Kamera berech nen.

Eine für Video-Überwachungsanlagen typische Montage ist in Fig. 4 dargestellt. Ferner zeigt Fig. 5 ein sich ergebendes Videobild bei der in Fig. 4 gezeigten Montage der Überwa chungskamera K.

Aufgrund dieser überhöhten Montage erscheint der reale Vorder grund am unteren Bildschirmteil und der reale Horizont H am oberen Bildschirmteil. Unter der Annahme, daß sich der Koordi natenursprung U in der linken oberen Ecke des Bildschirms be findet, wird eine perspektivische Objektgröße mit steigender y-Koordinate in proportionaler Weise größer.

Dies bedeutet, daß für ein reales Objekt (z. B. einen Menschen mit 180 cm×50 cm) für jede y-Koordinate eine Größe in Bild punkten (z. B. 40×10) berechnet werden kann.

Befindet sich allerdings ein senkrecht stehendes Objekt wie beispielsweise eine Gebäudemauer G im Bildbereich der Kamera, so darf im Bereich der Gebäudemauer G keine perspektivische Größenanpassung durchgeführt werden, da sich ansonsten eine falsche Objektgröße ergibt.

In Fig. 5 wird diese Problematik verdeutlicht. Man erkennt, daß Personen P1 und P3 auf dem Bildschirm in Abhängigkeit von der y-Koordinate in unterschiedlicher Größe erscheinen. Perso nen P2 und P4 hingegen, die sich an der Gebäudemauer G befin den, werden unabhängig von der y-Koordinate immer gleich groß dargestellt, da sich im Bereich der Gebäudemauer G keine per spektivische Wirkung ergibt.

Das in Fig. 6 dargestellte Blockschaltbild zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Systems zur Bildauswertung, bei dem die oben erwähnte Problematik vermeidbar ist.

Die mit den in Fig. 1 gezeigten, identischen Schaltungsteile weisen dieselben Bezugszeichen auf. Auf eine Beschreibung die ser Schaltungsteile wird daher verzichtet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wertet die Auswertungseinrich tung 10 das Differenzbild direkt hinsichtlich vorbestimmter, die Alarmrelevanz bestimmender Merkmale wie beispielsweise der Objektgröße aus und erzeugt bei einer alarmrelevanten Änderung ein Alarmsignal, woraufhin das Videosignal auf den Monitor 14 geschaltet wird.

Zur Vermeidung einer fehlerhaften Objektgrößenprüfung werden im vorliegenden Bewegungsmelder durch einen einmaligen Ein stellvorgang die Bildteile markiert, die sich nicht perspekti visch verkleinern (siehe gestrichelte Linien in Fig. 5).

Der Einstellvorgang geschieht durch die Bedienungsperson mit tels einer Eingabevorrichtung 21 wie beispielsweise einer Ta statur, einer Maus oder eines Lichtgriffels, wobei das Video bild auf den Monitor geschaltet wird. Die Markierung geschieht wie bei bekannten Desktop-Programmen durch Verschieben bzw. Vergrößern und Verkleinern eingeblendeter gestrichelter Berei che, die mit den gewünschten Bildausschnitten in Deckung ge bracht werden.

Dementsprechend wird bei der Überprüfung der Alarmrelevanz durch die Auswertungseinrichtung 10 die Objektgröße in den markierten Bereichen ohne Berücksichtigung der perspektivi schen Verkleinerung ermittelt. Hierzu werden die Koordinaten der markierten Differenzbildpunkte mit den Koordinaten der markierten Bildausschnitte verglichen.

Eine derartige Korrektur der Objektgrößenbestimmung kann selbstverständlich auch im System gemäß dem in Fig. 1 gezeig ten ersten Ausführungsbeispiel angewendet werden, wobei die Korrektur der perspektivischen Größenänderung in diesem Fall in der Merkmalsextraktionseinheit 12 geschieht.

Bei einer derartigen Voreinstellung fester Bildteile kann je doch eine Veränderung der Kameraposition bei abgeschaltetem System, beispielsweise durch Fremdeinwirkung neben der Über wachung eines falschen Bildbereichs auch zu einer fehlerhaften Objektgrößenermittlung führen.

Aus diesem Grunde werden zur Erfassung einer eventuellen Ver änderung der Kameraposition markante Bildinhalte wie z. B. von den Beleuchtungsverhältnissen unabhängige Konturen in einem nichtflüchtigen Speicher des Systems gespeichert und sofort nach dem Einschalten, bzw. kontinuierlich in einem bestimmten Zeitabstand mit der aktuellen Bildinformation verglichen.

In dem in Fig. 7 gezeigten Blockschaltbild ist eine derartige Weiterbildung des Systems dargestellt.

Zur Erkennung von Positionsveränderungen der Kamera während des ausgeschalteten Zustands werden Daten markanter, nicht verän derlicher Bildinhalte wie z. B. von den Beleuchtungsverhältnis sen unabhängige Konturen in einem Festspeicher 17 gespeichert und sofort nach dem Einschalten bzw. kontinuierlich in be stimmten Zeitabständen mit der aktuellen Bildinformation in einer Vergleichseinrichtung 16 verglichen.

Bei Feststellung einer Konturveränderung wird ein Warnsignal über eine Signalleitung 20 an eine an dem Monitor 14 befindli che Anzeigeeinrichtung zur Anzeige der Positionsveränderung weitergeleitet.

Die Konturen werden beispielsweise nach der Installation der Überwachungskamera 1 markiert. Zur Erleichterung der Einstel lung wird dabei mittels einer Konturschaltung 15, der die di gitalisierten Daten des Speichers 4 zugeführt werden, ein Kon turbild erzeugt, wobei alle Konturen, die einen hohen Kon trastsprung aufweisen, farbig dargestellt werden.

Über eine Signalleitung 19 wird ein entsprechend aufbereitetes Kontorbild dem Monitor 14 zugeführt.

Die Markierung geschieht vorzugsweise durch Eingabe über eine Eingabevorrichtung 18 wie beispielsweise eine Tastatur, eine Maus oder einen Lichtgriffel, da das System nicht selbständig erkennen kann, welche Konturen nicht veränderbar sind. Bei spielsweise dürfen die Konturen eines geparkten Fahrzeugs nicht als Referenzkonturen markiert werden.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines so erzeugten Konturbildes, bei dem markierte Referenzkonturabschnitte K1 und K2 gestrichelt dargestellt sind. Vorzugsweise werden zwei möglichst im rech ten Winkel zueinander angeordnete Konturabschnitte markiert, um eine zuverlässige Erfassung jeder Positionsveränderung zu gewährleisten.

Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbei spiels des Systems zur Bildauswertung, bei dem die Fehlalarm häufigkeit durch eine sogenannte Autoparametrisierung verrin gerbar ist.

Auch bei diesem Blockschaltbild weisen die mit den in Fig. 1 gezeigten, identischen Schaltungsteile dieselben Bezugszeichen auf. Auf eine Beschreibung dieser Schaltungsteile wird daher auch hier verzichtet.

Bei der Autoparametrisierung wird die Programmierung der Merk malskriterien der Auswertungseinrichtung 10 oder der Schwell wert des Schwellwertvergleicherteils 62 der Differenzbild-Erzeugungseinrichtung 6 an die aktuellen Umwelteinflüsse ange paßt.

Dies geschieht automatisch durch Auswerten eindeutig fester Merkmale des Videobildes mittels einer Vorauswertungseinrich tung 22, die in Abhängigkeit vorbestimmter Merkmale des Video bilds die Programmierung oder einzelne Parameter der Auswer tungseinrichtung 10 wechselt und/oder den Entscheidungs schwellwert des Schwellwertvergleicherteils 62 verändert.

Durch Veränderung des oben erwähnten Schwellwerts kann bei spielsweise die Erfassungsempfindlichkeit an die aktuellen Um welteinflüsse wie beispielsweise Schneefall, Regen, Nebel, vorbeiziehende Wolken odgl. angepaßt werden. Bei Nebel würde zum Beispiel der Schwellwert verringert werden, um dadurch die Erfassungsempfindlichkeit zu erhöhen.

Eindeutige Merkmale, die durch die Vorauswertungseinrichtung 22 erfaßt werden, sind beispielsweise bei Schneefall viele kleine Objekte, die sich in einer Vorzugsrichtung bewegen, bei von Bäumen stammenden Schatten eine Bewegung, die nur in einem begrenzten Bereich stattfindet, usw.

Durch die Autoparametrisierung ist also eine Anpassung der Empfindlichkeit und Objektauswertungskriterien des Bewegungs melders an die vorherrschenden Umweltbedingungen in der Weise möglich, daß bei schlechter Sicht oder stark bewegtem Bildhin tergrund die Kriterien für die Alarmrelevanz höher angesetzt sind.

Zusammengefaßt werden ein Bewegungsmelder sowie ein Bewe gungsmeldeverfahren offenbart, gemäß denen ein aus einem digi talisierten Videosignal einer Überwachungskamera 1 gewonnenes Differenzbild, in dem sich ändernde Bildpunkte markiert sind, mittels eines Objektextraktors 8 auf zusammenhängende Bild punkte (Objekte) untersucht wird. Die extrahierten Objekte werden gespeicherten Objekten eines vorangegangenes Bildes zu geordnet, und anschließend werden die gewonnenen Objektdaten hinsichtlich vorbestimmter Objektmerkmale auf Alarmrelevanz überprüft. Bei Erfüllung der Objektmerkmale wird ein Alarm ausgelöst.

Claims

1. Bewegungsmelder zum Auswerten von einem zu überwachenden Bildbereich entsprechenden Bilddaten mit einem Referenzbild-Speicher zur Speicherung der Bilddaten eines Bildes als Refe renzbilddaten und einer Differenzbild-Erzeugungseinrichtung zum Vergleichen von aktuellen Bilddaten mit den Referenzbild daten und zum Erzeugen eines Differenzbildes, in dem Bild punkte markiert sind, deren Bilddaten sich geändert haben, gekennzeichnet durch

a) eine Objektextraktionseinrichtung (8) zum Zusammenfassen von zusammenhängenden markierten Differenzbildpunkten zu Ob jekten und zum Erstellen einer Objektliste mit die extrahier ten Objekte beschreibenden Objektdaten,
b) einen Objektspeicher zum Speichern der Objektliste,
c) eine Objektzuordnungseinrichtung (9) zum Zuordnen neuer Ob jekte der aktuellen Bilddaten zu den entsprechenden gespei cherten Objekten durch Vergleich der neuen Objektdaten mit den gespeicherten Objektdaten, und
d) eine Auswertungseinrichtung (10) zur Meldungsabgabe bei Er füllung vorbestimmter Objektmerkmalskriterien durch die Ob jektdaten einander entsprechender Objekte.

2. Bewegungsmelder nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Bildaufnahmevorrichtung (1) wie eine Videokamera, eine Infrarotkamera oder eine Wärmebild-Kamera und einen Ana log/Digital-Umsetzer (2) zur Eingabe der Bilddaten.

3. Bewegungsmelder nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Bildspeicher (4) zur Speicherung der aktuellen Bildda ten.

4. Bewegungsmelder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenzbild-Erzeugungseinrichtung (6) aus einem Sub traktionsteil (60) zum bildpunktweisen Subtrahieren der aktu ellen Bilddaten von den gespeicherten Bilddaten, einem Be tragsbildungsteil (61) zum Bilden des Betrags des Subtrak tionsergebnisses und einem Schwellwertvergleicherteil (62) besteht, der die Differenzbilddaten mit einer Empfindlich keitsschwelle vergleicht und jeden Bildpunkt bei Überschrei ten des Schwellwerts markiert.

5. Bewegungsmelder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Entscheidungsschwelle des Schwellwertvergleicherteils (62) in Abhängigkeit vorbestimmter, auf die Umweltbedingungen im zu überwachenden Bildbereich hinweisender Merkmale der Differenzbilddaten veränderbar ist.

6. Bewegungsmelder nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwertvergleicherteil (62) für die Bildpunkte jewei lige Binärwerte erzeugt, die in einem Binärbildspeicher (7) gespeichert werden.

7. Bewegungsmelder nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Reduzierstufe (3), die Bilddaten von Bildpunktgruppen zu Summenwerten aufaddiert und als reduzierte Bildpunktdaten an die Differenzbild-Erzeugungseinrichtung (6) abgibt, um da durch die Datenmenge zu verringern.

8. Bewegungsmelder nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß der Referenzbildspeicher (5) periodisch auf die aktuellen Bilddaten umgeschrieben wird.

9. Bewegungsmelder nach einem der vorstehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Auswertungseinrichtung (10) eine Objektverfolgungseinheit (11) zur Berechnung eines die Abweichung der Erfassungspunkte einander zugeordneter Objekte beschreibenden Bewegungsvek tors, einer zurückgelegten Strecke (s) und einer mittleren Geschwindigkeit (v) aus in der Objektliste gespeicherten Ko ordinaten eines zugeordneten Objekts, eine Merkmalsextrak tionseinheit (12) zur Feststellung relevanter Objekte durch Vergleich der Objektdaten mit den vorbestimmten Objektmerkmalskriterien, zum Auslesen der Bilddaten im Be reich alarmrelevanter Objekte und zum Extrahieren von Bildin haltsmerkmalen der ausgelesenen Bilddaten und eine Meldeob jektprüfungseinheit (13) aufweist, die bei Erfüllung aller vorbestimmten Objektmerkmalskriterien eine Meldung auslöst und/oder die Bilddaten an einer Anzeigeeinrichtung (14) ausgibt, wobei die relevanten Objekte mit ihren zugehörigen Bewegungsvektoren eingeblendet werden.

10. Bewegungsmelder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in der Merkmalsextraktionseinheit (12) eine als Kriterium für die Melderelevanz verwendete Objektgröße je nach vertikaler Position des extrahierten Objekts entsprechend der in verti kaler Richtung des zu überwachenden Bildausschnitts auftre tenden, perspektivischen Größenveränderung geändert wird, wo bei in vorbestimmbaren Bildausschnitten, in denen aufgrund nicht veränderlicher Bildobjekte keine perspektivische Grö ßenänderung stattfindet, keine Änderung der Objektgröße durchgeführt wird.

11. Bewegungsmelder nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Ermittlung der Melderelevanz herangezogenen, vorbe stimmten Objektmerkmale der Auswertungseinrichtung (10) in Abhängigkeit vorbestimmter, auf wetterbedingte Umwelteinflüs se im zu überwachenden Bildbereich hinweisender Bildänderun gen veränderbar sind.

12. Bewegungsmelder nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Eingabevorrichtung (21), mittels der die Bildausschnitte für die Auswertungseinrichtung (10) einstellbar sind.

13. Bewegungsmelder nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Vorauswertungseinrichtung (22) zum Auswerten des Diffe renzbildes hinsichtlich vorbestimmter, auf die Umweltbedin gungen im Bildbereich hinweisender Bildänderungen, wobei die Vorauswertungseinrichtung (22) die Objektmerkmalskriterien der Auswertungseinrichtung (10) in Abhängigkeit der ausgewer teten Bildänderungen derart verändert, daß die Objektmerk malskriterien bei schlechter Sicht oder bewegtem Bildhinter grund höher angesetzt werden.

14. Bewegungsmelder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorauswertungseinrichtung (22) eine zur Erzeugung des Differenzbildes verwendete Empfindlichkeitsschwelle in Abhän gigkeit der ausgewerteten Bildänderungen verändert.

15. Bewegungsmelder zum Auswerten von einem zu überwachenden Bildbereich entsprechenden Bilddaten mit einem Referenzbildspeicher zur Speicherung der Bilddaten eines Bildes als Referenzbilddaten und einer Differenzbild-Erzeugungseinrichtung zum Vergleichen von aktuellen Bilddaten mit den Referenzbilddaten und zum Erzeugen eines Differenzbildes, in dem Bildpunkte markiert sind, deren Bilddaten sich geändert haben, gekennzeichnet durch

a) eine Konturschaltung (15) zur Erzeugung eines Konturbilds aus den aktuellen Bilddaten,
b) einen nichtflüchtigen Speicher (17), in dem Daten von Re ferenzkonturabschnitten (K1, K2) markanter, nicht veränder licher Bildinhalte des zu überwachenden Bildbereichs gespei chert sind, und
c) eine Vergleichseinrichtung (16) zum Vergleichen der Daten der gespeicherten Referenzkonturabschnitte (K1, K2) mit den Bilddaten des Konturbilds und zum Erzeugen eines auf eine Än derung des zu überwachenden Bildausschnitts hinweisenden Warnsignals (20) bei fehlender Übereinstimmung.

16. Bewegungsmelder nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturschaltung (15) das Konturbild in der Weise erzeugt, daß alle Kontrastsprünge, die eine bestimmte Höhe überschrei ten, farbig dargestellt sind, wobei das Konturbild auf einem Monitor (14) dargestellt wird.

17. Bewegungsmelder nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Eingabevorrichtung (18) zur Eingabe der Referenzkon turabschnitte (K1, K2) anhand des am Monitor (14) angezeigten Konturbilds.

18. Verfahren zur Bewegungsmeldung, bei dem ein Differenzbild eines zu überwachenden Bildbereichs erzeugt wird, wobei die jenigen Bildpunkte markiert sind, deren Bilddaten sich geän dert haben, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Zusammenfassen zusammenhängender markierter Bildpunkte zu Objekten;
b) Erstellen einer Objektliste mit die Objekte beschreibenden Objektdaten,
c) Zuordnen neuer Objekte zu den Objekten der Objektliste durch Vergleich der neuen Objektdaten mit den gespeicherten Objektdaten, und
d) Auswerten der Objektdaten zugeordneter Objekte und Auslö sen einer Meldung bei Erfüllung vorbestimmter Objektmerkmals kriterien.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzbild durch bildpunktweises Subtrahieren der ge speicherten Referenzbilddaten von den aktuellen Bilddaten ge wonnen wird.

20. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzbild durch Addition von Gruppen einzelner Bild punkte zu Summenwerten und durch anschließendes Subtrahieren gespeicherter Referenz-Summenwerte von den aktuellen Summen werten erzeugt wird.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzbild zur Eliminierung von durch Signalrauschen hervorgerufenen Änderungen mit einer Empfindlichkeitsschwelle bewertet wird, wobei die Empfindlichkeitsschwelle in Abhän gigkeit vorbestimmter, auf wetterbedingte Umwelteinflüsse im überwachten Bildbereich hinweisender Bildänderungen verändert wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Differenzbild ein Binärbild ist, wobei ein Bildpunkt bei Überschreiten der Empfindlichkeitsschwelle markiert wird.

23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die binär markierten Bildpunkte in der Weise zusammengefaßt werden, daß jeweils alle zusammenhängenden Bildpunkte einem einzigen Objekt zugeordnet werden und daß die Objekte durch ein die maximale horizontale und vertikale Abmessung der zu sammengefaßten Bildpunkte umschreibendes Rechteck definiert werden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Rechtecks und die innerhalb des Rechtecks be findliche Anzahl von markierten Bildpunkten für die Ermitt lung der tatsächliche Objektgröße verwendet werden.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die gespeicherten Bilddaten im Bereich des umschreibenden Rechtecks des Objekts einer weiteren Auswertung hinsichtlich weiterer Bildinhaltsmerkmale unterzogen werden.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Bildauswertung nur für solche Objekte durchge führt wird, die aufgrund der vorbestimmten Objektmerkmale als relevant erachtet werden.

27. Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei die weitere Bildauswertung hinsichtlich der Farbe des Ob jekts durchgeführt wird.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Zusammenfassen der Bildpunkte zu Objekten nur noch die Objektdaten der Objektliste bearbeitet werden.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektdaten der aus den aktuellen Bilddaten extrahierten Objekte durch Plausibilitätsprüfung den in der Objektliste gespeicherten Objektdaten zugeordnet werden.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektdaten nicht zuordenbarer Objekte als Objektdaten neuer Objekte in der Objektliste gespeichert werden.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß Objektdaten, denen über einen bestimmten Zeitraum keine neuen Objektdaten zugeordnet wurden, wieder gelöscht werden.

32. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß für jedes Objekt Objektkoordinaten (x, y) in der Objektliste gespeichert werden und bei jeder Zuordnung eines aktuellen Objekts die Richtung und der Betrag des Vektors zwischen den gespeicherten Objektkoordinaten (x_n-1, y_n-1) und den aktuel len Objektkoordinaten (x_n, y_n) berechnet werden.

33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß als Objektkoordinaten (x, y) der Mittelpunkt (M) eines um schreibenden Rechtecks der Objekt-Bildpunkte gewählt wird.

34. Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Vektor die Bewegungsrichtung (R_H, R_V), die zurückge legte Strecke (s) und unter Ansetzen der für diese Strecke benötigten Zeit (T) die mittlere Geschwindigkeit (v) des Ob jekts berechnet werden.

35. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß erst nach Erfüllung aller vorbestimmten Kriterien eine Mel dung ausgelöst wird.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß eine als Kriterium für die Melderelevanz verwendete Objekt größe eines aus dem Differenzbild extrahierten Objekts in Ab hängigkeit von dessen vertikaler Position entsprechend der in vertikaler Richtung des zu überwachenden Bildausschnitts auf tretenden, perspektivischen Größenveränderung geändert wird, wobei in vorbestimmbaren Bildausschnitten, in denen aufgrund nicht veränderlicher Bildobjekte keine perspektivische Grö ßenänderung stattfindet, keine Änderung der Objektgröße durchgeführt wird.

37. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß in einem nichtflüchtigen Speicher vorbestimmte Referenzkon turabschnitte (K1, K2) nicht veränderlicher Bildobjekte ge speichert werden, die zum Feststellen einer Veränderung des zu überwachenden Bildausschnitts herangezogen werden.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Feststellung der Melderelevanz herangezogenen vorbe stimmten Objektmerkmalskriterien in Abhängigkeit vorbestimm ter, auf die Umweltbedingungen im überwachten Bildbereich hinweisender Merkmale der Differenzbilddaten verändert wer den.