DE4417128A1 - Bilderfassungs- und -verarbeitungsverfahren insbesondere zur Steuerung von Vorrichtungen sowie zugehöriges Bilderfassungs- und -verarbeitungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bilderfassungs- und -verarbei­ tungsverfahren insbesondere zur Steuerung von Vorrichtun­ gen sowie ein zugehöriges Bilderfassungs- und -verarbei­ tungssystem.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein entsprechend verbessertes Bilderfassungs- und Bildauswertungsverfahren sowie ein zugehöriges Bilderfassung- und Auswertungssystem zu schaffen, worüber eine bestimmte Fläche bzw. ein Raum ständig überwacht und in Abhängigkeit der festgestellten Veränderungen bestimmte Maßnahmen beispielsweise unter Aktivierung einer bestimmten Vorrichtung und Steuerung durchgeführt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich des Verfahrens entsprechend den im Anspruch 1 und bezüglich des Bilder­ fassungs- und Bildverarbeitungssystems entsprechend den im Anspruch angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfin­ dungsgemäßen Systems wird stets ein bestimmter Bereich, d. h. beispielsweise eine bestimmte Fläche oder ein be­ stimmter Raum überwacht. In diesem Bereich können die aktuellen Veränderungen erfaßt und in Abhängigkeit davon die gewünschten Schritte durchgeführt, d. h. bestimmte Maßnahmen, ausgelöst werden.

Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, daß von dem zu über­ wachenden Bereich zu einem Zeitpunkt ein bestimmtes erstes erfaßt und zeitlich dazu versetzt ein nachfolgendes weite­ res Referenzbild erfaßt wird. Beide Referenzbilder können dann miteinander verglichen und in Abhängigkeit von den festgestellten Veränderungen die gewünschten Steuerungs­ schritte abgeleitet werden.

Erfindungsgemäß werden dazu die jeweiligen Bilder gera­ stert, wodurch sich eine Vielzahl von Rasterfeldern er­ gibt. Durch den Vergleich der beiden Referenzbilder werden jene Bereiche unterdrückt und ausgeschieden, die keine Änderung erfahren haben. Haben sich eine oder mehrere Objekte in den zu überwachenden Bereich hineinbewegt oder in diesem fortbewegt, so kann durch unmittelbaren Ver­ gleich die Veränderung dadurch ausgewertet werden, daß in dem nachfolgenden Referenzbild zumindest Rasterfelder belegt sind, die in dem vorausgegangenen Referenzbild noch nicht belegt waren. Durch unmittelbaren Vergleich der Zu- bzw. Abnahme der Anzahl und der Lage der belegten Raster­ felder kann darüber auch ein Vektor ermittelt werden, mit welchem sich die Bewegungsrichtung der einzelnen oder der mehreren Objekte erfassen läßt. Dies eröffnet die Möglich­ keit, daß nicht nur in Abhängigkeit der Anzahl der in einem zu überwachenden Bereich festgestellten Objekte, sondern vor allem auch in Abhängigkeit der Fortbewegungs­ richtung bestimmte weitere Steuerungsschritte ausgelöst und durchgeführt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei ferner vorgesehen, daß jedes Referenzbild vor dem unmittelbaren Vergleich mit einem zeitlich dazu versetzt liegenden weiteren Referenzbild zunächst einmal mit einem zuvor gewonnenen sogenannten "Ur-Referenzbild" verglichen wird. Dadurch können alle im Erfassungsbereich liegenden statischen, d. h. unbewegten Objekte ausgeschieden und un­ terdrückt werden. Das so "vorbereinigte" Referenzbild beinhaltet also dann lediglich noch Informationen bezüg­ lich der gegenüber dem Ur-Referenzbild in den Erfassungs­ bereich neu hinzugekommenen Objekte bzw. diesen Bereich wiederum verlassenden Objekte etc. Dies eröffnet eine sehr viel schnellere Bearbeitung der Informationen, da die An­ zahl der zu verarbeitenden Informationen (d. h. die Anzahl der zu verarbeitenden Informationen bezüglich der einzel­ nen Rasterfelder) deutlich minimiert ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung, d. h. das entsprechende Bilderfassungs- und Bildverarbeitungssystem läßt sich für die unterschied­ lichsten Anwendungsbereiche einsetzen.

Möglich ist beispielsweise, auf einem Platz den Bereich vor einem Tor zu überwachen. Darüber kann die unterschied­ liche Zahl der sich in diesem Bereich aufhaltenden Perso­ nen sowie deren Bewegungsrichtung erfaßt und überwacht werden. Vergrößert sich die Menge, so können beispiels­ weise geeignete Sicherheitsmaßnahmen ausgelöst werden.

Möglich ist eine Anwendung genauso beispielsweise im Zu­ sammenhang mit einer Liftsteuerung. Wird mittels des er­ findungsgemäßen Systems festgestellt, daß eine oder mehre­ re Personen sich auf die Lifttüre zu bewegen, so kann in Abhängigkeit davon automatisch die Liftsteuerung so akti­ viert werden, daß ein Lift möglichst schnell zum betref­ fenden Stockwerk verfahren wird. Bei mehreren Liftanlagen mit unterschiedlich großen Kabinen kann darüber beispiels­ weise auch in Abhängigkeit von der festgestellten Perso­ nenzahl die geeignete Kabine (also die kleinere oder grö­ ßere) zu dem gewünschten Stockwerk verfahren werden.

Beispielsweise ist darüber aber auch eine Türsteuerung möglich, die nur dann geöffnet wird, wenn sich eine Person direkt auf die Tür zu bewegt (und den Bereich davor nicht nur kreuzt). Es ist beispielsweise möglich in Abhängigkeit der ermittelten Personenzahl z. B. Schiebetüren unter­ schiedlich weit zu öffnen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei­ spielen näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild zur Er­ läuterung des Systems und der Ablaufsteue­ rung;

Fig. 2 ein gerastetes Abbild eines sogenannten Ur-Referenzbildes;

Fig. 3 ein gerastetes Bild des überwachten Be­ reichs vor einem Vergleich mit dem Ur- Bild;

Fig. 4 ein zu Fig. 3 entsprechendes gerastetes Referenzbild, welches zu dem in Fig. 3 dargestellten Referenzbild zeitlich ver­ setzt aufgenommen ist;

Fig. 5 eine schematische Darstellung beim unmit­ telbaren Vergleich der bildreduzierten Referenzbilder; und

Fig. 6 eine vereinfachte Ausführungsform des Bilderfassungs- und Bildverarbeitungssy­ stems.

In Fig. 1 ist in schematischer Weise das Blockschaltbild bzw. ein blockschaltbild-artiges Ablaufdiagramm darge­ stellt, welches ein Bilderfassungssystem 1 umfaßt, worüber das Bildverarbeitungssystem 3 mit den über das Bilderfas­ sungssystem 1 beispielsweise in Form einer oder mehrerer Kameras mit den entsprechenden Informationen beliefert wird. Über das Bildverarbeitungssystem 3 kann dann über eine Ausgangsstufe 5 eine entsprechende Steuerung 7 z. B. eine Überwachtungsanlage, eine Liftanlage etc. angesteuert werden.

Das Bildverarbeitungssystem umfaßt in schematischer Dar­ stellung eine Einheit 11, in der ein von dem zu überwa­ chenden Bereich zuvor erfaßtes Bild abgespeichert wird. Dieses Bild wird nachfolgend auch kurz als "Ur-Bild" be­ zeichnet. Dieses Ur-Referenzbild wird bevorzugt in gera­ steter Form abgespeichert.

Die Einheit 11 wird nachfolgend auch als Ur-Referenzbild­ speicher 11 bezeichnet.

Daneben ist ein Referenzbild-Speicher R_n und ein weiterer Referenzbild-Speicher R_n+1 vorgesehen.

Die Funktionsweise ist dabei derart.

Über das Bilderfassungssystem 1 wird ein entsprechendes Ur-Bild des zu überwachenden Bereiches, der Fläche etc. erstellt und bevorzugt in gerasteter Form z. B. entspre­ chend der Darstellung gemäß Fig. 2 in dem o.g. Referenz­ bild-Speicher 11 abgelegt. Zum Zeitpunkt t₀ der Erfassung dieses Ur-Referenzbildes sollen sich keine Personen in diesem Bereich befinden.

Nachfolgend wird in kurzem zeitlichen Abstand ein neues Referenzbild erfaßt. Wird beispielsweise das Referenzbild R_n zum Zeitpunkt t_n durch das Bilderfassungssystem 1 er­ faßt, so wird auch dieses zunächst gerastert, z. B. in den Referenzbildspeicher 13 abgelegt, und dann in der Ver­ gleichsstufe 17 bearbeitet, in der eine Bildreduktion durchgeführt wird. Durch unmittelbaren Vergleich des Refe­ renzbildes R_n mit dem Ur-Referenzbild werden dadurch alle in dem Überwachungsbereich festliegenden oder feststehen­ den, sich nicht fortbewegenden Objekte automatisch unter­ drückt und die Bildinformation insoweit vermindert und reduziert.

In Fig. 2 ist in schematischer Darstellung das Ergebnis eines vorzugsweise gerasterten Ur-Referenzbildes darge­ stellt. Die schraffierten Flächen sollen unbewegte Objekte im Erfassungs- und Überwachungsbereich Ü in schematischer Draufsicht wiedergeben.

In Fig. 3 ist ein entsprechendes Referenzbild R_n darge­ stellt, also ein zu einem späteren Zeitpunkt t_n aufgenom­ menes Bild von dem gleichen Erfassungs- und Überwa­ chungsbereich Ü. Aus der Darstellung gemäß Fig. 3 ist ersichtlich, daß sich nunmehr im Erfassungs- und Überwa­ chungsbereich Ü zwei schematisch als Kreise dargestellte Personen P1 und P2 befinden.

Nach dem Vergleich dieses Referenzbildes R_n mit dem Ur- Referenzbild würden die in Fig. 2 und 3 schraffiert dar­ gestellten unbewegten Objekte unterdrückt werden, so daß sich dann nur noch ein bereinigtes Referenzbild R′_n er­ gibt, welches nur noch die Information bezüglich der er­ faßten Person P1 und P2 wiedergibt.

In einem zeitlich nachfolgenden nächsten Schritt im zeit­ lichen Abstand Δt wird dann ein nächstes Referenzbild R_n+1 durch das Bildsystem 1 erfaßt und vorzugsweise in geraste­ ter Form mit gleicher Rastergröße und Rasterform in den weiteren Referenzbild-Speicher 15 abgelegt. Dieses Refe­ renzbild (Fig. 4) wird ebenfalls wieder mit dem Ur-Refe­ renzbild in der Vergleichsstufe 19 verglichen, so daß sich dann ebenfalls wieder ein entsprechend bereinigtes Refe­ renzbild R′_n+1 am Ausgang der weiteren Vergleichsstufe 19 ergibt, das nur noch Informationen bezüglich der in dem Überwachungsraum Ü befindlichen bewegten Objekte enthält.

Nach der erfolgten Bildreduktion in der Vergleichsstufe 17 bzw. 19 können nunmehr die bildreduzierten Referenzbilder miteinander verglichen werden.

Nunmehr können diese beiden bildreduzierten Referenzbilder miteinander verglichen werden.

In Fig. 5 ist nunmehr der unmittelbare Vergleich der bildreduzierten und von der Information des Ur-Referenz­ bildes bezüglich der unbewegten statischen Objekten be­ freiten Referenzbilder R′_n und R′_n+1 dargestellt und ge­ zeigt.

Der unmittelbare Vergleich zwischen den beiden Referenz­ bildern in der Referenzbild-Vergleichsstufe 23 zeigt, daß sich die im Überwachungsbereich Ü überwachten Personen zum Zeitpunkt t_n+1 gemäß Referenzbild R_n+1 gegenüber ihrer Posi­ tion im Referenzbild R_n fortbewegt haben. Durch den un­ mittelbaren Bildvergleich, der schematisch in Fig. 5 gezeigt ist, werden ebenfalls wieder die gemeinsamen be­ setzten, d. h. in beiden Referenzbildern gefüllten Raster­ felder 27 unterdrückt und ausgeblendet. Somit verbleiben lediglich die in Fig. 4 durch die Fortbewegung der Person hinzugekommenen neuen gefüllten Rasterfelder, die durch ein "+" gekennzeichnet sind und die weiteren durch ein "-" gekennzeichneten Rasterfelder übrig, die gemäß dem Refe­ renzbild nach Fig. 3 noch gefüllt waren, nach Fig. 4 durch die Fortbewegung der Person nicht mehr gefüllt sind. Durch gegebenenfalls Schwerpunktbildung oder durch son­ stige geeignete Maßnahmen kann zwischen den mit einem "-" und den mit einem "+" belegten Rasterfeldern dann ein Vektor 31 ermittelt werden, wie er in Fig. 4 für die Personen P1 und P2 schematisch dargestellt ist. Dieser Vektor 31 gibt somit auch eine Fortbewegungsrichtung der betreffenden Person an. Die Länge und Größe des Vektors ist ein Maß für die Fortbewegungsgeschwindigkeit bzw. -weg.

In Abhängigkeit dieser gerichteten Größe kann dann also beispielsweise entschieden werden, ob eine Person einen Bereich beispielsweise vor einer Lifttür 30 nur parallel dazu durchläuft (ohne mit dem Lift fahren zu wollen), oder ob sich die betreffende Person auf die Lifttür zu bewegt. In dem zuletzt genannten Fall kann über die Ausgangsstufe 5 dann eine entsprechende Steuerung 7 beispielsweise zur Ansteuerung des Liftes erfolgen.

Nachdem ein jeweils nächstes Referenzbild R_n+1 erfaßt und eine entsprechende Auswertung, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt wurde, ersetzt dieses zuletzt genannte Refe­ renzbild dasjenige, das zuvor erfaßt wurde. In einem wei­ teren zeitlichen Abstand wird nunmehr ein weiteres Refe­ renzbild R_n+2 erfaßt und mit dem vorausgegangenen Referenz­ bild R_n+1 verglichen. Die Erfassung und Auswertung erfolgt im gleichen Sinne fortlaufend, in der Regel im kurzen zeitlichen Abstand von wenigen Sekunden oder sogar nur Sekundenbruchteilen. Die Auflösung einschließlich der Auflösung der Rasterfelder kann hier je nach Umfang der zu verarbeitenden Informationen und der gewünschten Verarbei­ tungsgeschwindigkeit beliebig klein oder groß gewählt werden.

In einer vereinfachten Ausführungsform ist es aber ebenso möglich, daß die einzeln erfaßten Referenzbilder nicht mit einem Ur-Bild, sondern lediglich immer nur miteinander verglichen werden. Da in diesem Falle die zu vergleichen­ den Referenzbilder R_n+1 und R_n jeweils auch Informationen über die in dem Erfassungsbereich befindlichen statischen nicht bewegten Objekte beinhalten, kann dies zur Folge haben, daß die Datenverarbeitung etwas langsamer abläuft, also etwas mehr Zeit erfordert. Da die statischen Objekte aber in beiden Referenzbildern identisch sind, würden diese auch durch den unmittelbaren Vergleich in der Ver­ gleichs-Auswertungsstufe 21 unterdrückt werden. Der grund­ sätzliche Ablauf bleibt aber ansonsten unverändert und ist in schematischer Darstellung in Fig. 6 wiedergegeben.

Claims (4)

1. Bilderfassungs- und Bildverarbeitungsverfahren insbe­ sondere für Überwachungsanlagen, mit den folgenden Merkma­ len

• - es wird mittels eines Bilderfassungssystems (1) ein zu überwachender Bereich erfaßt;
• - es wird zu einem gegebenen Zeitpunkt ein den aktuellen Ist-Zustand des zu überwachenden Bereiches entsprechen­ des Referenzbild (R_n) erfaßt und zumindest zwischenge­ speichert;
• - es wird dazu zeitlich versetzt zu einem nachfolgenden Zeitpunkt ein den aktuellen Ist-Zustand des überwachten Bereiches entsprechendes Referenzbild (R_n+1) erfaßt und zumindest zwischengespeichert;
• - die so ermittelten beiden Referenzbilder (R_n; R_n+1) wer­ den direkt oder nach einer zuvor durchgeführten Bildin­ formationsbearbeitung in einer Vergleichsstufe (23) mit­ einander verglichen;
• - vor dem Vergleich der beiden Referenzbilder (R_n; R_n+1) werden die beiden Referenzbilder gerastert;
• - die beiden Referenzbilder (R_n; R_n+1) werden rasterfeld­ weise miteinander verglichen;
• - die in beiden Referenzbildern nicht übereinstimmenden Inhalte der Rasterfelder werden ermittelt;
• - anhand der unterschiedliche Rasterfelder-Inhalte auf­ weisenden Rasterfelder (27) wird die Bewegungsrichtung der überwachten Objekte vorzugsweise nach Art einer Vek­ torbildung ermittelt.

2. Bilderfassungs- und Bildauswertungsverfahren nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes ermittelte Referenzbild (R_n) vor dem Vergleich mit einem nachfolgend erfaßten Referenzbild (R_n+1) gerastert und zuvor mit einem gerasterten Ur-Referenzbild verglichen wird, worüber nur die gegenüber dem Ur-Referenzbild erst nachträglich in dem überwachten Bereich hinzugekommene Objekte mit gegenüber dem Ur-Referenzbild abweichenden Rasterfeld-Inhalten er­ faßbar sind, und daß die so bildreduzierten Referenzbilder (R_n) und (R_n+1) miteinander verglichen werden.

3. Bilderfassungs- und Bildverarbeitungssystem, insbeson­ dere für Überwachungsanlagen, mit den folgenden Merkmalen

• - es ist ein Bilderfassungssystem (1) zur bilderfassenden Überwachung eines zu überwachenden Bereiches (Ü) vor­ gesehen;
• - es ist ein Referenzbild-Speicher (13) zur Erfassung eines Referenzbildes (R_n) zu einem Zeitpunkt (t_n) vor­ gesehen;
• - es ist ein Referenzbild-Speicher (15) zur Erfassung eines zu einem vorangegangenen Referenzbild (R_n) erfaß­ ten weiteren Referenzbildes (R_n+1) vorgesehen;
• - es ist eine Vergleichsstufe (23) zum Vergleich der Refe­ renzbilder (R_n; R_n+1) vorgesehen;
• - der Vergleichsstufe (17) vorgeschaltet ist eine Raster­ stufe zur Erzeugung einer gerasterten Bildinformation zur Auswertung von Rasterfeld-Inhalten; und
• - anhand der unterschiedlichen Inhalte der Rasterfelder (27) bezüglich der beiden in zeitlichen Abstand zuein­ ander gewonnenen, gerasterten Referenzbilder (R_n; R_n+1) ist eine Auswertstufe (5) und darüber vorzugsweise eine Steuerung (7) ansteuerbar.

4. Bilderfassungs- und Bildverarbeitungssystem nach An­ spruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ur-Referenzbild- Speicher (9) vorgesehen ist, worüber ein Ur-Referenzbild lediglich von den in dem Überwachungsbereich (Ü) befind­ lichen statischen, nicht-bewegten Objekten ablegbar ist, wobei dieses Ur-Referenzbild bevorzugt in gerasterter Form unter Erzeugung von bestimmten Rasterfeld-Inhalten ableg­ bar ist, und daß der Vergleichsstufe (23) zum Vergleich der im zeitlichen Abstand gewonnenen Referenzbilder (R_n; R_n+1) eine Vergleichsstufe (17, 19) vorgeschaltet ist, worüber ein abgeleitetes, bildreduziertes Referenzbild (R′_n; R′_n+1) unter Unterdrückung von Bildinformationen bezüglich der in dem Überwachungsbereich (Ü) befindlichen statischen nicht-bewegten Objekte erzeugbar ist.