DE60224373T2

DE60224373T2 - Erfassung von objekten

Info

Publication number: DE60224373T2
Application number: DE60224373T
Authority: DE
Inventors: Darren Duane Minnentonka COFER; Rida M. Inver Grove Heights HAMZA
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: DE60224373D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Objekterkennung und, genauer, die Erkennung des Eindringens und/oder Vorhandenseins von Objekten in einem vordefinierten Gebiet oder Bereich.
Elektrosensitive Schutzeinrichtungen (Electrosensitive Protective Equipment, ESPE) sind wohlbekannt und werden im industriellen Umfeld viel benutzt, um Bediener von gefährlichen Betriebsmitteln vor Verletzungen zu schützen. Einrichtungen vom Typ ESPE haben normalerweise eine Erfassungsfunktion, eine Steuerungs- oder Überwachungsfunktion und eine Ausgangssignal-Schaltfunktion. Die Erfassungsfunktion sammelt normalerweise Daten zum Beispiel aus einer definierten Sicherheitszone, welche das gefährliche Betriebsmittel umgibt. Die Sicherheitszone kann eine Linie, eine Fläche oder ein Volumen sein, in Abhängigkeit von der verwendeten Erfassungstechnologie.
Die Steuerungsfunktion überwacht die Erfassungsfunktion. Wenn die Steuerungsfunktion bestimmt, dass die Sensordaten, die von der Erfassungsfunktion geliefert werden, einem Eindringen in die Sicherheitszone entsprechen, wird ein Ausgangssignal erzeugt, um einen Alarm ertönen zu lassen, das gefährliche Betriebsmittel zu deaktivieren oder irgendeine andere Vorsichtsmaßnahme durchzuführen.
Gegenwärtig sind vielfältige Einrichtungen vom Typ ESPE im Handel erhältlich, darunter Einzelstrahl-Photodetektoren, Lichtvorhänge, Laserscanner, Sicherheitsmatten und andere.
Einzelstrahl-Photodetektoren verwenden gewöhnlich eine einzige Lichtquelle und einen Lichtdetektor, um einen gewissen Grad von Zugangsüberwachung zu gewährleisten. Wenn sich ein Objekt zwischen der Lichtquelle und dem Lichtdetektor bewegt, wird der sich dazwischen erstreckende Lichtstrahl unterbrochen, was dann eine Sicher heitsverletzung auslöst. Eine Einschränkung von Systemen mit Einzelstrahl-Photodetektor ist, dass nur eine begrenzte Zugangskontrolle und normalerweise keine Anwesenheitserfassung gewährleistet wird. Eine andere Einschränkung ist, dass, um die Lage, Form oder Größe der Sicherheitszone zu ändern, die Lichtquelle und/oder der Lichtdetektor normalerweise physisch bewegt werden müssen.
Lichtvorhang-Systeme sind Systemen mit Einzelstrahl-Photodetektor ähnlich, mit dem Unterschied, dass eine lineare Anordnung von Paaren Lichtemitter/Lichtdetektor in einem Paar von in einem Abstand voneinander angeordneten Gehäusen angebracht ist. Die Anordnung von Lichtemittern erzeugt einen "Lichtvorhang", welcher sich zu den entsprechenden Lichtdetektoren erstreckt. Wenn der Lichtvorhang durch ein Objekt unterbrochen wird, wird eine Sicherheitsverletzung ausgelöst. Das Auflösungsvermögen (Größe eines erkannten Objektes) hängt normalerweise vom Abstand der Lichtstrahlen ab. Lichtvorhang-Systeme können einen gewissen Grad von Zugangskontrolle gewährleisten, wenn sie vertikal angebracht sind, und einen gewissen Grad von Präsenzüberwachung, wenn sie horizontal angebracht sind. Eine Einschränkung mancher Lichtvorhang-Systeme ist jedoch, dass sie relativ teuer und komplex sind. Eine andere Einschränkung ist, dass Änderungen der Größe und Form des Sicherheitsbereiches begrenzt sein können, und dass die in einem Abstand angeordneten Gehäuse normalerweise physisch bewegt werden müssen, um die Konfiguration der zu überwachenden Sicherheitszone zu ändern.
Laserscanner-Systeme enthalten normalerweise einen rotierenden Laseremitter/-detektor, welcher eine Ebene abtastet und den Abstand zum nächsten Objekt in einer beliebigen Richtung durch Überwachung der Reflexion des Strahls misst. Dieser Typ von Vorrichtung kann einen gewissen Grad von Präsenzüberwachung entlang einer horizontalen Ebene gewährleisten. Sie kann auch verti kal angebracht werden, um einen gewissen Grad von Zugangsüberwachung zu gewährleisten, ähnlich den weiter oben erläuterten Lichtvorhang-Systemen. Eine Einschränkung von Laserscanner-Systemen ist, dass sie komplexe mechanische Komponenten verwenden, wie etwa rotierende Köpfe, welche eine regelmäßige und präzise Ausrichtung erfordern können. Obwohl der zu überwachende Bereich unter Verwendung von Konfigurationssoftware umdefiniert werden kann, ist seine Form oft durch die Sichtlinie des Lasers begrenzt. Außerdem ist die Reaktionszeit durch die Notwendigkeit begrenzt, den Laserstrahl zu schwenken, und die Empfindlichkeit kann durch Luftverschmutzung in einer industriellen Umgebung begrenzt sein.
Schließlich wurden Sicherheitsmatten-Systeme verwendet, um eine Präsenzüberwachung durch das Erkennen von physischem Kontakt mit einer Trittmatte/einem Sensor zu gewährleisten. Ihre Robustheit ist durch die Notwendigkeit eines physischen Kontakts mit der Trittmatte für eine Erkennung begrenzt, was in der oft rauen Umgebung des Fabrikfußbodens problematisch sein kann. Sicherheitsmatten-Systeme können normalerweise nicht große Gebiete überwachen, sofern nicht eine Anzahl von Matten miteinander verbunden wird. Schließlich müssen, ebenso wie bei den oben beschriebenen Einzelstrahl-Photodetektor- und Lichtvorhang-Systemen, die Sicherheitsmatten normalerweise physisch bewegt werden, um die Konfiguration der zu überwachenden Sicherheitszone zu ändern.
EP 1 037 181 A offenbart ein Objektüberwachungssystem, das zum Überwachen mindestens eines Abschnitts des Innenbereiches eines interessierenden Gebietes in Bezug auf das Vorhandensein eines Objekts verwendet wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zum Überwachen eines interessierenden Gebietes, das eine Grenze und einen Innenbereich aufweist, bereit, wobei das Verfahren den folgenden Schritt beinhaltet:
Überwachen mindestens eines Abschnitts des Grenzbereiches des interessierenden Gebietes in Bezug auf eine Verletzung durch ein Objekt; und durch den folgenden Schritt gekennzeichnet ist:
Überwachen mindestens eines Abschnitts des Innenbereiches des interessierenden Gebietes in Bezug auf das Objekt, nachdem das Objekt die Grenze verletzt.
Nachdem die Grenze durch ein Objekt verletzt worden ist, kann gemäß der vorliegenden Erfindung begonnen werden, das gesamte Gebiet oder ausgewählte Bereiche innerhalb der Grenze des interessierenden Gebietes zu analysieren. Dies kann einen gewissen Grad von Präsenzüberwachung des interessierenden Gebietes gewährleisten. Bei einigen Ausführungsformen kann die Präsenzüberwachung mit einer langsameren Geschwindigkeit als die Grenzanalyse durchgeführt werden, insbesondere wenn eine oder mehrere Vorsichtsmaßnahmen bereits durch eine Grenzverletzung ausgelöst worden sind. Es ist denkbar, dass die beiden Arten der Analyse gleichzeitig oder nacheinander stattfinden, in Abhängigkeit von der Anwendung. Nachdem das Objekt das interessierende Gebiet verlässt, erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Rückkehr zum ursprünglichen stationären Zustand, und es werden nur die Grenzbereiche der ankommenden Bilder überwacht.
Andere Aufgaben der vorliegenden Erfindung und viele der damit verbundenen Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht ersichtlich, wenn dieselbe anhand der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung besser verständlich wird; diese ist in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu betrachten, in welchen gleiche Bezugszeichen in den Figuren durchgehend gleiche Teile bezeichnen und wobei:
1 eine teilweise Seitenansicht eines Arbeits- Platzbereiches mit einer angebrachten Überkopf-Sicherheitskamera ist;
2 eine perspektivische Ansicht einer Sicherheitskamera ist, die ein Sichtfeld aufweist, mit einem interessierenden Gebiet innerhalb des Sichtfeldes der Sicherheitskamera;
3 eine schematische Darstellung ist, die einen Arbeitsplatz mit einem angebrachten Sicherheitssystem zeigt;
4A ein Schema eines Bildes eines interessierenden Gebietes ist, wobei ein Grenzbereich definiert ist;
4B ein Schema eines Bildes eines interessierenden Gebietes ist, wobei der Fußboden des interessierenden Gebietes ein Muster entlang des Grenzbereiches aufweist;
5 eine perspektivische Ansicht eines Sicherheitskamerasystems ist, welches ein interessierendes Gebiet mit unregelmäßig geformten Rändern überwacht;
6A eine perspektivische Ansicht eines interessierenden Gebietes mit Durchbrüchen an der Grenze ist;
6B eine Draufsicht des interessierenden Gebietes von 6A ist;
7A eine perspektivische Ansicht eines Sicherheitskamerasystems ist, das eine Überkopfkamera und eine Seitenkamera zum Überwachen des interessierenden Gebietes aufweist;
7B ein Schema ist, welches das Sichtfeld der Überkopfkamera von 7A zeigt;
7C ein Schema ist, welches das Sichtfeld der Seitenkamera von 7A zeigt;
8A eine perspektivische Ansicht eines anderen Sicherheitskamerasystems ist, das zwei Sicherheitskameras zum Überwachen eines interessierenden Volumens aufweist;
8B ein Schema ist, welches das Sichtfeld der Überkopfkamera von 8A zeigt;
8C ein Schema ist, welches das Sichtfeld der Seitenkamera von 8A zeigt;
9 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Sicherheitskamerasystems ist, das zwei Sicherheitskameras zum Überwachen eines interessierenden Gebietes aufweist;
10A eine perspektivische Ansicht eines interessierenden Gebietes ist, mit einem Objekt, das gerade die Grenze des interessierenden Gebietes erreicht;
10B eine Ansicht von oberhalb des interessierenden Gebietes und des Objekts von 10A ist;
11A eine perspektivische Ansicht eines interessierenden Gebietes ist, mit einem Objekt, das bereits die Grenze des interessierenden Gebietes überquert;
11B eine Ansicht von oben des interessierenden Gebietes und des Objekts von 11A ist;
12A eine perspektivische Ansicht eines interessierenden Gebietes ist, mit einem Objekt, das sich vollständig innerhalb des interessierenden Gebietes befindet;
12B eine Ansicht von oberhalb des interessierenden Gebietes und des Objekts von 12A ist;
13 ein Blockschaltbild ist, das ein beispielhaftes Sicherheitskamerasystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein anderes Blockschaltbild ist, das ein beispielhaftes Sicherheitskamerasystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ein Flussdiagramm ist, das eine beispielhafte Beziehung zwischen Grenzanalyse- und Innenanalysefunktion gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren zur Durchführung der Innen- und Grenzanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
17 ein Zustandsübergangsdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
18 ein Blockschaltbild ist, das einen beispielhaften Datenfluss und eine beispielhafte Datenanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
19 ein Zeitablaufdiagramm ist, das beispielhafte Beziehungen der Zeitabläufe für die Ausführungsform von 18 zeigt;
20 ein Zustandsdiagramm ist, das die Entwicklung der Zustände für eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
21 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform, bei der mehrere Kanäle des Datenflusses verwendet werden, gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
22 ein Zeitablaufdiagramm ist, das beispielhafte Beziehungen der Zeitabläufe der Ausführungsform von 21 zeigt;
23 ein Blockschaltbild ist, das Verarbeitungs-, Speicher- und Steuerungsblöcke einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
24 ein Funktionsblockschaltbild einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht eines Sicherheitsgebietes 14 mit einer Kamera 10. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist die Kamera 10 über einem Betriebsmittel 12 angebracht, welches von einem Sicherheitsgebiet 14 umgeben ist. Das Betriebsmittel 12 kann ein gefährlicher Ausrüstungsgegenstand sein, zum Beispiel eine Maschine mit sich bewegenden Teilen, eine chemische Speichereinheit, eine Einrichtung zur Verarbeitung von Rohmaterial, eine Verbrennungsanlage oder irgendeine andere Maschine, welche eine Gefahr für eine Person darstellen könnte. Ebenso kann es sich bei dem Betriebsmittel 12 um einen oder mehrere Ausrüstungsgegenstände handeln, welche hochempfindliche Tätigkeiten ausführen, wobei ein Sicherheitssystem verwendet werden könnte, um zu verhindern, dass ein Objekt oder eine Person die hochempfindliche Tätigkeit störend beeinflusst. Das Betriebsmittel 12 kann auch ein wertvoller Gegenstand sein, und ein Sicherheitssystem könnte implementiert werden, um zu verhindern, dass der wertvolle Gegenstand gestohlen oder beschädigt wird. Es ist ein Arbeiter 20 dargestellt, der in dem Sicherheitsgebiet 14 steht. Bei der beispielhaften Ausführungsform erfasst die Kamera 10 Einzelbilder entlang eines pyramidenförmigen Sichtfeldes 30, vorzugsweise als ein zweidimensionales Bild.
2 ist eine schematische Ansicht einer Kamera 10 mit einem Sichtfeld 19. Ein interessierendes Gebiet 14 ist schraffiert dargestellt. Es ist anzumerken, dass der Begriff "Gebiet" nicht auf ein zweidimensionales Gebiet beschränkt ist und auch dreidimensionale Volumina beinhalten kann, wie weiter unten näher erläutert wird. Bei der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise eine Digitalkamera 10 oder Ähnliches verwendet, um entlang des Sichtfeldes 19 der Kamera 10 Bilder zu erfassen. Nach dem Erfassen eines Bildes entlang des Sichtfeldes 19 der Kamera 10 werden vorzugsweise Datenverarbeitungstechniken angewendet, um diejenigen Pixel auszuwählen, welche in den Bereich innerhalb der Grenze 16 fallen. Bei der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise außerdem zwischen denjenigen Pixeln, welche in den Bereich entlang der Grenze 16 fallen, und denjenigen Pixeln, welche in den Bereich innerhalb der Grenze 16 fallen, unterschieden.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden, wenn kein Objekt in das interessierende Gebiet 14 eintritt oder sich innerhalb desselben befindet, nur diejenigen Pixel der ankommenden Bilder analysiert, welche der Grenze 16 des interessierenden Gebietes entsprechen. Indem nur jene Pixel entlang des Grenzbereiches 16 überwacht werden, kann die vorliegende Erfindung schnell erkennen, wenn die Grenze 16 durch ein Objekt verletzt worden ist. Nachdem die Grenze verletzt worden ist, kann eine Vorsichtsmaßnahme ergriffen werden, wie etwa Auslösen eines akustischen Alarms, Deaktivieren gefährlicher Betriebsmittel im interessierenden Gebiet 14 oder Durchführen irgendeiner anderen Vorsichtsmaßnahme; dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Sobald die Grenze durch ein Objekt verletzt worden ist, kann die beispielhafte Ausführungsform beginnen, jene Pixel im Inneren 15 des interessierenden Gebietes 14 zu analysieren. Dies kann einen gewissen Grad von Präsenzüberwachung des Inneren 15 des interessierenden Gebietes 14 gewährleisten. Bei einigen Ausführungsformen kann die Präsenzüberwachung mit einer langsameren Geschwindigkeit als die Grenzanalyse durchgeführt werden, insbesondere wenn eine oder mehrere Vorsichtsmaßnahmen bereits durch eine Grenzverletzung ausgelöst worden sind. Es ist denkbar, dass beide Arten der Analyse gleichzeitig oder nacheinander stattfinden können, in Abhängigkeit von der Anwendung. Nachdem das Objekt das interessierende Gebiet 14 verlässt, kann gemäß der vorliegenden Erfindung eine Rückkehr zum ursprünglichen stationären Zustand erfolgen, und es werden nur jene Pixel im Grenzbereich 16 der ankommenden Bilder überwacht.
3 ist eine schematische Darstellung, die einen Arbeitsplatz mit einem angebrachten Sicherheitssystem zeigt. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist eine Sicherheitskamera 10 über dem Arbeitsplatzbereich angeordnet. Der Arbeitsplatzbereich weist vorzugsweise ein vordefiniertes interessierendes Gebiet 14 auf, welches einer Sicherheitszone um einen Ausrüstungsgegenstand 12 herum entsprechen kann. Der Innenbereich 15 des interessierenden Gebietes 14 ist durch eine Grenze 16 definiert, welche bei der beispielhaften Ausführungsform Seiten 40, 42, 44, 46 hat.
Es ist ein Verarbeitungssystem 70 dargestellt, das über eine Schnittstelle 72 mit der Sicherheitskamera 10 verbunden ist. Das Verarbeitungssystem 70 verarbeitet vorzugsweise Bilder, die von der Sicherheitskamera 10 empfangen wurden, um zu bestimmen, ob ein Objekt einen vordefinierten Grenzbereich 16 verletzt hat und/oder ob ein Objekt im Inneren des interessierenden Gebietes 15 verbleibt, wie oben beschrieben. Das Verarbeitungssystem 70 kann auch über eine Schnittstelle 74 mit dem Betriebsmittel 12 verbunden sein. Wenn das Verarbeitungssystem 70 bestimmt, dass der Grenzbereich 16 verletzt worden ist, kann das Verarbeitungssystem über die Schnittstelle 74 ein Aktivierungs- oder Abschaltsignal an das Betriebsmittel 12 senden. Dieses Aktivierungs- oder Abschaltsignal veranlasst vorzugsweise das Betriebsmittel 12, sich abzuschalten, eine Bremse auszulösen oder auf andere Weise den Betrieb des Betriebsmittels 12 anzuhalten. Stattdessen oder zusätzlich kann das Verarbeitungssystem 70, falls gewünscht, auch Informationen von dem Betriebsmittel 12 empfangen, wie etwa ein Warn-, ein Fehler- oder ein Störungssignal.
Bei der beispielhaften Ausführungsform ist das Verarbeitungssystem 70 über eine Schnittstelle 76 auch mit anderen Eingabe- oder Ausgabevorrichtungen 28 verbunden. Die Eingabe- oder Ausgabevorrichtungen 28 können zum Beispiel eine akustische Alarmvorrichtung, eine optische Alarmvorrichtung, einen Sender zum Senden eines Warnsignals an einen entfernten Standort, eine Speichereinrichtung zum Führen von Aufzeichnungen über Warnsignale usw. beinhalten.
4A ist ein Schema eines Bildes eines interessierenden Gebietes 14, wobei ein Grenzbereich 16 definiert ist. Es ist ein Ausrüstungsgegenstand 12 innerhalb des interessierenden Gebietes 15 dargestellt. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist das Bild in einen Grenzbereich 16 und einen Innenbereich 15 aufgeteilt. Der Grenzbereich 16 kann schmaler oder breiter definiert sein, in Abhängigkeit von der Anwendung. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird während des Betriebs im stationären Zustand nur die Grenze 16 analysiert, und eine Analyse des Innenbereiches 15 findet nur nach einem auslösenden Ereignis statt, wie etwa der Verletzung des Grenzbereiches 16. Zusätzlich kann eine Analyse des Innenbereiches 15 durch andere Mechanismen ausgelöst werden, wie etwa in zeitlich festgelegten Intervallen, in Reaktion auf eine externe Anregung wie etwa eine manuelle Anforderung einer Analyse des Innenbereiches usw.
Bei einigen Ausführungsformen kann ein Muster auf dem Fußboden vorgesehen sein, das vorzugsweise dem gewünschten Grenzbereich 16 entspricht. In einem Beispiel kann ein gemustertes Band oder ein farbiger Streifen mit kontrastierenden dunklen und hellen Bereichen entlang des gewünschten Grenzbereiches 16 angebracht sein. Das Gebiet, das durch die einzelnen kontrastierenden Farbbereiche definiert ist, kann so gewählt werden, dass es der Mindestgröße des zu erfassenden Objekts entspricht. Es ist jedoch vorgesehen, dass eine beliebige Anzahl von Mustern verwendet werden kann, darunter zum Beispiel eine einzelne farbige Linie, ein Schachbrettmuster, sich überkreuzende Streifen usw. Außerdem kann das Muster ein allgemeineres Gebiet bedecken und muss nicht auf die Grenze 16 begrenzt sein.
Algorithmen und Konstruktionen zum Erkennen von Objekten unter Verwendung eines mit einem Muster versehenen Bereiches sind in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Serienur. H16-26483 mit dem Titel "OBJECT DETECTION" zu finden. Vorzugsweise werden Objekte in dem Grenzbereich 16 unter Verwendung der Algorithmen erkannt, die in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Seriennr. H16-26483 mit dem Titel "OBJECT DETECTION" beschrieben sind. Verschiedene Ausführungsformen verwenden eine Analyse, bei welcher einzelne Pixel oder Gruppen von Pixeln mit einem oder mehreren Referenzbildern verglichen werden. Ein Vergleich wird vorzugsweise auf der Grundlage irgendeiner identifizierbaren oder quantifizierbaren Eigenschaft, wie etwa Leuchtdichte, Farbe, Farbsättigung, Farbton, Spektren usw., des Pixels oder der Gruppe von Pixeln, welches welche analysiert wird, durchgeführt.
Markierungen können ebenfalls in dem interessierenden Gebiet 14 vorhanden sein, um das Funktionieren eines Systems zu ermöglichen, in welchem die relative Position der Kamera bezüglich des interessierenden Bereiches während des Betriebs des Sicherheitssystems nicht aufrechterhalten werden kann oder wird. In Umgebungen, wo komplizierte Arbeitsgänge, zusätzliche Ausrüstung oder räumliche Beschränkungen vorhanden sind oder irgendeine andere Notwendigkeit besteht, die Kamera bezüglich des interessierenden Gebietes 14 zu bewegen, kann eine Markierung oder Ähnliches verwendet werden, um einen Referenzpunkt zur Verfügung zu stellen. In manchen industriellen Umfeldern können Schwingungen eine spürbare Bewegung der Kamera verursachen. Eine geeignete Markierung kann irgendeine von verschiedenen in der Technik bekannten Markierungen sein, wie etwa farbige oder Lackpunkte, Streifen, Schall- oder Lichtsignal-Erzeuger, identifizierbare Formen oder Konstruktionen usw.
4B ist ein Schema eines Bildes eines interessierenden Gebietes, wobei der Fußboden des interessierenden Gebietes ein Muster entlang des Grenzbereiches aufweist. Das interessierende Gebiet 90 ist durch eine äußere Grenze 92 und einen Innenbereich 94 definiert. Wie oben erläutert, kann die äußere Grenze 92 ein Muster enthalten, wie etwa ein Schachbrettmuster. Ein solches Muster ist bei der vorliegenden Erfindung nicht erforderlich, kann jedoch nützlich sein, um die Genauigkeit und/oder Geschwindigkeit der Grenzanalyse zu verbessern. Ein solches Muster kann, falls gewünscht, in dem gesamten interessierenden Gebiet 90 vorgesehen sein. Zusätzlich kann bei einigen Ausführungsformen in dem Grenzbereich 92 ein anderes Muster als in dem Innenbereich 94 verwendet werden.
Das Betriebsmittel 96 ist innerhalb eines ausgeschlossenen Gebietes 98 dargestellt, welches durch eine innere Grenze 99 definiert ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Bewegung über die äußere Grenze 92 und die innere Grenze 99 hinweg während des Betriebs im stationären Zustand überwacht werden. Falls ein Objekt in eines dieser Gebiete eindringt, kann dann der Innenbereich 94 (das ausgeschlossene Gebiet 98) überwacht werden. Bei einer Ausführungsform kann das ausgeschlossene Gebiet 98 verwendet werden, um Objekte zu erfassen, welche während des Betriebs im stationären Zustand von dem Betriebsmittel 96 weggeschleudert werden oder sich auf andere Weise von ihm entfernen. Solche Objekte können auf einen Ausfall oder eine Funktionsstörung des Ausrüstungsgegenstands 96 hinweisen. Es ist denkbar, dass sich das Betriebsmittel 96 nicht innerhalb des ausgeschlossenen Gebietes 98 befindet, oder sich teilweise in dem ausgeschlossenen Gebiet 98 und teilweise in dem Innenbereich 94 befindet, oder sich vollständig im Inneren des ausgeschlossenen Gebietes 98 befindet. Die Wahl der Grenze des ausgeschlossenen Gebietes 98 kann darin bestehen einzuschätzen, ob das Betriebsmittel 96 bewegliche Teile hat, welche das Sicherheitssystem unterbrechen könnten, wenn sie nicht ignoriert werden.
5 ist perspektivische Ansicht eines Sicherheitskamerasystems, welches ein interessierendes Gebiet mit unregelmäßig geformten Rändern überwacht. Eine Kamera 110 ist über einem interessierenden Gebiet 114 mit einem Innenbereich 115 und einem Grenzbereich 116 angeordnet. Ein Betriebsmittel 112 befindet sich innerhalb des interessierenden Gebietes 114. Die Grenze 116 hat eine unregelmäßige Form und besteht aus Abschnitten 140, 142, 144, 146 und 148, wobei 142 gekrümmt ist. Die Kamera 110 erfasst ein Bild, das ein größeres Sichtfeld 130 enthält, welches unter einem Kegel 132 definiert ist. Eine Verarbeitungseinheit (nicht dargestellt) kann dann Pixel, welche Gebieten 134 und 136 entsprechen, aus der Analyse ausschließen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Benutzer, falls gewünscht, die Maße und die Form des interessierenden Gebietes 114 wählen.
In 5 ist außerdem dargestellt, dass die Kamera 110 nicht über dem gewünschten interessierenden Bereich 114 zentriert zu sein braucht. Ein Versetzen der Kamera 110 kann aus vielfältigen Gründen wünschenswert sein, etwa aufgrund räumlicher Beschränkungen usw. Außerdem kann, wenn angenommen wird, dass das Betriebsmittel 112 einen Teil 112A aufweist, welcher von besonderem Interesse ist, die Kamera 110 in einer bezüglich des interessierenden Gebietes 114 dezentrierten Art und Weise angeordnet sein, um für eine bessere Sicht auf den Teil 112A zu sorgen.
6A ist eine perspektivische Ansicht eines interessierenden Gebietes mit Durchbrüchen an der Grenze. Eine Kamera 160 ist über dem interessierenden Gebiet 164 angeordnet. Das interessierende Gebiet 164 ist in zwei Innenbereiche 165A und 165B aufgeteilt. Die Innenbereiche 165A und 165B sind durch ein Förderband 180 und eine Maschine 162 voneinander getrennt. Der Grenzbereich 166 ist durch Linien 194, 196, 198 und Linien 190, 192, 199 definiert. Das Förderband 180 durchquert wie dargestellt die Grenze 166. Bei einer bevorzugten Ausführungsform löst eine Bewegung entlang des Förderbandes 180 nicht das Sicherheitssystem aus, während eine Bewegung über die Grenzlinien 190, 192, 194, 196, 198, 199 hinweg dies tut.
6B ist eine Draufsicht des interessierenden Gebietes von 6A. Das Förderband 180 durchquert das interessierende Gebiet 164, wobei es den Innenbereich in zwei innere Gebiete 165A und 165B zerteilt und dadurch bewirkt, dass der Grenzbereich 166 nicht zusammenhängend ist. Die Grenze 166 ist aus verschiedenen Abschnitten 190, 192, 194, 196, 198, 199 zusammengesetzt, wie oben beschrieben. Das Betriebsmittel 162 verbindet das Förderband 180. Bei einer Ausführungsform wird eine Bewegung in dem durch das Förderband 180 bedeckten Gebiet ignoriert, so dass bei der Analyse im stationären Zustand die Grenzabschnitte 190, 192, 194, 196, 198, 199 überwacht werden, die nicht durch das Förderband 180 bedeckt sind. Bei einer anderen Ausführungsform wird bei der Innenanalyse das durch das Förderband 180 bedeckte Gebiet ignoriert, und es werden nur die Gebiete 165A und 165B analysiert. Bei der Innenanalyse kann das Gebiet über dem Betriebsmittel 162 analysiert werden oder auch nicht.
Wie die 6A und 6B zeigen, gibt es zwei innere Zonen 165A und 165B, welche durch eine einzige Kamera 160 überwacht werden. Es ist denkbar, dass eine ähnliche Vorgehensweise angewendet wird, um zwei oder mehr separate und/oder nicht in Zusammenhang stehende Sicherheitszonen unter Verwendung einer einzigen Kamera zu überwachen. Zum Beispiel könnte jede innere Zone 165A und 165B separate und/oder nicht in Zusammenhang stehende Betriebsmittel beinhalten oder umfassen, unter der Annahme, dass sich jede Sicherheitszone im Sichtfeld der Kamera befindet. Dies kann die Kosten der Bereitstellung des Sicherheitskamerasystems reduzieren. Außerdem, und in Abhängigkeit von der Anwendung, kann jede Zone auf eine andere Weise überwacht werden. Zum Beispiel ist es möglich, dass in einer Betriebsart "MASCHINE BESCHICKEN" nur der Innenbereich 165B überwacht wird, während der Innenbereich 165A nicht überwacht wird. In einer Betriebsart "LAUF" können beide Innenbereiche 165A und 165B überwacht werden. Dies ist nur ein Beispiel zur Veranschaulichung.
7A ist eine perspektivische Ansicht eines Sicherheitskamerasystems, das eine Überkopfkamera 210 und eine Seitenkamera 220 zum Überwachen eines interessierenden Gebietes 202 aufweist. Die Überkopfkamera kann zum Beispiel eine horizontale Bewegung im interessierenden Gebiet, wie oben beschrieben, überwachen. Dagegen kann die Seitenkamera 220 zum Beispiel eine vertikale Bewegung innerhalb des interessierenden Gebietes 202 überwachen. Es ist denkbar, dass ein Muster an einer Wand oder Ähnlichem im Sichtfeld der Seitenkamera angebracht wird, um eine Bewegung von Objekten innerhalb des interessierenden Gebietes erfassen zu helfen.
Eine weitere Veranschaulichung der Funktionsweise der Kameras für die beispielhafte Ausführungsform von 7A erfolgt in den 7B und 7C. 7B ist ein Schema, das ein mögliches Sichtfeld für die Überkopfkamera 210 zeigt, und sie zeigt ein interessierendes Gebiet 232. 7C ist ein Schema eines beispielhaften Sichtfeldes für die Seitenkamera 220. Die Seitenkamera 220 kann zum Beispiel eine vertikale Bewegung durch eine vordefinierte Ebene hindurch überwachen. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform weist das Sichtfeld 235 der Seitenkamera 220 einen schmalen ausgewählten Bereich 237 auf, welcher der gewünschten Ebene entspricht.
8A ist eine perspektivische Ansicht eines anderen Sicherheitskamerasystems, das zwei Sicherheitskameras 250 und 260 zum Überwachen eines interessierenden Volumens 270 aufweist. Bei der beispielhaften Ausführungsform ist eine erste Kamera 250 so positioniert, dass sie ein Bild unter einem Kegel 252 erfasst, der einen Kreis 254 entlang der horizontalen Ebene definiert, während eine zweite Kamera 260 so angeordnet ist, dass sie ein Bild unter einem Kegel 262 erfasst, der einen Kreis 264 in der vertikalen Ebene definiert.
8B ist ein Schema, welches das Sichtfeld 290 der ersten Kamera 250 von 8A zeigt, mit einem ersten ausgewählten interessierenden Gebiet 292. 8C ist ein Schema, welches das Sichtfeld 295 der zweiten Kamera von 8A zeigt, mit einem zweiten ausgewählten interessierenden Gebiet 297. In dem veranschaulichenden Beispiel ist das Volumen 270 ein Volumen mit sechs Seitenflächen, dessen Form durch die ausgewählten Gebiete 292, 297 und die Form der Kegel 252, 262 definiert ist. Die Form des interessierenden Volumens 270 kann verfeinert werden, indem zusätzliche Kameras verwendet werden oder indem verbesserte Kameras verwendet werden, welche zusätzliche Informationen innerhalb des entsprechenden Sichtfeldes erfassen können. Es können auch zusätzliche optische Vorrichtungen für die Formgebung des interessierenden Volumens 270 verwendet werden.
In 8A ist ein Objekt 299 innerhalb des interessierenden Volumens 270 dargestellt. Das Objekt 299 liegt entlang einer ersten Linie 256, die der Kamera 250 entspricht, und einer zweiten Linie 266, die der Kamera 260 entspricht. 8B zeigt, dass das Objekt 299 in einem ausgewählten Gebiet 292 zu finden ist, und 8C zeigt, dass das Objekt in einem ausgewählten Gebiet 297 zu finden ist. Da das Objekt 299 in beiden ausgewählten Gebieten 292 und 297 erscheint, liegt das Objekt innerhalb des interessierenden Volumens 270. Wenn sich das Objekt an einer Grenze eines der ausgewählten Gebiete 292 oder 297 befindet, befindet sich das Objekt an der Grenze des interessierenden Volumens 270.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform brauchen, wenn kein Objekt in das interessierende Volumen 270 eintritt oder sich innerhalb desselben befindet, nur diejenigen Abschnitte der ankommenden Bilder analysiert zu werden, welche der Grenze des interessierenden Volumens 270 entsprechen. Indem nur der Grenzbereich überwacht wird, kann die vorliegende Erfindung schnell erkennen, wenn die Grenze durch ein Objekt verletzt worden ist. Nachdem die Grenze verletzt worden ist, kann die vorliegende Erfindung zum Beispiel einen Alarm ertönen lassen, ein gefährliches Betriebsmittel in dem interessierenden Volumen deaktivieren oder irgendeine andere Vorsichtsmaßnahme durchführen; dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
Sobald die Grenze durch ein Objekt verletzt worden ist, kann die vorliegende Erfindung beginnen, das gesamte Volumen oder ausgewählte Bereiche innerhalb des Volumens des interessierenden Gebietes zu analysieren, je nachdem, was gewünscht wird. Dies kann einen gewissen Grad von Präsenzüberwachung des interessierenden Volumens gewährleisten. Bei einigen Ausführungsformen kann die Präsenzüberwachung mit einer langsameren Geschwindigkeit als die Grenzanalyse durchgeführt werden, insbesondere wenn eine oder mehrere Vorsichtsmaßnahmen bereits durch eine Grenzverletzung ausgelöst worden sind. Es ist denkbar, dass die beiden Arten der Analyse gleichzeitig oder nacheinander stattfinden, in Abhängigkeit von der Anwendung. Nachdem das Objekt das interessierende Volumen verlässt, erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise eine Rückkehr zum ursprünglichen stationären Zustand, und es werden nur die Grenzbereiche der ankommenden Bilder überwacht.
9 ist eine perspektivische Ansicht eines weiteren Sicherheitskamerasystems, das zwei Sicherheitskameras zum Überwachen eines interessierenden Gebietes aufweist. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform ist das interessierende Gebiet in 300 dargestellt, und es ist durch eine Grenze 302 definiert. Die Eckpunkte 306 und 308 sind ebenfalls dargestellt, wobei Kameras 310 und 320 über den Eckpunkten angeordnet sind. Eine erste Kamera 310 erfasst Bilder unter einem Kegel 312, der durch ein Sichtfeld 314 definiert ist. Eine zweite Kamera 320 erfasst gleichfalls Bilder unter einem Kegel 322, der durch ein Sichtfeld 324 definiert ist. Es kann dann eine ebene Grenze definiert werden, die durch ein Polygon 330 und zwei Dreiecke 332 und 334 definiert ist. Die Form und die Mittelpunktshöhe des Polygons 330 können geändert werden, indem die Winkel der Kameras 310 und 320 bezüglich des interessierenden Gebiets 300 eingestellt werden, indem unterschiedliche Kameras 310 und 320 verwendet werden, indem zusätzliche Kameras hinzugefügt werden usw. Falls gewünscht, kann die Grenze als nur das Gebiet innerhalb des Polygons 330 enthaltend definiert werden, so dass folglich ein Gebiet überwacht wird, das nur von beiden Kameras 310 und 320 erfasst wird. Nachdem die Grenze definiert ist, überwacht die vorliegende Erfindung vorzugsweise die Grenze in Bezug auf eine Verletzung durch ein Objekt. Nach einer Verletzung beginnt die vorliegende Erfindung vorzugsweise, das gesamte Gebiet oder ausgewählte Bereiche des interessierenden Gebietes 300 zu analysieren, wie oben beschrieben.
Wie in den 1–9 dargestellt, gibt es vielfältige Konfigurationen, welche verwendet werden können, um eine Grenzverletzung zu erkennen und/oder ein interessierendes Gebiet zu überwachen. Viele andere Konfigurationen sind ebenfalls möglich. Auswahl und Ausschluss von Daten, zusammen mit der Anbringung mehrerer Kameras und der Veränderung von Winkeln einer einzigen oder mehrerer Kameras, und andere Ausführungsformen können verwendet werden, um je nach Wunsch Grenzen, Gebiete und Volumina vieler Formen, Größen, Konfigurationen und Anzahlen zu überwachen.
10A ist eine perspektivische Ansicht eines interessierenden Gebietes 350 mit einem Objekt 370, das gerade die Grenze 352 des interessierenden Gebietes 350 erreicht. Das Betriebsmittel 356 befindet sich in dem interessierenden Gebiet 350, und das Objekt 370 ist unmittelbar an der Grenze 352 einer Pyramide 362 dargestellt, die den Umriss eines ausgewählten Gebietes innerhalb des Sichtfeldes einer Kamera 360 bildet. Kein anderes Objekt wird im Inneren 354 des interessierenden Gebietes 350 beobachtet. 10B ist eine Ansicht von oberhalb des interessierenden Gebietes 350 und des Objekts 370 von 10A.
Bei einem Betrieb im stationären Zustand, das heißt wenn kein Objekt in das interessierende Gebiet eintritt oder sich innerhalb desselben befindet, werden nur diejenigen Abschnitte der ankommenden Bilder analysiert, welche der Grenze 352 des interessierenden Gebietes 350 entsprechen. Wenn die Grenzanalyse durchgeführt wird, kann ein jüngstes Bild der Grenze 352 mit mindestens einem Referenzbild verglichen werden. Das Referenzbild kann ein einziges Bild sein, das zu einem einzigen Zeitpunkt aufgenommen wurde, oder das Referenzbild kann periodisch aktualisiert werden. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird das Referenzbild nach einem eingestellten Zeitintervall aktualisiert. Stattdessen oder zusätzlich kann das Referenzbild beim Eintreten eines Ereignisses aktualisiert werden, wie etwa bei einem externen Signal, welches anfordert, dass ein neues, aktualisiertes Bild aufzunehmen ist, oder in Reaktion auf eine Änderung des Zustands der Grenze 352 des interessierenden Gebiets 350. Bei einigen Ausführungsformen kann mehr als ein Referenzbild vorhanden sein, wobei ein erstes Referenzbild ein eingestelltes Bild oder ein jüngstes Bild sein kann und ein zweites Referenzbild das vorletzte aufgenommene Bild sein kann, so dass ein erster Vergleich mit einem Bild unmittelbare Änderungen der Grenze 352 des interessierenden Gebietes 350 zeigen kann, während ein zweiter Vergleich akkumulierte Änderungen zeigen kann. In jedem Falle kann durch Überwachen allein des Grenzbereiches 352 die vorliegende Erfindung schnell erkennen, wenn die Grenze 352 durch das Objekt 370 verletzt worden ist. Nachdem die Grenze 352 verletzt worden ist, bewirkt die vorliegende Erfindung vorzugsweise das Auslösen eines akustischen Alarms, das Deaktivieren gefährlicher Betriebsmittel 356 im interessierenden Gebiet 350 und/oder die Durchführung irgendeiner anderen Vorsichtsmaßnahme; dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.
11A ist eine perspektivische Ansicht eines interessierenden Gebietes 400 mit einem Objekt 420, das bereits die Grenze 402 des interessierenden Gebietes 400 überquert. 11B ist eine Ansicht von oberhalb des interessierenden Gebietes 400 und des Objekts 420 von 11A. Nachdem die Grenze 352 durch das Objekt 420 verletzt worden ist, beginnt die vorliegende Erfindung vorzugsweise, das gesamte Gebiet 404 oder ausgewählte Bereiche innerhalb der Grenze 402 des interessierenden Gebietes 400 zu analysieren. Dies kann einen gewissen Grad von Präsenzüberwachung des interessierenden Gebietes 400 gewährleisten. Bei einigen Ausführungsformen kann die Präsenzüberwachung mit einer langsameren Geschwindigkeit als die Grenzanalyse durchgeführt werden, insbesondere wenn eine oder mehrere Vorsichtsmaßnahmen bereits durch eine Grenzverletzung ausgelöst worden sind. Es ist denkbar, dass die beiden Arten der Analyse gleichzeitig oder nacheinander stattfinden, in Abhängigkeit von der Anwendung. Bei einigen Ausführungsformen ist der Innenbereich so definiert, dass er auch den Grenzbereich mit beinhaltet.
Bei einigen Ausführungsformen kann das Sicherheitsüberwachungssystem nach einem zweiten auslösenden Ereignis zu dem ursprünglichen stationären Zustand zurückkehren und überwacht nur den Grenzbereich der ankommenden Bilder. Das zweite auslösende Ereignis kann zum Beispiel ein Eingangssignal "manuelle Rücksetzung" sein, das Ablaufen einer Zeit, während der sich das Objekt 420 bezüglich des Inneren 404 oder der Grenze 402 des interessierenden Gebietes 400 nicht bewegt hat, der Austritt des Objekts 420 aus dem interessierenden Gebiet 400, eine Bestimmung, dass das Objekt 420 kleiner als irgendeine vorgegebene Mindestgröße ist, usw.
12A ist eine perspektivische Ansicht eines interessierenden Gebietes 450 mit einem Objekt 470, das sich vollständig innerhalb des interessierenden Gebietes 450 befindet. 12B ist eine Ansicht von oberhalb der beispielhaften Zeichnung von 12A. Bei einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung würde das Objekt 470 nicht bei der Analyse der Grenze 452 des interessierenden Gebietes 450 bemerkt, sondern es würde als eine Veränderung im Inneren 454 des interessierenden Gebietes 450 während der Überwachung des Inneren erscheinen, welche beginnen kann, wenn das Objekt 470 die Grenze 452 verletzt. Wie oben angegeben, kann das Sicherheitsüberwachungssystem nach einem zweiten auslösenden Ereignis zu dem ursprünglichen stationären Zustand zurückkehren. Das zweite auslösende Ereignis kann zum Beispiel ein Eingangssignal "manuelle Rücksetzung" sein, das Ablaufen einer Zeit, während der sich das Objekt 420 bezüglich des Inneren 404 oder der Grenze 402 des interessierenden Gebietes 400 nicht bewegt hat, der Austritt des Objekts 420 aus dem interessierenden Gebiet 400, eine Bestimmung, dass das Objekt 420 kleiner als irgendeine vorgegebene Mindestgröße ist, usw. Wenn eine Rückkehr zu dem ursprünglichen stationären Zustand erfolgt, während sich das Objekt noch innerhalb des interessierenden Gebietes befindet, kann das Sicherheitssystem das Referenzbild aktualisieren, so dass es die Änderung im Inneren 454 und/oder an der Grenze 452 des interessierenden Gebietes 450 widerspiegelt.
13 ist ein Blockschaltbild, das ein beispielhaftes Sicherheitskamerasystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Bildanalyseblock 500 empfängt ein Eingangssignal 502 von zum Beispiel einer Digital- oder Analog-Videokamera, einem CCD oder Ähnlichem. Das Eingangssignal 502 kann ein Synchronisationssignal enthalten, oder ein anderes Signal, um anzuzeigen, wann während des Datenstroms Daten beginnen, die zu einem neuen Frame (Rahmen) gehören. Das Eingangssignal 502 wird verwendet, um ein Eingangsbild oder einen Eingangs-Frame 504 zu liefern, welcher in einem Speicher oder einer Datei gespeichert werden kann.
Nachdem durch einen Eingangsbildblock 504 ein neues Bild empfangen worden ist, kann ein Signal zu dem Steuerungsblock 520 gesendet werden. Der Steuerungsblock kann den Betrieb des Bildanalyseblocks 500 steuern. Wenn zum Beispiel ein neues Referenzbild gewünscht wird, kann der Steuerungsblock 520 den Aktualisierungsblock 506 benachrichtigen, welcher das aktuelle Bild zu dem Referenzbild-Speicherblock 508 überträgt.
Der Auswahlblock 510 kann einem Benutzer ermöglichen, zum Beispiel ein interessierendes Gebiet, Grenzen, ausgeschlossene Gebiete usw. zu definieren. Ob der Auswahlblock 510 und/oder der Steuerungsblock 520 irgendwelche Definitionsdaten für Gebiet, Inneres und Grenze beschaffen, ist von den Erfordernissen und Kapazitäten des speziellen Systems abhängig. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Maske über der (den) Kamera(s) verwendet werden, um das Sichtfeld der Kameras zu begrenzen, um die Menge an Daten zu verringern, welche gespeichert und/oder verarbeitet werden müssen.
Während das Eingangsbild 504 an dem Auswahlblock 510 empfangen wird, greift der Auswahlblock 510 auch auf den Referenzbildspeicher 508 zu. Teile jedes dieser Bilder werden dann zu dem Grenzanalyseblock 512 gesendet, gemäß Anweisungen, die entweder vom Steuerungsblock 520 kommen oder im Auswahlblock 510 gespeichert sind. Der Grenzanalyseblock 512 empfängt Bilddaten von dem Auswahlblock 510 und bestimmt, ob ein Objekt in den Bereich des Eingangsbildes 504 eingedrungen ist, welcher als die Grenze definiert ist. Der Grenzanalyseblock 512 sendet ein Ausgangssignal zum Steuerungsblock 520, das die Ergebnisse der Grenzanalyse anzeigt.
Bei einigen Ausführungsformen kann der Auswahlblock 510 Daten zu dem Innenanalyseblock 514 senden, nachdem ein auslösendes Ereignis eingetreten ist, wie etwa die Erfassung eines Objekts durch den Grenzanalyseblock 512. Der Steuerungsblock 520 kann den Auswahlblock 510 anweisen, diese Daten zu senden, oder der Steuerungsblock 520 kann ein Signal, welches anzeigt, dass eine Verletzung stattgefunden hat, an den Auswahlblock 510 weiterleiten, welches Anweisungen dazu enthalten kann, wie zu reagieren ist. Der Innenanalyseblock 514 kann Daten empfangen, die den Innenbereich des interessierenden Gebietes betreffen, und kann bei einer Aufforderung von dem Auswahlblock 510 oder Steuerungsblock 520 eine Analyse des Inneren des interessierenden Gebietes durchführen. Der Innenbereich des interessierenden Gebietes kann bei einigen Ausführungsformen auch den Grenzbereich mit beinhalten. Nach Abschluss einer solchen Analyse kann der Innenanalyseblock 514 ein Signal an den Steuerungsblock 520 zurücksenden, das die Ergebnisse der Innenanalyse anzeigt.
Es können auch externe Eingänge und Ausgänge 530 mit dem Steuerungsblock 520 verbunden sein. Einige Eingänge können zum Beispiel ein manueller Alarm, ein Rücksetzschalter, ein Neustartschalter, Kommunikationsverbindungen zum Aktualisieren von Definitionsdaten, welche das interessierende Gebiet, Inneres und Grenzen betreffen, Betriebsmittelzustands-Überwachungsvorrichtungen, Ein/Aus-Schalter usw. sein. Einige Ausgänge können zum Beispiel eine Verbindung zu Betriebsmitteln oder Maschinen sein, welche die Geschwindigkeit, den Betrieb, den Zustand oder andere Eigenschaften steuern, darunter, ob ein solches Betriebsmittel oder eine solche Maschine ein- oder ausgeschaltet ist, eine Verbindung zu einer Bremse zum Anhalten von Betriebsmitteln oder Maschinen, zu akustischen oder optischen Alarmanlagen, Kommunikationsverbindungen zu Notdiensten, Überwachungseinrichtungen, Sicherheits-, Instandhaltungs-, Aufsichts- oder anderen Wartungseinrichtungen oder Personal usw.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Steuerungsblock 520 unter gewissen Bedingungen die Innenanalyse 514 ausschalten, zum Beispiel wenn bestimmt wird, dass keine Grenzverletzung stattgefunden hat. Ferner können bei einigen Ausführungsformen die Grenzanalyse und die Innenanalyse zu unterschiedlichen Zeiten durch dieselbe Verarbeitungseinheit durchgeführt werden, wie zum Beispiel im Zusammenhang mit 19 (Prozessor 2, 890) dargestellt und beschrieben ist.
Es ist denkbar, dass einige oder alle Erfassungsbilder und/oder Referenzbilder für eine spätere Betrachtung gespeichert werden, falls gewünscht. Zum Beispiel wenn eine Verletzung erkannt worden ist, können die Erfassungs- und/oder die Referenzbilder auf einem Speichermedium gesichert werden, wie etwa einer Festplatte, einem RAM, einer Kompaktdisk, einem Magnetband oder irgendeinem anderen Speichermedium. Zu einem späteren Zeitpunkt können die Bilder betrachtet werden, um die Situation zu identifizieren, welche eingetreten ist.
Um dazu beizutragen, die Gesamtzuverlässigkeit des Systems zu erhöhen, ist es denkbar, dass zwei oder mehr Bildanalyseblöcke 500 vorgesehen sind, wobei jeder ein Eingangssignal 502 zum Beispiel von einer Digital- oder Analog-Videokamera, einem CCD oder Ähnlichem empfängt. Bei dieser Ausführungsform können beide Bildanalyseblöcke 500 das Erfassungsbild analysieren und dem Steuerungsblock 520 Signale zuführen. Der Steuerungsblock 520 kann dann externe Ausgangssignale nur liefern, wenn beide Bildanalyseblöcke 500 darin übereinstimmen, dass ein externes Ausgangssignal gerechtfertigt ist.
Stattdessen oder zusätzlich können zwei oder mehr Abbildungsvorrichtungen wie etwa Digital- oder Analog-Videokameras, CCDs oder Ähnliches vorgesehen sein, von denen jede einem entsprechenden Steuerungsblock 520 ein Bild des interessierenden Gebietes liefert. Bei dieser Ausführungsform können alle Bildanalyseblöcke 500 die entsprechenden Bilder analysieren und dem Steuerungsblock 520 Signale zuführen. Der Steuerungsblock 520 kann dann externe Ausgangssignale nur liefern, wenn alle Bildanalyseblöcke 500 darin übereinstimmen, dass ein externes Ausgangssignal gerechtfertigt ist.
14 ist ein anderes Blockschaltbild, das ein beispielhaftes Sicherheitskamerasystem gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform können Eingänge 560 eines Steuerungsblocks 550 unter anderem von dem Betriebsmittel erzeugte Informationen 562 sein, wie etwa Arbeitsgeschwindigkeit des Betriebsmittels, Flüssigkeitsstände, Innentemperatur, Signale der Unversehrtheit der Abdeckung oder Ummantelung, Fehlersignale und andere Informationen, welche Zustand, Instandhaltung oder Betrieb des Betriebsmittels betreffen. Falls das Betriebsmittel zum Beispiel eine Verbrennungskraftmaschine ist, könnten von dem Betriebsmittel erzeugte Informationen unter anderem Anzeigen von Öldruck, Kraftstoffstand, Temperaturniveau usw. sein. Andere Eingänge 560 können zum Beispiel manuelle Rücksetzung 564 und manuelle Abschaltung 566 sein.
Wie für die beispielhafte Ausführungsform ebenfalls dargestellt ist, können zu den Ausgängen 570 von dem Steuerungsblock 550 ein Ausgang zu dem Betriebsmittel 572 und andere Ausgänge 574 gehören. Der Ausgang zu dem Betriebsmittel 572 kann unter anderem Signale beinhalten, wie Aus, Leerlauf, Hochfahren, Anhalten, oder er könnte eine Bremse betätigen, die Arbeitsgeschwindigkeit regeln, Not-Sicherheitseinrichtungen schließen usw. Andere Ausgänge 574 könnten Sirenen, Glocken, Pfeifen, Lichter und Notsignale zum Warnen von Notfallteams sein, oder vielleicht eine Speichereinrichtung beinhalten, welche den Zeitablauf und die Anzahl von Nachrichten "Unsicherer Zustand" verfolgen könnte, die von dem Sicherheitsüberwachungssystem erzeugt werden.
15 ist ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Beziehung zwischen Grenzanalyse- und Innenanalysefunktion gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der beispielhaften Ausführungsform wird der Sicherheitsausgang 646 verwendet, um das Betriebsmittel zu deaktivieren, einen Alarm einzuleiten usw. Der Sicherheitsausgang wird durch eine Boolesche UND-Funktion 644 er zeugt, welche den Grenzanalyse-Ausgang 640 mit dem Innenanalyse-Ausgang 642 durch UND verknüpft. Das heißt, der Grenzanalyse-Ausgang 640 muss anzeigen, dass kein Objekt die Grenze verletzt hat, UND der Innenanalyse-Ausgang 642 muss anzeigen, dass sich gegenwärtig kein Objekt im Inneren des interessierenden Bereichs befindet, bevor das Sicherheits-Ausgangssignal 646 auf Hochpegel (HIGH) gesetzt wird. Bei einer Ausführungsform kann das Betriebsmittel in der Sicherheitszone nur betrieben werden, wenn der Sicherheitsausgang 646 HIGH ist.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Grenzanalyse 600 eine schnelle Untersuchung einer Mindestanzahl von Pixeln beinhalten, um festzustellen, ob eine Zugangsverletzung erfolgt ist. In vielen Fällen wird der Grenzbereich eine kleinere Anzahl von Pixeln als der Innenbereich enthalten. Die Grenzanalyse-Algorithmen sind vorzugsweise so optimiert, dass sie die begrenzte Anzahl von Pixeln mit der schnellstmöglichen Reaktionszeit analysieren.
Ein Weg, um eine schnelle, zuverlässige und robuste Objekterkennung entlang eines Grenzbereiches zu erreichen, besteht darin, eine Referenzmarkierung auf dem Fußboden entlang der gewünschten Grenze vorzusehen, wie etwa mit einem Band oder mit Farbe. Ein Beispiel einer solchen Vorgehensweise ist weiter oben in 4B dargestellt. Ein bevorzugtes Verfahren zum Durchführen einer Objekterkennung unter Verwendung einer Referenzmarkierung wird in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Seriennr. H16-26483 offenbart. Eine solche Referenzmarkierung ist jedoch für die vorliegende Erfindung nicht unbedingt erforderlich. Bei einer beispielhaften Ausführungsform vergleicht die Grenzanalyse 600 die Randpixel in dem aktuellen Bild mit denjenigen im Referenzbild. Falls ein Bereich erkannt wird, wo die berechnete Differenz größer als ein festgelegter Schwellwert ist, kann eine detailliertere Analyse für den Bereich durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob die Differenz auf ein eindringendes Objekt, einen Schatten oder irgendeine andere Ursache zurückzuführen ist. Falls ermittelt wird, dass die Differenz durch einen Schatten bedingt ist, wird die Grenzanalyse vorzugsweise fortgesetzt, indem andere Bereiche auf erkannte Differenzen untersucht werden.
Bei einigen Ausführungsformen kann die Grenzanalyse enden, wenn eine der folgenden Bedingungen eintritt: Es wird ein Objekt an der Grenze erkannt; für sämtliche Differenzen wurde ermittelt, dass es sich um Schatten oder andere Nicht-Objekte handelt; oder die für die Durchführung der Grenzanalyse zur Verfügung stehende Zeit ist abgelaufen. Das für die Objekterkennung verwendete Auflösungsvermögen ist vorzugsweise so eingestellt, dass Hände, Füße oder andere Objekte von ähnlicher (oder geringerer) Größe erkannt werden, welche wahrscheinlich zuerst die Grenze durchdringen. Nachdem die Objektgröße eingestellt ist, kann die Objekterkennung darauf begrenzt werden, nur Objekte der festgelegten Größe oder größere Objekte zu erfassen. Bei einigen Ausführungsformen wird die Mindestgröße von zu erfassenden Objekten automatisch aus einem Referenzobjekt, Referenzmarkierungen oder irgendeinem anderen Merkmal in dem Referenzbild während einer Konfigurationsprozedur bestimmt. Außerdem kann die Mindestgröße der zu erfassenden Objekte für die Grenzanalyse eine andere sein als für die Innenanalyse. Zum Beispiel kann die Mindestgröße von Objekten, die für die Grenzanalyse verwendet wird (z. B. Hand), kleiner sein als die Mindestgröße, die für die Innenanalyse verwendet wird (Arm, Rumpf usw.).
Die Grenzanalyse 600 kann für jedes erfasste Bild so durchgeführt werden, dass eine minimale Reaktionszeit erreicht wird. Das heißt, die Grenzanalyse 600 kann durch die Ankunft eines neuen Frames von einer Bildeingabevorrichtung wie etwa einer Kamera ausgelöst werden.
Bei anderen Ausführungsformen kann die Grenzanalyse 600 bei weniger als allen empfangenen Bildern durchgeführt werden, wobei einige der empfangenen Frames verwendet werden, um einen Bildüberprüfungsprozess durchzuführen, um zum Beispiel zu helfen sicherzustellen, dass die Bilderfassungsvorrichtungen (z. B. Kameras) einwandfrei funktionieren. Zum Beispiel kann, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 22 dargestellt und beschrieben wird, eine Hälfte der Frames für eine Grenzanalyse verwendet werden, während die andere Hälfte für Prozeduren zur Kameraüberprüfung verwendet werden kann.
Der Innenanalyseblock 602 kann bestimmen, ob irgendein neues, unerwartetes oder unerwünschtes Objekt innerhalb des interessierenden Gebietes vorhanden ist. Die Innenanalyse 602 kann bei einigen Ausführungsformen darauf begrenzt sein, Objekte zu finden, die größer als eine festgelegte Mindestgröße sind. Kleinere Objekte und Trümmer auf dem Fußboden können bei einigen Ausführungsformen oder Anwendungen ignoriert werden. Die Innenanalyse 602 muss möglicherweise nicht für jeden empfangenen Frame durchgeführt werden, sondern kann stattdessen nach Bedarf aufgerufen werden, wenn sie benötigt wird, zum Beispiel nach einem auslösenden Ereignis wie etwa der Verletzung, die durch den Grenzanalyseblock 600 erkannt wurde.
Die Analyse des Inneren eines interessierenden Gebietes muss normalerweise mehr Pixel verarbeiten und kann mehr Rechenzeit erfordern als die Grenzanalyse 600. Um die Geschwindigkeit und Robustheit der Innenanalyse 602 erhöhen zu helfen, kann eine Referenzmarkierung auf dem Fußboden des Inneren des interessierenden Gebietes vorgesehen werden. Bei einigen Anwendungen ist es jedoch eventuell nicht wünschenswert oder möglich, dies zu tun. Eine längere Reaktionszeit kann für die Innenanalyse 602 akzeptabel sein, da sie nicht für die erste Erkennung einer Sicherheitsverletzung verwendet wird, sondern vielmehr für eine Innenanalyse verwendet werden kann, welche stattfindet, nachdem eine Grenzverletzung erkannt wurde. Die langsamen Algorithmen und die langsamere Analyse können daher akzeptabel sein, weil sich das System bereits der Sicherheitsverletzung "gewahr" ist und eventuell Abhilfemaßnahmen erfolgt sind, zum Beispiel die Abschaltung einer gefährlichen Maschine oder das Auslösen von Alarmsystemen.
Die Prozeduren der Grenzanalyse 600 und Innenanalyse 602 können zusammen verwendet werden, um die Sicherheit für das Gesamtsystem aufrechtzuerhalten. Das Zusammenwirken dieser zwei Analysen kann man sich als ein Tor vorstellen, welches die Sicherheitszone "schließt". Wenn die Grenzanalyse 600 bestimmt, dass kein Objekt gerade in die Sicherheitszone eintritt, ist die Grenze der Sicherheitszone "geschlossen". Die Innenanalyse kann dann durchgeführt werden, um zu bestimmen, ob ein Objekt im Inneren der Sicherheitszone vorhanden ist. Nachdem festgestellt worden ist, dass das Innere leer ist, und keine weitere Grenzverletzung eintritt, befindet sich das System in der sicheren Betriebsart, oder der Betriebsart des ursprünglichen stationären Zustands. Solange die Grenze "geschlossen" bleibt (keine Zugangsverletzung), verbleibt das System vorzugsweise in der sicheren Betriebsart, oder Betriebsart des ursprünglichen stationären Zustands.
Manchmal tritt während der Zeit, während der die Innenanalyse 602 durchgeführt wird, eine Grenzverletzung ein. In diesem Falle kann die Innenanalyse 602 mit einem neuen Frame wiederholt werden, der erhalten wird, nachdem die Grenze wieder frei ist, da eine Grenzverletzung während einer ersten Innenanalyse darauf hindeuten kann, dass ein zusätzliches Objekt in die Sicherheitszone eingetreten ist, welches nicht in dem Frame enthalten ist, der während der ersten Innenanalyse verwendet wird.
16 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Durchführung der Innen- und Grenzanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. In 16 sind der Grenzanalyseblock 600 und der Innenanalyseblock 602 von 15 dargestellt, umrandet mit gestrichelten Linien. Nachdem das beispielhafte System eingeschaltet oder zurückgesetzt worden ist, bestimmt das System vorzugsweise, ob die Sicherheitszone (z. B. interessierendes Gebiet) leer ist, bevor es den Sicherheitsausgang 646 aktiviert. Zu diesem Zweck wartet das beispielhafte Steuerungssystem vorzugsweise auf eine Anzeige, dass die Grenze derzeit nicht verletzt wird, wie durch Block 622 dargestellt. Der Grenzanalyseblock 600 bestimmt, ob eine Grenzverletzung vorliegt, indem er ein nächstes aktuelles Bild erhält, die Grenze des aktuellen Bildes analysiert, wie in 604 dargestellt, und bestimmt, ob eine Grenzverletzung vorliegt, wie in 606 dargestellt. Falls eine Grenzverletzung vorliegt, wird der Sicherheitsausgang des Grenzanalyseblockes 600 auf null gesetzt, wie in 610 dargestellt. Falls in 606 keine Grenzverletzung erkannt wird, wird ein nächstes aktuelles Bild empfangen, und der Prozess wird wiederholt.
Nachdem keine Grenzverletzung erkannt worden ist, empfängt der Innenanalyseblock 602 ein neues aktuelles Bild des interessierenden Gebietes, wie in 624 dargestellt. Der Innenanalyseblock 602 analysiert dann das Innere der Sicherheitszone, wie in 626 dargestellt. Nach Abschluss der Innenanalyse 626 kann das System bestimmen, ob eine Verletzung des Inneren vorgelegen hat, wie in 628 dargestellt. Falls eine Verletzung des Inneren vorgelegen hat, kann das System zu Block 622 zurückkehren und auf eine Anzeige warten, dass die Grenze nicht mehr verletzt wird. Falls keine Verletzung des Inneren vorliegt, kann das System prüfen, ob die Grenze während der Innenanalyse verletzt worden ist, wie in 630 dargestellt. Bei einigen Ausführungsformen können die empfangenen Frames während der Innenanalyse in einem Speicher gespeichert werden. Nachdem die Innenanalyse abgeschlossen ist, kann eine Grenzanalyse 600 in einer relativ kurzen Zeitspanne an den gespeicherten Frames durchgeführt werden, und das System kann schlussfolgern, dass während der Innenanalyse keine Grenzverletzung eingetreten ist. Falls die Grenze verletzt worden ist, kann das System zu Block 622 zurückkehren und auf eine Anzeige warten, dass die Grenze nicht mehr verletzt wird.
Falls bei Block 630 keine Grenzverletzung während der Innenanalyse eingetreten ist und die Innenanalyse 628 bestimmt, dass keine Verletzung des Inneren erfolgt hat, kann das System ein Ausgangssignal erzeugen, das anzeigt, dass das System sicher ist, wie in 632 dargestellt. Sobald das System sicher ist, kann es in den Zustand LAUF eintreten, wie in 634 dargestellt.
Wenn sowohl die Grenzanalyse 600 als auch die Innenanalyse 602 sichere Bedingungen anzeigen, kann das Sicherheits-Ausgangssignal 646 auf Hochpegel gesetzt werden, was sichere Betriebsbedingungen anzeigt. Der Zustand LAUF (RUN) 634 ist ein sicherer oder stationärer Zustand, in welchem das beispielhafte System keine weitere Innenanalyse durchführt, bis eine Grenzverletzung erkannt wird. Wenn eine Grenzverletzung erkannt wird, kehrt das System zu Block 622 zurück und wartet auf eine Anzeige, dass die Grenze nicht mehr verletzt wird.
17 ist ein Zustandsübergangsdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Im Zustand "Initialisierung" 750 kann das System bestimmen, ob eine gegenwärtige Konfiguration gültig ist oder eine neue Konfiguration von Referenzbild und Sicherheitszone notwendig oder wünschenswert ist. Im Zustand "Konfiguration" 760 kann das System mit einem Bediener kommunizieren, um ein neues Referenzbild zu erfassen, eine gewünschte Sicherheitszone zu definieren und/oder die benötigten Konfigurationsdaten zur Verwen dung in den Sicherheits-Überwachungsprozeduren zu berechnen. Es ist denkbar, dass das System automatisch den Grenzbereich und/oder Innenbereich in dem Referenzbild anhand einer Referenzmarkierung identifiziert, die in dem interessierenden Gebiet positioniert ist. Die Referenzmarkierung kann zum Beispiel ein Muster auf dem Fußboden sein usw. Nachdem die Konfiguration abgeschlossen ist (und durch den Bediener akzeptiert wurde), kann das System zu dem Zustand "Frei" 780 umschalten, in welchem die Innenanalyse durchgeführt wird. Die Grenzanalyse kann zu diesem Zeitpunkt ebenfalls starten und kontinuierlich immer dann ausgeführt werden, wenn ein neuer Frame empfangen wird, oder, bei einer alternativen beispielhaften Ausführungsform, beim Empfang jedes zweiten neuen Frames. Wenn Grenze und Inneres der Sicherheitszone als frei von Sicherheitsverletzungen bestimmt worden sind, schaltet das System zum Zustand "Lauf" 790 um. Der Sicherheitsausgang kann zu diesem Zeitpunkt ebenfalls aktiviert werden, während die Grenzanalyse fortgesetzt wird. Wenn eine Grenzzugangs-Verletzung erkannt wird, deaktiviert das System vorzugsweise den Sicherheitsausgang und schaltet entweder zum Zustand "Halt" 799 um (für einen manuellen Neustart), oder zum Zustand "Frei" 780 (falls ein automatischer Neustart gewünscht wird).
Bei einigen Anwendungen können sich die Lichtverhältnisse im Verlaufe des Tages erheblich ändern. Unter diesen Bedingungen kann es wünschenswert sein, eine Prozedur zum automatischen Aktualisieren des Referenzbildes und der Konfigurationsdaten zu integrieren, um sich ändernde Lichtverhältnisse zu berücksichtigen. Solange keine Sicherheitsverletzung vorliegt (im Zustand "Lauf" 790), kann das System periodisch zum Zustand "Aktualisieren" 770 umschalten, um ein neues Referenzbild zu erfassen und neue Konfigurationsdaten, die dem neuen Referenzbild entsprechen, zu berechnen. Falls eine gültige Konfiguration erreicht wird und keine Sicherheitsverletzung bei der neuen Konfiguration vorhanden ist, kann das System zum Zustand "Lauf" 790 zurückkehren. Stattdessen kann auch, falls eine Sicherheitsverletzung vorgelegen hat und das System nicht in der Lage ist zu bestätigen, dass das Innere der Sicherheitszone leer ist (zum Beispiel aufgrund irgendeiner extremen Änderung der Lichtverhältnisse), ein Bediener sich dafür entscheiden, die Aktualisierungsprozedur manuell auszulösen. Das System kann einen Ausgang aufweisen, der auf eine Lichtquelle gerichtet ist, welche verändert werden kann, wenn sich die Umgebungslichtverhältnisse ändern, um eine konsistente Beleuchtung in dem interessierenden Gebiet aufrechtzuerhalten. Das System kann dann ein neues Referenzbild für die aktuellen Lichtverhältnisse erfassen und versuchen, zum Zustand "Lauf" 790 zurückzukehren, falls eine gültige Konfiguration erhalten wird und die Sicherheitszone als leer bestimmt wird.
18 ist ein Blockschaltbild, das einen beispielhaften Datenfluss und eine beispielhafte Datenanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Für die beispielhafte Ausführungsform ist eine Bilderfassungsvorrichtung dargestellt, und diese ist vorzugsweise eine standardmäßige Schwarz-Weiß-CCD-Videokamera 810, welche mit dreißig Frames pro Sekunde arbeitet. Die Verwendung einer Farb- oder CMOS-basierten Kamera ist ebenfalls denkbar. Andere Bildfrequenzen sind ebenfalls möglich, und sie beeinflussen dann die Reaktionszeit des Systems. Bei der beispielhaften Ausführungsform wird ein analoges Ausgangssignal von der Kamera 810 durch einen Analog-Digital-Wandler 802 in eine Acht-Bit-Ziffernfolge von Leuchtdichtedaten (Pixeln) umgewandelt. Ein Pixelverarbeitungsblock 804 führt an dem digitalisierten Ausgangsignal der Kamera 810 eine Anfangsanalyse durch.
Für schnellere Reaktionszeiten kann die Pixel-Verarbeitungseinrichtung zum Beispiel zwei nach dem Pipeline-Prinzip arbeitende Verarbeitungselemente verwenden, wie in 24 dargestellt. Ein Prozessor der ersten Stufe kann gewählt werden, um eine ausreichende Geschwindigkeit sicherzustellen, um die erste Verarbeitung der von der Kamera 810 empfangenen Pixeldaten durchzuführen. Pixeldaten können zum Beispiel mit einer Frequenz von ungefähr 12,5 MHz für ein standardmäßiges Videoeingangssignal empfangen werden. Der Prozessor der ersten Stufe kann zum Beispiel die Schritte des ersten Sortierens und der Akkumulation des Objekterkennungsalgorithmus für die Pixel an der Grenze der Sicherheitszone in jedem von der Kamera 810 erzeugten Bild ausführen. Diese Zwischenergebnisse werden vorzugsweise in einem Speicher gespeichert, wie in 820 dargestellt. Wenn durch den Steuerungsblock 850 entsprechende Befehle ausgegeben werden, kann der Prozessor der ersten Stufe auch eine Anfangsoperation der Differenzierung und Schwellwertverarbeitung (Thresholding) als ersten Schritt der Innenanalyseprozedur ausführen.
Ein Prozessor der zweiten Stufe kann zum Beispiel ein standardmäßiger Mikrocontroller sein, welcher die im Speicher 820 gespeicherten Ergebnisse der Anfangsanalyse empfängt und die restliche Verarbeitung der Grenz- und Innenanalyse durchführt, um den korrekten Zustand des Sicherheitsausgangs zu bestimmen, wie in 840 dargestellt. Der Prozessor der zweiten Stufe kann auch die Steuerungsfunktion implementieren, wie in 850 dargestellt. Der Prozessor der zweiten Stufe kann durch ein Interrupt-Signal informiert werden, wenn der Prozessor der ersten Stufe seinen Teil der Analyse beendet. Der Prozessor der zweiten Stufe kann dann Mittelbildungs- und Vergleichsoperationen des Objekterkennungsalgorithmus durchführen und den Sicherheitsausgang deaktivieren, falls eine Grenzzugangsverletzung erkannt worden ist.
Falls eine Grenzzugangsverletzung erkannt worden ist, kann der Prozessor der zweiten Stufe ein oder mehrere Signale an den Prozessor der ersten Stufe senden, um ein aktuelles Bild zu erfassen, und die ersten Operationen der Innenanalyse ausführen. Wenn dies abgeschlossen ist, kann der Prozessor der zweiten Stufe die im Speicher 820 gespeicherten Ergebnisse verwenden, um die Innenanalyse zu vollenden. Der Steuerungsblock 850 kann den Pixelverarbeitungsblock 804 anweisen, ein neues Referenzbild zu erfassen, falls gewünscht.
Um eine gewünschte Sicherheitszone zu definieren, kann ein Softwareprogramm 862 oder Ähnliches auf einem separaten Computer 860 wie etwa einem PC ausgeführt werden. Die Software versetzt vorzugsweise einen Bediener in die Lage, ein Referenzbild zu erfassen und zu betrachten und graphisch die Grenze der gewünschten Sicherheitszone zu identifizieren, wie sie in dem Bild erscheint. Die Konfigurationsdaten, die von den Grenz- und Innenanalyseprozeduren benötigt werden, können zu dem Pixelverarbeitungsblock 804 zurückgesendet werden. Der Computer 860, der für die Konfigurationsprozedur verwendet wird, wird möglicherweise während des normalen Betriebs des Sicherheitssystems nicht benötigt.
19 ist ein Zeitablaufdiagramm, das beispielhafte Beziehungen der Zeitabläufe für die Ausführungsform von 18 zeigt. Eine obere Zeile 870 entspricht einem Kameraausgang, wobei die einzelnen Frames mit i, i + 1, i + 2 usw. nummeriert sind. In dem veranschaulichenden Beispiel kommen die einzelnen Frames in Abständen von dreiunddreißig Millisekunden an, da die Kamera dreißig Frames pro Sekunde aufnimmt. Eine zweite Zeile 880 kann einem ersten Prozessor entsprechen, welcher eine Pixelverarbeitung für jeden der empfangenen aufeinander folgenden Frames durchführt. Vorzugsweise werden die Pixel verarbeitet, sobald sie empfangen werden, so dass zu einem Zeitpunkt, unmittelbar nachdem die Daten für einen gegebenen Frame vollständig empfangen worden sind, der erste Prozessor den fertigen Frame zu dem zweiten Prozessor senden kann, welcher der Zeile 891 entspricht.
Ein typischer Datenfluss für die beispielhafte Ausführungsform von 19 ist durch die gestrichelte Linie 876 dargestellt. Ein Bild wird erfasst und mittels eines Datenstroms zur Pixelverarbeitung gesendet, bei welcher vorzugsweise nicht das gesamte Bild gleichzeitig verarbeitet wird, sondern vielmehr Pixel für Pixel verarbeitet wird. Der Ausgang der Pixelverarbeitung wird vorzugsweise in einem Speicher gespeichert, welcher danach durch den zweiten Prozessor gelesen wird. Der zweite Prozessor führt vorzugsweise eine Grenzanalyse durch, sobald sämtliche Pixel eines Bildes durch den ersten Prozessor verarbeitet worden sind.
Bei anderen Ausführungsformen kann die gesamte Verarbeitung Pixel für Pixel durchgeführt werden, zum Beispiel indem jedes einzelne empfangene Pixel mit einem entsprechenden Referenzpixel verglichen wird. Stattdessen oder zusätzlich können die Pixelinformationen in einem ersten Zustand gefiltert werden, so dass, anstatt die Pixel für einen ganzen Frame zu verarbeiten, bevor eine Grenzanalyse durchgeführt wird, nur dem Grenzbereich entsprechende Pixel verarbeitet werden, während die anderen Pixel ignoriert, verworfen oder weiter gefiltert werden, um nur diejenigen Pixel aufzubewahren, welche dem Inneren eines interessierenden Gebietes entsprechen.
Der zweite Prozessor, der durch die Zeile 891 dargestellt ist, kann die dreiunddreißig Millisekunden zwischen den Ankünften neuer Frames nutzen, um zwei verschiedene Funktionen auszuführen. Wie dargestellt, kann die Grenzanalyse für den zweiten Prozessor eine relativ kurze Zeitdauer in Anspruch nehmen. Nachdem die Grenzanalyse abgeschlossen ist, kann der zweite Prozessor 891 beginnen, das Innere zu verarbeiten, falls erforderlich. Die Innenanalyse, die in 892 dargestellt ist, beginnt vorzugsweise im Zustand LAUF 893, jedoch vorzugsweise erst, nachdem infolge einer Grenzverlet zung der Sicherheitsausgang geöffnet ist 894. Der zweite Prozessor tritt dann in den Zustand FREI 895 ein.
Der Zustand FREI 895 fordert ein neues aktuelles Bild von dem ersten Prozessor an, und tritt dann in den Zustand FREI WARTEN 896 ein, bis der neue aktuelle Frame fertig ist. Danach geht der zweite Prozessor von FREI WARTEN 896 zu FREI INNERES PRÜFEN 897 über und führt eine Innenanalyse durch. Bei der beispielhaften Ausführungsform wird dies wiederholt, bis der Frame 874, welcher zeigt, dass die Sicherheitszone frei ist, durch den zweiten Prozessor verarbeitet wird, wobei der Sicherheitsausgang geschlossen wird, wie in 898 dargestellt.
Wie im unteren Teil 899 von 19 angegeben, ist die maximale Reaktionszeit gleich der Zeit, die benötigt wird, um einen neuen Frame durch die Kamera zu erfassen, plus der Zeit, die benötigt wird, um die Pixelverarbeitung des neuen Frames durchzuführen, plus der Zeit, die benötigt wird, um die Grenzanalyse durchzuführen. Bei der beispielhaften Ausführungsform beträgt die maximale Reaktionszeit ungefähr sechsundsiebzig Millisekunden, weniger als eine Zehntelsekunde.
Reaktionszeiten können in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren schwanken. Eine schnellere Kamera kann mehr Frames pro Sekunde aufnehmen, wodurch die maximalen Verzögerungszeiten erheblich verringert werden. Eine Kamera mit höherem Auflösungsvermögen kann nützlich sein, um kleinere Objekte zu erkennen, kann jedoch die Verarbeitungszeiten verlängern. Ein Weg, um der Auswirkung einer schnelleren Kamera auf die Prozessorzeit entgegenzuwirken, kann darin bestehen, die Grenze so zu definieren, dass sie eine kleinere Fläche enthält, was wiederum die Wahrscheinlichkeit erhöhen kann, dass ein kleines oder sich schnell bewegendes Objekt die Grenze vollständig überqueren kann, ohne erkannt zu werden.
Stattdessen können auch schnellere Prozessoren verwendet werden, doch dies kann die Kosten des Systems erhöhen. Der Grenzbereich kann auch unter Verwendung verschiedener Muster definiert werden, welche die Effizienz der Pixelverarbeitung maximieren können. Schärfer definierte Grenzen können jedoch wiederum die Robustheit des Systems verringern. Solche Variablen sollten in Betracht gezogen und abgewogen werden, wenn für eine gegebene Anwendung und/oder Umgebung das beste System bestimmt wird.
20 ist ein Zustandsdiagramm, das die Entwicklung der Zustände für eine beispielhafte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Ein Block INIT 900 kann solche Funktionen ausführen, wie das Initialisieren von Hardware oder das Durchführen eines Selbsttests oder einer Kameraprüfung, und startet alle internen Prozesse. Falls eine schlechte Konfiguration vorliegt oder ein PC angeschlossen ist, wie in 902 dargestellt, geht die beispielhafte Ausführungsform zu einem Block KONFIG 910 über. Andernfalls, wenn die Konfiguration in Ordnung ist und kein PC angeschlossen ist, wie in 904 dargestellt, geht die beispielhafte Ausführungsform zu dem Block FREI 920 über.
In dem Block KONFIG 910 können Konfigurationsroutinen ausgelöst werden, darunter zum Beispiel das Erfassen eines neuen Referenzbildes. Falls ein PC angeschlossen ist, kann ein neues Referenzbild zu dem PC geroutet werden, und durch den PC können Definitionen für eine Sicherheitszone und Fenster für die Analyse zurückgesendet werden, wie oben beschrieben. Falls ein PC vorhanden ist, kann der Benutzer des PC die Gültigkeit, als Teil der Routinen in dem Block KONFIG 910, über eine Benutzeroberfläche bestätigen. Für jedes definierte Analysefenster kann der Block KONFIG 910 mittlere, helle und dunkle Pixelmengen bestimmen. Außerdem können Referenzkontrastwerte berechnet und validiert werden und, falls ein PC angeschlossen ist, zu diesem gesendet werden. Die Grenzanalyse kann ebenfalls auch beginnen, während sich das System im Block KONFIG 910 befindet.
Falls die Routinen, die innerhalb des Blockes KONFIG 910 ausgeführt werden, erfolgreich abgeschlossen werden, kann der Block KONFIG 910 ein Signal OK 912 zurücksenden, und das System kann in den Block FREI 920 eintreten. Andernfalls, wenn einige der Routinen nicht abgeschlossen werden können, kann der Block KONFIG 910 stattdessen KONFIG FEHLGESCHLAGEN 914 zurücksenden, und das System tritt in den Block HALT 950 ein.
Nachdem KONFIG OK UND KEIN PC 904 durch den Block INIT 900 zurückgesendet wurde oder KONFIG OK 912 durch den Block KONFIG 910 zurückgesendet wurde, tritt die beispielhafte Ausführungsform in den Block FREI 920 ein. Ein Zweck des Blockes FREI 920 ist es zu bestimmen, ob der Innenbereich des interessierenden Gebietes für einen ausreichenden Zeitraum frei ist, während welchem der Grenzbereich ebenfalls frei ist. Bei der beispielhaften Ausführungsform von 20 kann eine Grenzanalyse schneller durchgeführt werden als die Innenanalyse, wie zum Beispiel in 19 dargestellt ist. Daher kann der Block FREI 920 einen ersten Teilblock AUF GRENZE FREI WARTEN 921 enthalten, welcher bei der beispielhaften Ausführungsform zuerst erfüllt werden kann und welcher ein Signal GRENZE FREI 922 an INNERES MIT REFERENZ VERGLEICHEN 923 sendet. Sobald die Grenze frei ist, wird der Block INNERES MIT REFERENZ VERGLEICHEN 923 initiiert. Die Analyse, die durch AUF GRENZE FREI WARTEN 921 durchgeführt wird, kann einen Vergleich von Bereichen eines aktuellen Bildes oder jüngsten Bildes mit Bereichen eines Referenzbildes beinhalten. Die Bereiche, die verglichen werden, können einigen der Fenster entsprechen, die im Block KONFIG 910 definiert wurden, wie in der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Seriennr. H16-26483 mit dem Titel "OBJECT DETECTION" näher beschrieben ist.
Der Block INNERES MIT REFERENZ VERGLEICHEN 923 bestimmt vorzugsweise, ob es sicher sein kann, den Betrieb oder einen Zustand "Lauf" (Block LAUF 930) für das System einzuleiten. Eine solche Analyse kann einen Vergleich eines aktuellen Bildes des Inneren des interessierenden Gebietes mit einem Referenzbild beinhalten, und diese Analyse kann in Teilblöcke aufgeteilt werden, die einigen der Fenster entsprechen, welche im Block KONFIG 910 definiert wurden. Falls das Innere nicht frei ist, was durch !INNERES FREI 924 angezeigt wird, erfolgt eine Rückkehr vom Block FREI 920 zu AUF GRENZE FREI WARTEN 921.
In dem veranschaulichenden Beispiel kann ein Sicherheitsausgang als geschlossen definiert werden, wenn es sicher ist, wenn der Betrieb in dem interessierenden Gebiet wieder aufgenommen wird, und als offen, wenn unsichere Bedingungen vorhanden sind. Für diese spezielle beispielhafte Ausführungsform ist der Sicherheitsausgang als offen definiert, solange sich das System in den Blöcken INIT 900, KONFIG 910, FREI 920, AKTUALISIEREN 940 und HALT 950 befindet. Falls der Block FREI 920 bestimmt, dass die Grenze frei ist und das Innere frei ist, kann ein Übergang zum Block LAUF 930 erfolgen, wie durch GRENZE FREI UND INNERES FREI 925 angezeigt wird. Nach der Bestimmung, dass sowohl die Grenze als auch das Innere frei sind, versetzt der Block FREI 920 auch den Sicherheitsausgang in einen geschlossenen, oder sicheren, Zustand.
Wenn die beispielhafte Ausführungsform von 20 in den Block LAUF 930 eintritt, wird vorzugsweise das Abtasten der Grenze fortgesetzt. Das Abtasten der Grenze kann einen Vergleich eines aktuellen Frames mit einem Referenz-Frame beinhalten. Ein solcher Vergleich kann entsprechend den Fenstern durchgeführt werden, die in dem Block KONFIG 910 definiert werden. Falls eine Grenzverletzung erkannt wird, wird der Sicherheitsaus gang geöffnet. Bei der beispielhaften Ausführungsform kann auch eine Variable als AUTONEUSTART definiert sein. AUTONEUSTART kann zwei Zustände haben, zum Beispiel 1/0, High/Low, Ein/Aus usw. Falls sich AUTONEUSTART in einem ersten Zustand befindet, kann das System in Reaktion auf eine Grenzverletzung automatisch neu starten, wobei es in den Block FREI 920 eintritt (als !GRENZE FREI UND AUTONEUSTART 932 dargestellt), wenn während des Betriebs in dem Block LAUF 930 eine Grenzverletzung erkannt wird. Alternativ dazu kann, falls sich AUTONEUSTART in einem zweiten Zustand befindet, das System in den Zustand HALT 950 eintreten (als !GRENZE FREI UND !AUTONEUSTART dargestellt), wenn eine Grenzverletzung erkannt wird.
Außerdem ist in dem veranschaulichenden Beispiel ein Block AKTUALISIEREN 940 vorhanden. In den Block AKTUALISIEREN 940 kann zu einer bestimmten vordefinierten Zeit von den Blöcken FREI 920 (AKTUALISIEREN REF 926) oder LAUF 930 (AKTUALISIEREN REF 934) aus eingetreten werden. Die vordefinierte Zeit kann eine Zeit sein, die mit einer Grenz- oder Innenverletzung zusammenhängt, ein voreingestelltes Intervall von dem letzten aktualisierten Referenzbild oder irgendeine andere Zeit. Außerdem kann sich die vordefinierte Zeit als ein Ergebnis einer manuellen Eingabe oder eines anderen Zeitablaufs ergeben. In dem veranschaulichenden Beispiel, das weiter unten in 23 dargestellt ist, ist der Sicherheitsausgang geöffnet, während Routinen in dem Block AKTUALISIEREN 940 ausgeführt werden. Bei anderen Ausführungsformen bleibt der Sicherheitsausgang, wenigstens unter gewissen Umständen, während der Ausführung von Routinen in dem Block AKTUALISIEREN 940 geschlossen.
Während sich das System im Block AKTUALISIEREN 940 befindet, kann eine Kameraprüfung durchgeführt werden, und von der (den) Kamera(s) des Systems kann ein neues Referenzbild erfasst werden. Falls mehrere Kameras verwendet werden, kann der Block AKTUALISIEREN 940 neue Referenzbilder von allen Kameras aufnehmen, oder er kann nur ein neues Referenzbild von einer oder mehreren der Kameras erfassen. Der Block AKTUALISIEREN 940 kann auch die Schritte des Berechnen eines Referenzkontrastwertes für jedes Fenster und des Validierens der Hinlänglichkeit des Kontrastes enthalten. Wenn es dem Block AKTUALISIEREN 940 nicht gelingt, ein gültiges Referenzbild zu erhalten, kann der Block AKTUALISIEREN 940 ein Signal SCHLECHTE KONFIG 944 zurücksenden, und das System kann in den Block HALT 950 eintreten. Andernfalls, falls der Block AKTUALISIEREN 940 alle Routinen vollendet, kann er OK 942 zurücksenden, und das System kann zum Block FREI 920 übergehen. Bei anderen Ausführungsformen kann es möglich sein, nach Vollendung der Routinen des Blockes AKTUALISIEREN 940 zum Block LAUF 930 anstatt zum Block FREI 920 zurückzukehren. Außerdem kann, wenn der Block AKTUALISIEREN 940 es unterlässt, OK 942 zurückzusenden, dies bewirken, dass das System zum Block KONFIG 910 oder INIT 900 übergeht.
Wenn sich das System im Zustand HALT 950 befindet, beendet es in dem veranschaulichenden Beispiel das Abtasten der Grenze und verbleibt in einem Zustand, in dem der Sicherheitsausgang offen ist, bis das System zurückgesetzt werden kann oder auf andere Weise geprüft werden kann, an welchem Punkt das System wieder in den Block INIT 900 eintreten kann. Andere Zustände und Beziehungen zwischen Zuständen sind ebenfalls denkbar.
21 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform, bei der mehrere Kanäle des Datenflusses verwendet werden, gemäß der vorliegenden Erfindung. Bei dieser beispielhaften Ausführungsform erfasst eine Sicherheitskamera 1010 Bilder mit einer gewissen Frequenz von Frames pro Sekunde, wobei ein zusammengesetzter Videostrom 1012 erzeugt wird. Der Videostrom wird in zwei Kanäle aufgeteilt, Kanal A 1020 und Kanal B 1030. Der Kanal A 1020 erzeugt einen Sicherheitsausgang A 1022, und der Kanal B 1030 erzeugt einen Sicherheitsausgang B. Eine erste Überkreuzprüfungs-Verbindung 1024 verbindet den Sicherheitsausgang B 1032 mit dem Bildanalyseblock für Kanal A 1020, und eine zweite Überkreuzprüfungs-Verbindung 1034 verbindet den Sicherheitsausgang A 1022 mit dem Bildanalyseblock für Kanal B 1030.
Bei der beispielhaften Ausführungsform ist jeder zweite Frame in dem Bildstrom für die Validierung der Kameradaten verfügbar. Wenn zum Beispiel die Kamera 1010 dreißig Frames pro Sekunde (fps) zur Verfügung stellt, können 15 fps durch den Kanal A 1020 für eine Sicherheitsanalyse verwendet werden. Die verbleibenden oder dazwischen liegenden 15 fps können im Kanal B 1030 analysiert werden, um "tote" Pixel, Zeilenfehler (Row Failures), unzureichende Beleuchtung usw. zu erkennen. Die im Kanal B 1030 durchgeführte Analyse kann sich darauf stützen, dass in jedem Frame eine Grenzmarkierung für die Sicherheitszone erkannt wird, welche ein ausreichendes oder zuverlässiges Referenzsignal liefert. Da Kamera-Fehlerbedingungen wie etwa Pixelfehler, Empfindlichkeitsverlust, Burn-Out usw. auch einen unzureichenden Kontrast im Vergleich mit dem Referenzbild zur Folge haben können, können durch eine solche Analyse zusätzliche Sicherheitsverletzungen erkannt werden.
22 ist ein Zeitablaufdiagramm, das beispielhafte Beziehungen der Zeitabläufe der Ausführungsform von 21 zeigt. Bei der beispielhaften Ausführungsform nimmt die Kamera eine gewisse Anzahl von Frames pro Sekunde auf; die Frames sind in einer ersten Zeile 1100 dargestellt und nummeriert als Frame i, Frame i + 1 usw. Die Hardware-Verarbeitung 1110 beinhaltet die abwechselnde Durchführung einer Bildanalyse 1112 und einer Signalvalidierung 1114. Bei einer bevorzugten Ausführungsform findet die Analyse statt, so wie die Pixel empfangen werden, anstatt in einer gepufferten Gruppierung, so dass bei der Hardware-Verarbeitung 1110 kontinuierlich Daten analysiert werden. In Intervallen, die jeweils mit dem Abschluss eines Frames im Zusammenhang stehen, empfängt die Software-Verarbeitung 1120 Datenströme von der Hardware-Verarbeitung 1110. Am Ende einer Bildanalyse 1112 durch die Hardware-Verarbeitung 1110 führt die Software-Verarbeitung 1120 eine Auswertung durch und erzeugt ein Sicherheits-Ausgangssignal 1122. Nachdem die Auswertung und das Sicherheits-Ausgangssignal 1122 abgeschlossen sind, führt die Software-Verarbeitung 1120 einen Selbsttest und Hintergrundaufgaben 1124 aus, bis erneut Pixeldaten bereit sind, durch die Hardware-Verarbeitung 1110 gesendet zu werden.
Am Ende der Signalvalidierung 1114 sendet die Hardware-Verarbeitung 1110 auch ein Signal zur Software-Verarbeitung 1120. Wie dargestellt, kann das Signal anzeigen, dass das Signal einwandfrei empfangen wurde, oder OK 1116. Wie im unteren Teil 1130 von 22 dargestellt ist, ist die maximale Reaktionszeit dieser Ausführungsform länger, als sie bei der weiter oben betrachteten beispielhaften Ausführungsform war. Jedoch als Ausgleich für die verlängerte Reaktionszeit kann das System zuverlässiger sein, da das Eingangssignal ständig validiert wird. Ein solches System kann insbesondere für raue Umgebungen geeignet sein, oder dort, wo eine hohe Zuverlässigkeit erforderlich ist.
23 ist ein Blockschaltbild, das Verarbeitungs-, Speicher- und Steuerungsblöcke einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der beispielhaften Ausführungsform erzeugt eine CCD-Videokamera 1200 ein zusammengesetztes Videosignal. Das zusammengesetzte Videosignal wird durch einen Videodecoder 1210 empfangen. Der Videodecoder 1210 kann einen Analog-Digital-Wandler und eine Synchronisationsfunktion enthalten. Der Videodecoder erzeugt Signale, welche die Leuchtdichte anzeigen können, einen Pixeltakt und ein Synchronisationssignal und sendet diese zu einem Pixelverarbeitungsblock 1215. Der Pixelverarbeitungsblock 1215 kann Pixel holen und einen Kontrastvergleichsalgorithmus oder, bei einigen Ausführungsformen, einen Frame-Anpassungsalgorithmus ausführen, um zu bestimmen, ob ein Objekt in einen Abschnitt eines interessierenden Gebietes eingetreten ist. Der Pixelverarbeitungsblock 1215 kann auch auf einen Speicher 1220 zugreifen und ist vorzugsweise in der Lage, Daten in dem Speicher 1220 zu speichern und aus ihm abzurufen. Der Speicher 1220 kann ein aktuelles Bild 1222, ein Referenzbild 1224, Fensterdefinitionen 1226 und Analyseergebnisse 1228 enthalten.
Auf einen Steuerungs-, Sicherheits- und Konfigurations-Softwareblock 1230 kann durch den Pixelverarbeitungsblock 1215 zugegriffen werden. Der Steuerungs-, Sicherheits- und Konfigurations-Softwareblock 1230 kann ebenfalls auf den Speicherblock 1220 zugreifen und Daten in ihm speichern, und er kann wie dargestellt Eingangssignale empfangen und Ausgangssignale erzeugen 1240. Der Steuerungs-, Sicherheits- und Konfigurations-Softwareblock 1230 steuert vorzugsweise das Sicherheitssystem, wie oben beschrieben.
24 ist ein Funktionsblockschaltbild einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei der beispielhaften Ausführungsform beinhaltet die Hardware 1303 eine CCD-Videokamera 1300, einen Videodecoder 1310, einen Pixelanalyseblock 1320, einen Analysefenster-Speicherblock 1330, einen Analysefenster-Definitionsspeicherblock 1340, einen Referenzbild-Speicherblock 1350 und einen Aktuellbild-Speicherblock 1360. Wie dargestellt, können der Analysefenster-Definitionsblock 1340 und der Referenzbildblock 1350 Flash-Speicherelemente enthalten. Die Software 1306 kann Systemüberwachungs- 1370, Sicherheitsanalyse- 1375, Konfigurations- 1380 und Benutzeroberflächen-Software 1390 beinhalten.
Die CCD-Videokamera 1300 erzeugt ein zusammengesetztes Videodatensignal, welches von einem Videodecoder 1310 empfangen wird. Der Videodecoder 1310 kann über Analog-Digital-Umwandlungsfähigkeiten verfügen und kann Synchronisationsdaten erzeugen. Der Videodecoder 1310 wird während eines Konfigurationsschrittes durch die Systemüberwachung 1370 gesteuert. Der Videodecoder 1310 kann Leuchtdichtedaten, Taktdaten, Horizontalsynchronisationsdaten und Vertikalsynchronisationsdaten an den Pixelanalyseblock 1320 senden.
Bei der beispielhaften Ausführungsform führt der Pixelanalyseblock 1320 einen Kontrastvergleichsalgorithmus und eine Bildvalidierung aus. Der Pixelanalyseblock 1320 stellt Pixel betreffende Daten dem Analysefensterblock 1330 zur Verfügung, welcher Zustände und Ergebnisse erzeugt, die danach weiter zur Systemüberwachung 1370 und Sicherheitsanalyse 1375 gesendet werden. Der Pixelanalyseblock kann durch die Systemüberwachung 1370 so gesteuert werden, dass der Modus der Pixelanalyse festgelegt wird. Die Pixelanalyse kann eine beliebige Anzahl von Pixelverarbeitungsverfahren beinhalten, darunter zum Beispiel Kontrastvergleichsalgorithmus-Modus, Frameanpassungsalgorithmus-Modus, Bildvalidierungs-Modus usw.
Der Pixelanalyseblock sendet außerdem Daten, die dem aktuellen Bild entsprechen, an den Aktuellbild-Speicherblock 1360, wo das aktuelle Bild gespeichert werden kann. Die Konfigurationssoftware 1380 kann den Aktuellbild-Speicherblock 1360 steuern und kann den Aktuellbild-Speicherblock 1360 auffordern, Daten an den Referenzbild-Speicherblock 1350 zu senden, wobei der Referenzbild-Speicherblock 1350 möglicherweise aktualisiert wird. Der Pixelanalyseblock 1320 empfängt ein Referenzbild vom Referenzbild-Speicherblock 1350 sowie Daten, welche die Analysefenster betreffen, vom Analysefens ter-Definitionsblock 1340. Die Analysefensterdefinitionen ermöglichen dem Pixelanalyseblock 1320, Pixel zusammen zu Bins zu gruppieren, um Kontrastvergleichsalgorithmen auszuführen, welche ein aktuelles Bild mit einem Referenzbild vergleichen. Der Analysefenster-Definitionsblock 1340 empfängt Daten vom Konfigurationsblock 1380.
Die Systemüberwachung 1370 empfängt Daten vom Referenzbild-Speicherblock 1350 und vom Analysefenster-Definitionsblock 1340 sowie vom Analysefensterblock 1330. Die Systemüberwachung führt Aufgaben aus, darunter Initialisierungs- und Selbsttest-Aufgaben, indem sie die Konfiguration des Videodecoders 1310 und den Modus der Pixelanalyse 1320 steuert, zusammen mit der Steuerung der Sicherheitsanalyse 1375 und der Konfiguration 1380. Die Sicherheitsanalyse 1375 wertet die Ausgänge des Analysefensterblockes 1330 aus und erzeugt einen Sicherheitsausgang. Die Sicherheitsanalyse erzeugt außerdem einen Fehlerausgang, welcher genau genommen von jeder der Komponenten Systemüberwachung 1370, Sicherheitsanalyse 1375 oder Konfiguration 1380 erzeugt werden kann. Die Sicherheitsanalyse empfängt Steuersignale von der Systemüberwachung 1370.
Der Konfigurationsblock 1380 kann Daten zum Analysefenster-Definitionsblock 1340 senden und steuert die Erfassung des Aktuellbild-Speicherblockes 1360. Über eine Kopplung wie etwa eine RS 232 oder irgendeine andere Datenverbindung sendet und empfängt der Konfigurationsblock 1380 Daten an die bzw. von der Benutzeroberflächen-Software 1390. Der Konfigurationsblock 1380 kann auch ein Fehlersignal erzeugen.
Während eines Initialisierungsmodus wird die Hardware 1303 initialisiert, es werden interne Prozesse gestartet, und es wird ein Selbsttest durchgeführt. Zum großen Teil kann die Initialisierung von der Systemüberwachung 1370 gesteuert werden, obwohl Informatio nen, die von der Kamera 1300 und der Benutzeroberfläche 1390 empfangen wurden, ebenfalls integriert werden können. Falls die korrekte Initialisierung des Systems fehlschlägt, wird ein Fehlersignal erzeugt.
Im Konfigurationsmodus wird unter Verwendung der Benutzeroberflächen-Software 1390 ein neues Referenzbild mit der Kamera 1300 erfasst und zu dem PC gesendet. Die Sicherheitszonenparameter werden von dem PC empfangen, wobei erneut die Benutzeroberflächen-Software 1390 verwendet wird. Unter Verwendung der Sicherheitszonenparameter werden Analysefensterdefinitionen 1340 erzeugt. Für jedes Analysefenster 1330 werden das mittlere Pixelniveau (zum Beispiel bezüglich der Leuchtdichte) und definierte helle und dunkle Pixelmengen bestimmt. Es werden Referenzkontrastwerte berechnet und validiert und schließlich an den PC gesendet, um zu bestätigen, dass die Referenzkontrastwerte akzeptabel sind. Der PC-Benutzer kann die Gültigkeit von Referenzkontrastwerten bestätigen. Falls es nicht gelingt, eine gültige Sicherheitszone zu definieren, wird ein Fehlersignal erzeugt.
In einem Kalibrierungsmodus werden Referenzkontrastwerte für jedes Analysefenster 1330 berechnet. Danach wird überprüft, ob in jedem Fenster ein ausreichender Kontrast vorhanden ist. Fenster, in denen es an einem ausreichenden Kontrast für eine Verarbeitung mittels Kontrastvergleichsalgorithmen mangelt, werden für eine Analyse zur Framedifferenzierung markiert.
Während eines Freigabemodus kann der Vergleich von aktuellen Bildern mit einem Referenzbild (oder Referenzbildern) beginnen. Wenn der Vergleich zwischen dem aktuellen Bild und dem Referenzbild eine Übereinstimmung zeigt, beginnt das Abtasten der Grenze, und der Sicherheitsausgang wird geschlossen (auf "sicher" gesetzt). Während das System läuft, können die Abtastungen der Grenze fortgesetzt werden. Der Sicherheits ausgang wird geöffnet, wenn eine erkannte Verletzung vorliegt.
Nachdem nunmehr die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist für Fachleute klar, dass die hier dargelegten Lehren auf noch weitere Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereiches der beigefügten Ansprüche angewendet werden können.

Claims

Verfahren zum Überwachen eines interessierenden Gebietes (14), das eine Grenze und einen Innenbereich aufweist, wobei das Verfahren den folgenden Schritt beinhaltet: Überwachen mindestens eines Abschnitts des Grenzbereiches des interessierenden Gebiets in Bezug auf eine Verletzung durch ein Objekt; und durch den folgenden Schritt gekennzeichnet ist: Überwachen mindestens eines Abschnitts des Innenbereiches des interessierenden Gebiets in Bezug auf das Objekt, nachdem das Objekt die Grenze verletzt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den folgenden Schritt beinhaltet: Beenden des Überwachens des Innenbereiches des interessierenden Gebiets (14), nachdem das Objekt das interessierende Gebiet verlässt; und Fortsetzen des Überwachens mindestens eines Abschnitts des Grenzbereiches des interessierenden Gebiets, nachdem das Objekt das interessierende Gebiet verlässt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Innenbereich des interessierenden Gebiets (14) nicht überwacht wird, bis das Objekt nicht mehr den Grenzbereich des interessierenden Gebiets verletzt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den folgenden Schritt beinhaltet: Fortsetzen des Überwachens mindestens eines Abschnitts des Grenzbereiches des interessierenden Gebiets (14), während der Innenbereich überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches ferner den Schritt des Bereitstellens eines Sicherheits- Ausgangssignals, wenn der Grenzbereich durch das Objekt verletzt wird, beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Sicherheits-Ausgangssignal ein Gerät (12) deaktiviert, das sich in dem interessierenden Gebiet (14) befindet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Sicherheits-Ausgangssignal bewirkt, dass ein Alarm ertönt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Grenzbereich einen zusammenhängenden Bereich beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Grenzbereich einen unterbrochenen Bereich beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das interessierende Gebiet (14) einen definierten Bereich aus seinem Inneren ausschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte beinhaltet: Erfassen eines Erfassungsbildes des interessierenden Gebiets (14); Identifizieren eines oder mehrerer Grenzbereiche in dem erfassten Bild, welche der Grenze des interessierenden Gebiets entsprechen; Analysieren des einen oder der mehreren Grenzbereiche des erfassten Bildes und Verwenden der Analyse, um zu bestimmen, ob ein Objekt in den einen oder die mehreren Grenzbereiche des interessierenden Gebiets eingetreten ist; und Ausgeben eines Signals, das anzeigt, wann ein Objekt in den einen oder die mehreren Grenzbereiche des interessierenden Gebiets eingetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Analysierens des einen oder der mehreren Grenzbereiche des erfassten Bildes den Schritt des Vergleichens des einen oder der mehreren Grenzbereiche des erfassten Bildes mit einem oder mehreren entsprechenden Bereichen eines oder mehrerer Referenzbilder beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der eine oder die mehreren Grenzbereiche eine Referenzmarkierung aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der eine oder die mehreren Grenzbereiche in dem Referenzbild identifiziert werden, indem die Referenzmarkierung in dem Referenzbild identifiziert wird.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 14, wobei die Referenzmarkierung ein vorbestimmtes Muster ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das vorbestimmte Muster eine Mindestgröße der zu erfassenden Objekte bestimmt.
Verfahren nach Anspruch 11, welches ferner den Schritt des Speicherns des Erfassungsbildes beinhaltet, wenn ein Objekt in das interessierende Gebiet (14) eingetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 17, welches ferner den Schritt des Betrachtens der gespeicherten Erfassungsbilder zu einem späteren Zeitpunkt beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Referenzbild in Reaktion auf eine Änderung einer oder mehrerer Bedingungen in dem interessierenden Gebiet (14) aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Referenzbild in einem festgelegten Zeitintervall aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei mindestens ein Vergleich relativ unmittelbare Änderungen erkennt und mindestens ein Vergleich akkumulierte Änderungen erkennt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner die folgenden Schritte beinhaltet: Erfassen von mindestens zwei Bildern des interessierenden Gebiets (14) unter Verwendung von zwei separaten Bilderfassungseinrichtungen; Identifizieren eines oder mehrerer Grenzbereiche in den erfassten Bildern, welche der Grenze des interessierenden Gebiets entsprechen; Analysieren des einen oder der mehreren Grenzbereiche der erfassten Bilder, um zu bestimmen, wann ein Objekt in das interessierende Gebiet eintritt; und Ausgeben eines Signals, das anzeigt, ob ein Objekt in das interessierende Gebiet eingetreten ist oder nicht.
Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Bilderfassungseinrichtungen Videokameras oder Digitalkameras sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Überwachens mindestens eines Abschnitts des Grenzbereiches des interessierenden Gebiets (14) ein Überwachen in Bezug auf eine Verletzung durch ein Objekt mit einer ersten Mindestgröße beinhaltet; und der Schritt des Überwachens mindestens eines Abschnitts des Innenbereiches des interessierenden Gebiets ein Überwachen in Bezug auf ein Objekt mit einer zweiten Mindestgröße beinhaltet, nachdem das Objekt den Grenzbereich des interessierenden Gebiets verletzt.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die erste Mindestgröße kleiner als die zweite Mindestgröße ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei die erste Mindestgröße größer als die zweite Mindestgröße ist.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Innenbereich so definiert ist, dass er den Grenzbereich einschließt.
Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Innenbereich so definiert ist, dass er den Grenzbereich ausschließt.
System zum Überwachen eines interessierenden Gebiets mit einem Grenzbereich und einem Innenbereich, welches aufweist: Erfassungsmittel zum Erfassen eines Erfassungsbildes des interessierenden Gebiets; und Grenzanalysemittel (512) zum Analysieren mindestens eines Abschnitts des Erfassungsbildes, welcher dem Grenzbereich des interessierenden Gebiets entspricht, in Bezug auf eine Verletzung durch ein Objekt; Innenanalysemittel (514) zum Analysieren mindestens eines Abschnitts des Erfassungsbildes, welcher dem Innenbereich des interessierenden Gebiets entspricht, in Bezug auf das Vorhandensein des Objekts; und Steuerungsmittel (520), wobei das Steuerungsmittel (520) so beschaffen ist, dass es die Innenanalysemittel (514) deaktiviert, bis das Grenzanalysemittel (512) eine Verletzung des Grenzbereiches durch ein Objekt erkennt, und dann die Innenanalysemittel (514) aktiviert.
System nach Anspruch 29, wobei das Grenzanalysemittel (512) aufweist: erste Verarbeitungsmittel zum Verarbeiten mindestens eines der Erfassungsbilder, um zu bestimmen, ob ein Objekt in das interessierende Gebiet eingetreten ist; zweite Verarbeitungsmittel zum Verarbeiten mindestens eines der Erfassungsbilder, um zu bestimmen, ob ein Objekt in das interessierende Gebiet eingetreten ist; und Ausgabemittel zum Ausgeben eines Signals, das anzeigt, dass ein Objekt in das interessierende Gebiet eingetreten ist, wenn sowohl die ersten Verarbeitungsmittel als auch die zweiten Verarbeitungsmittel anzeigen, dass ein Objekt in das interessierende Gebiet eingetreten ist.
System nach Anspruch 30, wobei das Bilderfassungsmittel (10) eine einzige Bilderfassungseinrichtung aufweist.
System nach Anspruch 30, wobei das Bilderfassungsmittel zwei Bilderfassungseinrichtungen aufweist, von denen jede ein separates Erfassungsbild des interessierenden Gebiets (14) liefert, wobei eine erste von den Bilderfassungseinrichtungen den ersten Verarbeitungsmitteln ein erstes Bild des interessierenden Gebiets liefert und eine zweite von den Bilderfassungseinrichtungen den zweiten Verarbeitungsmitteln ein zweites Bild des interessierenden Gebiets liefert.