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Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf die
Bildübertragung mittels Fernsehen und insbesondere auf die Vorrichtung
einer Fernsehsignal-Bewegungsdetektorschaltung.
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Videokamera-Überwachungssysteme werden immer häufiger, so
daß fast jeder schon einmal eines gesehen hat oder in einem
gesehen worden ist. Die vielleicht am meisten genutzte
Anwendung solcher Systeme ist die Sicherheitsüberwachung. Fast alle
Warenhäuser und Lagerhäuser haben jetzt solche Einrichtungen,
und während die Anwendung solcher Geräte in Zeiten hohen
Verkehrsaufkommens fast ununterbrochene Monitorbeobachtung
erfordert, können diese Systeme auch während Zeiten, bei denen
keine Aktivität erwartet wird, sehr vorteilhaft eingesetzt
werden. Unter diesen Umständen ist es nicht nur unrationell,
eine Person ständig den Bildschirm betrachten zu lassen,
sondern es ist auch eine fast nicht ausführbare Aufgabe, einen
Bildschirm zu beobachten, wenn auf diesem keine Aktivität zu
sehen ist.
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Daher sind Bewegungs-Detektoreinrichtungen entwickelt
worden, bei denen das an den Bildschirm geleitete Signal
elektronisch überwacht und ein Alarm ausgelöst wird, wenn eine
Bewegung erfaßt wird. Dies erlaubt tiefgreifende Veränderungen
im traditionellen Beruf des Nachtwächters. Anstatt in einem
Gebäude von einer Station zur anderen zu gehen, bleibt der
Wächter nun an einem Ort, an dem einer oder mehrere
Videomonitoren untergebracht sind, auf denen er jeden Bereich im
Gebäude einsehen kann. Das ermöglicht es einer Person, einen viel
größeren Bereich zu sichern, als das früher möglich war.
Außerdem ermöglichen die Bewegungsdetektoren, daß der Wächter
den Monitor nicht zu genau dem Zeitpunkt beobachten muß, an
dem eine Aktivität auftritt, da der elektronisch ausgelöste
Alarm den Betrachter schnell auf den Bildschirm hinweist, auf
dem die Aktivität beobachtet werden kann.
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Allerdings ist ein häufiges Problem bei
Fernseh-Bewegungsdetektoren, daß sie zu empfindlich sind und daß sie nicht
unterscheiden können zwischen einer unwesentlichen Bewegung
und zufällig auftretendem elektronischem Rauschen auf der
einen Seite und einer tatsächlichen Bewegung eines
Gegenstandes im Blickfeld der Fernsehkamera auf der anderen Seite. Wenn
es nicht gelingt, einen Bewegungsdetektor völlig zuverlässig
zu machen, ist er so gut wie unbrauchbar. Zuverlässigkeit
heißt nicht nur, daß ein Auslösen durch ein zufälliges
elektronisches Signal nicht stattfindet, sondern auch, daß die
Vorrichtung nicht durch so kleine Bewegungen, wie zum Beispiel
die Vibrationen eines Gebäudes oder sich bewegende Vorhänge,
ausgelöst wird, die keine Bedeutung haben.
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Schon eine einzige horizontale Linie eines
Fernseh-Bildschirms besteht aus einer äußerst hohen Anzahl kleiner
Informationselemente. Und es sind diese Informationselemente, die
zur Erfassung von Bewegung in einem Blickfeld verarbeitet
werden müssen. Daher bestand ein Verfahren zum Erhöhen der
Zuverlässigkeit darin, die Menge der durch die
Bewegungsdetektorschaltung verarbeiteten Daten zu verringern und so die
Wahrscheinlichkeit des Entstehens von Rauschen zu verringern,
das falsche Bewegungsanzeigen hervorruft. Da in einem idealen
System zur Bewegungsanzeige lediglich ein unterschiedliches
Bildelement von einer Szene zur anderen erforderlich ist, ist
es aufgrund von elektronischem Rauschen so gut wie sicher, daß
sich mindestens eine kleine Anzahl von Bildelementen in
aufeinanderfolgenden Szenen unterscheiden.
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Die vorliegende Erfindung ist der Art, daß sie dem
Problem zu vieler Daten durch die Verarbeitung lediglich der
Daten über die Kanten von Gegenständen entgegenwirkt. Das
heißt, daß die Schaltung die Lage aller deutlichen
Veränderungen in der Lichtintensität speichert, das heißt der Kanten von
Gegenständen, unter Verwendung digitaler Schaltungstechniken
zur Anzeige der Gegenwart oder Abwesenheit jeder Kante. Dann
wird bei einer darauf folgenden Szene die gleiche Beobachtung
gemacht, und es wird der Vergleich angestellt, ob sich die
Kanten von vorhin immer noch an der gleichen Stelle befinden.
Ein solches System verringert die Menge zu verarbeitender
Daten, da für jeden Gegenstand nur zwei Bildelemente auf jeder
horizontalen Ebene verwendet werden, unabhängig davon, wie
viele Bildelemente der Gegenstand bedeckt.
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Eine andere Lösung des Problems der zuverlässigen
Bewegungserfassung ist das Sammeln von mehr als nur einer Anzeige
von Bewegung, bevor der Alarm ausgelöst wird. Es ist diese
Schaltung, die die unerwünschten Alarme durch kleine
Bewegungen ansonsten unbeweglicher Gegenstände ausschließt. Wenn eine
Schaltung so zum Beispiel vorsieht, daß vier
Kantenbewegungsanzeigen unmittelbar hintereinander auftreten müssen, bevor
ein Bewegungsalarm ausgelöst wird, dann ist es nicht
wahrscheinlich, daß das Vibrieren eines Schranks aufgrund von in
der Nähe fließendem Verkehr einen Alarm auslösen wird.
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Die vorliegende Erfindung sieht einen verbesserten
Kantenbewegungsdetektor und eine verbesserte Bewegungsanzeige-
Sammelschaltung durch Verwendung von nur digitaler
Verarbeitung vor. In früheren Schaltungen wurden analoge Schaltungen
wie zum Beispiel monostabile Multivibratoren verwendet und
waren deshalb von den Veränderungen in der Zeitabstimmung
dieser Schaltungen abhängig. Stattdessen werden in der
vorliegenden Erfindung digitale Schaltungen verwendet, die alle
auf einen einzigen Takt synchronisiert sind, wodurch der
Vergleich zwischen den Kantensignalen zweier Szenen mit einer
Präzision und einer Rausch-Unempfindlichkeit erzielt wird, die
früher nicht möglich waren.
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Bei der vorliegenden Erfindung sendet eine herkömmliche
Kantendetektorschaltung ihr Signal an einen digitalen
Speicher, in dem das Kantensignal über eine vorgewählte Anzahl von
Bildern gespeichert wird, damit diese mit dem vom
Kantendetektor später erzeugten Signal verglichen werden können. Das
neuere Kantensignal und das gespeicherte Kantensignal, das zu
einem genauen von der System-Taktuhr bestimmten Zeitpunkt aus
dem Speicher hinausgeschickt wird, werden beide an die
Eingänge einer EXKLUSIV-ODER-Schaltung weitergeleitet, die nur
dann ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die beiden
Eingangssignale nicht zur gleichen Zeit auftreten. Wenn also bei der
in den Vergleich gebrachten Kante keine Bewegung ist, erzeugt
die EXKLUSIV-ODER-Schaltung kein Ausgangssignal. Wenn jedoch
eine Kante nicht vorhanden ist und die andere schon, dann hat
eine Bewegung stattgefunden, und die EXKLUSIV-ODER-Schaltung
erzeugt ein Bewegungsanzeige-Ausgangssignal. Eine Schaltung
dieser Art, bei der vorhergehende und aktuelle
Kanten-Erfassungssingale in einer EXKLUSIV-ODER-Schaltung verglichen
werden, ist aus WO-A-88/00784 bekannt.
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Um sicherzugehen, daß ein solches Signal kein durch
elektronisches Rauschen in der Videoanlage verursachter
Einzelfall ist oder das Ergebnis kleinerer Vibrationen eines
Gegenstandes im Sichtfeld, wird nach der vorliegenden
Erfindung das Ausgangssignal der EXKLUSIV-ODER-Schaltung an ein
Schieberegister weitergeleitet, das eine vorbestimmte Anzahl
hintereinander folgender Bewegungsanzeigesignale ansammelt,
bevor es ein Alarmsignal erzeugt. Da auch das Schieberegister
von der System-Taktuhr angetrieben wird, ist es mit dem
Ausgangssignal der EXKLUSIV-ODER- Schaltung synchron und spricht
deshalb nicht auf die eventuell auftretenden asynchronen
Rauschsignale an.
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Das eigentliche Alarmsignal wird von einer mehrere
Eingänge aufweisenden Schaltung erzeugt, die nach dem Eingang der
erforderlichen Anzahl von Signalen vom Schieberegister bei
seinen mehreren Eingängen das letztendliche Alarmsignal
erzeugt, das auch genau in Zeitabstimmung mit der System-Taktuhr
ist.
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Da die beschriebene Erfindung lediglich bestimmt, ob eine
zuvor vorhandene Kante immer noch existiert, oder ob eine
zuvor nicht vorhandene Kante aufgetaucht ist, hat sie keine
Präferenz für vertikale oder horizontale Bewegung und
funktioniert in beiden Fällen gleich gut. Daher garantiert die
Erfindung, daß auch eine rein in der Vertikalen stattfindende
Bewegung einen Alarm auslöst, aber sie verhindert auch falsche
Alarme aufgrund von tatsächlich auftretenden Bewegungen, wenn
die Bewegung zu klein ist, um von Belang zu sein. Außerdem ist
sie nicht von Widerstands-Kondensator-Zeitkonstanten abhängig,
die Ungenauigkeiten unterliegen, und wegen ihrer genauen
Zeitabstimmung braucht sie nicht den Sicherheitsfaktor, daß
die Kanten sich überlappen müssen, um ein
Bewegungsanzeigesignal zu erzeugen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Figur ist ein vereinfachtes Blockschaltbild der
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der
Figur dargestellt, in der die digitale
Bewegungsdetektorschaltung 10 aus den folgenden Elementen aufgebaut ist: EXKLUSIV-
ODER-Schaltung 12, Umkehrverstärker 14, Schieberegister 16 und
Vielfach-NAND-Schaltung 18. Diese Elemente stehen über Signale
in Verbindung und werden durch sie in Betrieb gesetzt, die von
herkömmlichen Elementen erzeugt werden, nämlich dem
Kantendetektor 20, dem digitalen Kantenspeicher 22 und der
Taktsignalquelle 24.
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Bei einer typischen Anwendung könnte der Kantendetektor
20 ein Null-Durchgangsdetektor sein, der ein Signal erzeugt,
wenn das von ihm empfangene Videosignal eine Veränderung in
der Beleuchtungsintensität anzeigt, das heißt, eine Kante
eines Gegenstandes. Dabei ist zu beachten, daß das Videosignal
tatsächlich eine Zeitabfolge elektronischer Signale ist, die
verschiedene Lichtintensitäten an verschiedenen Stellen im
Blickfeld der Kamera darstellen und daß der Ort jedes
Bildelementes im Sichtfeld ein festes Zeitverhältnis zu allen
anderen Bildelementen hat. Wo immer auch ein Bildelement auf
dem Bildschirm liegt, kehrt das Fernsehsignal genau einmal pro
Kippzyklus zu diesem exakten Punkt zurück, und sein jeweiliges
Zurückkehren ist zu einem genauen und vorhersagbaren
Zeitpunkt.
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Der Ausgang des Kantendetektors 20, der jedes Mal, wenn
die Kante eines Gegenstandes erfaßt wird, ein digitales
Kantensignal erzeugt, ist an den Eingang des digitalen
Kantenspeichers 22 angeschlossen. Wie bei allen digitalen Speichern,
kann der digitale Kantenspeicher 22 leicht verstanden werden,
indem man sich den Speicher als ein Raster vorstellt, in das
Signale zum späteren Zugriff gegeben werden, wobei die
Information, die aus dem Speicher zur Verfügung steht, einfach
darin besteht, ob in dem jeweiligen Platz ein Signal vorhanden
ist oder nicht, während das Raster abgetastet oder
"adressiert" wird.
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Im gleichen Zusammenhang kann man sich den Adressenzähler
26, an den das ihn treibende Taktsignal aus der
Taktsignalquelle 24 geleitet wird, als die Vorrichtung vorstellen, die
das Eingangs- und das Ausgangssignal des digitalen
Kantenspeichers 22 in eine Abfolge bringt, so daß das System
jederzeit weiß, wo Information in den Speicher gegeben wird oder
aus ihm genommen wird. Der Adressenzähler 26 tastet den
digitalen Speicher 22 nämlich in der gleichen Weise ab, in der das
Fernsehsystem den Bildschirm abtastet.
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Es ist daher offensichtlich, daß der digitale
Kantenspeicher 22 und das Fernsehsystem von einem Fachmann
synchronisiert werden können, so daß die Plätze im digitalen
Kantenspeicher 22 im wesentlichen Bereichen auf dem
Fernsehbildschirm entsprechen, entweder indem ein Platz einem Bildelement
entspricht oder, viel besser, indem ein Speicherplatz vielen
Bildelementen entspricht, um die Menge der Signalverarbeitung
zu verringern.
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Wenn in einer bevorzugten, in der Figur dargestellten
Ausführungsform der Erfindung ein Kantensignal von dem Ausgang
des Kantendetektors 20 in den digitalen Kantenspeicher 22
gegeben wird, steht dieses Signal aus dem Ausgang des
Kantenspeichers 22 zu einem Zeitpunkt zur Verfügung, der exakt dem
gleichen Ort auf dem Fernsehbildschirm entspricht wie der des
ursprünglichen Signals, als dieses in den Speicher gegeben
wurde, mit der Einschränkung, daß die Signale aus dem Speicher
am Ausgang des Speichers 22 während eines folgenden Kippzyklus
des Fernsehbildschirms zur Verfügung stehen. Die Anzahl der
Kippzyklen zwischen dem Kippzyklus des Fernsehbildschirms,
dessen Information in den Speicher eingelesen wird und dem
Kippzyklus, bei dem sie vom Speicher 22 abgerufen wird, ist
steuerbar und hat keine Auswirkung auf die vorliegende
Erfindung. Die Information kann nur bis zum nächsten Kippzyklus im
Speicher behalten werden oder bis viele Kippzyklen später.
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Die vorliegende Erfindung wirkt auf das Signal aus dem
Ausgang des Speichers 22 ein und auf das letzte, direkt vom
Kantendetektor 20 kommende Kantensignal, um zu bestimmen, ob
eine Kantenbewegung stattgefunden hat, und wenn ja, ob sie zur
Aktivierung eines Alarmsignals groß genug ist.
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Einer der zwei Eingänge der EXKLUSIV-ODER-Schaltung 12
ist mit dem Ausgang des Kantendetektors 20 und der andere
Eingang mit dem Ausgang des Speichers 22 verbunden. Die
EXKLUSIV-ODER-Schaltung 12 erzeugt nur dann ein Ausgangssignal,
wenn sie nur auf einem ihrer Eingänge ein Signal empfängt. Der
Umkehrverstärker 14 ist mit dem Ausgang der EXKLUSIV-ODER-
Schaltung 12 verbunden und kehrt einfach das Signal von einem
digitalen Hoch zu einem digitalen Tief um. Die Anwesenheit des
Umkehrverstärkers steht in der Wahl des Konstrukteurs der
Schaltung und ist von den zur Verfügung stehenden Schaltungen
abhängig.
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Der Ausgang des Umkehrverstärkers 14 ist mit dem Eingang
des Schieberegisters 16 verbunden und leitet an dieses nur
dann ein Signal, wenn sich das vom Kantendetektor 20 kommende
und das vom Speicher 22 kommende Signal unterscheiden, das
heißt, wenn im Fernsehsignal eine Kantenbewegung stattgefunden
hat. Außerdem ist auch das vom Umkehrverstärker 14 kommende,
beim Schieberegister 16 eintreffende Signal mit dem Takt
synchron, da die an die EXKLUSIV-ODER-Schaltung 12 geleiteten
Signale mit der Taktsignalquelle 24 synchron sind.
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Die Taktsignalquelle 24 ist auch an den Takteingang des
Schieberegisters 16 angeschlossen und leitet an diesen ein
Signal weiter, so daß das Schieberegister 16 eingentlich nur
dann auf ein Eingangssignal reagieren kann, wenn dieses Signal
auf das Taktsignal abgestimmt ist. Bei der bevorzugten
Ausführungsform, die mit einem konventionellen Fernsehsystem
eingesetzt wird, hat sich ein Taktsignal von 5 MHz als im
Betrieb zufriedenstellend herausgestellt.
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Die Ausgänge des Schieberegisters 16 sind einzeln an die
einzelnen Eingänge der mehrere Eingänge aufweisenden NAND-
Schaltung 18 angeschlossen, die die Schieberegistersignale
sammelt und ein Alarm-Ausgangssignal erzeugt, wenn sich vier
aufeinander folgende Signale angesammelt haben. Die Schaltung
18 könnte auch eine mehrere Eingänge aufweisende AND-Schaltung
sein, wenn die Polarität der empfangenen Signale den Signalen
der gezeigten bevorzugten Ausführungsform entgegengesetzt
wären, und die Anzahl der Eingänge der Schaltung 18 wird durch
die Anzahl der aufeinander folgenden Signale bestimmt, die vor
dem Erzeugen eines Alarmsignals angesammelt werden sollen.
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Die erfindungsgemäße Schaltung erzeugt ein zeitlich genau
abgestimmtes und fehlerfreies Alarmsignal, das zusätzlich
gegenüber falschen Anzeigen höchst unanfällig ist. Da außerdem
sogar ihr Ausgangssignal auf den Systemtakt abgestimmt ist,
ermöglicht sie, daß die darauf folgende Signalverarbeitung
auch auf den Systemtakt abgestimmt ist, wodurch auch bei den
folgenden Schaltungen Rausch-Probleme vermieden werden können.
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Die gezeigte Form dieser Erfindung versteht sich
lediglich als eine bevorzugte Ausführungsform. Verschiedenste
Veränderungen können in der Funktionsweise und Anordnung der
Teile vorgenommen werden; gleichwertige Einrichtungen können
anstelle der dargestellten und beschriebenen eingesetzt
werden; und bestimmte Eigenschaften können unabhängig von anderen
verwendet werden, ohne daß dadurch von den folgenden
Patentansprüchen abgewichen wird.