-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Bereich der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich im Allgemeinen auf ein Sicherheitssystem, insbesondere auf
ein Sicherheitssystem, das Videoapparatur benutzt zur Bewegungsdetektion.
Es wird ein System beschrieben, das die Anzahl Falschalarme, erzeugt von
Videobewegungsdetektorsystemen in Reaktion auf Videobildänderungen,
die sich nicht auf Bewegung beziehen, reduziert.
-
2. Beschreibung des Standes
der Technik
-
Im Bereich der Sicherheitssysteme
sind Videosysteme durchaus bekannt. In einem typischen Sicherheitssystem
werden eine oder mehrere Videokameras aufgestellt zum Schaffen eines
Gesichtsfeldes, das beobachtet werden kann. Diese Videokameras verwandeln
ein sichtbares Bild in eine elektronische Form, geeignet zur Übertragung.
Eine Steuerstation, entweder innerhalb der Überwachungsgebietes oder in
einer Entfernung davon, empfängt
die Signale von diesen Kameras und gibt das Videobild an einer Wiedergabeanordnung
zur Sicherheitsbemessung und Aufzeichnung wieder. Typischerweise überwacht
eine Person die Bilder von den Kameras an einem Bildschirm und trifft
Sicherheitsmaßnahmen,
wenn das empfangene Bild unerlaubte Aktivitäten zeigt. Oft ist die überwachende
Person (nachstehend als Überwacher
bezeichnet) verantwortlich für die Überwachung
der Bilder von mehreren Kameras gleichzeitig, und es sind Mittel
vorgesehen, dem Überwacher
dabei in diesem Prozess zu helfen.
-
Es werden automatisierte Bewegungsdetektionssysteme
angewandt um dem Überwacher
auf das Vorhandensein einer Aktivität innerhalb des Gesichtsfeldes
einer Kamera aufmerksam zu machen, wie in dem US Patent 4.458.266
beschrieben. Die Bewegungsdetektionssysteme arbeiten durch Detektion
von Änderungen
in den sequentiellen elektronischen Bildern derselben Szene. Eine Änderung
in der Szene bedeutet das Eintreten oder das Verlassen eines Items
dieser Szene. Wenn eine Änderung
detektiert wird, wird dem Überwacher
ein Alarm zugeführt
für eine
Sicherheitsbemessung. Der Überwacher
wird sich die Sequenz von Bildern, die den Alarm verursachte, ansehen,
ebenso wie andere Bilder von dieser Kamera oder von anderen Kameras um
zu ermitteln, ob der Alarm es erfordert, Sicherheitsmaßnahmen
zu treffen, wie das alarmieren der Polizei oder das Auslösen eines
Alarmsignals. Diese Bewegungsdetektionssysteme können an derselben Stelle vorhanden
sein wie die Kamera oder sie können
sich in einem Abstand davon befinden. Sie befinden sich oft an derselben
Stelle wie die Kamera und übertragen
die Bilder nur im Falle eines Alarm zu der Steuerstation, wodurch
Kommunikationsbandbreite und Kosten gespart werden.
-
Änderungen
der Umwelt werden dafür
sorgen, dass das Videobild sich ändert;
so wird beispielsweise draußen
das Videobild bei Sonnenuntergang anders sein als das Videobild
mittags um zwölf. Weil
Bewegungsdetektoren durch Vergleich von Videobildern auf Änderungen
arbeiten, und Umgebungsänderungen
solche Änderungen
herbeiführen, müssen Mittel
vorgesehen werden um die Erzeugung eines Alarmsignals in Reaktion
auf Umgebungsänderungen
zu vermeiden. Weil es bekannt ist, dass die meisten Umgebungsänderungen
sich langsam ändernde
Phänomene
sind, vermeiden herkömmlicherweise
Bewegungsdetektionssysteme die Erzeugung von Alarm in Reaktion auf
Umgebungsänderungen, indem
Bilder miteinander verglichen werden, die in der Zeit relativ dicht
beisammen liegen. Das bedeutet beispielsweise, dass stattdessen,
dass Bilder von zwölf
Uhr mit Bildern bei Sonnenuntergang miteinander verglichen werden,
das Bild von zwölf
Uhr mit dem Bild von einem Bruchteil einer Sekunde vor zwölf verglichen
wird. Eine Person oder ein Gegenstand, der in die Szene eintritt,
wird zwischen Bildern, die um einen Bruchteil einer Sekunde auseinander liegen,
eine wesentliche Änderung
herbeiführen, aber
die Änderung
der Umgebung in demselben Bruchteil der Zeit wird nicht ausreichen
um einen Alarm auszulösen.
Bei dem herkömmlichen
System wird das verglichene Bild ständig aktualisiert, damit die
Differenz des Bruchteils zwischen den Bildern beibehalten wird.
Das bedeutet, dem oben genannten Vergleich zwischen dem Zwölf-Uhr-Bild
und dem Zwölf-Uhr-minus-einem-Bruchteil-Bild
folgend, dass das Zwölf-Uhr-plus-einem-Bruchteil-Bild
mit dem Zwölf-Uhr-Bild
verglichen wird, usw.
-
Dieser sequentielle Vergleichs- und
Aktualisierungsprozess führt
zu Bewegungsdetektionssystemen, die für relativ schnelle Änderungen
in der Szene empfindlich sind und die für relativ langsame Änderungen
in der Szene unempfindlich sind. Weil sie für schnelle Änderungen in Szenen empfindlich sind,
sind herkömmliche
Bewegungsdetektoren auch für
schnelle Umgebungsänderungen
empfindlich. Ein Blitz in der Nacht wird in aufeinanderfolgenden
Videobildern eine wesentliche Änderung
verursachen, und wird dafür
sorgen, dass der Bewegungsdetektor, der mit diesen Bilder assoziiert
ist, einen Alarm auslösen
wird, wodurch ihre Effektivität
während
eines Unwetters abgewandt wird. Die Scheinwerfer eines Kraftwagens,
die das Gebiet innerhalb des Gesichtsfeldes der Kamera beleuchten,
werden ebenfalls ein Falschalarm auslösen, was oft die Wahl der Aufstellung
oder des Gesichtsfeldes einer Sicherheitskamera begrenzt.
-
Sicherheitssysteme umfassen auch
oft ein Mittel zum Maskieren eines Teils des Bildgebietes gegen
Bewegungsdetektion. Solche Systeme gestatten Bewegung innerhalb
der maskierten Gebiete und lösen
einen Alarm bei Bewegung in anderen Gebieten aus, wobei sich die
beiden Gebiete innerhalb des Gesichtsfeldes der Kamera befinden.
Eine Innenszene kann beispielsweise einen Korridor neben einem Sicherheitsgebiet
umfassen. Obschon Bewegung in dem Korridor maskiert werden kann,
damit vermieden wird, dass in Reaktion auf eine solche Bewegung ein
Alarm ausgelöst
wird, wird das Ein- oder Ausschalten der Beleuchtung dieses Korridors
verursachen, dass das Sicherheitsgebiet sich ändert, was zu einem Falschalarm
führt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Im Wesentlichen beschreibt die vorliegende Erfindung
ein Bewegungsdetektionssystem, das unempfindlich ist für Umgebungsbewegungen,
einschließlich
sich schnell und langsam ändernder
Szenen. Die vorliegende Erfindung minimiert in der bevorzugten Ausführungsform
die Wahrscheinlichkeit von Falschalarm, während auch die Wahrscheinlichkeit
einer Umleitung eines richtigen Alarms minimiert wird.
-
Der vorliegenden Erfindung liegt
die Erkenntnis zugrunde, dass Umgebungsänderungen, wie oben beschrieben, Änderungen
in der ganzen Szene verursachen, während eine Bewegung innerhalb
einer Szene auf ein Subgebiet innerhalb der Szene lokalisiert wird.
Nach der vorliegenden Erfindung werden Änderungen in den Videobildern
bewertet für eine
globale Szenenänderung,
wobei ein großes
Gebiet der Szene beeinflusst wird. Dadurch, dass die Bilder auf Änderungen
bewertet werden, welche die ganze Szene beeinflussen, können Umgebungsänderungen
von durch Bewegung verursachten Änderungen
unterschieden werden. Es kann ausgeschlossen werden, dass Änderungen,
welche die ganze Szene beeinflussen, einen Alarm erzeugen, wodurch Falschalarmfälle reduziert
werden.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform
werden die örtlichen Änderungen
mit der globalen Szenenänderung
verglichen um zu bestimmen, ob die örtliche Änderung mit der globalen Änderung übereinstimmt. Örtliche Änderungen,
die nicht mit der globalen Änderung übereinstimmen,
werden danach bewertet für Bewegungsdetektion.
Auf diese Weise können
durch Bewegung induzierte örtliche Änderungen
einen Alarm auslösen,
obschon eine globale Änderung
aufgetreten sein kann, gleichzeitig mit der örtlichen Bewegung. Dieses Merkmal
begrenzt die Verwendung, seitens eines Einbrechers, einer ableitenden
Umgebungsänderung
zum Maskieren des Eintritts eines Einbrechers in ein gesichertes
Gebiet.
-
Dieses und andere Merkmale der vorliegenden
Erfindung dürften
dem Fachmann im Lichte der Zeichnung und der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung klar werden.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNG
-
1 zeigt
ein Video-Sicherheitssystem mit Bewegungsdetektion.
-
2 zeigt
ein Flussdiagramm für
Bewegungsdetektion mit Unempfindlichkeit für globale Bewegung, nach der
vorliegenden Erfindung.
-
3 zeigt
Frames entsprechend beliebigen, durch Einbrecher induzierten und
globalen Änderungen
nach der vorliegenden Erfindung.
-
4 zeigt
ein Flussdiagramm zum Berechnen einer Bewegungsdetektionsschwelle.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
DER VORLIEGENDEN ERFINDUNG
-
1 zeigt
ein Video-Sicherheitssystem mit einem Bewegungsdetektor, wie in
dem Stand der Technik bekannt. Videobilder 101 werden von
der Kamera 110 erzeugt. Diese Bilder sind repräsentativ
für das
Gesichtsfeld der Kamera 112. Das Gesichtsfeld wird bestimmt
durch die Lage der Kamera, die Orientierung und die Linsenkonfiguration.
In 1a werden die Videobilder 101 gleichzeitig
der Überwachungsstation 120 sowie
dem Bewegungsdetektor 130 zugeführt. Der Bewegungsdetektor 130 vergleicht
ein Frame des ak tuellen Bildes 136 mit einem Frame des
vorhergehenden Bildes 137, unter Ansteuerung eines Controllers 139.
Der Vergleichsblock 138 löst ein Alarmsignal 131 aus,
wenn das aktuelle Bild 136 von dem vorhergehenden Bild 137 wesentlich
abweicht. Die Differenz zwischen den Bilden kann beispielsweise
durch die Anzahl Bildelemente (Pixel) mit einem anderen Wert gemessen
werden. Wenn die Anzahl anderer Pixel einen Schwellenwert übersteigt,
wird der Überwachungsstation
ein Alarmsignal zugeführt.
Die Verwendung einer Schwelle ermöglicht es, dass der Bewegungsdetektor
unempfindlich sein kann für
geringfügige Änderungen,
wie diese verursacht werden, wenn kleine Tiere sich in dem Blickfeld
der Kamera verlagern. Nach einem Vergleich mit Hilfe des Controllers 139 wird
das aktuelle Bild 136 das vorhergehende Bild 137,
und zwar in Vorbereitung des Empfangs des nächsten Frames des Videobildes 101.
Der Bewegungsdetektor 130 kann ein etwaiges Maskierungsmerkmal
aufweisen zum Absperren von Teilen der Szene vor Bewegungsdetektion.
Dieses Absperren oder Maskieren erfolgt durch den Maskierungsblock 135.
Die Maske identifiziert Gebiete des Bildes, die von dem Vergleichsblock 138 bei
der Bestimmung, ab ein Alarmsignal 131 ausgelöst werden
soll, nicht benutzt werden sollen. Die Maskierung wird dem Block 138 zugeführt, so
dass die Differenzen zwischen denjenigen Pixeln des aktuellen Bildes 136 und
dem vorhergehenden Bild 137, die den gebieten der Maske 135 entsprechen,
nicht zum Auslösen
des Alarmsignals 131 verwendet werden. Es sei bemerkt,
dass in einem typischen System die Überwachungsstation das komplette,
nicht maskierte Bild empfängt,
das alle Bewegung zeigt, dass aber der Überwacher nicht auf Bewegung
aufmerksam gemacht wird, ausgenommen auf Bewegung in den nicht maskierten
Gebieten.
-
1b zeigt
ein Sicherheitssystem mit einer entfernt liegenden Überwachungsstation.
Bilder 101 und Alarmsignale 131 werden dem Überwacher 120 über den
Sender 140 und den Empfänger 150 zugeführt. Eventuell
kann der Sender 140 dazu entworfen sein, nur Videobilder 101 zu
senden, wenn dazu ein Befehl von dem Überwacher eintrifft, oder beim
Auftritt eines bestätigten
Alarmsignals von dem Bewegungsdetektor 131. Typischerweise
kann der Sender einen oder mehrere Videobildpuffer enthalten. Bei Detektion
einer Bewegung, wie signalisiert durch das Alarmsignal 131,
wird der Sender das aktuelle Videosignal übertragen, ebenso das vorhergehende
und das nachfolgende Bild, um dem Überwacher zu helfen bei der
Beurteilung der Sicherheitssituation.
-
Der Bewegungsdetektor 130 funktioniert durch
einen Vergleich des einen Bildes mit dem anderen. Statt des Vergleichs
der Bilder auf Pixel-zu-Pixel-Basis, werden Gruppen von Pixeln in
einem Bild typischerweise gekennzeichnet durch einen einzigen Parameter
und dieser Parameter wird verglichen, und zwar bildweise. In der
Beschreibung wird der Ausdruck Frame verwendet um die Darstellung
des Bildes zu beschreiben und innerhalb jedes Frames gibt es Subelemente,
die als MCU bezeichnet werden. Eine MCU bezieht sich auf eine Gruppe
von Pixeln mit einem vergleichbaren Parameter. So kann beispielsweise
eine MCU als eine aneinander schließende 8 zu 8 Gruppe von Pixeln
bezeichnet werden und der Parameter dieser MCU kann die mittlere Leuchtdichte
dieser 8 zu 8 Pixel sein. Ein Bild von 320 zu 240 Pixeln würde auf
diese Weise ein Frame bilden, das in eine 40 zu 30 Matrix von 8
zu 8 Pixel-MCUs aufgeteilt ist und das Frame wird als eine 40 zu
30 Anordnung mit dem mittleren Pixelwert innerhalb jeder MCU gespeichert.
Wenn der Mittelwert einer einzelnen MCU sich von dem einen Bild
zum anderen wesentlich ändert,
kann man annehmen, dass etwas in die Szene hinein gelangt ist oder
die Szene verlassen hat. Die Größe der MCU
kann so klein wie ein einzelnes Pixel sein; eine umfangreichere
Größe wird
zu einer schnelleren Verarbeitung der sequentiellen Bilder führen, aber
mit einem damit einher gehenden Verlust an Auflösung.
-
Auch typisch für übliche Bewegungsdetektionssysteme
ist, dass ein Parameter vorgesehen ist zum Spezifizieren der minimalen
Größe eines
Gegenstandes, bei der ein Alarm ausgelöst werden soll. Dieser Parameter
kann als minimale Anzahl MCUs spezifiziert werden oder als eine
bestimmte Anordnung von MCUs. So kann man beispielsweise spezifizieren,
dass Bewegung in wenigstens fünf
MCUs detektiert sein soll, bevor ein Alarm ausgelöst wird, oder
in einem Gebiet von wenigstens zwei MCUs zu drei MCUs. Auf diese
Weise werden beispielsweise kleine Tiere keinen Alarm auslösen, obschon
die spezifischen MCUs, in denen deren Bild erscheint, eine Differenz
vom einen Frame zum nächsten
Frame zeigen. Das minimal bemessene Gebiet, erforderlich zum Auslösen eines
Alarms wird hier als "Zielgröße" bezeichnet.
-
2 zeigt
ein Flussdiagramm für
ein Bewegungsdetektionssystem nach der vorliegenden Erfindung. In
dem Block 200 wird das Videobild verarbeitet zum Bilden
eines Frames, das als eine MCU-Anordnung gespeichert wird. Wie oben
bereits erwähnt, enthält die MCU-Anordnung
Parameter, die das Bild auf denjenigen Grad kennzeichnen, der erforderlich ist
zur nachfolgenden Verarbeitung. Jede MCU könnte einem einzigen Pixel ent sprechen
und das Frame könnte
das ganze Videobild enthalten, zu welcher Einzelheit die Kamera 110 auch
schafft. Um die Verarbeitung zu optimieren ist aber das Frame typischerweise
eine Abstahierung des Bildes, das genügend Einzelheiten enthält um einen
Vergleich des einen Bildes mit dem anderen Bild zu ermöglichen,
durch einen Vergleich der Parameter in dem einen Frame mit denen
des anderen Frames. In der bevorzugten Ausführungsform stellt eine MCU
eine 8 zu 8 Gruppe von Pixeln dar, und diese 8 zu 8 Pixel werden
gekennzeichnet durch den Mittelwert deren Leuchtdichte; andere Kennzeichen
der Pixel, wie deren zusammengesetzte Farbe, könnte auch benutzt werden, und
zwar zusätzlich
zu oder anstelle von dem Leuchtdichte-Parameter. Die MCU-Anordnung
wird bei 210 zunächst
auf eine minimale Lichtintensität
beurteilt. Diese Beurteilung erfolgt als Selbsttest des Systems und
kann einen Test auf eine maximale Intensität, auf minimalen Kontrast usw.
umfassen. Diese Beurteilung schafft ebenfalls ein Alarmsignal bei
einer möglichen
absichtlichen Verdunklung der Kamera. Wenn genügend Licht detektiert wird,
wird der Fehler 214 gemeldet und an diesem Bild wird eine
weitere Verarbeitung durchgeführt.
-
Wenn genügend Licht detektiert wird,
wird ein Auslösungstest
bei 220 durchgeführt.
Wenn dies das erste Frame ist, kann ein Vergleich nicht durchgeführt werden
und das System fährt
unmittelbar fort zum Aktualisieren der Bezugs-MCU-Anordnung bei 270.
Die Bezugs-MCU-Anordnung ist die MCU-Anordnung, mit der nachfolgende
MCU-Anordnungen verglichen
werden. In einer typischen Ausführungsform
ist diese Anordnung gleichsam eine Kopie der aktuellen MCU; aber
es kann vorteilhaft sein, dass die Bezugsanordnung eine Zusammensetzung
mehrerer vorhergehender Bilder ist. So ist beispielsweise in der
bevorzugten Ausführungsform
die Bezugs-MCU ein rekursiv gewichteter Mittelwert aller vorhergehender
Bilder. Diese Mittelwert-MCU hat sich als effektiv erwiesen zum
schnellen Unterdrücken
von Bildänderungen,
wie diese durch rasselnde Blätter
und dergleichen verursacht werden können, während allmähliche Leuchtdichteänderungen,
wie diese durch Sonnenaufgang, Sonnenuntergang usw. verursacht werden
können,
erlaubt sind.
-
Die Bezugs-MCU wird bei 280 beurteilt
zum Berechnen von Parametern, die verwendet werden zum Vergleichen
aufeinander folgender Frames. So ist beispielsweise bei der bevorzugten
Ausführungsform
die Varianz oder die Abweichung in dem Wert unter den MCU-Elementen
indikativ für
den Kontrast in dem Bild. Dieser Kontrast kann benutzt werden zum
Einstellen einer minimalen Schwelle für die nachfolgenden MCU-Vergleiche. Das bedeutet,
dass in den nachfolgenden MCU-Vergleichen nur diejenigen Änderungen,
die über
diese Schwelle hinaussteigen, als bemerkenswerte Änderungen
angegeben werden. Die automatische Einstellung dieser Schwelle proportional
zu dem Kontrast schafft eine konsistente Bewegungsdetektionsleistung,
sogar unter wesentlich verschiedenen Sichtbedingungen. Wenn das Bild
beispielsweise an einem hell sonnigen Tag erzeugt wird, könnte man
einen großen
Betrag an Kontrast in dem Bild erwarten und auf entsprechende Weise
wesentliche Änderungen
in der Leuchtdichte, wenn das Bild sich ändert, und zwar entweder durch die
beliebige Bewegung von Items innerhalb der Szene, oder durch einen
Eindringling. Zum Minimieren von Falschalarmfällen, verursacht durch beliebige Bewegungen
wird der Schwellenwert derart eingestellt, dass er größer ist
als die Änderungen
in der Leuchtdichte, von denen man erwartet, dass sie durch diese
beliebige Bewegungen verursacht werden. Auf diese Weise sollte die
Schwelle hoch sein, wenn ein Bild einen hohen Grad an Kontrast enthält. Wenn
dieselbe Szene an einem bewölkten
Tag gesehen wird, wird der Kontrast niedriger sein, ebenso wie die Änderungen
in der Leuchtdichte, wenn das Bild sich ändert. Der Schwellenwert soll
nach unten eingestellt werden für
ein Bild mit weniger Kontrast um den gleichen Grad der Intensität bei beliebiger
Bewegung beizubehalten während
dennoch der gleiche Grad der Empfindlichkeit für das eintreffen eines Eindringlings.
Dadurch, dass die Schwelle in Abhängigkeit von dem Kontrast eingestellt
wird, schafft das System eine automatische Einstellung, wodurch
automatisch diese Konsistenz beibehalten wird. Wenn das Bezugsbild
erzeugt worden ist und wenn der Schwellenpegel für nachfolgende Vergleiche eingestellt
worden ist, kehrt der Prozess zu 290 zurück, bis das nächste Bild
bei 200 eintrifft.
-
Bei Empfang eines nachfolgenden Bildes wird
das Bild verarbeitet zum Erzeugen einer neuen MCU-Anordnung bei 200 und
es wird geprüft
auf eine minimale Lichtintensität
bei 210, wie oben beschrieben. Wenn es nicht ein erstes
Frame ist, wird es mit der obengenannten Bezugs-MCU-Anordnung verglichen
zum Erzeugen einer Differenz-Anordnung bei 230. Bei der
bevorzugten Ausführungsform
ist dies eine elementweise Subtraktion jeder entsprechenden MCU
innerhalb der aktuellen MCU und der Bezugs-MCU. Die Größe der Differenz jedes entsprechenden
MCU wird in der Differenz-Anordnung
gespeichert.
-
Wenn ein Differenzfaktor einer einzelnen MCU
einen Detektionsschwellenwert übersteigt,
wie in 240 bestimmt, wird in einer Differenzmerkerdarstellung
bei 250 ein Differenzmerker gesetzt, entsprechend dieser
MCU. Die Differenzmerkerdarstellung wird beispielsweise eine Eins
für jede
aktuelle MCU enthalten, die um den Detektionsschwellenbetrag von
der Bezugs-MCU abweicht, und sonst eine Null. Ein Eindringlich würde ein
Cluster von Einsen in dieser Darstellung an der Eindringstelle verursachen. Die
Darstellung wird bei 260 beurteilt um feststellen zu können, ob
es ein Cluster gibt, das die obengenannte Zielgröße übersteigt. Wenn es ein oder
mehrere Cluster gibt, wird bei 265 ein Alarm ausgelöst. Im anderen
Fall wird wie Bezugsanordnung bei 270 aktualisiert und
bei 280 beurteilt und der Prozess kehrt zurück und wartet
auf das nächste
Frame.
-
Das Aktualisieren der Bezugsanordnung kann
davon abhängig
gemacht werden, ob ein Alarm ausgelöst wurde. Es kann beispielsweise
bevorzugt werden, das Bezugs-voralarm-bild nicht zu aktualisieren
bis eine gewisse Aktion unternommen wird, und zwar in Reaktion auf
den ausgelösten
Alarm. Auf gleiche Weise kann eine andere Verarbeitung durchgeführt werden
beim Auslösen
des Alarms und dieser Prozess kann für nachfolgende Frames umgangen werden,
damit solche Prozesse ununterbrochen durchgeführt werden können.
-
Der Vorgang dieses Flussdiagramms
ist in 3 detailliert
dargestellt. 3A stellt
eine Szene dar, bei der beliebige Änderungen in der Leuchtdichte auftreten; 3B stellt eine Szene dar
beim Eintreten eines Eindringlings; 3C stellt
eine Szene dar beim Auftritt einer globalen Änderung. In jeder dieser Figuren
ist das Bezugsframe 310 dasselbe. Das Bezugsframe 310 nach
Folgeframe 320A, 320B, 320C und das Differenzframe 330A, 330B, 330C umfassen je
zwanzig MCUs 315, gegliedert in einer fünf-zu-vier-Matrix. Im Prinzip sind diese Frames
vorgesehen um eine Unterteilung einer Szene darzustellen, wie dies
dem Gesichtsfeld 112 der Kamera 110 entspricht.
Wenn beispielsweise die in jeder MCU dargestellten Nummern die Leuchtdichte
darstellen, zeigt das Bezugsframe 310 höhere Werte in dem oberen Bereich
der Matrix, was der Luft oder der Deckenbeleuchtung entspricht,
während
die niedrigeren Bereiche geringere Werte haben, entsprechend Erde oder
Fußboden.
Entsprechend dieser Erfindung kann die Struktur und die Übereinstimmung
mit der Framedarstellung eine alternative Form annehmen, beispielsweise
für eine
genauere Verarbeitung.
-
In 3B hat
das Folgeframe 320A Eingänge, die repräsentativ
sind für
beliebige Änderungen von
dem Bezugsframe. MCU 321 zeigt einen Wert gleich 21, während die
entsprechende MCU 311 in dem Bezugsframe einen Wert gleich
25 zeigt. Die Größe der Differenz
zwischen MCU 321 und MCU 311 ist als der Wert
4 in dem entspre chenden Differenzframe MCU 331 angegeben.
Auf gleiche Weise entsprechen die Werte von MCU 332 und 333 der Größe der Differenzen
zwischen MCUs 322 und 312, bzw. MCUs 323 und 313.
-
Wenn nun ein Schwellenwert gleich
zehn vorausgesetzt wird, wird eine Differenzmerkerabbildung, wie
durch den Block 250 in 2 berechnet, bei 350A dargestellt.
Die MCUs innerhalb des Differenzframes 330A, deren Werte
wenigstens zehn sind, haben eine übereinstimmende 1 in der Differenzmerkerabbildung 350A.
Der Differenzmerkereingang 353 hat einen Wert gleich 1,
entsprechend dem Differenz-MCU-333-Wert gleich elf, während die
Differenzmerkereingänge,
die den MCUs 331 und 332 entsprechen, mit Werten
4 bzw. 3, je einen Wert 0 bei 351 und 352 haben.
Obschon zwei der Eingänge
in der Differenzmerkerabbildung 350A eine 1 haben, wenn
der Zielgrößenparameter
von Block 260 in 2 beispielsweise
zwei aneinander grenzende MCUs ist, würde der Alarm bei 265 nicht
ausgelöst werden.
-
3B entspricht
dem Eintritt eines Eindringlings in das Gebiet entsprechend den
MCUs, angegeben bei 341. Die Differenz-MCUs bei 342 zeigen
eine große
Differenz zwischen den MCUs bei 341 und den MCUs bei 340.
Auf entsprechende Weise zeigt die Differenzmerkerabbildung ein Cluster von
Einsen bei 343. Wenn dieses Cluster über den Zielgrößenparameter,
beispielsweise zwei aneinander grenzende MCUs, hinaus steigt, wird
der Alarm bei 265 ausgelöst.
-
Wie oben anhand der 2 erwähnt,
wird die Differenzanordnung bei 240 und 250 bewertet
um Differenzcluster zu identifizieren. Es ist bei dieser Bewertung,
dass globale Änderungen
unterschieden werden können.
Es kann erwartet werden, dass eine globale Änderung Änderungen zur Größe von MCUs einführt. Auf
diese Weise kann, wenn die Differenzanordnung viele Änderungen
enthält,
statt einiger örtlicher Änderungen,
gefolgert werden, dass eine globale Änderung aufgetreten ist, statt
einer Eindringung. Es kann jede beliebige Anzahl Algorithmen angewandt
werden um zu bestimmen, ob die Änderungen
weit verbreitet oder nur örtlich
sind. So kann beispielsweise eine Zählung der Elemente in der Differenzanordnung,
die eine bestimmte minimale Größe übersteigt,
benutzt werden. Wenn diese minimale Größe dieselbe ist wie der obengenannte
Schwellenwert, könnte
die Zählung
die Anzahl Merker sein, die in der Differenzmerkerabbildung gesetzt
wurden. Wenn der Zählwert
dem Wert, der durch das Eindringen des Eindringlings erwartet werden kann,
wesentlich übersteigt,
kann die Änderung
als global betrachtet werden und kann für dieses Frame der Alarm verboten
werden.
-
3C entspricht
einem globalen Fall, beispielsweise dem Auftritt eines Blitzes oder
das Blitzlicht einer Blitzlampe. Die Werte der MCUs des Folgeframes 320C zeigen
einen markierten Anstieg in der Leuchtdichte, was in dem Differenzframe 330C reflektiert
ist. Wenn der Schwellenwert zehn ist, wie in den vorhergehenden
Beispielen, werden die meisten der Differenzmerkereingaben auf 1
gesetzt, wie bei 350C dargestellt. Nach der vorliegenden
Erfindung kann das Auftreten einer 1 in den meisten MCUs verwendet
werden zum Signalisieren des Auftritts eines globalen Ereignisses,
wofür das
Auslösen des
Alarms bei 365 verboten wird. Weil die Differenzabbildung 340C eine
Vielzahl von Eingaben 1 enthält, würde in diesem
Beispiel das nachfolgende Auslösen eines
Alarms verboten werden.
-
Auf diese Weise kann, wie angegeben,
die Beurteilung der Differenzmerker effektiv benutzt werden zum
Unterscheiden örtlicher Änderungen
von globalen Änderungen.
Diese Unterscheidung kann dann benutzt werden um das Auslösen eines Falschalarms
zu vermeiden, wie dies in einem vorhergehenden System durch das
Auftreten einer globalen Änderung
verursacht werden würde.
-
Auf alternative Weise kann aus der
obenstehenden Annäherung
der Differenzmerker die Varianz der Elemente innerhalb der Differenzanordnung
benutzt werden um globale Änderungen
von örtlichen Änderungen
zu unterscheiden. Es würde
erwartet, dass eine globale Änderung
alle Elemente auf gleiche Weise beeinflussen würde, und folglich wäre die Varianz
der Größen der
Differenz klein. Eine örtliche Eindringung
aber würde
eine Differenz in dem Bereich der Eindringung einführen und
keine Differenz in den anderen Bereichen. Auf diese Weise wäre eine
große
Varianz typische für
eine Eindringung. Dieses und andere Verfahren der Unterscheidung globaler Änderungen
von örtlichen Änderungen
in einer Anordnung sind einem Sachverständigen auf diesem Gebiet bekannt
und liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung.
-
Obschon die Beurteilung der Differenzanordnung
in den Blöcken 240 und 250 nur
einen Merker setzen würde
um das Auslösen
eines Alarms zu verbieten, wenn eine globale Änderung detektiert wird, wie
oben beschrieben, ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ausgelegt zum Auslösen
eines Alarms in dem Fall einer gleichzeitigen örtlichen und globalen Änderung.
In der bevorzugten Ausführungsform
wird der Effekt einer globalen Änderung
dadurch erhalten, dass der Schwellenpegel für eine örtliche Bewegungsdetektion
gesteigert wird. Wie in 2 dargestellt
und anhand der 4 detailliert
beschrieben, wird die Detektionsschwelle mit jedem Frame eingestellt.
Der Mittelwert der Größen der Differenzen
wird berechnet, wie in den Schritten 410 bis 450 nach 4 dargestellt. Von dieser
mittleren Differenz würde
man erwarten, dass sie für
eine globale Änderung
hoch ist und für
eine örtliche Änderung
niedrig. Dieser Mittelwert, skaliert durch einen globalen Empfindlichkeitsfaktor,
ist die Detektionsschwelle, die benutzt wird um die Differenzmerker
in 250 zu stellen. Wie bei 460 dargestellt, wird
die Detektionsschwelle nicht derart gesetzt, dass sie kleiner ist
als die minimale Schwelle von Block 280, wie oben beschrieben.
Der globale Empfindlichkeitsfaktor kann ein vom Benutzer definierbarer
Faktor sein und ist typischerweise größer als eins.
-
3C zeigt
den Effekt einer gesteigerten Schwelle bei 355C. Das Differenzframe 330C erzeugt
Differenzmerker 350C, wenn ein Schwellenwert zehn benutzt
wird, wie oben beschrieben, aber dasselbe Frame 330C erzeugt
Differenzmerker 355C, wenn ein Schwellenwert achtundvierzig
benutzt wird. Nach der vorliegenden Erfindung wird der Mittelwert
MCUs des Differenzframes 330C in den Blöcken 410–450 als
zweiunddreißig
berechnet. Es wird nun vorausgesetzt, dass ein typischer globaler Empfindlichkeitsfaktor
von 1,5 zu einer Detektionsschwelle bei 460 von achtundvierzig
führt.
Wie erwartet führt
der höhere
Schwellenwert dazu, dass weniger MCUs diesen Schwellenwert übersteigen
und folglich, dass weniger Eingaben von 1 in den Differenzmerkern 355C auftreten.
-
Die Effektivität der obenstehend beschriebenen
dynamischen Detektionsschwelleneinstellung nach der vorliegenden
Erfindung kann am besten bewertet werden durch ein Beispielsszenario
in einem etwas mehr allgemeinen nachstehenden Fall.
-
Es wird vorausgesetzt, dass die MCU-Werte von
0 (schwarzes Bild) bis 100 Weißes
Bild) reichen. Weiterhin wird vorausgesetzt, dass der Bildkontrast derart
ist, dass das Schwellenminimum auf 10 gesetzt wird, dass ein Eindringlich
eine Differenz von etwa 30 in zehn Prozent der Bild-MCUs verursacht und
dass der Benutzer die globale Empfindlichkeit auf 1,0 gesetzt hat.
Beim Fehlen einer globalen Änderung
wird eine mittlere Differenz zwischen Bildern gleich 5 vorausgesetzt,
wie dies durch beliebige Faktoren verursacht werden kann. Beim Fehlen
eines Eindringlings wird diese mittlere Differenz (5) mit der Empfindlichkeit
(1,5) multipliziert und mit dem Schwellenminimum (10) verglichen.
Weil das Schwellenminimum (10) größer ist als dieses Produkt (7,5)
wird die Detektionsschwelle auf 10 gesetzt. Alle MCUs mit einer
Differenz von wenigstens 10, wie dies durch den zufälligen Eintritt
eines kleines Tieres verursacht sein könnte, würden dazu führen, dass der entsprechende
Differenzmerker gesetzt wird. Nur dann, wenn ein Cluster gesetzter
Merker größer ist als
die Zielgröße, wird
bei 265 ein Alarm ausgelöst.
-
Wenn nun der Eintritt eines Eindringlings
betrachtet wird, so fehlt eine globale Änderung. Der Eindringling wird
eine Änderung
in der mittleren Differenz von etwa 3 (30 mal 10 Prozent) herbeiführen, was
zu einer DiffAvg bei 450 von 8 führt. Bei 460 wird die
Detektionsschwelle auf den höheren
Wert des Schwellenminimums (10) und der DiffAvg (8) mal der GlobalSens
(1,5) gesetzt; d. h. die Detektionsschwelle wird höher eingestellt,
auf 12, und zwar wegen des Eintritts des Eindringlings. Jede der
MCUs, in die der Eindringlich die Änderung von 30 Einheiten einführte, wird,
wen verglichen mit dieser Schwelle von 12, dazu führen, dass
der entsprechende Differenzmerker gesetzt wird. Wenn nun vorausgesetzt
wird, dass die gesetzten Merker, die dem Eindringling entsprechen,
die spezifizierte Zielgröße übersteigen,
wird bei 265 der Alarm ausgelöst.
-
Nun wird eine globale Änderung
ohne Eindringling betrachtet. Die Größe der eingeführten Differenz
wird abhängig
sein von der bestimmten globalen Änderung. Es wird ein Auftreten
betrachtet, das verursacht, dass die mittlere Differenz in MCU-Werten
auf 40 ansteigt, wie bei 450 berechnet. Herkömmliche
Bewegungsdetektoren würden
unter diesen Umständen
einen Alarm auslösen,
weil die meisten MCUs das Schwellenminimum übersteigen werden, und wesentlich
große
Clusters von Differenzmerkern gesetzt werden. Nach der vorliegenden
Erfindung aber wird die Detektionsschwelle bei 460 auf
einen Wert von 60 gesetzt (40 mal dem globalen Empfindlichkeitsfaktor
von 1,50). Nur die Stellen, an denen die Änderung wesentlich größer ist
als die mittlere Änderung
von 40 werden einen Differenzmerker gesetzt haben. Weil es erwartet
werden kann, dass eine globale Änderung
das ganze Bild relativ einheitlich beeinflusst, kann man erwarten,
dass solche Stellen minimal sind. Wenn nur einige, oder überhaupt
Merker gesetzt sind, wird ein Alarm nicht ausgelöst. Es dürfte folglich einleuchten,
dass die dynamische Einstellung der Schwellenwerte in Abhängigkeit
von der mittleren Änderung
in MCU-Werten zwischen Frames den gewünschten Effekt der Minimierung
der Anzahl Falschalarme, verursacht durch globale Änderungen,
hat.
-
Zum Schluss wird der Fall betrachtet,
dass eine globale Änderung
mit einem Eindringlich zusammenfällt,
beispielsweise der Fall, dass ein Eindringling versucht während eines
Gewitters die Detektion zu entweichen, indem er nur während der
Blitze sich verlagert. Ein herkömmliches
Sicherheitssystem kann ein Alarm auslösen, aber dies wird einen minimalen
Effekt haben, weil der Überwacher
dies als einen durch den Blitz ausgelösten Falschalarm interpretieren
wird. Höchstwahrscheinlich
wird der herkömmliche
Sicherheitssystemüberwacher
den Bewegungsdetektor nach den ersten Blitzen, die einen Falschalarm
auslösten,
abgeschaltet haben. Die hier beschriebene bevorzugte Ausführungsform
wird aber imstande sein, den Eindringling von den globalen Änderungen
zu unterscheiden. Wenn örtliche
und globale Änderungen
auftreten, wird die mittlere Differenz etwas weniger als die Summe
der beiden Auftritte, weil die Effekte der einen die Effekte der
anderen verringern können.
Zum einfacheren Verständnis
wird aber vorausgesetzt, dass die Effekte nahezu additiv sind, so
dass in der Beispielumgebung die meisten von dem Eindringling beeinflußten MCUs
bis nahezu 70 gehen, wenn die anderen MCUs auf etwa 40 ansteigen,
und einen Differenzmittelwert bei 450 von etwa 42 erzeugen.
Die kombinierten globalen und Eindringlingsänderungen werden auf diese
Weise zu einer Detektionsschwelle von 63 (42 mal 1,50) führen. Da
die meisten durch den Eindringling beeinflußten MCUs über diesem Schwellenminimum
liegen, werden die entsprechenden Differenzmerker bei 250 gesetzt
und der Alarm wird bei 265 ausgelöst. Es ist auf diese Weise
ersichtlich, dass mit dieser bevorzugten Ausführungsform örtliche Änderungen detektiert werden,
sogar wenn diese mit einer globalen Änderung zusammenfallen. Die
Wahrscheinlichkeit, dass ein wirklicher Eindringling wegen des Auftrittes globaler Änderungen übersehen
wird, wird dadurch wesentlich verringert, und zwar durch die Verwendung
dieser bevorzugter Ausführungsform.
-
Alternative Techniken können angewandt werden
zum Einstellen der Schwelle. So kann beispielsweise die Varianz
der Differenzen benutzt werden zur weiteren Modifikation des globalen
Empfindlichkeitsfaktors, entsprechend der angewandten Technik zum
Einstellen des oben in Bezug auf den Prozess 280 in 1 beschriebenen Schwellenminimums.
Wenn beispielsweise der globale Auftritt den Effekt hat, dass das
meiste des Bildes weggewaschen wird, wodurch ein geringer Kontrast
erzeugt wird, kann die globale Empfindlichkeit in dem vorhergehenden
Beispiel auf 1,20 reduziert werden, so dass Diffe renzen, den Mittelwert
um nur 20 Prozent übersteigen,
statt der obenstehenden 50 Prozent, ihren entsprechenden Differenzmerker
gesetzt haben.
-
Obschon die bevorzugte Ausführungsform dadurch
funktioniert, dass die Schwelle eingestellt wird, können gleichwertige
Techniken angewandt werden um den gleichen Effekt zu erzielen. So
könnte
beispielsweise die ursprüngliche
MCU-Anordnung, die dem Bild entspricht, um einen Betrag modifiziert werden,
der abhängig
ist von der mittleren Änderung und
es können
herkömmliche
Bewegungsdetektionstechniken auf diese modifizierte Anordnung angewandt
werden. Das heißt,
dass entsprechend der vorliegenden Erfindung Kennzeichen, die mit
einer globalen Änderung
assoziiert werden können,
von dem ursprünglichen
Bild entfernt werden können. Eine
nachfolgende Bewegungsdetektion an dieser modifizierten Darstellung
des Bildes führt
zu einer Bewegungsdetektion, die unempfindlich ist für globale Änderungen,
während
dennoch örtliche
Bewegungsdetektionsmöglichkeiten
vorhanden sind.
-
Auf gleiche Weise können alternative
Algorithmen angewandt werden entsprechend dem Geist und dem Umfang
der vorliegenden Erfindung. Wenn beispielsweise bemerkt wird, dass
globale Änderungen
typisch in nur einer Richtung sind, d. h. alle MCUs in der positiven
oder negativen Richtung beeinflussend, könnten wechselnde Summen von
Differenzen in 430 berechnet werden. Das heißt, eine Summe
positiver Änderungen
und eine Summe negativer Änderungen.
Die größere dieser
Summen könnte
einen Beitrag zu einer globalen Änderung
liefern und die Schwelle könnte
auf Basis der höheren Mittelwertes
eingestellt werden. Oder es kann bemerkt werden, dass globale beliebige Änderungen, wie
wehende Bäume
oder ein Schwarm Vögel
typischerweise zu einigen positiven Änderungen und zu einigen negativen Änderungen
führen,
und zwar durch die zufällige
Art dieser Ereignisse. Die Differenz zwischen der Summe der positiven Änderungen und
der Summe der negativen Änderungen
könnte benutzt
werden zum Einstellen der Detektionsschwelle, wodurch die Effekte
zufälliger
Differenzen minimiert werden.
-
Die vorliegende Erfindung lehrt,
dass Falschalarme dadurch minimiert werden können, dass die Effekte globaler Änderungen
von denen örtlicher Änderungen
unterschieden werden. Es gibt bekannte statistische und heuristische
Techniken zum Unterscheiden zwischen Effekten, verursacht durch viele
Ursachen und sind für
diese Anwendung durchaus geeignet. Ein Chi-Quadrat-Test könnte beispielsweise
benutzt werden um zu bestimmen, welche einzelne MCUs wesentlich
anders sind als die Population aller MCUs.
-
Oder ein ANOVA (Analysis Of Variance)
Test kann angewandt werden um zu bestimmen, ob die Differenzen,
wie diese durch die MCU-Elemente gemessen wurden, konsistent mit
einem globalen Ereignis oder einem örtlichen Ereignis sind, durch
Beurteilung der MCUs in einer Reihen- und Spaltengliederung. In
einem globalen Ereignis sollen einzelne Reihen und Spalten nicht
wesentlich verschiedene Kennzeichen aufweisen, wie andere Reihen
oder Spalten. Ein Eindringling wird andererseits eine Varianz in
die Reihen und Spalten einführen,
die für
das Gebiet der Eindringung gemeinsam sind. Eine derartige ANOVA-Technik
könnte
am besten angewandt werden beispielsweise in einer Umgebung, wo
globale Änderungen
nicht in nur einer Richtung gehen. So enthalten beispielsweise die
meisten Kameras eine automatische Linsenaperuteinstellungfür sich ändernde
Lichtumstände.
Wenn auf einen steilen Anstieg in der Lichtintensität exponiert,
wird das Bild derartiger das Licht kompensierenden Kameras einen
Anstieg in den beleuchteten Gebieten zeigen, sowie einen Abfall
in schattigen Gebieten.
-
Auf gleiche Weise funktioniert, obschon
der Einfachheit der Implementierung halber, die bevorzugte Ausführungsform
durch einen Vergleich des aktuellen Bildes mit einem einzigen Bezugsbild,
sind die hier angewandten Prinzipien auch anwendbar auf den Vergleich
und die Bewertung von Reihen von Bildern, um örtliche Änderungen von globalen Änderungen
zu unterscheiden.
-
Obenstehendes illustriert die Prinzipien
der vorliegenden Erfindung. Es dürfte
folglich einleuchten, dass der Fachmann imstande sein wird, mehrere Abwandlungen
zu bedenken, obschon diese hier nicht genau genannt oder beschrieben
worden sind, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern und
folglich im Rahmen der beiliegenden Patentansprüche liegen.