EP0356734A2 - Einbruchmeldeanlage für den Perimeterschutz mit Fernsehkameras - Google Patents

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EP0356734A2
EP0356734A2 EP89114119A EP89114119A EP0356734A2 EP 0356734 A2 EP0356734 A2 EP 0356734A2 EP 89114119 A EP89114119 A EP 89114119A EP 89114119 A EP89114119 A EP 89114119A EP 0356734 A2 EP0356734 A2 EP 0356734A2
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television
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television cameras
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    • G08B13/19602—Image analysis to detect motion of the intruder, e.g. by frame subtraction
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    • G08B13/19639—Details of the system layout
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    • G08B13/19639—Details of the system layout
    • G08B13/19652—Systems using zones in a single scene defined for different treatment, e.g. outer zone gives pre-alarm, inner zone gives alarm

Definitions

  • the invention relates to a burglar alarm system for perimeter protection with television cameras and automatic image evaluation, wherein changes in contrast caused by moving objects are detected, evaluated and used for alarms within a certain surveillance area.
  • a common area section or a common observation volume is monitored simultaneously with at least two television cameras, that at least two television pictures belonging together are evaluated together, that the television cameras are arranged in a certain distance from each other, but a large distance from a conventional stereo arrangement, and form a common distance line, that the observation volume is in the field of view of at least two cameras when viewed from different directions, and that on the basis of the predetermined positions of the cameras, ie certain camera distance and given solid angles ( ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 1, ⁇ 2) of the respective camera, and taking into account the lens focal length, the actual location, the true size and the shape are calculated or the outer contour of the object is determined and an alarm criterion is derived from this.
  • the area to be monitored is observed by at least two cameras simultaneously and both images are evaluated together.
  • a moving object produces a change in contrast at an angle in space that can be determined with respect to the central axis of the image in question. Since the distance between the two television cameras and the respective solid angles are known, the location of the object can be calculated using the known triangulation.
  • the solid angles of a camera can be given by an "elevation angle” (angle of inclination), which can be determined by the lens axis relative to the horizontal or the distance line, and an “azimuth angle” (horizontal angle).
  • the "azimuth angle” can be formed by the lens axis and the distance line or the vertical plane of the distance line.
  • the Solid angles of the cameras or the reference values for object determination can also be derived from a reference plane, the reference plane being formed by the distance line and a reference point which is determined by a common intersection of a respective camera line of sight in the field of view of the two cameras.
  • the true size and shape (outer outline) of a moving object are determined in addition to the location of the object.
  • the respective view of a camera and the evaluation of both images can now clearly determine whether the moving object is a human being, a crow or a fly.
  • the location, the size and the shape (the outer outline) of the object are classified and stored as typical object data, the currently determined object data being compared with the stored object data and from this comparison an alarm is derived.
  • the intrusion detection system it is advantageous to carry out the individual object data in a predetermined sequence in order to determine the location, size and external shape.
  • This has the advantage, for example, that an object that triggers a change in contrast can have a location that lies outside the monitoring area, so that further determinations and comparisons are no longer necessary.
  • An object discovered in the right place can also act as an intruder be excluded if, based on the joint evaluation of the respective view, a shape or an outer outline has been determined which, for example, corresponds to a crow and not to a crawling person.
  • a clear alarm message can be issued. False alarm messages are largely excluded.
  • a television camera with a telephoto lens can be almost horizontal, i.e. be arranged with an angle of inclination of almost 0 °, while the second camera with an extreme wide-angle lens above the terrain section to be monitored is vertical, i.e. is arranged with an inclination angle of about 90 °.
  • the camera K1 is arranged at the same height as the camera K2 at a distance d.
  • the respective objective axes A1 and A2 of the cameras K1, K2 have an elevation angle (inclination angle) ⁇ 1 and ⁇ 2 with respect to the distance line AL, which corresponds to the horizontal in this exemplary embodiment.
  • the object OB is arranged below the camera K1, so that it appears very large for the camera K1, but very small for the camera K2.
  • the two cameras K1 and K2 face each other at a distance d.
  • the objective axes A1 and A2 of the two cameras K1 and K2 are oriented differently and each have a specific azimuth angle ⁇ 1 and ⁇ 2 with respect to the distance line AL. Due to the camera positions, i.e. the distance d and the solid angles ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 1 and ⁇ 2, the respective locations, sizes and external shapes of an object can be determined from the respective views of the cameras, evaluated and used for alarms.
  • An arrangement of the two television cameras close to one another, for example at a distance from the human pair of eyes, and with the same line of sight, that is to say a stereo arrangement as is known, for example, for the generation of three-dimensional television images, is not expedient for an intrusion detection system.
  • the effort to achieve a high resolution - and thus recognition of the object based on a view - and a sufficiently precise determination of the spatial coordinates for the object is currently considerable. It is not possible to determine the shape or the outer outline of an object with this stereo arrangement, as already explained above.
  • a certain area to be monitored can be better illuminated with an asymmetrical arrangement of two cameras with different solid angles.
  • FIG. 3 shows an arrangement for an intruder alarm system according to the invention for monitoring an elongated section of the route.
  • the camera K1 with a telephoto lens is arranged approximately horizontally, i.e. with only a small inclination angle ⁇ 1 (elevation angle).

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Abstract

Innerhalb eines bestimmten Überwachungsbereiches werden durch sich bewegende Objekte (OB) hervorgerufene Kontraständerungen mit zwei Fernsehkameras erfaßt, mittels automatischer Bildauswertung bewertet und zur Alarmgabe herangezogen. Zwei zusammengehörige Fernsehbilder werden gemeinsam ausgewertet. Dabei sind die Fernsehkameras (K1,K2) in einem bestimmten, gegenüber einer üblichen Stereo-Anordnung jedoch großen Abstand (d) voneinander angeordnet und bilden eine gemeinsame Abstandslinie (AL), so daß sich das Beobacht­ungsvolumen (GA) bei unterschiedlicher Blickrichtung im Blickfeld der beiden Kameras (K1,K2) befindet. Aufgrund der vorgegebenen Positionen der Kameras, d.h. bestimmter Kamera-Abstand (d) und gegebene Raumwinkel (ε1, ε2, α1, α2) der jeweiligen Kamera und unter Berück­sichtigung der Objektiv-Brennweiten wird der tatsächliche Ort, die wahre Größe und die äußere Gestalt des Objekts (OB) ermittelt und hieraus ein Alarmkriterium abgeleitet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Einbruchmeldeanlage für den Perimeterschutz mit Fernsehkamaras und automatischer Bildauswer­tung, wobei innerhalb eines bestimmten Überwachungsbereichs durch sich bewegende Objekte hervorgerufene Kontraständerungen erfaßt, ausgewertet und zur Alarmgabe herangezogen werden.
  • Es ist bekannt, bei der Raumüberwachung mit Fernsehkamaras, das erfaßte Bild auf Kontraständerungen hin zu untersuchen und in Abhängigkeit von bestimmten Kriterien dann einen Alarm auszulösen. Diese bekannte Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß nicht unterschieden werden kann, ob die Kontraständerung z.B.von einem ferneren Menschen, einer in der Nähe befindlichen Krähe oder einer im unmittelbaren Nahbereich befindlichen Fliege verursacht wurde, denn die Kamera hat kein räumliches Sehvermögen und daher keine Information über die Entfernung. Dieser Nachteil führt zu einer zu hohen Rate von Fehlalarmen, welche insbesondere in einer Einbruchmeldeanlage nicht toleriert werden kann.
  • Es ist auch bekannt, mit Hilfe zweier, dicht nebeneinander angeordneter Fernsehkameras, die die gleiche Blickrichtung haben, die Entfernung von Objekten zu ermitteln und dabei eine Aussage über die Größe des Objekts zu ermöglichen. Mit der bekannten Anordnung ist es jedoch nicht möglich, insbesondere bei schlechten Lichtverhältnissen, bei denen nur die äußeren Umrisse erkennbar sind, auf die wahre Gestalt zu schließen und damit ein weiteres Kriterium für die Unterscheidung von Objekten zu gewinnen.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einer Raumüberwachung, insbesondere zur Perimetersicherung, mit Hilfe von Fernsehkameras eine bessere Unterscheidung zwischen eindringenden Menschen und anderen sich bewegenden Objekten zu erreichen und dadurch die Falschmeldungsrate erheblich zu senken.
  • Diese Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Einbruchmeldean­lage dadurch gelöst,
    daß mit zumindest zwei Fernsehkameras ein gemeinsamer Gelände­abschnitt bzw. ein gemeinsames Beobachtungsvolumen gleichzeitig überwacht wird,
    daß zumindest zwei zusammengehörige Fernsehbilder gemeinsam aus­gewertet werden,
    daß die Fernsehkameras in einem bestimmten, gegenüber einer übli­chen Stereo-Anordnung jedoch großen Abstand voneinander derart angeordnet sind und eine gemeinsame Abstandslinie bilden,
    daß sich das Beobachtungsvolumen bei unterschiedlicher Blickrichtung im Blickfeld zumindest zweier Kameras befindet,
    und daß aufgrund der vorgegebenen Positionen der Kameras, d.h. bestimmter Kamera-Abstand und gegebene Raumwinkel (ε1, ε2, α1, α2) der jeweiligen Kamera,
    und unter Berücksichtigung der Objektiv-Brennweite der tatsächliche Ort, die wahre Größe und die Gestalt berechnet bzw. der äußere Umriß des Objekts ermittelt und hieraus ein Alarmkriterium abgeleitet wird.
  • Das zu überwachende Gelände (Beobachtungsvolumen) wird von mindestens zwei Kameras gleichzeitig beobachtet und beide Bilder werden gemeinsam ausgewertet. Ein sich bewegendes Objekt erzeugt in beiden Bildern eine Kontraständerung in einem zur Mittelachse des betreffenden Bildes ermittelbaren Winkel im Raum. Da die Entfernung zwischen den beiden Fernsehkameras und die jeweiligen Raumwinkel bekannt sind, kann der Ort des Objekts mit Hilfe der bekannten Triangulation berechnet werden. Die Raumwinkel einer Kamera können dabei durch einen "Elevationswinkel" (Neigungs­winkel), der von der Objektivachse gegenüber der Horizontalen oder der Abstandslinie bestimmt sein kann, und einem "Azimutwinkel" (Horizontalwinkel) gegeben sein. Der "Azimutwinkel" kann von der Objektivachse und der Abstandslinie oder den vertikalen Ebene der Abstandslinie gebildet sein. Die Raumwinkel der Kameras bzw. die Bezugsgrößen für die Objekt­ermittlung können auch von einer Bezugsebene abgeleitet sein, wobei die Bezugsebene von der Abstandslinie und einem Bezugspunkt gebildet ist, der von einem gemeinsamen Schnittpunkt eines jeweiligen Kamerasehstrahls im Blickfeld der beiden Kameras bestimmt ist.
  • Aufgrund der räumlichen Zuordnung der Kameras und deren Ausrichtung wird neben dem Ort des Objekts die wahre Größe und die Gestalt (äußerer Umriß) eines sich bewegenden Objekts ermittelt. Durch die jeweilige Ansicht einer Kamera und der Auswertung beider Bilder kann nun eindeutig festgestellt werden, ob das sich bewegende Objekt ein Mensch, eine Krähe oder eine Fliege ist. Mit der erfindungsgemäßen Anlage ist es dabei auch möglich, störende Kontraständerungen von ferneren Objekten, die beispielsweise durch einen Menschen der sich außerhalb eines Überwachungsbereichs bewegt, oder durch Lampen von Autos oder Sonnenreflexe an Fenstern hervorgerufen werden, zu eliminieren, weil aufgrund der Ermittlung des tatsächlichen Ortes diese Bereiche ausgeschlossen werden können.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden der Ort, die Größe und die Gestalt (der äußere Umriß) des Objekts klassifiziert und als typische Objekt-Daten gespeichert, wobei die augenblicklich ermittelten Objekt-Daten mit den gespeicher­ten Objekt-Daten verglichen werden und aus diesem Vergleich heraus ein Alarm abgeleitet wird.
  • Bei der erfindungsgemäßen Einbruchmeldeanlage ist es von Vorteil, die einzelnen Objekt-Daten zur Ermittlung von Ort, Größe und äußerer Gestalt in einer vorgegebenen Reihenfolge durchzuführen. Das hat beispielsweise den Vorteil, daß ein eine Kontrast­änderung auslösendes Objekt einen Ort aufweisen kann, der außerhalb des Überwachungsbereichs liegt, so daß weitere Er­mittlungen und Vergleiche nicht mehr notwendig sind. Auch kann ein im richtigen Ort entdecktes Objekt als Eindringling ausgeschlossen werden, wenn aufgrund der gemeinsamen Auswertung der jeweiligen Ansicht eine Gestalt bzw. ein äußerer Umriß ermittelt wurde, die bzw. der beispielsweise einer Krähe entspricht und nicht einem kriechenden Menschen. Aufgrund der wesentlich präziseren Aussage darüber, ob das sich bewegende Objekt nun ein wirklich eindringender Mensch oder ein anderes Objekt ist, kann eine eindeutige Alarmmeldung erfolgen. Fehlalarmmeldungen sind dabei in hohem Maße ausgeschlossen.
  • Insbesondere ist dies in vorteilhafter Weise möglich, wenn schlechte Wetter- bzw. Lichtverhältnisse vorherrschen, so daß oft nur der äußere Umriß der Gestalt als Merkmal bzw. Ent­scheidungskriterium zur Verfügung steht. Bei der Ausgestaltung der Erfindung sind verschiedene Varianten für die Anordnung der Fernsehkameras möglich. Sie können zur Überwachung eines gemeinsamen Geländeabschnitts beispielsweise gleiche Raumwinkel oder aber jeweils verschiedene Raumwinkel aufweisen. Ebenso kann die Brennweite der Objektive der einzelnen Kameras gleich sein oder unterschiedlich. Beispielsweise kann für die Überwachung eines langgestreckten Geländeabschnitts eine Fernsehkamera mit einem Teleobjektiv nahezu waagrecht, d.h. mit einem Neigungs­winkel von beinahe 0° angeordnet sein, während die zweite Kamera mit einem extremen Weitwinkelobjektiv oberhalb des zu über­wachenden Geländeabschnitts senkrecht, d.h. mit einem Neigungswinkel von etwa 90° angeordnet ist.
  • Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen im folgenden kurz er­läutert. Dabei zeigen:
    • FIG 1 eine nahezu symmetrische Kameraanordnung in Seitenansicht,
    • FIG 2 in Draufsicht und
    • FIG 3 eine asymmetrische Kameraanordnung in Seitenansicht.
  • In den dargestellten Figuren wird vereinfachend angenommen, daß sich die Objektivachsen A1, A2 beider Kameras K1, K2 im Raum GA schneiden und mit der Abstandslinie d bzw. AL der beiden Kameras K1, K2 eine Bezugsebene aufspannen.
  • Die Kamera K1 ist gemäß FIG 1 in der selben Höhe wie die Kamera K2 im Abstand d angeordnet. Die jeweiligen Objektivachsen A1 und A2 der Kameras K1, K2 haben gegenüber der Abstandslinie AL, die bei diesem Ausführungsbeispiel der Horizontalen entspricht, einen Elevationswinkel (Neigungswinkel) ε1 und ε2. Das Objekt OB ist unterhalb der Kamera K1 angeordnet, so daß es für die Kamera K1 sehr groß, hingegen für die Kamera K2 sehr klein erscheint.
  • In FIG 2 ist diese Anordnung in Draufsicht gezeigt. Dabei stehen sich die beiden Kameras K1 und K2 mit einem Abstand d gegenüber. Die Objektivachsen A1 und A2 der beiden Kameras K1 und K2 sind unterschiedlich ausgerichtet und weisen gegenüber der Abstandslinie AL jeweils einen bestimmten Azimutwinkel α1 und α2 auf. Aufgrund der Kamerapositionen, d.h. dem Abstand d und den Raumwinkeln α1, α2, ε1 und ε2, können aus den jeweiligen Ansichten der Kameras die jeweiligen Orte, Größen und äußeren Gestalten eines Objektes ermittelt, ausgewertet und zur Alarmgabe herangezogen werden.
  • Eine Anordnung der beiden Fernsehkameras dicht beieinander, bei­spielsweise im Abstand des menschlichen Augenpaares, und mit gleicher Blickrichtung, also eine Stereo-Anordnung, wie sie bei­spielsweise für die Erzeugung dreidimensionaler Fernsehbilder bekannt ist, ist für eine Einbruchmeldeanlage nicht zweckmäßig. Bei einer derartigen Anordnung ist gegenwärtig zur Erzielung einer hohen Auflösung - und damit Erkennung des Objektes aufgrund einer Ansicht - und einer hinreichend genauen Ermittlung der Raumkoordinaten für das Objekt der Aufwand erheblich groß. Die Feststellung der Gestalt bzw. des äußeren Umrisses eines Objekts ist mit dieser Stereo-Anordnung überhaupt nicht möglich, wie oben bereits ausgeführt. Darüber hinaus kann mit einer asymmetrischen Anordnung zweier Kameras mit unterschiedlichen Raumwinkeln ein bestimmtes, zu überwachendes Gebiet besser ausgeleuchtet werden.
  • In FIG 3 ist eine Anordnung für eine erfindungsgemäße Einbruch­meldeanlage zur Überwachung eines langgestreckten Streckenab­schnitts skizziert. Dabei ist die Kamera K1 mit einem Teleobjektiv annähernd horizontal angeordnet, d.h. mit nur einem geringen Nei­gungswinkelε 1 (Elevationswinkel). Die zweite Kamera K2 mit einem extremen Weitwinkelobjektiv ist oberhalb des überwachten Strecken­abschnittes angeordnet mit einem Neigungswinkel vonε 2 = 90°. Ein sich in diesem Bereich bewegendes Objekt wird nach den selben Überlegungen, wie sie oben bereits dargelegt worden sind, erfaßt, ermittelt, bewertet und letztendlich als Alarm angezeigt wenn das sich bewegende Objekt als ein Eindringling erkannt worden ist.

Claims (6)

1. Einbruchmeldeanlage für den Perimeterschutz mit Fernsehkameras und automatischer Bildauswertung, wobei innerhalb eines bestimm­ten Überwachungsbereiches durch sich bewegende Objekte her­vorgerufene Kontraständerungen erfaßt, ausgewertet und zur Alarm­gabe herangezogen werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit zumindest zwei Fernsehkameras (K1, K2) ein gemeinsamer Geländeabschnitt bzw. ein gemeinsames Beobachtungsvolumen gleichzeitig überwacht wird,
daß zumindest zwei zusammengehörige Fernsehbilder gemeinsam aus­gewertet werden,
daß die Fernsehkameras in einem bestimmten, gegenüber einer übli­chen Stereo-Anordnung jedoch großen Abstand (d) voneinander derart angeordnet sind und eine gemeinsame Abstandslinie (AL) bilden, daß sich das Beobachtungsvolumen (GA) bei unter­schiedlicher Blickrichtung im Blickfeld zumindest zweier Kameras (K1, K2) befindet,
und daß aufgrund der vorgegebenen- Positionen der Kameras, d.h. bestimmter Kamera-Abstand (d) und gegebene Raumwinkel (ε 1,ε 2,­α1,α2), der jeweiligen Kamera (K1,K2) und unter Berücksichtigung der Objektiv-Brennweite der tatsächliche Ort, die wahre Größe und die Gestalt berechnet bzw. der äußere Umriß des Objekts ermittelt und hieraus ein Alarmkriterium abgeleitet wird.
2. Einbruchmeldeanlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Ort, die Größe und die äußere Gestalt klassifiziert und als typische Objekt-Daten gespeichert werden und daß die augenblicklich ermittelten Objekt-Daten mit den gespeicherten Objekt-Daten zur Alarmbildung verglichen werden.
3. Einbruchmeldeanlage nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Objekt-­Daten in einer vorgegebenen Reihenfolge (z.B. zuerst der Ort, als nächstes die Größe und dann erst die äußere Gestalt) verarbeitet werden, wobei nur bei vorliegenden typischen Objekt-­Daten eine weitere Verarbeitung in der vorgesehenen Reihenfolge erfolgt.
4. Einbruchmeldeanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fernsehkameras für die gemeinsame Überwachung eines Geländeabschnitts jeweils gleiche oder verschiedene Raumwinkel aufweisen.
5. Einbruchmeldeanlage nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Fernsehkameras für die gemeinsame Überwachung eines Geländeabschnitts jeweils gleiche oder verschiedene Objektiv-­Brennweiten aufweisen.
6. Einbruchmeldeanlage nach einem der vorangegangenen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Überwachung eines langgestreckten Geländeabschnitts (GA) eine Fernsehkamera (K1) nahezu waagrecht angeordnet ist und ein Teleobjektiv aufweist, und daß eine zweite Fernsehkamera (K2) nahezu senkrecht angeordnet ist und ein Weitwinkelobjektiv aufweist.
EP89114119A 1988-08-02 1989-07-31 Einbruchmeldeanlage für den Perimeterschutz mit Fernsehkameras Ceased EP0356734A3 (de)

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