EP0445334A1 - Method of intruder detection - Google Patents

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EP0445334A1
EP0445334A1 EP90104469A EP90104469A EP0445334A1 EP 0445334 A1 EP0445334 A1 EP 0445334A1 EP 90104469 A EP90104469 A EP 90104469A EP 90104469 A EP90104469 A EP 90104469A EP 0445334 A1 EP0445334 A1 EP 0445334A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
intruder
camera
lens
determined
video
Prior art date
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Ceased
Application number
EP90104469A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Albrecht Dr. Zartner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to EP90104469A priority Critical patent/EP0445334A1/en
Publication of EP0445334A1 publication Critical patent/EP0445334A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
    • G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
    • G08B13/189—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems
    • G08B13/194—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems
    • G08B13/196—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems using television cameras
    • G08B13/19602—Image analysis to detect motion of the intruder, e.g. by frame subtraction
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
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    • G08B13/196—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems using television cameras
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
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    • G08B13/196—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength using passive radiation detection systems using image scanning and comparing systems using television cameras
    • G08B13/19695—Arrangements wherein non-video detectors start video recording or forwarding but do not generate an alarm themselves

Definitions

  • the invention relates to a method for the detection of intruders with a burglar alarm system for perimeter protection by means of a video camera and a video image processing unit, whereby objects which move within a predetermined monitoring area are recognized by a differential image method of two temporally offset video images.
  • Various types of perimeter protection systems are used today to monitor an open-air site, especially high-security areas (airports, power plants or the like).
  • a high response sensitivity corresponding to a low penetration probability of typically less than 10 ⁇ 2
  • an extremely low false alarm rate of typically one false alarm per day and km is required with regard to a large area to be monitored Due to the large number of environmental influences that are characteristic of an open-air site, the second requirement is difficult to meet.
  • additional television surveillance cameras are therefore installed, although such systems with more than 20 cameras are not uncommon.
  • the intrusion detection system for perimeter protection reports an alarm , the corresponding camera image is switched to a central monitor, where the personnel on duty has to decide whether there is a real or a false alarm.
  • the object of the present invention is therefore to avoid the disadvantages described above and to provide a method for perimeter protection for monitoring a specific area in which the associated intrusion detection system provides a spatial resolution with only one video camera and in which the false alarm rate can be significantly reduced.
  • the false alarm rate is considerably reduced with the method according to the invention.
  • the location coordinates for a detected object can be clearly derived from the camera parameters, so that a distance measurement is sufficient to determine the position of the penetrating object and enables a trace analysis.
  • the penetrating object is set sufficiently sharply with the control device on the lens so that the distance to the object can be determined from the position of the focusing or the ascertainable lens focal length.
  • the true cross-section of the object is calculated using the known or determined camera parameters.
  • the intruder track covered is recorded, so that an alarm criterion can be reliably derived from a subsequent comparison with possible or predetermined intruder cross sections and from the intruder track.
  • the video camera can expediently be mounted on a fixed mounting block, so that in the case of a rigid camera, the position of the object center on the video image can be determined in a simple manner on the basis of the position angle (azimuth and polar angle).
  • the camera can be pivoted both horizontally and vertically, the detected object being sighted and tracked automatically and the position angle of the video camera being continuously detected by the microcomputer via sensors (e.g. resolvers) in the swivel drive.
  • sensors e.g. resolvers
  • the intrusion detection system for room monitoring and evaluation can use a camera either with a lens, e.g. Have a telephoto lens with a fixed focal length or a zoom lens with a motor-adjustable focal length.
  • a lens with a fixed focal length the distance to the detected object is determined from the position for focusing using corresponding stored calibration curves. If the camera has a zoom lens, the detected object is zoomed in and focused, the distance to the detected object being derived from the focal length and the focusing.
  • the advantage of the invention in the method described above is that only one video camera is required for the spatially resolving detection.
  • the probable intruder volume can be derived from an additional intruder model assumption from the camera and lens parameters.
  • the tracking is carried out over a certain period of time, typically 10 to 20 seconds.
  • an alarm is not given immediately after detection of an actual intruder, rather the intruder or its track is tracked for a certain time and only then an alarm is derived.
  • the speed of the intruder can also be determined from the tracking and an alarm can be derived from this.
  • a single camera with a lens with a fixed focal length is used.
  • several rows of sensor fields SFR1, SFR2, each with individual sensor fields SF are defined, in which the gray tone mean value or color tone is measured in comparison to reference fields RF.
  • a pre-alarm is triggered if the gray or color change in a SF sensor field is greater than a predetermined threshold value.
  • pre-alarms of different sensor fields SF or sensor fields or series SFR1,2 are linked via corresponding logic conditions. A final alarm message is given when all pre-alarms meet a trigger condition that is also predefined.
  • FIG. 2 shows a monitoring area for the method according to the invention, which is enclosed by a protective fence SZ.
  • a single video camera VK is provided for monitoring and is arranged in a specific position (Xo, Yo, ZO).
  • Intruders are clearly defined by a coordinate transformation with the azimuth angle ⁇ , the polar angle ⁇ , the camera coordinates (Xo, Yo, Zo) and the object distance R.
  • the azimuth and polar angles result directly from the position of the object center on the video image.
  • the object O is automatically sighted by the system, the azimuth and polar angle ( ⁇ , ⁇ ) being able to be determined by sensors in the swivel drive SW.
  • a distance measurement for the distance R from the camera VK to the object O can be carried out, so that the position (x, y, z) of the object O can be determined therefrom.
  • the lens (OV) of the camera (VK) is focused by means of a control device (RV), so that the distance R from the position of the focusing device (S) can be determined with sufficient accuracy using a calibration curve.
  • the Lens parameters of the video camera VK namely focal length f, sharpness S of the focus adjustment device, lens aperture B and a front filter F can be controlled by a control device RV, just as the set values of the lens parameters can be detected by the control device RV.
  • a microcomputer ⁇ C is connected to the control device RV as well as to the video image processing unit VVE and to the camera swivel drive (SW). If the video camera VK is set to a medium distance e (FIG. 2), it is expedient to keep the lens hood B closed to a minimum value in order to achieve a maximum depth of field.
  • the prefilter F and / or the video amplifier VER is controlled by the microcomputer uC via the control device RV so that the image processing unit VVE is optimally controlled.
  • an alarm is reported for a specific sector. If, for example, the sectors are precisely defined, the camera according to the invention can be aimed at this sector. The search direction for the camera angles can be found in a look-up table and the camera can be aligned accordingly. Then a video image is recorded and this captured video image (master image) is saved.
  • the method according to the invention with only a single camera has the advantage of a significantly higher sensitivity with the same, maximum monitorable sector length or the same sensitivity compared to conventional systems with a higher, maximum monitorable sector length. Since a clear distance information is obtained with this described method, the error alarm rate is significantly reduced. So there are interference effects that are close to the camera, for example by rain, snow, insects, cobwebs or the like. can occur completely eliminated.
  • the method described makes it possible to determine the intruder center of gravity coordinates from the center of gravity of the intruder outline cross section and from the determined distance. Furthermore, it is possible to determine the intruder speed both in terms of the amount and in the direction from the center of gravity coordinates and from the edge shift of the intruder outline of two temporally offset video images. In this way it is possible to create an intruder track for the intruder center of gravity coordinates as a function of time and for the intruder speed according to amount and direction as a function of time in order to derive an alarm from this data stored in the memory.
  • the intruder cross section can expediently be measured automatically by the video image processing unit with the support of the microcomputer.
  • the intruder volume can be estimated with a high degree of reliability by using a model that can be refined step by step by following the intruder track.
  • the camera monitors a given room for gray value changes. If the integral gray value change in a partial section exceeds a predetermined limit value, the edge structures are determined. Only when the edge structures result in a figure with a cross section that is greater than a second predetermined limit value, the zoom process is triggered and the suspicious object is brought into focus. Now the lens system has a shallow depth of field, but the object is optimally enlarged. The object distance and the object outline can now be measured precisely with the microcomputer and the video image processing unit.
  • the intrusion detection system is reset to its initial state. If the determined object cross-section is larger than the predetermined third limit value, then a critical cross-section is recognized and this is evaluated as a pre-alarm.
  • the center of gravity coordinates and the intruder track as well as the object cross section are determined. From this, the intruder volume is then estimated according to assumed models, i.e. approximately calculated and the intruder track created. A real alarm is only derived from the estimated intruder volume and the intruder track.
  • This intelligent optical perimeter protection system spatially resolving detection of critical intruder volumes is possible with a single video camera.
  • This system property which is considerably cheaper than systems with several video cameras each, is achieved by using a computer-controlled lens. If this lens also has a variable focal length (zoom), the maximum monitored area can be increased considerably compared to conventional video sensors that only have a constant focal length.
  • the zoom function of the video sensor described here can increase the system sensitivity compared to known systems.
  • An estimate of the probable intruder volume is made possible by the use of a model that can be gradually refined using the intruder trace analysis.
  • the information about the object location and object volume and the analysis of the intruder track carried out by the system therefore leads to a significantly lower false alarm rate than in conventional intrusion detection systems with the known video motion sensors.

Abstract

Using only a video camera (VK) and a video image processing unit (VVE), which, by a differential imaging process applied to two temporally offset video images, recognises objects (O), a predetermined surveillance zone is subjected to surveillance. The video camera (VK) exhibits a lens (OV) with a regulating device (RV) controlled by a computer ( mu C). Using the regulating device (RV), the lens parameters: focal length (f), depth of focus (S), aperture (B) and supplementary filter (F) are controlled or determined. The sighting direction of the video camera (VK) is picked up by the camera parameters: azimuth angle, polar angle and camera coordinates, by the microcomputer ( mu C). As soon as the video image processing unit (VVE) detects a moving object (O), the object (O) is sharply focused by means of the microcomputer ( mu C) and the regulating device (RV), and the contour cross section is determined. The distance from the object is determined from the setting of the focusing (S) on the lens (OV). In the microcomputer ( mu C) by means of the camera coordinates and the lens parameters (f,S,B) as well as the distance, in the first instance the centre-of-gravity coordinates of the object are determined and then the object cross section is computed and compared with predeterminable typical intruder cross sections. At the same time, the intruder or his track is monitored over a specified period of time. An alarm criterion is derived from the comparison of the object cross section with possible predeterminable intruder cross sections and from the tracking. <IMAGE>

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Detektion von Intrudern mit einer Einbruchmeldeanlage für den Perimeterschutz mittels einer Video-Kamera und einer Video-Bild-Verarbeitungseinheit, wobei durch ein Differenzbildverfahren zweier zeitlich versetzter Videobilder Objekte erkannt werden, die sich innerhalb eines vorgegebenen Überwachungsbereichs bewegen.The invention relates to a method for the detection of intruders with a burglar alarm system for perimeter protection by means of a video camera and a video image processing unit, whereby objects which move within a predetermined monitoring area are recognized by a differential image method of two temporally offset video images.

Zur Überwachung eines Freigeländes, insbesondere von Hochsicherheitsbereichen (Flughäfen, Kraftwerke oder ähnliches), werden heute verschiedenartige Perimeterschutz-Systeme eingesetzt. Bei derartigen Systemen bzw. Einbruchmeldeanlagen soll einerseits eine hohe Ansprechempfindlichkeit (entsprechend einer geringen Durchdringwahrscheinlichkeit von typisch kleiner als 10⁻² erreicht werden, andererseits wird im Hinblick auf ein großes zu überwachendes Areal eine extrem niedrige Fehlalarmquote von typisch einem falschen Alarm pro Tag und Kilometer gefordert. Wegen der Vielzahl der für ein Freigelände charakteristischen Umwelteinflüsse ist die zweite Forderung nur schwer zu erfüllen. In der Praxis werden deshalb zusätzlich Fernseh-Überwachungskameras installiert, wobei solche Anlagen mit mehr als 20 Kameras keine Seltenheit sind. Meldet die Einbruchmeldeanlage für den Perimeterschutz einen Alarm, so wird das entsprechende Kamerabild auf einen zentralen Monitor geschaltet, wo das wachhabende Personal zu entscheiden hat, ob nun ein echter oder ein falscher Alarm vorliegt.Various types of perimeter protection systems are used today to monitor an open-air site, especially high-security areas (airports, power plants or the like). With such systems or intrusion detection systems, on the one hand a high response sensitivity (corresponding to a low penetration probability of typically less than 10⁻²) is to be achieved, on the other hand an extremely low false alarm rate of typically one false alarm per day and km is required with regard to a large area to be monitored Due to the large number of environmental influences that are characteristic of an open-air site, the second requirement is difficult to meet. In practice, additional television surveillance cameras are therefore installed, although such systems with more than 20 cameras are not uncommon. The intrusion detection system for perimeter protection reports an alarm , the corresponding camera image is switched to a central monitor, where the personnel on duty has to decide whether there is a real or a false alarm.

Dabei stellt sich das Problem, das Wachpersonal vom monotonen und daher ermündenden Aufpassen zu entlasten und eine objektive Alarm/Fehlalarmentscheidung zu ermöglichen. Zu diesem Zweck werden heute verschiedene sogenannte Video-Bewegungssensoren eingesetzt. Bei den bekannten Video-Bewegungsmeldern, die mit jeweils einer Kamera arbeiten, ist im allgemeinen ein Objektiv mit einer festen Brennweite vorgesehen. Dabei werden im Szenenbild Reihen von Sensorfeldern definiert, in denen der Grautonmittelwert bzw. der Farbton im Vergleich zu einem Referenzfeld bzw. mehreren Referenzfeldern gemessen wird. Ein Intruder löst Alarm aus, sobald die Grau- bzw. Farbtonänderung eines Sensorfeldes größer ist als ein vorgegebener Sollwert. Über bestimmte Logikbedingungen sind die unterschiedlichen Sensorfelder bzw. Sensorreihen miteinander verknüpft, so daß ein endgültiger Alarm erst abgegeben wird, wenn für mehrere Sensorfelder eine Alarmbedingung erfüllt war.The problem arises of relieving the security guards from the monotonous and therefore tiresome watchful eye and of making an objective alarm / false alarm decision possible. Various so-called video motion sensors are used today for this purpose. In the known video motion detectors, which each work with a camera, a lens with a fixed focal length is generally provided. Rows of sensor fields are defined in the scene, in which the gray tone mean value or the color tone is measured in comparison to a reference field or several reference fields. An intruder triggers an alarm as soon as the gray or color change in a sensor field is greater than a specified setpoint. The different sensor fields or sensor rows are linked to one another via certain logic conditions, so that a final alarm is only given when an alarm condition has been met for several sensor fields.

Bei einem derartigen Verfahren ist es jedoch von Nachteil, daß die Anlage kein räumliches Auflösungsvermögen aufweist und daher keine Information über den exakten Ort (Spur) und das Volumen des Intruders liefern kann. Daher können Ereignisse dicht vor der Kamera, z.B. Regen, Schnee, ein Insekt oder ähnliches, zu unerwünscht hohen Fehlalarmquoten führen. Ein weiterer Nachteil ist dadurch gegeben, daß sich bei fester Brennweite die niedrigen Duchdringwahrscheinlichkeiten nur über einen sehr eingeschränkten Entfernungsbereich realisieren lassen, in der Praxis beispielsweise weniger als 40 m.With such a method, however, it is disadvantageous that the system has no spatial resolution and therefore cannot provide information about the exact location (track) and the volume of the intruder. Therefore, events close to the camera, e.g. Rain, snow, an insect or the like can lead to undesirably high false alarm rates. Another disadvantage is that with a fixed focal length, the low penetration probabilities can only be achieved over a very restricted distance range, in practice, for example, less than 40 m.

Es sind auch Verfahren bekannt, die die eben geschilderten Nachteile vermeiden, indem mindestens zwei Videokameras für einen Überwachungsbereich vorgesehen sind, um ein räumliches Bild zu erhalten, wie dies in der Patentanmeldung P 38 26 264 beschrieben ist. Eine derartige Einbruchmeldeanlage bzw. Videoüberwachungseinrichtung erfordert jedoch einen Systemmehraufwand bei Kameras, Montage und bei der Videosignalübertragung.Methods are also known which avoid the disadvantages just described, in that at least two video cameras are provided for a surveillance area in order to obtain a spatial image, as described in patent application P 38 26 264. Such an intrusion alarm system or video surveillance device, however, requires additional system expenditure for cameras, installation and video signal transmission.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren für den Perimeterschutz zur Überwachung eines bestimmten Bereiches anzugeben, bei dem die zugehörige Einbruchmeldeanlage mit lediglich einer Videokamera eine räumliche Auflösung liefert und bei dem die Fehlalarmrate deutlich gesenkt werden kann.The object of the present invention is therefore to avoid the disadvantages described above and to provide a method for perimeter protection for monitoring a specific area in which the associated intrusion detection system provides a spatial resolution with only one video camera and in which the false alarm rate can be significantly reduced.

Diese Aufgabe wird bei einem eingangs beschriebenen Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved in a method described at the outset with the characterizing features of claim 1.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Fehlalarmrate erheblich erniedrigt. Die Ortskoordinaten für ein detektiertes Objekt sind eindeutig aus den Kamera-Parametern herleitbar, so daß eine Entfernungsmessung zur Positionsbestimmung des eindringenden Objekts genügt und eine Spurenanalyse ermöglicht. Erfindungsgemäß wird mit der Regelvorrichtung am Objektiv das eindringende Objekt genügend scharf eingestellt, so daß die Entfernung zum Objekt aus der Lage der Scharfeinstellung bzw. der ermittelbaren Objektiv-Brennweite bestimmt werden kann. Durch Ausmessung des Objektquerschnitts des Eindringlings auf dem Videobild wird mit Hilfe der bekannten bzw. ermittelten Kamera-Parameter der wahre Querschnitt des Objekts berechnet. Gleichzeitig wird die zurückgelegte Intruderspur erfaßt, so daß bei einem anschließenden Vergleich mit möglichen bzw. vorgegebenen Intruder-Querschnitten und aus der Intruderspur zuverlässig ein Alarmkriterium abgeleitet werden kann.The false alarm rate is considerably reduced with the method according to the invention. The location coordinates for a detected object can be clearly derived from the camera parameters, so that a distance measurement is sufficient to determine the position of the penetrating object and enables a trace analysis. According to the invention, the penetrating object is set sufficiently sharply with the control device on the lens so that the distance to the object can be determined from the position of the focusing or the ascertainable lens focal length. By measuring the cross-section of the intruder on the video image, the true cross-section of the object is calculated using the known or determined camera parameters. At the same time, the intruder track covered is recorded, so that an alarm criterion can be reliably derived from a subsequent comparison with possible or predetermined intruder cross sections and from the intruder track.

Zweckmäßigerweise kann die Video-Kamera auf einem feststehenden Montageblock montiert sein, so daß bei einer starren Kamera aufgrund der Positionswinkel (Azimut- und Polarwinkel) in einfacher Weise die Lage des Objektmittelpunkts auf dem Videobild ermittelt werden kann.The video camera can expediently be mounted on a fixed mounting block, so that in the case of a rigid camera, the position of the object center on the video image can be determined in a simple manner on the basis of the position angle (azimuth and polar angle).

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Kamera sowohl horizontal als auch vertikal schwenkbar angeordnet sein, wobei das detektierte Objekt automatisch anvisiert und verfolgt wird und die Positionswinkel der Video-Kamera über Sensoren (z.B. Drehmelder) im Schwenkantrieb vom Mikrocomputer ständig erfaßt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the camera can be pivoted both horizontally and vertically, the detected object being sighted and tracked automatically and the position angle of the video camera being continuously detected by the microcomputer via sensors (e.g. resolvers) in the swivel drive.

Für das erfindungsgemäße Verfahren kann die Einbruchmeldeanlage für die Raumüberwachung und -auswertung eine Kamera entweder mit einem Objektiv, z.B. Teleobjektiv, mit einer festen Brennweite oder aber auch ein Zoom-Objektiv mit motorisch veränderbarer Brennweite, aufweisen. Bei der Verwendung eines Objektivs mit fester Brennweite wird aus der Lage für die Scharfeinstellung mittels entsprechender gespeicherter Eichkurven die Entfernung zum detektierten Objekt ermittelt. Weist die Kamera ein Zoom-Objektiv auf, so wird das detektierte Objekt angezoomt und scharfgestellt, wobei aus der Brennweite und der Scharfeinstellung die Entfernung zum detektierten Objekt abgeleitet wird.For the method according to the invention, the intrusion detection system for room monitoring and evaluation can use a camera either with a lens, e.g. Have a telephoto lens with a fixed focal length or a zoom lens with a motor-adjustable focal length. When using a lens with a fixed focal length, the distance to the detected object is determined from the position for focusing using corresponding stored calibration curves. If the camera has a zoom lens, the detected object is zoomed in and focused, the distance to the detected object being derived from the focal length and the focusing.

In jedem Fall liegt der Vorteil der Erfindung bei dem oben beschriebenen Verfahren darin, daß nur eine Video-Kamera zur ortsauflösenden Detektion notwendig ist. In einer Weiterbildung der Erfindung kann aus einer zusätzlichen Intruder-Modellannahme aus den Kamera- und Objektivparametern das wahrscheinliche Intrudervolumen abgeleitet werden.In any case, the advantage of the invention in the method described above is that only one video camera is required for the spatially resolving detection. In a further development of the invention, the probable intruder volume can be derived from an additional intruder model assumption from the camera and lens parameters.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist wesentlich, daß die Spurverfolgung über eine gewisse Zeitspanne hinweg vorgenommen wird, dafür können typisch 10 bis 20 Sekunden sein. Dabei wird nach einer Detektion eines tatsächlichen Intruders nicht sofort ein Alarm gegeben, vielmehr wird über eine bestimmte Zeit der Intruder bzw. dessen Spur verfolgt und dann erst ein Alarm abgeleitet. Aus der Spurverfolgung kann auch die Geschwindigkeit des Intruders ermittelt und hieraus ein Alarm abgeleitet werden.It is essential in the method according to the invention that the tracking is carried out over a certain period of time, typically 10 to 20 seconds. In this case, an alarm is not given immediately after detection of an actual intruder, rather the intruder or its track is tracked for a certain time and only then an alarm is derived. The speed of the intruder can also be determined from the tracking and an alarm can be derived from this.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. Dabei zeigen

  • Fig. 1 eine bekannte Einbruchmeldeanlage mit einer Videokamera mit fester Brennweite,
  • Fig. 2 eine Prinzipdarstellung einer Einbruchmeldeanlage für das erfindungsgemäße Verfahren einer evtl. schwenkbaren Videokamera und einer Scharfstelleinrichtung, und
  • Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel in einem Blockschaltbild.
Further details of the invention will become apparent from the following description with reference to the drawing. Show
  • 1 shows a known intrusion detection system with a video camera with a fixed focal length,
  • 2 shows a basic illustration of an intrusion detection system for the method according to the invention of a possibly pivotable video camera and a focusing device, and
  • Fig. 3 shows an embodiment in a block diagram.

In einer bekannten Einbruchmeldeanlage (Fig.1) wird eine einzige Kamera mit einem Objektiv fester Brennweite eingesetzt. Im zu überwachenden Bereich (Umfriedung SZ), bzw. im Szenenbild, werden dann mehrere Reihen von Sensorfeldern SFR1, SFR2, mit jeweils einzelnen Sensorfeldern SF definiert, in denen der Grauton-Mittelwert bzw. Farbton im Vergleich zu Referenzfeldern RF gemessen wird. Passiert ein Intruder IN beispielsweise die Sensorfelder-Reihe SFR1, so wird ein Voralarm ausgelöst, wenn die Grau- bzw. Farbtonänderung eines Sensorfeldes SF größer als ein vorgegebener Schwellwert ist. Über entsprechende Logikbedingungen sind sogenannte Voralarme unterschiedlicher Sensorfelder SF bzw. Sensorfelder bzw. -reihen SFR1,2 verknüpft. Eine endgültige Alarmmeldung wird dann gegeben, wenn alle Voralarme eine ebenfalls fest vorgegebene Triggerbedingung erfüllen.In a known intrusion detection system (Fig.1), a single camera with a lens with a fixed focal length is used. In the area to be monitored (enclosure SZ), or in the scene, several rows of sensor fields SFR1, SFR2, each with individual sensor fields SF, are defined, in which the gray tone mean value or color tone is measured in comparison to reference fields RF. If, for example, an Intruder IN passes through the SFR1 sensor field series, a pre-alarm is triggered if the gray or color change in a SF sensor field is greater than a predetermined threshold value. So-called pre-alarms of different sensor fields SF or sensor fields or series SFR1,2 are linked via corresponding logic conditions. A final alarm message is given when all pre-alarms meet a trigger condition that is also predefined.

In Fig.2 ist für das erfindungsgemäße Verfahren ein Überwachungsbereich angedeutet, der von einem Schutzzaun SZ umfriedet ist. Für die Überwachung ist eine einzige Videokamera VK vorgesehen, die in einer bestimmten Position (Xo,Yo, ZO) angeordnet ist. Die Ortskoordinaten x,y,z eines Objektes O bzw.2 shows a monitoring area for the method according to the invention, which is enclosed by a protective fence SZ. A single video camera VK is provided for monitoring and is arranged in a specific position (Xo, Yo, ZO). The location coordinates x, y, z of an object O or

Intruders (IN) sind eindeutig durch eine Koordinatentransformation mit dem Azimutwinkel φ, dem Polarwinkel ϑ, den Kamerakoordinaten (Xo, Yo, Zo) und dem Objektabstand R festgelegt. Ist beispielsweise die Videokamera VK starr montiert, so ergeben sich Azimut- und Polarwinkel direkt aus der Lage des Objektmittelpunktes auf dem Videobild. Für den Fall, daß die Videokamera VK schwenkbar montiert ist, wird das Objekt O vom System automatisch anvisiert, wobei der Azimut- und Polarwinkel (φ,ϑ ) über Sensoren im Schwenkantrieb SW ermittelt werden können. Mit Hilfe dieser bekannten Kamera-Parameter kann eine Entfernungsmessung für die Entfernung R von der Kamera VK zum Objekt O durchgeführt werden, so daß daraus die Position (x,y,z) des Objekts O bestimmt werden kann. Dazu wird das Objektiv (OV) der Kamera (VK) mittels einer Regelvorrichtung (RV) scharf eingestellt, so daß die Entfernung R aus der Lage der Scharfstellvorrichtung (S) mit Hilfe einer Eichkurve hinreichend genau bestimmt werden kann. Durch Ausmessen des Videobildes für den Querschnitt Q' des Objekts O bei bekannter Brennweite f des Objektivs (OV) wird der tatsächliche Objektquerschnitt Q nach folgender Beziehung berechnet: Q = Q'. R/f, wobei R >> f ist.Intruders (IN) are clearly defined by a coordinate transformation with the azimuth angle φ, the polar angle ϑ, the camera coordinates (Xo, Yo, Zo) and the object distance R. For example, if the VK video camera is rigidly mounted, the azimuth and polar angles result directly from the position of the object center on the video image. In the event that the video camera VK is pivotally mounted, the object O is automatically sighted by the system, the azimuth and polar angle (φ, ϑ) being able to be determined by sensors in the swivel drive SW. Using these known camera parameters, a distance measurement for the distance R from the camera VK to the object O can be carried out, so that the position (x, y, z) of the object O can be determined therefrom. For this purpose, the lens (OV) of the camera (VK) is focused by means of a control device (RV), so that the distance R from the position of the focusing device (S) can be determined with sufficient accuracy using a calibration curve. By measuring the video image for the cross section Q 'of the object O with a known focal length f of the lens (OV), the actual object cross section Q is calculated according to the following relationship: Q = Q'. R / f, where R >> f.

Es erfolgen also folgende Schritte. Wird aufgrund einer Grauton- oder Farbänderung ein Objekt detektiert, so erfolgt selbsttätig eine Scharfstellung (S) auf das Objekt O und unter Zuhilfenahme der bekannten Brennweite f oder im Falle einer variablen Brennweite unter Ermittlung dieser Brennweite f erfolgt anschließend eine Entfernungsmessung. Wie in Fig.3 angedeutet, wird dies mit einem rechnergesteuerten Objektiv OV und einer Echtzeitbildverarbeitung realisiert. Die Videokamera VK kann sowohl in der Horizontal- als auch Vertikalebene schwenkbar sein. Der Videoverstärker VER kann von einer Videobild-Verarbeitungseinheit VVE angesteuert werden. Die Objektiv-Parameter der Videokamera VK, nämlich Brennweite f, Schärfe S der Schärfeneinstelleinrichtung, Objektivblende B und ein Vorsatzfilter F sind von einer Regelvorrichtung RV ansteuerbar, ebenso wie die eingestellten Werte der Objektivparameter von der Regelvorrichtung RV erfaßt werden können. Ein Mikrocomputer µC ist sowohl mit der Regelvorrichtung RV als auch mit der Videobild-Verarbeitungseinheit VVE, sowie mit dem Kameraschwenkantrieb (SW) verbunden. Ist die Videokamera VK auf eine mittlere Entfernung e eingestellt (Fig.2), so ist es zweckmäßig, die Objektivblende B bis auf einen Minimalwert geschlossen zu halten, um eine maximale Schärfentiefe zu erreichen. Das Vorsatzfilter F und bzw. oder der Videoverstärker VER ist vom Mikrocomputer uC über die Regelvorrichtung RV so geregelt, daß die Bildverarbeitungseinheit VVE optimal ausgesteuert ist. Wird nun von der Einbruchmeldeanlage ein Objekt O bzw. ein Intruder (IN) detektiert, so wird für einen bestimmten Sektor ein Alarm gemeldet. Sind beispielsweise die Sektoren genau definiert, so kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kamera auf diesen Sektor gerichtet werden. Dabei kann die Suchrichtung für die Kamerawinkel einer look-up-Tabelle entnommen und die Kamera entsprechend ausgerichtet werden. Dann wird ein Videobild aufgenommen und dieses erfaßte Videobild (Masterbild) abgespeichert.The following steps therefore take place. If an object is detected due to a change in the shade of gray or color, the object O is automatically focused (S) and the known focal length f is used or, in the case of a variable focal length using this focal length f, a distance measurement is then carried out. As indicated in Figure 3, this is realized with a computer-controlled lens OV and real-time image processing. The video camera VK can be pivoted both in the horizontal and in the vertical plane. The video amplifier VER can be controlled by a video image processing unit VVE. The Lens parameters of the video camera VK, namely focal length f, sharpness S of the focus adjustment device, lens aperture B and a front filter F can be controlled by a control device RV, just as the set values of the lens parameters can be detected by the control device RV. A microcomputer µC is connected to the control device RV as well as to the video image processing unit VVE and to the camera swivel drive (SW). If the video camera VK is set to a medium distance e (FIG. 2), it is expedient to keep the lens hood B closed to a minimum value in order to achieve a maximum depth of field. The prefilter F and / or the video amplifier VER is controlled by the microcomputer uC via the control device RV so that the image processing unit VVE is optimally controlled. If an object O or an intruder (IN) is now detected by the intrusion detection system, an alarm is reported for a specific sector. If, for example, the sectors are precisely defined, the camera according to the invention can be aimed at this sector. The search direction for the camera angles can be found in a look-up table and the camera can be aligned accordingly. Then a video image is recorded and this captured video image (master image) is saved.

Das erfindungsgemäße Verfahren mit nur einer einzigen Kamera hat den Vorteil einer wesentlich höheren Empfindlichkeit bei gleicher, maxial überwachbarer Sektorlänge oder aber eine gleiche Empfindlichkeit gegenüber herkömmlichen Systemen bei einer höheren, maximal überwachbaren Sektorlänge. Da mit diesem beschriebenen Verfahren eine eindeutige Entfernungsinformation gewonnen wird, ist die Fehleralarmquote wesentlich reduziert. Es werden also Störeffekte, die dicht vor der Kamera, beispielsweise durch Regen, Schnee, Insekten, Spinnweben o.ä. auftreten können, völlig eliminiert.The method according to the invention with only a single camera has the advantage of a significantly higher sensitivity with the same, maximum monitorable sector length or the same sensitivity compared to conventional systems with a higher, maximum monitorable sector length. Since a clear distance information is obtained with this described method, the error alarm rate is significantly reduced. So there are interference effects that are close to the camera, for example by rain, snow, insects, cobwebs or the like. can occur completely eliminated.

Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, die Intruderschwerpunktskoordinaten aus dem Schwerpunkt des Intruder-Umrißquerschnitts und aus dem ermittelten Abstand zu bestimmen. Ferner ist es möglich, aus den Schwerpunktskoordinaten und aus der Kantenverschiebung des Intruder-Umrisses zweier zeitig versetzter Videobilder die Intrudergeschwindigkeit sowohl nach dem Betrag als auch nach der Richtung zu ermitteln. Auf diese Weise ist es möglich, eine Intruderspur für die Intruderschwerpunktskoordinaten als Funktion der Zeit und für die Intrudergeschwindigkeit nach Betrag und Richtung als Funktion der Zeit anzulegen, um aus diesen im Speicher hinterlegten Daten einen Alarm abzuleiten. Dazu kann zweckmäßigerweise der Intruderquerschnitt selbsttätig von der Videobildverarbeitungseinheit mit Unterstützung des Mikrocomputers vermessen werden. Darüberhinaus kann das Intrudervolumen durch Zuhilfenahme eines Modells, das sich durch Verfolgung der Intruderspur stufenweise verfeinern läßt, mit einer hohen Zuverlässigkeit geschätzt werden.The method described makes it possible to determine the intruder center of gravity coordinates from the center of gravity of the intruder outline cross section and from the determined distance. Furthermore, it is possible to determine the intruder speed both in terms of the amount and in the direction from the center of gravity coordinates and from the edge shift of the intruder outline of two temporally offset video images. In this way it is possible to create an intruder track for the intruder center of gravity coordinates as a function of time and for the intruder speed according to amount and direction as a function of time in order to derive an alarm from this data stored in the memory. For this purpose, the intruder cross section can expediently be measured automatically by the video image processing unit with the support of the microcomputer. In addition, the intruder volume can be estimated with a high degree of reliability by using a model that can be refined step by step by following the intruder track.

Im folgenden wird kurz noch einmal die zeitliche Abfolge für die Detektion eines Intruders beschrieben.The time sequence for the detection of an intruder is briefly described again below.

Die Kamera überwacht einen vorgegebenen Raum auf Grauwertsänderungen. Überschreitet die integrale Grauwertsänderung in einem Teilabschnitt einen vorgegebenen Grenzwert, so werden die Kantenstrukturen ermittelt. Erst dann, wenn die Kantenstrukturen eine Figur mit einem Querschnitt ergeben, der größer als ein zweiter vorgegebener Grenzwert ist, wird der Zoom-Prozeß ausgelöst und das suspekte Objekt scharf eingestellt. Nun hat das Objektivsystem eine geringe Schärfentiefe, das Objekt hingegen ist optimal vergrößert. Der Objektabstand und der Objektumriß können nun mit dem Mikrocomputer und der Videobild-Verarbeitungseinheit genau vermessen werden.The camera monitors a given room for gray value changes. If the integral gray value change in a partial section exceeds a predetermined limit value, the edge structures are determined. Only when the edge structures result in a figure with a cross section that is greater than a second predetermined limit value, the zoom process is triggered and the suspicious object is brought into focus. Now the lens system has a shallow depth of field, but the object is optimally enlarged. The object distance and the object outline can now be measured precisely with the microcomputer and the video image processing unit.

Ist der ermittelte Objektquerschnitt kleiner als ein weiterer vorgegebener Grenzwert, so wird auf einen Nichtintruder erkannt und die Einbruchmeldeanlage stellt sich wieder auf ihren Ausgangszustand ein. Ist der ermittelte Objektquerschnitt größer als der vorgegebene dritte Grenzwert, so wird ein kritischer Querschnitt erkannt und dies als Voralarm gewertet.If the determined cross-section of the object is smaller than a further predetermined limit value, a non-intruder is recognized and the intrusion detection system is reset to its initial state. If the determined object cross-section is larger than the predetermined third limit value, then a critical cross-section is recognized and this is evaluated as a pre-alarm.

Nun werden die Schwerpunktskoordinaten und die Intruderspur sowie der Objektquerschnitt ermittelt. Daraus wird dann gemäß angenommener Modelle das Intrudervolumen geschätzt, d.h. annähernd berechnet, und die Intruderspur angelegt. Erst aus dem geschätzten Intrudervolumen und aus der zurückgelegten Intruderspur wird ein echter Alarm abgeleitet.Now the center of gravity coordinates and the intruder track as well as the object cross section are determined. From this, the intruder volume is then estimated according to assumed models, i.e. approximately calculated and the intruder track created. A real alarm is only derived from the estimated intruder volume and the intruder track.

Mit diesem intelligenten optischen Perimeterschutzsystem ist eine ortsauflösende Detektion kritischer Intrudervolumen mit einer einzigen Videokamera möglich. Diese im Vergleich zu Systemen mit jeweils mehreren Videokameras erheblich kostengünstigere Systemeigenschaft wird durch den Einsatz eines computergesteuerten Objektivs erzielt. Hat dieses Objektiv zusätzlich eine variable Brennweite (Zoom), so kann das maximal überwachte Areal gegenüber herkömmlichen Videosensoren, die lediglich eine konstante Brennweite aufweisen, erheblich gesteigert werden.With this intelligent optical perimeter protection system, spatially resolving detection of critical intruder volumes is possible with a single video camera. This system property, which is considerably cheaper than systems with several video cameras each, is achieved by using a computer-controlled lens. If this lens also has a variable focal length (zoom), the maximum monitored area can be increased considerably compared to conventional video sensors that only have a constant focal length.

Ist andererseits der zu überwachende Raum vorgegeben, so läßt sich mit der Zoomfunktion des hier beschriebenen Videosensors die Systemempfindlichkeit im Vergleich zu bekannten Anlagen steigern. Eine Abschätzung des wahrscheinlichen Intrudervolumens wird durch die Anwendung eines Modells ermöglicht, daß sich durch die Intruderspuranalyse schrittweise verfeinern läßt. Die Information über Objektort und Objektvolumen und die von der Anlage durchgeführte Analyse der Intruderspur führt daher zu einer wesentlich geringeren Fehlalarmrate als bei herkömmlichen Einbruchmeldeanlagen mit den bekannten Videobewegungssensoren.If, on the other hand, the space to be monitored is specified, the zoom function of the video sensor described here can increase the system sensitivity compared to known systems. An estimate of the probable intruder volume is made possible by the use of a model that can be gradually refined using the intruder trace analysis. The information about the object location and object volume and the analysis of the intruder track carried out by the system therefore leads to a significantly lower false alarm rate than in conventional intrusion detection systems with the known video motion sensors.

Claims (9)

Verfahren zur Detektion von Intrudern mit einer Einbruchmeldeanlage für den Perimeterschutz mittels einer Video-Kamera (VK) und einer Video-Bild-Verarbeitungseinheit (VVE), wobei durch ein Differenzbildverfahren zweier zeitlich versetzter Videobilder Objekte (O) erkannt werden, die sich innerhalb eines vorgegebenen Überwachungsbereichs bewegen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) Ein Überwachungsbereich wird jeweils nur mit einer einzigen Video-Kamera (VK), die ein Objektiv (OV) mit einer von einem Computer (µC) gesteuerten Regelvorrichtung (RV) aufweist, überwacht; b) mit der Regelvorrichtung (RV) werden die Objektiv-Parameter-Brennweite (f), Schärfentiefe (S), Blende (B) und Vorsatzfilter (F) gesteuert bzw. ermittelt; c) die Zielrichtung der Videokamera (VK) wird durch die Kamera-Parameter: Azimutwinkel (φ), Polarwinkel (ϑ) und Kamera-Koordinaten (HZ, Xo,Yo) vom Mikrocomputer (µC) erfaßt; d) sobald die Videobild-Verarbeitungseinheit (VVE) ein sich bewegendes Objekt (O) detektiert, wird mittels des Mikrocomputers (µC) und der Regelvorrichtung (RV) das Objekt (O) scharf eingestellt und der Umrißquerschnitt (UQ) ermittelt; e) aus der Lage der Scharfeinstellung (S) am Objektiv (OV) wird die Entfernung (R) zum Objekt (O) bestimmt; f) im Mikrocomputer (µC) werden mit Hilfe der Kamera-Parameter (φ,ϑ HZ, Xo,Yo) und der Objektiv-Parameter (f,S,B) sowie der Entfernung (R) zunächst die Schwerpunktskoordinaten (x,y,z) des Objekts bestimmt und dann wird der Objektquerschnitt (OQ) berechnet und mit vorgebbaren typischen Intruderquerschnitten (IQ) verglichen; g) gleichzeitig wird über eine bestimmte Zeitspanne der Intruder bzw. dessen Spur verfolgt; h) aus dem Vergleich des Objektquerschnitts (OQ) mit möglichen vorgegebenen Intruderquerschnitten (IQ) und aus der Spurverfolgung wird ein Alarmkriterium abgeleitet (AL). Method for the detection of intruders with a burglar alarm system for perimeter protection by means of a video camera (VK) and a video-image processing unit (VVE), whereby objects (O) are recognized by a differential image method of two temporally staggered video images, which are within a predetermined Move surveillance area, characterized by the following features: a) A surveillance area is only monitored with a single video camera (VK), which has a lens (OV) with a control device (RV) controlled by a computer (µC); b) the lens parameter focal length (f), depth of field (S), aperture (B) and front filter (F) are controlled or determined with the control device (RV); c) the target direction of the video camera (VK) is detected by the camera parameters: azimuth angle (φ), polar angle (ϑ) and camera coordinates (HZ, Xo, Yo) by the microcomputer (µC); d) as soon as the video image processing unit (VVE) detects a moving object (O), the object (O) is focused using the microcomputer (μC) and the control device (RV) and the outline cross-section (UQ) is determined; e) the distance (R) to the object (O) is determined from the position of the focus (S) on the lens (OV); f) in the microcomputer (µC) with the help of the camera parameters (φ, ϑ HZ, Xo, Yo) and the lens parameters (f, S, B) and the distance (R) the center of gravity coordinates (x, y, z) the object is determined and then the object cross section (OQ) is calculated and compared with predeterminable typical intruder cross sections (IQ); g) at the same time the intruder or its track is tracked over a certain period of time; h) an alarm criterion (AL) is derived from the comparison of the object cross section (OQ) with possible predetermined intruder cross sections (IQ) and from the tracking. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Videokamera (VK) auf einem festen Montageblock montiert ist, wobei die Positionswinkel (φ und ϑ ) der Videokamera (VK) aus der Lage des Objektmittelpunkts auf dem Videobild abgeleitet werden.Method according to claim 1,
characterized in that the video camera (VK) is mounted on a fixed mounting block, the position angles (φ and ϑ) of the video camera (VK) being derived from the position of the object center on the video image. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Videokamera (VK) auf einem horizontal und vertikal verschwenkbaren Montageblock montiert ist, wobei das Objekt (O) automatisch anvisiert wird und die Positionswinkel (φ und ϑ ) der Videokamera (VK) über Sensoren im Schwenkantrieb (SW) erfaßt werden.Method according to claim 1,
characterized in that the video camera (VK) is mounted on a horizontally and vertically pivotable mounting block, the object (O) being automatically sighted and the position angles (φ and ϑ) of the video camera (VK) being detected by sensors in the swivel drive (SW) . Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kameraobjektiv (OV) von einem Teleobjektiv mit fester Brennweite (f) gebildet ist, wobei aus der Lage für die Scharfeinstellung (S) mittels einer entsprechenden, gespeicherten Eichkurve die Entfernung (R) ermittelt wird.Method according to claim 1,
characterized in that the camera lens (OV) is formed by a telephoto lens with a fixed focal length (f), the distance (R) being determined from the position for the focusing (S) by means of a corresponding, stored calibration curve. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kameraobjektiv (OV) von einem Zoom-Objektiv mit veränderbarer Brennweite (f) gebildet ist, daß ein detektiertes Objekt (O) angezoomt und scharfgestellt wird, wobei aus der ermittelten Brennweite (f) die Entfernung (R) abgeleitet wird.Method according to claim 1,
characterized in that the camera lens (OV) is formed by a zoom lens with variable focal length (f), that a detected object (O) is zoomed in and focused, the distance (R) being derived from the determined focal length (f) . Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Videokamera (VK) horizontal und vertikal verschwenkbar angeordnet ist, daß der Überwachungsbereich in mehrere definierte Sektoren eingeteilt ist, und daß aufgrund einer Detektion eines Objekts (O) in einem bestimmten Sektor die Videokamera (VK) mit dem dafür zutreffenden Azimut- und Polarwinkel (φ, ϑ) auf das Objekt (O) ausgerichtet wird.Method according to claim 1,
characterized in that the video camera (VK) is arranged horizontally and vertically pivotable, that the surveillance area is divided into several defined sectors, and that, based on the detection of an object (O) in a certain sector, the video camera (VK) with the appropriate azimuth - And polar angle (φ, ϑ) is aligned with the object (O). Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zoomprozeß bei geöffneter Blende (B) erfolgt.Method according to claim 5,
characterized in that the zooming process takes place with the aperture (B) open. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß aus den ermittelten und berechneten Daten die Richtung und die Geschwindigkeit des Intruders ermittelt wird.A method according to claim 8,
characterized in that the direction and speed of the intruder is determined from the determined and calculated data. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, daß das Intrudervolumen durch Zuhilfenahme eines Modells aus dem Intruderquerschnitt und aus der Intruderspur mit einem Näherungsverfahren berechnet wird.A method according to claim 8,
characterized in that the intruder volume is calculated using an approximation method using a model from the intruder cross section and from the intruder track.
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