EP0939386A1 - Einrichtung zur Raumüberwachung - Google Patents

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Publication number
EP0939386A1
EP0939386A1 EP98103542A EP98103542A EP0939386A1 EP 0939386 A1 EP0939386 A1 EP 0939386A1 EP 98103542 A EP98103542 A EP 98103542A EP 98103542 A EP98103542 A EP 98103542A EP 0939386 A1 EP0939386 A1 EP 0939386A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
image sensor
motion detector
evaluation
signal
detector
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98103542A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hansjürg Dr. Mahler
Martin Dr. Rechsteiner
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 Building Technologies AG
Original Assignee
Siemens Building Technologies AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Building Technologies AG filed Critical Siemens Building Technologies AG
Priority to EP98103542A priority Critical patent/EP0939386A1/de
Priority to ES99103260T priority patent/ES2209257T3/es
Priority to DE59906980T priority patent/DE59906980D1/de
Priority to DK99103260T priority patent/DK0939387T3/da
Priority to EP99103260A priority patent/EP0939387B1/de
Priority to US09/258,731 priority patent/US6396534B1/en
Publication of EP0939386A1 publication Critical patent/EP0939386A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current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
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    • 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
    • G08B13/19697—Arrangements wherein non-video detectors generate an alarm themselves

Definitions

  • the present invention relates to a device for room surveillance, with at least an image sensor and at least one presence or motion detector and with one Control and evaluation electronics.
  • the presence or Motion detector exclusively to reduce the power consumption of the preferred battery-powered device by switching on the image sensor when necessary. Similar thing applies to the video surveillance system described in GB-A-2 309 133, whose image sensor connected to a VCR. Here the presence or motion detector enables better utilization of the magnetic tape used for image storage, by turning on the VCR only when needed.
  • DE-U-297 18 312 which has an image sensor, a stage for Still image creation and still image storage, a stage for creating difference images and one Contains the stage for image analysis, the analysis result is based on predefined criteria of reportability compared, with a positive result, a message is sent to a central station. While this facility allows for intelligent surveillance by checking the signals of the image sensor for tolerance and reporting reliability are carried out automatically, so that a message is only sent to the head office if a positive analysis result is available. But since the image sensor relies on lighting in the visible or near infrared and therefore provide no evaluable images below a certain minimum lighting , it is questionable whether this facility offers the desired security or, with others Words whether it is sufficiently robust.
  • the invention is now intended to provide a device of the type mentioned at the beginning, which intelligent surveillance, optimal security against deception and sufficient Robustness guaranteed.
  • control and evaluation electronics has a processing stage for local signal evaluation to which the at least an image sensor and the at least one presence or motion detector connected are, and that in the processing stage a combined evaluation of the signals of the at least one image sensor and the at least one presence or motion detector he follows.
  • the device according to the invention is therefore a two- or multi-criteria motion detector at least one image sensor.
  • This detector has both known dual detectors as well as significant advantages compared to pure image sensors. Compared to the dual detectors, where no or only a very rough spatial resolution is possible, so that A distinction between humans and animals can often not be made, is the inventive Detectors much more robust.
  • the image sensor also offers the option of Classification of objects based on their geometry and movement and thus the intelligent Monitoring and verification and storage of events and later Accessibility from these.
  • the detector according to the invention has the advantage that it even in poor lighting conditions the performance of a presence or Provides motion detector and is therefore fully functional.
  • the presence or Motion detector the image processing algorithms when interpreting difficult situations support.
  • a first preferred embodiment of the device according to the invention is characterized in that that before the combined evaluation of the signals, a separate pre-evaluation both the signals of the at least one image sensor and that of the at least one a presence or motion detector.
  • the formation of the at least one image sensor as a CMOS image sensor has, among other things the advantage of an order of magnitude lower power consumption than CCD cameras and the ability to access individual pixels. The latter allows images with reduced resolution or only read out interesting areas of the image, whereas with CCD cameras the pixels only can be read out line by line.
  • a third preferred embodiment of the device according to the invention is thereby characterized as a means of determining the distance of one of the at least a presence or motion detector detected object and that the Distance signal of this means is fed to the processing stage.
  • the device for room monitoring shown in Fig. 1 consists essentially of a multi-criteria motion detector 1, hereinafter referred to as a detector, and from one hereinafter referred to as electronics control and evaluation electronics 2 with a control stage 3 and a processing stage 4 for local evaluation of the signals of the detector 1.
  • a detector a multi-criteria motion detector 1
  • electronics control and evaluation electronics 2 with a control stage 3 and a processing stage 4 for local evaluation of the signals of the detector 1.
  • this representation only shows the individual function blocks and not the specific ones apparatus construction of the facility again. For example, certain are usually Parts of the electronics are present in detector 1. The latter applies in particular if the detector signals are processed or pre-evaluated in detector 1.
  • the detector 1 consists of at least one image sensor 5 and at least one following Presence or motion detector 6 designated as P / B detector.
  • the image sensor 5 is included a means for measuring the lighting in the monitored room. Both that Image sensor 5 and the P / B detector 6 are each followed by a preprocessing stage 7 or 8, but also included in detector 1 or, if applicable, in processing level 4 can be.
  • the signals reach the processing stage from the preprocessing stage 7 and 8 4, which also the illumination signal of the means for illumination measurement contained in the image sensor 5 is fed.
  • the detector 1 can have a distance meter 9 for determining the distance from the P / B detector 6 events included.
  • Processing level 4 is autonomous and enables local decisions and / or the display of those recorded by the image sensor 5 Photos; it is preferably also for the transmission of the images to a distant one Central 10 equipped where, for example, additional verification can then take place.
  • the P / B detector 6 is a motion or presence detector based on one of the known detection principles Passive infrared, active infrared, microwaves, ultrasound or any Combination of them.
  • CMOS image sensor a so-called APS [APS: active pixel Sensor] used, which is characterized by a very low power consumption and by the possibility of access to individual pixels.
  • APS active pixel Sensor
  • additional application-specific analog or digital functions for example simple Image processing algorithms such as filters or exposure control can be easily integrated.
  • APS the article "A 128 x 128 CMOS Active Pixel Image Sensor for Highly Integrated Imaging Systems "by Sunetra K. Mendis, Sabrina E. Kennedy and Eric R. Fossum, IEDM 93-538 and "128X128 CMOS Photodiode-Type Active Pixel Sensor With On-Chip Timing, Control and Signal Chain Electronics "by R.H. Nixon, S.E. Kemeny, C.O. Staller and E. R. Fossum in SPIE Vol. 2415/117.
  • the image sensor 5 is directed towards the space to be monitored, detects it in terms of image technology, digitizes the image and stores it as a reference image in a memory. If the image sensor 5 forming APS, for example, consists of 128 by 128 pixels, then would be used a wide-angle lens at a distance of 15 m in front of the image sensor 5 one pixel of approximately 12 by 12 cm. Such a grid is suitable, human and distinguish animal shapes from each other relatively reliably.
  • the image sensor 5 makes intervals stores a picture of the monitored room from fractions of a second Images for a certain time and compare them with the reference image and / or with each other.
  • the storage of the images is preferably controlled in such a way that the images sent by the detector 1 immediately preceding and / or immediately following the event identified until saved further and that the remaining images automatically after the specified time to be deleted.
  • the image sensor 5 In order to make a usable picture even in poor lighting conditions the image sensor 5 is sensitive to light and has a large dynamic range (sufficient recognizability of details with strong light / dark contrast) optimized.
  • the functions integrated on the APS chip allow automatic electronic Integrate closure with a dynamic of 1: 1000.
  • the P / B detector 6 essentially serves to detect the potential weaknesses of the image sensor 5 balance. This includes in particular that the image sensor 5 is below a critical one Lighting does not provide image information, and that also changes the image information greatly is often not caused by an intruder compared to the reference image. Man think, for example, of abrupt changes in lighting that by switching the street lighting on / off, passing vehicles with the lights on Headlights, thunderstorms or the like can be caused. In these and the like In cases where the signal from the P / B detector 6 is taken into account, the robustness of the Detector 1 increased significantly. This is taken into account by a combined evaluation the signals of the image sensor 5 and the P / B detector 6 in the processing stage 4 realized.
  • the preprocessing stages 7 and 8 in the respective sensor / detector 5 or 6 or in the processing stage 4 be integrated.
  • the signals of the P / B detector 6 in converted a format suitable for combined evaluation with the signal of the image sensor 5 and classified according to their strength. If the detector 1 contains a distance meter 9, then this becomes more appropriate in the presence of a signal from the P / B detector 6
  • Starch from processing level 4 is activated via control level 3 and delivers to the processing level information about the distance of the event just detected or Object from detector 1. With the help of this distance information from the signal of the image sensor 5 clear conclusions on the size of a detected object and thus on its size Nature, such as humans or animals.
  • the pre-evaluation is in the form of hardware and / or in the form of a processor core integrated on the APS chip.
  • the number of compared the modified image of the reference image, their clustering and characteristics of the pixel cluster certainly.
  • the reference image is constantly updated, whereby Changes are only adopted in the reference image after checking their stability.
  • the reference image tracking can be done by including the signals of the P / B detector 6 run more stable.
  • processing stage 4 At the input of processing stage 4 there is a signal of the P / B classified according to strength Detector 6, an image signal of the image sensor 5 with information about the number of changes Pixels and the characteristics of the pixel clusters and possibly a signal from the distance meter 9, the distance of the event triggering the signal of the P / B detector 6 indicates.
  • the processing stage 4 continuously receives information about the image sensor 5 medium lighting in the monitored room and weighted in the combined evaluation the signals the signals of the lighting-independent P / B detector 6 the weaker the more the lighting is.
  • the detailed analysis is carried out both statically and dynamically.
  • the cluster areas examined for size, topology and orientation, in the second case regarding the change in size, shape and position of the cluster areas.
  • an attempt is made to move or move from the fixed reference image Filter out objects and then assign them a clear, alarm-relevant category.
  • the difference between humans and animals is the height / aspect ratio of the frequency range in question, the vertical and the horizontal predominates in animals. From the front there is a distinction between people and Animal very difficult; but you can assume that the detected object is not frontal moved towards the detector 1 but sidesteps and is therefore easier to see.
  • FIG. 2 shows a simple example of signal processing in a device for room monitoring without distance meter 9 (Fig. 1).
  • the representation assumed that the preprocessing stages 7 and 8 in the processing stage 4 (FIG. 1) are integrated, so that the preprocessing of the signals of the image sensor 5 and the P / B detector 6 not locally in the relevant sensor or detector, but instead takes place in processing stage 4.
  • the number of pixels changed compared to the reference image is determined. If this number is zero or very small, then the signal of the P / B detector 6 is compared with a threshold value P 2 with P 2 > P 1 . If the signal of the P / B detector 6 is greater than P 2 , an alarm is triggered, if not, then the processing of the relevant sensor signal is terminated. Possibly, the signals can also be analyzed over a longer time interval.

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Abstract

Die Einrichtung enthält mindestens einen Bildsensor (5) und mindestens einen Präsenz- oder Bewegungsdetektor (6) und eine Steuerungs- und Auswerteelektronik (2). Die Steuerungs- und Auswerteelektronik (2) weist eine Verarbeitungsstufe (4) zur lokalen Signalauswertung auf, an welche der mindestens eine Bildsensor (5) und der mindestens eine Präsenz- oder Bewegungsdetektor (6) angeschlossen sind. In der Verarbeitungsstufe (4) erfolgt eine kombinierte Auswertung der Signale des mindestens einen Bildsensors (5) und des mindestens einen Präsenz- oder Bewegungsdetektors (6).
Durch die aufgrund der Verwendung des Bildsensors (5) und des Präsenz- oder Bewegungsdetektors (6) mögliche kombinierte Signalauswertung ergibt sich eine wesentlich robustere Überwachungseinrichtung mit dem zusätzlichen Vorteil der Möglichkeit der Klassierung der detektierten Objekte anhand ihrer Geometrie und Bewegung. Ausserdem kann der Präsenz- oder Bewegungsdetektor (6) die Bildverarbeitungsalgorithmen des Bildsensors (5) bei der Interpretation schwieriger Situationen unterstützen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Raumüberwachung, mit mindestens einem Bildsensor und mindestens einem Präsenz- oder Bewegungsdetektor und mit einer Steuerungs- und Auswerteelektronik.
Bei einer in der EP-A-0 772 168 beschriebenen Einrichtung dieser Art dient der Präsenz- oder Bewegungsdetektor ausschliesslich zur Reduktion des Stromverbrauchs der vorzugsweise batteriegespeisten Einrichtung, indem er den Bildsensor im Bedartsfall einschaltet. Ähnliches gilt für das in der GB-A-2 309 133 beschriebene Video-Überwachungssystem, dessen Bildsensor an einen Videorecorder angeschlossen ist. Hier ermöglicht der Präsenz- oder Bewegungsdetektor eine bessere Ausnutzung des zur Bildspeicherung verwendeten Magnetbandes, indem er den Videorecorder nur im Bedarfsfall einschaltet.
Diese bekannten Einrichtungen stellen also gespeicherte Bildinformation zur Verfügung, die von einer Bedienungsperson ausgewertet werden muss, was bekanntlich ausserordentlich monoton und ermüdend ist. Da keinerlei Unterscheidung der aufgezeichneten Ereignisse nach Tolerierbarkeit und Meldewürdigkeit stattfindet, kann von intelligenter Überwachung nicht gesprochen werden.
Bei einer im DE-U-297 18 312 beschriebenen Einrichtung, die einen Bildsensor, eine Stufe zur Festbilderstellung und Festbildabspeicherung, eine Stufe zur Differenzbilderstellung und eine Stufe zur Bildanalyse enthält, wird das Analyseergebnis mit vorgegebenen Kriterien der Meldewürdigkeit verglichen, wobei bei positivem Ergebnis eine Meldung an eine Zentralstation erfolgt. Diese Einrichtung ermöglicht zwar eine intelligente Überwachung, indem die Überprüfung der Signale des Bildsensors auf Tolerierbarkeit und Meldewürdigkeit automatisch erfolgt, so dass nur dann eine Meldung an die Zentrale geht, wenn ein positives Analyseergebnis vorliegt. Da aber der Bildsensor auf Beleuchtung im Sichtbaren oder im nahen Infrarot angewiesen ist und daher unterhalb einer bestimmten Minimalbeleuchtung keine auswertbaren Bilder liefern kann, ist es fraglich, ob diese Einrichtung die gewünschte Sicherheit bietet oder, mit anderen Worten, ob sie ausreichend robust ist.
Durch die Erfindung soll nun eine Einrichtung der eingangs genannten Art angegeben werden, die eine intelligente Überwachung, eine optimale Täuschungssicherheit und eine ausreichende Robustheit gewährleistet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Steuerungs- und Auswerteelektronik eine Verarbeitungsstufe zur lokalen Signalauswertung aufweist, an welche der mindestens eine Bildsensor und der mindestens eine Präsenz- oder Bewegungsdetektor angeschlossen sind, und dass in der Verarbeitungsstufe eine kombinierte Auswertung der Signale des mindestens einen Bildsensors und des mindestens einen Präsenz- oder Bewegungsdetektors erfolgt.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist also ein Zwei- oder Mehrkriterienbewegungsmelder mit mindestens einem Bildsensor. Dieser Melder weist sowohl gegenüber bekannten Dual-Meldern als auch gegenüber reinen Bildsensoren wesentliche Vorteile auf. Verglichen mit den Dual-Meldern, bei denen keine oder nur eine sehr grobe räumliche Auflösung möglich ist, so dass eine Unterscheidung zwischen Mensch und Tier oftmals nicht erfolgen kann, ist der erfindungsgemässe Melder wesentlich robuster. Ausserdem bietet der Bildsensor die Möglichkeit der Klassifizierung der Objekte anhand ihrer Geometrie und Bewegung und damit der intelligenten Überwachung sowie der Verifikation und der Speicherung von Ereignissen und der späteren Abrufbarkeit von diesen.
Gegenüber einem reinen Bildsensor hat der erfindungsgemässe Melder den Vorteil, dass er auch bei schlechten Beleuchtungsverhältnissen immer noch die Leistung eines Präsenz- oder Bewegungsdetektors erbringt und damit voll funktionsfähig ist. Zudem kann der Präsenz- oder Bewegungsdetektor die Bildverarbeitungsalgorithmen bei der Interpretation schwieriger Situationen unterstützen.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass vor der kombinierten Auswertung der Signale eine getrennte Vorauswertung sowohl der Signale des mindestens einen Bildsensors als auch derjenigen des mindestens einen Präsenz- oder Bewegungsdetektors erfolgt.
Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bildsensor durch einen CMOS-Bildsensor, vorzugsweise einen Aktiv Pixel Sensor, gebildet ist.
Die Ausbildung des mindestens einen Bildsensors als CMOS-Bildsensor hat unter anderem den Vorteil eines gegenüber CCD-Kameras um Grössenordnungen tieferen Stromverbrauchs und der Zugriffsmöglichkeit auf einzelne Pixel. Letzteres erlaubt, Bilder mit reduzierter Auflösung oder nur interessante Bildbereiche auszulesen, wogegen bei CCD-Kameras die Pixel nur zeilenweise ausgelesen werden können.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Bestimmung der Entfernung eines von dem mindestens einen Präsenz- oder Bewegungsdetektor detektierten Objekts vorgesehen und dass das Distanzsignal dieses Mittels der Verarbeitungsstufe zugeführt ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigt:
Fig. 1
ein Blockschema eines erfindungsgemässen Einrichtung zur Raumüberwachung; und
Fig. 2
ein Flussdiagramm zur Erläuterung der Signalverarbeitung.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zur Raumüberwachung besteht im wesentlichen aus einem nachfolgend als Melder bezeichneten Mehrkriterienbewegungsmelder 1 und aus einer nachfolgend als Elektronik bezeichneten Steuerungs- und Auswerteelektronik 2 mit einer Steuerstufe 3 und einer Verarbeitungsstufe 4 zur lokalen Auswertung der Signale des Melders 1. Selbstverständlich gibt diese Darstellung nur die einzelnen Funktionsblöcke und nicht den konkreten apparativen Aufbau der Einrichtung wieder. So werden beispielsweise in der Regel bestimmte Teile der Elektronik im Melder 1 vorhanden sein. Letzteres gilt insbesondere dann, wenn im Melder 1 eine Aufbereitung oder Vorauswertung der Meldersignale erfolgt.
Der Melder 1 besteht aus mindestens einem Bildsensor 5 und mindestens einem nachfolgend als P/B Dedektor bezeichneten Präsenz- oder Bewegungsdetektor 6. Der Bildsensor 5 ist mit einem Mittel zur Messung der Beleuchtung im überwachten Raum ausgerüstet. Sowohl dem Bildsensor 5 als auch dem P/B Detektor 6 ist je eine Vorverarbeitungsstufe 7 bzw. 8 nachgeschaltet, die aber auch im Melder 1 oder gegebenenfalls in der Verarbeitungsstufe 4 enthalten sein kann. Von der Vorverarbeitungsstufe 7 und 8 gelangen die Signale in die Verarbeitungsstufe 4, welcher auch das Beleuchtungssignal der im Bildsensor 5 enthaltenen Mittel zur Beleuchtungsmessung zugeführt ist.
Als Option kann der Melder 1 einen Distanzmesser 9 zur Bestimmung der Entfernung der vom P/B Detektor 6 registrierten Ereignisse enthalten. Die Verarbeitungsstufe 4 ist autonom und ermöglicht lokale Entscheidungen und/oder die Anzeige der vorn Bildsensor 5 aufgenommenen Bilder; vorzugsweise ist sie auch zur Übertragung der Bilder an eine räumlich entfernte Zentrale 10 ausgerüstet, wo dann beispielsweise eine zusätzliche Verifikation erfolgen kann.
Der P/B Detektor 6 ist ein Bewegungs- oder Präsenzmelder nach einem der bekannten Detektionsprinzipien Passiv-Infrarot, Aktiv-Infrarot, Mikrowellen, Ultraschall oder einer beliebigen Kombination davon. Der Bildsensor 5 ist im Bereich des sichtbaren Lichts, im nahen Infrarot oder im langwelligen Infrarot (Wärmestrahlung) empfindlich; er kann auf einem üblichen bildgebenden Verfahren (CCD [CCD: charge-coupled device], CID [CID: charge injection device] oder CMOS [CMOS: complementary metal oxide semiconductor = komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Struktur]) basieren.
Vorzugsweise wird ein spezieller CMOS-Bildsensor, ein sogenannter APS [APS: Aktiv Pixel Sensor] verwendet, der sich durch einen sehr geringen Stromverbrauch und durch die Möglichkeit des Zugriffs auf einzelne Pixel auszeichnet. Ausserdem können in einem solchen APS zusätzliche applikationsspezifische analoge oder digitale Funktionen, zum Beispiel einfache Bildverarbeitungsalgorithmen wie Filter oder Belichtungssteuerung, einfach integriert werden. Bezüglich APS wird auf die Artikel "A 128 x- 128 CMOS Active Pixel Image Sensor for Highly Integrated Imaging Systems" von Sunetra K. Mendis, Sabrina E. Kennedy und Eric R. Fossum, IEDM 93-538 und "128X128 CMOS Photodiode-Type Active Pixel Sensor With On-Chip Timing, Control and Signal Chain Electronics" von R. H. Nixon, S. E. Kemeny, C. O. Staller und E. R. Fossum in SPIE Vol. 2415/ 117, verwiesen.
Der Bildsensor 5 ist auf den zu überwachenden Raum gerichtet, erfasst diesen bildtechnisch, digitalisiert das Bild und legt es als Referenzbild in einem Speicher ab. Wenn der den Bildsensor 5 bildende APS beispielsweise aus 128 mal 128 Pixeln besteht, dann würde bei Verwendung einer Weitwinkeloptik im Abstand von 15 m vor dem Bildsensor 5 einem Pixel eine Fläche von ungefähr 12 mal 12 cm entsprechen. Eine solche Rasterung ist geeignet, menschliche und tierische Gestalten relativ zuverlässig voneinander zu unterscheiden.
Die Möglichkeit der Erkennung eines Menschen im Abstand von 15 m ist sehr vorteilhaft, und die Fläche des überwachten Raums in diesem Erkennungsabstand von etwa 15 mal 15 m ist durchaus realistisch. Im aktiven Zustand der Einrichtung macht dann der Bildsensor 5 in Abständen von Sekundenbruchteilen jeweils ein Bild des überwachten Raums, speichert diese Bilder für eine bestimmte Zeit und vergleicht sie mit dem Referenzbild und/oder untereinander. Die Speicherung der Bilder ist vorzugsweise so gesteuert, dass die Bilder, die einem vom Melder 1 festgestellten Ereignis unmittelbar vorausgehen und/oder diesem unmittelbar folgen, bis auf weiteres gespeichert und dass die restlichen Bilder nach Ablauf der genannten Zeit automatisch gelöscht werden.
Um auch bei schlechten Beleuchtungsverhältnissen noch ein brauchbares Bild machen zu können, ist der Bildsensor 5 auf grosse Lichtempfindlichkeit und einen grossen Dynamikbereich (ausreichende Erkennbarkeit von Einzelheiten bei starkem Hell/ Dunkel-Kontrast) optimiert. Die auf dem APS-Chip integrierten Funktionen erlauben es, einen automatischen elektronischen Verschluss mit einer Dynamik von 1:1000 mitzuintegrieren.
Der P/B Detektor 6 dient im wesentlichen dazu, die potentiellen Schwächen des Bildsensors 5 auszugleichen. Dazu gehört insbesondere, dass der Bildsensor 5 unterhalb einer kritischen Beleuchtung keine Bildinformation liefert, und dass auch eine starke Änderung der Bildinformation gegenüber dem Referenzbild oftmals nicht von einem Eindringling verursacht ist. Man denke in diesem Zusammenhang beispielsweise an abrupte Beleuchtungsänderungen, die durch Ein/Ausschalten der Strassenbeleuchtung, vorbeifahrende Fahrzeuge mit aufgeblendeten Scheinwerfern, Gewitter oder dergleichen verursacht sein können. In diesen und ähnlichen Fällen wird durch Mitberücksichtigung des Signals des P/B Detektors 6 die Robustheit des Melders 1 ganz wesentlich erhöht. Diese Mitberücksichtigung wird durch eine kombinierte Auswertung der Signale des Bildsensors 5 und des P/B Detektors 6 in der Verarbeitungsstufe 4 realisiert.
Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, die Signale des Bildsensors 5 und des P/B Detektors 6 vor der kombinierten Auswertung einer getrennten Vorauswertung zu unterziehen, welche in den Vorverarbeitungsstufen 7 bzw. 8 erfolgt. Wie schon erwähnt wurde, können die Vorverarbeitungsstufen 7 und 8 in den jeweiligen Sensor/Detektor 5 bzw. 6 oder in die Verarbeitungsstufe 4 integriert sein. Bei der Vorauswertung werden die Signale des P/B Detektors 6 in ein zur kombinierten Auswertung mit dem Signal des Bildsensors 5 geeignetes Format umgewandelt und nach ihrer Stärke klassiert. Falls der Melder 1 einen Distanzmesser 9 enthält, dann wird dieser bei Vorhandensein eines Signals des P/B Detektors 6 von entsprechender Stärke von der Verarbeitungsstufe 4 über die Steuerstufe 3 aktiviert und liefert an die Verarbeitungsstufe eine Information über die Entfernung des soeben detektierten Ereignisses oder Objekts vom Melder 1. Mit Hilfe dieser Distanzinformation können aus dem Signal des Bildsensors 5 eindeutige Schlüsse auf die Grösse eines detektierten Objekts und damit auf dessen Natur, wie beispielsweise Mensch oder Tier, gezogen werden.
Beim Bildsensor 5 ist die Vorauswertung als Hardware und/oder in Form eines Prozessorkerns auf dem APS-Chip integriert. Bei der Vorauswertung der Signale werden die Anzahl der gegenüber dem Referenzbild geänderten Pixel, ihre Häufung (clustering) und Merkmale der Pixelhäufung bestimmt. Dabei wird das Referenzbild ständig nachgeführt, wobei festgestellte Änderungen erst nach Überprüfung ihrer Stabilität in das Referenzbild übernommen werden. Die Referenzbildnachführung kann dabei durch Einbezug der Signale des P/B Detektors 6 stabiler ausgeführt werden.
Am Eingang der Verarbeitungsstufe 4 liegt also ein nach Stärke klassiertes Signal des P/B Detektors 6, ein Bildsignal des Bildsensors 5 mit Informationen über die Anzahl der geänderten Pixel und über die Merkmale der Pixelhäufungen und gegebenenfalls ein Signal des Distanzmessers 9, das die Entfernung des das Signal des P/B Detektors 6 auslösenden Ereignisses angibt. Ausserdem erhält die Verarbeitungsstufe 4 vom Bildsensor 5 laufend Angaben über die mittlere Beleuchtung im überwachten Raum und gewichtet bei der kombinierten Auswertung der Signale die Signale des beleuchtungsunabhängigen P/B Detektors 6 umso mehr je schwächer die Beleuchtung ist.
Die kombinierte Auswertung der Signale ergibt am Ausgang der Verarbeitungsstufe 4 eine Entscheidung Alarm oder Nicht-Alarm, wobei diese Entscheidung im wesentlichen den Bildinhalt, die Gesamtbeleuchtung, die Information vom P/B Detektor 6 und die Änderung und/oder Vorgeschichte dieser nachfolgend als globale Kriterien bezeichneten Parameter berücksichtigt. Dabei sind Plausibilitätsverknüpfungen sehr hilfreich: Wenn sich beispielsweise Beleuchtung und Bildinhalt rasch und stark ändern, das Signal des P/B Detektors 6 aber schwach ist, dann wird kein Alarm gegeben, sondern es wird die Stabilität des neuen Bildes geprüft und in diesem nach Bewegungen gesucht. Wenn der P/B Detektor 6 keine Bewegung meldet und nur eine Beleuchtungs- und/oder Bildänderung stattgefunden hat, dann wurde ziemlich sicher eine Beleuchtung ein- oder ausgeschaltet, so dass kein Alarmfall vorliegt. Ob tatsächlich ein Beleuchtungswechsel stattgefunden hat, kann anhand der Stabilität des neuen Bildes leicht überprüft werden.
Die Bildänderungen können in drei Kategorien eingeteilt werden:
  • Geringe Anzahl geänderter Pixel absolut oder pro Häufungsbereich: Unterkritische Änderung, die nicht für ein Alarmereignis genügt. Es findet keine weitere Auswertung statt.
  • Mittlere Anzahl geänderter Pixel absolut oder pro Häufungsbereich: Es findet eine Detailanalyse statt.
  • Grosse Anzahl geänderter Pixel absolut oder pro Häufungsbereich: Es erfolgt zuerst eine Überprüfung der globalen Kriterien und sofern diese keine vernünftige Erklärung liefert, anschliessend eine Detailanalyse.
Die Detailanalyse erfolgt sowohl statisch als auch dynamisch. Im ersten Fall werden die Häufungsbereiche bezüglich Grösse, Topologie und Orientierung untersucht, im zweiten Fall bezüglich der Veränderung von Grösse, Form und Position der Häufungsbereiche.
Im wesentlichen wird also versucht, aus dem festen Referenzbild bewegte oder sich bewegende Objekte herauszufiltern und diesen dann eine eindeutige, alarmrelevante Kategorie zuzuordnen. So wird beispielsweise der Unterschied zwischen Mensch und Tier am Höhen-/Seitenverhältnis des betreffenden Häufigkeitsbereichs erkannt, wobei bei Menschen die Vertikale und bei Tieren die Horizontale überwiegt. Von vorne ist eine Unterscheidung zwischen Mensch und Tier sehr schwierig; aber man kann davon ausgehen, dass sich das erfasste Objekt nicht frontal auf den Melder 1 zubewegt sondern seitlich ausweicht und dadurch besser erkennbar wird. Neben diesen quantitativen Kriterien für die statische Detailanalyse kann man für die dynamische Detailanalyse typische Bewegungsabläufe von Menschen und Tieren analysieren und abspeichern und die vom Bildsensor 5 festgestellten Veränderungen mit diesen Mustern vergleichen.
Das Flussdiagramm von Fig. 2 zeigt ein einfaches Beispiel der Signalverarbeitung in einer Einrichtung zur Raumüberwachung ohne Distanzmesser 9 (Fig. 1). Der Einfachheit halber wird bei der Darstellung davon ausgegangen, dass die Vorverarbeitungsstufen 7 und 8 in die Verarbeitungsstufe 4 (Fig. 1) integriert sind, so dass die Vorverarbeitung der Signale des Bildsensors 5 und des P/B Detektors 6 nicht lokal im betreffenden Sensor beziehungsweise Detektor sondern in der Verarbeitungsstufe 4 stattfindet.
Darstellungsgemäss erfolgt im Anschluss an die Vorverarbeitung der Sensorsignale eine Entscheidung, ob die Raumhelligkeit für den Bildsensor 5 ausreichend ist. Ist dies nicht der Fall, ist also die Raumhelligkeit sehr gering, dann wird nur das Signal des P/B Detektors 6 untersucht. Bei dieser Untersuchung wird das letztere Signal mit einem Schwellwert P1 verglichen, dessen Grösse ungefähr der Alarmschwelle eines P/B Detektors des betreffenden Typs entspricht. Wenn also der PB Detektor 6 ein Passiv-Infrarot-Detektor ist, dann wird der Schwellwert P1 entsprechend der Alarmschwelle eines solchen Passiv-Infrarot-Detektors gewählt. Wenn das Signal des P/B Detektors 6 grösser als P1 ist, wird Alarm ausgelöst, wenn nicht, dann wird die Verarbeitung des betreffenden Sensorsignals abgebrochen und der nächste Verarbeitungszyklus durchgeführt.
Wenn die Raumhelligkeit für den Bildsensor 5 ausreichend ist, dann wird die Anzahl der gegenüber dem Referenzbild veränderten Pixel bestimmt. Ist diese Anzahl null oder sehr klein, dann wird das Signal des P/B Detektors 6 mit einem Schwellwert P2 mit P2 > P1 verglichen. Wenn das Signal des P/B Detektors 6 grösser als P2 ist, wird Alarm ausgelöst, wenn nicht, dann wird die Verarbeitung des betreffenden Sensorsignals abgebrochen. Eventuell kann auch eine Analyse der Signale über ein längeres Zeitintervall erfolgen.
Wenn die Anzahl der gegenüber dem Referenzbild veränderten Pixel von mittlerer Grösse ist, dann erfolgt eine Detailanalyse mit Berücksichtigung der Beleuchtungssituation mit nachfolgender Untersuchung, ob von beiden Meldern (Bildsensor 5 und P/B Detektor 6) ein Objekt detektiert wurde. Ist dies der Fall, wird Alarm ausgelöst, wenn nicht, dann wird die Verarbeitung des betreffenden Sensorsignals abgebrochen.
Wenn die Anzahl der gegenüber dem Referenzbild veränderten Pixel gross ist, dann wird untersucht, ob eine starke Beleuchtungsänderung stattgefunden hat, was anhand der Beleuchtungsmessung durch den Bildsensor 5 erfolgt, und zusätzlich das Signal des P/B Detektors 6 kleiner ist ein Schwellwert P3, mit P3 << P1. Sind beide Bedingungen erfüllt, wird die Verarbeitung des betreffenden Sensorsignal abgebrochen. Sind nicht beide Bedingungen erfüllt, dann erfolgt eine Detailanalyse mit Berücksichtigung der Beleuchtungssituation mit nachfolgender Untersuchung, ob von beiden Meldern (Bildsensor 5 und P/B Detektor 6) ein Objekt detektiert wurde. Ist dies der Fall, wird Alarm ausgelöst, wenn nicht, dann wird die Verarbeitung des betreffenden Sensorsignals abgebrochen.
Man erreicht auf die beschriebene Weise eine stark verbesserte Unterscheidung zwischen Menschen und Haustieren und Menschen und Insekten, womit zwei der hauptsächlichsten Quellen von Täuschungsalarmen beseitigt sind. Selbstverständlich wird diese Unterscheidung durch das Distanzsignal des Distanzmessers 7 sprunghaft verbessert, weil dann ein eindeutiger Rückschluss auf die Grösse des detektierten Objekts möglich ist.

Claims (13)

  1. Einrichtung zur Raumüberwachung, mit mindestens einem Bildsensor (5) und mindestens einem Präsenz- oder Bewegungsdetektor (6) und mit einer Steuerungs- und Auswerteelektronik (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und Auswerteelektronik (2) eine Verarbeitungsstufe (4) zur lokalen Signalauswertung aufweist, an welche der mindestens eine Bildsensor (5) und der mindestens eine Präsenz- oder Bewegungsdetektor (6) angeschlossen sind, und dass in der Verarbeitungsstufe (4) eine kombinierte Auswertung der Signale des mindestens einen Bildsensors (5) und des mindestens einen Präsenz- oder Bewegungsdetektors (6) erfolgt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor der kombinierten Auswertung der Signale eine getrennte Vorauswertung (7, 8) sowohl der Signale des mindestens einen Bildsensors (5) als auch derjenigen des mindestens einen Präsenz- oder Bewegungsetektors (6) erfolgt.
  3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Vorauswertung (7, 8) im jeweiligen Sensor oder Detektor (5 bzw. 6) oder in der Verarbeitungsstufe (4) erfolgt.
  4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Bildsensor (5) durch einen CMOS-Bildsensor, vorzugsweise einen Aktiv Pixel Sensor, gebildet ist.
  5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (9) zur Bestimmung der Entfernung eines von dem mindestens einen Präsenz- oder Bewegungsdetektor (6) detektierten Objekts vorgesehen und dass das Distanzsignal dieses Mittels der Verarbeitungsstufe (4) zugeführt ist.
  6. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Vorauswertung (7) der Signale des mindestens einen Bildsensors (5) eine Bestimmung der Anzahl der gegenüber einem Referenzzbild geänderten Pixel und/oder von deren Häufung und/oder von deren Verteilung über das Bild erfolgt.
  7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kombinierte Auswertung der Signale durch von diesen abgeleitete Parameter beeinflusst ist.
  8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch den mindestens einen Bildsensor (5) eine laufende Messung der mittleren Beleuchtung des überwachten Raumes erfolgt, und dass bei der kombinierten Auswertung der Signale die Gewichtung des Signals des mindestens einen Präsenz- oder Bewegungsdetektors (6) von der mittleren Beleuchtung abhängig ist und mit abnehmender mittlerer Beleuchtung zunimmt.
  9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei für den Betrieb des Bildsensors (5) nicht ausreichender Beleuchtung nur eine Auswertung des Signals des Präsenz- oder Bewegungsdetektors (6) erfolgt.
  10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Vergleich des Signals des Präsenz/Bewegungsdetektors (6) mit einem ersten Schwellwert (P1) erfolgt, dessen Grösse ungefähr der Alarmschwelle eines Präsenz- oder Bewegungsdetektors des betreffenden Typs entspricht.
  11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei für den Betrieb des Bildsensors (5) ausreichender Beleuchtung ein Vergleich des Signals des Präsenz- oder Bewegungsdetektors (6) mit von der Anzahl der gegenüber einem Referenzbild veränderten Pixel in dem vom Bildsensor (5) aufgenommenen Bild abhängigen Schwellwerten (P2, P3) erfolgt.
  12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei nur sehr wenig gegenüber dem Referenzbild veränderten Pixeln ein Vergleich des Signals des Präsenz- oder Bewegungsdetektors (6) mit einem über dem ersten Schwellwert (P1) liegenden zweiten Schwellwert (P2) erfolgt, wobei diese Analyse über ein längeres Zeitintervall erfolgen kann.
  13. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei vielen gegenüber dem Referenzbild veränderten Pixeln ein Vergleich des Signals des Präsenz- oder Bewegungsmelders (6) mit einem wesentlich unter dem ersten Schwellwert (P1) liegenden dritten Schwellwert (P3) erfolgt, und dass nur dann eine weitere Verarbeitung der Sensorsignale stattfindet, wenn nicht gleichzeitig das Signal des Präsenz- oder Bewegungsmelders (6) unterhalb des dritten Schwellwerts (P3) liegt und vom Bildsensor (5) eine grosse Beleuchtungsänderung registriert wurde.
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