EP1599373A1 - Verfahren und einrichtung zur überwachung des einstiegsbereiches von fahrzeugen - Google Patents

Verfahren und einrichtung zur überwachung des einstiegsbereiches von fahrzeugen

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EP1599373A1
EP1599373A1 EP04717518A EP04717518A EP1599373A1 EP 1599373 A1 EP1599373 A1 EP 1599373A1 EP 04717518 A EP04717518 A EP 04717518A EP 04717518 A EP04717518 A EP 04717518A EP 1599373 A1 EP1599373 A1 EP 1599373A1
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EP
European Patent Office
Prior art keywords
image
analysis
camera
carried out
vehicle
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04717518A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Walter Lorenz
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP1599373A1 publication Critical patent/EP1599373A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • G08B13/19639—Details of the system layout
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    • E05F15/43—Detection using safety edges responsive to disruption of energy beams, e.g. light or sound
    • G—PHYSICS
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    • E05Y2400/00—Electronic control; Electrical power; Power supply; Power or signal transmission; User interfaces
    • E05Y2400/10—Electronic control
    • E05Y2400/52—Safety arrangements associated with the wing motor
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    • E05Y2400/54—Obstruction or resistance detection
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    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2800/00—Details, accessories and auxiliary operations not otherwise provided for
    • E05Y2800/40—Physical or chemical protection
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES E05D AND E05F, RELATING TO CONSTRUCTION ELEMENTS, ELECTRIC CONTROL, POWER SUPPLY, POWER SIGNAL OR TRANSMISSION, USER INTERFACES, MOUNTING OR COUPLING, DETAILS, ACCESSORIES, AUXILIARY OPERATIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, APPLICATION THEREOF
    • E05Y2900/00—Application of doors, windows, wings or fittings thereof
    • E05Y2900/50—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles
    • E05Y2900/51—Application of doors, windows, wings or fittings thereof for vehicles for railway cars or mass transit vehicles

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for monitoring the entry area of vehicles, in particular rail vehicles, wherein the digital image signals recorded by at least one camera and possibly guided via an analog-digital converter are fed to a data processing device having a memory.
  • the object of the invention is therefore to create a method which on the one hand avoids the disadvantages indicated above and on the other hand is able to recognize fully automatically whether an object, in particular a person, is in the danger zone of the vehicle.
  • the object is achieved by the invention.
  • the method according to the invention is characterized in that the image signals are processed in a signal analyzer provided in the data processing device, with the image signals of individual images broken down into each pixel being summed over a certain period of time and / or a certain number of images for motion analysis and the mean value is formed and that a snapshot image is subtracted from this resulting image, the background image.
  • the invention it is possible for the first time to create a detection security for the boarding area of a vehicle which is equivalent to that of a train attendant.
  • people or objects or objects moving in the monitored area unlike unmoved people or objects, are clearly and unambiguously recognized.
  • the method according to the invention detects movements against a fixed background, the background being separated from the snapshot.
  • the images transmitted by the camera are summed in each pixel over a certain period of time t or a certain number of images and the mean value is formed.
  • the resulting image contains only quasi static, i.e. background information.
  • This motion detection is carried out by a so-called interframe
  • the snapshot is subtracted from the background image. If the resulting image is empty, ie all pixels are 0, there is no moving object in the image. Movements are thus correctly registered.
  • Moving people or objects must be able to be lifted perfectly from the background. If a movement is detected in the danger zone of the surveillance, for example within a range of up to 60 cm from the vehicle, there is a risk, the immobilizer or traction lock of the vehicle must be activated. In the case of immovable objects, it is essential whether they are an integral part of the environment to be monitored. Subsequently, only objects are spoken of and only there, where it is essential to make a distinction between people and objects.
  • the image resulting from the motion analysis is divided into corresponding rectangles, in particular squares, and the pixels contained in each partial rectangle are calculated with regard to mean value, scatter, bandwidth and mean deviation.
  • This image square analysis is used as a first approximation for motion detection.
  • the difference image is preferably subdivided into squares and the values shown above are calculated from each partial square over all pixels.
  • the most meaningful is the bandwidth of the pixels. All squares in which the bandwidth exceeds a presettable value are marked as “Danger”. If the number of these "endangered” squares exceeds a certain percentage, “Danger” is signaled. The percentage is calculated in relation to the size of the monitored area the size of a person or part of a human body as seen from the camera.
  • the calculation is carried out using the methods of statistical observation. This calculation method has proven to be very advantageous.
  • a structure analysis is carried out after the movement analysis, the gray value profile of an image being created along image lines and / or image columns for structure analysis, the structure, preferably shown in a diagram, being created.
  • the motion analysis reacts with video cameras, be it monochrome or color, even if moving shadows appear in the surveillance area.
  • the above The motion analysis described also reacts even if the shadows are moving. In this case, the snapshot changes significantly compared to the background image. A movement is consequently recognized, but this does not pose any danger to a person. Moving shadows in the surveillance area can often be expected, especially at the stops of local transport vehicles.
  • Structure grayscale profile along image lines or image columns.
  • a structure can therefore be represented as a diagram in an x-y curve.
  • two structures in particular the structures of the background image and the instant image, are compared with one another for a shadow analysis, the one structure being multiplied by a multiplication of all pixels by a factor k (k ⁇ > 0) and a shift by an offset d in the other structure is transferred.
  • Two structures are therefore similar if one structure can be transferred to the other. With shadow formation, the similarity of the structures is preserved.
  • the difference between two pixels is calculated globally via the image, a copy of the original image being created, this copy being shifted by one line and a column, and then the copy being subtracted from the original image.
  • intra-frame difference a step is taken to implement the shadow analysis.
  • the difference is formed both with a snapshot and with a background image and the images created in this way are divided. This step is also called interframe division. If one executes the intra-frame difference on the snapshot and background image and divides the resulting images, the corresponding factor k is obtained for each pixel.
  • the two difference images are compared with one another in rows and / or columns.
  • the tolerance setting means that smooth brightness transition at the shadow edges is tolerated.
  • the factor k is calculated at the beginning of an image line and followed up to the end of the line, as a result of which a tolerance bandwidth is created which is compared with the mean tolerance value over the image line. In and outside the shadow, the factor k is almost equal to the mean over the image line. At the shadow edges, it differs significantly from it. The sharper the edges, the greater the deviation. The places of greatest deviation localize the shadow edges. Very diffuse shadow edges are no longer recognized here. Sharp edges are eliminated in the contour analysis described below.
  • a contour analysis is carried out for a shadow analysis, possibly after the structure analysis, the factors k being entered in a matrix congruent with the image and the geometric width of the contour being calculated at the points of greatest deviation.
  • the second step in shadow detection is contour analysis.
  • the structure analysis alone does not allow shadows to be recognized without a doubt.
  • the steps outlined above are required.
  • the locations with the deviations of the factor k lying above the tolerance band are entered in a matrix congruent with the image.
  • the geometric width of the contour is calculated. The sharper the edge of the shadow, the narrower the contour. Margins with less than a specified minimum width can be eliminated here.
  • At least one image of the vehicle is stored in the data processing device, this image is optionally updated periodically and this image is compared in the data processing device with a snapshot, in particular with a snapshot taken shortly before the start of the journey ,
  • This comparative analysis assumes that the image of the vehicle itself does not change.
  • Two images are preferably saved: • The vehicle image with the door open • the vehicle picture with the door closed.
  • the image zone is set once during installation.
  • the update is carried out while driving by distinguishing between the moving and the still image area.
  • an object analysis is carried out, in particular for stationary objects in the entry area of the vehicle, this object analysis being carried out in the background image and a difference image being calculated according to claim 7, and the height layer lines which arise in the value profile and are parallel to the edge of the image with the Contour analysis can be combined.
  • a resting object equivalent to the background. The analysis of stationary objects is therefore only carried out in the background image.
  • the close outer area of a vehicle up to about 60cm distance is characterized by a uniform floor in all known cases. That can be, among other things
  • an object analysis is carried out, in particular for stationary objects in the entrance area of the vehicle, the basic period being determined from the gray value profile diagram of an image line parallel to the vehicle by means of the Fourier analysis.
  • This analysis is carried out when there is no platform, which is particularly the case with full railways, express railways or country roads. It will be a
  • Iteration method selected, consisting of Fourier analysis (spectral analysis) and image square analysis.
  • the contour analysis examines the floor on an existing platform.
  • the intra-frame difference image is first calculated. This creates "contour lines” in the value profile of the difference image. If the camera is arranged correctly, these contour lines lie parallel to the edge of the image. If there is only one elevation line, calculated from the edge of the picture, there is one platform edge, if there are 3 elevation lines, there is also the yellow edge.
  • a smooth structure must prevail between the contour lines, ie values almost zero must appear in the difference image. In any case, these lines must be recognizable in at least about half of the picture, then a platform is assumed and if this line is interrupted, "danger” is signaled or the iteration analysis with subsequent structure analysis is used.
  • Every homogeneous structure has a period in which it repeats itself.
  • the gray value profile of an image line parallel to the vehicle gives a periodic signal.
  • the basic period of this signal is determined by the Fourier analysis.
  • the object detection can be interrupted; there is no danger.
  • an object analysis is carried out, in particular for stationary objects in the entry area of the vehicle, the difference image being subdivided into rectangles, in particular squares, the size of which corresponds to the basic period, and for each rectangle the mean value, the bandwidth, and the scatter and the mean deviation is calculated.
  • the image square analysis already shown is also used here again. However, while the size of the image squares was previously freely selectable, it must match the basic period here. It does not matter whether the basic period shifts locally with the distance to the vehicle or not. If the gray value distribution is drawn in the form of a sine curve, it follows that the mean of the period, bandwidth, scatter and mean Deviation are constant. A deviation from the constant signals a disturbance of the homogeneity.
  • an iteration is carried out, an image being created from the calculated values of the rectangles, in which a rectangle is reduced to a pixel and these methods are carried out repeatedly until the resulting image is only parallel to one line Vehicle exists. From the previously calculated values of the image squares, new images are formed in which a square shrinks to a pixel. The iteration is terminated when there is only one image line parallel to the vehicle. The Fourier analysis of this last line then gives a pure DC component or only a fundamental wave. If significant harmonics are still present, an object can be expected.
  • a structural analysis is carried out after the iteration. Since shadows cannot be differentiated from objects according to the iteration process, a previously described structure analysis must be carried out when an object is recognized.
  • a distance analysis is carried out using two cameras, each camera creating an image at the same time and the contours being filtered from each image, and then aligning both images by line-by-line displacement along the vehicle become.
  • the distance analysis method is of particular importance because it immediately recognizes and hides all shadows. Using two monochrome or color video cameras, for example, the distance of an object from the plane of the cameras is measured as follows:
  • the geometrical arrangement of the cameras relative to the floor and to each other is known.
  • the cameras are set so that they are exactly the same on the ground Take picture. Since the setting is done electronically, this is not a problem.
  • the images are recorded at the same time. This requires two mutually independent image converters with a memory unit.
  • the recording itself is triggered by the image analysis device.
  • both images are made to coincide by shifting them line by line along the vehicle. If both images coincide, the object height can be calculated from the shift. The larger the shift, the larger the object. According to the definition, the images are covered when the subtraction of the overlapping regions approaches zero. In the case of pure shadow formation, there is image coverage without image shift.
  • the calculation according to claim 15 is carried out in the background image of each camera for the detection of stationary objects or for the detection of the floor in the entry area.
  • the calculation according to claim 15 is carried out in the snapshot of each camera for the detection of moving objects to distinguish shadows.
  • the frequency is counted, in particular by people entering and / or leaving the vehicle.
  • this method according to the invention it is also possible to carry out a frequency count.
  • At least one camera is arranged in the entry area of vehicles, in particular rail vehicles, which is connected, possibly via an analog-digital converter, to a data processing device having a memory.
  • the device according to the invention is further characterized in that the camera has optics corresponding to the detection of the entry area, the entry area, with the vehicle door open, being the exterior and interior located in the danger area and that a signal analyzer is provided in the data processing device.
  • a monochrome video camera optionally with integrated infrared lighting, a color video camera, a temperature-sensitive camera, a camera with integrated distance measurement or a distance-sensitive camera is provided as the camera.
  • the method described above can be carried out with all cameras shown here.
  • further camera-specific analyzes can be used as follows: With color video cameras, the additional color information can be analyzed in the same way as the brightness information. Since object colors usually stand out from the ground, this evaluation provides additional security. This applies just as much to motion analysis as it does to the analysis of still objects.
  • Temperature-sensitive cameras can be recognized by people if the ambient temperature deviates from human temperature. However, jammed objects such as handbags, straps, dog leads are not recognized. However, it can be used as a supplement to the video camera, especially when distinguishing resting objects from people by measuring the Object temperature do an excellent job. In the above analysis methods, it is also particularly easy to identify unclothed parts of the body, such as the face, fingers or the like.
  • the distance is based on a distance measurement using a single camera
  • Distance measurement based on the transit time measurement of a transmitted light beam and its reflection. Every object from which the light beam is sufficiently reflected is recognized and its distance from the camera is calculated. With these cameras, the distance information is available in addition to the brightness information. All of the analysis methods described above can also be applied to distance measurement. Since the arrangement of the camera on the floor is known, iteration analysis or structural analysis are particularly suitable for this.
  • distance-sensitive cameras can also be used.
  • At least one data processing device is provided for each vehicle.
  • a computer per vehicle can be used as a minimum, one computer per camera and per vehicle as a maximum.
  • At least one camera is assigned to each signal analyzer. This ensures redundant security.
  • the signal analyzer emits corresponding signals or commands to the traction lock or start-up release or a signal for connecting a camera to a driver's cab monitor.
  • the vehicle status preferably automatically, can be input to the signal analyzer. This configuration also supports full automation.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of the monitoring
  • Fig. 2 is a diagram of the monitoring device.
  • a vehicle 1 shows a vehicle 1, in this case a wagon of a train for passenger transportation.
  • This wagon has two doors 2 and associated areas for boarding and alighting for the passengers.
  • Cameras 3 are provided above the doors 2 for monitoring this area.
  • the entry area 4 to be recorded with the camera 3 is shown schematically - dotted -.
  • a monochrome video camera with integrated infrared lighting is installed in the left half of the wagon above door 2 in order to receive signals that can be evaluated even in poor lighting conditions.
  • Two cameras 3 are installed in the right half of the wagon, which also makes it possible to measure distances to a limited extent. In both variants - with door 2 open - both the outside and the interior are monitored in the danger area of doors 2.
  • the image captured by the camera 3 is spatially divided into zones with different security levels. With the camera 3, the entry area 4 at risk can be set very precisely, thereby defining the area to be monitored.
  • Color cameras, temperature-sensitive cameras, cameras with integrated distance measurement or a distance-sensitive camera can also be provided as cameras 3.
  • the camera 3 is connected, possibly via an analog-digital converter, to a data processing device (not shown) which has a memory.
  • a signal analyzer is also provided in the data processing device.
  • a data processing system can be provided for each vehicle 1 or such a system can also be provided for each camera 3.
  • a circuit diagram of the monitoring device is shown schematically.
  • the digitized signals of the monitored entry areas 4 captured by the cameras 3 are fed to a signal analyzer 5, which in the simplest case can be a portable industrial PC.
  • a signal analyzer 5 which in the simplest case can be a portable industrial PC.
  • the signal analyzer 5 such as computing power, storage space, at least one data processing device per vehicle, a maximum of one system per camera 3 and 1 vehicle can be used.
  • the aim of the present method of image analysis according to the invention aims at a reliable decision between the first two states. Nevertheless, from today's perspective, case 3 cannot be ruled out.
  • the cameras 3 are connected to the signal analyzer 5 via analog-digital converters 6. Furthermore, the vehicle status is entered into the signal analyzer 5 via the inputs 7, in particular fully automatically.
  • the vehicle status can be: Vehicle 1 is standing, door release, door 2 open, closing command or the like.
  • the signal analyzer 5 has at least three outputs.
  • An output 8 is connected to the traction lock and an output 9 to the start enable.
  • the third output 10 is used to switch through from the camera 3 to the driver's cab monitor 11.
  • the image analysis has to recognize in the monitored area:
  • the motion analysis is supplemented with the structure analysis.
  • the structural analysis can be carried out in two steps, namely the intraframe difference and the interframe division.
  • the contour analysis is used as the second step of shadow detection.
  • Another step to optimize the monitoring is to carry out a comparative analysis.
  • the object analysis is preferably used to record the condition of the soil.
  • a contour analysis with an iteration analysis or Fourier analysis and an image square analysis is carried out.
  • the image square analysis is followed by an iteration and possibly a shadow analysis.
  • a distance analysis could further optimize the result of the monitoring.
  • the method shown above can also be used for frequency counting. It is therefore entirely possible to use it to record the frequency of those entering and / or exiting.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung des Einstiegsbereiches (4) von Fahrzeugen (1), insbesondere von Schienenfahrzeugen. Die von mindestens einer Kamera (3) erfassten, gegebenenfalls über einen Analog-Digital-Wandler (6) geführten, digitalen Bildsignale werden einer, einen Speicher aufweisenden, Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt. In einem, in der Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehenen, Signalanalysator (5) werden die Bildsignale verarbeitet. Für eine Bewegungsanalyse werden die Bildsignale einzelner, in jeden Bildpunkt zerlegten, Bilder über einen bestimmten Zeitraum und/oder einer bestimmten Anzahl von Bildern summiert und der Mittelwert gebildet. Von diesem daraus resultierenden Bild, dem Hintergrundbild, wird ein Momentbild subtrahiert. Ferner kann auch eine Schattenanalyse durchgeführt werden.

Description

Verfahren und Einrichtung zur Überwachung des Einstieqsbereic es von
Fahrzeugen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Überwachung des Einstiegsbereiches von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, wobei die von mindestens einer Kamera erfassten, gegebenenfalls über einen Analog-Digilal-Wandler geführten, digitalen Bildsignale einem, einen Speicher aufweisenden, Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt werden.
Beim Betrieb von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, des öffentlichen Verkehrs ohne Zugbegleiter muß beim Schließen der Türen und bei der Abfahrt des Fahrzeuges sichergestellt sein, dass sich keine Personen im Türbereich befinden. Es ist an sich eine Überwachung des Innenraumes im
Türbereich mit Lichtschranken, Näherungsschaltern, aktiven Infrarot-Tastern oder passiven Infrarot-Bewegungsmeldern, mit oder ohne Optik bekannt.
Alle diese Verfahren haben jedoch entscheidende Nachteile. So wird nicht der gesamte Türbereich überwacht, sondern immer nur Teilbereiche desselben. Weiters ist es nachteilig, dass der Einstellbereich der Überwachungseinrichtung ist nicht exakt definierbar ist. Ferner ist es ein gravierender Nachteil, dass die Sensorik nicht auf kleine Gegenstände, wie beispielsweise eingeklemmte Hundeleinen reagiert. Überwacht wird derzeit nur der Innenraum der Fahrzeuge.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zu schaffen, das einerseits die oben aufgezeigten Nachteile vermeidet und das anderseits in der Lage ist, vollautomatisch zu erkennen, ob sich ein Objekt, insbesondere eine Person, im Gefahrenbereich des Fahrzeuges befindet.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in einem, in der Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehenen, Signalanalysator die Bildsignale verarbeitet werden, wobei für eine Bewegungsanalyse die Bildsignale einzelner, in jeden Bildpunkt zerlegten, Bilder über einen bestimmten Zeitraum und/oder einer bestimmten Anzahl von Bildern summiert werden und der Mittelwert gebildet wird und dass von diesem daraus resultierenden Bild, dem Hintergrundbild, ein Momentbild subtrahiert wird. Mit der Erfindung ist es erstmals möglich, eine Erkennungssicherheit für den Einstiegsbereich eines Fahrzeuges zu schaffen, die einem Zugbegleiter äquivalent ist. So werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren im überwachten Bereich bewegte Personen oder Objekte bzw. Gegenständen zum Unterschied von unbewegten Personen oder Objekten eindeutig und zweifelsfrei erkannt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Bewegungen vor einem festen Hintergrund erfasst, wobei der Hintergrund von der Momentaufnahme getrennt wird. Dabei werden die von der Kamera übertragenen Bilder in jedem Bildpunkt über einen bestimmten Zeitraum t oder eine bestimmte Anzahl von Bildern summiert und der Mittelwert gebildet. Das daraus resultierende Bild enthält ausschließlich quasi statische, also Hintergrundinformationen.
Diese Bewegungserkennung erfolgt durch eine so genannte Interframe-
Differenzbildung. Das Momentbild wird vom Hintergrundbild subtrahiert. Ist das resultierende Bild leer, sind also alle Bildpunkte 0, so ist kein bewegtes Objekt im Bild. Bewegungen werden somit einwandfrei registriert.
Bewegte Personen oder Gegenstände müssen einwandfrei vom Hintergrund abgehoben werden können. Wird nämlich eine Bewegung im Gefahrenbereich der Überwachung, etwa im Bereich von bis zu 60 cm Abstand vom Fahrzeug, erkannt, besteht also Gefahr, muss die Wegfahr- oder Traktionssperre des Fahrzeuges aktiviert werden. Bei unbewegten Gegenständen ist es von essentieller Bedeutung, ob diese integrierter Bestandteil der zu überwachenden Umgebung sind. Es wird in weiterer Folge nur mehr von Objekten gesprochen und nur dort, wo es wesentlich ist, eine Unterscheidung zwischen Personen und Objekten gemacht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird das aus der Bewegungsanalyse resultierende Bild, das Differenzbild, in entsprechende Rechtecke, insbesondere Quadrate, unterteilt und von jedem Teilrechteck werden die enthaltenen Bildpunkte hinsichtlich Mittelwert, Streuung, Bandbreite und mittlere Abweichung berechnet. Diese Bildquadratanalyse wird als erste Näherung zur Bewegungserkennung eingesetzt. Das Differenzbild wird hierbei in vorzugsweise Quadrate unterteilt und von jedem Teilquadrat werden über alle Bildpunkte die oben aufgezeigten Werte berechnet.
Am Aussagekräftigsten ist die Bandbreite der Bildpunkte. Alle Quadrate, in denen die Bandbreite einen voreinstellbaren Wert übersteigt, werden als „Gefahr" gekennzeichnet. Übersteigt die Zahl dieser „gefährdeten" Quadrate einen bestimmten Prozentsatz, so wird „Gefahr" signalisiert. Der Prozentsatz wird berechnet aus der Größe des überwachten Bereiches im Verhältnis zur Größe eines Menschen oder eines menschlichen Körperteiles, wie von der Kamera gesehen.
Mit der Bildquadratanalyse werden die häufigsten Fälle, beispielsweise eine Person passiert den Überwachungsbereich, bereits abgedeckt.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Berechnung nach den Methoden der statistischen Beobachtung. Diese Berechnungsmethode hat sich als sehr vorteilhaft herausgestellt.
Nach einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung wird nach der Bewegungsanalyse eine Strukturanalyse durchgeführt, wobei zur Strukturanalyse das Grau wertprofil eines Bildes entlang von Bildzeilen und/oder Bildspalten, die, vorzugsweise in einem Diagramm dargestellte, Struktur, erstellt wird. Die Bewegungsanalyse reagiert bei Videokameras, seien es monochrome oder Farbe, auch dann, wenn im Überwachungsbereich bewegte Schatten auftreten. Die oben beschriebene Bewegungsanalyse reagiert also auch dann, wenn es sich um bewegte Schatten handelt. In dem Fall verändert sich das Momentbild wesentlich gegenüber dem Hintergrundbild. Es wird folgerichtig eine Bewegung erkannt, die jedoch keine Gefahr für eine Person darstellt. Insbesondere an Haltestellen von Nahverkehrs- Fahrzeugen ist häufig mit bewegten Schatten im Überwachungsbereich zu rechnen.
Die Strukturanalyse geht davon aus, dass sich zwar die Bildpunkte des Momentbildes zum Hintergrundbild absolut verändern, verantwortlich dafür die Helligkeitsänderung, jedoch die Verhältnisse benachbarter Bildpunkte ähnlich sind. Betrachtet man ein monochromes Videobild, dann lauten in diesem hier entwickelten und erfindungsgemäßen Verfahren die Definitionen wie folgt:
Struktur = Grauwertprofil entlang von Bildzeilen oder Bildspalten.
Eine Struktur ist also als Diagramm in einer x-y- Kurve darstellbar.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden für eine Schattenanalyse zwei Strukturen, insbesondere die Strukturen von Hintergrundbild und Momentbild, miteinander verglichen, wobei die eine Struktur durch Multiplikation aller Bildpunkte mit einem Faktor k (k<>0) und einer Verschiebung um einen Offset d in die andere Struktur übergeführt wird. Zwei Strukturen sind also dann ähnlich, wenn eine Struktur in die andere Struktur übergeführt werden kann. Bei einer Schattenbiidung bleibt die Ähnlichkeit der Strukturen gewahrt.
Nach einem besonderen Merkmal der Erfindung werden die Differenz zweier Bildpunkte global über das Bild berechnet, wobei eine Kopie des Original-Bildes erstellt wird, diese Kopie um eine Zeile und eine Spalte verschoben wird und anschließend die Kopie vom Original-Bild subtrahiert wird. Mit dieser so genannten Intraframe-Differenz wird ein Schritt zur Realisierung der Schattenanalyse gelegt. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die Differenzbildung sowohl mit einem Momentbild als auch mit einem Hintergrundbild durchgeführt und die derart erstellten Bilder werden dividiert. Dieser Schritt wird auch Interframe- Division genannt. Führt man nämlich die Intraframe- Differenz auf Momentbild und Hintergrundbild aus und dividiert die so entstehenden Bilder, erhält man zu jedem Bildpunkt den entsprechenden Faktor k.
Die beiden Differenzbilder werden miteinander Zeilen- und/oder spaltenweise verglichen.
Dabei wird die Näherungsformel (1 ) verwendet: sei P, = ein Bildpunkt i aus dem ersten Bild sei Q, = ein Bildpunkt i aus dem zweiten Bild sei K, = (P,+ι - P, )/( Qι+ι - Q, ) der Faktor k (aus Anspruch 5). sei dK das zulässige Toleranzband
Dann muß für strukturelle Ähnlichkeit gelten
K,+ι <= K, + dK
Bei Verwendung dieser Formel fällt d heraus.
Bzw. nach der Formel (2): sei P, = ein Bildpunkt i aus dem ersten Bild sei Q, = ein Bildpunkt i aus dem zweiten Bild sei K, = P, /Q, der Faktor k (gemäß Anspruch 5) sei D, = P, - Q, der Offset d (gemäß Anspruch 5) sei dK die zulässige Toleranz für k, dD die zulässige Toleranz für D.
So muß für alle Punkte i der beiden Bilder gelten
K,+1 <= K, ± dK
Dι+ι <= D, ± dD
Bei beiden Formeln wird, durch die Toleranzvorgabe, gleitender Helligkeitsübergang an den Schattenrändern toleriert. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Faktor k am Beginn einer Bildzeile berechnet und bis zum Zeilenende verfolgt, wodurch eine Toleranz- Bandbreite erstellt wird, die mit dem Toleranz-Mittelwert über die Bildzeile verglichen wird. Im sowie außerhalb des Schattens ist der Faktor k nahezu gleich dem Mittelwert über die Bildzeile. An den Schattenrändern weicht er deutlich davon ab. Je schärfer die Ränder, desto größer die Abweichung. Die Orte der größten Abweichung lokalisieren somit die Schattenränder. Sehr diffuse Schattenränder werden hier bereits nicht mehr erkannt. Scharfe Ränder werden in der nachstehend beschriebenen Konturenanalyse ausgeschieden.
Gemäß einer besonderen Weiterbildung der Erfindung wird für eine Schattenanalyse, gegebenenfalls nach der Strukturanalyse, eine Konturenanalyse durchgeführt, wobei die Faktoren k in eine dem Bild deckungsgleiche Matrix eingetragen werden und an den Stellen größter Abweichung die geometrische Breite der Kontur errechnet wird. Der zweite Schritt in der Schattenerkennung besteht in der Konturenanalyse. Durch die Strukturanalyse alleine sind Schatten nicht zweifelsfrei erkennbar. Um die Konturen des Schattens einwandfrei zu lokalisieren, sind die oben aufgezeigten Schritte erforderlich. Dabei werden die Orte mit den über dem Toleranzband liegenden Abweichungen des Faktors k in eine dem Bild deckungsgleiche Matrix eingetragen. Nun wird die geometrische Breite der Kontur berechnet. Je schärfer der Schattenrand, desto schmäler die Kontur. Ränder mit weniger als einer vorgegebenen Mindestbreite können hier ausgeschieden werden.
Nach einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung wird in der Datenverarbeitungseinrichtung mindestens ein Bild des Fahrzeuges, vorzugsweise mit geschlossener Türe, gespeichert, dieses Bild wird gegebenenfalls periodisch aktualisiert und dieses Bild wird in der Datenverarbeitungseinrichtung mit einem, insbesondere mit einem kurz vor Fahrtantritt erstellten, Momentbild verglichen. Bei dieser vergleichenden Analyse wird vorausgesetzt, dass sich das Bild des Fahrzeuges selbst nicht verändert. Es werden vorzugsweise zwei Bilder gespeichert: • das Fahrzeugbild mit offener Türe • das Fahrzeugbild mit geschlossener Türe.
Diese beiden Bilder werden automatisch in größeren Zeitabständen aktualisiert, damit eventuelle Verschmutzungen des Fahrzeuges sich nicht auf die Bildanalyse auswirken.
Die Bildzone wird bei der Installation einmal eingestellt. Die Aktualisierung erfolgt während der Fahrt durch Unterscheidung zwischen dem bewegten und dem unbewegten Bildbereich.
Eine Störung der Bilder, mit der Ausnahme von Schatten, wird in jedem Fall als Gefahr gemeldet. Diese Analyse eignet sich bei Videokameras besonders gut zur Erkennung eingeklemmter Personen und Objekte.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird eine Objektanalyse, insbesondere nach ruhenden Objekten im Einstiegsbereich des Fahrzeuges, durchgeführt, wobei diese Objektanalyse im Hintergrundbild erfolgt und ein Differenz-Bild nach Anspruch 7 berechnet wird und die im Werteprofil entstehenden Höhenschichtlinien, die parallel zum Bildrand liegen, mit der Konturenanalyse kombiniert werden. Ein ruhendes Objekt dem Hintergrund gleichwertig. Die Analyse ruhender Objekte wird daher ausschließlich im Hintergrundbild durchgeführt.
Der nahe Außenbereich eines Fahrzeuges bis etwa 60cm Abstand ist in allen bekannten Fällen durch einen gleichförmigen Boden gekennzeichnet. Das kann unter anderem sein
• ein Bahnsteig bzw. Gehsteig o ein Straßenbelag o ein Schotterbett o ein Sandbett
Dass sich im Türbereich die Struktur des Bodens abrupt ändert, kann schon aus Sicherheitsgründen, nämlich einer Stolpergefahr, ausgeschlossen werden. Es wird also ein homogener Boden vorausgesetzt. Ein im Überwachungsbereich ruhendes Objekt führt, aus Sicht der Kamera, zu einer Unterbrechung der Gleichförmigkeit.
Um das richtige Analyseverfahren auswählen zu können, ist eine Unterscheidung von Böden mit und ohne Bahnsteig zweckmäßig.
Dieser besonders für U- Bahnen, Nahverkehrszüge oder ähnliche Fahrzeuge sehr wichtige Fall wird hier gesondert betrachtet. Wird die Bahnsteigkante im Bild unterbrochen, ist auf jeden Fall Gefahr vorhanden. Ist kein gelber Strich am Bahnsteig, so sollte dieser bis zu etwa 30cm von der Kante frei von Objekten sein. Ist die Kante vollständig im Bild vorhanden, dann ist keine Gefahr vorhanden.
Ist ein gelber Strich am Bahnsteig, dann muß der Bereich zwischen diesem und der Bahnsteigkante vollständig von Objekten frei sein. Die Erkennung von Bahnsteigkanten wird mit der Konturenanalyse in Kombination mit „Höhenschichtlinien" durchgeführt.
Fehlt ein Bahnsteig, so wird nachstehende Objektanalyse durchgeführt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird eine Objektanalyse, insbesondere nach ruhenden Objekten im Einstiegsbereich des Fahrzeuges, durchgeführt, wobei mittels der Fourieranalyse die Grundperiode aus dem Grauwertprofil-Diagramm einer Bildzeile parallel zum Fahrzeug ermittelt wird. Diese Analyse wird bei fehlendem Bahnsteig, was insbesondere bei Vollbahnen, Schnellbahnen oder auf Landstraßen zutrifft, durchgeführt. Es wird ein
Iterationsverfahren gewählt, bestehend aus Fourieranalyse (Spektralanalyse) und Bildquadratanalyse.
Mit der Konturenanalyse wird der Boden auf einen vorhandenen Bahnsteig untersucht. Dabei wird zuerst das Intraframe- Differenzbild berechnet. Dabei entstehen „Höhenschichtlinien" im Werteprofil des Differenzbildes. Diese Höhenschichtlinien liegen, bei richtiger Anordnung der Kamera, parallel zum Bildrand. Tritt, vom Bildrand weg gerechnet, nur eine Höhenschichtlinie auf, so gibt es eine Bahnsteigkante, treten 3 Höhenschichtlinien auf, so gibt es zusätzlich die gelbe Kante. Zwischen den Höhenschichtlinien muß eine glatte Struktur vorherrschen, d.h. im Differenzbild müssen Werte annähernd Null auftreten. Es müssen in jedem Fall mindestens in etwa der Hälfte des Bildes diese Linien zu erkennen sein, dann wird von einem Bahnsteig ausgegangen und bei Unterbrechung dieser Linie „Gefahr" signalisiert bzw. die Iterationsanalyse mit anschließender Strukturanalyse verwendet.
Bei der Iterationsanalyse für ruhende Objekte werden die Fourieranalyse und die Bildquadratanalyse wiederholt angewendet wie folgt:
Jede homogene Struktur besitzt eine Periode, in der sie sich wiederholt. Das Grauwertprofil einer Bildzeile parallel zum Fahrzeug ergibt, im Diagramm betrachtet, ein periodisches Signal. Durch die Fourieranalyse wird die Grundperiode dieses Signals festgelegt.
Bei einem scharfen Fourierspektrum, also hoher Grundwelle, geringe Oberwelle oder überhaupt reiner Gleichanteil, kann die Objekterkennung abgebrochen werden, es besteht keine Gefahr.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird eine Objektanalyse, insbesondere nach ruhenden Objekten im Einstiegsbereich des Fahrzeuges, durchgeführt, wobei das Differenzbild in Rechtecke, insbesondere Quadrate, deren Größe mit der Grundperiode übereinstimmen, unterteilt wird und für jedes Rechteck der Mittelwert, die Bandbreite, die Streuung und die mittlere Abweichung berechnet wird. Die bereits aufgezeigte Bildquadratanalyse wird auch hier wieder angewendet. Während aber vorher die Größe der Bildquadrate frei wählbar war, muß sie hier mit der Grundperiode übereinstimmen. Es spielt hierbei keine Rolle, ob sich die Grundperiode mit dem Abstand zum Fahrzeug örtlich verschiebt oder nicht. Wird die Grauwertverteilung in Form einer Sinuskurve gezeichnet, so folgt daraus, dass der Mittelwert der Periode, Bandbreite, Streuung und mittlere Abweichung Konstant sind. Eine Abweichung von der Konstante signalisiert eine Störung der Homogenität.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine Iteration durchgeführt, wobei aus den berechneten Werten der Rechtecke ein Bild erstellt wird, bei dem ein Rechteck zu einem Bildpunkt reduziert wird und diese Methoden wiederholt durchgeführt werden, bis das resultierende Bild nur mehr aus einer Zeile parallel zum Fahrzeug besteht. Aus den vorher berechneten Werten der Bildquadrate werden also neue Bilder geformt, in denen ein Quadrat zu einem Bildpunkt schrumpft. Die Iteration wird abgebrochen, wenn es nur mehr eine Bildzeile parallel zum Fahrzeug gibt. Die Fourieranalyse dieser letzten Zeile ergibt dann einen reinen Gleichanteil oder nur mehr eine Grundwelle. Sind noch signifikante Oberwellen vorhanden, so ist mit einem Objekt zu rechnen.
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung wird nach der Iteration eine Strukturanalyse durchgeführt. Da Schatten nach dem Iterationsverfahren von Objekten nicht unterschieden werden können, muß bei Erkennung eines Objektes noch eine vorher beschriebene Strukturanalyse durchgeführt werden.
Nach einem weiteren besonderen Merkmal der Erfindung wird unter Verwendung von zwei Kameras eine Distanzanalyse durchgeführt, wobei jede Kamera zum gleichen Zeitpunkt ein Bild erstellt und aus jedem Bild die Konturen gefiltert werden und dass anschließend beide Bilder, durch zeilenweise Verschiebung entlang des Fahrzeuges, zur Deckung gebracht werden. Das Distanzanalyseverfahren ist von besonderer Bedeutung, weil damit alle Schattenbildungen sofort als solche erkannt und ausgeblendet werden. Unter der Verwendung von beispielsweise zwei monochromen oder Farbvideokameras wird die Distanz eines Objektes von der Ebene der Kameras aus wie folgt gemessen:
Die geometrische Anordnung der Kameras relativ zum Boden und zueinander ist bekannt. Die Kameras sind so eingestellt, dass sie am Boden das exakt gleiche Bild aufnehmen. Da die Einstellung elektronisch erfolgt, stellt dies kein Problem dar.
Die Bilder werden zum gleichen Zeitpunkt aufgezeichnet. Dies bedingt zwei voneinander unabhängige Bildwandler mit Speichereinheit. Die Aufzeichnung selbst wird von der Einrichtung zur Bildanalyse ausgelöst.
Nach der Filterung der Konturen aus beiden Bildern, werden beide Bilder - durch zeilenweise Verschiebung entlang des Fahrzeuges - zur Deckung gebracht. Decken sich beide Bilder, kann aus der Verschiebung die Objekthöhe berechnet werden. Je größer die Verschiebung, desto größer das Objekt. Eine Deckung der Bilder ist gemäß Definition dann erreicht, wenn die Subtraktion der überlappenden Bereiche gegen Null geht. Bei reiner Schattenbildung ist Bilddeckung ohne Bildverschiebung gegeben.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung erfolgt zur Erkennung von unbewegten Objekten oder zur Erkennung des Bodens im Einstiegsbereich die Berechnung gemäß Anspruch 15 im Hintergrundbild jeder Kamera.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt zur Erkennung von bewegten Objekten zur Unterscheidung von Schatten die Berechnung gemäß Anspruch 15 im Momentbild jeder Kamera.
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung wird eine Zählung der Frequenz, insbesondere von ein- und/oder aussteigenden Personen, durchgeführt. Natürlich ist es mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren auch möglich eine Frequenzzählung durchzuführen.
Es ist aber auch Aufgabe der Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen.
Auch diese Aufgabe wird mit der Erfindung gelöst. Entsprechend der Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist im Einstiegsbereich von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, mindestens eine Kamera angeordnet, die, gegebenenfalls über einen Analog- Digital-Wandler, mit einer, einen Speicher aufweisenden, Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist. Die erfindungsgemäße Einrichtung ist weiters dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera eine für die Erfassung des Einstiegsbereiches entsprechende Optik aufweist, wobei der Einstiegsbereich, bei offener Fahrzeugtüre, der im Gefahrenbereich liegende Außen- und Innenraum ist und dass in der Datenverarbeitungseinrichtung ein Signalanalysator vorgesehen ist. Mit dieser Erfindung ist es erstmals möglich, eine einfache und wirtschaftliche Einrichtung vorzuschlagen, die vor allem eine ausgezeichnete Erkennungssicherheit für den Einstiegsbereich eines Fahrzeuges gewährleistet. Diese Einrichtung ist vorteilhafterweise betriebssicher und wartungsarm.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist als Kamera eine monochrome Videokamera, gegebenenfalls mit integrierter Infrarotbeleuchtung, eine Farbvideokamera, eine temperaturempfindliche Kamera, eine Kamera mit integrierter Distanzmessung oder eine distanzsensitive Kamera vorgesehen. Mit allen hier aufgezeigten Kameras kann das oben beschriebene Verfahren durchgeführt werden.
Zusätzlich kann man weitere, kameraspezifische Analysen anwenden wie folgt: Bei Farbvideokameras kann die zusätzliche Farbinformation auf die gleiche Weise analysiert werden, wie die Helligkeitsinformation. Da Objektfarben sich meistens vom Boden abheben, gibt diese Auswertung zusätzliche Sicherheit. Dies gilt ebenso für die Bewegungsanalyse wie auch für die Analyse von unbewegten Objekten.
Temperaturempfindliche Kameras können Menschen dann einwandfrei erkennen, wenn die Umgebungstemperatur von der menschlichen Temperatur abweicht. Nicht erkannt werden jedoch eingeklemmte Objekte wie Handtaschen, Riemen, Hundeleinen. Sie kann aber als Ergänzung zur Videokamera, insbesondere bei der Unterscheidung ruhender Objekte von Menschen durch die Messung der Objekttemperatur ausgezeichnete Dienste leisten. Besonders gut werden damit in den obigen Analyseverfahren auch unbekleidete Körperteile, wie Gesicht, Finger od. dgl., erkannt.
Bei einer Distanzmessung mittels einer einzelnen Kamera beruht die
Entfernungsmessung auf der Laufzeitmessung eines ausgesendeten Lichtstrahles und seiner Reflexion. Jedes Objekt, von dem der Lichtstrahl ausreichend reflektiert wird, wird damit erkannt und seine Entfernung von der Kamera berechnet werden. Bei diesen Kameras ist die Distanzinformation zusätzlich zu der Helligkeitsinformation verfügbar. Alle oben beschriebenen Analyseverfahren lassen sich auch auf die Distanzmessung anwenden. Da die Anordnung der Kamera zum Boden bekannt ist, eignen sich die Iterationsanalyse oder die Strukturanalyse dafür besonders.
In Zukunft werden auch distanzsensitive Kameras einsetzbar sein.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens eine Datenverarbeitungseinrichtung, gegebenenfalls mit einem integrierten Signalanalysator, je Fahrzeug vorgesehen. Je nach Leistungsfähigkeit der Datenverarbeitungseinrichtung bzw. des Signalanalysators, wie Rechenleistung oder Speicherplatz, kann im Minimum ein Rechner je Fahrzeug, im Maximum ein Rechner je Kamera und je Fahrzeug Verwendung finden.
Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist jedem Signalanalysator mindestens eine Kamera zugeordnet. Dadurch wird eine redundante Sicherheit erreicht.
Gemäß einem besonderen Merkmal der Erfindung gibt der Signalanalysator entsprechende Signale bzw. Befehle an die Traktionssperre oder Anfahrfreigabe oder ein Signal für eine Durchschaltung einer Kamera zu einem Führerstands- Monitor ab. Damit wird ein vollautomatisches Überwachungssystem geschaffen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dem Signalanalysator der Fahrzeugstatus, vorzugsweise automatisch, eingebbar. Auch diese Ausgestaltung kommt der Vollautomatisierung entgegen.
Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispieles, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Prinzipschaubild der Überwachung und
Fig. 2 ein Schema der Überwachungseinrichtung.
Einführend sei festgehalten, dass gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich, usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
Gemäß der Fig. 1 ist ein Fahrzeug 1 , in diesem Fall ein Waggon eines Zuges zur Personenbeförderung, dargestellt. Dieser Waggon weist zwei Türen 2 und damit verbunden Bereiche zum Ein- und Aussteigen für die Fahrgäste auf. Über den Türen 2 sind Kameras 3 für die Überwachung dieses Bereiches vorgesehen. Der mit der Kamera 3 zu erfassende Einstiegsbereich 4 ist schematisch - punktiert - aufgezeigt.
In der linken Hälfte des Waggons ist über der Tür 2 für den einfachsten Fall eine monochrome Videokamera mit integrierter Infrarotbeleuchtung montiert, um auch bei schlechten Beleuchtungsverhältnissen auswertbare Signale zu erhalten.
In der rechten Hälfte des Waggons sind zwei Kameras 3 installiert, wodurch es auch ermöglicht wird, in bedingtem Ausmaß auch Entfernungen zu messen. In beiden Varianten wird - bei offener Tür 2 - sowohl der Außen- als auch der Innenraum im Gefahrenbereich der Türen 2 überwacht. Dabei wird das von der Kamera 3 erfasste Bild räumlich in Zonen mit verschiedenen Sicherheitsstufen unterteilt. Mit der Kamera 3 kann der gefährdete Einstiegsbereich 4 ganz genau eingestellt werden, womit der zu überwachende Bereich definiert wird.
Als Kameras 3 können auch Farbvideokamera, temperaturempfindliche Kameras, Kameras mit integrierter Distanzmessung oder eine distanzsensitive Kamera vorgesehen werden.
Die Kamera 3 ist, gegebenenfalls über einen Analog-Digital-Wandler mit einer - nicht dargestellten - Datenverarbeitungseinrichtung, die einen Speicher aufweist, verbunden. Weiters ist in der Datenverarbeitungseinrichtung ein Signalanalysator vorgesehen.
Entsprechend der Ausrüstungsphilosophie kann je Fahrzeug 1 eine Datenverarbeitungsanlage oder auch je Kamera 3 eine derartige Anlage vorgesehen werden.
Es ist natürlich auch möglich mit der oben aufgezeigten Einrichtung eine lückenlose Überwachung des Fahrzeuges - sowohl im Innen- als auch im Außenbereich - durchzuführen. Durch entsprechende Anordnung von Kameras 3 an der Außenseite der Waggons eines Zuges könnte eine Überwachung des Gesamt-Zuges erreicht werden. Ebenso ist eine Überwachung im Innenraum des Waggons denkbar.
Gemäß der Fig. 2 ist schematisch ein Schaltbild der Überwachungseinrichtung aufgezeigt. Die von den Kameras 3 erfassten digitalisierten Signale der überwachten Einstiegsbereiche 4 werden einem Signalanalysator 5, der im einfachsten Fall ein portabler Industrie-PC sein kann, zugeführt. Wie bereits erwähnt. Können je nach Leistungsfähigkeit des Signalanalysators 5, wie Rechenleistung, Speicherplatz, im Minimum eine Datenverarbeitungseinrichtung je Fahrzeug, im Maximum eine Anlage je Kamera 3 und je Fahrzeug 1 Verwendung finden.
Durch die nachstehend angeführten Bildanalyseverfahren können drei Zustände entschieden werden:
1. Es kann jemand gefährdet werden, was also „Gefahr" bedeutet. Das Fahrzeug darf nicht wegfahren.
2. Es ist niemand in Gefahr. Das Wegfahren ist möglich. 3. Es kann nicht einwandfrei erkannt werden, ob jemand gefährdet ist. In diesem Fall wird das Bild des entsprechenden Bereiches an einen Führerstandsmonitor weitergeleitet. Der Fahrzeugführer /-lenker erhält visuelle Sicht auf den Gefahrenbereich und kann dann die erforderlichen Maßnahmen selbst setzen.
Das Bestreben des vorliegenden erfindungsgemäßen Verfahrens der Bildanalyse zielt aber auf eine sichere Entscheidung zwischen den ersten beiden Zuständen ab. Trotzdem kann der Fall 3 jedoch - aus heutiger Sicht - nicht ausgeschlossen werden.
Die Kameras 3 sind über Analog-Digital-Wandler 6 mit dem Signalanalysator 5 verbunden. Ferner werden dem Signalanalysator 5 der Fahrzeugstatus über die Eingänge 7, insbesondere vollautomatisch, eingegeben.
Der Fahrzeugstatus kann sein: Fahrzeug 1 steht, Türfreigabe, Tür 2 offen, Schließbefehl oder dergleichen.
Ferner weist der Signalanalysator 5 mindestens drei Ausgänge auf. Ein Ausgang 8 ist mit der Traktionssperre und ein Ausgang 9 mit der Anfahrfreigabe verbunden. Über den dritten Ausgang 10 wird eine Durchschaltung von der Kamera 3 zum Führerstands-Monitor 11 durchgeführt. Nachstehend wird nochmals kurz das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung des Einstiegsbereiches 4 von Fahrzeugen 1 , das im Signalanalysator 5 durchgeführt wird, zusammengefasst:
Die Bildanalyse hat im überwachten Bereich zu erkennen:
o Bewegte Personen o Bewegte Gegenstände
• Bildveränderungen durch bewegte Schatten o Unbewegte Personen
• Unbewegte Gegenstände
Bewegte Personen oder Gegenstände müssen einwandfrei vom Hintergrund abgehoben werden können.
Wird eine Bewegung erkannt, so muß zweifelsfrei zwischen Personen/Gegenständen, die „Gefahr" bedeuten oder bewegten Schatten, die keine „Gefahr" bedeuten unterschieden werden.
Bei unbewegten Gegenständen ist es von essentieller Bedeutung, ob diese
• integrierter Bestandteil der zu überwachenden Umgebung sind oder ob es
• sich um eine bewegungsunfähige, wie eingeklemmte oder ohnmächtige, Person handelt.
Als erster Schritt der Überwachung wird die Bewegungsanalyse durchgeführt. Ist aus dieser Analyse keine eindeutige Entscheidung abzuleiten, wird die Bildquadratanalyse als erste Näherung zur Bewegungsanalyse eingesetzt.
Bei einer allfälligen Schattenanalyse wird die Bewegungsanalyse mit der Strukturanalyse ergänzt. Die Strukturanalyse kann in zwei Schritten, nämlich der Intraframe-Differenz und der Interframe-Division, durchgeführt werden. Ergänzend wird als zweiter Schritt der Schattenerkennung die Konturenanalyse eingesetzt. Ein weiterer Schritt die Überwachung zu optimieren ist, eine vergleichende Analyse durchzuführen.
Ferner wird vorzugsweise zur Erfassung der Bodenbeschaffenheit die Objektanalyse eingesetzt. Zur Objektanalyse wird eine Konturenanalyse mit einer Iterationsanalyse bzw. Fourieranalyse und einer Bildquadratanalyse durchgeführt. Der Bildquadratanalyse folgt eine Iteration und gegebenenfalls eine Schattenanalyse.
Darüber hinaus könnte auch eine Distanzanalyse das Ergebnis der Überwachung noch weiter optimieren.
Natürlich kann das oben aufgezeigte Verfahren auch zu einer Frequenzzählung heran gezogen werden. Es ist durchaus damit möglich, die Frequenz der Ein- und/oder Aussteiger damit zu erfassen.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass in den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen einzelne Teile unproportional vergrößert bzw. schematisch dargestellt sind, um das Verständnis der erfindungsgemäßen Lösung zu verbessern.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Überwachung des Einstiegsbereiches von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, wobei die von mindestens einer Kamera erfassten, gegebenenfalls über einen Analog-Digitai-Wandler geführten, digitalen Bildsignale einer, einen Speicher aufweisenden, Datenverarbeitungseinrichtung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem, in der Datenverarbeitungseinrichtung vorgesehenen,
Signalanalysator (5) die Bildsignale verarbeitet werden, wobei für eine Bewegungsanalyse die Bildsignale einzelner, in jeden Bildpunkt zerlegten, Bilder über einen bestimmten Zeitraum und/oder einer bestimmten Anzahl von Bildern summiert werden und der Mittelwert gebildet wird und dass von diesem daraus resultierenden Bild, dem Hintergrundbild, ein Momentbild subtrahiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Bewegungsanalyse resultierende Bild, das Differenzbild, in entsprechende Rechtecke, insbesondere Quadrate, unterteilt wird und von jedem
Teilrechteck die enthaltenen Bildpunkte hinsichtlich Mittelwert, Streuung, Bandbreite und mittlere Abweichung berechnet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Berechnung nach den Methoden der statistischen Beobachtung erfolgt.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bewegungsanalyse eine Strukturanalyse durchgeführt wird, wobei zur Strukturanalyse das Grauwertprofil eines Bildes entlang von Bildzeilen und/oder Bildspalten als, vorzugsweise in einem Diagramm dargestellte, Struktur erstellt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Schattenanalyse zwei Strukturen, insbesondere die Strukturen von Hintergrundbild und Momentbild, miteinander verglichen werden, wobei die eine Struktur durch Multiplikation aller Bildpunkte mit einem Faktor k (k<>0) und einer Verschiebung um einen Offset d in die andere Struktur übergeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz zweier Bildpunkte global über das Bild berechnet werden, wobei eine Kopie des Original-Bildes erstellt wird, diese Kopie um eine Zeile und eine Spalte verschoben wird und anschließend die Kopie vom Original-Bild subtrahiert wird.
7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzbildung sowohl mit einem Momentbild als auch mit einem Hintergrundbild durchgeführt wird und die derart erstellten Bilder dividiert werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Faktor k am Beginn einer Bildzeile berechnet und bis zum Zeilenende verfolgt wird, wodurch eine Toleranz-Bandbreite erstellt wird, die mit dem Toleranz-Mittelwert über die Bildzeile verglichen wird.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass für eine Schattenanalyse, gegebenenfalls nach der Strukturanalyse, eine Konturenanalyse durchgeführt wird, wobei die Faktoren k in eine dem Bild deckungsgleiche Matrix eingetragen werden und an den Stellen größter Abweichung die geometrische Breite der Kontur errechnet wird.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Datenverarbeitungseinrichtung mindestens ein
Bild des Fahrzeuges (1 ), vorzugsweise mit geschlossener Türe, gespeichert wird, dieses Bild gegebenenfalls periodisch aktualisiert wird und dieses Bild in der Datenverarbeitungseinrichtung mit einem, insbesondere mit einem kurz vor Fahrtantritt erstellten, Momentbild verglichen wird.
1 1.Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Objektanalyse, insbesondere nach ruhenden Objekten im Einstiegsbereich (4) des Fahrzeuges (1 ), durchgeführt wird, wobei diese Objektanalyse im Hintergrundbild erfolgt und ein Differenz-Bild nach Anspruch 7 berechnet wird und die im Werteprofil entstehenden Höhenschichtlinien, die parallel zum Bildrand liegen, mit der Konturenanalyse kombiniert werden.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Objektanalyse, insbesondere nach ruhenden Objekten im Einstiegsbereich (4) des Fahrzeuges (1 ), durchgeführt wird, wobei mittels der Fourieranalyse die Grundperiode aus dem Grauwertprofil- Diagramm einer Bildzeile parallel zum Fahrzeug (1) ermittelt wird.
13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Objektanalyse, insbesondere nach ruhenden Objekten im Einstiegsbereich (4) des Fahrzeuges (1 ), durchgeführt wird, wobei das Differenzbild in Rechtecke, insbesondere Quadrate, deren Größe mit der Grundperiode übereinstimmen, unterteilt wird und für jedes Rechteck der Mittelwert, die Bandbreite, die Streuung und die mittlere Abweichung berechnet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Iteration durchgeführt wird, wobei aus den berechneten Werten der Rechtecke ein Bild erstellt wird, bei dem ein Rechteck zu einem Bildpunkt reduziert wird und diese Methoden wiederholt durchgeführt werden, bis das resultierende Bild nur mehr aus einer Zeile parallel zum Fahrzeug (1 ) besteht.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Iteration eine Strukturanalyse durchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass unter Verwendung von zwei Kameras (3) eine Distanzanalyse durchgeführt wird, wobei jede Kamera (3) zum gleichen Zeitpunkt ein Bild erstellt und aus jedem Bild die Konturen gefiltert werden und dass anschließend beide Bilder, durch zeilenweise Verschiebung entlang des Fahrzeuges (1 ), zur Deckung gebracht werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung von unbewegten Objekten oder zur Erkennung des Bodens im Einstiegsbereich (4) die Berechnung gemäß Anspruch 15 im Hintergrundbild jeder Kamera (3) erfolgt.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung von bewegten Objekten zur Unterscheidung von Schatten die Berechnung gemäß Anspruch 15 im Momentbild jeder Kamera (3) erfolgt.
19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zählung der Frequenz, insbesondere von ein- und/oder aussteigenden Personen, durchgeführt wird.
20. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei im Einstiegsbereich von Fahrzeugen, insbesondere von Schienenfahrzeugen, mindestens eine Kamera angeordnet ist, die, gegebenenfalls über einen Analog-Digitai-Wandler, mit einer, einen Speicher aufweisenden, Datenverarbeitungseinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (3) eine für die Erfassung des Einstiegsbereiches (4) entsprechende Optik aufweist, wobei der Einstiegsbereich (4), bei offener Fahrzeugtüre, der im Gefahrenbereich liegende Außen- und Innenraum ist und dass in der Datenverarbeitungseinrichtung ein Signalanalysator (5) vorgesehen ist.
21. Einrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Kamera (3) eine monochrome Videokamera, gegebenenfalls mit integrierter Infrarotbeleuchtung, eine Farbvideokamera, eine temperaturempfindliche Kamera, eine Kamera mit integrierter Distanzmessung oder eine distanzsensitive Kamera vorgesehen ist.
22. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Datenverarbeitungseinrichtung, gegebenenfalls mit einem integrierten Signalanalysator (5), je Fahrzeug (1) vorgesehen ist.
23. Einrichtung nach Anspruch 20 oder 21 , dadurch gekennzeichnet, dass jedem Signalanalysator (5) mindestens eine Kamera (3) zugeordnet ist.
24. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalanalysator (5) entsprechende Signale bzw. Befehle an die Traktionssperre oder Anfahrfreigabe oder ein Signal für eine Durchschaltung einer Kamera (3) zu einem Führerstands-Monitor (1 1 ) abgibt.
25. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass dem Signalanalysator (5) der Fahrzeugstatus, vorzugsweise automatisch, eingebbar ist.
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