EP2389646A2 - Verfahren zur erkennung von objekten - Google Patents
Verfahren zur erkennung von objektenInfo
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- EP2389646A2 EP2389646A2 EP10708691A EP10708691A EP2389646A2 EP 2389646 A2 EP2389646 A2 EP 2389646A2 EP 10708691 A EP10708691 A EP 10708691A EP 10708691 A EP10708691 A EP 10708691A EP 2389646 A2 EP2389646 A2 EP 2389646A2
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- EP
- European Patent Office
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- profile
- objects
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-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
- G06T17/00—Three-dimensional [3D] modelling for computer graphics
- G06T17/05—Geographic models
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
- G06V20/10—Terrestrial scenes
- G06V20/13—Satellite images
Definitions
- the invention relates to a method for detecting objects in a predetermined target area according to the features of patent claim 1.
- Remote change detection also referred to as change detection
- change detection is a remote sensing technique for detecting and mapping changes in the state of the earth's surface between two or more consecutive remote sensing surveys.
- the capture and mapping can be done both visually (visual image interpretation) as well as with the aid of digital image processing methods.
- an object is recognized as an object when it reappears or suddenly disappears.
- the object recognition can be reduced to real existing changes.
- the change detection process searches for specific colors in the successive shots, but these can not be found under certain conditions, as the light and shadow conditions have changed in the meantime.
- the object of the invention is to specify an improved method which can recognize existing changes actually.
- the following method steps are carried out according to the invention: Recording a first and a second height profile of the target area, wherein the two height profiles are recorded at a predeterminable time interval from one another, Determination of a height difference profile from the first and the second height profile,
- the method according to the invention is based on the comparison of two recordings of a target area recorded at different times.
- image comparison it is possible, e.g. from a pure height measurement (distance measurement) with subsequent height sorting to detect changes in the height profile and assign this to an object.
- the assignment takes place by means of a comparison object database.
- sufficiently good resolution with the ground and height resolution being less than 10 cm, the shape of the found objects can be classified three-dimensionally and thus ensure automatic object recognition by means of a database-supported comparison system.
- the method according to the invention can be used in various spectral ranges. So height profiles can be recorded using LIDAR, RADAR or SODAR. The height profiles may e.g. be recorded with a corresponding line scanner, which operates in the respective spectral range.
- the ascertained height difference profiles are decomposed into equidistant horizontal height sections.
- areas that lie within a definable height interval can be assigned a uniform color. This results in advantages for a viewer in the visual representation of the height difference profiles on a screen. The observer can visually recognize differences immediately, if, for example, a better analysis of the scenario promises better information in individual cases.
- the decomposition of height difference profiles into vertical sections creates areas enclosed by contour lines. From these areas the center of gravity is calculated by integration. The center of gravity is calculated according to
- centroid of a simply connected area of a certain height defines the section through an object.
- difference height surfaces are calculated from adjacent contour lines and additionally fed to the system for classifying objects. This makes it possible to detect symmetrical volume changes between two temporally successive height profiles. For symmetrical volume changes, the case arises that no change can be detected solely from the determination of the centroid. Thus, by additional determination of the differential height surface, the detection of symmetrical changes can take place.
- the difference height surface can represent a real, as well as an imaginary surface, depending on whether the volume changes are a mountain or a valley. In any case, even with symmetrical ratios at object distance or distance, a net difference surface different from zero is obtained.
- the individual contour lines are appropriately correlated with each other. - A -
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Objekten in einem vorgegebenen Zielgebiet umfassend folgende Verfahrensschritte: - Aufzeichnen eines ersten und eines zweiten Höhenprofils des Zielgebietes, wobei die beiden Höhenprofile in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand zueinander aufgenommen werden, - Ermittlung eines Höhendifferenzprofils aus dem ersten und dem zweiten Höhenprofil, - Gliederung des Höhendifferenzprofils in äquidistante horizontale Höhenschnitte, - Berechnen der Positionen der Flächenschwerpunkte der von den jeweiligen Höhenlinien der horizontalen Höhenschnitte umschlossenen Flächen, - Zuführen des ermittelten Höhendifferenzprofils und der berechneten Flächenschwerpunkte einem System zur Klassifikation von Objekten.
Description
Verfahren zur Erkennung von Objekten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Objekten in einem vorgegebenen Zielgebiet gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Fernerkundliche Veränderungsdetektion, auch als Change detection bezeichnet, ist ein fernerkundliches Verfahren zur Erfassung und Kartierung von Veränderungen des Zustandes der Erdoberfläche zwischen zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Fernerkundungsaufnahmen. Die Erfassung und Kartierung kann dabei sowohl visuell erfolgen (visuelle Bildinterpretation) als auch unter Zuhilfenahme von Verfahren der digitalen Bildverarbeitung. Hierbei wird ein Objekt dann als Objekt erkannt, wenn es neu auftaucht oder plötzlich nicht mehr vorhanden ist. Die Objekterkennung läßt sich so auf real existierende Änderungen reduzieren.
Üblicherweise wird beim Change detection-Verfahren in den aufeinanderfolgenden Aufnahmen nach bestimmten Farben gesucht, die aber unter bestimmten Bedingungen nicht gefunden werden können, da sich zwischenzeitlich die Licht- und Schattenverhältnisse geändert haben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren anzugeben, welches real existierende Änderungen erkennen kann.
Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß den Merkmalen des geltenden Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen des Verfahrens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Zur Erkennung von Objekten in einem vorgebbaren Zielgebiet werden erfindungsgemäß folgende Verfahrenschritte durchgeführt: - Aufzeichnen eines ersten und eines zweiten Höhenprofils des Zielgebietes, wobei die beiden Höhenprofile in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand zueinander aufgenommen werden,
- Ermittlung eines Höhendifferenzprofils aus dem ersten und dem zweiten Höhenprofil,
- Gliederung des Höhendifferenzprofils in äquidistante horizontale Höhenschnitte,
- Berechnen der Positionen der Flächenschwerpunkte der von den jeweiligen Höhenlinien der horizontalen Höhenschnitte umschlossenen Flächen,
- Zuführen des ermittelten Höhendifferenzprofils und der berechneten Flächenschwerpunkte einem System zur Klassifikation von Objekten.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht wie das bekannte Change detection Verfahren auf dem Vergleich zweier zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommenen Aufnahmen eines Zielgebietes. Durch den Bildvergleich ist es möglich, z.B. aus einer reiner Höhenmessung (Abstandsmessung) mit anschließender Höhensortierung Änderungen im Höhenprofil festzustellen und diese einem Objekt zuzuordnen. Die Zuordnung erfolgt dabei mittels einer Vergleichsobjekt-Datenbank. Bei hinreichend guter Auflösung, wobei die Boden- und Höhenauflösung jeweils unter 10 cm liegt, lässt sich die Form der gefundenen Objekte dreidimensional klassifizieren und somit eine automatische Objekterkennung mittels eines datenbankgestützten Vergleichssystems gewährleisten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in verschiedenen Spektralbereichen einsetzbar. So können Höhenprofile mittels LIDAR, RADAR oder SODAR aufgenommen werden. Die Höhenprofile können z.B. mit einem entsprechenden Linienscanner, welcher in dem jeweiligen Spektralbereich arbeitet, aufgenommen werden.
Gemäß der Erfindung werden die ermittelten Höhendifferenzprofile in äquidistante horizontale Höhenschnitte zerlegt. Zweckmäßig können Bereiche, die innerhalb eines vorgebaren Höhenintervalls liegen einer einheitlichen Farbe zugeordnet werden. Hierbei ergeben sich für einen Betrachter Vorteile bei der visuellen Darstellung der Höhendifferenzprofile auf einem Bildschirm. Der Betrachter kann Unterschiede sofort optisch erkennen, wenn man sich etwa im Einzelfall durch eine genauere Analyse des Szenarios bessere Aufschlüsse verspricht.
Durch die Zerlegung der Höhendifferenzprofile in Höhenschnitte entstehen von Höhenlinien umschlossene Flächen. Von diesen Flächen wird mittels Integration der Schwerpunkt berechnet. Der Schwerpunkt berechnet sich gemäß
wobei S -— \\dxdy die eingeschlossene Fläche angibt.
Der Flächenschwerpunkt eines einfach zusammenhängenden Gebietes einer bestimmten Höhe definiert hierbei den Schnitt durch ein Objekt.
Koinzidieren die Flächenschwerpunkte zweier zeitlich auseinander liegender Höhenprofilbestimmungen, so entspricht dies der Tatsache, dass weder Objekte hinzugenommen noch entfernt wurden. Hat sich der Schwerpunkt des Höhenprofils bewegt, so kann daraus abgeleitet werden, dass es sich um ein neues oder entferntes altes Objekt handelt.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung werden von benachbarten Höhenlinien Differenzhöhenfläche berechnet und zusätzlich dem System zur Klassifikation von Objekten zugeführt. Damit ist es möglich, symmetrische Volumenveränderungen zwischen zwei zeitlich aufeinanderfolgenden Höhenprofilen zu detektieren. Bei symmetrischen Volumenänderungen tritt der Fall auf, dass allein aus der Bestimmung des Flächenschwerpunktes keine Veränderung erkannt werden kann. Somit kann durch zusätzliche Bestimmung der Differenzhöhenfläche auch der Nachweis von symmetrischen Veränderungen erfolgen. Die Differenzhöhenfläche kann hierbei eine echte, als auch eine imaginäre Fläche darstellen, je nachdem, ob es sich bei der Volumenänderungen um einen Berg oder ein Tal handelt. In jedem Fall ergibt sich auch bei symmetrischen Verhältnissen bei Objektentfernung oder - hinzukommen eine von Null verschiedene Nettodifferenzfläche.
Zur Normierung des Höhendifferenzprofils werden die einzelnen Höhenlinien zweckmäßig miteinander korreliert.
- A -
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es darüber hinaus möglich, Höhenprofile, welche im sichtbaren und/oder infraroten und/oder Radarwellenbereich aufgenommen wurden miteinander zu fusionieren. Dadurch können mehr Informationen aus der Zielgebiet erfasst und ausgewertet werden.
Claims
1. Verfahren zur Erkennung von Objekten in einem vorgegebenen Zielgebiet umfassend folgende Verfahrensschritte:
- Aufzeichnen eines ersten und eines zweiten Höhenprofils des Zielgebietes, wobei die beiden Höhenprofile in einem vorgebbaren zeitlichen Abstand zueinander aufgenommen werden,
- Ermittlung eines Höhendifferenzprofils aus dem ersten und dem zweiten Höhenprofil,
- Gliederung des Höhendifferenzprofils in äquidistante horizontale Höhenschnitte,
- Berechnen der Positionen der Flächenschwerpunkte der von den jeweiligen Höhenlinien der horizontalen Höhenschnitte umschlossenen Flächen, - Zuführen des ermittelten Höhendifferenzprofils und der berechneten
Flächenschwerpunkte einem System zur Klassifikation von Objekten.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
Gebiete, die innerhalb eines vorgebbaren Höhenintervalls liegen, einer einheitlichen Farbe zugeordnet werden.
3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Differenzhöhenfläche benachbarter Höhenlinien berechnet wird und zusätzlich dem System zur Klassifikation von Objekten zugeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Objektklassifikation ein Vergleich des ermittelten Höhendifferenzprofils und der berechneten Flächenschwerpunkte mit entsprechenden Daten einer Objektdatenbank durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Normierung des Höhendifferenzprofils die Höhenlinien miteinander korreliert werden.
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