ITCS20120011A1 - Procedimento per rilevare una situazione di pericolo e relativo sistema e prodotto informatico. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell/ invenzione industriale dal titolo: '<■>'Procedimento per rilevare una situazione di pericolo, e relativo sistema e prodotto informatico"

TESTO DELLA DESCRIZIONE

Campo dell'invenzione

La presente invenzione riguarda le tecniche per la rilevazione di situazioni di pericolo.

La presente invenzione è stata sviluppata in particolare per realizzare un sistema di sicurezza che è in grado di rilevare situazioni di pericolo.

Descrizione della tecnica nota

Sono noti sistemi per la rilevazione di situazioni di pericolo. Tali sistemi vengono tipicamente utilizzati in ;aree ad alto livello di sicurezza, quale ad esempio aeroporti o banche .

In particolare, sono noti sistemi che utilizzano un cercarnetallo (metal detector) , ossia uno strumento che usa l’induzione elettromagnetica per rivelare la presenza di metalli. Tali sistemi sono basati sul principio che la rilevazione di un corpo metallico può essere indicativo per la presenza di una arma, quale ad esempio una arma da fuoco o taglio.

Sono noti inoltre sistemi più avanzati che sono basati su rilevatori a raggi X, quali ad esempio detti "body scanner". Tali sistemi utilizzano tipicamente uno scanner, ossia un ricetrasmettitore, a raggi X e permettono di differenziare i vari materiali da variazioni della trasmissione della radiazione attraverso l'oggetto in esame o l’energia della radiazione riflessa indietro dal bersaglio. Tali sistemi forniscono quindi anche il profilo di un eventuale oggetto portato da una persona e un operatore potrebbe visualizzare l'oggetto e classificarlo come una fonte di pericolo.

Scopo e sintesi dell'invenzione

L'inventore ha osservato che le soluzioni descritte in precedenza hanno vari inconvenienti.

Ad esempio, tali sistemi sono tipicamente costosi e devono essere installati a certi punti obbligando le persone di attraversare tali sistemi di rilevazione. Pertanto, tali sistemi non possono essere utilizzati in zone aperte, quali ad esempio stazioni di benzina.

Inoltre, nelle soluzioni note è necessario che un operatore monìtora il funzionamento del sistema di rilevazione, ad esempio, controllando la natura del oggetto metallico segnalato tramite il cercametallo o analizzando la forma del oggetto rilevato tramite lo scanner a raggi X. Infatti, la rilevazione di un oggetto metallico, eventualmente anche di un'arma, non corrisponde necessariamente ad una reale situazione di pericolo. Ad esempio, l'oggetto metallico potrebbe non essere un'arma o anche nel caso in cui l'oggetto sia un'arma, l'oggetto potrebbe essere portato da una persona autorizzata, quale ad esempio una guardia o le forze dell'ordine.

La presente invenzione si prefigge lo scopo di fornire soluzioni che evitano i problemi sopra delineati. In particolare l'inventore ha osservato che sia possibile individuare situazioni di pericolo anche tramite un convenzionale sistema di videosorveglianza.

In vista di raggiungere il suddetto scopo, l'invenzione ha per oggetto un procedimento di rilevazione di situazioni di pericolo avente le caratteristiche specificate nell'annessa rivendicazione 1. L'invenzione riguarda anche un relativo sistema di sicurezza, nonché un prodotto informatico, caricabile nella memoria di almeno un elaboratore e comprendente parti di codice software suscettibili di realizzare le fasi del metodo quando il prodotto è eseguito su almeno un elaboratore. Così come qui utilizzato, il riferimento ad un tale prodotto informatico è inteso essere equivalente al riferimento ad un mezzo leggibile da elaboratore contenente istruzioni per il controllo del sistema di elaborazione per coordinare l'attuazione del procedimento secondo l'invenzione. Il riferimento ad "almeno un elaboratore" è evidentemente inteso a mettere in luce la possibilità che la presente invenzione sia attuata in forma modulare e/o distribuita. i

Le rivendicazioni formano parte integrante dell'insegnamento somministrato in relazione all'invenzione.

Come menzionato in precedenza, la presente descrizione fornisce soluzioni che permettono di rilevare situazioni di pericolo.

In particolare, in varie forme di attuazione, situazioni di pericolo vengono rilevati tramite la elaborazione di un immagine fornito da una telecamera, quale ad esempio la telecamera dì un sistema di videosorveglianza.

In varie forme di attuazione, l'immagine viene analizzato per individuare nell'immagine la posizione di almeno una persona e le porzioni dell'immagine che corrispondono alla posizione della persona vengono analizzate per rilevare la postura del corpo della persona.

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Infatti, grazie alla posture della persona, in particolare dei bracci è possibile. generare un segnale che identifica una situazione di perìcolo. Infatti, l'inventore ha osservato che la posizione dei bracci può indicare sia un atto dì aggressione sia una atto dì difesa.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione verrà ora descritta dettagliatamente con riferimento ai disegni allegati, dati a puro titolo di esempio non limitativo, in cui:

- le Figura 1 mostra una forma di attuazione del sistema generale;

- la Figura 2 è un diagramma di flusso che mostra una forma di attuazione di un procedimenti che può essere utilizzato per rilevare situazioni di perìcolo; e

- le Figure 3a a 7 mostrano dettagli di varie forme dì attuazione del procedimenti della Figura 2.

Descrizione particolareggiata di forme di attuazione Nella seguente descrizione sono illustrati vari dettagli specifici finalizzati ad un'approfondita comprensione delle forme di attuazione. Le forme di attuazione possono essere realizzate senza uno o più dei dettagli specifici, o con altri metodi, componenti, materiali ecc. In altri casi, strutture, materiali o operazioni noti non sono mostrati o descritti in dettaglio per evitare dì rendere oscuri vari aspetti delle forme di attuazione.

Il riferimento ad "una forma di attuazione" nell'ambito di questa descrizione sta ad indicare che una particolare configurazione, struttura o caratteristica descritte in relazione alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Quindi, frasi come "in una forma di attuazione", eventualmente presentì in diversi luoghi dì questa descrizione, non sono necessariamente riferite alla stessa forma di attuazione. Inoltre, particolari conformazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinati in un modo adeguato in una o più forme di attuazione.

I riferimenti qui utilizzati sono soltanto per comodità e non definiscono dunque l'ambito di tutela o la portata delle forme dì attuazione.

Come menzionato in precedenza, la presente descrizione fornisce soluzioni che permettono di individuare situazioni di pericolo tramite un convenzionale sistema di videosorveglianza. L'esperto del ramo apprezzerà che tali sistemi di videosorveglianza fanno generalmente rifermento all'uso di telecamere per monitorare un luogo. Tale telecamera può comprendere un sensore, quale ad esempio una telecamera CCD (Charge-Coupled Device) o CMOS {Complementary metal-oxidesemiconductor), per rilevare un'immagine, quale ad esempio un'immagine nello spettro visivo o infrarosso. Tipicamente, tali sistemi di videosc^rveglianza utilizzano sistemi di "Televisione a Circuito Chiuso" (TVCC) o "Closed Circuit Television" (CCTV). In generale, tale telecamera potrebbe anche essere un rilevatore dì un'immagine di profondità (depth image), quale ad esempio il dispositivo Kenect® di Microsoft®, o un altro sensore sensibile al movimento del corpo umano.

Le Figura la e Ib mostrano due possibili forme di attuazione del sistema di sicurezza della presente descrizione.

In entrambe le forme dì attuazioni, una telecamera 10 è collegata ad un sistema di controllo 20. In particolare, nella forma di attuazione mostrata nella Figura la tale sistema di controllo 20 è locale, ossia nello stesso luogo della telecamera 10. Invece, nella forma di attuazione mostrata nella Figura Ib, il sistema di controllo 20 è remoto, ad esempio in un centro di videosorveglianza, e la telecamera 10 è collegata al sistema di controllo 20 tramite una rete di comunicazione 30, quale ad esempio internet.

A tale scopo, la telecamera 10 può avere un'interfaccia di comunicazione 100. Tale interfaccia di comunicazione 100 può essere analogica, quale ad esempio per trasmettere segnali secondo lo standard S-VIDEG (Separate Vìdeo), o digitale, quale ad esempio un'interfaccia di comunicazione Ethernet per la trasmissione di dati sul protocollo TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol).

In varie forme di attuazione, il sistema di controllo 20, quale ad esempio un circuito dedicato, comprendente ad esempio un micro-controllore o un "Digital Signal Processor" (DSP), o un computer generico, quale ad esempio un personal computer, riceve l'immagine dalla telecamere 10 e analizza l'immagine per rilevare eventuali situazioni di pericolo. Tale analisi può essere effettuato, ad esempio, tramite porzioni dì codice software che vengono eseguite dal sistema di controllo 20. Ad esempio, in varie forme di attuazione, il sistema di controllo è collegato ad internet per permettere l'aggiornamento di tale software, ad esempio, per permettere l'aggiornamento degli algoritmi utilizzati per la analisi dell'immagine.

La Figura 2 mostra una forma di attuazione di un procedimento che può essere utilizzato per analizzare l'immagine e per rilevare eventuali situazioni di perìcolo.

Dopo un passo iniziale 1000, il sistema di controllo riceve ad un passo 1002 l'immagine dalla telecamera 10.

Ad un passo 1004, il sistema di controllo 20 analizza l'immagine per individuare nell'immagine le posizioni di persone.

Ad esempio, in varie forme di attuazione, il sistema di controllo 20 confronta a tale scopo ad un passo 1006 l'immagine attuale con un'immagine di riferimento. Ad esempio, tale immagine corrisponde tipicamente ad una situazione in cui non sono presenti persone, ossia un immagine di sfondo. In questo caso, un nuovo oggetto può essere rilevato calcolando la differenza tra l'immagine attuale e l'immagine di riferimento. Ad esempio, le Figure 3a e 3b mostrano rispettivamente esempi di un immagine di riferimento un immagine comprendente persone.

In varie forme di attuazione, una volta confrontato l'immagine attuale con l'immagine di riferimento, il sistema di controllo 20 rileva ad un passo 1008 nuovi oggetti nell'immagine. Ad esempio, in una forma di attuazione 1'immagine di differenza calcolata al passo 1006 viene "binarizzato", ossia convertito in un'immagine bianco/nero. Ad esempio, tale conversione può essere effettuata confrontando il valore di differenza di ogni pixel dell'immagine di differenza con una soglia. Tale soglia può essere predeterminata o può essere anche calcolata dinamicamente in funzione dei valori dell'immagine di differenza. Ad esempio, in una forma di attuazione^, la soglia per un rispettivo pixel viene determinata come valore medio dei valori intorno a tale pixel. Questa tecnica viene generalmente denominata filtraggio a finestra scorrevole o "sliding window". Una volta convertito l'immagine di differenza in un'immagine bianco/nero il sistema può rilevare zone dello stesso colore che hanno una grandezza che cade in un certo intervallo predeterminato, ad esempio zone in cui il numero di pixel di un certo colore supera un certo numero. In questo modo possono anche essere filtrati automaticamente oggetti piccoli, quali ad esempio animali, o oggetti grandi, quali ad esempio veicoli.

Di conseguenza, alla fine del passo 1008, il sistema di controllo ha individuato nell'immagine differenziale le posizioni di oggetti che corrispondono sostanzialmente alla dimensione di una persona. In generale, tale dimensione potrebbe anche corrispondere soltanto alla grandezza di una porzione di una persona, ad esempio, se a causa della posizione della telecamera, la telecamera non sìa in grado di rilevare l'intera persona, ad esempio, perché ci siano oggetti (ad esempio un bancone) tra la telecamera e la persona.

Ad un passo 1010, il sistema di controllo 20, analizza ciascuno oggetto, ossia analizza le porzioni dell'immagine attuale o dell'immagine differenziale che corrispondo alle posizioni e dimensioni rilevate in precedenza, per rilevare la postura del corpo della persona, preferibilmente almeno dei bracci e del torso.

Ad esempio, la Figura 4 mostra una forma di attuazione, in cui tale rilevazione della postura del corpo della persona viene realizzata rilevando le giunzioni del corpo, in particolare almeno le spalle 402, e i gomiti 406, e preferìbilmente anche il collo 410 e/o i polsi 412. Infatti, tali posizioni corrispondono a discontinuità che possono essere rilevati tramite opportuni algoritmi. Ad esempio questa tecnica viene tipicamente utilizzata nel settore cinematografico per trasformare il movimento di un attore in un movimento di un personaggio animato.

Le Figure 5a e 5b mostrano una seconda forma di attuazione, in cui la postura del corpo della persona viene realizzato individuando almeno le posizioni dei avambracci, delle parti superiori dei bracci, e del torso, e preferibilmente anche della testa, tramite una struttura ad albero. In particolare, il torso può essere individuato abbastanza facilmente come oggetto con maggior dimensione. Su tale posizione può essere sovrapposto l'oggetto 500 della struttura ad albero che corrisponde al torso. Successivamente, il. sistema di controllo può analizzare diverse combinazioni per la sovrapposizione degli altri sotto-rami che sono vincolati tra loro. Ad esempio la parte superiore del braccio sinistro 502 e quello destro 504 sono vincolati rispettivamente al avambraccio sinistro 506 e quello destro 508, e al torso 500. Invece la testa 510 è vincolato soltanto al torso 500.

Ad esempio, in una forma di attuazione, ciascuno di tali oggetti ha una dimensione che può essere determinata in relazione alla dimensione del torso.

Di conseguenza, in una forma di attuazione tali oggetti vengono sovrapposti con diverse posizioni e orientazioni sull'immagine differenziale e viene calcolato un costo che rappresenta l'errore tra l'immagine e la sovrapposizione della struttura ad albero. Ad esempio, in una forma di attuazione si utilizza prima solo gli oggetti che sono vincolati direttamente al torso 500, ossia gli oggetti 502, 504 e 510, e si procede soltanto in una seconda fase con gli oggetti più distanti, ossia gli oggetti 506 e 508. Ad esempio, in una forma di attuazione, il sistema 20 seleziona la posizione di oggetti della struttura ad(albero che produce il minimo errore quadrato.

In generale, i meccanismi descritti in precedenza, ossia la determinazione delle giunzioni e la rilevazione attraverso una struttura ad albero, possono anche essere combinati per migliore la affidabilità del sistema.

Quindi alla fine del passo 1010, il sistema 20 è a conoscenza della postura della persona rilevata nell'immagine.

Ad un passo 1012, tale postura viene analizzata per determinare se la postura indica una situazione dì perìcolo. Ad esempio, quest'analisi può essere effettuata tramite un confronto con posture di riferimento o direttamente tramite funzioni matematici, ad esempio tramite una rete neurale artificiale che durante una fase di apprendimento ha "imparato" di classificare certi condizioni. La teoria delle reti neurali artificiali e ben noto, il che rende una descrizione dettagliati qui superflua. In generale, il vantaggio delle reti neurali è che l'algoritmo comprende una certa capacità dì generalizzare le condizioni di apprendimento anche a situazioni nuove. Tuttavia tale algoritmo non è deterministico e può avere una certa quota di errore.

Ad un passo 1014, il sistema di controllo 20 verifica quindi il risultato del passo 1012. In particolare, nel caso in cui il risultato indicasse una situazione senza pericolo (uscita N del passo di verifica 1014), il sistema di controllo 20 torna al passo 1002 per analizzare la prossima immagine.

Invece, nel caso in cui il risultato indicasse una situazione con pericolo (uscita Ξ del passo di verìfica 1014), il sistema di controllo 20 emette ad un passo 1016 un segnale di allerta.

Ad esempio, nel caso in cui il sistema dì controllo sia installato in un centro di videosorveglianza , tale segnale di allerta può essere un suonai che viene riprodotto per avvertire una guardia che una certa telecamera sta mostrando una situazione di perìcolo. Inoltre, ad esempio, nei centri di videosorveglianza che monitorano, centinai o migliaia di telecamera, l'immagine attuale della telecamera potrebbe essere visualizzata sullo schermo dell'operatore. Ad esempio una volta verificato la situazione di pericolo, l'operatore può avvertire le forze dell'ordine.

Invece, nel caso in cui il sistema di controllo sia installato localmente insieme con la telecamera, il sistema può avvertire un rispettivo centro di videosorveglianza e inviare l'immagine a tale centro. Successivamente, l'operatore potrebbe proseguire come sopra indicato.

Tuttavia, in una forma di attuazione, il sistema è completamente autonomo e in grado di avvertire direttamente le forze dell'ordine. In questo caso, il segnale dì avvertimento potrebbe attivare un modulo dì comunicazione che chiama le forze dell'ordine e segnala la situazione di pericolo, ad esempio riproducendo una sequenza audio che indica l'indirizzo della locazione e la classificazione della situazione.

Pertanto in una forma di attuazione preferita, il sistema di sicurezza completo comprende una telecamera (a visione normale e/o notturna) e una centralina, ossìa un sistema di controllo per l'elaborazione dell'immagine e un sistema di comunicazione per avvertire le forze dell'ordine o un centro di videosorveglianza.

Gli passi di rilevazione della postura di persone descrìtti in precedenza, sono particolarmente utili per immagine tradizioni. Invece, nel caso in cui si utilizzasse un sensore di profondità, l'immagine contiene più informazione e la rilevazione della posizione del corpo umano può essere più accurata. Ad esempio, in questo caso si può utilizzare uno dei meccanismi di rilevazione descritti nei documenti Plagemann Christina, et al., "Real-t^ime Identification and Localization of Body Parts from Depth Images" o Shotton lamie, et al., "Reai Time Human Pose Recognition in Parts from Single Depth Images'', i cui contenuti sono qui incorporati per riferimento.

Come descritto in precedenza, il sistema di controllo 20 è configurato per rilevare situazioni dì pericolo in base alle posture delle persone che vengono rilevate nell'immagine fornita dalla telecamera 10.

In varie forme di attuazione, il sistema di controllo è configurato per rilevare almeno due situazioni, che possono anche essere utilizzate soltanto singolarmente:

- una situazione che corrisponde ad un atto dì aggressione, e

- una situazione che corrisponde ad un atto di difesa. Ad esempio, la Figure 4 mostrano un esempio di un immagine che viene classificato dal sistema di controllo 20 come atto di aggressione. Infatti, in questo caso, una persona, ossia un aggressore, porta un'arma (in particolare una pistola) e il corpo della persona ha la tipica postura che mostra che la persona sta puntando la pistola contro una persona. Pertanto, la specìfica inclinazione dei bracci può essere utilizzata per individuare una situazione di aggressione .

In una forma di attuazione, per migliorare 1'affidabilità della rilevazione della situazione d'aggressione, il sistema di controllo 20 è configurato per analizzare l'oggetto che la persona sta tenendo in mano. Tale forma di attuazione è particolarmente utile nel caso in cui la telecamera fornisca un'immagine ad alta definizione.

Ad esempio, in una forma di attuazione, il sistema di controllo 20 riconosce simile alla biometria non la faccia della persona ma l'arma, ossìa si può utilizzare sostanzialmente gli stessi algoritmi descrìtti in precedenza per il riconoscimento del^.a postura della persona anche per classificare l'oggetto tenuta in mano dalla persona.

Ad esempio, in una forma di attuazione, una volta individuata la posizione della persona al passo 1004, viene individuato al passo 1010 anche l'oggetto tenuto in mano dalla persona, e l'oggetto viene classificato al passo 1012. Pertanto, il segnale che identifica un'eventuale situazione di pericolo può anche essere determinato in funzione dell'oggetto ri levato.

In generale, il riconoscimento dell'oggetto tenuta in mano dalla persona e della postura della persona possono essere rilevati indipendente. Pertanto, si potrebbe anche rilevare soltanto l'oggetto tenuto in mano dalla persona e non riconoscere la postura della persona. Tuttavia, una volta individuato la postura della persona, la rilevazione dell' oggetto è più facile, perché sono già note le posizioni delle mani.

Ad esempio le Figure 6a e 6b mostrano esempi di tipici armi, quale ad esempio una arma da fuoco e un coltello.

Come mostrato nella Figura 6c, il sistema di controllo può individuare una rete che corrisponde ai punti caratteristici dell'oggetto e il sistema 20 può classificare l'oggetto come arma in base a tale rete.

Invece, la Figura 7 mostra un esempio di un'immagine che viene classificato dal sistema di controllo 20 come atto di difesa. In questo caso, come avviene tipicamente in ogni situazione di criticità, il soggetto alza le mani. Anche se questo movimento non viene ordinato dall'aggressore, il soggetto potrebbe alzare di spontanea volontà i bracci cosi da segnalare una situazione di pericolo e far scattare l'allarme.

In varie forme di attuazione possono anche essere previste altre posture concordate che possono essere salvati all'interno del sistema di controllo 20.

Pertanto, le soluzioni qui descritte sono molto versatile e possono essere impiegate in vari situazioni, quali ad esempio banche (in particolare se questi sono sprovviste di "Metal Detector"), luoghi pubblici, abitazioni private e attività commerciali {ad esempio per essere al sicuro da rapine) .

Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di costruzione e le forme di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione, così come definito dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per rilevare una situazione di pericolo tramite una telecamera (20), comprendente le fasi di: - rilevare (1002) un'immagine attraverso detta telecamera, - analizzare (1004, 1006, 1008) detta immagine per individuare in detta immagine la posizione di almeno una persona, - analizzare (1008) le porzioni di detta immagine che corrispondono a detta posizione di detta persona per rilevare la postura del corpo di detta persona, e - determinare (1012) un segnale identificativo per una situazione di perìcolo in funzione di detta postura del corpo di detta persona.
2. 2. Procedimento secondo la rivendicazione 1, in cui detto analizzare (1004, 1006, 1008) detta immagine per individuare in detta immagine la posizione di almeno una persona comprende: - confrontare (1006) detta immagine con un'immagine di riferimento.
3. 3. Procedimento secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui detto analizzare (1008) le porzioni di detta immagine che corrispondono a detta posizione di detta persona per rilevare la postura del corpo dì detta persona comprende almeno uno fra: rilevare le giunzioni del corpo della persona, in cui dette giunzioni comprendono almeno Le spalle (402) e i gomiti (406), e preferibilmente il collo 410 e/o i polsi (412), e - rilevare le posizioni del torso (500), delle parti superiori dei bracci (502, 504) e dei avambracci (505, 508) tramite una struttura ad albero.
4. 4. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, in cui detto determinare (1012) un segnale identificativo per una situazione di pericolo in funzione di detta postura del corpo di detta persona comprende: - determinare (1012, 1014) un segnale identificativo per una situazione di pericolo in funzione della posizione dei bracci di detta persona.
5. 5. Procedimento secondo una delle precedent i rivendicazioni, in cui d^tto determinare (1012) un segnale identificativo per una situazione di pericolo in funzione di detta postura del corpo di detta persona comprende almeno uno fra : - confrontare detta postura del corpo di detta persona con condizioni di riferimento, e - determinare detto segnale identificativo per una situazione di pericolo tramite una rete neurale che durante una fase di apprendimento ha imparato di classificare certe condizioni di riferimento.
6. 6. Procedimento secondo la rivendicazione 5, in cui dette condizioni di riferimento comprendono condizioni di riferimento di un atto di aggressione e condizioni di riferimento di un atto di difesa.
7. 7. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, comprendente: - analizzare (1008) le porzioni dì detta immagine che corrispondono a detta posizione di detta persona per rilevare l'oggetto tenuto in mano da detta persona, e - determinare (1012) detto segnale identificativo per una situazione di pericolo in funzione dì detto oggetto tenuto in mano da detta persona.
8. 8. Procedimento secondo una delle precedenti rivendicazioni, comprendente, nel caso in cui detto segnale identificativo per una situazione di pericolo indica una situazione di pericolo, inviare un segnale di allerta ad un centro di videosorveglianza e/o alle forze dell'ordine.
9. 9. Sistema per rilavare una situazione di pericolo comprendente un'unità di controllo configurato per implementare il procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 a 8.
10. 10. Prodotto informatico caricabile in una memoria di almeno un processore e comprende porzioni di codice software per implementare il procedimento secondo una delle rivendicazioni 1 a 8.