WO1997026561A2 - Verfahren zum identifizieren von menschen, tieren und objekten - Google Patents

Verfahren zum identifizieren von menschen, tieren und objekten Download PDF

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    • G01S17/87—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves

Definitions

  • the present invention relates to a method for identifying people, animals and objects.
  • DE-U 93 08 917.1 describes a device for detecting the movement of a patient.
  • the patient's body part to be monitored is irradiated with a laser beam, which is reflected on a reflector element attached to the patient's body part and is subsequently detected by an optoelectronic receiving device.
  • Such monitoring can only be used to monitor precisely defined locations or objects.
  • the invention adopts the fluorescence properties of some luminescent dyes, to be excited by radiation in the UV range and to emit radiation in the IR range.
  • a suitable dye is described in its emission and excitation behavior in FIGS. 1 and 2. This dye is emitted by UV radiation with a wavelength of 329 nm, i.e.
  • SPARE BLADE (RULE 26) stimulated in the UV range which is not visible to the human eye.
  • the emission spectrum emitted due to the fluorescence property of the dye has two peaks at 880 nm and 1060 nm.
  • the function of the luminescence is listed in Römpp Chemie Lexikon, 9th edition, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York.
  • the advantage of the emission in the IR range is that the attenuation of the radiation in the earth's atmosphere plays almost no role at the emitted wavelengths, which can be seen from FIG. 3.
  • UV radiation In contrast to IR radiation, UV radiation is scattered by the air molecules. Because of this scattering, the UV radiator acts at a certain distance from the radiation source
  • UV radiation no longer as a spotlight but as a surface spotlight.
  • This scattering of UV radiation is not undesirable for the excitation, since it is generally not known in which precise area the person to be identified or the object to be identified (e.g. car or lifeboat) is located.
  • the dye Due to the property as a surface emitter, the dye is also excited when the object is not in direct line of sight to the radiation source, e.g. is shadowed by clouds, fog or objects. If, on the other hand, the dye of the object to be identified has been excited, it emits in the IR range and can therefore be perceived as a point emitter even at a greater distance and can therefore be located precisely.
  • the property of the above-mentioned dye to have two emission peaks can advantageously be used to improve the signal-to-noise ratio of the detected IR signal by only using the signal (for example through a logical AND link in the detection device) is evaluated if signals are detected in both wavelengths. In this way, the signal-to-noise ratio to the signals of other interfering IR radiators can be increased.
  • a further improvement in the signal-to-noise ratio is obtained if the UV excitation signal is not continuously emitted but is modulated. Rectangular pulses with a frequency in which the intervals between the pulses are greater than the decay time (for example to 10%) of the dye are advantageous for modulation. A clocked IR response signal is thus obtained, the maximum frequency (for example 250 Hz) of which depends on the decay time of the dye.
  • the detected IR response signal can now be passed through a bandpass filter whose passband lies in the range of the clock frequency. This possibility of improving the signal-to-noise ratio can alternatively or additionally be used to use the multiple peaks.
  • Luminescent dyes are preferably used a very short decay time (10%) from a few ms to ⁇ s, which enables excitation even at a higher frequency in the kHz range.
  • the downward limit of the decay time is limited by the emission yield, which is reduced with a short decay time.
  • the IR detection device can also be synchronized with the excitation of the UV lamp.
  • the pigments of this dye have an excitation frequency of 329 nm and an emission frequency of 1060 nm and 880 nm.
  • this dye contains a small excitation maximum in the visible range at 592 ⁇ m.
  • a layer that filters the VIS range or the spectral range of the light outside the excitation range can be formed, for example, by a film or a type of lacquer layer. This ensures that the luminescent dye is only excited by the UV light of the detection device.
  • a marked vehicle can thus be made out of high-flying helicopters in unmistakable terrain.
  • a person e.g. Civil investigators can be easily identified in a large crowd.
  • the method can also be used to implement undetectable night-time monitoring.
  • the main advantage of the method according to the invention is that the excitation of the dye and the emission take place in the invisible spectral range, so that the method can be used without being noticed.
  • Another aspect in the use of the invention is the marking of high-voltage masts and aviation obstacles, in particular in the area of motorways and landing sites, e.g. on hospitals.
  • the areas, masts, lines or other obstacles marked in this way are clearly recognizable for the appropriately equipped aircraft, even in poor visibility during the day and at night.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifizieren von Menschen, Tieren und Objekten. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Objekt, eine Person oder ein Tier in einer unübersehbaren Menge bzw. Herde oder in einer unübersehbaren Landschaft und auch bei Nacht identifizieren zu können. Das erfindungsgemäße Verfahren umfaßt folgende Verfahrensschritte: ein zu identifizierendes Objekt wird mit einem Luminiszenzfarbstoff gekennzeichnet, der durch UV-Strahlung im nicht sichtbaren Bereich angeregt wird und IR-Strahlung emittiert, ein auf das Objekt hin abzusuchender Bereich wird mit UV-Strahlung im Anregungsbereich bestrahlt, der mit UV bestrahlte Bereich wird mittels einer IR-Erfassungseinrichtung auf das Auftreten eines IR-Antwortsignals im Emissionsbereich des Farbstoffs überprüft.

Description

Verfahren zum Identifizieren von Menschen, Tieren und Objekten
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Identifi¬ zieren von Menschen, Tieren und Objekten.
In der DE-U 93 08 917.1 ist eine Vorrichtung zur Erkennung der Bewegung eines Patienten beschrieben. Das zu überwachende Kör¬ perteil des Patienten wird mit einem Laserstrahl bestrahlt, der an einem am Körperteil des Patienten angebrachten Reflektorele¬ ment reflektiert und anschließend durch eine optoelektronische Empfangseinrichtung detektiert wird. Eine derartige Überwachung läßt sich nur zur Überwachung genau definierter Orte oder Ob¬ jekte verwenden.
Es besteht jedoch in allen Bereichen des Personen- und Objekt¬ schutzes im Bereich der Luft- und Seenotrettung und im Bereich der Überwachung und Verfolgung von Lebewesen ein starkes Be¬ dürfnis, ein Objekt, eine Person oder ein Tier in einer unüber¬ sehbaren Menge bzw. Herde oder in einer unübersehbaren Land¬ schaft und auch bei Nacht identifizieren zu können. Diese Iden¬ tifizierung sollte möglichst genau und unabhängig von klimati¬ schen Störungen sein.
Weiterhin ist es wünschenswert, wenn die Anwendung des Verfah¬ rens als solche nicht erkennbar ist, was ebenfalls bei der be¬ kannten Vorrichtung nicht zutrifft.
Ein derartiges Verfahren wird durch den Anspruch 1 zur Verfü¬ gung gestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung macht sich die Fluoreszenzeigenschaft einiger Lu¬ mineszenzfarbstoffe zu eigen, von Strahlung im UV-Bereich ange¬ regt zu werden und Strahlung im IR-Bereich zu emittieren. Ein geeigneter Farbstoff ist in seinem Emissions- und Excitations- verhalten in den Fig. 1 und 2 beschrieben. Dieser Farbstoff wird durch UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 329 nm, d.h.
ERSATZBLÄΪT(REGEL26) im für das menschliche -Auge nicht sichtbaren UV-Bereich ange¬ regt. Das aufgrund der Fluoreszenzeigenschaft des Farbstoffes abgegebene Emissionsspektrum hat zwei Peaks bei 880 nm und 1060 nm. Die Funktionsweise der Lumineszenz ist im Römpp Chemie Le¬ xikon, 9. Auflage, Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York aufgeführt.
Der Vorteil der Emission im IR-Bereich liegt darin, daß die Dämpfung der Strahlung in der Erdatmosphäre bei den abgegebenen Wellenlängen nahezu keine Rolle spielt, was aus Figur 3 er¬ sichtlich ist.
UV-Strahlung wird im Gegensatz zur IR-Strahlung von den Luftmo¬ lekülen gestreut. Aufgrund dieser Streuung wirkt der UV-Strah¬ ler in einem gewissen Abstand von der Strahlungsquelle
nicht mehr als Punkt- sondern als Flächenstrahler. Diese Streuung der UV-Strahlung ist hingegen für die Anregung nicht unerwünscht, da man in der Regel nicht weiß, in welchem genau¬ en Bereich die zu identifizierende Person bzw. das zu identi¬ fizierende Objekt (z.B. PKW oder Rettungsboot) sich befindet. Durch die Eigenschaft als Flächenstrahler wird der Farbstoff auch angeregt, wenn sich das Objekt nicht in direkter Sicht¬ verbindung zur Strahlungsquelle befindet, z.B. durch Wolken, Nebel oder Gegenstände abgeschattet ist. Wenn andererseits der Farbstoff des zu identifizierenden Objekts angeregt worden ist, emittiert er im IR-Bereich und ist damit auch in größerer Entfernung als Punktstrahler wahrnehmbar und somit genau zu orten.
Die Eigenschaft des oben genannten Farbstoffs, zwei Emissions- peaks zu besitzen, läßt sich in vorteilhafter Weise zur Ver¬ besserung des Störabstandes des detektierten IR-Signals nüt¬ zen, indem das Signal (z.B. durch eine logische UND- Verknüpfung in der Detektionseinrichtung) nur ausgewertet wird, wenn in beiden Wellenlängen Signale detektiert werden. Auf diese Weise läßt sich der Signal/Rauschabstand zu den Si¬ gnalen anderer störender IR-Strahler vergrößern.
Eine weitere Verbesserung des Signal/Rauschabstandes erhält man, wenn man das UV-Anregungssignal nicht kontinuierlich ab¬ strahlt sondern moduliert. Vorteilhaft zur Modulation sind Rechteck-Impulse mit einer Frequenz, in der die Abstände zwi¬ schen den Impulsen größer als die Abklingzeit (z.B. auf 10%) des Farbstoffes ist. Man erhält so ein getaktetes IR- Antwortsignal, dessen maximale Frequenz (z.B. 250 Hz) von der Abklingzeit des Farbstoffs abhängt. Man kann das detektierte IR-Antwortsignal nun durch einen Bandpaß leiten, dessen Durch¬ laßbereich im Bereich der Taktfrequenz liegt. Diese Möglich¬ keit zur Verbesserung des Signal/Rauschabstandes läßt sich alternativ oder zusätzlich zur Nützung der Mehrfachpeaks ein¬ setzen. Vorzugsweise verwendet man Lumineszenzfarbstoffe mit einer sehr kurzen Abklingzeit (10%) von wenigen ms bis μs, was eine Anregung auch mit einer höheren Frequenz im kHz-Bereich ermöglicht. Begrenzt ist die Abklingzeit nach unten hin jedoch durch die Emissionsausbeute, die mit kurzer Abklingzeit gerin¬ ger wird. Durch kombinierten Einsatz der beiden oben beschrie¬ benen Filtermöglichkeiten erhält man ein sehr reines Signal.
Bei Verwendung einer getakteten Anregung kann alternativ zum Bandpaß die IR-Detektionseinrichtung auch mit der Anregung des UV-Strahlers synchronisiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist technisch sehr einfach zu realisieren. Es können herkömmliche getaktete und ungetaktete UV-Strahlungsquellen verwendet werden. Als IR-Detektoren kön¬ nen gängige handelsübliche Sensoren verwendet werden, wie sie beispielsweise für Fernbedienungen verbreitet sind. Für an¬ spruchsvollere Anwendungen können lichtstarke IR-CCD-Kameras mit entsprechenden Optiken verwendet werden. Der technische Aufwand, selbst im Falle der Mehrfachpeakauswertung und Ver¬ wendung eines Bandpaßfilters, ist vergleichsweise gering.
Die Pigmente dieses Farbstoffes haben bezüglich ihrer Lumines¬ zenzeigenschaften eine Anregungsfrequenz von 329 nm und eine Emissionsfrequenz von 1060 nm und 880 nm. Dieser Farbstoff enthält allerdings ein kleines Anregungsmaximum im sichtbaren Bereich bei 592 um. Damit man auch tagsüber ein markiertes Objekt eindeutig identifizieren kann, ist es vorteilhaft, wenn man den Farbstoff mit einer Schicht überdeckt, die den VIS- Bereich bzw. den Spektralbereich des Lichtes außerhalb des Anregungsbereich filtert. Eine derartige Schicht kann z.B. durch eine Folie oder eine Art Lackschicht gebildet sein. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Lumineszenzfarbstoff nur durch das UV-Licht der Detektionseinrichtung angeregt wird.
Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Erläuterung die nachfolgenden Beispiele beschrieben.
1. Rettungswesen:
Im Bereich des Rettungswesens ergeben sich neue und ungeahnte Möglichkeiten. So lassen sich mit dem Farbstoff z.B. Schwimm¬ westen, Rettungsinseln, Fallschirme, Tauchausrüstungen, Lawinen-Airbags und andere Sicherheitseinrichtungen kennzeich¬ nen. Selbst bei schlechter Sicht und ungünstiger Witterung lassen sich die gesuchten Objekte schnell und eindeutig iden¬ tifizieren. Hierfür muß ein Rettungshubschrauber lediglich mit der notwendigen oben beschriebenen IR-Erkennungsvorrichtung ausgerüstet sein. Da UV-Strahlung selbst Schnee in gewissem Maße durchdringt, ist auch im Bereich der Lawinenrettung an eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu denken.
Auch Wasser wird von UV-Strahlung bis in eine Tiefe von ca. 50 m durchdrungen. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist daher auch eine Suche nach vermißten Tauchern möglich. In gleicher Weise wie die Kennzeichnung von Rettungszubehör lassen sich auch Flugzeuge und Schiffe selbst mit dem Farbstoff kennzeich¬ nen. Im Falle eines Unglücks kann somit das Objekt schnell gefunden werden. Mit dem Verfahren lassen sich auch automati¬ sierte Antikollisionsmaßnahmen im Bereich von Seefahrt und Luftfahrt durchführen. Da vor allem bei der alpinen Rettung und Seenotrettung die Schnelligkeit der Suche nach den Verun¬ glückten einen wesentlichen Faktor für den Erfolg der Rettung darstellt, läßt sich somit durch das erfindungsgemäße Verfah¬ ren die Suche bei der Rettung schneller, effizienter und er¬ folgreicher durchführen.
2, Gebäudeüberwachung: Im Bereich der Objektübö'rwachung läßt sich ein Raum automa¬ tisch überwachen. Bislang werden reale oder virtuelle Schnei¬ sen im zu überwachenden Raum vorgesehen, innerhalb derer sich das Wachpersonal bewegen muß, ansonsten automatisch Alarm aus¬ gelöst wird. Damit ist jedoch nur eine Teilüberwachung mög¬ lich. Nun kann das Wachpersonal mit gekennzeichneter Kleidung versehen werden, die die automatische Überwachung, die über eine IR-Erkennungseinrichtung verfügt, veranlaßt, nur das gekennzeichnete Personal zu ignorieren. Es ist auch möglich, nur die Schneisen des Wachpersonals in dieser Weise zu überwa¬ chen, so daß der bislang zu überwachende Bereich ohne IR- Erkennung überwacht wird, und der Bereich der Schneisen mit IR-Erkennung überwacht wird.
3. Sicherheitsdienste:
Einsatzfahrzeuge, offizielle Fahrzeuge, präparierte Flucht¬ fahrzeuge oder die Kleidung von Zivilfahndern oder sonstigen offiziellen Personen läßt sich mit dem Farbstoff kennzeichnen. Aus hoch fliegenden Hubschraubern läßt sich somit ein gekenn¬ zeichnetes Fahrzeug in unübersehbarem Gelände ausmachen. Eben¬ so ist eine Person, z.B. Zivilfahnder in einer großen Men¬ schenmenge leicht auszumachen. Durch das Verfahren läßt sich auch eine nicht erkennbare Nachtüberwachung realisieren.
Der wesentliche Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren liegt, darin, daß die Anregung des Farbstoffs als auch die Emission im nicht sichtbaren Spektralbereich erfolgt, so daß sich die Anwendung des Verfahrens unbemerkt durchführen läßt.
Die meisten Polizeihubschrauber sind mit IR-Nachtsichtgeräten ausgerüstet. Es wäre also nur notwendig, einen UV-Strahler anzubringen und mit ca. 0,1 bis 25 Hz zu takten. Die präpa¬ rierten Objekte wären dann sofort ohne jegliche Filterung für das menschliche Auge über einen Monitor der Erfassungseinrichtung als Oszillatoren bzw. "Blinklichter" zu sehen.
Ein weiterer Aspekt bei der Nutzung der Erfindung ist die Kennzeichnung von Hochspannungsmasten und Luftfahrthindernis¬ sen, insbesondere im Bereich von Autobahnen und Landeplätzen, z.B. auf Krankenhäusern. Die so gekennzeichneten Flächen, Ma¬ sten, Leitungen oder sonstigen Hindernisse sind für die ent¬ sprechend ausgerüsteten Luftfahrzeuge auch bei schlechter Sicht am Tag als auch in der Nacht gut erkennbar.
Werden Folien mit dem Farbstoff versehen, so lassen sich durch Aufrollen der Folien an einem Unfallort durch die Einsatzkräf¬ te sehr leicht Hubschrauberlandeplätze kennzeichnen. Dies wür¬ de wiederum die Rettungsaktion beschleunigen und die Rettung¬ schancen erhöhen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Verfahren zur Identifizierung von Individuen oder Objekten, umfassend folgende Verfahrensschritte:
- Ein zu identifizierendes Objekt wird mit einem Lumineszenz¬ farbstoff gekennzeichnet, der durch UV-Strahlung im nicht sichtbaren Bereich angeregt wird und IR-Strahlung emittiert,
- ein auf das Objekt hin abzusuchender Bereich wird mit UV- Strahlung im Anregungsbereich bestrahlt,
- der mit UV bestrahlte Bereich wird mittels einer IR-Erfas¬ sungseinrichtung auf das Auftreten eines IR-Antwortsignals im Emissionsbereich des Farbstoffes überprüft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Detektionsfenster der IR-Erfassungseinrichtung auf den Emis¬ sionsbereich des Farbstoffes eingegrenzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Farbstoff mit mehreren Emissionspeaks im IR-Bereich verwendet wird, und ein Auswertung des Signals nur dann vor¬ genommen wird, wenn ein Signal in allen, den Emissionspeaks korrespondierenden Spektralbereichen detektiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Strahlung mit einer Taktfrequenz abgestrahlt wird, deren Periode größer als die Nachleuchtzeit des Farbstoffes ist, und daß die IR-Erfassungseinrichtung mit einem Bandpaß versehen wird, dessen Frequenz mit der Taktfre¬ quenz übereinstimmt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz im Bereich von 25 Hz bis 1 kHz liegt und in Ver¬ bindung mit einer elektrischen Filterung bzw. Synchronisation angewandt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die UV-Strahlung mit einer Taktfrequenz mit 0,5 - 25 Hz abgestrahlt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu identifizierende Objekt mit einem maschinenlesbaren Muster versehen wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Farbstoff auf einen zusammenlegbaren transportablen Kennzeichnungsträger aufgebracht wird, und daß der Kennzeichnungsträger an einem zu kennzeichnenden Ort zur Sichtbarmachung des Ortes ausgebreitet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lumineszenzfarbstoff mit einer den sichtbaren Bereich filternden Schicht überdeckt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Farbstoff mit einem Anregungsmaximum in einem Spektralbereich verwendet wird, der im natürlichen Strahlungsspektrum der Sonne auf der Erdoberfläche weitgehend von der Atmosphäre absorbiert ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Lumineszenzfarbstoffes mit Anre¬ gungsspektrum im UV-Bereich und Emission im IR-Bereich zur Kennzeichnung von Rettungsmaterial.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Lumineszenzfarbstoffes mit Anre¬ gungsspektrum im UV-Bereich und Emission im IR-Bereich zur Kennzeichnung von Fahrzeugen.
1-3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Lumineszenzfarbstoffes mit Anre¬ gungsspektrum im UV-Bereich und Emission im IR-Bereich zur Kennzeichnung von Kleidung.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 10, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Lumineszenzfarbstoffes mit Anre¬ gungsspektrum im UV-Bereich und Emission im IR-Bereich zur Kennzeichnung von Gefahrenstellen.
15. Vorrichtung zur Identifizierung von Individuen oder Objek¬ ten, umfassend eine UV-Strahlungsquelle, deren Emissionsspek¬ trum zumindest teilweise im Anregungsspektrum eines Lumines¬ zenzfarbstoffes liegt, mit dem ein zu identifizierendes Ob¬ jekt gekennzeichnet ist, und mit einer IR-Erfassungseinrich¬ tung für das Auftreten eines IR-Antwortsignals im Emissions¬ bereich des Farbstoffes.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Strahlungsquelle zur getakteten Abstrahlung von UV ausgebildet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die IR-Erfassungseinrichtung einen Bandpaß aufweist, dessen Durchlassbereich im Bereich der Taktfrequenz der UV-Strahlungs¬ quelle liegt.
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