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Die Erfindung betrifft eine Überwachungskamera, insbesondere für die industrielle Bildverarbeitung oder die Überwachungstechnik, mit einem Bildsensor zur Generierung von digitalen Bilddaten anhand von durch den Bildsensor erfasster Bildinformationen, und mit einer Übertragungsschnittstelle zur Übertragung der digitalen Bilddaten.
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Digitale Überwachungskameras sind zwischenzeitlich allgemein bekannt und werden beispielsweise für die Gebäudeüberwachung, im Bereich der Industrietechnik und dergleichen angewendet. Die Übertragungsschnittstelle bekannter Kameras umfasst beispielsweise eine Ethernet-Schnittstelle, so dass die Kamera an ein LAN angebunden werden kann, insbesondere mit dem bildverarbeitenden System oder einem Recorder verbunden werden kann.
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Die Überwachungskameras bekannter Bauart werden manuell eingerichtet, d. h. ihre Relativposition bezüglich einer Vertikalen und einer Horizontalen muss von Hand eingerichtet werden, was bisweilen schwierig ist. In der Regel wird ein Ausgabegerät direkt an die Überwachungskamera angeschlossen, so dass deren Bilddaten unmittelbar zu Einrichtungszwecken zur Verfügung stehen.
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Des Weiteren werden Überwachungskameras auch zur Objektverfolgung verwendet, d. h. die Bilder mehrerer Überwachungskameras werden einer Zentrale zugeführt, die anhand der so erhaltenen Bilddaten eine Objektverfolgung realisiert.
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Positionsinformationen bezüglich der Überwachungskamera müssen dem zentralen System bekannt sein, so dass die Objektverfolgung überhaupt möglich ist.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Handhabung und/oder Verarbeitung von Positionsinformationen bei einer Überwachungskamera der eingangs genannten Art bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe ist bei einer Überwachungskamera der eingangs genannten Art vorgesehen, dass sie mindestens einen Positionssensor zur Erzeugung eines von einer Position, insbesondere einer Winkelstellung zu einer Vertikalen und/oder zu einer Horizontalen, der Überwachungskamera abhängigen Positionssignals aufweist, und dass sie zur Ausgabe des Positionssignals an der Übertragungsschnittstelle ausgestaltet ist.
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Ein Grundgedanke der Erfindung ist es, dass die Überwachungskamera einen oder mehrere Positionssensoren an Bord hat, die für vielfältige, nachfolgend noch im Detail erläuterte Zwecke sinnvoll sind. Beispielsweise handelt es sich bei dem Positionssensor um einen Horizontal-Positionssensor, der eine Winkelstellung der Überwachungskamera relativ zur Horizontalen bestimmen kann und ein entsprechendes Positionssignal an der Übertragungsschnittstelle, z. B. einer Ethernet-Schnittstelle, einer Wireless-LAN-Schnittstelle oder dergleichen, bereitstellt. Mithin kann also die Übertragungsschnittstelle drahtlos oder drahtgebunden sein, wobei durchaus beide Schnittstellentypen (drahtlos und drahtgebunden) bei der Überwachungskamera gemäß der Erfindung vorhanden sein können.
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Das Positionssignal kann beispielsweise zu einer Ausrichtung der Überwachungskamera relativ zur Horizontalen verwendet werden. Besonders bevorzugt steht das Positionssignal jedoch beim laufenden Betrieb der Überwachungskamera zur Verfügung, d. h. es wird von der Überwachungskamera beispielsweise als Ergänzung zu den Bilddaten versendet, als sogenannte Metadaten. Auch eine Überarbeitung bzw. Veränderung der Bildinformationen anhand des Positionssignals bezüglich einer Lageorientierung oder Winkelorientierung der Kamera ist möglich, so dass beispielsweise vom Bildsensor erfasste Bildinformationen automatisch bezüglich ihrer Horizontallage oder Vertikalwinkellage korrigiert werden, d. h. dass beispielsweise die Bilddaten ein exakt horizontalstehendes Bild enthalten.
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Der Positionssensor kann selbstverständlich auch ein Mehrfach-Lagesensor sein, beispielsweise zweidimensionaler oder dreidimensionaler Lagesensor. Es versteht sich, dass beispielsweise auch ein Kompasssensor, ein GPS-Sensor oder dergleichen an Bord der Überwachungskamera sein können (GPS = Global Positioning System). Mithin können also auch satellitenbasierte Daten von der Überwachungskamera empfangen und zur Generierung des Positionssignals oder der Positionssignale genutzt werden.
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Es versteht sich, dass unter dem Begriff „Bildsensor” auch eine Bildsensoranordnung umfasst ist, d. h. eine Anordnung mehrerer Bildsensoren. Bei dem oder den Bildsensoren handelt es sich beispielsweise um einen CCD-Sensor oder einen CMOS-Sensor. Es versteht sich, dass mehrere Bildsensoren auf einer Ebene nebeneinander angeordnet sein können, oder aber auch in einer Winkelstellung zueinander, z. B. an einer Bildsensorplatine, angeordnet sein können, beispielsweise in einer Ausgestaltung der Überwachungskamera, die zur Erfassung eines Bildfeldes von mehr als 90 Grad, bzw. auch bis zu 360 Grad, ausgestaltet ist.
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Der Bildsensor umfasst also zweckmäßigerweise ein Bildfeld in einem Winkelbereich von mehr als 90 Grad, z. B. sogar 360 Grad. Die Überwachungskamera ergänzt die Bilddaten um eine anhand des Positionssignals erzeugte Winkelinformation, beispielsweise eine Vertikalwinkelinformation oder korrigiert sogar die Bilddaten. So spielt es beispielsweise in dieser Ausgestaltung keine Rolle, in welcher Winkelorientierung die Kamera tatsächlich an einem Untergrund montiert wird, z. B. an einem Stativ oder an einer Raumdecke. Die Kamera reichert die Bildinformationen beispielsweise um eine Information über die Himmelsrichtung, in der sie orientiert ist, an, so dass das empfangende System, z. B. ein Rekorder oder eine Bildverarbeitungseinrichtung, die empfangenen Bilddaten entsprechend korrigieren kann. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Überwachungskamera selbst die Winkelkorrektur vornehmen kann, beispielsweise sämtliche Bilddaten auf einen Nullgradwinkel, z. B. auf eine nördliche Ausrichtung, korrigieren kann.
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Es versteht sich, dass auch ein Einjustieren der Kamera auf eine Fläche leicht gemacht wird, wenn ein Positionssignal zur Verfügung steht. Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht dabei vor, dass das Positionssignal an einem Display der Überwachungskamera angezeigt wird, beispielsweise in Gestalt einer Wasserwaage oder dergleichen, so dass ein Nutzer die Überwachungskamera ohne großen Aufwand einjustieren kann. Auf diesem Wege sind selbstverständlich auch mehrere Kameras entsprechend einheitlich einjustierbar, beispielsweise auf eine exakt waagerechte Lage.
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Besonders bevorzugt ist die erfindungsgemäße Überwachungskamera zu einer Objektverfolgung sich im Erfassungsbereich des Bildsensor bewegenden Objektes ausgestaltet. Eine aufgrund der Bewegung des Objekts bewirkte örtliche Änderung der Bildinformationen erfasst die Überwachungskamera, z. B. mittels eines digitalen Bildprozessors, und ordnet eine Richtungsinformation, in der sich das Objekt bewegt, der örtlichen Änderung der Bildinformationen anhand des Positionssignals zu. So kann diese Information beispielsweise von der überlagerten oder zentralen Überwachungstechnik ausgewertet werden, um sehr schnell zu erfassen, wohin sich ein Objekt bewegt. Dabei wird das zentrale System vergleichsweise gering belastet, da die entsprechenden Rechenaufgaben bereits von der erfindungsgemäßen Überwachungskamera durchgeführt werden.
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Die Überwachungskamera gibt die Richtungsinformation beispielsweise an der Übertragungsschnittstelle aus, vorzugsweise als sogenannte Metadaten in Zusammenhang mit den digitalen Bilddaten.
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Besonders bevorzugt ist jedoch, wenn die Überwachungskamera anhand der Richtungsinformation weitere Schritte einleitet, beispielsweise zur Aktivierung einer benachbarten zweiten Überwachungskamera ausgestaltet ist, in deren Erfassungsbereich sich das Objekt bewegt. Somit realisiert also die Überwachungskamera zusammen mit der zweiten Überwachungskamera eine Objektverfolgung. Die Aktivierung kann beispielweise über einen Relaisausgang erfolgen. Es ist aber auch möglich, dass die Überwachungskamera die Bilddaten – auch statt einer Aktivierung – an die zweite Überwachungskamera weiterleitet, in deren Erfassungsbereich sich das Objekt hinein bewegt bzw. zu deren Erfassungsbereich sich das Objekt bewegt.
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Die Überwachungskamera hat zweckmäßigerweise einen Speicher, in dem eine Anfangs-Positionsinformation anhand des Positionssignals speicherbar ist. Weiterhin sind vorteilhaft Differenzmittel zum Senden einer Warnmeldung oder beispielsweise auch einer Differenzinformation vorhanden, wenn eine Differenz zwischen der Anfangs-Positionsinformation und einer anhand des Positionssignals ermittelten Folge-Positionsinformation einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet. Die Überwachungskamera überwacht sich also sozusagen selbst, d. h. wenn sie beispielsweise durch Vandalismus, aber auch unabsichtlich, z. B. bei Reinigungsaufgaben, verstellt wird, und sendet dementsprechend ein Differenzsignal oder auch ein Warnsignal (oder beides).
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Die Differenzbildung ist zweckmäßigerweise zeitabhängig, d. h. die Kamera ist vorzugsweise zur Bildung der Differenz in Abhängigkeit von einer Änderungszeit ausgestaltet, innerhalb derer die Differenz auftritt. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass nur schnelle Änderungen unmittelbar gemeldet werden, insbesondere zu einer Warnmeldung führen, während langsame Änderungen toleriert werden oder lediglich zu einer Änderung der Bildinformationen führen. Die schnellen Änderungen können beispielsweise eine Sturmsituation, auf Vandalismus oder dergleichen hinweisen, was ein schnelles Eingreifen ermöglicht.
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Sowohl der Grenzwert (Differenzgrenzwert) als auch die Änderungszeit in der vorgenannten Ausgestaltung der Überwachungskamera sind zweckmäßigerweise parametrierbar, so dass ein Benutzer sie entsprechend den lokalen Erfordernissen eingeben kann.
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Der mindestens eine Positionssensor ist zweckmäßigerweise an einem Gehäuse der Überwachungskamera fest angeordnet. Beispielsweise befindet er sich unmittelbar an einer Bodenplatte, z. B. in der Nähe des Stativgewindes. Aber auch eine Anordnung direkt am Objektivhalter der Überwachungskamera ist vorteilhaft. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn der oder die Positionssensoren an einer Bildsensorplatine angeordnet sind, die zudem den Bildsensor (oder die Bildsensoren) umfasst. Somit ist also eine feste Relation zum bilderfassenden Bildsensor gegeben.
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Weiterhin ist eine Vorkalibrierung der Überwachungskamera zweckmäßig. Dazu hat sie einen nicht flüchtigen Speicher zur Speicherung einer Kalibrierinformation für den mindestens einen Positionssensor. Der Positionssensor erzeugt das Positionssignal relativ zu der Kalibrierinformation. Somit ist also keine Kalibrierung der Kamera vor Ort notwendig.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Schrägansicht einer Anordnung aus einer erfindungsgemäßen Überwachungskamera zusammen mit einer Überwachungszentrale,
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2 eine weitere Anordnung mit drei Überwachungskameras gemäß der Erfindung, die an eine Zentrale angeschlossen sind,
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3 eine schematischer Darstellung einer Bildsensorplatine der Überwachungskamera gemäß 1, und
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4 eine schematische Darstellung einer Panorama-Überwachungskamera.
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Eine in 1 dargestellte Überwachungskamera 10a hat ein Gehäuse 11a, an dessen Frontwand ein Objektivhalter 12 zum Halten eines Objektives 13a angeordnet ist. Das Objektiv 13a ist beispielsweise an den Objektivhalter 12 angeschraubt.
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Geschützt in meinem Innenraum 14 des Gehäuses 11a untergebracht ist eine Bildsensorplatine 15, an der ein Bildsensor 16a, beispielsweise ein CCD-Sensor oder CMOS-Sensor, angebracht ist.
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Der Bildsensor 16a erfasst Bildinformationen, die durch das Objektiv 13a in das Gehäuse 11a hinein, d. h. auf den Bildsensor 16a, projiziert werden.
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Die Bildsensorplatine 15 umfasst ferner einen Prozessor 17, der die vom Bildsensor 16a erfassten Bildinformationen 18 in digitale Bilddaten 19 umwandelt und an einer Übertragungsschnittstelle 20 bereitstellt. Bei der Übertragungsschnittstelle 20 handelt es sich beispielsweise um eine Ethernet-Schnittstelle, eine USB-Schnittstelle (oder eine sonstige Bus-Schnittstelle). Es versteht sich, dass anstelle einer kabelgebundenen Übertragungsschnittstelle 20 auch eine Funk-Schnittstelle (drahtlose Schnittstelle) möglich ist.
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Die digitalen Bilddaten 19, bei denen es sich vorzugsweise um Ethernet-Daten handelt, werden über eine Leitung 60 an einer Übertragungsschnittstelle 61 einer Auswertungseinrichtung 62 übertragen. Die Auswertungseinrichtung 62 ist beispielsweise ein Personal Computer, ein entsprechender Rekorder oder dergleichen. Die Auswertungseinrichtung 62 umfasst Ausgabemittel 63, z. B. einen Monitor, Eingabemittel 64, z. B. eine Tastatur oder eine Maus, sowie einen Speicher 65 und einen Lautsprecher 66, beispielsweise zur Ausgabe von Warnmeldungen.
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Zwar handelt es sich bei der Auswertungseinrichtung 62 vorliegend um eine stationäre Einrichtung, wobei auch mobile Auswertungseinrichtungen denkbar sind. So könnten beispielsweise die Übertragungsschnittstellen 20, 61 Mobilfunk-Schnittstellen sein, so dass die Bilddaten 19 über ein Mobilfunknetz übertragbar sind.
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Die Überwachungskamera 10a erfasst in ihrem Erfassungsbereich 21 befindliche Objekte, beispielsweise ein Objekt 22.
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Die Ausrichtung der Überwachungskamera 10a gegenüber einer Horizontalen H und einer Vertikalen V wird durch einen Positionssensor 23 erleichtert. Bei dem Positionssensor 23 handelt es sich beispielsweise um einen 3D-Lagesensor, d. h. er kann in X-, Y- und Z-Richtung Lageinformationen ermitteln und sendet ein entsprechendes Positionssignal 24 aus, das mit der Ausrichtung der Überwachungskamera 10a bezüglich der Vertikalen V, der Horizontalen H, vorteilhaft auch bezüglich einer dazu jeweils orthogonalen Z-Achse. Beispielsweise gibt die Überwachungskamera 10a das Positionssignal 24 an der Übertragungsschnittstelle 20 aus, z. B. als sogenannte Metadaten 25 in Ergänzung zu den Bilddaten 19. Die Auswertungseinrichtung 62 gibt die Metadaten 25 aus, so dass beispielsweise an den Ausgabemitteln 63 eine Winkelstellung der Überwachungskamera 10a zu den Achsen H, V, vorteilhaft auch zur Achse Z möglich ist. Ein Bediener kann anhand dieser ausgegebenen Daten beispielsweise die Überwachungskamera 10a an einem Stativ 26 oder einer sonstigen Kamerabefestigung ausrichten.
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Eine andere Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Überwachungskamera 10a am Stativ 26 zwar etwa parallel zu den Achsen H und V ausgerichtet wird, jedoch nicht exakt justiert. Bei dieser Ausgestaltung korrigiert der Prozessor 17 die vom Bildsensor 16a empfangenen bzw. generierten Bilddaten um die vom Positionssignal 24 abgeleiteten Korrekturinformationen, so dass die Bilddaten 19 beispielsweise exakt waagerecht und senkrecht ausgerichtet sind.
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Nicht nur zur Ausrichtung einer erfindungsgemäßen Überwachungskamera, sondern auch beim laufenden Betrieb sind also die von einem oder mehreren Positionssensoren erzeugten Positionssignale hilfreich. Bei diesen kann es sich auch um Absolut-Positionsinformationen handeln, z. B. um GPS-Informationen.
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Ein Überwachungssystem 50, das in 2 dargestellt ist, enthält drei erfindungsgemäße Überwachungskameras 10a, die zu ihrer Unterscheidung als 10a, 10a' sowie 10a'' bezeichnet sind. Die Überwachungskameras 10a–10a'' sind über Leitungen 60a–60c an einen Switch 67 angeschlossen, an den zudem auch die Auswertungseinrichtung 62 angeschlossen ist, nämlich über eine weite Leitung 60d. Bei dem dadurch gebildeten Netz handelt es sich beispielsweise um ein Ethernet-Netz oder LAN, über das die Überwachungskameras 10a, 10a' und 10a'' sowie zudem die Auswertungseinrichtung 62 miteinander kommunizieren können.
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Die Überwachungskameras 10a–10a'' übertragen also über die Leitungen 60a–60d ihre jeweiligen Bilddaten 19 an die Auswertungseinrichtung 62, die beispielsweise einen Speicher für diese Bilddaten hat, bei Auftreten von Gefahrensituationen eine Warnmeldung ausgibt (über den Lautsprecher 66 beispielsweise) oder auch weitere, in der Zeichnung nicht dargestellte Netzwerkkomponenten informiert, beispielsweise eine Nutzer bei Auftreten einer Störung über ein Mobilfunknetz alarmiert.
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Die Überwachungskameras 10a–10a'' können jedoch ihre Positionssensoren 23 auch für weitere vorteilhafte Zwecke nutzen, nämlich zur gegenseitigen Aktivierung. Das Überwachungssystem 50 ist nämlich zu einer Objektverfolgung ausgestaltet. Wenn sich also zunächst beispielsweise das Objekt 22 (gestrichelt dargestellt) im Erfassungsbereich 21 der Überwachungskamera 10a befindet, sich jedoch aus diesem Bereich heraus bewegt, wird dies von der Überwachungskamera 10a erkannt. Die Überwachungskamera 10a verfolgt eine Änderung der Bildinformationen, die der Bildsensor 16a erfasst, mit und versieht sie mit einer Richtungsinformation bzw. ermittelt eine Richtungsinformation anhand des Positionssignals 24.
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Am Anfangspunkt seiner Bewegung erzeugt das Objekt 22 Bildinformationen 18a beim Bildsensor 16a. Durch die Bewegung des Objektes an einen davon entfernten Ort (in durchgezogenen Linien dargestellt) werden Bildinformationen 18b vom Bildsensor 16a erfasst. Diese örtliche Richtungsinformation erzeugt einen Richtungsvektor 31, der mit dem Bewegungsvektor 30 des Objekts 22 korreliert. Allerdings ist der Richtungsvektor 31 auf das Erfassungsfeld bzw. das Bildfeld des Bildsensors 16a bezogen. Der Prozessor 17 korrigiert nunmehr den Richtungsvektor 31 um die Daten des Positionssignals 24, so dass eine Absolutbewegung des Objekts 22 im Erfassungsbereich 21 als eine Richtungsinformation 32 ermittelt wird.
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Nun könnte die Überwachungskamera 10a an die Richtungsinformation 32 lediglich an die Auswertungseinrichtung 62 übermitteln. Diese kann anhand der Richtungsinformation 32 beispielsweise ermitteln, dass sich das Objekt 22 aus dem Erfassungsbereich 21 der Überwachungskamera 10a in den Erfassungsbereich 21 der Überwachungskamera 10a' bewegt hat. Erfindungsgemäß ist jedoch vorgesehen, dass die Überwachungskamera 10a die geeignete benachbarte Überwachungskamera 10a' oder 10a'' selbst ermittelt, in deren Erfassungsbereich sich das Objekt 22 bewegt. Beim in 2 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel bewegt sich das Objekt 22 in Richtung der Überwachungskamera 10a'. Über die Leitungen 60a, 60b aktiviert daher die Überwachungskamera 10a die Überwachungskamera 10a'' und meldet dieser das Objekt 22, das sich in ihrem Überwachungsbereich bewegt. Somit ist also die Auswertungseinrichtung 62 bei einer Objektverfolgung deutlich entlastet.
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Der Positionssensor 23 ist bei der Produktion der Überwachungskamera 10a vorkalibriert. Seine in Bezug auf beispielsweise eine Normalenlage erzeugten Werte werden in einem Speicher 27 der Überwachungskamera 10a nicht flüchtig gespeichert. Somit kann der Positionssensor 23 das Positionssignal 24 relativ zu den gespeicherten ”Kalibrierdaten” aus dem Speicher 27 erzeugen.
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Selbstverständlich ist es vorteilhaft, wenn die Überwachungskamera 10a parametrierbar ist. So können in den Speicher 27 beispielsweise auch Grenzwerte eingespeichert werden, beispielsweise Weg-Grenzwerte und/oder Zeit-Grenzwerte. Wenn die Überwachungskamera 10a am Bestimmungsort installiert ist, werden die jeweiligen aktuellen Anfangs-Positionsinformationen im Speicher 27 abgespeichert. Wenn sich die Überwachungskamera 10a dann bewegt, beispielsweise um den eingespeicherten Orts-Grenzwert, ermittelt der Prozessor 17 eine entsprechende Positionsdifferenz, vorzugsweise auch zeitabhängig, um ggf. eine Warnmeldung zu erzeugen, die er an die Auswertungseinrichtung 62 übermittelt.
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Es versteht sich, dass auch eine örtliche Alarmierung einer Überwachungskamera vorhanden sein kann, z. B. eine Leuchtanzeige, ein Lautsprecher oder dergleichen, der an der Überwachungskamera 10a fest montiert ist. Somit kann also die Überwachungskamera 10a beispielsweise eine Sturmwarnung ausgeben, bei Vandalismus einen Alarm geben oder auch bei einer unabsichtlichen Bewegung oder Betätigung, z. B. beim Reinigen eines Objektes, in dem die Überwachungskamera 10a montiert ist.
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Eine in 4 dargestellte Überwachungskamera 10b ist eine Rundum-Überwachungskamera oder Panorama-Überwachungskamera, d. h. die hat ein Bildfeld von insgesamt 360 Grad, die beispielsweise vom Objektiv 13b erfassbar ist. Ein Bildsensor 16b ist geschützt im Gehäuse 11b der Überwachungskamera 10b untergebracht.
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Zwar könnte der Bildsensor 16b einen Bildwinkel von 360 Grad erfassen (dazu könnten beispielsweise mehrere Bildsensorchips vorgesehen sein, die winkelig zueinander vorstehen). Die Überwachungskamera 10b ist nun so parametriert, dass sie beispielsweise einen Bildwinkel von ca. 190 bis 210 Grad bezogen auf eine nordwestliche Richtung als Mittelachse liefern soll. Anhand eines Positionssignals des Positionssensors 23 kann nunmehr die Überwachungskamera 10b von der gesamten Bildinformation, die der Bildsensor 16b im Prinzip ermitteln kann, einen Bildwinkel 33 auswählen, während ein anderer Bildwinkel 34 sozusagen ausgeblendet wird. Die gesendeten Bilddaten 19 entsprechen also dem Bildwinkel 33.
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Weiterhin ist es auch möglich, dass die Überwachungskamera 10b zwar einen Bildausschnitt von 360 Grad übermittelt, diesen aber um eine Positionsinformation des Positionssensors 23 ergänzt oder so korrigiert, dass die Bilddaten auf eine Richtungsachse, beispielsweise nördliche Richtung, orientiert sind.
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An dieser Stelle sei bemerkt, dass die Überwachungskameras 10a, 10b selbstverständlich auch weitere vorteilhafte Einrichtungen umfassen können, beispielsweise eine Heizung und/oder Kühlung, so dass die klimatischen Verhältnisse im Innenraum 14 jeweils optimal sind.
