DE102015200784A1

DE102015200784A1 - Multi-Kamera-Videobranderkennung

Info

Publication number: DE102015200784A1
Application number: DE102015200784.7A
Authority: DE
Inventors: Anton Stadler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2016-07-21

Abstract

Eine Anlage (2) zur videobasierten Erkennung von Rauch, mit einer Schnittstelle (4a) zur Eingabe von Überwachungbildern (6a, b) mindestens zweier Kameras (8a, b) zur jeweiligen Aufnahme der Überwachungsbilder (6a, b) eines gemeinsamen Überwachungsbereiches (10), enthält ein Verifikationsmodul (12), das dazu ausgebildet ist, unter Zuhilfenahme der Überwachungsbilder (6a, b) zu überprüfen, ob ein von mindestens zwei der Kameras (8a, b) gemeinsam detektiertes Objekt (14) Rauch ist. Bein einem Verfahren zur videobasierten Erkennung von Rauch, nehmen mindestens zwei Kameras (8a, b) ein jeweiliges Überwachungsbild (6a, b) eines gemeinsamen Überwachungsbereiches (10) auf und es wird überprüft, ob ein von mindestens zwei der Kameras (8a, b) gemeinsam detektiertes Objekt (14) Rauch ist. Ein Computerprogramm enthält Programmcode-Mittel um alle Schritte des genannten Verfahrens durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer und/oder auf einer genannten Anlage ausgeführt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Anlage zur videobasierten Erkennung von Rauch, sowie ein entsprechendes Verfahren und ein Computerprogramm. Herkömmliche, nicht videobasierte Rauchmelder lösen erst ab einer Mindestrauchdichte aus. Ist der Rauchmelder zum Beispiel an einer Raumdecke angebracht, muss auch dort die zur Auslösung nötige Rauchdichte auftreten. Flammen und Rauch sind jedoch häufig bereits vorher optisch sichtbar. Dies führt auf die grundlegende Idee, eine videobasierte Erkennung von Rauch durchzuführen. Das heißt, mindestens eine Kamera, insbesondere eine Videokamera, für eine Rauch- beziehungsweise Branderkennung anhand der erzeugten Bilder, Videobilder bzw. Videofilme (im folgenden allgemein als "Überwachungsbilder" bezeichnet) zu benutzen. Die von der Kamera erzeugten Überwachungsbilder bieten einige zusätzliche Informationen gegenüber nicht videobasierten Rauchmeldern: Anhand von Überwachungsbildern, beispielsweise einem übertragbaren Videobild, können zum Beispiel Einsatzkräfte Zusatzinformationen über Art und Position von Bränden einsehen, Brandmeldungen können verifiziert werden. Die Kamera kann neben der Rauch- beziehungsweise Branderkennung auch für weitere Zwecke eingesetzt werden, es kann also eine Doppel- beziehungsweise Mehrfachnutzung der Kamera stattfinden. Beispielsweise kann die Kamera in einem herkömmlichen Videoüberwachungssystem z.B. zur Zugangskontrolle, Personenschutz usw., genutzt werden. Zudem ist es mit videobasierten Rauch- beziehungsweise Brandmeldern möglich, auch derartige Bereich auf Brände zu überwachen, bei denen klassische, also nicht videobasierte, Brandmeldesysteme nicht oder nur schlecht funktionieren, beispielsweise in Außenbereichen oder sehr großen Räumen.
Ein Hauptproblem, welches handelsübliche bekannte videobasierte Branderkennungssysteme in der Praxis aufweisen, ist die im Vergleich zu nicht videobasierten Branderkennungssystemen höhere Fehlalarmrate.
Aus dem Artikel „Verstockt at al.; A multi-view localization framework for 3D fire analysis; Fire Safety Journal; 2011" ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Multikamerasystem für die Lokalisierung und Größenabschätzung von Flammen in einem dreidimensionalen Raum verwendet wird.
Offenbarung der Erfindung:
Im Rahmen der Erfindung wird eine Anlage zur videobasierten Erkennung von Rauch mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren zur videobasierten Erkennung von Rauch mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 und ein Computerprogramm mit den Merkmalen des Anspruchs 13 vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Anlage zur videobasierten Erkennung von Rauch. Die Anlage weist eine Schnittstelle auf. Die Schnittstelle dient zur Eingabe beziehungsweise Einspeisung von Überwachungsbildern in die Anlage. Die Überwachungsbilder werden von mindestens zwei Kameras geliefert. Jede der Kameras dient zur jeweiligen Aufnahme von Überwachungsbildern. Die Überwachungsbilder der Kameras bilden einen gemeinsamen Überwachungsbereich ab. Insbesondere sind also mindestens zwei der Kameras bezüglich ihres Blickfeldes auf einen gemeinsamen räumlichen Bereich einer Umgebung, nämlich den Überwachungsbereich, ausgerichtet, um diesen in den Überwachungsbildern abzubilden. Die Anlage enthält außerdem ein Verifikationsmodul. Das Verifikationsmodul ist dazu ausgebildet, zu überprüfen, ob ein von mindestens zwei der Kameras gemeinsam detektiertes Objekt Rauch ist. Das Verifikationsmodul überprüft also einerseits, ob mindestens zwei der Kameras tatsächlich ein und dasselbe reale Objekt gemeinsam detektieren bzw. abbilden. Andererseits überprüft es, ob dieses eine Objekt tatsächlich Rauch ist. Nur wenn beide Kriterien erfüllt sind, wird tatsächlich Rauch erkannt.
Die von einer jeweiligen der Kameras detektierten Objekte können auch unterschiedliche reale Objekte sein oder das gemeinsam detektierte Objekt kann kein Rauch sein. In jedem dieser Fälle schlägt die oben genannte Überprüfung fehl und es wird kein Rauch erkannt. Die "Erkennung" von Rauch erfolgt insbesondere konkret dadurch, dass in der Anlage ein Erkennungssignal für Rauch nur dann aktiviert wird bzw. ist, wenn die oben genannte Überprüfung erfolgreich ist. Das Erkennungssignal wird dann zum Beispiel weiterverarbeitet oder ausgegeben.
Die Erfindung beruht auf folgenden Überlegungen: Bei bekannten Produkten oder Veröffentlichungen, die eine videobasierte Branderkennung betreffen, werden keine Kalibrierungsinformationen, das heißt Ortsinformationen der Kameras und/oder der in den Überwachungsbildern abgebildeten Objekte, ausgewertet beziehungsweise auch für die Raucherkennung benutzt. Gemäß der Erfindung werden daher zwei Kriterien abgeprüft, nämlich: Erstens, Ob zwei der Kameras unabhängig voneinander ein jeweiliges Objekt detektieren, und ob diese von der jeweiligen Kamera detektierten Objekte auch tatsächlich das physikalisch selbe eine Objekt darstellen. Und Zweitens, ob dieses gemeinsame bzw. eine selbe Objekt tatsächlich Rauch ist. Somit besteht eine Redundanz bezüglich der mindestens zweiten Kamera, was die Erkennungssicherheit für Rauch in der Anlage erhöht.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Anlage ein Positionsmodul. Dieses dient zur Erkennung der Lage des Objekts in einem räumlichen Bezugssystem. Die Lage ist insbesondere dessen Raumkoordinaten und die räumliche Ausrichtung. Das Positionsmodul ist dazu ausgebildet, anhand der ermittelten Lagen jeweiliger, d.h. von der jeweiligen Kamera unabhängig voneinander detektierter, Objekte zu überprüfen, ob die jeweiligen Objekte das selbe gemeinsam detektierte Objekt sind. Insbesondere erfolgt also eine Überprüfung, ob die jeweiligen Lagen der von den jeweiligen Kameras detektierten jeweiligen Objekte eine gemeinsame Lage aufweisen, d.h. sich die Objekte – im Rahmen erlaubter Toleranzen – am selben Ort befinden. Bei erfolgreicher Überprüfung ist sichergestellt, dass ein von mindestens zwei der Kameras gemeinsam detektiertes Objekt vorliegt. Das Verifikationsmodul ist daher dazu ausgebildet, unter Zuhilfenahme des Positionsmoduls zu überprüfen, ob das von mindestens zwei der Kameras gemeinsam detektierte Objekt vorliegt.
Insbesondere wird vom Positionsmodul auch die Gestalt und die Raumlage des Objekts, insbesondere in einem gemeinsamen Bezugssystem beider Kameras, ermittelt. Das Positionsmodul erkennt also die Lage jeweils eines Objektes, welches von jeweils einer der Kameras detektiert wurde. Das Positionsmodul überprüft, ob – insbesondere in einem gemeinsamen Bezugssystem – beide erkannten Lagen übereinstimmen und es sich daher um dasselbe gemeinsam detektierte Objekt handelt.
In einer Variante dieser Ausführungsform ist das Positionsmodul dazu ausgebildet, die Erkennung der Lage des Objekts anhand einer 3D-Rekonstruktion aus mindestens einem, vorzugsweise zwei der Überwachungsbilder durchzuführen. Durch die 3D-Rekonstruktion kann eine 3D-Lage des Objekts in einem räumlichen Bezugssystem ermittelt werden, um abschließend durch das Verifikationsmodul beide Lagen auf Übereinstimmung hin zu überprüfen. Vorrichtungen bzw. Verfahren zur 3D-Rekonstruktion sind allgemein bekannt und üblich. Auf diese kann dann zurückgegriffen werden.
In einer weiteren Variante der genannten Ausführungsform ist das Positionsmodul dazu ausgebildet, zu jeder der Kameras, mit deren Hilfe ein jeweiliges Objekt in deren Überwachungsbild detektiert wird, einen jeweiligen räumlichen Projektionskegel entlang der optischen Achse der Kamera zu ermitteln, der die flächige Ausdehnung des erkannten Objekts quer zur optischen Achse der Kamera umschreibt und dessen Spitze in der Kamera liegt. Das Positionsmodul ist weiterhin dazu ausgebildet, zu erkennen, ob die Projektionskegel eine räumliche Schnittmenge in Form eines Überlagerungsbereiches aufweisen. Existiert eine solche Schnittmenge, d.h. in diesem Fall, ist der Überlagerungsbereich dem gemeinsamen detektierten Objekt zugeordnet. Der Überlagerungsbereich ist dann das gemeinsame Objekt oder ist ein Teil des gemeinsamen Objektes oder das gemeinsame Objekt ist Teil des Überlagerungsbereiches. Der Projektionskegel verläuft entlang der optischen Achse der Kamera. Mit Hilfe der räumlichen Projektionskegel und der Feststellung derer Schnittmenge sowie der Lage der Schnittmenge im Raum ist ein einfaches Verfahren gegeben, um in Form des Überlagerungsbereiches sowohl festzustellen, dass ein gemeinsam detektiertes Objekt vorliegt, als auch wo dieses zu finden ist, nämlich am Ort des Überlagerungsbereiches, also bei dessen Lage.
In einer Variante dieser Ausführungsform weist die Anlage eine weitere Schnittstelle auf oder die o.g. Schnittstelle ist weitergebildet. Die Schnittstelle dient zur Eingabe einer jeweiligen optischen Achse der jeweiligen Kamera. Insbesondere wird der Verlauf der optischen Achse bzw. deren Lage im Raum eingegeben. Das Positionsmodul ist dazu ausgebildet, zur Ermittlung der Projektionskegel ein Abbild des abgebildeten Objekts in einem jeweiligen der Überwachungsbilder zu ermitteln und den Projektionskegel durch räumliche Strahlprojektion des Abbildes, ausgehend von einer vorgebbaren Spitze des Projektionskegels, in Richtung der optischen Achse der zugehörigen Kamera zu ermitteln. Auf diese Weise kann durch eine einfache Strahlprojektion ausgehend vom Überwachungsbild der Projektionskegel ermittelt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Anlage ein Detektormodul. Dieses ist dazu ausgebildet, mit Hilfe eines Überwachungsbildes ein jeweiliges Objekt im Überwachungsbereich zu detektieren und jeweils für sich als Rauch – oder eben nicht als Rauch – zu klassifizieren. Das Verifikationsmodul ist dazu ausgebildet, die Überprüfung, ob das gemeinsam detektierte Objekt Rauch ist, anhand des Detektormoduls durchzuführen. Nur wenn die zum realen Objekt gehörenden von den Kameras individuell detektierten Objekte allesamt als Rauch klassifiziert werden, kann auch das reale, gemeinsam detektierte Objekt Rauch sein. Gemäß dieser Ausführungsform wird also bereits für jede der betreffenden Kameras einzeln bzw. für jedes einzelne, von einer einzelnen Kamera detektierte Objekt überprüft, ob dieses Rauch ist. Somit ist bereits seitens des Detektormoduls sichergestellt, dass mindestens zwei der Kameras jeweils für sich ein Objekt in Form von Rauch detektiert haben. Nur wenn alle zugehörigen Kameras, die ein gemeinsames Objekt detektieren, jede für sich das Objekt als Rauch klassifiziert, kann das gemeinsame Objekt – ggf. unter Zuziehung weiterer genannter Kriterien – als Rauch erkannt werden. Wenn dagegen zumindest eine der Kameras ein von dieser detektiertes Objekt nicht als Rauch erkennt, wird das Verifikationsmodul das zugehörige reale Objekt auch nicht als Rauch erkennen, d.h. scheidet dieses Objekt als potentieller Rauch aus.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Anlage ein Geschwindigkeitsmodul. Dieses ist dazu ausgebildet, eine dem Objekt eigene Geschwindigkeit zu ermitteln und zu überprüfen, ob die Geschwindigkeit innerhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitsbereiches für Rauch liegt. Der vorgebbare Geschwindigkeitsbereich enthält dann alle möglichen denkbaren Geschwindigkeiten, mit denen sich Rauch bewegen könnte, z.B. für die konkreten Gegebenheiten im Überwachungsbereich 10. Das Verifikationsmodul ist dann dazu ausgebildet, die Überprüfung, ob das gemeinsam detektierte Objekt Rauch ist, anhand des Geschwindigkeitsmoduls durchzuführen. Die dem Objekt eigene Geschwindigkeit ist eine Geschwindigkeit, mit welcher sich das Objekt selbst bewegt und/oder mit welcher Bewegungen innerhalb oder am Objekt stattfinden. Die Geschwindigkeitsermittlung kann hierbei im Rahmen des Überwachungsbildes stattfinden, wobei dann eine Geschwindigkeit innerhalb der Abbildung des Objekts beziehungsweise des abgebildeten Objekts ermittelt wird. Die Geschwindigkeitsermittlung kann sich aber auch auf das reale Objekt selbst beziehen. Die Geschwindigkeit ist dann eine absolute tatsächlich im realen Raum, in welchem sich das reale Objekt befindet, gültige Geschwindigkeit.
In einer Variante dieser Ausführungsform ist das Geschwindigkeitsmodul dazu ausgebildet, eine Bildgeschwindigkeit für eine dem abgebildeten Objekt eigene Bewegung in einem Bildkoordinatensystem eines jeweiligen der Überwachungsbilder zu ermitteln und die dem Objekt eigene Geschwindigkeit als reale Geschwindigkeit anhand mindestens einer der zugehörigen Bildgeschwindigkeiten zu ermitteln. Die reale Geschwindigkeit ist die Geschwindigkeit am realen Objekt im realen Bezugssystem, in dem sich das Objekt befindet. Die Bildgeschwindigkeit ist diejenige innerhalb des Überwachungsbildes im Bildkoordinatensystem. Die Ermittlung der realen Geschwindigkeit des realen Objekts erfolgt indirekt anhand der zuvor ermittelten Bildgeschwindigkeit am abgebildeten Objekt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Anlage mindestens ein Paar von Kameras auf, wobei die Kameras bezüglich ihrer optischen Achsen quer zueinander ausgerichtet sind. Quer bedeutet insbesondere rechtwinklig im Sinne erlaubter Toleranzen. Der Winkel ist hierbei der Winkel, unter dem sich die Achsen schneiden oder im Falle windschiefer Achsen der Winkel, unter dem sich die beiden Achsen schneiden, wenn sie entlang ihres Abstandes parallel aufeinander zu verschoben werden. Gemäß dieser Ausführungsform weisen also die Kameras quer zueinander verlaufende Blickrichtungen auf. Da die Kameras jeweils auf den Überwachungsbereich ausgerichtet sind, wird also der Überwachungsbereich aus zwei quer zueinander verlaufenden Blickrichtungen beobachtet. Dies liefert erstens einen alternativen Blickwinkel, der ggf. zusätzliche Bildinformationen zum Objekt bietet. Zweitens sind so für eine Bewegungs- bzw. Geschwindigkeitsdetektion zwei quer zueinander liegende Vektorkomponenten ermittelbar. Anstelle eines Paares können auch drei Kameras verwendet werden, welche jeweils paarweise zueinander quer im obigen Sinne angeordnet sind. Die drei Kameras sind dann auf alle möglichen drei Raumdimensionen aufgeteilt und spannen mit den gelieferten Überwachungsbildern einen vollen 3D-Überwachungsraum auf. Der betreffende Überwachungsbereich wird dann aus drei jeweils quer zueinander verlaufenden Blickrichtungen beobachtet.
Diese Ausführungsform beruht auf folgenden Überlegungen. Eine typische Störung für die videobasierte Raucherkennung kann in einem Fall auftreten, in dem sich Personen von einer Kamera wegbewegen. Projiziert auf den 2D-Kamerachip beziehungsweise das Überwachungsbild bedeutet dies eine Bewegung, die auch eine Rauchbewegung sein könnte, da sie beispielsweise im Bild „nach oben“ gerichtet erscheint. Für eine zweite Kamera jedoch mit Blickrichtung beziehungsweise optischer Achse quer zur ersten Kamera, ergäbe sich für dasselbe Objekt, also die sich bewegende Person, ein "seitwärts" – und nicht "nach oben", wie für Rauch erwartet – gerichteter Bewegungsvektor. Das Objekt würde dann nicht als Rauch detektiert, da die Bewegung nicht in beiden Bildern in der erwarteten Richtung stattfindet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Verifikationsmodul dazu ausgebildet, drei Kriterien zu überprüfen: a) Zunächst wird überprüft, ob das Detektormodul mit Hilfe der Überwachungsbilder mindestens zweier der Kameras unabhängig voneinander ein jeweiliges Objekt im Überwachungsbereich detektiert und jeweils als Rauch klassifiziert. b) Es wird überprüft, ob das Positionsmodul erkennt, dass sich die jeweiligen unabhängig voneinander detektierten Objekte in einem gemeinsamen räumlichen Überlagerungsbereich befinden und daher ein gemeinsames Objekt darstellen bzw. das selbe Objekt sind. c) Es wird überprüft, ob die vom Geschwindigkeitsmodul ermittelte, dem gemeinsamen Objekt eigene Geschwindigkeit innerhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitsbereiches für Rauch liegt. Nur wenn alle drei Kriterien a) bis c) erfüllt sind, wird Rauch tatsächlich erkannt.
Insbesondere wird also ein Erkennungssignal für Rauch in der Anlage nur bei erfolgreicher Überprüfung sämtlicher drei Kriterien aktiviert. Insbesondere wird hierbei auch Gestalt und Raumlage des Überlagerungsbereiches, zum Beispiel im Bezug auf ein Bezugssystem, ermittelt. Gemäß dieser Verfahrensvariante wird zur Raucherkennung beziehungsweise Rauchverifikation ein Multikamerasystem aus mindestens zwei Kameras verwendet. Anhand beider bzw. jeder einzelnen der im System verwendeten Kameras wird zunächst individuell eine Raucherkennung durchgeführt. Jedes dabei detektierte Objekt muss individuell pro Kamera als Rauch klassifiziert werden. Die Raucherkennung kann generell aus verschiedenen Methoden und Merkmalen bestehen, wie beispielsweise aus Farbanalysen, Texturanalysen und so weiter. Gemäß der vorliegenden Erfindungsvariante wird im System jedoch auch untersuch, beziehungsweise ist es auch erforderlich, dass dabei auch eine Bewegungs-, insbesondere Aufstiegsgeschwindigkeit von Rauch untersucht wird. Dies kann zum Beispiel durch Anwendung des Horn-Schunck-Verfahrens durchgeführt werden, welches beispielsweise aus „Horn und Schunck; Determining optical flow; 1980“ bekannt ist. Bei diesem wird berücksichtigt, dass sich Rauch typischerweise „nach oben“ bewegt. Innerhalb der Rauchsäule erzeugt das Horn-Schunck-Verfahren nach oben gerichtete Bewegungsvektoren.
Gemäß der Verfahrensvariante müssen nun zunächst mindestens zwei Kameras des Branderkennungssystems Rauch detektieren. Weiterhin wird aus den zweidimensionalen Raucherkennungsbildern, die von den Kameras erstellt wurden, ein 3D-Überlagerungsbereich gebildet, z.B. in dem die erkannten 2D-Rauchflächen in den Raum projiziert werden. Dabei entsteht ein Sichtkegel. Als zweites Kriterium wird daher definiert, dass sich die beiden Sichtkegel überlagern bzw. einen gemeinsamen Raumbereich beinhalten müssen. Mit anderen Worten wird z.B. über eine 3D-Rekonstruktion das Objekt, also der potentielle Rauch bzw. Brand genau lokalisiert und dadurch weiter verifiziert. Durch eine optionale Erweiterung auf mehrere Kameras kann das System noch genauer gemacht werden oder Redundanzen eingefügt werden.
Weiterhin kann, z.B. durch die 2D-3D-Projektion von der im Bild gemessenen 2D-Aufstiegsgeschwindigkeit von Rauch, die 3D-Bewegungsgeschwindigkeit der tatsächlichen Rauchsäule ermittelt werden. Diese ermittelte reale Aufstiegsgeschwindigkeit wird mit einem vorgebbaren Geschwindigkeitsbereich verglichen. Beispielsweise wird für Rauch eine typische Aufstiegsgeschwindigkeit von 0,5 m/s plus/minus einem üblichen Toleranzmaß angenommen, um den Geschwindigkeitsbereich festzulegen. Als drittes Kriterium wird dann festgestellt, dass sich die ermittelte, insbesondere rekonstruierte reale Aufstiegsgeschwindigkeit des Rauchs – also die Absolutgeschwindigkeit im realen Raum – auch in dieser Größenordnung befindet. Falls die rekonstruierte Bewegungsgeschwindigkeit in einer anderen Größenordnung liegt, kann angenommen werden, dass es sich trotz Erfüllung der Kriterien a) und b) doch nicht um Rauch handelt. Ein entsprechender Alarmkandidat in Form eines festgestellten Objekts kann dann zurückgewiesen werden, um einen Fehlalarm zu vermeiden.
In einer Variante dieser Ausführungsform sind das Detektormodul zur Detektion des Objekts und Klassifikation des Objekts als Rauch und/oder das Positionsmodul zur Erkennung des Überlagerungsbereiches und/oder das Geschwindigkeitsmodul zur Ermittlung der realen Geschwindigkeit jeweils derart ausgebildet, dass sie die entsprechende Detektion, Klassifikation, Erkennung und Ermittlung jeweils anhand einer Bildverarbeitung mindestens eines der Überwachungsbilder durchführen. Mit anderen Worten benutzen die drei Module also Bildverarbeitung zur jeweiligen Durchführung ihrer Aufgaben.
Insbesondere sind alle Kameras der Anlage auf den Überwachungsbereich ausgerichtet. Insbesondere sind die Kameras zueinander in einem ortsfesten gemeinsamen Bezugssystem registriert beziehungsweise kalibriert, das heißt, zumindest deren Relativlage zueinander beziehungsweise zum Überwachungsbereich ist bekannt. Das Bezugssystem ist zum Beispiel ein Bezugssystem einer oder mehrerer der Kameras oder des Überwachungsbereiches, eines Gebäudes oder ein sonstiges ortsfestes Bezugssystem. Vorzugsweise handelt es sich bei den verwendeten Kameras also um kalibrierte Kameras. Bekannt sind beispielsweise Kameras, welche eine entsprechende Kalibrierungsmöglichkeit automatisch mit sich bringen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur videobasierten Erkennung von Rauch, vorzugsweise mit Hilfe einer oben genannten Anlage. Im Verfahren nehmen mindestens zwei Kameras ein jeweiliges Überwachungsbild eines gemeinsamen Überwachungsbereiches auf. Außerdem wird überprüft, ob ein von mindestens zwei der Kameras gemeinsam detektiertes Objekt tatsächlich Rauch ist.
Das Verfahren wurde sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der oben genannten Anlage auch bezüglich seiner Vorteile erläutert.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Computerprogramm. Dieses weist Programmcodemittel auf, um alle Schritte nach dem oben genannten Verfahren durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer und/oder auf einer oben genannten Anlage ausgeführt wird.
Das Computerprogramm wurde sinngemäß bereits im Zusammenhang mit der oben genannten Anlage und dem Verfahren auch bezüglich seiner Vorteile erläutert.
Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figur. Dabei zeigt in einer schematischen Prinzipskizze:
1 eine Anlage zur videobasierten Erkennung von Rauch.
1 zeigt eine Anlage 2, die zu einer videobasierten Erkennung von Rauch dient. Die Anlage 2 weist eine Schnittstelle 4a auf. Diese dient zur Eingabe von Überwachungsbildern 6a, b in die Anlage 2. Die Überwachungsbilder 6a, b werden von jeweiligen Kameras 8a, b aufgenommen. Beide Kameras 8a, b sind dabei auf einen gemeinsamen Überwachungsbereich 10 ausgerichtet. Dieser ist ein im Beispiel ein Raumbereich eines Innenraumes eines nicht dargestellten Gebäudes. Die Überwachungsbilder 6a, b bilden den Überwachungsbereich 10 jeweils vollständig aus verschiedenen Blickwinkeln beziehungsweise Blickrichtungen entlang ihrer optischen Achsen 24a, b ab. Im Überwachungsbereich befindet sich ein reales Objekt 14. Im Beispiel handelt es sich dabei um eine Rauchsäule.
Die Anlage 2 weist ein Verifikationsmodul 12 auf. Dieses ist dazu ausgebildet, unter Zuhilfenahme der Überwachungsbilder 6a, b zu überprüfen, ob das Objekt 14 von beiden Kameras 8a, b gemeinsam detektiert ist und ob dieses Objekt 14 Rauch ist. Nur wenn beide Bedingungen erfüllt sind, wird in der Anlage 2 ein Erkennungssignal 16 aktiviert. Das Vorliegen eines aktiven Erkennungssignals 16 bedeutet, dass von der Anlage 2 Rauch in Form des Objekts 14 erkannt wurde.
Die beiden Kameras 8a, b bilden ein Paar von Kameras, welche bezüglich ihrer optischen Achsen 24a, b quer zueinander ausgerichtet sind. Das heißt, der Winkel ☐, unter welchem sich die optischen Achsen 24a, b schneiden ist zumindest im Rahmen einer erlaubten Fehlertoleranz ein rechter Winkel.
Die Anlage 2 weist weiterhin ein Positionsmodul 18 auf, welches mit dem Verifikationsmodul 12 kommuniziert beziehungsweise zusammenarbeitet. Das Positionsmodul 18 dient zur Erkennung der Lage des Objekts 14 in einem räumlichen Bezugssystem 20, das hier ein am Innenraum des Gebäudes befestigtes Koordinatensystem ist. Die Kamera 8a erzeugt ein Überwachungsbild 6a des Überwachungsbereiches 10. Das Überwachungsbild enthält daher ein erstes Abbild 26a des Objekts 14, d.h. die Kamera 8b sieht ein erstes Objekt 15a. Die Kamera 8b erzeugt ein Überwachungsbild 6b des Überwachungsbereiches 10. Das Überwachungsbild enthält daher ein zweites Abbild 26b des Objekts 14, d.h. die Kamera 8b sieht ein zweites Objekt 15b. Das Positionsmodul 18 führt nun folgende Überprüfung durch: Zunächst wird eine Lage La des Objekts 15a, ausgehend vom Überwachungsbild 6a bzw. der Kamera 8a ermittelt. Weiterhin wird eine Lage Lb des Objekts 15b, ausgehend vom Überwachungsbild 6b bzw. der Kamera 8b ermittelt. Die Lagen La und Lb werden auf ihre Übereinstimmung im gemeinsamen Bezugssystem 20 hin überprüft, das heißt es wird überprüft, ob die Lagen La und Lb im Rahmen eines zulässigen Toleranzmaßes zusammenfallen und daher zumindest annähernd die gleiche gemeinsame Lage L annehmen. Falls ja, wird hieraus geschlossen, dass es sich bei den von den einzelnen Kameras 8a, b unabhängig voneinander detektierten Objekten 15a, b um ein und dasselbe reale Objekt 14 handelt, welches dann die Lage L im Bezugssystem 20 aufweist. Das Verifikationsmodul nutzt die entsprechenden Informationen des Positionsmoduls 18 und aktiviert das Erkennungssignal nur bei erfolgreicher Überprüfung (gemeinsames Objekt 14 mit Lage L).
Die Lagen La beziehungsweise Lb ermittelt das Positionsmodul 18 hierbei optional anhand einer 3D-Rekonstruktion aus den Überwachungsbildern 6a, b.
Eine alternative Möglichkeit besteht darin, nicht die jeweiligen Einzellagen La, Lb der Objekte 15a, b zu bestimmen, sondern wie folgt vorzugehen: Das Positionsmodul 18 ermittelt zu jeder der Kameras 6a, b einen jeweiligen Projektionskegel 22a, b. Dieser Projektionskegel 22a, b verläuft entlang der jeweiligen optischen Achse 24a, b der jeweiligen Kamera 8a, b. Der jeweilige Projektionskegel 22a, b umschreibt hierbei jeweils die flächige Ausdehnung des von der jeweiligen Kamera 8a, b detektierten Objekts 15a, b quer zur optischen Achse 24a, b. Das heißt die Umfangslinie des jeweiligen Projektionskegels 22a, b ist eine skalierte Abbildung der Umfangslinie des jeweiligen Abbildes 26a, b des jeweils detektierten Objektes 15a, b im Überwachungsbild 6a, b. Mit anderen Worten weist der jeweilige Projektionskegel 22a, b senkrecht zu dessen optischer Achse 24a, b eine Querschnittsfläche auf, die die skalierte Querschnittsfläche des Abbildes 26a, b des jeweiligen Objekts 15a, b darstellt. Die Spitze 28a, b des jeweiligen Projektionskegels 22a, b liegt in der jeweiligen Kamera 8a, b.
Das Positionsmodul 18 ist weiterhin dazu ausgebildet, zu erkennen, ob die beiden Projektionskegel 22a, b eine räumliche Schnittmenge in Form eines Überlagerungsbereiches 30 (in 1 gestrichelt angedeutet) aufweisen. Falls ein derartiger Überlagerungsbereich 30 existiert, wird dieser dem gemeinsam detektierten Objekt 14 zugeordnet. Die Lage L des Überlagerungsbereiches ist die Lage L des Objekts 14. Mit anderen Worten ist dadurch gezeigt, dass die einzeln detektierten Objekte 15a, b dem gleichen gemeinsamen Objekt 14 entsprechen.
Das Verifikationsmodul nutzt die entsprechenden Informationen des Positionsmoduls 18 und aktiviert das Erkennungssignal nur bei erfolgreicher Überprüfung (gemeinsames Objekt 14, Lage L).
Optional weist die Anlage 2 eine weitere Schnittstelle 4b auf, über welche die jeweilige optische Achse 24a, b beziehungsweise deren Raumlage bzw. Verlauf in die Anlage 2 eingegeben wird. Als Bezugssystem hierfür dient z.B. wieder das gemeinsame Bezugssystem 20. Das Positionsmodul 18 ist dann dazu ausgebildet, zur Ermittlung der Projektionskegel 22a, b das jeweilige Abbild 26a, b der jeweils in den Überwachungsbildern 6a, b abgebildeten Objekte 15a, b zu ermitteln. Der Projektionskegel 22a, b wird dann durch Strahlprojektion der Abbilder 26a, b, ausgehend von der jeweiligen Spitze 28a, b in Richtung der optischen Achsen 24a, b gebildet beziehungsweise ermittelt.
Die Anlage 2 umfasst außerdem ein Detektormodul 32. Das Detektormodul 32 ist dazu ausgebildet, in einem jeweiligen Überwachungsbild 6a, b ein jeweiliges Objekt 15a, b in Form des Abbildes 26a, b überhaupt zu detektieren beziehungsweise als solches Objekt zu erkennen. Weiterhin ist es dazu ausgebildet, ein erkanntes Objekt 15a, b in Form des Abbildes 26a, b dahingehend zu überprüfen, ob es sich bei dem Objekt 15a, b um Rauch handelt. Mit anderen Worten wird also das jeweilige Abbild 26a, b jeweils für sich als Rauch klassifiziert oder nicht. Das Verifikationsmodul 12 nutzt die entsprechenden Informationen des Detektormoduls 32 und aktiviert das Erkennungssignal 16 nur bei erfolgreicher Überprüfung (jedes der Abbilder 26a, b ist als Rauch klassifiziert).
Die Anlage 2 enthält außerdem ein Geschwindigkeitsmodul 34. Dieses ist dazu ausgebildet, eine dem realen tatsächlich vorhandenen Objekt 14 eigene Geschwindigkeit 36 zu ermitteln. Bei der Geschwindigkeit 36 handelt es sich also um die tatsächliche im Bezugssystem 20 real vorhandene Geschwindigkeit am realen Objekt 14. Weiterhin überprüft das Geschwindigkeitsmodul 34, ob die ermittelte Geschwindigkeit 36 innerhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitsbereiches für Rauch liegt. Dieser liegt im Beispiel bei 0,4 m/s bis 0,6 m/s. Das Verifikationsmodul 12 nutzt die entsprechenden Informationen des Geschwindigkeitsmoduls 34 und aktiviert das Erkennungssignal 16 nur bei erfolgreicher Überprüfung (die Geschwindigkeit 36 ist eine für Rauch typische Geschwindigkeit).
Das Geschwindigkeitsmodul 34 ist alternativ dazu ausgebildet, an den jeweiligen Abbildern 26a, b der Objekte 14a, b Bildgeschwindigkeiten 38a, b zu ermitteln. Dies sind dem jeweiligen abgebildeten Objekt eigene Geschwindigkeiten im jeweiligen Bildkoordinatensystem der Überwachungsbilder 6a, b. Das Geschwindigkeitsmodul 34 ist weiterhin dazu ausgebildet, aus den entsprechenden Bildgeschwindigkeiten 38a, b die reale Geschwindigkeit 36 zu ermitteln, welche dann im realen Objekt 14a, b vorliegt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Artikel „Verstockt at al.; A multi-view localization framework for 3D fire analysis; Fire Safety Journal; 2011“ [0003]

Claims

Anlage (2) zur videobasierten Erkennung von Rauch, mit einer Schnittstelle (4a) zur Eingabe von Überwachungbildern (6a, b) mindestens zweier Kameras (8a, b) zur jeweiligen Aufnahme der Überwachungsbilder (6a, b) eines gemeinsamen Überwachungsbereiches (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (2) ein Verifikationsmodul (12) enthält, das dazu ausgebildet ist, unter Zuhilfenahme der Überwachungsbilder (6a, b) zu überprüfen, ob ein von mindestens zwei der Kameras (8a, b) gemeinsam detektiertes Objekt (14) Rauch ist.
Anlage (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (2) ein Positionsmodul (18) zur Erkennung der Lage (L) des Objekts (14) in einem räumlichen Bezugssystem (20) enthält, das dazu ausgebildet ist, anhand der ermittelten Lagen (La, b) jeweiliger von einzelnen der Kameras (8a, b) detektierter Objekte (15a, b) zu überprüfen, ob die jeweiligen detektierten Objekte (15a, b) das selbe gemeinsam detektierte Objekt (14) sind, und dass das Verifikationsmodul (12) dazu ausgebildet ist, unter Zuhilfenahme des Positionsmoduls (18) zu überprüfen, ob das von mindestens zwei der Kameras (8a, b) gemeinsam detektiertes Objekt (14) vorliegt.
Anlage (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsmodul (18) dazu ausgebildet ist, die Erkennung der Lage (L) des Objekts (14) anhand einer 3D-Rekonstruktion aus mindestens einem der Überwachungsbilder (6a, b) durchzuführen.
Anlage (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Positionsmodul (18) dazu ausgebildet ist, zu jeder der Kameras (8a, b), mit deren Hilfe ein jeweiliges Objekt (15a, b) in deren Überwachungsbild (6a, b) detektiert wird, einen jeweiligen räumlichen Projektionskegel (22a, b) entlang der optischen Achse (24a, b) der Kamera (8a, b) zu ermitteln, der die flächige Ausdehnung des erkannten Objekts (15a, b) quer zur optischen Achse (24a, b) der Kamera (8a, b) umschreibt, und dessen Spitze (28a, b) in der Kamera (8a, b) liegt, und zu erkennen, ob die Projektionskegel (22a, b) eine räumliche Schnittmenge in Form eines Überlagerungsbereiches (30) aufweisen, der in diesem Fall dem gemeinsam detektierten Objekt (14) zugeordnet ist.
Anlage (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (2) eine Schnittstelle (4b) zur Eingabe einer jeweiligen optischen Achse (24a, b) der jeweiligen Kamera (8a, b) aufweist, und das Positionsmodul (18) dazu ausgebildet ist, zur Ermittlung der Projektionskegel (22a, b): ein Abbild (26a, b) des abgebildeten Objekts (15a, b) in einem jeweiligen der Überwachungsbilder (6a, b) zu ermitteln, und den Projektionskegel (22a, b) durch räumliche Strahlprojektion des Abbildes (26a, b) ausgehend von einer vorgebbaren Spitze (28a, b) des Projektionskegels (22a, b) in Richtung der optischen Achse (24a, b) der zugehörigen Kamera (8a, b) zu ermitteln.
Anlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (2) ein Detektormodul (32) enthält, das dazu ausgebildet ist, mit Hilfe eines Überwachungsbildes (6a, b) ein jeweiliges Objekt (15a, b) im Überwachungsbereich (10) zu detektieren und als Rauch zu klassifizieren, und das Verifikationsmodul (12) dazu ausgebildet ist, die Überprüfung, ob das gemeinsam detektierte Objekt (14) Rauch ist, anhand des Detektormoduls (32) durchzuführen.
Anlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (2) ein Geschwindigkeitsmodul (34) enthält, das dazu ausgebildet ist, eine dem Objekt (14) eigene Geschwindigkeit (36) zu ermitteln, und zu überprüfen, ob die Geschwindigkeit (36) innerhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitsbereiches für Rauch liegt, und dass das Verifikationsmodul (12) dazu ausgebildet ist, die Überprüfung, ob das gemeinsam detektierte Objekt (14) Rauch ist, anhand des Geschwindigkeitsmoduls (34) durchzuführen.
Anlage (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Geschwindigkeitsmodul (34) dazu ausgebildet ist, eine jeweilige Bildgeschwindigkeit (38a, b) für eine dem jeweiligen abgebildeten Objekt (15a, b) eigene Bewegung in einem Bildkoordinatensystem eines jeweiligen der Überwachungsbilder (6a, b) zu ermitteln, und die dem Objekt (14) eigene Geschwindigkeit (36) als reale Geschwindigkeit anhand der mindestens einer der zugehörigen Bildgeschwindigkeiten (38a, b) zu ermitteln.
Anlage (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese mindestens ein Paar von Kameras (8a, b) enthält, die bezüglich ihrer optischen Achsen (24a, b) quer zueinander ausgerichtet sind.
Anlage (2) nach Anspruch 2 in Verbindung mit den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verifikationsmodul (12) dazu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob a) das Detektormodul (32) mit Hilfe der Überwachungsbilder (6a, b) mindestens zweier der Kameras (8a, b) unabhängig voneinander ein jeweiliges Objekt (15a, b) im Überwachungsbereich (10) detektiert und jeweils als Rauch klassifiziert, b) das Positionsmodul (18) erkennt, dass sich die jeweiligen unabhängig voneinander detektierten Objekte (15a, b) in einem gemeinsamen räumlichen Überlagerungsbereich (30) befinden und ein gemeinsames Objekt (14) darstellen, c) die vom Geschwindigkeitsmodul (34) ermittelte, dem gemeinsamen Objekt (14) eigene Geschwindigkeit (36) innerhalb eines vorgebbaren Geschwindigkeitsbereiches für Rauch liegt, und Rauch nur dann zu erkennen, wenn alle Kriterien a) bis c) erfüllt sind.
Anlage (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektormodul (32) zur Detektion des Objektes (15a, b) und Klassifikation als Rauch, und/oder das Positionsmodul (18) zur Erkennung des Überlagerungsbereiches (30) und/oder das Geschwindigkeitsmodul (34) zur Ermittlung der realen Geschwindigkeit (38) jeweils anhand einer Bildverarbeitung mindestens eines der Überwachungsbilder (6a, b) ausgebildet sind.
Verfahren zur videobasierten Erkennung von Rauch, vorzugsweise mit Hilfe einer Anlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem mindestens zwei Kameras (8a, b) ein jeweiliges Überwachungsbild (6a, b) eines gemeinsamen Überwachungsbereiches (10) aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass überprüft wird, ob ein von mindestens zwei der Kameras (8a, b) gemeinsam detektiertes Objekt (14) Rauch ist.
Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte nach dem Verfahren des Anspruchs 12 durchzuführen, wenn das Programm auf einem Computer und/oder auf einer Anlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgeführt wird.