DE19525875A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Feststellung von Personenzahl und Gegenständen innerhalb eines zu überwachenden Raumes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Feststellung der Anzahl von Per­ sonen und/bzw. Gegenständen innerhalb eines zu überwachenden Rau­ mes. Dabei kann der Raum der Bereich vor und einer automatischen Tür, d. h. der sicherheitsrelevante Bereich sein, oder aber auch eine Durch­ gangsschleuse mit einem Zugangskontrollsystem sein. Die von einer op­ toelektronisch arbeitenden Vorrichtung erfaßten Personen bzw. Gegen­ stände werden einer Auswerteeinheit in Verbindung mit einer Zutrittskon­ trolleinrichtung zur Verarbeitung weitergeleitet.

Aus der DE 36 23 792 C1 ist eine Einrichtung zur Feststellung der Perso­ nenzahl und Richtung innerhalb eines zu überwachenden Raumes oder einer Durchgangsschleuse bekannt geworden. Bei dieser Einrichtung wird durch Infrarotsensoren ein Sensorfeld erzeugt, das als Vereinzelungskrite­ rium durch Detektion sich bewegender Körper in einer Auswerteeinheit eine Freigabe oder ein Sperrsignal an eine Zutrittskontrolleinrichtung er­ zeugt. Dabei sind die Infrarotsensoren vorzugsweise als Vorhang im Dec­ kenbereich installiert, um so sicherzustellen, daß eine auf dem Fußboden befindliche Person erkannt wird. Wollen beispielsweise mehr als eine Per­ son den zu überwachenden Bereich oder Raum betreten, so muß eine Person wieder den Raum verlassen, da z. B. zusätzliche Ultraschallsen­ soren kompromißlos anzeigen, ob der überwachte Bereich auch tatsäch­ lich geräumt worden ist. Dabei wird unter anderem die natürliche Wärme­ abstrahlung eines Menschen als Grundlage zur Auswertung genommen. Passive und aktive Infrarotsensoren können so in Täuschungsabsicht passierende Personen erkennen. Jede weitere hinzutretende Wärmequelle wird von den passiven Sensoren erkannt. Das System als solches lernt die Grenzwerte für die Sperrung bzw. Freigabe durch das korrekte Begehen von Einzelpersonen. Jede aus dem gelernten Muster herausfallende Be­ gehung wird deshalb abgewiesen, d. h. die Tür zum Sicherheitsbereich bleibt geschlossen und die gegenüberliegende Tür wird zum Verlassen geöffnet. Es wird dabei die natürliche Infrarotstrahlung der Person elektro­ nisch verarbeitet und an einen Rechner weitergegeben. Die Auswertung wird dann gestartet, sobald eine Person erkannt wird. Dabei wird zusätz­ lich über mehrere Algorithmen die Anzahl der passierenden Personen festgestellt.

Die Aufnahmetechnik ist eine Teildisziplin der elektrischen Kommunika­ tionstechnik. Dieses hat die Aufgabe, bewegte, optische Szenen mono­ chrom oder farbig qualitativ so hochwertig zu übertragen und wiederzuge­ ben, daß der Nachrichtenempfänger einen möglichst wirklichkeitsgetreuen Eindruck des Geschehens erhält. Es ist dabei von der farbigen, bewegten Vorlage, wie sie z. B. von der Optik einer Kamera geliefert wird, auszuge­ hen. Diese beinhaltet vier Signalparameter wie die Ortskoordinaten X und Y, die Wellenlänge Lambda und die Zeit. Dabei muß aus der vierdimensio­ nalen Videoinformation eine Reduktion der Parameter auf eine eindimen­ sionale elektrische Signalspannung erreicht werden, die dann elektrisch beliebig weit übertragen werden kann. Dieser Prozeß bedeutet, daß die einzelnen Farbtöne in entsprechende Grauwerte eines monochromen Bil­ des umgewandelt werden, wie sie allgemein bekannt von der Schwarz- Weiß-Fotografie sind. Aus der farbigen Szene wird also ein bewegtes Schwarz-Weiß-Bild erzeugt, das nur die Helligkeitswerte der einzelnen Farben enthält. Es entsteht dabei die sogenannten Luminanz. Diesen im ersten Augenblick kompliziert erscheinenden Vorgang erzeugt in einfacher Art und Weise die fotoelektrische Schicht des Bildwandlers (z. B. Kamera, Röhre oder Halbleiterchip).

Im Prinzip ist der Informationsgehalt der Luminanz unendlich groß. Die ört­ liche Quantisierung eines Bildes ist dabei so festgelegt, daß sich horizontal und vertikal die gleiche Auflösung ergibt. Hierzu sind entsprechend qua­ dratische Bildpunkte, die sogenannten Pixel, erforderlich.

Die Fortschritte in der Technologie der integrierten Schaltungen machen es mittlerweile möglich, Strukturen im Mikrometerbereich zu realisieren. Der allgemeine Entwicklungstrend in Richtung hoch integrierter Schaltun­ gen führte dabei zu Bildgeberanordnungen, die ohne Vakuumgefäß und Elektrodenabtaststrahl auskommen. Linien und flächenhafte Anordnungen einer Großzahl von Halbleitersensorelementen ermöglichen den Bau äußerst kompakter und robuster Bildgeber. Diese Bildgeber bestehen aus zeilen- und spaltenförmig angeordneten Sensorelementen, von denen je­ des ein Pixel darstellt. Im Prinzip können das

• - Fotodioden
• - CCD-Arrays (Charge Coupled Device) oder
• - CID-Arrays (Charge Injection Device)

sein.

Um zu einem hinreichend hohen Lichtwirkungsgrad zu kommen, müssen auch Festkörpersensoren nach dem Speicherprinzip arbeiten. Dieses hat zur Folge, daß durch die kontinuierliche Lichteinwirkung Ladungen aufzu­ bauen sind, die dann in geeigneter Weise umgeschichtet und herausgele­ sen werden müssen. Dieses geschieht z. B. in der Art, daß im Sensorteil aufgenommene Bild wird sehr schnell in den vom Licht abgedeckten Spei­ cherteil verschoben und von dort zeilenweise in das Ausleseregister wei­ tergeschoben.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, den sicheren Stand der Technik dahin­ gehend zu verbessern, daß eine kostengünstigere Herstellung eines sol­ chen zu überwachenden Bereiches möglich ist.

Die Lösung der Erfindung wird dadurch erreicht, daß sämtliche passiven und ein Teil der aktiven Infrarotsensoren entfallen und nur eine intelligente Videotechnik bei gleichzeitigem Höchstmaß an Sicherheit sowohl für den zu überwachenden Raum als auch für die Personen gewährleistet ist.

Als optoelektronisch arbeitende Vorrichtung wird deshalb eine CCD-Ka­ mera (Charge Coupled Device) verwendet, die vorzugsweise im Decken­ bereich installiert wird. Dabei kann es notwendig werden, daß aufgrund der Größe des zu überwachenden Raumes oder der Durchgangsschleuse nicht nur eine CCD-Kamera, sondern mehrere verwendet werden müssen. Dabei erfaßt die CCD-Kamera ein Überwachungsfeld, welches mit einem identifizierbaren Muster versehen ist. Das Überwachungsfeld ist nicht nur der Fußboden, sondern beinhaltet auch den zumindest bodennahen Be­ reich der angrenzenden Wände oder Türen. Bei den Türen kann das Überwachungsfeld so weit hochgezogen werden, wie kein Glas in den Türen vorhanden ist, weil hierdurch entsprechend unerwünschte Refle­ xionen auftreten können. Man kann sich deshalb das Überwachungsfeld quasi als eine Wanne, die den Boden und den angrenzenden bodennahen Bereich der Wände und Türen erfaßt, vorstellen.

Damit die CCD-Kamera ein entsprechend definitives identifizierbares Refe­ renzbild erhalten kann, darf der Bereich des Überwachungsfeldes nicht in einer Uni-Farbe ausgeführt werden. Wird er in einer Uni-Farbe ausgeführt, so sind zusätzliche Markierungen in Form von Streifen oder sonstigen Mustern anzubringen. Als eindeutig identifizierbares Muster haben sich jedoch alle herkömmlichen Bodenbeläge, wie Parkett, Fliesen, Steine, Teppichböden usw. erwiesen. All diese Materialien geben kein einheit­ liches Bild für die CCD-Kamera und sind somit aufgrund der Digitalisierung mit unterschiedlichen Grauwerten, die digitalisiert werden und damit als Pixel für den Rechner zur Verarbeitung zur Verfügung stehen, behaftet. Von dem erfaßten Referenzbild können so aufgrund der in einem Rechner abgelegten Algorithmen auch kleinste Abweichungen einzelnen Pixel und deren Anordnungsdichte und ggf. auch deren Form festgestellt werden und in einem Berechtigungsmustervergleich in einer Einheit mit den zuvor er­ lernten und abgespeicherten Referenzbildern verglichen werden.

Stellt die Berechtigungsmustervergleichseinheit Abweichungen fest, so wird die eintretende Person nicht in den Genuß kommen, daß die Tür zum Sicherheitsbereich sich öffnet, sie wird vielmehr abgewiesen und muß den zu überwachenden Bereich oder Raum wieder verlassen.

Die Pixelabweichungen werden dabei durch komplementäre Markierungen des erfaßten Musters innerhalb des Überwachungsfeldes ermittelt und verarbeitet. Dabei ist es wichtig, daß zum Schutz des Objektes die erfaß­ ten und gesendeten Bilder eines leeren Raumes ein gewisses Grundrau­ schen aufweisen müssen. Hierdurch kann sichergestellt werden, daß bei­ spielsweise nicht das Objektiv der Kamera durch eine Abdeckung abge­ deckt wird. Diese Abdeckung würde nicht die vorermittelte Grundrausch­ grenze verletzten und somit die Manipulation offen legen und die Sicher­ heitstür zum Sicherheitsbereich nicht öffnen.

Um erhöhte Sicherheitsbereiche auch noch innerhalb des Überwachungs­ feldes zu schaffen, ist es möglich, das Überwachungsfeld in unterschied­ liche mehrere Überwachungsflächen einzuteilen. Aufgrund der im Rechner abgelegten Ablaufprogramme und deren Algorithmen kann somit für einen ganz bestimmten Bereich ein höheres Sicherheitsniveau erreicht werden, bzw. es können auch solche Flächen, die nicht unbedingt relevant sind oder die Überwachung erschweren oder gar behindern, von der Überwa­ chung ausgeschlossen werden. Gleichzeitig ist über die Software das Überwachungsfeld einstellbar. Durch diese Maßnahme können unter­ schiedliche Raumgrößen und damit Überwachungsfelder angepaßt wer­ den.

Um auch Personen oder Gegenstände zu erkennen, die eine sehr ähnliche Farbe wie der Boden des zu überwachenden Bereiches aufweisen, und um gleichzeitig lange Rechenzeiten des Rechners zu eliminieren, wird zum Mittel der komplementären Bereiche gegriffen. Durch diese Maßnahme, die für die Kamera sichtbar, jedoch für das Auge weitgehend unsichtbar ist, kann eindeutig erkannt werden, daß das zuvor erlernte Muster des Refe­ renzbildes beim Betreten des Überwachungsfeldes verletzt wird. In einem solchen Falle wird der Zutritt zum Sicherheitsbereich verwehrt. Hierbei können die empfangenen Bilder und Muster in unterschiedlichen Grauwer­ ten, die digitalisiert werden (z. B. zwischen 0 und 255) differenziert wieder­ gegeben werden. Die Muster brauchen nicht gradlinig sein, es ist jede denkbare Form möglich, nur ist es für die eindeutige Identifizierung hilf­ reich, wenn sie sich annähernd scharfkantig abbilden, weil dadurch im Wege der Komplementierung der Bilder eine nicht manipulierbare Überprü­ fung durchgeführt werden kann. So eignen sich auch Markierungen oder z. B. Logos an Türen im bodennahen Bereich ohne weiteres, um als identi­ fizierbares Muster erkannt zu werden.

Durch die Verwendung einer CCD-Kamera kann somit auf passive und aktive Infrarottechnik und darüber hinaus auch Ultraschallsensoren ver­ zichtet werden. Aufgrund der Tatsache, daß die ermittelten unterschied­ lichen Muster des Überwachungsfeldes bzw. -bereiches digitalisiert und dazu das Komplementär gebildet wird, ist es möglich, jede Art von her­ kömmlichem Bodenbelag zu verwenden und gleichzeitig ein Höchstmaß an Sicherheit für das Objekt zu garantieren.

Die Erfindung wird anhand eines schematisch dargestellten möglichen Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Zu überwachender Raum in der Schnittdarstellung, Seiten­ ansicht

Fig. 2 Zu überwachender Raum in der Draufsicht.

Der zu überwachende Raum 1 wird von den Wänden 15, 16 und den bei­ den Türen 2, 3 seitlich begrenzt. Die Wände 15, 16 und die Türen 2, 3 schließen damit die Grundfläche des Bodens 4 ein, d. h. sie umschließen diesen Bereich. In der darüber befindlichen Decke 5 ist eine Kamera 6, vorzugsweise ein CCD-Array eingebaut, das so eingebaut ist, daß sein Abstrahlkegel einen Überwachungsbereich 7 in der Form aufnimmt, daß sowohl der Boden 4 als auch die Überwachungsfläche 8 der Tür 3 sowie die Überwachungsfläche 10 der Tür 2 und der Wände 9 mit einbezogen sind. Um Manipulationen auszuschließen, ist es deshalb notwendig, nicht nur den Boden 4 als Überwachungsfeld anzusehen, sondern auch im bo­ dennahen Bereich die Überwachungsflächen 8, 9, 10. In diesem Falle ist es nicht möglich, daß z. B. durch Manipulation eine geschlossene Tür simuliert wird, weil dadurch aufgrund des Verfahrens die Berechtigungs­ mustervergleichseinheit ein anderes Muster als ursprünglich erlernt in die­ sen Bereichen durch die Bildung des Komplementärbildes erkennen würde.

Um jedoch auch den Bereich des Bodens 4 noch in mehr oder weniger sicherheitsrelevante Überwachungsfelder 11, 12, 13, 14 aufzuteilen, kann über verschiedene Ablaufprogramme es sichergestellt werden, daß diese Bereiche, die einstellbar sind, entsprechend gesondert oder auch nicht überwacht werden.

Bezugszeichenliste

1 zu überwachender Raum
2 Tür
3 Tür
4 Fußboden
5 Decke
6 Kamera
7 Überwachungsbereich
8 Überwachungsfläche Tür
9 Überwachungsfläche Wand
10 Überwachungsfläche Tür
11 Überwachungsfläche
12 Überwachungsfläche
13 Überwachungsfläche
14 Überwachungsfläche

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Feststellung von Personenzahl und Gegenständen innerhalb eines zu überwachenden Raumes oder einer Durch­ gangsschleuse, die mit elektronischen Erfassungsmitteln ausge­ stattet ist, deren Informationsgehalt einer Auswerteeinheit und Zu­ trittskontrolleinrichtung zur Verarbeitung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung von Objekten, wie Personen­ zahl und/bzw. Gegenständen mindestens eine optoelektronisch arbeitende Vorrichtung verwendet wird, und ein Überwachungsfeld (7) vorhanden ist, das mit einem identifizierbaren Muster versehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronisch arbeitende Vorrichtung eine Videokamera ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optoelektronisch arbeitende Vorrichtung eine CCD-Kamera ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsfeld (7) den Fußboden (4) und mindestens im bo­ dennahen Bereich die angrenzenden Wände und Türen umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachungsfeld (7) in mehrere unterschiedliche Überwa­ chungsflächen (11, 12, 13, 14) unterteilt werden kann.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeich­ net, daß über die Auswerteeinheit die Größe der Überwachungs­ flächen (11, 12, 13, 14) eingestellt werden kann.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zutrittskontrolleinrichtung mit einem Rechner ausge­ stattet ist, der das Muster des erfaßten Überwachungsfeldes (7) in unterschiedliche Grauwerte digitalisiert und nach einem Ablaufpro­ gramm mit einem gespeicherten Muster vergleicht.

8. Verfahren zur Beurteilung einer Einrichtung zur Feststellung von der Personenzahl und den vorhandenen Gegenständen gemäß den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswerteeinheit die Meßergebnisse der CCD-Kamera zur Ermittlung von Pixelbildern des zu überwachenden Raumes zuge­ leitet werden und mit Hilfe eines Konturgebers die Abweichung einzelner Pixel von einem erfaßten Referenzbild und deren Anord­ nungsdichte und ggf. deren Form festgestellt und die Werte an eine Berechtigungsmustervergleichseinheit zur Verarbeitung wei­ tergegeben werden.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pixelabweichungen durch komplementäre Markierungen des erfaßten Musters inner­ halb des Überwachungsfeldes sichergestellt wird.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pixel eines leeren Raumes ein Grundrauschen aufweisen müssen.