DE19525875A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Feststellung von Personenzahl und Gegenständen innerhalb eines zu überwachenden Raumes - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Feststellung von Personenzahl und Gegenständen innerhalb eines zu überwachenden RaumesInfo
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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
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.
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Publications (1)
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Country Status (1)
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