DE19603935A1 - Verfahren zum Erkennen von Änderungen in einem Überwachungsbereich - Google Patents
Verfahren zum Erkennen von Änderungen in einem ÜberwachungsbereichInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von der Gattung, wie im unabhängigen
Patentanspruch 1 wiedergegeben.
Im Rahmen der Sicherheitstechnik werden Videobildfolgen auf
zeitliche Änderungen im Bildinhalt überwacht, um
Alarmsituationen aus den Änderungen zu erkennen.
Üblicherweise werden im Bild lokale Bereiche festgelegt, bei
denen man davon ausgehen kann, daß im Ruhefall keine
Veränderungen durch Personen oder Sachen in diesem
Bildbereich stattfinden. Treten nun in diesen vordefinierten
lokalen Bereichen Veränderungen auf, so schließt man auf
einen Eindringling und gibt eine Meldung ab. Die Veränderung
innerhalb der beobachteten Bereiche, wird in herkömmlicher
Weise festgestellt, indem man die mittlere Helligkeit in dem
Bereich mißt und anschließend mit der mittleren Helligkeit
des nachfolgenden Bildes im gleichen Bereich vergleicht.
Weichen die mittleren Helligkeiten der beiden verglichenen
Bilder signifikant voneinander ab, so hat man ein
Meldungskriterium. Die Signifikanz kann willkürlich durch die
Definition einer Schwelle festgelegt werden. Sind die
überwachten Bereiche groß gegenüber einer eindringenden
Person, so sind die Helligkeitsänderungen durch das Eintreten
einer Person in die überwachten Bildbereiche verhältnismäßig
klein. Üblicherweise werden die überwachten Bereiche durch
eine rechteckige oder andere geometrische Aufteilung
unterteilt und die Helligkeitsänderung in jedem der
Unterbereiche getrennt gemessen.
Haben diese Unterbereiche,
im folgenden Detektorzellen genannt, ähnliche Größe wie die
Abbildung eines Menschen auf der Videobildfläche, so geht man
von einer sicheren Änderung der mittleren Helligkeit einer
Detektorzelle durch das Eintreten einer Person in einen
solchen Bereich aus (Gefahrenmeldesysteme / Harald Fuhrmann -
Heidelberg: Hüthig 1992, S. 82f).
Dieses Grundverfahren aller herkömmlichen Videosensoren hat
jedoch einige prinzipielle Nachteile. Globale Änderungen der
Helligkeit führen selbstverständlich auch zu einer Änderung
der mittleren Helligkeit in den Detektorzellen. So führt eine
Wolke, die sich bei Wind vor die Sonne schiebt, oder das
Einschalten einer Beleuchtungsquelle zu signifikanten
Änderungen der mittleren Helligkeit. Andererseits kann es
vorkommen, daß eine Detektorzelle auf einen homogenen
Untergrund gerichtet ist, z. B. auf Asphalt eines zu
überwachenden Hofes. Ein Eindringling, der bewußt oder
unbewußt Kleidung mit ähnlich homogener Helligkeit trägt,
ändert zwar immer noch die mittlere Helligkeit bei Eindringen
in die Detektorzelle, möglicherweise hat die Änderung aber
nicht mehr die notwendige Signifikanz.
Weiterhin ist zu beachten, daß die Videokameras so
positioniert werden, daß sie in Freigeländeanlagen einen
möglichst weiten Entfernungsbereich überwachen. Eine Person
am oberen Bildschirmrand wird somit deutlich kleiner
abgebildet als am unteren Bildschirmrand. Dies kann dazu
führen, daß die Person wieder kleiner ist als die Größe der
Detektorzelle, was zu einer abnehmenden Empfindlichkeit der
Anordnung führt. Weiterhin hat man den Effekt, daß wenn sich
die Person bereits innerhalb der Detektorzelle befindet und
sich darin bewegt, die Detektorzelle aber nicht verläßt,
keine signifikanten mittleren Helligkeitsunterschiede
auftreten.
Die oben genannten Eigenschaften machen die Beobachtung von
mittleren Helligkeitswerten in definierten Bildbereichen als
alleiniges Detektionskriteriums ungeeignet. Es werden deshalb
viele nachgeschaltete Verfahren angewendet, um die
Auswertung von Änderungen in den Detektorzellen für eine
Alarmverifizierung sicher zu machen. Auf diese Verfahren soll
nicht weiter eingegangen werden.
Der Anmeldungsgegenstand mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1 hat folgenden Vorteil:
Die Signifikanz von Änderungen in einem abbildbaren überwachungsbereich läßt sich besser erkennen. Dies wird dadurch erreicht, daß nicht mehr die mittlere Helligkeit innerhalb einer Detektorzelle als Änderungsgröße herangezogen, sondern der zeitliche Korrelationskoeffizient einer Detektionszelle als Meßgröße verwendet wird.
Die Signifikanz von Änderungen in einem abbildbaren überwachungsbereich läßt sich besser erkennen. Dies wird dadurch erreicht, daß nicht mehr die mittlere Helligkeit innerhalb einer Detektorzelle als Änderungsgröße herangezogen, sondern der zeitliche Korrelationskoeffizient einer Detektionszelle als Meßgröße verwendet wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen
Ansprüchen angegeben.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es ist gezeigt in
Fig. 1 Eine Detektorzelle mit beliebigem Bildinhalt zu
verschiedenen Zeitpunkten x und y;
Fig. 2 Dieselbe Detektorzelle mit veränderten
Helligkeitswerten zu den verschiedenen Zeitpunkten x und y;
Fig. 3 Dieselbe Detektorzelle mit verändertem Bildinhalt,
aber unveränderter durchschnittlicher Helligkeit zu den
verschiedenen Zeitpunkten x und y;
Fig. 4 Ein Überblick zur Erläuterung der hier verwendeten
Begriffe.
Fig. 4 zeigt von oben nach unten schematisch einen
Überwachungsbereich UB, eine Abbildung AB des
Überwachungsbereiches UB mit einer Abbildungszelle AZ und
schließlich einen Detektorbereich DB, der eine Detektorzelle
DZ aufweist, die in Detektorzellelemente DE unterteilt ist.
Das Abbilden des überwachungsbereiches UB (aufgrund
sichtbarer und/oder unsichtbarer Strahlung) erfolgt so, daß
die Abbildung AB in der Ebene des Detektorbereiches DB liegt.
Entsprechend ist der Abbildungszelle AZ die Detektorzelle DE
zugeordnet.
Fig. 1 zeigt eine Detektorzelle DZx zur Zeit x
beziehungsweise dieselbe Detektorzelle DZy zur Zeit y. Sie
weist beispielhaft 6×6 Detektorzellelementen auf. In jedem
Detektorzellelement DE₁₁, . . ., DEmn ist ein Helligkeitswert (d. h.
Strahlungsintensitätswert) H₁₁, . . ., Hÿ, . . ., Hmn
angegeben, der beispielsweise von 0 bis 100 schwanken kann
(vergleiche Fig. 2 und 3). Die Helligkeitswerte einer
Detektorzelle DZ bilden einen Satz von Helligkeitswerten. Die
mittlere Helligkeit wird durch Addition der Hel
ligkeitswerte über alle Detektorzellelemente DE einer
Detektorzelle DZ ermittelt.
(i = 1, . . ., m; j = 1, . . ., n)
Man erkennt sofort, daß eine andere Anordnung der auf die
Detektorzellelemente abgebildeten Pixel (Bildpunkte) zu einer
deutlichen Veränderung des Bildinhaltes führt, aber nicht zu
einer Änderung der mittleren Helligkeit führen muß, wenn wie
in Fig. 3 die Helligkeiten von Bildpunkten lediglich
miteinander vertauscht sind. Man erkennt weiterhin, daß eine
Multiplikation aller Helligkeitswerte mit einer Konstanten,
z. B. mit k = 1,1 zu einer linearen Änderung der mittleren
Helligkeit führt, was zum Beispiel durch einfache
Beleuchtungsänderung hervorgerufen wird. Fig. 2 zeigt dafür
ein Beispiel, bei dem die Helligkeitswerte zur Zeit y
lediglich um geringe Beträge von 6 bis 9 gegenüber der Zeit x
angehoben sind.
Besser lassen sich signifikante Änderungen entsprechend der
Erfindung bei Nutzung-des Korrelationskoeffizienten erkennen.
Der Korrelationskoeffizient ist definiert als
wobei σ die Standardabweichung darstellt und x und y die
unterschiedlichen Zeitpunkte angeben, zu denen die
Detektorzellen betrachtet werden. Der Korrelationskoeffizient
berücksichtigt die Lage der Detektorzellelement-Helligkeiten
in der Detektorzelle, er gilt als ein Maß der Ähnlichkeit von
örtlich unveränderten, aber zeitlich aufeinander folgenden
Detektorzellelementen der Detektorzelle. Ist die Ähnlichkeit
perfekt, so ist ρxy = 1; ist keinerlei Ähnlichkeit vorhanden,
dann ist ρxy = 0. Globale Helligkeitsänderungen haben keinen
Einfluß auf die Ähnlichkeit, der Korrelationskoeffizient
ändert sich im Gegensatz zur mittleren Helligkeit nicht. Ein
Umgruppieren der auf die Detektorzellelemente geworfenen
Bildpunkte bei gleichbleibender mittlerer Helligkeit führt
jedoch zu einer Änderung der Ahnlichkeit und hat eine
signifikante Änderung des Korrelationskoeffizienten zur
Folge. Die Nutzung dieser Mehrinformation vermeidet somit die
oben genannten Einflüsse und dient als Basis für
weitergehende Verfahren oder als alleiniges Meldekriterium.
Claims (5)
1. Verfahren zum Erkennen von Änderungen in einem abbildbaren
überwachungsbereich (UB) mit Hilfe von zeitlich aufeinander
folgenden Abbildungen (AB), von denen jeweils eine örtlich
gleichbleibende Abbildungszelle (AZ) einer Detektorzelle (DZ)
zugeordnet ist und von einem gleichbleibenden Raster von
Detektorzellelementen (DE) abgetastet wird, indem von den
Detektorzellelementen (DE) Helligkeitswerte (H₁₁, . . .,
Hmn) jeweils zu den zeitlich aufeinander folgenden
Abbildungszellen (Az) gemessen werden, so daß Sätze von
elektrischen Helligkeitssignalen entstehen, die ausgewertet
werden, um bei Erfüllung eines vorgegebenen Kriteriums ein
Meldesignal abzugeben,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei der Auswertung aus den Helligkeitswerten (H₁₁, . . .,
Hmn) zweier aufeinander folgender Sätze der
Korrelationskoeffizient gebildet und bei Unterschreiten eines
vorgegebenen Schwellwertes ein Signal abgegeben wird, das zur
Erzeugung des Meldesignals herangezogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Signal unmittelbar als Meldesignal dient.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Signal als eines von mehreren Signalen dient, die zur
Erzeugung des Meldesignals herangezogen werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Helligkeitswerte (H₁₁, . . ., Hmn) vor der Bildung des
Korrelationskoeffizienten unterschiedlich gewichtet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schwellwert für unterschiedliche Detektorzellen (DZ)
innerhalb eines Detektorbereiches unterschiedlich ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19603935A DE19603935A1 (de) | 1996-02-03 | 1996-02-03 | Verfahren zum Erkennen von Änderungen in einem Überwachungsbereich |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE19603935A1 true DE19603935A1 (de) | 1997-08-07 |
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ID=7784447
Family Applications (1)
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Country Status (1)
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