DE19749136A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von BewegungenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vor
richtung zum automatischen Erfassen von Bewegungen in einer Szene
wie etwa dem Blickfeld einer Videokamera. Zur Gebäude- und
Geländesicherung werden häufig elektronische Sicherheitsanlagen
eingesetzt. Fernsehanlagen dienen in diesem Zusammenhang dazu,
dem ggf. vorhandenen Wachpersonal einen optischen Überblick über
das Geschehen vor Ort zu verschaffen. Da aber ständiges Beobach
ten von Videomonitoren nicht zumutbar ist, werden in der Regel
Bewegungsmelder eingesetzt, die dem Wachpersonal ein Ereignis
bzw. eine Bewegung vor Ort signalisieren. Häufig werden hierzu
Video-Bewegungsmelder eingesetzt, die Bewegungen vor Ort auf
elektronischem Wege durch geeignete Auswertungen des von der
Kamera gelieferten Videosignals erkennen. Ein solches Verfahren
ist z. B. in DE 32 14 254 A beschrieben.
Die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Erfassen von Bewe
gungen werten lediglich die Helligkeitsinformation einer Szene
aus. Dabei ergibt sich das Problem, daß es insbesondere bei
Außenüberwachungen viele Änderungen in der überwachten Szene
gibt, die nicht durch zu erkennende Objekte wie etwa Personen
oder Fahrzeuge, sondern durch Beleuchtungsschwankungen aller Art
verursacht werden. Ursachen solcher Beleuchtungsschwankungen
können z. B. Wolken sein, die die Sonne verdecken, aber auch
Schatten durch Wind bewegter Bäume, das An- und Ausgehen von
vorübergehender Beleuchtung, z. B. durch die Scheinwerfer von an
einer in Dämmerlicht beobachteten Szene vorbeifahrenden Fahr
zeugen, etc. Solche Beleuchtungsänderungen, die nicht die gesamte
beobachtete Szene gleichmäßig erfassen, sind auf elektronischem
Wege schwer von sich bewegenden Personen oder Fahrzeugen zu
unterscheiden. Bei den meisten bekannten Bewegungserfassungs
verfahren und -vorrichtungen werden die Unterschiede zwischen den
zu erkennenden und den zu ignorierenden Szenenänderungen so gut
wie möglich herausgearbeitet, z. B. durch automatische Mu
stererkennung, damit die Unterscheidung so sicher wie möglich
erfolgen kann. Bei diesen Verfahren muß stets die Information von
einer sehr großen Zahl von Bildpunkten gemeinsam verarbeitet
werden, um ein zu suchendes Muster halbwegs sicher zu erkennen.
Hierfür ist ein erheblicher Rechenaufwand erforderlich, der mit
der Zahl der gemeinsam zu überwachenden Punkte überproportional
ansteigt. Dennoch können leicht Fehler bei der Erkennung auf
treten, z. B. wenn das zu erkennende Muster in der Szene teilweise
verdeckt ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen anzugeben, die bereits
anhand einzelner Bildpunkte eine erheblich zuverlässigere Beur
teilung des Vorliegens einer Bewegung gestatten als die herkömm
lichen Verfahren und Vorrichtungen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrich
tung gemäß den unabhängigen Ansprüchen.
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, zum Erfassen von Bewegun
gen Farbeigenschaften oder einen Farbwert eines Punktes durch
Messen von dessen Helligkeit in wenigstens zwei verschiedenen
Spektralbereichen zu messen und die gemessenen Helligkeitswerte
als einen Vektor aufzufassen. Wenn sich nur die Beleuchtung des
Punktes verändert, so verändern sich die verschiedenen Hellig
keitswerte jeweils proportional, d. h. der dem Punkt zugeordnete
Vektor verändert seine Länge. Ändert sich aber der Farbton des
betreffenden Punktes, so führt dies zu einer Drehung des Vektors.
Der durch die Drehung bedingte Abstand der Vektoren wird
ermittelt, und wenn er einen vorgegebenen Grenzwert überschrei
tet, wird entschieden, daß eine Bewegung vorliegt.
Der Abstand kann auf unterschiedliche Weise gemessen werden, z. B.
als Winkelabstand, als kartesischer Abstand oder nach einer
beliebigen anderen geeigneten Metrik.
Die Dimension n' des Vektorraumes, in dem die Vektoren bestimmt
werden, kann der Zahl n der bestimmten Helligkeitswerte entspre
chen, sie kann auch um eins kleiner sein.
In letzterem Fall ist es bevorzugt, die Vektoren im n'-di
mensionalen Vektorraum durch Lineartransformieren der jeweils n
Helligkeitswerte mit einer Transformationsmatrix zu bestimmen,
die in jeder Zeile Koeffizienten mit positivem und negativem
Vorzeichen enthält. Die so erhaltenen Vektorkomponenten ändern
sich bei einer reinen Helligkeitsänderung relativ wenig, bei
einer Farbänderung dafür aber stark.
Die Summe der Koeffizienten einer Matrixzeile ist vorzugsweise 0,
in diesem Fall sind die erhaltenen Vektorkomponenten völlig
unempfindlich gegen Änderungen der Helligkeit eines unbunten
Punktes der überwachten Szene. Alternativ ist es zweckmäßig,
einen in der beobachteten Szene vorherrschenden Farbton zu wählen
und die Koeffizienten so zu wählen, daß die Lineartransformation
dieses Farbtons 0 ergibt. Dadurch lassen sich Szenen mit einer
ausgeprägten Farbe oder unter farbiger Beleuchtung zuverlässiger
überwachen.
Es ist erfindungsgemäß besonders bevorzugt, die Helligkeitswerte
denjenigen Spektralbereichen zu bestimmen, mit denen auch
herkömmliche Videokameras arbeiten. Diese Spektralbereiche können
die drei normierten Spektralbereiche R, G, B eines
Farbvideosignals sein, es können die von den CCD's einfacher
Karbvideokameras beobachteten Farben Cyan, Magenta, Gelb und Grün
sein, sie können jedoch auch abweichend davon gewählt werden,
z. B. wenn die Art der Beleuchtung oder die Färbung der zu
überwachenden Szene dies angezeigt erscheinen läßt. Zusätzlich
oder anstelle eines der genannten Spektralbereiche können auch
außerhalb des sichtbaren, im Infrarotem oder Ultravioletten
liegenden Spektralbereiche überwacht werden.
Wenn die gemessenen Spektralbereiche die Spektralbereiche R, G,
B sind, so erfolgt die Lineartransformation vorzugsweise in eines
der Koordinatensysteme U, V; I, Q; oder DB, DR. Die Definitionen
der Koordinatenachsen U, V; I, Q bzw. DB, DR sind aus der PAL-,
NTSC- oder SECAM-Fernsehnorm bekannt.
Wenn der einem Farbwert eines Punktes zugeordnete Vektor sehr
kurz ist, z. B. weil die Helligkeitswerte des Punktes in allen
beobachteten Spektralbereichen sehr klein sind, so ist die durch
den Vektor definierten Geraden mit relativ großen Unsicherheiten
behaftet, die dazu führen können, daß irrtümlich beim Vergleich
der Richtungen zweier Vektoren eine Bewegung erkannt wird, wo
keine vorliegt. Um solche Fehler zu vermeiden, ist bevorzugt, daß
unter den zwei einem Bildpunkt zugeordneten Vektoren der längere
als erster Vektor ausgewählt wird, da sich dessen Richtung
genauer bestimmen läßt.
Ein anderes Problem kann auftreten, wenn sehr intensiv beleuch
tete Bildpunkte untersucht werden müssen. Die Richtung eines
Vektors bei Änderungen der Beleuchtungsstärke bleibt dann unver
ändert, wenn die erfaßten Helligkeitswerte linear proportional
zur Beleuchtungsstärke sind. Dies ist nicht mehr der Fall, wenn
eine Sättigungsgrenze der zum Erfassen der Helligkeitswerte
verwendeten Sensoren überschritten wird. Dieses Problem läßt sich
umgehen, wenn in Schritt (a) m Helligkeitswerte in m ver
schiedenen Spektralbereichen zu diesem Zeitpunkt aufgenommen
werden; wenn einer der Helligkeitswerte oberhalb der Sättigungs
grenze liegt, die Helligkeitswerte des entsprechenden Spektral
bereiches verworfen werden und die Schritte (b) bis (d) an den
Helligkeitswerten derjenigen n Spektralbereiche durchgeführt
werden, deren Helligkeitswerte unterhalb der Sättigungsgrenzen
liegen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Be
zugnahme auf die beigefügten Figuren. Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Bewegungserfassungsvorrichtung,
Fig. 2 eine Darstellung eines dreidimensionalen Farbvektorrau
mes zur Veranschaulichung einer ersten Ausgestaltung
des Verfahrens,
Fig. 3 eine zweite Darstellung des dreidimensionalen Farbvek
torraumes zur Veranschaulichung der Verarbeitung von
Farbwerten über der Sättigungsgrenze,
Fig. 4 ein Flußdiagramm der zweiten Ausgestaltung des Ver
fahrens,
Fig. 5 eine Darstellung eines zweidimensionalen Vektorraumes
zur Veranschaulichung einer zweiten Ausgestaltung des
Verfahrens,
Fig. 6 ein Flußdiagramm der zweiten Ausgestaltung des Ver
fahrens.
Fig. 1 zeigt stark schematisiert eine erfindungsgemäße Bewe
gungserfassungsvorrichtung. Sie umfaßt eine auf eine Szene ge
richtete Farbvideokamera 1, eine Schnittstelle 3, die die von der
Kamera 1 aufgenommenen Bilder empfängt und als Folge digita
lisierter RGB-Datenwerte auf einen Bus 9 eines Datenverarbei
tungssystemes mit Schreiblesespeicher 5 und Recheneinheit 7
ausgibt. Die Daten jedes Bildpunktes werden im Schreiblesespei
cher 5 abgelegt. Die Recheneinheit 7 empfängt ebenfalls die von
der Schnittstelle ausgegebenen Daten für jeden Bildpunkt, liest
aus dem Schreiblesespeicher 5 zu einem früheren Zeitpunkt darin
abgespeicherte Daten desselben Bildpunktes und führt daran eine
Verarbeitung aus, die in Verbindung mit Fig. 2 und 3 genauer
beschrieben wird.
Die Kamera 1 gibt für jeden Bildpunkt drei Helligkeitswerte R, G,
B die (in willkürlichen Einheiten) Werte zwischen Null (Dun
kelheit) und Eins (maximales Signal) annehmen können. Die
Gesamtheit aller möglichen Wertetripel läßt sich veranschaulichen
als ein Würfel mit Kantenlänge 1 in einem dreidimensionalen
Vektorraum, wie er in Fig. 2 dargestellt ist.
Der Vektor A1 bezeichnet das von der Kamera für einen Bildpunkt
zu einem ersten Zeitpunkt ausgegebene Wertetripel. Verändert sich
die Beleuchtungsstärke an dem betrachteten Punkt um einen
gegebenen Faktor, so ändern sich alle drei Helligkeitswerte um
den gleichen Faktor. So kann z. B. bei einer Verstärkung der
Beleuchtung der Vektor A1 in den Vektor A2 übergehen. Findet an
dem betreffenden Punkt des Bildes eine Bewegung statt, so äußert
sich dies zumeist durch eine Änderung des Farbtons des Punktes.
Es wird dann eine neuer Vektor B erhalten, der nicht zu den
Vektoren A1, A2 parallel ist. Die Recheneinheit 7 bestimmt für den
betreffenden Bildpunkt
d = | B × A1 |/|A1|.
Dieser Ausdruck gibt die Länge des Lots von der Spitze des Vek
tors B zur durch den Vektor A1 definierten Geraden an. Wenn
dieser Abstand einen vorgegebenen Grenzwert E überschreitet, mit
anderen Worten, der Endpunkt des Vektors B außerhalb eines Zy
linders mit Radius E um den Vektor A1 liegt, entscheidet die
Recheneinheit 7, daß die Farbänderung auf eine Bewegung zurück
gehen muß und gibt ein entsprechendes Warnsignal aus.
Fig. 3 zeigt eine Variante dieses Verfahrens für den Fall, daß
einer der gemessenen Helligkeitswerte in der Nähe der
Sättigungsgrenze der Kamera 1 liegt. In Fig. 3 liegt der B-Wert
des Farbvektors A3 nahe bei 1 und somit im Sättigungsbereich der
Kamera. R- und G-Wert hingegen sind deutlich kleiner als 1, wie
die Projektion A3, des Vektors A3 in die RG-Ebene zeigt.
Wenn die Beleuchtungsstärke am Bildpunkt des Vektors A3 zunimmt,
so kann der gesättigte B-Wert nicht in dem selben Maße ansteigen,
wie R- und G-Wert, da der Wert 1, der dem Vollausschlag der
Kamera 1 entspricht, nicht überschritten werden kann. Dies hat
zur Folge, daß bei einer zunehmenden Beleuchtungsstärke der
Farbvektor nicht nur seine Länge, sondern auch seine Richtung
ändert, indem er z. B. von A3 nach A4 übergeht. Der Endpunkt des
Vektors A4 liegt deutlich außerhalb des A3 umgebenden Zylinders
Z3 mit Radius ε. Diesem Problem kann dadurch Rechnung getragen
werden, daß bei der Auswertung der Farbvektoren A3 und A4 die
gesättigten B-Werte kurzerhand unberücksichtigt bleiben. Der zu
betrachtende Vektorraum reduziert sich damit von den bisher drei
Dimensionen R, G, B auf die zwei Dimensionen R, G. Es sind somit
nicht mehr die Vektoren A3, A auf eine Richtungsänderung zu
untersuchen, sondern deren Projektionen A3', A4' in die RG-Ebene.
Wenn das Lot vom Endpunkt des Vektors A4' zur durch den Vektor A3'
festgelegten Geraden länger als der Radius E ist, d. h. der
Endpunkt von A4' außerhalb des 2ε breiten Streifens Z3' liegt, der
die Projektion des Zylinders Z3 in die RG-Ebene darstellt, so
entscheidet die Recheneinheit 7, daß eine Bewegung vorliegt. Im
vorliegenden Fall, in dem sich lediglich die Beleuchtungsstärke
geändert hat, sind die Änderungen der R- und G-Helligkeitswerte
proportional, so daß A3' und A4' kolinear sind. Es wird somit ent
schieden, daß keine Bewegung vorliegt.
Dieses Verfahren ist natürlich in gleicher Weise durchführbar,
wenn ein anderer der gemessenen Spektralbereiche gesättigt ist,
wobei dann die Projektion auf eine jeweils andere Ebene erfolgt.
Selbstverständlich können auch mehr oder andere als die drei
genannten Spektralbereiche erfaßt werden, insbesondere kann auch
die Helligkeit einer Szene im Infraroten oder Ultravioletten
gemessen werden. Für die Durchführbarkeit des Verfahrens genügt
es, wenn unter sämtlichen gemessenen Spektralbereichen zwei Stück
Helligkeitswerte unter der Sättigungsgrenze aufweisen.
Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm des anhand von Fig. 2 und 3
beschriebenen Verfahrens, bei dem allgemein in Spektralbereiche
untersucht werden.
In Schritt 41 empfängt die Recheneinheit 7 Helligkeitswerte H1 =
(H11, . . . H1m) von der Kamera 1. Im folgenden Schritt 42 liest sie
die zu demselben Punkt gehörigen Helligkeitswerte H2 = (H21, . . .
H2m) aus dem Speicher 5, in den sie bei der Übertragung des vor
hergehenden Bildes von der Kamera 1 eingetragen wurden. Anschlie
ßend (Schritt 43) werden die Helligkeitswerte H2 im Speicher mit
den Werten H1 überschrieben.
Die Recheneinheit bestimmt nun diejenigen Spektralbereiche i, für
die sowohl H1i als auch H2i unter der für den jeweiligen
Spektralbereich zutreffenden Sättigungsgrenze liegen (Schritt
44). Die so erhaltenen Werte mit eventuell reduzierter Komponen
tenzahl n werden zu Vektoren h1, h2 zusammengefaßt (Schritt 45).
Anschließend werden in Schritt 46 die Betragsquadrate h1 2 = h11 2
+. . .+ h1m 2 und h21 2 = h21 2+. . .+ h2n 2 bestimmt und miteinander vergli
chen. Wenn h2<h2 2, werden die beiden Vektoren vertauscht, so daß
h2 der Kürzere der beiden Vektoren ist. Das Betragsquadrat des
längeren wird in Schritt 48 mit einem Mindestwert verglichen. Ist
es kleiner als der Mindestwert, so wird entschieden, daß der
Vektor zu kurz ist, als daß sich seine Richtung mit zur Bewe
gungserfassung hinreichender Sicherheit bestimmen ließe. In die
sem Fall endet die Verarbeitung.
Alternativ kann in Schritt 48 das Betragsquadrat mit Null
verglichen und bei Gleichheit die Verarbeitung beendet werden.
Dieser Vergleich ist schneller durchzuführen als der mit einer
reellen Konstante E.
Ergibt jedoch Schritt 48, daß das Betragsquadrat von h2 groß
genug ist, um eine Bestimmung der Richtung des Vektors mit hin
reichender Sicherheit zu gestatten, (bzw. daß es nicht Null ist,)
so wird in Schritt 49 die Länge des Lots d vom Endpunkt des
Vektors h2 zu der durch h1 definierten Geraden berechnet. Hierzu
kann unabhängig von der Komponentenzahl der Vektoren die Formel
d = | (h2.e1) e1 - h2 |
mit
e1 = h1/|h1|
verwendet werden. In Schritt 50 wird die ermittelte Länge d mit
dem vorgegebenen Grenzwert ε verglichen. Wenn d kleiner ist, ist
das Verfahren für den betreffenden Bildpunkt beendet, und es kann
an einem weiteren Bildpunkt wiederholt werden. Wenn d größer ist,
gibt die Recheneinheit in Schritt 51 ein Signal aus, das das
Vorhandensein einer Bewegung anzeigt.
Fig. 5 zeigt eine zweite Darstellung des RGB-Farbraumes mit
eingezeichnetem YUV-Koordinatensystem. Herkömmliche Farbfernseh
systeme übertragen nicht die direkt von der Kamera gewonnenen
RGB-Farbwerte, sondern ein Leuchtdichtesignal Y, definiert durch
Y=0,3 R+0,59 G+0,1 B und zwei Farbdifferenzensignale, die
unterschiedlich definiert sein können. Die bekannte PAL-Norm
verwendet z. B. Signale U, V, die aus der Tripel der RGB-Werte
durch die Lineartransformation
erhalten werden.
Das durch die drei Größen Y, U und V aufgespannte
Koordinatensystem ist ebenfalls in Fig. 5 gezeigt. Die Y-Achse
verläuft durch die zwei Eckpunkte (0; 0; 0) und (1; 1; 1) des
Würfels.
Wenn sich die Farbe eines beobachteten Punktes ändert, so führt
dies immer zu einer Veränderung der zugeordneten U- und V-Werte,
nicht aber zwangsläufig zu einer Änderung von dessen Helligkeit
Y. Da anhand des Y-Wertes somit keine sichere Bewegungserkennung
möglich ist, kann dieser bei der Auswertung der Bildinformation
unberücksichtigt bleiben. Dies bedeutet, daß anstatt der Rich
tungen der zwei Vektoren A5, A6 im RGB-Raum nur die Richtungen
ihrer Projektionen A5', A6' auf die U,V-Ebene verglichen werden.
Dadurch reduziert sich die Menge der von der Recheneinheit 7 zu
verarbeitenden Daten auf 2/3.
Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm der Signalverarbeitung gemäß der
zweiten Ausgestaltung des Verfahrens. In Schritt 61 empfängt die
Schnittstelle 3 Helligkeitswerte (R1, G1, B1) von der Kamera 1 und
bestimmt daraus in Schritt 62 die Farbdifferenzwerte U1, V1.
Hierfür kann die Schnittstelle 3 eine herkömmliche PAL-Coder
schaltung enthalten, die alle drei Komponenten Y, U, V des
PAL-Bildsignals erzeugt. Da das Y-Signal nicht verarbeitet wird,
kann auch eine vereinfachte Schaltung eingesetzt werden, die
lediglich die zwei Farbdifferenzsignale U und V ausgibt. Die
Recheneinheit 7 empfängt die von der Schnittstelle 3 ausgegebenen
digitalisierten Werte U1, V1, liest zu einem früheren Zeitpunkt
zu demselben Bildpunkt aufgenommene Farbdifferenzwerte U2, V2 aus
dem Speicher 5 (Schritt 63) und speichert darin die aktuellen
Farbdifferenzwerte U1, V1 (Schritt 64). In Schritt 65 werden die
Längen L1, L2 der Farbdifferenzvektoren (U1, V1), (U2, V2)
bestimmen. Sind diese zwei Längen gleich Null, so kann [der
Abstand des Endpunktes des entsprechenden Vektors von der durch
den anderen Vektor festgelegten Geraden nicht größer sein als ε]
die weitere Verarbeitung dieser zwei Vektoren nicht mehr zur
Erfassung einer Bewegung führen, das Verfahren bricht somit ab
Schritt 66. Sind beide Vektoren länger als ε, so werden in
Schritt 67 ihre Längen verglichen. In Schritt 68 oder 69 wird die
Länge des Lots D des Endpunkte s des kürzeren der zwei Vektoren
auf die durch den längeren festgelegte, mit diesem kollineare
Gerade anhand der Formel D=(U2V1-U1V2)/L1, wenn L1<L2 ist,
und sonst nach der Formel D=(U1V2-U2V1)/L2 bestimmt.
Wird in Schritt 70 festgestellt, daß D größer ist als der Grenz
wert E, so entscheidet die Recheneinheit 7, daß eine Bewegung
vorliegt und gibt eine diesbezügliche Meldung aus (Schritt 71).
Damit ist das Verfahren beendet und kann an einem weiteren Bild
punkt wiederholt werden.
Gemäß einer ersten Weiterentwicklung dieses Verfahrens kann
zwischen Schritt 70 und 71 in einem Zwischenschritt noch
überprüft werden, ob von L1 und L2 wenigstens einer größer als ein
Mindestwert, z. B. ε, ist. Wenn ja, wird zu Schritt 71 verzweigt,
wenn nein, wird entschieden, daß die Vektoren für eine bzw.
zuverlässige Erkennung einer Richtungsänderung zu kurz sind, und
die Verarbeitung bricht ab.
Alternativ kann gemäß einer zweiten Weiterentwicklung in Schritt
66 entschieden werden, ob wenigstens einer von L1 und L2 größer
als ε ist. Wenn nein, bricht die Verarbeitung ab; wenn ja, wird
zu Schritt 67 verzweigt. Auf diese Weise werden für zu kurze
Vektoren die Verarbeitungsschritte 67 bis 70 gar nicht erst
durchgeführt.
Zahlreiche Abwandlungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind
möglich. Im Prinzip ist die Zahl der Spektralbereiche, die ge
messen und bei der Signalverarbeitung berücksichtigt werden
können, unbegrenzt. Auch wenn mehr oder andere als die oben bei
spielhaft genannten Spektralbereiche R, G, B gemessen werden, ist
es immer möglich, eine Koordinatentransformation der erhaltenen
Helligkeitswerte in ein Koordinatensystem mit einer im ersten
Quadranten des von den Helligkeitswerten aufgespannten
Koordinatensystems verlaufenden Achse (der Y-Achse) durchzuführen
und durch Vernachlässigung der Y-Werte die zu verarbeitende
Datenmenge zu verringern. Wenn m<3 Spektralbereiche gemessen
werden, lassen sich auch Merkmale der Verfahren nach Fig. 4 und
6 kombinieren, z. B. indem erst gesättigte Helligkeitswerte aus
der Verarbeitung ausgeschieden werden und in dem danach verblei
benden Vektorraum mit verringerter Dimension n eine Lineartrans
formation mit einer (n-1)×n-Matrix durchgeführt wird, deren Koef
fizienten unterschiedliche Vorzeichen in jeder Zeile haben, um
dadurch eine Reduzierung der zu verarbeitenden Daten zu errei
chen.
Claims (18)
1. Verfahren zum Erfassen von Bewegung in einer Szene, mit den
Schritten
- a) Bestimmen von zwei Farbwerten (H1, H2) eines Punktes der Szene durch Messen des Helligkeitswerts (H1i, H2i) des Punktes in wenigstens n verschiedenen Spektralbereichen, wobei n eine ganze Zahl und wenigstens zwei ist, zu zwei verschiedenen Zeitpunkten,
- b) Bestimmen eines ersten und eines zweiten Vektors (h1, h2) in einem n'-dimensionalen Vektorraum zu den zwei Farbwerten anhand der gemessenen Helligkeitswerte (H1i, H2i), wobei 2≦n'≦n ist,
- c) Bestimmen des Abstands des Endpunkts des zweiten Vektors (h2) von einer durch den ersten Vektor (h1) definierten Geraden,
- d) Entscheiden, daß eine Bewegung vorliegt, wenn der Abstand einen vorgegebenen Grenzwert (ε) überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem n'=n ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Koeffizienten der
Vektoren die gemessenen Helligkeitswerte sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem n'=n-1 ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem in Schritt (b) die
Vektoren im n'-dimensionalen Vektorraum durch
Lineartransformieren der jeweils n Helligkeitswerte mit
einer Transformationsmatrix erhalten werden, die in jeder
Zeile positive und negative Koeffizienten enthält.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Summe der
Koeffizienten jeder Zeile der Transformationsmatrix 0
ergibt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Transformationsmatrix
so gewählt ist, daß die Transformation eines in der Szene
vorherrschenden Farbtons 0 ergibt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
n=3 ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
unter den gemessenen Spektralbereichen die den Komponenten
R, G und B eines Farbvideosignals zugeordneten
Spektralbereiche sind.
10. Verfahren nach Anspruch 5, 8 und 9, bei dem die
Helligkeitswerte R, G und B in Schritt (b) in ein U,V-,
I,Q- oder DB,DR-Koordinatensystem transformiert werden.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
in Schritt (b) der längere der zwei Vektoren (h1, h2) als der
erste Vektor gewählt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem
in Schritt (a) in Helligkeitswerte (m≧n) in in verschiedenen
Spektralbereichen zu jedem Zeitpunkt aufgenommen werden,
wenn einer der Helligkeitswerte oberhalb einer
Sättigungsgrenze liegt, beide Helligkeitswerte des
entsprechenden Spektralbereichs verworfen werden, und
Schritte (b) bis (d) an den Helligkeitswerten der n
Spektralbereiche durchgeführt werden, die unterhalb der
Sättigungsgrenzen liegen.
13. Verfahren zum Erfassen von Bewegung in einer Szene, bei dem
zwei Bilder der Szene zu verschiedenen Zeitpunkten mit einer
Kamera aufgenommen werden und ein Verfahren nach einem der
vorhergehenden Ansprüche an einer Mehrzahl von Punkten der
Bilder durchgeführt wird.
14. Vorrichtung zum Erfassen von Bewegung in einer Szene, mit
- a) einer Kamera (1), die geeignet ist, Bilder der Szene durch Messen der Helligkeitswerte von Bildpunkten in wenigstens n verschiedenen Spektralbereichen zu erzeugen, wobei n eine ganze Zahl und wenigstens zwei ist,
- b) einem Speicher (5),
- c) einer Recheneinheit (7), die in der Lage ist, den Helligkeitswerten (H1i; R, G, B) eines Bildpunkts einen Vektor (H1; h1; (U1,V1)) zuzuordnen, dessen Komponenten anhand der gemessenen Helligkeitswerte bestimmt sind, einen früher zu demselben Bildpunkt gespeicherten Vektor (H2, h2; (U2,V2)) aus dem Speicher zu lesen, den Abstand zwischen den Endpunkten der zwei Vektoren zu bestimmen und zu entscheiden, daß eine Bewegung vorliegt, wenn der Abstand einen vorgegebenen Grenzwert (ε) überschreitet,
- d) einer Ausgabeeinrichtung zum Erzeugen eines Signals, wenn die Recheneinheit (7) entscheidet, daß eine Bewegung vorliegt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Recheneinheit (7)
in der Lage ist, die Vektoren durch eine
Lineartransformation der empfangenen Helligkeitswerte mit
einer (n-1)×n-Matrix zu erzeugen, wobei alle Zeilen der
Matrix sowohl positive als auch negative Koeffizienten
enthalten.
16. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der n=3 ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die
Kamera Bilder in den Spektralbereichen R, G und B erzeugt.
18. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei dem der Speicher die U,V-,
I,Q- oder DR, DB-Werte eines Bildpunkts speichert.
Priority Applications (4)
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DE1997149136 DE19749136C2 (de) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen |
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DE1997149136 DE19749136C2 (de) | 1997-11-06 | 1997-11-06 | Verfahren und Vorrichtung zum Erfassen von Bewegungen |
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