DE3214254C2

DE3214254C2 -

Info

Publication number: DE3214254C2
Application number: DE19823214254
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. 5340 Bad Honnef De Beis
Original assignee: Geutebrueck Videotechnik 5340 Bad Honnef De GmbH
Current assignee: GEUTEBRUECK GMBH, 5469 WINDHAGEN, DE
Priority date: 1982-04-17
Filing date: 1982-04-17
Publication date: 1990-04-12
Also published as: DE3214254A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen von Bewegungen in Video-Kamera-Bildern nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Überwachungssysteme mit Video-Kamera und Monitor zur Bildwieder gabe sind unter dem Begriff "Video-Bewegungsmelder, Video- Sensor oder Video-Warngerät" bekannt und dienen dazu, aus einer Fernsehanlage gleichzeitig eine Überwachungs- und Alarmanlage zu machen. Derartige Anlagen bedürfen meist einer Wachsperson, die bei einem gegebenen Alarm, ausgelöst durch eine Bewegung im Bild, dieses Bild auf dem Monitor beurteilt und gegebenenfalls weitere Maßnahmen einleitet.

Bei einem derartigen bekannten Überwachungssystem wird von einem einstellbaren Teilbereich des aufgenommenen Bildes mittels elektronischer Schaltungen ein Spannungswert gebildet, der der mittleren Helligkeit dieses Teilbereiches entspricht. Dieser Teilbereich bestimmt das überwachte Feld. Bewegt sich etwas innerhalb des Feldes, so ändert sich die mittlere Helligkeit und damit die davon abhängige Spannung. Das Schwanken dieser Spannung führt, wenn es ein bestimmtes einstellbares Maß überschreitet, zum Alarm.

Der Einsatz derartiger Überwachungssysteme ist in Räumen mit gleichbleibender Helligkeit verhältnismäßig unproblematisch. Schwierigkeiten ergeben sich jedoch bei einer Überwachung von Außenbereichen, wie zum Beispiel Grundstücken, Parkplätzen, natürlichen oder künstlichen Hindernissen, wie zum Beispiel Mauern, Zäune und dergleichen, die während der Überwachung vergleichsweise großen Helligkeitsschwankungen unterworfen sind. Nachteilig ist dabei insbesondere, daß, wenn sich die Szenenbeleuchtung ändert oder die Blendeneinstellung der Video- Kamera durch fremde Einflüsse eine Änderung erfährt, sich die mittlere Helligkeit ebenfalls ändert, was zum Fehlalarm führt. Die Blendeneinstellung der Video-Kamera kann sich zum Beispiel dadurch ändern, daß ein an beliebiger Stelle des Bildes erscheinendes helles Objekt die Blendenautomatik betätigt.

Bei einem anderen aus der DE-OS 27 15 083 bekannten System zur Diskrimination eines Videosignals für eine Video-Alarm anlage wird ein bestimmtes Überwachungsfeld eines in mehrere Felder unterteilten Fernsehbildes bezüglich Helligkeitsänderungen detektiert. Wird in diesem bestimmten Überwachungsfeld eine Helligkeitsänderung erkannt, so wird eine von anderen Überwachungsfeldern ausgelöste Alarmgabe unterbrochen, ohne jedoch hierdurch eine ausreichende Sicherheit gegen Fehl alarmauslösung über den gesamten überwachten Flächenbereich auf dem Monitor zu gewährleisten.

Um die Fehlalarmhäufigkeit bei nur einem einzigen überwachten Flächenbereich auf dem Monitor zu reduzieren, ist es auch bereits bekannt, mittels eines zweiten Feldes auf dem Monitor oder Bildschirm festzustellen, ob sich die Helligkeit gleich zeitig an einer anderen Stelle ändert, was dann im allgemeinen nur von Schwankungen des gesamten Bildinhaltes herrührt.

Nachteilig ist hierbei jedoch, daß es in der Praxis durch ungleiche Empfindlichkeit der Felder häufig vorkommt, daß das alarmauslösende Feld bei allgemeinen Schwankungen der Bild helligkeit im Signal der Video-Kamera anspricht, ohne daß das zweite Feld diesen Fehlalarm verhindert. Es ist durchaus nicht immer gewährleistet, daß die Schwankungen der Bild helligkeit im Signal der Video-Kamera sich auch in dem Bereich, in dem sich das Fehlalarm unterdrückende Feld befindet, so stark auswirken, daß dieses Feld die Schwankungen des Bild inhaltes erkennt und den Fehlalarm vermeidet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 so zu verbessern, daß Fehlalarme erheblich sicherer unterdrückt werden.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches gelöst.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden der Bildinhalt und die Änderung des Bildinhaltes aller Felder getrennt ermittelt. Bei Anregung eines oder nur weniger Felder ist das Maximum der Spannungswerte der Signale der Video-Kamera größer als die mit einem Proportionalitätsfaktor bewertete Summe der Spannungswerte, so daß die dabei entstehende Spannungsdifferenz gegenüber dem einstellbaren Schwellenwert positiv ist und Alarm ausgelöst wird. Bei Anregung von mehreren oder allen Feldern, wie es zum Beispiel bei Beleuchtungsschwankungen der Fall ist, wird das Maximum der Spannungswerte der Signale der Video-Kamera demgegenüber kleiner als die Summe der Spannungs werte der einzelnen Signale, so daß sich die daraus ergebende negative Differenz den eingestellten Schwellenwert nicht erreicht und zu keiner Alarmauslösung führt.

Durch die Erfindung ergibt sich somit der Vorteil, daß erstens jedes der vorhandenen Felder im Signal der Video- Kamera alarmauslösend sowie fehlalarmverhindernd wirkt, und daß sich zweitens bei allgemeinen Schwankungen der Bildhelligkeit im Signal der Video-Kamera, die nicht alle Felder gleichmäßig betreffen bzw. die sich sehr unterschiedlich auf die einzelnen Felder auswirken, durch Vorhandensein einer genügenden Anzahl von Feldern eine sichere Fehlalarmunterdrückung erreichen läßt.

Ein Ausführungsbeispiel für die Durchführung des erfindungs gemäßen Verfahrens ist in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 die Anordnung einer Überwachungseinheit bei Über wachung einer ersten Szene,

Fig. 2 die Anordnung von Fig. 1 bei Überwachung einer anderen zweiten Szene und

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild der alarmauslösenden Schaltungs teile der Überwachungseinheit von Fig. 1 und 2.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Fernseh- oder Video-Kamera 1, deren Signal 2 über ein Videokabel in einen elektronischen Bewegungs melder 3 gelangt, dessen Ausgang 3 a an einen Monitor 4 angeschlossen ist. In Fig. 1 wird als Beispiel die Umgebung eines Hauses 5 auf dem Bildschirm des Monitors 4 so mit einzelnen Feldern 6 abgedeckt, daß Bewegungen in der Nähe des Hauses 5 zum Alarm führen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind zwölf Felder 6 gezeigt, die jeweils unabhängig voneinander nach Lage, Format und Größe auf dem Bildschirm des Monitors 4 verändert werden können.

Das Beispiel von Fig. 2 zeigt eine andere Anordnung der zwölf Felder 6 auf dem Bildschirm des Monitors 4 bei Überwachung einer Mauer 7, die nicht überstiegen werden soll, ohne daß der Bewegungsmelder 3 anspricht.

Ein Beispiel für den Aufbau des Bewegungsmelders 3 von Fig. 1 und 2 wird im folgenden anhand des Prinzipschaltbildes von Fig. 3 näher beschrieben.

Der elektronische Bewegungsmelder 3 besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwölf gleichartigen Schaltungsteilen 8, die im einzelnen weiter unten näher beschrieben sind und von denen jeder an das Videosignal 2 der Kamera 8 angeschlossen ist. Jeder Schaltungsteil 8 hat jeweils zwei Ausgänge 9, 10. Der Ausgang 9 jedes Schaltungsteiles 8 ist an eine Schaltung 11 zur Bildung eines Maximalwertes der Helligkeits schwankungen der einzelnen Felder 6 und der Ausgang 10 an eine Schaltung 12 zur Bildung der Summe dieser Signale bzw. der Summe deren momentaner Spannungswerte angeschlossen. Die in der Schaltung 12 erhaltene Summe der Spannungswerte der einzelnen Signale 2 der Video-Kamera 1 wird durch ein Potentiometer 13 geteilt und gelangt dann zusammen mit dem in der Schaltung 11 erhaltenen Maximum der Spannungswerte der Signale 2 der Video-Kamera 1 zu einer Schaltung 14, die die Differenz aus beiden Signalen bzw. aus deren Spannungswerten bildet. Diese Differenz wird in einem Vergleicher 15 mit einem Schwellenwert verglichen, der durch ein Potentiometer 16 eingestellt wird, so daß bei Überschreitung des eingestellten Schwellenwertes durch die Differenz über den Ausgang 17 des Vergleichers 15 Alarm ausgelöst werden kann. Zur Alarmgabe kann an den Bewegungsmelder 3 beispielsweise eine Signalleuchte 18 und/oder eine Hupe 19 oder dergleichen angeschlossen sein.

Eine Anzahl von etwa 6 bis 18 Feldern 6 hat sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als sinnvoll erwiesen. Mit weniger Feldern wird in der Praxis kaum gearbeitet werden. Mehr Felder als 18 sind möglich, machen das Verfahren aber unter Umständen unwirtschaftlich und sind in der Praxis nicht erforderlich. Es wäre auch denkbar, jeden Bildpunkt einzeln zu verarbeiten, indem man alle Bildpunkte digital speichert und mit einem schnellen Rechner auswertet.

Jeder der im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehenen zwölf Schaltungsteile 8 besteht aus einem Flächengenerator 20, der bestimmt, in welchem Teil des Bildes der Video-Kamera 1 das Videosignal 2 zur Bildung des mittleren Helligkeitswertes in einer Schaltung 21 herangezogen werden soll. Der Flächengenerator 20 kann z. B. aus vier monostabilen Flip- Flops bestehen, die die Begrenzungen des von jedem Schaltungs teil 8 überwachten Feldes 6 hinsichtlich Lage, Format und Größe festlegen. Zur Mittelwertbildung in der Schaltung 21 kann z. B. ein Integrator oder ein Tiefpaßfilter dienen, die das Videosignal 2, geschaltet durch das Signal des Flächen generators 20, integrieren bzw. filtern und so einen von der Helligkeit abhängigen Spannungswert liefern. Dieses Signal kann mit einem Empfindlichkeitssteller 22 beeinflußt werden.

Um die Änderung dieser Spannung im Laufe der Zeit feststellen zu können, dient eine Schaltung 23 dazu, den vergangenen Wert solange zu konservieren, daß er mit dem folgenden neuen Wert verglichen werden kann und die Differenz der beiden Werte in einer Schaltung 24 zur Differenzbildung zur Verfügung steht bzw. herangezogen werden kann.

Die vorstehend beschriebene Anordnung arbeitet wie folgt:

In den zwölf gleichartigen, aber voneinander unabhängigen Schaltungsteilen 8 wird jeweils ein Feld 6 im Bild der Video- Kamera 1 erzeugt, das in Lage, Format und Größe auf dem Bild schirm des Monitors 4 verstellbar ist. In den zwölf Feldern 6 wird - unabhängig voneinander - ständig in Zeitintervallen - einstellbar von beispielsweise 40 ms bis 320 ms - der mittlere Helligkeitswert ermittelt.

In den darauffolgenden Schaltungsteilen werden die Unterschiede der zeitlich aufeinanderfolgenden mittleren Helligkeitswerte festgestellt. Bleibt das Bild innerhalb der Felder 6 unverändert, ist dieser Unterschied Null. Ändert sich etwas im Bild ausschnitt der Felder 6, bewegt sich z. B. ein Objekt in diesen Bildteil hinein, wird eine mehr oder weniger große Differenz festgestellt. Der ermittelte Meßwert ist um so größer, je mehr sich innerhalb der Fläche geändert hat bzw. je größer der Kontrastsprung der Änderung ist. Auch Beleuchtungsschwankungen, hervorgerufen z. B. durch Wolken, Ein- oder Ausschalten von Beleuchtungskörpern, Regelvorgänge der Video-Kamera 1 bei Spitzlichtern, erzeugen Helligkeitsänderungen in den Meßfeldern 6.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren können unkritische Änderungen dieser Art von solchen, die zur Alarmauslösung führen sollen, unterschieden werden. Dies geschieht dadurch, daß aus den ständig ermittelten Helligkeitsänderungen in den zwölf Feldern 6 zwölf elektrische Spannungen gebildet werden. Diese Spannungen werden folgendermaßen ausgewertet:

1. Es wird von allen Spannungen die Summe gebildet,
2. es wird von allen Spannungen das Maximum gebildet,
3. es wird ein einstellbarer Teil der Summe vom Maximum abgezogen,
4. der entstehende Wert wird mit einem Schwellenwert verglichen,
5. bei Überschreiten dieses Schwellenwertes wird Alarm ausgelöst.

Die Wirkungsweise dieser Schaltung sei anhand von drei unter schiedlichen Fällen demonstriert:

1. Keine Änderung im Bild.
2. Änderung des gesamten Bildes (Beleuchtungsschwankungen oder Kameraregelung z. B. durch plötzliche Spitzlichter).
3. Änderung des Bildinhaltes nur in einer der überwachten Flächen. Nur in diesem Fall soll Alarn ausgelöst werden.

Für dieses Beispiel soll angenommen werden, daß mit dem Potentiometer 13 die Summe der Spannungswerte von der Schaltung 12 auf ¼ geteilt wird und der Schwellenwert z. B. bei "2" eingestellt ist.

Im ersten Fall entstehen an den zwölf Ausgängen 9 der Schaltungs teile 8 folgende Werte:


Wert
1. Ausgang
ca. 0 bis +2
2. Ausgang	ca. 0 bis +2
3. Ausgang	ca. 0 bis +2
4. Ausgang	ca. 0 bis +2
5. Ausgang	ca. 0 bis +2
6. Ausgang	ca. 0 bis +2
7. Ausgang	ca. 0 bis +2
8. Ausgang	ca. 0 bis +2
9. Ausgang	ca. 0 bis +2
10. Ausgang	ca. 0 bis +2
11. Ausgang	ca. 0 bis +2
12. Ausgang	ca. 0 bis +2

Diese Werte an den zwölf Ausgängen 9 schwanken auch ohne Helligkeitsänderungen im Bild durch Rauschen oder andere auf dem Monitor nicht erkennbare Unregelmäßigkeiten des Bildes, z. B. von 0 bis +2.

Summe, mittlerer Wert
ca. +12
Geteilte Summe @	(¼ der Summe)	ca. +3
Maximum der Werte	ca. +1 bis +2 (der höchste Wert der zwölf Ausgänge)
Maximum - geteilte Summe	ca. -2 bis -1
Schwellenwert	+2

Der Schwellenwert wird nicht überschritten.

Im zweiten Fall könnten die gemessenen Werte so aussehen:


Wert
1. Ausgang
ca. +10
2. Ausgang	ca. +10
3. Ausgang	ca. +10
4. Ausgang	ca. +10
5. Ausgang	ca. +10
6. Ausgang	ca. +10
7. Ausgang	ca. +10
8. Ausgang	ca. +10
9. Ausgang	ca. +10
10. Ausgang	ca. +10
11. Ausgang	ca. +10
12. Ausgang	ca. +10

Summe der Werte
ca. +120
Geteilte Summe @	(¼ der Summe)	ca. +30
Maximum der Werte	ca. +10
Maximum - geteilte Summe	ca. -20
Schwellenwert	+2

Auch hier wird der Schwellenwert nicht überschritten.

Im dritten Fall wird nur das am Ausgang 9 des ersten Schaltungs teils 8 liegende Feld 6 "angeregt":


Wert
1. Ausgang
ca. +9
2. Ausgang	ca. 0 bis +2
3. Ausgang	ca. 0 bis +2
4. Ausgang	ca. 0 bis +2
5. Ausgang	ca. 0 bis +2
6. Ausgang	ca. 0 bis +2
7. Ausgang	ca. 0 bis +2
8. Ausgang	ca. 0 bis +2
9. Ausgang	ca. 0 bis +2
10. Ausgang	ca. 0 bis +2
11. Ausgang	ca. 0 bis +2
12. Ausgang	ca. 0 bis +2

Die Werte am 2. bis 12. Ausgang schwanken von z. B. 0 bis +2.

Summe der Werte
ca. +20
Geteilte Summe @	(¼ der Summe)	ca. +5
Maximum der Werte	ca. +9
Maximum - geteilte Summe	ca. +4
Schwellenwert	+2

Der Schwellenwert wird überschritten, es wird Alarm ausgelöst.

Claims

Verfahren zum Erkennen von Bewegungen in einer Szene durch Auswertung eines Signals, das eine Video-Kamera von der Szene liefert, in einem elektronischen Bewegungsmelder unter gleichzeitiger Wiedergabe auf dem Bildschirm eines Monitors, wobei die mittleren Helligkeitsschwankungen von getrennt voneinander erstellten Teilbereichen des Kamerabildes, im folgenden Überwachungsfelder genannt, in dem Bewegungsmelder so verarbeitet werden, daß erkannt und unterschieden werden kann, ob es sich um eine Änderung in einem der Überwachungs felder oder um Schwankungen der Bildhelligkeit im Signal der Video-Kamera handelt, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- a) es wird von allen Überwachungsfeldern die Summe der Spannungswerte der einzelnen Signale der Video-Kamera gebildet,
- b) es wird das Maximum der Spannungswerte der Signale der Video-Kamera festgestellt,
- c) ein Teil der Summe wird vom Maximum der Spannungswerte abgezogen,
- d) die dabei entstehende Spannungsdifferenz wird mit einem Schwellenwert verglichen,
- e) nur das Überschreiten des Schwellenwertes führt zur Alarmauslösung.