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Die
Problemstellung ist jene der Erfassung neuer Körper an einem Schauplatz, der
durch Lichter erhellt ist, die nicht unbedingt vorgegeben sind,
d.h. durch eine künstliche
oder natürliche
Beleuchtung erzeugt sind, und der durch mindestens einen Sensor beobachtet
wird, der eine Folge von Bildern liefern kann, wie beispielsweise
eine Videokamera. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem.
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Nach
Kenntnis der Erfinder ist im Stand der Technik keine vollständige oder
zufrieden stellende Lösung
für dieses
Problem vorhanden.
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Die
herkömmliche
Methode zur Erfassung von Körpern
mit einer einzigen Kamera besteht in der Erstellung eines Referenzbildes,
das mit Hilfe eines Durchschnitts der über eine lange Zeit erfassten
Bilder erstellt wird. Die Erfassung der Körper erfolgt durch Anlegen
einer Schwelle an die Differenz zwischen dem letzten Bild und dem
Referenzbild. Jede starke Differenz zeigt das Vorhandensein eines
Körpers
an.
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Diese
herkömmliche
Methode ist nicht im Falle von Schauplätzen anwendbar, die durch nicht vorgegebene
Lichter erhellt sind, und zwar aus zwei Hauptgründen. Der erste ist, dass auf
Grund dessen, dass die Beleuchtungsbedingungen nicht gesteuert sind,
jede Änderung
des Lichts zu einer Änderung
bei den Bildern und somit zu Erfassungen führt, die keinen neuen Körpern entsprechen.
Der zweite ist, dass diese Methode auch Schatten oder Lichtflecken
als neue Körper
erfasst.
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Die
am 21. Dezember 1999 von Poseidon für ein „Verfahren und System zur
Erfassung eines Gegenstandes vor einem Hintergrund" unter der Nr. 99/16124
angemeldete und am 22. Juni 2001 unter der Nummer
FR2802653 veröffentlichte Pa tentanmeldung,
nachstehend Kernel4-Technologie genannt, beschreibt ein Verfahren
und ein System, die auf einem Stereoskopprinzip beruhen. Es ermöglicht die
Erfassung von Körpern
unabhängig
von den Beleuchtungsbedingungen und bei Vermeidung der Schattenerscheinungen
der realen Körper.
Allerdings sein Einsatz erfordert die Verwendung von mindestens
zwei Kameras.
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Das
Patent
US 4 779 095 beschreibt
eine Methode und ein System, die das Vorhandensein eines Körpers an
einem durch eine natürliche
Beleuchtung erhellten Schauplatz erfassen können. Die Methode umfasst die
Bildung von aufeinander folgenden digitalisierten Bildern. Durch
Berechnung der Differenz der Bildpunktwerte, die den aufeinander
folgenden Bildern entsprechen, kann das Vorhandensein von Gegenständen an
dem Schauplatz erfasst werden.
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DEFINITIONEN
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Die
nachstehend erklärten
Definitionen der verwendeten technischen Begriffe sind durch Beispiele
dargestellt, die sich auf die 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b und 5 beziehen.
Diese Figuren stellen ein Bild dar, das aus einem Gitter von Bildpunkten
besteht, auf denen ihr Wert angeführt ist.
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Bild, Gitter, Bildpunkte, Wert eines Bildpunktes
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Bildpunkt
wird genannt: eine elementare Zone eines Bildes, die durch Erzeugung
eines im Allgemeinen regelmäßigen Gitters
des Bildes erhalten wird. Wenn das Bild von einem Sensor, wie beispielsweise
einer Videokamera oder einer thermischen oder akustischen Kamera,
stammt, kann im Allgemeinen diesem Bildpunkt ein Wert zugeordnet
werden: die Farbe oder die Graustufe für ein Videobild, die Temperatur
für eine
thermische Kamera.
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Beispiel:
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In 1a ist
ein Bild 101 (symbolisch durch einen Mann und einen Baum
dargestellt) gezeigt. In 1b wurde über dieses
Bild ein Gitter 102 von Bildpunkten 103 gelegt.
In 1c ist ein Gitter dargestellt, auf dem die Werte
der Bildpunkte angeführt sind.
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Aneinandergrenzende Bildpunkte
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Zwei
Bildpunkte des Gitters werden aneinandergrenzend genannt, wenn sich
ihre Ränder
oder Ecken berühren.
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Pfad auf dem Gitter
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Ein
Pfad auf dem Gitter ist eine geordnete und fertige Gesamtheit von
Bildpunkten, bei der jeder Bildpunkt an seinen folgenden angrenzt
(in Verarbeitungsrichtung). Die Größe eines Pfades ist durch die Anzahl
von Bildpunkten, aus denen er besteht, angegeben.
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Aneinandergefügte Bildpunkte
-
Zwei
Bildpunkte werden als aneinandergefügt bezeichnet, wenn der kürzeste Pfad,
der bei dem einen beginnt und beim anderen endet, eine geringere
Größe als eine
bestimmte Anzahl von Bildpunkten hat.
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Zusammenhängende Bildpunkteinheit
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Eine
Bildpunkteinheit wird als zusammenhängend bezeichnet, wenn für jedes
Bildpunktpaar der Einheit ein Pfad vorhanden ist, der bei dem einen beginnt
und beim anderen endet, wobei dieser Pfad von Bildpunkten der Einheit
gebildet ist.
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Beispiel:
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2a stellt
ein Gitter 202 von 16 Bildpunkten 203 dar, unter
denen 3 Bildpunkt hervorgehoben wurden, die mit A, B und C bezeichnet
sind. Es ist zu bemerken, dass die Bildpunkte A und B aneinander grenzend
sind, und dass die Bildpunkte B und C aneinander grenzend sind.
Es gibt somit einen Pfad (A → B → C), der
diese Bildpunkte verbindet. Die Bildpunkteinheit (A, B, C) ist somit
zusammenhängend.
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In 2b ist
ebenfalls ein Pfad 202 von 16 Bildpunkten 203 dargestellt,
der mit den Buchstaben A bis P bezeichnet ist. Wenn die Bildpunkteinheit
{A, B, C, E, F, I} ausgewählt
wird, ist festzustellen, dass die Bildpunkte A und B aneinander
grenzend sind, dass die Bildpunkte B und C aneinander grenzend sind,
usw. Es gibt somit Pfade: A → B → C und C → B → F → E → I. Jedes
Bildpunktpaar der Einheit ist durch einen Pfad von Bildpunkten,
die der Einheit angehören,
verbunden, folglich ist die Bildpunkteinheit {A, B, C, E, F, I}
zusammenhängend.
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In 2c ist
dasselbe Gitter 202 wie in 2b dargestellt,
wobei die Bildpunkteinheit {A, C, F, N, P} gewählt wird. Es gibt einen Pfad:
A → C → F, der
die Bildpunkte A, C und F verbindet, aber es gibt keinen Pfad von
Bildpunkten, die der Einheit angehören, der N und P oder auch
N und A verbindet. Die Bildpunkteinheit {A, C, F, N, P} ist nicht
zusammenhängend.
Die Einheit {A, C, F) hingegen ist zusammenhängend.
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An eine Einheit angrenzender
Bildpunkt
-
Ein
Bildpunkt, der keiner Einheit angehört, wird an die Einheit angrenzend
genannt, wenn er an mindestens einen der Einheit angehörenden Bildpunkt
angrenzt.
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Kalotte
-
Obere
(bzw. untere) Kalotte wird genannt: eine zusammenhängende Einheit
von Bildpunkten, deren Werte größer (bzw.
kleiner) als ein vorbestimmter Wert sind und die folgende Bedingung überprüfen:
die
Werte der an die Einheit angrenzenden (nicht in der Einheit enthaltenen)
Bildpunkte sind kleiner oder gleich (bzw. größer oder gleich) dem vorbestimmten Wert,
so
dass die Werte der in der Einheit befindlichen Bildpunkte größer (bzw.
kleiner) als die Werte der an die Einheit angrenzenden Bildpunkte
sind.
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Kalotte
wird eine obere Kalotte oder eine untere Kalotte genannt.
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Niveau einer Kalotte
-
Niveau
einer Kalotte wird der vorbestimmte Wert genannt.
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Beispiel:
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Die 3a, 3b, 3c und 3d stellen
Bilder dar, die sich aus Pfaden 302 von Bildpunkten 303 zusammensetzen,
auf denen ihre Werte angeführt
sind.
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3a stellt
(innerhalb 304 des fetten Striches 305) eine Einheit
von 4 Bildpunkten dar. Diese Einheit hat die folgenden Eigenschaften:
- – sie
ist im Sinne der gegebenen Definition zusammenhängend,
- – die
Werte aller Bildpunkte der Einheit sind größer als 1,
- – die
(zwölf)
an die Einheit grenzenden Bildpunkte haben für manche einen Wert größer als
1.
-
Die
betreffende Bildpunkteinheit ist somit keine obere Kalotte des Niveaus
1.
-
Diese
Bildpunkteinheit hat hingegen die folgenden Eigenschaften:
- – sie
ist im Sinne der gegebenen Definition zusammenhängend,
- – die
Werte aller Bildpunkte der Einheit sind größer als 2,
- – die
(zwölf)
an die Einheit grenzenden Bildpunkte haben alle einen Wert kleiner
oder gleich 2.
-
Diese
Bildpunkteinheit ist somit eine obere Kalotte des Niveaus 2.
-
3b stellt
eine Einheit 306 von acht Bildpunkten dar, die die folgenden
Eigenschaften aufweist:
- – sie ist im Sinne der gegebenen
Definition zusammenhängend,
- – die
Werte aller Bildpunkte der Einheit sind größer als 1,
- – die
(achtzehn) an die Einheit grenzenden Bildpunkte haben alle einen
Wert kleiner oder gleich 1.
-
Die
betreffende Bildpunkteinheit ist somit eine obere Kalotte des Niveaus
1.
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4a stellt
einen Pfad 402 von Bildpunkten 403 dar. In diesem
Pfad 402 wurde durch einen fetten Strich 405 eine
Einheit 404 von zehn Bildpunkten abgetrennt, die in zwei
Zonen 404 und 404b verteilt sind. Diese Einheit
von Bildpunkten 404 hat die folgenden Eigenschaften:
- – sie
ist im Sinne der gegebenen Definition nicht zusammenhängend,
- – die
Werte aller Bildpunkte sind größer als
1
- – die
(fünfundzwanzig)
an die Einheit grenzenden Bildpunkte haben alle einen Wert kleiner
oder gleich 1.
-
Die
zehn Bildpunkte dieser nicht zusammenhängenden Einheit stellen somit
keine obere Kalotte des Niveaus 1 dar.
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4b stellt
eine Einheit 406 von zwölf
Bildpunkten dar, die die folgenden Eigenschaften aufweist:
- – sie
ist im Sinne der gegebenen Definition zusammenhängend,
- – die
Werte der Bildpunkte sind nicht alle größer als 1,
- – die
(vierundzwanzig) an die Einheit grenzenden Bildpunkte haben alle
einen Wert kleiner oder gleich 1.
-
Die
betreffende Bildpunkteinheit ist somit keine obere Kalotte des Niveaus
1.
-
Merkmal(e),
die einer Kalotte zugeordnet sind Merkmal(e), die einer Kalotte
zugeordnet sind, werden genannt: ein oder mehrere Werte, die durch vordefinierte
arithmetische und/oder logische Operationen aus den Werten der Bildpunkte
der Kalotte und/oder der Positionen der Bildpunkte im Pfad und/oder
des Niveaus der Kalotte erhalten werden.
-
Beispielsweise
könnte
eine arithmetische Operation darin bestehen, die Summe der Abweichungen
zwischen dem Wert jedes Bildpunktes der Kalotte und dem Niveau der
Kalotte oder auch der Größe (Bildpunktanzahl)
der Kalotte zu verwenden.
-
Erzeugte Kalotte
-
Erzeugte
Kalotte wird genannt: eine Kalotte, deren zugeordneten Merkmale
in einem bestimmten Wertebereich liegen.
-
Primitiv,
das einem Bildpunkt zugeordnet ist Einem Bildpunkt zugeordnetes
Primitiv wird genannt: ein binärer
Wert (d.h. 0 oder 1) oder ein boolescher Wert (d.h. richtig oder
falsch, in diesem Fall ist vereinbart, dass richtig 1 und falsch
0 entspricht), der durch vordefinierte arithmetische und/oder logische
Operationen aus dem Wert des Bildpunktes und jenen der Bildpunkte,
die an sie angrenzen erhalten wird.
-
Beispiel:
-
In 5 ist
ein Pfad 502 von neun Bildpunkten 503 dargestellt.
Einer von ihnen x, dessen Wert 4 ist, ist mit 504 bezeichnet.
Dieser Bildpunkt 504 ist von Bildpunkten A, B, C, D, E,
F, G und H umgeben, deren jeweilige Werte 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und
8 sind.
-
Wenn
für die
Definition der aneinander grenzenden Bildpunkte 2 als maximale Länge des
Pfades gewählt
wird, können
dem Bildpunkt 504 die folgenden Primitive Pa, Pb, Pc, Pd,
Pe, Pf, Pg und Ph zugeordnet werden:
- Pa: → logisches
Resultat des Tests: der Wert von X ist größer als der Wert von A.
- Pb: → logisches
Resultat des Tests: der Wert von X ist größer als der Wert von B.
- Und so weiter für
C, D, E, F, G, H
-
Es
werden die Primitiven Pa, Pb, PC, Pd, Pe, Pf, Pg und Ph erhalten,
deren mögliche:
Werte „richtig" und „falsch" sind, die auch mit
1 und 0 geschrieben werden können.
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Erzeugtes Primitiv
-
Es
heißt,
dass ein Primitiv erzeugt ist, wenn sein Wert gleich 1 ist.
-
Im
Falle des vorher beschriebenen Beispiels ergibt sich die folgende
Tabelle:
- Pa: falsch ↔ 0:
das Primitiv ist nicht erzeugt
- Pb: falsch ↔ 0:
das Primitiv ist nicht erzeugt
- PC: falsch ↔ 0:
das Primitiv ist nicht erzeugt
- Pd: falsch ↔ 0:
das Primitiv ist nicht erzeugt
- Pe: richtig ↔ 1:
das Primitiv ist erzeugt
- Pf: richtig ↔ 1:
das Primitiv ist erzeugt
- Pg: richtig ↔ 1:
das Primitiv ist erzeugt
- Ph: richtig ↔ 1:
das Primitiv ist erzeugt
-
Die erfinderischen Aspekte
der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung neuer
Körper
an einem Schauplatz, der von Lichtern erhellt ist, die nicht unbedingt vorgegeben
sind, und der zumindest durch einen Sensor beobachtet wird, der
eine Folge von Bildern liefern kann, wie beispielsweise eine Videokamera. Im
Sinne der vorliegenden Erfindung sind unter nicht unbedingt vorgegebenen
Lichtern zu verstehen: Lichter, die durch eine künstliche oder eine natürliche Beleuchtung
erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst mehrere
Schritte. Es umfasst:
- – den Schritt zur Erfassung
und Erzeugung der Bilder in Form von elektrischen Signalen zu aufeinander
folgenden Zeitpunkten,
- – den
Schritt der Digitalisierung der erhaltenen elektrischen Signale
und der Erzeugung digitaler Bilddaten, insbesondere von Bildpunkten,
zu aufeinander folgenden Zeitpunkten,
- – den
Schritt der Bewertung der Beschaffenheit eines Körpers (1), der Bewegungsbahn
und der Verhaltensänderungen
des Körpers
(1);
wobei der Schritt der Bewertung der Beschaffenheit
eines Körpers
(1), der Bewegungsbahn und der Verhaltensänderungen
des Körpers
(1) einen Schritt des Herausfilterns aus jedem der aufeinander
folgenden Bilder von Primitiven und/oder Kalotten durch die Unterscheidung
zwischen unteren und oberen Kalotten, die, wie in der Beschreibung definiert,
kaum empfindlich für
die Beleuchtungsbedingungen und in der Lage sind, als Unterscheidungsmerkmal
zwischen Lichtflecken und dem Körper
(1) zu dienen.
-
Abschnitt 1
-
Falls
der Schritt der Bewertung der Beschaffenheit eines Körpers, der
Bewegungsbahn und der Verhaltensänderungen
des Körpers
den Schritt des Herausfilterns von Primitiven aus den aufeinander folgenden
Bildern umfasst, umfasst das Verfahren:
- – den Schritt
der Zuordnung eines oder mehrere Primitive, wie in der Beschreibung
definiert, jedem Bildpunkt;
- – den
Schritt des Zählens
der Anzahl von N1 Malen, bei denen jedes Primitiv erzeugt wird,
in regelmäßigen Zeitabständen dt über einen
Zeitraum T1 für
jeden Bildpunkt und für
jedes der dem Bildpunkt zugeordneten Primitive; wenn die Anzahl von
N1 Malen, bei denen ein Primitiv erzeugt wird, größer als
der Grenzwert S1 ist, heißt
es, dass das Primitiv üblicherweise
während
des Zeitraums T1 erzeugt wurde, während es im umgekehrten Fall
heißt,
dass das Primitiv üblicherweise nicht
während
des Zeitraums T1 erzeugt wurde;
wobei das Verfahren ferner
umfasst:
- – den
Schritt des Zählens
der Anzahl von N2 Malen, bei denen jedes Primitiv erzeugt wird,
in regelmäßigen Zeitabständen dt
während
eines ausgewählten
Zeitraums T2, der kleiner als T1 ist, für jeden Bildpunkt und jedes
der Primitive;
wenn die Anzahl von N2 Malen, bei denen das
Primitiv erzeugt wird, größer als
eine Schwelle S2 ist, heißt
es, dass das Primitiv üblicherweise
während des
Zeitraums T2 erzeugt wird, im gegenteiligen Fall heißt es, dass
das Primitiv üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T2 erzeugt wird;
wobei das Verfahren ferner umfasst:
- – den
Schritt der Bestimmung, ob bei Anwendung des einen oder des anderen
der folgenden Kriterien eine Änderung
an einem einem Bildpunkt zugeordneten Primitiv eingetreten ist:
• das Primitiv
wird üblicherweise
während
des Zeitraums T1 und üblicherweise
nicht während des
Zeitraums T2 erzeugt,
• das
Primitiv wird üblicherweise
während
des Zeitraums T2 und üblicherweise
nicht während des
Zeitraums T1 erzeugt; wobei das Verfahren ferner umfasst:
- – den
Schritt des Zählens
der Anzahl von Änderungen
N3 der Primitiven für
jeden Bildpunkt, die dem Bildpunkt zugeordnet sind;
wenn die
Anzahl der Änderungen
N3 größer als eine
Schwelle S3 ist, insbesondere gleich der Hälfte der Anzahl an Primitiven,
die dem Bildpunkt zugeordnet sind, heißt es, dass eine Änderung
an dem Bildpunkt eingetreten ist;
wobei das Verfahren ferner
umfasst:
- – den
Schritt der Erfassung, ob ein neuer Körper (1) erschienen
ist, wobei bestimmt wird, ob an einer Einheit an zusammenhängenden
Bildpunkten eine Änderung
eingetreten ist.
-
Vorzugsweise
umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
ferner den Schritt des Auslösens
der Alarmmittel im Falle einer vorbestimmten Bewegungsbahn oder
Bewegung des Körpers.
-
Abschnitt 2
-
Falls
der Schritt der Bewertung der Beschaffenheit eines Körpers, seiner
Bewegung und der Verhaltensänderungen
des Körpers
den Schritt des Herausfilterns von Kalotten aus den aufeinander
folgenden Bildern umfasst, umfasst das Verfahren vorzugsweise:
- – den
Schritt der Zuordnung eines oder mehrerer Merkmale zu den Kalotten,
- – den
Schritt der Auswahl jener Kalotten, deren Merkmale über einer
Schwelle liegen,
- – den
Schritt des Zählens
in regelmäßigen Zeitabständen dt
während
eines Zeitabschnitts T1 für
jeden Bildpunkt der Anzahl von Malen N1, bei denen der Bildpunkt
der ausgewählten
Kalotte angehört;
wenn
die Anzahl von N1 Malen, bei denen der Bildpunkt der Kalotte angehört, größer als
eine Schwelle S1 ist, heißt
es, dass der Bildpunkt üblicherweise
während
des Zeitraums T1 vorhanden ist, während es im umgekehrten Fall
heißt,
dass der Bildpunkt üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T1 vorhanden ist;
wobei das Verfahren ferner
umfasst:
- – den
Schritt des Zählens
der Anzahl von N2 Malen, bei denen der Bildpunkt der ausgewählten Kalotte
angehört,
für jeden
Bildpunkt in regelmäßigen Zeitabständen dt
während
eines Zeitraums T2, der geringer als T1 gewählt wird; wenn die Anzahl von
N2 Malen, bei denen der Bildpunkt der Kalotte angehört, größer als
eine Schwelle S2 ist, heißt
es, dass der Bildpunkt üblicherweise
während
des Zeitraums T2 vorhanden ist, im umgekehrten Fall heißt es, dass
der Bildpunkt üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T2 vorhanden ist;
- – den
Schritt der Bestimmung, ob bei Anwendung des einen oder anderen
der folgenden Kriterien eine Änderung
an einem Bildpunkt eingetreten ist:
• der Bildpunkt ist üblicherweise
während
des Zeitraums T1 vorhanden und üblicherweise
während
des Zeitraums T2 nicht vorhanden;
• der Bildpunkt ist üblicherweise
während
des Zeitraums T2 vorhanden und während
des Zeitraums T1 nicht vorhanden; wobei das Verfahren ferner umfasst:
- – den
Schritt der Erfassung, ob ein neuer Körper (1) erschienen
ist, wobei erfasst wird, ob eine Änderung an einer zusammenhängenden
Bildpunkteinheit eingetreten ist.
-
Vorzugsweise
umfasst das Verfahren ferner den Schritt des Auslösens eines
Alarmmittels im Falle einer vorbestimmten Bewegungsbahn oder Bewegung
des Körpers.
-
System
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft auch ein System zum Erfassen von
neuen Körpern
an einem Schauplatz, der von Lichtern erhellt ist, die nicht unbedingt
vorgegeben sind, und der zumindest von einem Sensor beobachtet wird,
der eine Folge von Bildern liefern kann, wie beispielsweise eine
Videokamera. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter nicht
unbedingt vorgegebenem Licht zu verstehen: Lichter, die durch eine
künstliche
Leuchtquelle oder eine natürliche
Leuchtquelle erzeugt werden.
-
Das
erfindungsgemäße System
umfasst:
- – Erfassungsmittel,
insbesondere eine Videokamera (4), zum Erfassen und Erzeugen
der Bilder in Form von elektrischen Signalen zu aufeinander folgenden
Zeitpunkten,
- – Digitalisierungsmittel
(6) der erhaltenen elektrischen Signale, um digitale Bilddaten,
insbesondere Bildpunkte zu aufeinander folgenden Zeitpunkten zu
erzeugen,
- – Mittel
zur Bewertung (7, 7a, 7b) der Beschaffenheit
eines Körpers
(1), der Bewegungsbahn und der Verhaltensänderungen
des Körpers
(1), umfassend Datenverarbeitungsmittel (7, 7a, 7b),
um aus jedem der aufeinander folgenden Bilder Primitive und/oder
Kalotten herauszufiltern, wobei die Kalotten unteren Typs und die
Kalotten oberen Typs unterschieden werden, wie in der Beschreibung
definiert, die kaum emp findlich für die Beleuchtungsbedingungen
und geeignet sind, als Unterscheidungsmerkmal zwischen Lichtflecken und
Körpern
(1) zu dienen.
-
Abschnitt 1
-
Vorzugsweise
umfasst das System, wenn die Mittel zur Bewertung der Beschaffenheit
eines Körpers,
der Bewegungsbahn und der Verhaltensänderungen des Körpers Mittel
umfassen, um aus den aufeinander folgenden Bildern Primitive herauszufiltern:
- – Zuordnungssysteme
(701), um jedem Bildpunkt eines oder mehrere Primitive,
wie in der Beschreibung definiert, zuzuordnen;
- – erste
Zählmittel
(702), um in regelmäßigen Zeitabständen dt über einen
Zeitraum T1 für
jeden Bildpunkt und für
jedes der dem Bildpunkt zugeordneten Primitive die Anzahl von N1
Malen zu zählen,
bei denen jedes Primitiv erzeugt wird; wenn die Anzahl von N1 Malen,
bei denen ein Primitiv erzeugt wird, größer als eine Schwelle S1 ist, heißt es, dass
das Primitiv üblicherweise
während des
Zeitraums T1 erzeugt wird, während
es im umgekehrten Fall heißt,
dass das Primitiv üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T1 erzeugt wird;
wobei das System ferner umfasst:
- – zweite
Zählmittel
(703), um in regelmäßigen Zeitabständen dt über einen
Zeitraum T2, der kürzer
als T1 gewählt
wird, für
jeden Bildpunkt und für jedes
der dem Bildpunkt zugeordneten Primitive die Anzahl von N2 Malen
zu zählen,
bei denen jedes Primitiv erzeugt wird;
wenn die Anzahl von
N2 Malen, bei denen ein Primitiv erzeugt wird, größer als
eine Schwelle S2 ist, heißt
es, dass das Primitiv üblicherweise
während des
Zeitraums T2 erzeugt wird, während
es im umgekehrten Fall heißt,
dass das Primitiv üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T2 erzeugt wird;
wobei das System ferner umfasst:
- – Unterscheidungsmittel
(708), um zu bestimmen, ob eine Änderung an einem einem Bildpunkt
zugeordneten Primitiv eingetreten ist, wobei das eine oder andere
der folgenden Kriterien angewandt wird:
• das Primitiv wird üblicherweise
während
des Zeitraums T1 erzeugt und üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T2 erzeugt,
• das
Primitiv wird üblicherweise
während
des Zeitraums T2 erzeugt und wird üblicherweise nicht während des
Zeitraums T1 erzeugt;
wobei das System ferner umfasst:
- – dritte
Zählmittel
(705), um für
jeden Bildpunkt die Anzahl von N3 Änderungen der dem Bildpunkt
zugeordneten Primitive zu zählen;
wenn
die Anzahl von N3 Änderungen
größer als eine
Schwelle S3, insbesondere gleich der Hälfte der Anzahl von dem Bildpunkt
zugeordneten Primitiven ist, heißt es, dass eine Änderung
am Bildpunkt eingetreten ist;
wobei das System ferner umfasst:
- – Erfassungsmittel
(706), um zu erfassen, ob ein neuer Körper (1) erschienen
ist, wobei bestimmt wird, ob eine Änderung an einer zusammenhängenden
Bildpunkteinheit eingetreten ist.
-
Vorzugsweise
umfasst bei dieser ersten Ausführungsart
(Abschnitt 1) das System ferner Alarmmittel, um ein Alarmsignal
im Falle einer verdächtigen Bewegungsbahn
oder Bewegung des Körpers
auszulösen.
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Abschnitt 2
-
Falls
die Bewertungssysteme der Beschaffenheit eines Körpers, der Bewegungsbahn und
der Verhaltensänderungen
des Körpers
Mittel zum Herausfiltern von Kalotten aus den aufeinander folgenden
Bildern umfasst, umfasst das System vorzugsweise:
- – Zuordnungssysteme,
um den Kalotten eine oder mehrere Eigenschaften zuzuordnen,
- – Auswahlmittel
zur Auswahl der Kalotten, deren Eigenschaften über einer Schwelle liegen,
- – vierte
Zählmittel,
um für
jeden Bildpunkt in regelmäßigen Zeitabständen dt
während
eines Zeitraums T1 die Anzahl von N1 Malen zu zählen, bei denen der Bildpunkt
der ausgewählten
Kalotte angehört,
wenn
die Anzahl von N1 Malen, bei denen die Kalotte größer als
eine Schwelle S1 ist, heißt
es, dass der Bildpunkt üblicherweise
während
des Zeitraums T1 vorhanden ist, während es im umgekehrten Fall
heißt,
dass der Bildpunkt üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T1 vorhanden ist;
wobei das System ferner umfasst:
- – fünfte Zählmittel
(702, 703, 705), um in regelmäßigen Zeitabständen dt über einen
Zeitraum T2, der kürzer
als T1 gewählt
wird, für
jeden Bildpunkt die Anzahl von N2 Malen zu zählen, bei denen der Bildpunkt
der ausgewählten
Kalotte angehört;
wenn
die Anzahl von N2 Malen, bei denen der Bildpunkt der Kalotte angehört, größer als
eine Schwelle S2 ist, heißt
es, dass der Bildpunkt üblicherweise
während
des Zeitraums T2 vorhanden ist, während es im umgekehrten Fall
heißt,
dass der Bildpunkt üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T2 vorhanden ist;
wobei das System ferner umfasst:
- – Unterscheidungsmittel
(708), um zu bestimmen, ob eine Änderung an einem Bildpunkt
eingetreten ist, wobei das eine oder andere der folgenden Kriterien
angewandt wird:
• der
Bildpunkt ist üblicherweise
während
des Zeitraums T1 vorhanden und üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T2 vorhanden,
• das Bildpunkt ist üblicherweise
während
des Zeitraums T2 vorhanden und üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T1 vorhanden;
wobei das System ferner umfasst:
- – Erfassungsmittel
(706), um zu erfassen, ob ein neuer Körper (1) erschienen
ist, wobei erfasst wird, ob eine Änderung an einer zusammenhängenden
Einheit von Bildpunkten eingetreten ist.
-
Vorzugsweise
umfasst das System ferner Alarmsysteme, um ein Alarmsignal im Falle
einer verdächtigen
Bewegungsbahn oder Bewegung des Körpers auszulösen.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der Studie der Beschreibung
von Ausführungsvarianten
der Erfindung hervor, die als hinweisende und nicht einschränkende Beispiele
dienen, und aus:
-
6,
die eine allgemeine Ansicht des Systems darstellt, das die Erfassung
von Körpern
ermöglicht,
wobei es das erfindungsgemäße Verfahren
einsetzt;
-
7,
die ein allgemeines Organigramm der verschiedenen Teile des Systems
und der verschiedenen Wechselwirkungen zwischen den Teilen darstellt.
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Bei
der beschriebenen Ausführungsvariante haben
das Verfahren und das System die Aufgabe, das Vorhandensein eines
neuen und relativ während mindestens
3 Sekunden stationären
Körpers
zu erfassen. Es wird angenommen, dass der gesuchte Gegenstand eine
Größe in dem
zwischen zwei Bildpunktanzahlen enthaltenen Bild in dem Sinne aufweist,
dass der Gegenstand in dem Bild eine in einem Intervall enthaltene
Bildpunktanzahl einnimmt. Dieser Intervall wird empirisch oder durch
Tests bestimmt.
-
Die
Schwellen in dem beschriebenen Beispiel wurden derart gewählt, dass
sie die Eigenschaften des gesuchten Gegenstandes widerspiegeln,
d.h. die Größe des Gegenstandes
in dem Bild und seinen Kontrast.
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Es
wird nun 6 beschrieben, die eine allgemeine
Ansicht des Systems darstellt, das die Erfassung von Körpern durch
Einsatz des Verfahrens der vorliegenden Anmeldung ermöglicht.
-
Das
System betrifft die Erfassung von neuen Körpern 1, insbesondere
einen Schwimmer, der sich in einem Schwimmbecken unter der Wasseroberfläche oder
an der Schnittstelle 2 befindet. Der Schauplatz 3 ist
durch nicht unbedingt vorgegebene Lichter erhellt.
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Eine
Gesamtheit von Erfassungsmitteln, insbesondere ein Sensor des Typs
Videokamera 4 des Typs CDD, zeigt von dem beobachteten
Schauplatz 3, an dem sich der Körper 1 befindet, eine
Aufeinanderfolge von Videobildern zu aufeinander folgenden Zeitpunkten.
Diese Bilder sind durch elektrische Signale dargestellt. Vorzugsweise
ist ein Polarisationsfilter 8 im Einsatz, um zumindest
einen Teil der Lichtreflexionen zu beseitigen.
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Digitalisierungsmittel 6 (insbesondere
eine Digitalisierungskarte der CDD-Bilder) ermöglichen die Digitalisierung
der Signale, um Daten entsprechend jedem Videobildpunkt, insbesondere
Bildpunktwerte zu erhalten.
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Schließlich ermöglichen
es Datenverarbeitungsmittel, insbesondere ein Computer 7,
umfassend einen Speicher 7a und einen Prozessor 7b, eine
Unterscheidung der neuen Körper
vorzunehmen, wie dies nun beschrieben wird. In dem Speicher 7a sind
die digitalen Bilddaten gespeichert. Der Prozessor 7b umfasst
Mittel zur Bewertung der Beschaffenheit eines Körpers, der Bewegungsbahn und
der Verhaltensänderungen
des Körpers.
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Die
Mittel zur Bewertung der Beschaffenheit eines Körpers, der Bewegungsbahn und
der Verhaltensänderungen
des Körpers
umfassen Datenverarbeitungsmittel, um aus den aufeinander folgenden Bildern
Primitive und/oder Kalotten herauszufiltern, die kaum empfindlich
für die
Beleuchtungsbedingungen und geeignet sind, für eine wirksame Unterscheidung
zwischen Lichtflecken und Körpern
verwendet zu werden.
-
Es
wird nun 7 beschrieben, die ein allgemeines
Organigramm der verschiedenen Wechselwirkungen zwischen den Teilen
des Systems darstellt.
-
Nach
einer ersten Ausführungsvariante
(erster Abschnitt genannt), die die nachstehend beschriebene zweite
nicht ausschließt,
umfasst der Prozessor 7b des Systems:
- – Zuordnungsmittel 701,
um jedem Bildpunkt eines der Primitive (im Sinne der vorliegenden
Erfindung) zuzuordnen,
- – Erste
Zählmittel 702,
die mit einer Uhr 704 verbunden sind, um in regelmäßigen Zeitabständen dt über einen
Zeitraum T1 für
jeden Bildpunkt und für
jedes der Primitive, die dem Bildpunkt zugeordnet sind, die Anzahl
von N1 Malen zu zählen, bei
denen jedes Primitiv erzeugt wird.
-
Wenn
die Anzahl von N1 Malen, bei denen ein Primitiv erzeugt wird, größer als
eine Schwelle S1 ist, heißt
es, dass das Primitiv üblicherweise
während des
Zeitraums T1 erzeugt wird, während
es im umgekehrten Fall heißt,
dass das Primitiv üblicherweise nicht
während
des Zeitraums T1 erzeugt wird.
-
Der
Prozessor 7b des Systems umfasst ferner zweite Zählmittel 703,
die dieselben wie die ersten Zählmittel
sein können.
Diese zweiten Zählmittel 703,
die mit der Uhr 704 verbunden sind, zählen in regelmäßigen Zeitabständen dt
während
eines Zeitraums T2, der kürzer
als T1 gewählt
wird, für
jeden Bildpunkt und für
jedes der dem Bildpunkt zugeordneten Primitive die Anzahl von N2
Malen, bei denen jedes Primitiv erzeugt wird. Wenn die Anzahl von
N2 Malen, bei denen das Primitiv erzeugt wird, größer als
eine Schwelle S2 ist, heißt
es, dass das Primitiv üblicherweise
während
des Zeitraums T2 erzeugt wird, während
es im umgekehrten Fall heißt,
dass das Primitiv üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T2 erzeugt wird.
-
Der
Prozessor 7b des Systems umfasst ferner Unterscheidungsmittel 708,
um zu bestimmen, ob eine Änderung
an einem einem Bildpunkt zugeordneten Primitiv eingetreten ist, wobei
das eine oder das andere der folgenden Kriterien angewandt wird. Die
Unterscheidungsmittel 708 bestimmen:
- • entweder
ob das Primitiv üblicherweise
während des
Zeitraums T1 erzeugt wird und üblicherweise nicht
während
des Zeitraums T2 erzeugt wird,
- • oder
ob das Primitiv üblicherweise
während
des Zeitraums T2 erzeugt wird und üblicherweise nicht während des
Zeitraums T1 erzeugt wird.
-
Der
Prozessor 7b des Systems umfasst ferner dritte Zählmittel 705,
die dieselben wie die ersten und die zweiten Zählmittel sind. Die dritten
Zählmittel 705,
die mit der Uhr 704 verbunden sind, zählen für jeden Bildpunkt die Anzahl
von Änderungen
N3 der dem Bildpunkt zugeordneten Primitive. Wenn die Anzahl von Änderungen
N3 größer als
eine Schwelle S3, insbesondere gleich der Hälfte der Anzahl von dem Bildpunkt
zugeordneten Primitiven ist, heißt es, dass eine Änderung
an dem Bildpunkt eingetreten ist.
-
Der
Prozessor 7b des Systems umfasst ferner Erfassungsmittel 706,
um zu erfassen, ob ein neuer Körper
erschienen ist, wobei bestimmt wird, ob eine Änderung an einer zusammenhängenden
Bildpunkteinheit eingetreten ist.
-
Es
ist nun eine zweite Ausführungsvariante (zweiter
Abschnitt genannt) beschrieben. Diese zweite Ausführungsvariante,
die die erste nicht ausschließt,
kann unter Verwendung derselben Elemente eingesetzt werden. Sie
tragen in der nachfolgenden Beschreibung dieselben Zahlenzeichen.
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Nach
dieser zweiten Ausführungsvariante umfasst
der Prozessor 7b des Systems Zuordnungsmittel 701,
um den Kalotten ein oder mehrere Merkmale zuzuordnen. Der Prozessor 7b umfasst
Auswahlmittel 701a, um die Kalotten auszuwählen, deren
Merkmale über
einer Schwelle liegen. Der Prozessor 7b umfasst auch vierte
Zählmittel 702, 703, 705,
die mit einer Uhr 704 verbunden sind, um für jeden
Bildpunkt in regelmäßigen Zeitabständen dt während eines
Zeitraums T1 die Anzahl von N1 Malen, bei denen der Bildpunkt der
ausgewählten
Kalotte angehört,
zählen.
Wenn die Anzahl von N1 Malen, bei denen der Bildpunkt der Kalotte
angehört,
größer als
eine Schwelle S1 ist, heißt
es, dass der Bildpunkt üblicherweise
während
des Zeitraums T1 vorhanden ist, während es im umgekehrten Fall
heißt,
dass der Bildpunkt üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T1 vorhanden ist. Der Prozessor 7b des Systems umfasst
ferner fünfte
Zählmittel 702, 703, 705,
die mit einer Uhr 704 verbunden sind, um in regelmäßigen Zeitabständen dt
während
eines Zeitraums T2, der kürzer
als T1 gewählt
wird, für
jeden Bildpunkt die Anzahl von N2 Malen, bei denen der Bildpunkt
der ausgewählten
Kalotte angehört,
zu zählen.
Wenn die Anzahl von N2 Malen, bei denen der Bildpunkt der Kalotte
angehört,
größer als
eine Schwelle S2 ist, heißt
es, dass der Bildpunkt üblicherweise
während des
Zeitraums T2 vorhanden ist, während
es im umgekehrten Fall heißt,
dass der Bildpunkt üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T2 vorhanden ist. Der Prozessor 7b des Systems
umfasst ferner Unterscheidungsmittel 708, um zu bestimmen,
ob eine Änderung
an einem Bildpunkt eingetreten ist, wobei das eine oder das andere
der folgenden Kriterien angewandt wird.
-
Die
Unterscheidungsmittel bestimmen:
- • entweder
ob der Bildpunkt üblicherweise
während
des Zeitraums T1 vorhanden ist und üblicherweise nicht während des
Zeitraums T2 vorhanden ist,
- • oder
ob der Bildpunkt üblicherweise
während des
Zeitraums T2 vorhanden ist und üblicherweise
nicht während
des Zeitraums T1 vorhanden ist.
-
Der
Prozessor 7b des Systems umfasst ferner Erfassungsmittel 706,
um zu erfassen, ob ein neuer Körper
erschienen ist, wobei erfasst wird, ob eine Änderung an einer zusammenhängenden
Bildpunkteinheit eingetreten ist.
-
Im
Falle der ersten Variante, wie auch im Falle der zweiten Variante
umfasst der Prozessor 7b des Systems ferner Alarmmittel 707,
um ein Alarmsignal im Falle einer verdächtigen Bewegungsbahn oder Bewegung
des Körpers
auszulösen.
-
Bei
der Ausführungsvariante,
die nachstehend unter Bezugnahme auf die 3a und 4a beschrieben
ist, setzt das Verfahren zum Erfassen des Vorhandenseins eines neuen
und relativ stationären
Gegenstandes innerhalb von weniger als 3 Sekunden gleichzeitig die
Methoden der Abschnitte 1 und 2 ein.
-
Als
einem Bildpunkt zugeordnete Primitive (im Sinne der oben angeführten Definition)
werden die beiden folgenden Primitive herangezogen: die Zugehörigkeit
zu einer signifikanten Kalotte oberen Typs und die Zugehörigkeit
zu einer signifikanten Kalotte unteren Typs. Um die Zugehörigkeit
zu einer signifikanten Kalotte oberen Typs und zu einer signifikanten
Kalotte unteren Typs zu definieren, werden folgende Eigenschaften
herangezogen.
-
Das
Feld (die Bildpunktanzahl der Kalotte) muss größer als 3 und kleiner als 10
sein. So wird festgelegt, dass die Gegenstände, die in dem Bild sind,
weder zu klein noch zu groß sind.
Das „Volumen", das als der absolute
Wert der Summe der Abweichungen zwischen dem Wert jedes Bildpunktes der
Kalotte und dem Niveau der Kalotte definiert ist, muss größer als
6 sein. Es sind somit nur die Gegenstände des Bildes interessant,
die ausreichend kontrastreich sind.
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Jede
Sekunde wird das von der Kamera 4 erzeugte Signal digitalisiert,
wobei auf an sich bekannte Weise eine Digi talisierungskarte 6,
ein mit einem Speicher 7a und einem Prozessor 7b ausgestatteter Computer 7 eingesetzt
werden. Die Gesamtheit der oberen Kalotten und der unteren Kalotten
wird durchlaufen, und es werden nur die signifikanten Kalotten festgehalten.
Für die
Bildpunkte, die den signifikanten Kalotten angehören, wird somit mindestens
eines ihrer beiden Primitive erzeugt.
-
Im
Sinne der vorliegenden Erfindung gilt ein Primitiv als erzeugt,
wenn und nur wenn der Bildpunkt, dem das Primitiv zugeordnet ist,
einer signifikanten Kalotte oberen Typs oder einer signifikanten Kalotte
unteren Typs angehört.
-
Beispielsweise
weist das in 3a dargestellte digitalisierte
Bild die folgenden oberen Kalotten auf:
- • eine Kalotte
des Niveaus 3, die von dem einzigen Bildpunkt gebildet ist, dessen
Wert 4 ist. Ihr Feld ist 1. Wenn ihr Feld kleiner als 3 ist, ist
sie nicht signifikant.
- • eine
Kalotte des Niveaus 2, deren Rand fett in 3a dargestellt
ist. Ihr Feld ist 4 und ihr Volumen 5. Wenn ihr Volumen kleiner
als 6 ist, ist sie nicht signifikant.
-
Beispielsweise
weist das in 4a dargestellte digitalisierte
Bild die folgenden oberen Kalotten auf: zwei Kalotten des Niveaus
1, die von den beiden fetten Linien umgeben sind. Eine von ihnen
(die rechte) hat ein Feld von 2 Bildpunkten und ist somit nicht
signifikant. Die andere hat ein Feld von 8 Bildpunkten und ein Volumen
von 13. Sie ist somit signifikant.
-
In
dem in 4a dargestellten Bild gibt es somit
nur eine signifikante obere Kalotte. Ebenso werden die Kalotten
unteren Typs durchlaufen, und es ergibt sich in diesem selben Bild
keine signifikante Kalotte unteren Typs. Die 8 in 4a von
der fetten linken Linie umgebenen Bild punkte sind somit die einzigen
Bildpunkte, die ein erzeugtes Primitiv aufweisen.
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Im
Speicher wird für
jeden der Bildpunkte die Erzeugungsgeschichte dieser Primitive der
letzten 10 Sekunden gespeichert. Auf Basis dieser Geschichte wird
für jeden
der Bildpunkte für
jedes Primitiv die Anzahl von Malen gezählt, bei denen es in den letzten 10
Sekunden und in den letzten 3 Sekunden erzeugt wurde. Wenn in einem
Bildpunkt ein Primitiv üblicherweise
während
der letzten 10 Sekunden erzeugt (bzw. üblicherweise nicht erzeugt)
wird, allerdings in der Mehrzahl (bzw. in der Minderzahl) während der letzten
3 Sekunden erzeugt wird, heißt
es, dass eine Änderung
an diesem Bildpunkt eingetreten ist.
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So
wird im Speicher eine Karte jener Bildpunkte erstellt, an denen
eine Änderung
eingetreten ist. Eine zusammenhängende
Einheit solcher Bildpunkte zeigt das Vorhandensein eines neuen Körpers an,
dessen Größe auf dem
Bild durch die Anzahl von Bildpunkten, die in der Gesamtheit vorhanden
sine, gegeben ist.
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Wenn
die Größe einer
solchen Gesamtheit 3 Bildpunkt überschreitet,
ohne 10 Bildpunkte zu überschreiten,
wurde nun das Vorhandensein eines neuen relativ stationären Körpers in
den letzten 3 Sekunden erfasst, dessen Größe in dem festgelegten Intervall
liegt.