Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zum Überwachen von Videoobjekten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Objekten, insbesondere zum Überwachen von Szenen videoerfasster Objekte, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Weiter betrifft die Erfindung ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 8 beziehungsweise Anspruch 9.
Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Überwachen von Objekten, insbesondere zum Überwachen von Szenen videoerfasster Objekte, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10.
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Überwachungssystem, insbesondere von einem Überwachungssystem zur Beobachtung von einem Überwachungsbereich oder mehreren Überwachungsbereichen, wobei auf den Überwachungsbereich oder die Überwachungsbereiche Überwachungskameras gerichtet sind. Die von den Überwachungskameras aufgenommenen Videobilder werden oftmals an eine zentrale Einheit, zum Beispiel an eine Überwachungszentrale, weitergegeben und dort durch Überwachungspersonal oder automatisiert ausgewertet. In anderen Anwendungen wird die automatische Auswertung direkt in der Kamera durchgeführt. Da derartige Videoüberwachungssysteme häufig eine Vielzahl, z. B. 100 bis 1000 Überwachungskameras aufweisen, kann die Vielzahl der Videobilder von einer begrenzten Anzahl von Wachleuten nicht sinnvoll überwacht werden, sodass die automatisierte Bildauswertung zunehmend an Bedeutung gewinnt.
Insbesondere geht die Erfindung von einem Verfahren, einem Computerprogramm, einem Computerprogrammprodukt und einer Vorrichtung zum Überwachen von Objekten, insbesondere zum Überwachen von Szenen videoerfasster Objekte nach Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Überwachungssysteme, insbesondere Videoüberwachungssysteme mit einem Verfahren zur Video-Objekt-Verfolgung durch ein Detektor-Tracking-System.
Aus dem Stand der Technik sind Videoüberwachungssysteme bekannt. Bei derartigen Videoüberwachungssystemen wird ein spezielles Objekt wie zum Beispiel eine Person oder ein Auto, durch eine Videosequenz verfolgt. Die Erkennung und Verfolgung des Objektes in einer Videosequenz wird im Allgemeinen durch ein zweiteiliges System realisiert. Dieses besteht zum einen Teil aus einem Detektor oder einer Detektoreinrichtung, welche das Objekt anhand eines Objektmodells in einem Bild oder einem eingeschränkten Bildbereich lokalisiert. Weiterhin besteht das System aus einem Modul zur Objektverfolgung (Trackingmodul, Verfolgungseinrichtung), welches die Position des Objekts über die Zeit verfolgt. In diesem Zusammenhang ermittelt das Trackingmodul zu dem zu überwachenden Objekt zugehörige Verfolgungsparameter, wie zum Beispiel eine Bewegungsrichtung oder eine Bewegungsgeschwindigkeit. Derartige Objektdetektoren werden unter anderem in Videoüberwachungssystemen und ähnlichen Anwendungen wie Systemen zur Gesichtsdetektion in Digitalkameras zur automatischen Fokussierung oder in Systemen zur Personendetektion im Fahrzeug zur Kollisionsvermeidung eingesetzt, um die Objekte einer gegebenen Objektklasse wie zum Beispiel eine Person, ein Gesicht oder ein Auto im Bild zu erkennen. Das Objektmodell ist dabei als ein automatisch gelernter Klassifikator ausgebildet, der auf die Wiedererkennung von Bildern dieser vorbestimmten Objektklasse trainiert ist.
Aus der DE 10 2007 058 959 AI sind Überwachungssysteme, beispielsweise Videoüberwachungssysteme bekannt. Diese Überwachungssysteme dienen zur Beobachtung von einem oder mehreren Überwachungsbereichen, wobei auf den oder die Überwachungsbereiche Überwachungskameras gerichtet sind. Die von den Überwachungskameras aufgenommenen Videobilder werden beispielsweise an eine zentrale Einheit, zum Beispiel an eine Überwachungszentrale, weitergegeben und dort durch Überwachungspersonal oder automatisiert ausgewertet. Dabei kommen Konfigurationsmodule für das Überwachungssystem zum Einsatz, wobei das
Überwachungssystem ausgebildet ist, Objekte mit Objekteigenschaften in einer Überwachungsszene auf Basis von Objekteigenschaftsbereichen als Überwachungsobjekte zu klassifizieren. Für eine umfassende Objektüberwachung mit mehreren zu überwachenden Objekten, die sich beispielsweise in unterschiedliche Richtungen mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen, ist eine entsprechende Rechenleistung erforderlich.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren, das erfindungsgemäße Computerprogramm, das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des entsprechenden Hauptanspruches oder des entsprechenden nebengeordneten Anspruches haben dem gegenüber den Vorteil, dass diese eine verbesserte Objektüberwachung realisieren und weniger Rechenleistung erfordern.
Durch ein Rückkoppeln von Verfolgungsparametern zum Detektieren von Objekten erfolgt ein Detektieren auf Basis der rückgekoppelten Verfolgungsparameter effektiver und schneller. Eine Verfolgungseinrichtung ist mit einer Einrichtung zur Objektmodellselektion rückgekoppelt, sodass beim wiederholten Detektieren unter Berücksichtigen von beim Verfolgen des Objekts ermittelten Verfolgungsparametern, die Verfolgungsparameter der Selektionseinrichtung zugeführt werden und für das Detektieren berücksichtigbar sind. Statt einer Detektion eines Objektes anhand eines einzigen Modells, welches alle Variationen des Objekts abdeckt, werden anhand der rückgekoppelten Verfolgungsparameter ein oder mehrere Objektmodelle zur Detektion ausgewählt, die jeweils einen kleineren Modell- oder Variationsbereich des Objekts beschreiben und damit eine spezifischere Repräsentation des Objekts darstellen. Somit ist ein Objekt anhand eines Objektmodells mit einem schmaleren Variationsbereich genauer und schneller detektierbar und kann einfacher verfolgt und somit überwacht werden. Die Detektoreinrichtung kann in mehrere Detektoreinrichtungen oder Detektionsmodule unterteilt werden, welche speziellere Modelle für eine Objektdetektion aufweisen, die dann in einem nächsten Überwachungsschritt, beispielsweise einem nächsten Bild einer Szene, verwendet werden können. Ein Selektionsmodul bestimmt aufgrund der erfassten Verfolgungsparameter und allgemeiner Szenenparameter, welches Detektionsmodul
für die Detektion eines speziellen Objekts verwendet wird. Das gesamte System ist optional als lernendes oder selbstlernendes System ausgebildet, bei dem mit jedem Wiederholungsschritt des Verfahrens die Parameterbereiche für die Selektion optimiert und neu angepasst werden.
Durch die oben beschriebene Selektion eines Modells mit schmalerem Modellbereich, das heißt einer Zuordnung zu einer Untergruppe oder einer Unterklasse, durch Rückführung von im Trackingmodul ermittelten Verfolgungsparametern, kann die Detektoreinrichtung ein spezifischeres Objektmodell verwenden, was zu robusteren Erkennungsergebnissen sowie zu weniger Fehldetektionen (beispielsweise durch ein unscharfes Modell) führt.
Die Rückführung von Informationen aus der Langzeitbeobachtung des Objektes hilft, das passende Objektmodell zu bestimmen. Ein einfaches Testen sämtlicher Objektmodelle würde die Erkennungsergebnisse nicht in einem effektiven Maße erhöhen, da durch die höhere gesamte Varianz der Modelle auch die Anzahl der Fehldetektionen steigen würde. Der Vorteil der Erfindung liegt somit in der Erhöhung der Erkennungsleistung der Detektoreinrichtung. Weiterhin kann durch die spezifischeren Objektmodelle, das heißt den Modellen mit schmalerem Variationsbereich, im Gegensatz zu den komplexeren, allgemeineren Modellen, das heißt den Modellen mit breiterem Variationsbereich, die Rechenzeit reduziert werden. Mögliche Verfolgungsparameter, anhand derer eine Unterklasse oder ein Untermodell für die Objekte bestimmt wird, sind zum Beispiel die Geschwindigkeit des Objekts, wobei ein Detektor für bewegte Objekte zum Beispiel schnell statische Bildinhalte verwerfen kann, oder die Orientierung des Objekts, um beispielsweise verschiedene
Ansichten des Objekts gezielt zu detektieren. Mögliche Szenenparameter umfassen die Objektdichte, welche beispielsweise die Anzahl der erwarteten Objekte pro Flächeneinheit beeinflusst, die erwartete Objektverdeckung, die Beleuchtungssituation, wie beispielsweise Effekte wie Nebel, Lichtquellen und dergleichen, und der Szenenaufbau, wie beispielsweise die Kenntnis von die Objekte verdeckenden
Gegenständen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen und nebengeordneten Ansprüchen vorgegebenen Vorrichtungen möglich.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Detektieren und/oder das Verfolgen modellbasiert durchgeführt wird, das heißt, ein Selektieren von mindestens einem der Modelle umfasst. Für die Detektion und analog auch für das Verfolgen wird aus den vorgegebenen Modellen mindestens eines ausgewählt. Bevorzugt wird die Anzahl der Modelle im Laufe der Überwachung immer weiter reduziert. In einem ersten Schritt wird aus den n Modellen mindestens ein Modell bei einem nächsten Schritt nicht berücksichtigt, sodass dann maximal nur noch n-1 Modelle zu berücksichtigen sind. Dieses kann soweit fortgesetzt werden, bis nur noch ein Modell zu berücksichtigen ist. Die Modelle können hinsichtlich ihres Verfolgungsparameterbereichs und/oder Szenenparameterbereichs angepasst werden. Das Selektieren erfolgt unter Berücksichtigen der Verfolgungsparameter und/oder Szenenparameter. Gerade am Anfang von Überwachungen liegen wenig Daten über die zu überwachenden Objekte vor. Entsprechend unscharf sind die Gruppengrenzen zur Detektion der Objekte festgelegt. Je spezifischer ein Modell und je schärfer die Grenzen, desto höher ist die Detektionsfähigkeit. Die zu detektierenden Objekte werden zum Detektieren mit den Parameterbereichen der jeweiligen Objektmodelle verglichen. Fallen die Verfolgungsparameter und Szenenparameter eines Objekts in einen Parameterbereich eines Objektmodells, so wird dieses Objektmodell zur Detektion des Objekts verwendet. Im nächsten Schritt kann das erkannte Objekt verfolgt werden. Bei der Verfolgung werden wieder Verfolgungsparameter ermittelt. Diese werden bei einer erneuten Detektion verwendet, um die Detektion weiter zu erleichtern. Dies erfolgt insbesondere durch ein neues Auswählen eines passenden Modells mit kleinem Variationsbereich sowie durch Ändern der Parameterbereiche für die Selektion der Objektmodelle.
Bevorzugt wird das Detektieren und/oder das Selektieren anhand vorgegebener Modelle durchgeführt. Dabei umfasst das Vorgeben der Modell ein Vorgeben von Modellen mit unterschiedlichen Verfolgungsparameterbereichen und/oder Szenenparameterbereichen. Das Detektieren und/oder Verfolgen umfasst ein Selektieren von mindestens einem der Modelle. Dabei wird das Selektieren eines Modells anhand von Verfolgungsparametern und/oder Szenenparametern durchgeführt. Im Lauf einer Überwachung wird ein zu überwachendes Objekt immer zuverlässiger detektiert und verfolgt, da ein auf das zu überwachende Objekt passendes Modell ausgewählt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist vorgesehen, dass das Selektieren, zumindest zu Beginn einer Überwachung, eine Anpassung der Parameterbereiche umfasst, welche auf diese Weise die für die Detektion verwendeten Modelle
hinsichtlich des zu überwachenden Objekts präzisiert. Entsprechend umfasst das Selektieren und/oder Detektieren ein Verändern der Verfolgungsparameterbereiche und/oder Szenenparameterbereiche.
Ist ein Objekt nicht genau einem Modell oder Untermodell zuzuordnen, dann wird das Detektieren anhand mehrerer Modelle mit unterschiedlichen Parameterbereichen durchgeführt. Beispielsweise wird ein Objekt, das sich diagonal nach rechts oben bewegt, nicht alleine zuverlässig von den Modellen für nach rechts bewegten Objekten und den nach oben bewegten Objekten erfasst. Vielmehr wird das Objekt in beide Parameterbereiche fallen, so dass beide Modelle für die zuverlässige Detektion zu benutzen sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass die vorgegebenen Objektmodelle sowohl Modelle mit großer Variationsbreite, als auch untergeordneten Modellen mit geringerer Variationsbreite umfasst. Beispielsweise kann ein Modell mit großer Variationsbreite die Detektion von Personen in sämtlichen Ansichten umfassen, wohingegen ein untergeordnetes Modell auf die Detektion von Personen mit einer speziellen Laufrichtung spezialisiert ist. Dies kann immer weiter verfeinert werden, so dass beispielsweise separate Modelle mit verschiedenen Beinpositionen oder Armpositionen vorgegeben werden. Zu Beginn der Überwachung eines Objekts ist noch wenig Information über das Objekt vorhanden, so dass das Selektionsmodul für die Detektion ein Objektmodell mit großer Variationsbreite auswählen wird. Sind in einem späteren Schritt genauere Verfolgungsparameter bekannt, so wird durch die Selektion eines spezifischeren Objektmodells mit geringerer Variationsbreite die Detektionsgenauigkeit erhöht, sowie eine Erhöhung der Detektionsgeschwindigkeit ermöglicht.
Das Verfahren ist bevorzugt als Computerprogramm umgesetzt und lässt sich als Computerprogrammprodukt beliebig verteilen und an verschiedenen Orten einsetzen. Zudem lässt sich das Verfahren leicht nachrüsten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen von Objekten, insbesondere zum Überwachen von Szenen videoerfasster Objekte, umfassend mindestens eine Detektoreinrichtung zum Detektieren des Objektes und mindestens eine Verfolgungseinrichtung zum Verfolgen des Objektes, ist dadurch gekennzeichnet dass die Verfolgungseinrichtung Mittel zum Erfassen von Verfolgungsparametern aufweist und mit der Detektoreinrichtung rückgekoppelt ist, so dass beim wiederholten
Detektieren die Verfolgungsparameter der Detektoreinrichtung zugeführt und für das Detektieren berücksichtigbar sind. Die Vorrichtung umfasst insbesondere auch Sensoren zum Abbilden realer Objekte als Videoobjekte, beispielsweise Kameras. Die Vorrichtung umfasst insgesamt Mittel, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlich sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Fig. zeigt: schematisch als Blockschaltbild eine Vorrichtung zum Überwachen von Objekten.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Fig. zeigt schematisch als Blockschaltbild eine Vorrichtung 1 zum Überwachen von Objekten, welche ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überwachen von Objekten umsetzt. Die Vorrichtung 1 umfasst eine als Videosystem 3 ausgebildete Abbildungseinheit, mit welcher ein Abbild des realen Überwachungsbereichs erzeugt wird. Das Videosystem 3 erzeugt in kurzer zeitlicher Abfolge verschiedene Abbilder 2, die aneinandergefügt eine Szene ergeben. Die Abbilder 2, die als Eingabebilder 4 vorliegen, werden in einer Detektoreinrichtung 8 analysiert. Die Detektoreinrichtung 8 umfasst Detektionsmodelle 6 und ein Modellselektionsmodul 5, mit welchem die Detektionsmodule 6, 6a, 6b, 6c, das heißt die Module zur Detektion der Objekte, kurz Detektionsmodule 6, 6a, 6b, 6c, selektiert oder ausgewählt werden. Dabei werden in der Szene vorhandene Objekte detektiert und verschiedene Objektparameter erfasst. Beispielsweise wird ein Objekt klassifiziert, das heißt, die Objektparameter werden mit den Parameterbereichen der vorgegebenen Objektmodelle verglichen und einem passenden Modell oder einer Gruppe von Modellen zugeordnet. Die Detektion der Objekte erfolgt dabei in den Detektionsmodulen 6, 6a, 6b, 6c in dem Abschnitt 10. Diese detektieren ein Objekt anhand einer vorgegebenen Modellbeschreibung und erzeugen nach Detektion der Objekte eine Liste der detektierten Objekte 11. Diese Liste der Objekte 11 wird an eine Verfolgungseinrichtung 7 weitergegeben. Die Verfolgungseinrichtung 7 führt eine Objektverfolgung 12 über die Zeit durch. Hierbei werden Verfolgungsparameter oder auch Track-Informationen erfasst und aktualisiert
13. Die Liste der Objekte 11, welche von der Detektoreinrichtung 8 an die Verfolgungseinrichtung 7 weitergeleitet wurde, wird um die Verfolgungsparameter ergänzt. Dabei wird beispielsweise zu jedem Objekt der Objektliste 11 eine Bewegungs- oder Objekttrajektorie zugeordnet. Anders als bei Lösungen gemäß dem Stand der Technik werden die aus der Verfolgungseinrichtung 7 resultierenden Daten zu der Modellselektion 5 rückgekoppelt, sodass ein oder mehrere Objektdetektoren 6, 6a, 6b, 6c für die Detektion ausgewählt werden. In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sind mehrere Detektionsmodule 6, 6a, 6b, 6c vorgesehen, die aufgrund der Rückkopplung der mit der Verfolgungseinrichtung 7 gewonnen Informationen selektiert werden und jeweils schmalere Parameterbereiche aufweisen, als beispielsweise ein einziges Detektionsmodul 6 für alle Objekte. Das Detektionsmodul 6a weist beispielsweise ein Modell für geradeaus gehenden Menschen auf. Das Detektionsmodul 6b weist ein Modell für nach rechts gehende Menschen auf und das Detektionsmodul 6c weist ein Modell für nach links gehende Menschen auf. Wird in dem entsprechenden Abschnitt 10a, 10b, 10c ein Objekt detektiert, welches dem Modell entspricht (Mensch geht geradeaus, nach rechts bzw. nach links), wird in dem entsprechenden Abschnitt eine jeweils eine Liste IIa, IIb, 11c mit den Objekten erstellt, die die Kriterien des Modells oder der Gruppe erfüllen.
Die Parameterbereiche, welche von dem Detektionsmodul 6, das über das entsprechende Selektionsmodul 5 ausgewählt wurde, verwendet werden, können anhand der Verfolgungsparameter und/oder der Szenenparameter an die jeweilige Situation angepasst werden und ergeben so mit zunehmenden Zeitablauf der Überwachung eine immer selektivere Auswahl des zur Detektion zu verwendenden Modells. Durch dieses Herausfiltern eines reduzierten Objektmodells steigt die Leistungsfähigkeit der Vorrichtung 1.
Denn dadurch, dass im Unterschied zu bekannten Lösungen statt einer Detektoreinrichtung mit nur einem Objektmodell 6 mit unscharfen Grenzen bzw. breiten Modellbereichen mehrere Detektionsmodule 6a, 6b, 6c mit jeweils geringerer Variationsbreite verwendet werden, welche jeweils für eine Objektunterklasse der ursprünglichen Detektoreinrichtung spezialisiert sind, steigt die Überwachungseffektivität. Die Auswahl der Unterklasse wird dabei durch das Modellselektionsmodul 5 ausgeführt, welches durch Verfolgungsparameter der auch als Trackingmodul bezeichneten Verfolgungseinrichtung 7 gesteuert wird.
Die Vorrichtung 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als System zur Verfolgung von Personen in einer Videosequenz ausgebildet. Anders als ein System
nach Stand der Technik, welches nur eine Detektoreinrichtung 8 aufweisen würde, die auf alle möglichen Arten von Personen reagiert, weist das erfindungsgemäße System eine Detektoreinrichtung 8 mit einem Hauptdetektionsmodul 6 und mehreren als Unterdetektoren fungierendene Unterdetektionsmodule 6a bis 6c auf. Das Hauptdetektionsmodul 6 weist ein Modell mit einem weiten Variationsbereich auf. Dieses wird insbesondere zu Beginn einer Überwachung eingesetzt, da zu Beginn einer Überwachung eine große Menge an Undefinierten Objekten in einer Szene vorhanden ist. Um spezielle Objekte zu überwachen, sind die Detektionsmodule 6a bis 6c vorgesehen, die Modelle mit geringeren Variationsbreiten umfassen, die auf spezielle Objekte angepasst sind. Das Modell des Hauptdetektionsmoduls 6 ist somit in Untermodelle der Unterdetektionsmodule 6a bis 6c unterteilbar. Somit erfolgt eine Unterteilung eines Detektionsmoduls 6 mit breitem Modellbereich in spezielle Detektions- oder Detektormodule 6a bis 6c, zum Beispiel für geradeaus laufende 6a, nach rechts laufende 6b, und nach links laufende 6c Personen. Aus der Historie der Objektbewegung, die in der Verfolgungseinrichtung 7 ermittelt wird, wählt ein Modellselektionsmodul 5 das passende Modul 6a-6c oder eine Gruppe von Modulen, die das Objekt im nächsten Bild am besten beschreiben wird, aus. Daraufhin wird nur dieses spezielle Detektionsmodul 6, 6a, 6b, 6c zur Wiedererkennung des Objekts im nächsten Bild benutzt. Das Detektieren kann auch mit mehreren Detektionsmodulen 6, 6a, 6b, 6c durchgeführt werden, beispielsweise wenn mehrere Detektionsmodule auf das zu überwachende Objekt zutreffen, beispielsweise bei einer diagonalen Bewegung.