DE60008797T2

DE60008797T2 - Verfahren und vorrichtung zur detektion eines gegenstandes in bezug auf eine oberfläche

Info

Publication number: DE60008797T2
Application number: DE60008797T
Authority: DE
Inventors: Jerôme MENIERE; Christophe Migliorini
Original assignee: Poseidon SA
Current assignee: Poseidon SA
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2020-12-21
Also published as: JP2003518251A; ES2221869T3; WO2001046908A1; US20020191815A1; AU2687501A; DE60008797D1; FR2802653A1; CA2395135A1; US7123746B2; ATE261154T1; FR2802653B1; EP1240622A1; EP1240622B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zum Detektieren eines Gegenstandes in Bezug auf eine Oberfläche, wobei die Oberfläche nicht notwendigerweise eben ist. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einem Gegenstand zu verstehen: ein stoffliches, unbelebtes Element und/oder eine Person oder ein Tier. Der Gegenstand im Sinne der Erfindung kann statisch und/oder in Bewegung sein. Die Oberfläche im Sinne der Erfindung kann eine virtuelle Oberfläche oder eine reale, gegebenenfalls transparente, Oberfläche sein.
Für eine große Anzahl gewerblicher Anwendungen ist es notwendig, das Vorliegen eines Gegenstandes zu detektieren und dessen Position in Bezug auf eine Oberfläche zu bestimmen, insbesondere um zu beurteilen, ob sich der Gegenstand in Bezug auf die Oberfläche in Bewegung befindet. Die Untersuchung dieser Relativbewegung liefert Informationen über den Gegenstand und/oder die Oberfläche.
Um die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende und von ihr gelöste Aufgabe im Rahmen einer konkreten gewerblichen Anwendung zu zeigen, wird nachfolgend der besondere Fall von Fernüberwachungssystemen entwickelt, die dazu ausgelegt sind, einen Eindringling zu detektieren, der sich in einer vorbestimmten Umgebung bewegt. Diese Fernüberwachungssysteme gestatten es, zwischen Personen mit ungewöhnlichem Verhalten gegenüber solchen mit normalem Verhalten zu unterscheiden.
Insbesondere finden das Verfahren und das System gemäß der Erfindung zur Überwachung eines Schwimmbeckens Anwendung, um ein Ertrinken zu verhindern.
Das am 26. August 1996 im Namen von Poseidon eingereichte Patent SP2 FR 96 10442 beschreibt ein solches Überwachungssystem für ein Schwimmbecken unter Bezugnahme auf den Stand der Technik. Umfangreiche Auszüge aus dieser Patentschrift werden in die vorliegende Beschreibung übernommen. Die Überwachung von Schwimmbecken findet entweder nicht statt oder wird mittels menschlicher Überwachung durchgeführt. Eine solche Überwachung ist eine schwierige Aufgabe, welche ununterbrochene Aufmerksamkeit verlangt und eine nervliche Ermüdung der Personen, insbesondere der Bademeister, denen sie obliegt, mit sich bringt. Tatsächlich wird die Überwachung von Schwimmbecken, zusätzlich zu den Einschränkungen, die bei jedem auf menschlichem Eingreifen beruhenden System vorgegeben sind, z. B. Nachlassen der Wachsamkeit aufgrund einer momentanen Ermüdung oder Ablenkung, aufgrund der Lichtreflexion an der bewegten Wasseroberfläche stark erschwert, wobei dieses Phänomen die visuelle Bestimmung eines unbeweglichen oder passiv sinkenden Körpers in einigen Metern Tiefe erschwert. Das Problem der Überwachung von Schwimmbecken stellt sich vor allem bei öffentlichen Schwimmbädern.
Im Allgemeinen sinkt der verunglückte Badegast nach unten, doch in selteneren Fällen kommt es vor, dass er in einer bestimmten Lage bewusstlos unmittelbar unter der Wasseroberfläche treibt.
Ab dem Bewusstseinsverlust, der den Beginn des Ertrinkens kennzeichnet, bleiben einem erfahrenen Retter, der insbesondere die Durchführung der künstlichen Beatmung beherrscht, etwa zwei bis drei Minuten Zeit, um dem Ertrinkenden Hilfe zu leisten. Wird dieser Zeitraum eingehalten, so trägt der Ertrinkende im Allgemeinen nach einem möglichen Krankenhausaufenthalt zum Auspumpen seiner Lungen keine Folgen aus dem Unfall davon. Wenn die Hilfsmaßnahmen zwischen drei bis fünf Minuten nach dem Bewusstseinsverlust erfolgen, wobei dieser Zeitraum jedoch je nach Person schwankt, kann der Ertrinkende noch gerettet werden; es besteht jedoch die Gefahr bestimmter irreversibler Schäden, insbesondere im Gehirn. Nach mehr als fünf Minuten ist die Lebensgefahr sehr groß.
In der US-Patentschrift 5 043 705 wurde bereits vorgeschlagen, ein Sonar zu verwenden, um eine Schwimmbeckenüberwachung durchzuführen. Bei dieser Einrichtung verfügt man über mindestens ein Sender/Empfänger-Sonar am Boden des Schwimmbeckens, und man überwacht mit diesem Gerät zumindest einen horizontalen Abschnitt. Die Verwendung einer solchen Einrichtung hat jedoch Nachteile. Tatsächlich enthält das mit einem Sonar gewonnene Signal Echos, die von den Wänden des Schwimmbeckens erzeugt werden, und es ist äußerst schwierig, das dadurch erzeugte Störsignal zu beseitigen, um das Signal detektieren zu können, das dem untergetauchten Körper eines Ertrinkenden entspricht. Darüber hinaus gestattet es das Sonar grundsätzlich nur, den Körper eines Ertrinkenden anhand des Luftvolumens zu orten, das er enthält; wenn jedoch die Lungen eines Verunglückten mit Wasser gefüllt sind, entspricht das gewonnene Signal keineswegs dem, das man zurecht erwartet und es kann möglicherweise sogar von der Signalverarbeitung nicht erfasst werden. Somit ist festzustellen, dass ein solches System nicht zufrieden stellend sein kann.
Ferner wurde in der Patentanmeldung WO 95/34056 vorgeschlagen, zur Schwimmbeckenüberwachung Kameras zu verwenden, die im sichtbaren Wellenlängenbereich arbeiten. Diese Kameras sind so angeordnet, dass der beobachtete Bereich in einem Volumen liegt, das nahe dem Boden des Schwimmbeckens und parallel zu diesem verläuft. Bei dieser Vorrichtung beobachten die Kameras nur einen parallel zum Boden verlaufenden Abschnitt des Wassers, was bedeutet, dass die Anzahl der Kameras vervielfacht werden muss, wenn der Boden nicht eben ist, wobei der Hauptteil des Schwimmbeckenvolumens ohne Überwachung bleibt. Zudem gestattet es diese Vorrichtung nicht, unbewegliche Körper unmittelbar unter der Wasseroberfläche zu detektieren. Somit kann diese Vorrichtung ebenfalls nicht zufrieden stellen.
In der Patentanmeldung SP2 ( FR 96 10442 , Poseidon) ist ein Überwachungssystem für ein Schwimmbecken beschrieben, mit:

– einer Detektionseinrichtung (insbesondere Videokameras, die in wasserdichten Gehäusen angeordnet sind), die so ausgebildet sind, um Bilder der im Wasser des Schwimmbeckens untergetauchten Körper in Form von elektrischen Signalen zu liefern, wobei diese Detektionseinrichtung an den Wänden des Schwimmbeckens an sorgfältig verteilten Stellen vorgesehen sind, um zumindest einen Teil des Wasservolumens im Schwimmbecken abzutasten;
– Mitteln zur Digitalisierung der erhaltenen elektrischen Signale;
– Mitteln zur Zwischen- und Dauerspeicherung der digitalen Bilddaten zu aufeinander folgenden Zeitpunkten;
– Mitteln zum Vergleich zwischen den digitalen Bildern ein- und desselben Körpers zu aufeinander folgenden Zeitpunkten;
– Mitteln zur Beurteilung der Beschaffenheit eines Körpers (menschlicher Körper oder nicht), der Bahn und der Änderungen der Haltung des Körpers anhand dieser aufeinander folgenden Bilder,
– und Entscheidungsmitteln, die so ausgebildet sind, um eine Alarmeinrichtung im Falle einer verdächtigen Bahn oder Bewegung des beobachteten Körpers auszulösen.

Die Mittel zum Vergleich der digitalen Bilder zwischen aufeinander folgenden Zeitpunkten sind so ausgebildet, um nur Formen zu berücksichtigen, deren Abmessungen zumindest denen eines Kindes entsprechen, so dass Fehlalarme verhindert werden, die durch Fremdkörper verursacht werden können. Diese Vergleichsmittel sind zudem so ausgebildet, um eine Form zu isolieren und ihrer Bahn zu aufeinander folgenden Zeitpunkten zu folgen.
Die Beurteilungsmittel sind so ausgebildet, um anhand der Ergebnisse der Vergleichsmittel die Langsamkeit einer Bewegung und/oder die Unbeweglichkeit eines menschlichen Körpers im Schwimmbecken zu bestimmen.
Die Entscheidungsmittel sind so ausgebildet, um einen Alarm auszulösen, wenn die Langsamkeit der Bewegung oder die annähernde Unbeweglichkeit des Körpers im Schwimmbecken eine vorbestimmte Dauer, insbesondere 15 Sekunden, überschreitet.
Ein oder mehrere Kontrollbildschirme sind nahe den Sitzen der Bademeister oder in den Räumen der Verantwortlichen angeordnet, welche die Überwachung des Schwimmbeckens sicherstellen, wobei auf diesen Bildschirmen die Bilder eines als verdächtig betrachteten Bereiches angezeigt werden. Der Alarm kann von einem akustischen und/oder visuellen Meldegerät, insbesondere mit Anzeige des Bereiches des Schwimmbeckens, in dem sich ein verdächtiges Ereignis abspielt, ausgelöst werden.
So perfektioniert sie auch sein mögen, solche Systeme gestatten es nicht immer, einen Gegenstand vor einem Hintergrund zu unterscheiden. Tatsächlich ist es, wenn man nur eine Kamera verwendet, nicht immer möglich, einen Schlagschatten, der sich auf dem Hintergrund bewegt, vom Körper eines passiv sinkenden Badegastes zu unterscheiden. Wenn man mehrere Kameras verwendet, die denselben Gegenstand von mehreren Blickpunkten beobachten, müsste es der Parallaxeneffekt im Prinzip zwar gestatten, ein dreidimensionales Objekt, das vor dem Hintergrund liegt, von einem zweidimensionalen Fleck zu unterscheiden, der sich auf dem Hintergrund befindet. Damit der Parallaxeneffekt jedoch ausreichend empfindlich ist, müssen mehrere Bedingungen vereint sein. Einerseits ist es wünschenswert, dass sich die Blickpunkte nahe dem beobachteten Gegenstand befinden. Diese erste Bedingung impliziert, dass man mehrere Kameras verwendet, um einen Bereich mit großer Abmessung in Bezug auf die Abmessungen der Gegenstände zu überwachen, die man zu detektieren sucht. Gleichzeitig ist ein solches System dabei besonders teuer. Andererseits ist es wünschenswert, dass die Wiedergabe der von jeder Kamera erfassten Farben identisch ist. Damit dies der Fall ist, ist es jedoch notwendig, dass die optoelektronischen Eigenschaften der Videokameras dieselben sind, was nicht immer der Fall ist. Ferner kann der optische Pfad zwischen dem Gegenstand und jeder Kamera durch Medien mit unterschiedlicher Brechzahl oder Transparenz verlaufen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der beobachtete Körper in einem Schwimmbecken untergetaucht ist, dessen Oberfläche bewegt ist. Die Farbdarstellung des von jeder Kamera beobachteten Gegenstandes ist nicht dieselbe. Dies führt dazu, dass die geometrischen Korrelationen, die es gestatten, festzustellen, dass die von jeder Kamera erzeugten Bilder (deren Konturen und Grauabstufungen), die von ein- und demselben dreidimensionalen Gegenstand stammen, der sich vor einem farbigen Hintergrund befindet, nicht mit Sicherheit überprüft werden können. Dabei ist eine Verwechslung zwischen einem Farbfleck (z. B. einem Schlagschatten) am Boden des Schwimmbeckens und einem dreidimensionalen Gegenstand nahe dem Boden möglich. Folglich ergeben sich dabei Detektionsfehler und unbeabsichtigte Auslösungen der Alarmsysteme.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile dieser bisher bekannten Verfahren und Systeme, so leistungsfähig diese im übrigen auch sein mögen, zu vermeiden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und System wurde ursprünglich zur Überwachung von Schwimmbecken und zum Verhindern eines Ertrinkens erdacht. Es stellte sich jedoch schnell heraus, dass die Bildverarbeitungstechniken, die darin bestehen, in allgemeiner Weise ein Bild eines dreidimensionalen Gegenstandes in Bezug auf eine Oberfläche zu analysieren, auf Oberflächen, einschließlich virtueller Oberflächen, und auf Gegenstände anwendbar waren, die vor oder hinter solchen Oberflächen angeordnet sind. Sie sind daher in anderen Bereichen als dem der Überwachung von Schwimmbecken anwendbar.
Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Detektieren eines Gegenstandes in Bezug auf eine Oberfläche, insbesondere eine virtuelle Oberfläche, wobei die Oberfläche nicht notwendigerweise eben ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst den Schritt, ein zum betreffenden Blickpunkt gehöriges Synthesebild durch eine geometrische Transformation zu erzeugen, die mindestens eine perspektivische Projektion des Gegenstandes auf die Oberfläche umfasst, und zwar ausgehend von mindestens zwei verschiedenen Blickpunkten und für jeden dieser Blickpunkte.
Im Laufe der Beschreibung ist unter einem zum betreffenden Blickpunkt gehörigen Synthesebild das Bild zu verstehen, das durch Anwendung der geometrischen Transformation auf das beobachtete Geschehen erhalten wird, und zwar ausgehend von diesem Blickpunkt und unabhängig davon, ob ein Gegenstand vorliegt oder nicht.
Das Verfahren umfasst ferner den Schritt, zum Detektieren der Anwesenheit des Gegenstandes und zur Bestimmung seiner Position in Bezug auf die Oberfläche eine Unterscheidung zwischen den Synthesebildern durchzuführen.
Zur Unterscheidung zwischen den verschiedenen Synthesebildern umfasst das Verfahren ferner die folgenden Schritte:

– die Oberfläche (2) wird in ein Mosaik von Rasterflächen (Zi) zerlegt, die jeweils einen Mittelpunkt (Ci) aufweisen,
– jedem Mittelpunkt (Ci) und jedem Blickpunkt wird eine spezifische Richtung (Di) zugeordnet.

Somit wird jedes Synthesebild in virtuelle Rasterflächen (zi) zerlegt, wobei jede Rasterfläche so viele spezifische virtuelle Richtungen (di) aufweist, wie Blickpunkte vorhanden sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst zur Unterscheidung zwischen den Synthesebildern folgende weitere Schritte:

– mindestens ein Paar von Synthesebildern wird ausgewählt, das mindestens einem Paar von Blickpunkten zugeordnet ist;
– auf jedem Synthesebild des ausgewählten Paares werden Zonen gewählt, die in jeder der verschiedenen spezifischen virtuellen Richtungen (di) jeder virtuellen Rasterfläche (zi) liegen;
– die Zonen werden miteinander verglichen, um gegensätzliche Unterschiede des einen Synthesebildes gegenüber dem anderen Synthesebild zu ermitteln.

Beim Auftreten von gegensätzlichen Unterschieden bei dem Vergleich wird darauf geschlossen, dass ein Gegenstand vorhanden ist.
Vorzugsweise werden zur Bestimmung, ob sich ein Gegenstand vor und/oder hinter der Oberfläche befindet, in jeder spezifischen virtuellen Richtung (di) die Vergleichszonen auf der einen Seite und/oder der anderen Seite der Mittelpunkte (ci) der virtuellen Rasterflächen (zi) für jeden Blickpunkt ausgewählt.
Zur Bestimmung, ob sich der Gegenstand mehr oder weniger weit von der Oberfläche entfernt befindet, werden vorzugsweise in jeder der spezifischen virtuellen Richtungen (di) diejenigen Vergleichszonen ausgewählt, die mehr oder weniger weit von den Mittelpunkten (ci) der virtuellen Rasterflächen (zi) entfernt liegen.
Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den weiteren Schritt, die Position des Gegenstandes längs der Oberfläche abhängig von der Position auf der Oberfläche derjenigen Rasterflächen (zi) zu ermitteln, für welche gegensätzliche Unterschiede gefunden wurden.
Zur Erzeugung jedes der zu einem bestimmten Blickpunkt gehörigen Synthesebilder

– werden vorzugsweise an jedem Blickpunkt radioaktive Strahlung und/oder elektromagnetische Strahlung (insbesondere Licht) und/oder mechanische Schwingungen des Gegenstandes erfasst, um ein Signal zu erzeugen,
– wird vorzugsweise das Signal zur Gewinnung der digitalen Daten digitalisiert,
– werden vorzugsweise die Synthesebilder anhand der so erhaltenen Daten berechnet.

Vorzugsweise werden zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere von Licht, und/oder der mechanischen Schwingungen, insbesondere von Ultraschall, an jedem Blickpunkt eine optische Kamera und/oder ein Sonar eingesetzt.
Wenn die Synthesebilder Zonen unterschiedlicher Farben aufweisen, werden zur Ermittlung der gegensätzlichen Unterschiede vorzugsweise auf jedem Synthesebild des ausgewählten Paares Farbkontrastumkehrungen zwischen den Zonen ermittelt, die in jeder der spezifischen virtuellen Richtungen (di) jeder Rasterfläche (zi) liegen.
Gemäß einer Ausführungsform betrifft die Erfindung auch ein Verfahren, welches insbesondere zum Detektieren eines Gegenstandes vor einem Hintergrund bestimmt ist, wobei der Hintergrund in diesem Fall die Oberfläche bildet.
Im Falle dieser Ausführungsform enthält die geometrische Transformation ferner eine von einem bestimmten Blickpunkt ausgehende Projektion auf eine Bezugsoberfläche (insbesondere auf eine ebene Oberfläche), welche zu einem bestimmten Blickpunkt gehört, wobei es sich um die Projektion des virtuellen Bildes handelt, das aus der erwähnten perspektivischen Projektion des Gegenstandes auf den Hintergrund in Abhängigkeit von dem bestimmten Blickpunkt resultiert.
Vorteilhafterweise ist die Projektion auf die Bezugsoberfläche eine rechtwinklige Projektion. Ebenso ist bei dieser Ausführungsform das zu dem bestimmten Blickpunkt gehörige Synthesebild zusammengesetzt aus:

– dem Bild, das durch Anwendung der geometrischen Transformation auf den Gegenstand und ferner durch Überlagerung auf die Bezugsoberfläche erzeugt wird,
– dem Bild, das durch Anwendung der geometrischen Transformation auf eine virtuelle Darstellung erzeugt wird, die aus Teilen des Hintergrundes besteht, welche durch die perspektivische Projektion des Gegenstandes nicht verdeckt sind.

Vorzugsweise werden zur Erzeugung des Synthesebildes auf einer Bezugsoberfläche anhand der erwähnten digitalen Daten die Daten berechnet, die sich auf das Synthesebild auf der erwähnten Bezugsoberfläche beziehen.
Die Erfindung betrifft auch eine Anwendung, welche die zuvor beschriebenen technischen Merkmale verwirklicht und zur Überwachung von Körpern in einem Schwimmbecken bestimmt ist. Bei dieser Anwendung bilden der Boden und/oder die Seitenwände des Schwimmbeckens den Hintergrund. Für den Fall, dass nach Unterscheidung der Synthesebilder darauf zu schließen ist, dass sich ein Körper im Schwimmbecken befindet,

– wird der Unterscheidungsschritt wiederholt, um einen Körper, der einer verdächtigen Bahn folgt, insbesondere einen unbeweglichen Körper oder einen passiv sinkenden Körper, von einem Körper zu unterscheiden, der einer normalen Bahn folgt,
– ein Alarmsignal gesendet wird, wenn der Körper während eines ungewöhnlich langen Zeitraumes einer verdächtigen Bahn folgt.

Diese Anwendung bezieht sich vorzugsweise auf den Fall, dass sich ein Körper in der Nähe des Bodens befindet.
Bei dieser Anwendung

– werden vorzugsweise mindestens zwei Blickpunkte an geeignete Stellen der Seitenwände des Schwimmbeckens gelegt, um zumindest einen Teil des Wasservolumens des Schwimmbeckens abzutasten,
– verläuft die Bezugsoberfläche vorzugsweise genau parallel zur Wasseroberfläche des Schwimmbeckens.

System
Die Erfindung betrifft außerdem ein System zum Detektieren eines Gegenstandes in Bezug auf eine Oberfläche, insbesondere eine virtuelle Oberfläche, wobei die Oberfläche nicht notwendigerweise eben ist.
Das erfindungsgemäße System umfasst eine Detektionseinrichtung und eine erste Recheneinrichtung einer zentralen Verarbeitungseinheit, welche durch geometrische Transformation mit mindestens einer perspektivischen Projektion des Gegenstandes auf die Oberfläche, ausgehend von mindestens zwei verschiedenen Blickpunkten und für jeden dieser Blickpunkte, ein zu dem betreffenden Blickpunkt gehöriges Synthesebild erzeugt.
Das System weist zudem eine Unterscheidungseinrichtung zum Unterscheiden zwischen den Synthesebildern auf. Diese Unterscheidungseinrichtung gestattet eine Detektion der Anwesenheit des Gegenstandes und eine Bestimmung seiner Position in Bezug auf die Oberfläche. Vorzugsweise umfasst die Unterscheidungseinrichtung eine Teilungseinrichtung, welche die Oberfläche in ein Mosaik von Rasterflächen (Zi) mit jeweils einem Mittelpunkt (Ci) und genauso vielen spezifischen Richtungen (Di) wie Blickpunkten zerlegt. Auf diese Weise wird jedes Synthesebild in virtuelle Rasterflächen (zi) zerlegt, wobei jede Rasterfläche so viele spezifische virtuelle Richtungen (di) aufweist, wie Blickpunkte vorhanden sind.
Die Unterscheidungseinrichtung umfasst zur Unterscheidung zwischen den Synthesebildern ferner:

– eine Auswahleinrichtung, um mindestens ein Paar von Synthesebildern auszuwählen, welches mindestens einem Paar von Blickpunkten zugeordnet ist,
– eine Wahleinrichtung, um auf jedem Synthesebild des ausgewählten Paares Zonen zu wählen, die in jeder der verschiedenen spezifischen virtuellen Richtungen (di) einer jeden virtuellen Rasterfläche (zi) liegen;
– eine Vergleichseinrichtung zum Vergleich der Zonen, wobei gegensätzliche Unterschiede des einen Synthesenbildes gegenüber dem anderen Synthesebild ermittelt werden.

Bei Auftreten von gegensätzlichen Unterschieden bei dem Vergleich wird darauf geschlossen, dass ein Gegenstand vorhanden ist.
Vorzugsweise werden zur Bestimmung, ob sich ein Gegenstand vor und/oder hinter der Oberfläche befindet, von der Einrichtung zur Wahl der Zonen in jeder spezifischen virtuellen Richtung (di) Vergleichszonen auf der einen Seite und/oder der anderen Seite der Mittelpunkte (ci) der virtuellen Rasterflächen (zi) für jeden Blickpunkt gewählt.
Zur Bestimmung, ob sich der Gegenstand mehr oder weniger weit von der Oberfläche entfernt befindet, werden vorzugsweise in jeder der spezifischen virtuellen Richtungen (di) diejenigen Vergleichszonen von der Einrichtung zur Wahl der Zonen ausgewählt, die mehr oder weniger weit von den besagten Mittelpunkten (ci) der virtuellen Rasterflächen (zi) entfernt liegen.
Vorzugsweise bestimmt die Unterscheidungseinrichtung zur Unterscheidung zwischen den Synthesebildern die Position des Gegenstandes längs der Oberfläche in Abhängigkeit von derjenigen Position auf der Oberfläche der Rasterflächen (zi), bei denen gegensätzliche Unterschiede gefunden wurden.
Zur Erzeugung jedes der zu einem betreffenden Blickpunkt gehörigen Synthesebilder umfasst das System vorzugsweise an jedem Blickpunkt Messfühler. Diese Messfühler umfassen Einrichtungen zum Empfangen von radioaktiver Strahlung und/oder elektromagnetischer Strahlung (insbesondere Licht) und/oder mechanischen Schwingungen des Gegenstandes, um ein Signal zu erzeugen.
Das System umfaßt ferner:

– eine Einrichtung zum Digitalisieren des Signals und zur Gewinnung digitaler Daten,
– eine Einrichtung zur Berechnung der Synthesebilder anhand der so erhaltenen Daten.

Vorzugsweise sind als Messfühler zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlung, insbesondere von Licht, und/oder der mechanischen Schwingungen, insbesondere von Ultraschall, optische Kameras und/oder Sonare vorgesehen, die an jedem Blickpunkt angeordnet sind.
Wenn die Synthesebilder Zonen unterschiedlicher Farben aufweisen, umfasst die Unterscheidungseinrichtung zur Ermittlung der gegensätzlichen Unterschiede auf jedem Synthesebild des ausgewählten Paares vorzugsweise eine Einrichtung zur Ermittlung von Farbkontrastumkehrungen zwischen den Zonen, die in jeder der spezifischen virtuellen Richtungen (di) jeder Rasterfläche (zi) liegen.
Gemäß einer Ausführungsform betrifft die Erfindung auch ein System, das insbesondere zum Detektieren eines Gegenstandes vor einem Hintergrund bestimmt ist, wobei der Hintergrund in diesem Fall aus der Oberfläche besteht.
Bei dieser Ausführungsform enthält die geometrische Transformation ferner eine Projektion auf eine Bezugsoberfläche (insbesondere eine ebene Oberfläche), welche zu einem bestimmten Blickpunkt gehört, wobei es sich um die Projektion des virtuellen Bildes, das von der erwähnten perspektivischen Projektion des Gegenstandes auf den Hintergrund stammt, in Abhängigkeit von dem bestimmten Blickpunkt handelt. Vorteilhafterweise ist die Projektion auf die Bezugsoberfläche eine rechtwinklige Projektion. Zudem ist das zu dem bestimmten Blickpunkt gehörige Synthesebild zusammengesetzt aus

– dem Bild, das durch Anwendung der geometrischen Transformation auf den Gegenstand und ferner durch Überlagerung auf die Bezugsoberfläche erzeugt wird,
– dem Bild, das durch Anwendung der geometrischen Transformation auf eine virtuelle Darstellung erzeugt wird, die aus den Teilen des Hintergrundes besteht, welche nicht durch die perspektivische Projektion des Gegenstandes verdeckt sind.

Zur Erzeugung des Synthesebildes auf einer Bezugsoberfläche berechnet bei dieser Ausführungsform vorzugsweise die Recheneinrichtung anhand der digitalen Daten diejenigen Daten, die sich auf das Synthesebild auf der Bezugsoberfläche beziehen.
Ferner betrifft die Erfindung eine Anwendung, welche die zuvor beschriebenen technischen Merkmale verwirklicht und zur Überwachung von Körpern in einem Schwimmbecken bestimmt ist. Bei dieser Anwendung bilden der Boden und/oder die Seitenwände des Schwimmbeckens den Hintergrund. Für den Fall, dass nach Unterscheidung der Synthesebilder darauf zu schließen ist, dass sich ein Körper im Schwimmbecken befindet, weist das System ferner folgendes auf:
Diese Anwendung betrifft vorzugsweise den Fall, dass sich ein Körper in der Nähe des Hintergrundes befindet.
Bei dieser Anwendung

– werden vorzugsweise mindestens zwei Blickpunkte an geeignete Stellen der Seitenwände des Schwimmbeckens gelegt, um zumindest einen Teil des Wasservolumens des Schwimmbeckens abzutasten, und
– verläuft die Bezugsoberfläche vorzugsweise genau parallel zur Wasseroberfläche des Schwimmbeckens.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung, die lediglich als nicht einschränkendes Beispiel zur Veranschaulichung dienen. Es zeigt:
1 eine perspektivische Darstellung eines Gegenstandes vor einem Hintergrund und der perspektivischen Projektion des Gegenstandes sowie eine virtuelle Darstellung des Hintergrundes, ausgehend von einem ersten Blickpunkt;
2 eine perspektivische Darstellung desselben Gegenstandes vor demselben Hintergrund und der perspektivischen Projektion des Gegenstandes sowie eine virtuelle Darstellung des Hintergrundes, ausgehend von einem zweiten Blickpunkt;
3a eine perspektivische Darstellung eines Gegenstandes, der vor einem Hintergrund angeordnet ist und auf dem die virtuellen Rasterflächen Zi, deren Mittelpunkt Ci sowie die spezifischen Richtungen 3Di und 4Di, die den Blickpunkten 3 und 4 zugeordnet sind, eingezeichnet sind;
3b eine perspektivische Darstellung eines Gegenstandes vor einem Hintergrund nach rechtwinkliger Projektion auf eine erste Bezugsebene, die einem ersten Blickpunkt zugeordnet ist, und auf eine zweite Bezugsebene, die einem zweiten Blickpunkt zugeordnet ist;
4 eine perspektivische Darstellung der Synthesebilder für den Fall, dass kein Gegenstand vor dem Hintergrund vorhanden ist;
5a und 5b Draufsichten auf die zwei in 3b dargestellten Bezugsebenen;
6 eine perspektivische Darstellung eines Schwimmbeckens, in dem ein Körper nahe dem Hintergrund untergetaucht ist, und
7 eine schematische Darstellung der opto-elektronischen Vorrichtungen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Bei der in den 1 bis 7 dargestellten Ausführungsform ist die Oberfläche, in Bezug auf welche die Position eines Gegenstandes detektiert und ermittelt wird, ein opaker Hintergrund. Die nachfolgende, detaillierte Beschreibung ließe sich vom Fachmann auf einen Gegenstand anwenden, der vor oder hinter einer transparenten oder virtuellen Oberfläche liegt.
In den 1, 2, 3a und 3b ist ein Gegenstand 1 vor einem Hintergrund 2 gezeigt. Der unebene Hintergrund 2 ist durch eine "quadratische" Kontur mit der Form einer "Lippe" begrenzt und weist einen "Farbfleck" 50 auf, der sich vom Hintergrund abhebt. Durch eine geometrische Transformation mit einer perspektivischen Projektion auf den Hintergrund 2, ausgehend von mindestens zwei unterschiedlichen Blickpunkten 3, 4 und für jeden dieser Blickpunkte, erfolgen:

– eine perspektivische Projektion 3a, 4a des Gegenstandes auf den Hintergrund und
– eine virtuelle Darstellung 3b1, 3b2; 4b1, 4b2 der Teile des Hintergrundes, die nicht durch die perspektivische Projektion des Gegenstandes verdeckt werden.

Das Bezugszeichen 3b1 (bzw. 4b2) bezeichnet den (nicht verdeckten) Teil des Hintergrundes, der, vom Blickpunkt 3 (bzw. 4) gesehen, einen "Farbfleck" aufweist.
Mit dem Bezugszeichen 3b2 (bzw. 4b2) ist der (nicht verdeckte) Teil des Hintergrundes bezeichnet, der, vom Blickpunkt 3 (bzw. 4) gesehen, keinen "Farbfleck" aufweist.
Die virtuelle Darstellung 3b, 4b der nicht durch die perspektivische Projektion des Gegenstandes 1 verdeckten Teile ist die Vereinigung der Zonen 3b1 und 3b2 (Blickpunkt 3) sowie der Zonen 4b1 und 4b2 (Blickpunkt 4).
In 3a ist die Rasterung des Hintergrundes dargestellt, die aus virtuellen Rasterflächen Zi besteht, die jeweils einen Mittelpunkt Ci und zwei spezifische Richtungen 3Di (bzw. 3D1) und 4Di (bzw. 4D1) aufweisen, welche durch Verbinden der Blickpunkte 3 und 4 mit dem Mittelpunkt Ci (bzw. C1) der betreffenden Rasterfläche Zi (bzw. Z1) erhalten werden. In der Rasterfläche Z1, die oben links liegt, sind deren Mittelpunkt C1 sowie die zugehörigen spezifischen Richtungen 3D1 und 4D1 gezeigt.
Wenn die geometrische Transformation nur die oben beschriebene perspektivische Projektion enthält, besteht das Synthesebild im Sinne der vorliegenden Erfindung (nachfolgend als 3c, 4c bezeichnet) aus den perspektivischen Projektionen 3a und 4a des Gegenstandes auf den Hintergrund.
In 3b ist gezeigt, wie das Synthesebild 3c, 4c für den Fall erzeugt wird, dass die geometrische Transformation nach einem perspektivischen Projektionsvorgang eine rechtwinklige Projektion 6 auf Bezugsflächen 3e, 4e enthält, die den Blickpunkten 3 und 4 zugeordnet sind.
Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird jedes Synthesebild (3c bzw. 4c) durch eine rechtwinklige Projektion 6 und Überlagerung jeder perspektivischen Projektion (3a bzw. 4a) und jeder virtuellen Darstellung des Hintergrundes (3b bzw. 4b) auf ebenen Bezugsoberflächen (3e bzw. 4e) erhalten. Die rechtwinkligen Projektionen in der Richtung 6 der virtuellen Projektionen 3a und 4a sind in 3b mit 30 bzw. 40 bezeichnet. Es sei daran erinnert, dass sich jede virtuelle Darstellung 3b, 4b der nicht durch die perspektivische Projektion 3a, 4a des Gegenstandes auf den Hintergrund verdeckten Teile des Hintergrundes aus den oben definierten Teilen 3b1, 3b2; 4b1, 4b2 zusammensetzt.
Zur Vereinfachung der Beschreibung sind die 1 bis 3 geometrische Konstruktionen. Tatsächlich werden gemäß der folgenden Beschreibung zur Erzeugung jedes der besagten Synthesebilder 3c, 4c des Gegenstandes und des Hintergrundes, die einem betreffenden Blickpunkt 3, 4 zugeordnet sind, physikalische Einrichtungen und Recheneinrichtungen eingesetzt. Zuerst werden in jedem Blickpunkt 3, 4 die radioaktive Strahlung und/oder elektromagnetische Strahlung (insbesondere Licht) und/oder mechanischen Schwingungen, insbesondere Ultraschall, des Gegenstandes und des Hintergrundes erfasst, um ein Signal zu erzeugen. Bei der in 6 dargestellten Ausführungsvariante, welche die Überwachung von Schwimmbecken betrifft, wird zur Erfassung der vom Gegenstand und vom Hintergrund ausgehenden Lichtstrahlen an jedem Blickpunkt 3, 4 eine in einem Gehäuse 32, 42 angeordnete opto-elektronische Kamera 31, 41 eingesetzt, wie sie in der Patentanmeldung SP2 ( FR 96 10442 , Poseidon) beschrieben ist, auf deren Beschreibung hiermit Bezug genommen wird. Das Ausgangssignal der Kamera stellt das Bild des Gegenstandes 1 und des Hintergrundes 2 dar, das von der opto-elektrischen Kamera erzeugt wird.
Es wäre auch möglich, an jedem Blickpunkt 3, 4 ein Sonar zu verwenden und das Echo zu erfassen, das von den unterschiedlichen Teilen des Körpers 1 und des Hintergrundes 2 ausgesendet wird, sowie ein Signal zu erzeugen, das deren Form und Inhalt darstellt.
In an sich bekannter Weise wird das von der Kamera und/oder vom Sonar erzeugte Signal digitalisiert; anschließend werden die Synthesebilder anhand der so erhaltenen digitalen Daten berechnet. Wenn der Hintergrund 2 eben ist und/oder wenn eine analytische Darstellung des Hintergrundes bekannt ist, lassen sich die virtuellen Projektionen 3a, 4a des Gegenstandes auf dem Hintergrund 2 und/oder die virtuellen Darstellungen 3b, 4b der Teile des Hintergrundes, die nicht durch die virtuellen Projektionen verdeckt sind, direkt berechnen. Anschließend kann man dann die Synthesebilder 3c und 4c durch rechtwinklige Projektion 6 der virtuellen Projektionen 3a, 4a der virtuellen Darstellungen 3b, 4b auf den Bezugsoberflächen 3e und 4e berechnen, deren analytische Darstellung zudem bekannt ist. Wenn der Hintergrund nicht eben ist, wie dies in den 1 bis 4 dargestellt ist, wird der Hintergrund vorab abgetastet, insbesondere mittels Durchführung einer topographischen Bestimmung desselben, um ein digitales Modell davon zu erhalten.
Die spezifischen virtuellen Richtungen 3di und 4di jeder der virtuellen Rasterflächen zi der Synthesebilder, die den virtuellen Rasterflächen Zi des den Hintergrund bildenden Mosaiks zugeordnet sind, werden durch rechtwinklige Projektion auf den Bezugsebenen 3e und 4 der oben definierten spezifischen Richtungen 3Di und 4Di erhalten.
Wenn kein Gegenstand 1 vor dem Hintergrund vorhanden ist (wie in 4), werden die Synthesebilder 3c und 4c auf die virtuellen Projektionen des Hintergrundes 2 auf den Bezugsebenen 3e und 4e reduziert. Die beiden virtuellen Projektionen 3c und 4c ähneln einander.
Ist vor dem Hintergrund ein Gegenstand 1 vorhanden (wie in den 5a und 5b), unterscheiden sich die Synthesebilder 3c und 4c voneinander. Sie weisen voneinander verschiedene Zonen 30, 40 auf, die längs der spezifischen virtuellen Richtungen (3di, Figur 5a) und (4di, 5b) verlaufen, welche der (den) Rasterfläche(n) Zi zugeordnet sind, die (bei der rechtwinkligen Projektion auf den Bezugsebenen 3e und 4e) senkrecht zum Gegenstand verläuft (verlaufen). Diese Zonen entsprechen den virtuellen Projektionen 3a und 4a des Gegenstandes auf dem Hintergrund 2.
Zur Unterscheidung zwischen den Synthesebildern 3c, 4c und zur Bestimmung des Vorliegens eines Gegenstandes 1 in Bezug auf die Oberfläche 2 wird folgendermaßen vorgegangen: Ein Paar von Synthesebildern 3c, 4c, das mindestens einem Paar von Blickpunkten 3, 4 zugeordnet ist, wird gewählt. Jedes Synthesebild 3c, 4c des gewählten Paares wird untersucht (siehe 5a und 5b), indem Zonen 3fi, 3gi (Bezugsebene 3e), 4fi, 4gi (Bezugsebene 4e) ausgewählt werden, die längs jeder der spezifischen virtuellen Richtungen 3di, 4di jeder virtuellen Rasterfläche zi angeordnet sind. Anschließend werden diese Zonen 3fi, 3gi, 4fi, 4gi unter Ermittlung der gegensätzlichen Unterschiede eines Synthesebildes 3c gegenüber dem anderen 4c miteinander verglichen 3hi, 4hi.
Insbesondere wird, wenn die Synthesebilder 3c, 4c Zonen 3fi, 3gi, 4fi, 4gi mit unterschiedlichen Farben aufweisen, folgendermaßen vorgegangen, um gegensätzliche Unterschiede auf jedem Synthesebild 3c, 4c des gewählten Paares zu ermitteln. Es werden Farbkontrastumkehrungen zwischen den Zonen 3fi, 3gi, 4fi, 4gi ermittelt, die längs jeder der spezifischen virtuellen Richtungen 3di, 4di jeder Rasterfläche zi liegen. Synthesebilder, welche andersfarbige Zonen darstellen, werden insbesondere durch Einsatz von Videokameras erhalten.
Wenn bei einer bestimmten Anzahl von Rasterflächen zi (n kann dabei gleich 1 sein) gegensätzliche Unterschiede eines Synthesebildes gegenüber dem anderen erscheinen, z. B. wenn 3fi grau ist, 3gi aber nicht, und wenn 4fi nicht grau ist, 4gi aber schon, wird daraus a fortiori geschlossen, dass vor dem Hintergrund ein Gegenstand vorliegt. Durch Analyse der Farbkontraste längs der spezifischen virtuellen Richtungen 3di und 4di kann durch Ermitteln der Kontrastumkehrungen geschlossen werden, ob vor dem Hintergrund ein Gegenstand 1 vorliegt oder nicht. Die Suche nach gegensätzlichen Unterschieden kann sich jedoch auch auf andere Elemente als Farben und Grauabstufungen beziehen. Gegensätzliche Unterschiede können auch in den Formen, d. h. in der Hülle der Konturen, gefunden werden.
Unter Bezugnahme auf 6 ist eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Systems zur Überwachung von Körpern 1 in einem Schwimmbecken 61 dargestellt. In 6 sind Elemente zu erkennen, die bereits unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben wurden; sie tragen dieselben Bezugszeichen. Beispielsweise besteht der Hintergrund 2 aus dem Boden des Beckens 61 und/oder aus dessen Seitenwänden 62. Der Gegenstand 1 ist der Körper des verunglückten Badegastes. Bei dieser Anwendung wird wie bereits oben beschrieben vorgegangen, um die Synthesebilder zu unterscheiden und festzustellen, ob vor dem Hintergrund, insbesondere in dessen Nähe, ein Körper vorhanden ist. Anschließend wird der Unterscheidungsschritt wiederholt, um mittels Durchführung einer Bewegungsanalyse einen Körper, der einer verdächtigen Bahn folgt, insbesondere einen unbeweglichen oder einen passiv sinkenden Körper, von einem Körper zu unterscheiden, der einer normalen Bahn folgt. Wenn der Körper über einen ungewöhnlich langen Zeitraum einer verdächtigen Bahn folgt, wird ein Alarmsignal ausgesendet.
Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Systems zur Überwachung eines Schwimmbeckens sind die beiden in ihren Gehäusen 32 und 42 aufgenommenen optischen Kameras 31 und 41, die den Blickpunkten 3 und 4 zugeordnet sind, an den Seitenwänden 62 so angeordnet, dass sie zwischen sich einen 90°-Winkel bilden. Eine solche Anordnung ist dazu geeignet, zumindest einen Teil des Wasservolumens im Schwimmbecken abzutasten. In diesem Zusammenhang wird auf die Patentanmeldung SP2 ( FR 96 10442 , Poseidon) verwiesen, auf die hiermit Bezug genommen wird. Die Bezugsebenen 3e und 4e verlaufen genau parallel zur Wasseroberfläche 63 des Schwimmbeckens.
Nun wird unter Bezugnahme auf 7 eine schematische Ansicht der opto-elektronischen Vorrichtungen und der Recheneinrichtung gemäß einer Ausführungsvariante der Erfindung beschrieben.
Bei den Kabeln 33, 43, die durch die Gehäuse 32, 42, welche die Kameras 31, 41 enthalten, hindurchlaufen, handelt es sich um Koaxialkabel, die über eine Multiplexereinrichtung 71 mit einem Mikrocomputer 72, z. B. vom "IBM-kompatiblen" Typ, verbunden sind, der um einen PENTIUM-Mikroprozessor angeordnet ist. An jedes Kabel 33, 43 wird eine kontinuierliche Spannung angelegt, die zur Speisung der entsprechenden Kamera 31, 41 dient. Die Kamera 31, 41 sendet über das Kabel 33, 43 eine Modulation, die das zu verarbeitende Signal bildet. Vor dem Eintritt in die Multiplexereinrichtung 71 wird die Trennung der kontinuierlichen Komponente durch eine Demodulationseinrichtung sichergestellt, die nur der Multiplexereinrichtung das Signal liefert, das von der "CCD"-Kamera stammt. Der Mikrocomputer 72 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit 73, eine Zwischenspeichereinrichtung oder einen Schreib-/Lese-Speicher 74, eine Festspeichereinrichtung oder eine Festplatte 75 und eine Fernsteuerkarte 76, mit der eine Warneinrichtung 77 gesteuert werden kann. Ferner ist der Mikrocomputer 72 mit einem Kontrollbildschirm E verbunden, bei dem es sich um einen Tastbildschirm handelt, mit dem eine Betriebssteuerung möglich ist. Der Mikrocomputer 72 weist eine "Multimedia"-Konfiguration auf und ist mit einer Videoaufnahmekarte 78 ausgestattet, die eine Einrichtung zur Digitalisierung der von den Kameras 31, 41 gelieferten elektrischen Signale bildet.
Die Bilder werden in Form von elektrischen Signalen mit einer Rate von 25 Bildern pro Sekunde über eine Demodulations- und eine Multiplexereinrichtung, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 71 bezeichnet sind, von der Videoaufnahmekarte 78 empfangen, die diese in digitale Bilder umwandelt.
Durch das Multiplexen ist es möglich, die Signale der Kameras 31, 41 mit ein- und derselben Videokarte 78 zu verarbeiten. Es ist festzustellen, dass die Anzahl der von derselben Karte verarbeiteten Kamerasignale größer als zwei sein kann.
Mit der zentralen Verarbeitungseinheit 73 können die verschiedenen Berechnungen durchgeführt werden, mit denen die Synthesebilder 3c, 4c erzeugt werden können. Die zentrale Verarbeitungseinheit führt auch Berechnungen durch, die eine Unterscheidung zwischen den Synthesebildern 3c, 4c dahingehend gestatten, ob vor dem Hintergrund ein Gegenstand vorhanden ist oder nicht, wobei die oben beschriebenen Verfahrensschritte angewandt werden.
Es sind Speichereinrichtungen 74, 75 für die digitalen Daten der Synthesebilder zu aufeinander folgenden Zeitpunkten t (t + Dt) vorgesehen. Diese Speichereinrichtungen 74, 75 werden durch Speichereinrichtungen des Mikrocomputers 72, insbesondere durch die interne Schreib-/Lese-Speichereinrichtung 74 und die Festplatte 75 des Computers, gebildet. Ferner ist eine Einrichtung zum Vergleich zwischen den Synthesebildern zu aufeinander folgenden Zeitpunkten t und (t + Dt) vorgesehen. Die Vergleichseinrichtung besteht aus der zentralen Verarbeitungseinheit 73 des Computers und einer geeigneten Software, die in einem internen Schreib-/Lese-Speicherbereich 74 gespeichert ist. Das betreffende Zeitintervall Dt zwischen zwei Zeitpunkten t und (t + Dt) reicht aus, damit im Falle einer normalen Bewegung eines Schwimmers die Unterschiede zwischen den beiden aufeinander folgenden Bildern eine solche Bewegung übersetzen. Das Zeitintervall Dt ist jedoch so kurz wie möglich, damit im Falle einer verdächtigen Situation unverzüglich Alarm ausgelöst wird. Dieses Zeitintervall Dt kann in der Größenordnung von mehreren Zehntelsekunden liegen. Die Vergleichseinrichtung berechnet zwischen zwei Zeitpunkten t und (t + Dt) die Unterschiede zwischen den beiden Matrizen von Synthesebildern. Somit gestattet es die Vergleichseinrichtung, die Bereiche der Veränderung zwischen zwei Bildern zu aufeinander folgenden Zeitpunkten, d.h. die Bereiche einer Bewegung zwischen den beiden betreffenden Zeitpunkten, zu erhalten. Die zentrale Verarbeitungseinheit 73, kombiniert mit einer geeigneten Software, bildet zudem eine Einrichtung zum Beurteilen der Beschaffenheit eines Körpers 1, dessen Synthesebild gewonnen wird (menschlicher Körper oder nicht), der Bahn und der Änderungen des Verhaltens dieses Körpers. Die zentrale Verarbeitungseinheit 73 und die Software sind zudem dazu vorgesehen, eine Entscheidungseinrichtung zu bilden, die zum Auslösen eines Alarms im Falle einer verdächtigen Bahn oder verdächtiger Bewegungen des beobachteten Körpers ausgelegt sind. Da die Matrix des ursprünglichen Bildes (leeres Schwimmbecken) bekannt ist, können die verschiedenen, sich im Schwimmbecken bewegenden Formen, die von den Kameras erfasst werden, aufgezählt und einzeln verfolgt werden.

Claims

Verfahren zum Detektieren eines Gegenstandes (1) in Bezug auf eine Oberfläche (2), insbesondere eine virtuelle Oberfläche, wobei die Oberfläche (2) nicht notwendigerweise eben ist; mit folgenden Verfahrensschritten – Ein zu einem bestimmten Blickpunkt gehöriges Synthesebild (3c, 4c) wird erzeugt durch geometrische Transformation des Gegenstandes (1) mit mindestens einer perspektivischen Projektion (3a, 4a) auf die Oberfläche (2), und zwar ausgehend von mindestens zwei verschiedenen Blickpunkten (3, 4) und für jeden dieser Blickpunkte, – zum Detektieren der Anwesenheit des Gegenstandes (1) und zur Bestimmung seiner Position in Bezug auf die Oberfläche (2) wird zwischen den Synthesebildern (3c, 4c) eine Unterscheidung durchgeführt; wobei zur Unterscheidung zwischen den Synthesebildern (3c, 4c) folgende Schritte vorgesehen sind: – die Oberfläche (2) wird in ein Mosaik von Rasterflächen (Zi) zerlegt , die jeweils einen Mittelpunkt (Ci) aufweisen, – jedem Mittelpunkt (Ci) und jedem Blickpunkt (3, 4) wird eine spezifische Richtung (3Di, 4Di) zugeordnet; derart, dass jedes Synthesebild (3c, 4c) in virtuelle Rasterflächen (zi) zerlegt wird, wobei jede Rasterfläche so viele virtuelle spezifische Richtungen (3di, 4di) aufweist, wie Blickpunkte vorhanden sind; und wobei zur Unterscheidung zwischen den Synthesebildern (3c, 4c) folgende weitere Schritte vorgesehen sind: – mindestens ein Paar von Synthesebildern (3c, 4c) wird ausgewählt, das mindestens einem Paar von Blickpunkten (3, 4) zugeordnet ist; – auf jedem Synthesebild (3c, 4c) des ausgewählten Paares werden Zonen (3fi, 3gi, 4fi, 4gi) gewählt, die in jeder der verschiedenen virtuellen spezifischen Richtungen (3di, 4di) jeder virtuellen Rasterfläche (zi) liegen; – die Zonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi) werden miteinander verglichen (3hi, 4hi), um gegensätzliche Unterschiede des einen Synthesebildes (3c) gegenüber dem anderen Synthesebild (4c) zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Auftreten von gegensätzlichen Unterschieden bei dem Vergleich darauf geschlossen wird, dass ein Gegenstand (1) vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung, ob sich ein Gegenstand (1) vor und/oder hinter der Oberfläche (2) befindet, in jeder virtuellen spezifischen Richtung (3di, 4di) die Vergleichszonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi) auf der einen Seite und/oder der anderen Seite der Mittelpunkte (ci) der virtuellen Rasterflächen (zi) für jeden Blickpunkt ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung, ob sich der Gegenstand (1) mehr oder weniger weit von der Oberfläche (2) entfernt befindet, in jeder der virtuellen spezifischen Richtungen (3di, 4di) diejenigen Vergleichszonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi) ausgewählt werden, die mehr oder weniger weit von den Mittelpunkten (ci) der virtuellen Rasterflächen (zi) entfernt liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Gegenstandes längs der Oberfläche in Abhängigkeit von der Position auf der Oberfläche derjenigen Rasterflächen (zi) ermittelt wird, für welche gegensätzliche Unterschiede gefunden wurden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung jedes der zu einem bestimmten Blickpunkt gehörigen Synthesebilder (3c, 4c), – an jedem Blickpunkt radioaktive Strahlungen und/oder elektromagnetische Strahlungen (insbesondere Licht) und/oder mechanische Schwingungen des Gegenstandes (1) empfangen werden (31, 41), um ein Signal zu erzeugen, – das Signal zur Gewinnung digitaler Daten digitalisiert wird (78), – die Synthesebilder (3c, 4c) anhand der so erhaltenen Daten berechnet werden (73).
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlungen, insbesondere von Licht, und/oder der mechanischen Schwingungen, insbesondere von Ultraschall, – an jedem Blickpunkt eine optische Kamera (31, 41) und/oder ein Sonar eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Synthesebilder (3c, 4c) Zonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi) unterschiedliche Farben aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der gegensätzlichen Unterschiede auf jedem Synthesebild (3c, 4c) des ausgewählten Paares Farbkontrastumkehrungen zwischen den Zonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi) ermittelt werden, die in jeder der virtuellen spezifischen Richtungen (3di, 4di) jeder Rasterfläche (zi) liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, welches insbesondere zum Detektieren eines Gegenstandes (1) vor einem Hintergrund (200) bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hintergrund (200) aus der Oberfläche (2) besteht.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass – die geometrische Transformation ferner eine von einem bestimmten Blickpunkt (3, 4) ausgehende, insbesondere rechtwinklige Projektion (6) auf eine Bezugsoberfläche (3e, 4e) enthält, welche zu einem bestimmten Blickpunkt (3, 4) gehört, wobei es sich um die Projektion der erwähnten perspektivischen Projektion (3a, 4a) des Gegenstandes (1) auf den Hintergrund (100) in Abhängigkeit von dem bestimmten Blickpunkt (3, 4) handelt, – das zu dem bestimmten Blickpunkt (3, 4) gehörige Synthesebild (3c, 4c) zusammengesetzt ist aus: dem Bild (3o, 4o), das durch Anwendung der geometrischen Transformation auf den Gegenstand (1) und ferner durch Überlagerung auf die Bezugsoberfläche (3e, 4e) erzeugt wird, dem Bild, das durch Anwendung der geometrischen Transformation auf eine virtuelle Darstellung (3b, 4b) erzeugt wird, die aus Teilen des Hintergrundes (3bi, 3b2; 4b1, 4b2) besteht, welche durch die perspektivische Projektion (3a, 4a) des Gegenstandes (1) nicht verdeckt sind.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Synthesebilder (3c, 4c) auf einer Bezugsoberfläche (3e, 4e) folgender Verfahrensschritt durchgeführt wird: – Anhand der erwähnten digitalen Daten werden die Daten berechnet (73), die sich auf das Synthesebild (3c, 4c) auf der erwähnten Bezugsoberfläche (3e, 4e) beziehen.
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 11 auf die Überwachung von Körpern (100) in einem Schwimmbecken (61), wobei der Boden (200) und/oder die Seitenwände (62) des Schwimmbeckens (61) den Hintergrund (200) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass nach Unterscheidung der Synthesebilder (3c, 4c) darauf zu schließen ist, dass sich ein Körper (100) im Schwimmbecken (61) befindet, – der Unterscheidungsschritt wiederholt wird, um einen Körper (100), der einer verdächtigen Bahn folgt, insbesondere ein unbeweglicher Körper (100) oder ein passiv sinkender Körper (100), von einem Körper (100) zu unterscheiden, der einer normalen Bahn folgt, – ein Alarmsignal (77) erzeugt wird, wenn der Körper (100) während eines ungewöhnlich langen Zeitraumes einer verdächtigen Bahn folgt.
Anwendung nach Anspruch 12 auf den Fall, dass sich ein Körper (100) in der Nähe des Bodens (200) befindet.
Anwendung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens zwei Blickpunkte (3, 4) an geeignete Stellen der Seitenwände (62) des Schwimmbeckens (61) gelegt werden, um mindestens einen Teil des Wasservolumens des Schwimmbeckens (61) abzutasten, – die Bezugsoberfläche (3e, 4e) genau parallel zur Wasseroberfläche (63) des Schwimmbeckens (61) verläuft.
System zum Detektieren eines Gegenstandes (1) in Bezug auf eine Oberfläche (2), insbesondere eine virtuelle Oberfläche, wobei die Oberfläche (2) nicht notwendigerweise eben ist; mit folgenden Merkmalen: – Eine Detektionseinrichtung (31, 41) und eine erste Recheneinrichtung als Bestandteil einer zentralen Verarbeitungseinheit (73), welche durch geometrische Transformation mit mindestens einer perspektivischen Projektion (3a, 4a) des Gegenstandes (1) auf die Oberfläche (2), ausgehend von mindestens zwei verschiedenen Blickpunkten (3, 4) und für jeden dieser Blickpunkte, ein zu dem betreffenden Blickpunkt gehöriges Synthesebild (3c, 4c) erzeugt, – eine Unterscheidungseinrichtung (73) für die Synthesebilder (3c, 4c) zur Detektion der Anwesenheit des Gegenstandes (1) und zur Bestimmung seiner Position in Bezug auf die Oberfläche (2); wobei die Unterscheidungseinrichtung folgende Merkmale aufweist: – eine Teilungseinrichtung, welche die Oberfläche (2) in ein Mosaik von Rasterflächen (Zi) mit jeweils einem Mittelpunkt (Ci) und genauso vielen spezifischen Richtungen (3Di, 4Di) wie Blickpunkten (3, 4) zerlegt, derart, dass jedes Synthesebild (3c, 4c) in virtuelle Rasterflächen (zi) zerlegt wird, wobei jede Rasterfläche so viele virtuelle spezifische Richtungen (3di, 4di) aufweist, wie Blickpunkte (3, 4) vorhanden sind; wobei die Unterscheidungseinrichtung für die Synthesebilder (3c, 4c) ferner folgende Merkmale aufweist: – eine Auswahleinrichtung, um mindestens ein Paar von Synthesebildern (3c, 4c) auszuwählen, das mindestens einem Paar von Blickpunkten (3, 4) zugeordnet ist, – eine Wahleinrichtung, um auf jedem Synthesebild (3c, 4c) des ausgewählten Paares Zonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi) zu wählen, die in jeder der verschiedenen virtuellen spezifischen Richtungen (3di, 4di) einer jeden virtuellen Rasterfläche (zi) liegen; – eine Vergleichseinrichtung (3hi, 4hi) für die Zonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi), wobei gegensätzliche Unterschiede des einen Synthesenbildes (3c) gegenüber dem anderen Synthesebild (4c) ermittelt werden.
System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten von gegensätzlichen Unterschieden bei dem Vergleich darauf geschlossen wird, dass ein Gegenstand (1) vorhanden ist.
System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung, ob sich ein Gegenstand (1) vor und/oder hinter der Oberfläche (2) befindet, in jeder virtuellen spezifischen Richtung (3di, 4di) die Vergleichszonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi) auf der einen Seite und/oder der anderen Seite der Mittelpunkte (ci) der virtuellen Rasterflächen (zi) von der Einrichtung zur Wahl der Zonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi) für jeden Blickpunkt gewählt werden.
System nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung, ob sich der Gegenstand (1) mehr oder weniger weit von der Oberfläche (2) entfernt befindet, in jeder der virtuellen spezifischen Richtungen (3di, 4di) diejenigen Vergleichszonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi) von der Einrichtung zur Wahl der Zonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi) ausgewählt werden, die mehr oder weniger weit von den besagten Mittelpunkten (ci) der virtuellen Rasterflächen (zi) entfernt liegen.
System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zur Unterscheidung zwischen den Synthesebildern (3c, 4c) die Unterscheidungseinrichtung die Position des Gegenstandes längs der Oberfläche in Abhängigkeit von derjenigen Position auf der Oberfläche der Rasterfläche (zi), bestimmt, bei denen gegensätzliche Unterschiede gefunden wurden.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung jedes der zu einem betreffenden Blickpunkt gehörigen Synthesebilder (3c, 4c) folgende Merkmale vorgesehen sind – Messfühler (31, 41) an jedem Blickpunkt, welche Einrichtungen zum Empfangen radioaktiver Strahlungen und/oder elektromagnetischer Strahlungen (insbesondere Lichtstrahlungen) und/oder mechanischer Schwingungen des Gegenstandes (1) umfassen, um ein Signal zu erzeugen, – eine Einrichtung (78) zum Digitalisieren des Signals und zur Gewinnung digitaler Daten, – eine Einrichtung (73) zur Berechnung der Synthesebilder (3c, 4c) anhand der so erhaltenen Daten.
System nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass als Messfühler zum Empfangen der elektromagnetischen Strahlungen, insbesondere von Licht, und/oder der mechanischen Schwingungen, insbesondere von Ultraschall, optische Kameras (31, 41) und/oder Sonare vorgesehen sind, die an jedem Blickpunkt angeordnet sind.
System nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei die Synthesebilder (3c, 4c) Zonen unterschiedlicher Farben aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der gegensätzlichen Unterschiede auf jedem Synthesebild (3c, 4c) des ausgewählten Paares die Unterscheidungseinrichtung eine Einrichtung zur Ermittlung von Farbkontrastumkehrungen zwischen den Zonen (3fi, 3gi; 4fi, 4gi) aufweist, die in jeder der virtuellen spezifischen Richtungen (3di, 4di) jeder Rasterfläche (zi) liegen.
System nach einem der Ansprüche 15 bis 22, insbesondere zum Detektieren eines Gegenstandes (1) vor einem Hintergrund (200), dadurch gekennzeichnet, dass der Hintergrund (200) aus der Oberfläche (2) besteht.
System nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass – die geometrische Transformation ferner eine von einem bestimmten Blickpunkt (3, 4) ausgehende, insbesondere rechtwinklige Projektion (6) auf eine Bezugsoberfläche (3e, 4e) enthält, welche zu einem bestimmten Blickpunkt (3, 4) gehört, wobei es sich um die Projektion der erwähnten perspektivischen Projektion (3a, 4a) des Gegenstandes (1) auf den Hintergrund (100) in Abhängigkeit von dem bestimmten Blickpunkt (3, 4) handelt, – das zu dem bestimmten Blickpunkt (3, 4) gehörige Synthesebild (3c, 4c) zusammengesetzt ist aus: dem Bild (30, 40), das durch Anwendung der geometrischen Transformation auf den Gegenstand (1) und ferner durch Überlagerung auf die Bezugsoberfläche (3e, 4e) erzeugt wird, dem Bild, das durch Anwendung der geometrischen Transformation auf eine virtuelle Darstellung (3b, 4b) erzeugt wird, die aus Teilen des Hintergrundes (3bi, 3b2; 4b1, 4b2) besteht, welche durch die perspektivische Projektion (3a, 4a) des Gegenstandes (1) nicht verdeckt sind.
System nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des Synthesebildes (3c, 4c) auf einer Bezugsoberfläche (3e, 4e) – die Recheneinrichtung (73) anhand der digitalen Daten diejenigen Daten berechnet, die sich auf das Synthesebild (3c, 4c) auf der Bezugsoberfläche (3e, 4e) beziehen.
Anwendung des Systems nach einem der Ansprüche 23 bis 25 auf die Überwachung von Körpern (100) in einem Schwimmbecken (61), wobei der Boden (200) und/oder die Seitenwände (62) des Schwimmbeckens (61) den Hintergrund (200) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass nach Unterscheidung der Synthesebilder (3c, 4c) darauf zu schließen ist, dass sich ein Körper (100) im Schwimmbecken (61) befindet, das System ferner folgende Merkmale aufweist: – Eine Einrichtung zum Wiederholen des Unterscheidungsschrittes, um einen Körper (100), der einer verdächtigen Bahn folgt, insbesondere einen unbeweglichen Körpers (100) oder einen passiv sinkenden Körper (100), von einem Körper (100) zu unterscheiden, der einer normalen Bahn folgt, – eine Sendeeinrichtung (77), um ein Alarmsignal auszusenden, wenn der Körper (100) während eines ungewöhnlich langen Zeitraumes einer verdächtigen Bahn folgt.
Anwendung nach Anspruch 26 auf den Fall, dass sich ein Körper (100) in der Nähe des Bodens (200) befindet.
Anwendung nach einem der Ansprüche 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem System: – mindestens zwei Blickpunkte (3, 4) an geeignete Stellen der Seitenwände (62) des Schwimmbeckens (61) gelegt werden, um mindestens einen Teil des Wasservolumens des Schwimmbeckens (61) abzutasten, und – die Bezugsoberfläche (3e, 4e) genau parallel zur Wasseroberfläche (63) des Schwimmbeckens (61) verläuft.