DE60109442T2

DE60109442T2 - System zum zählen von lebewesen

Info

Publication number: DE60109442T2
Application number: DE60109442T
Authority: DE
Inventors: Gilbert Bruno MEUNIER; Paul Jean-Pierre DEPARIS
Original assignee: Institut National de Recherche sur les Transports et leur Securite INRETS
Current assignee: Institut National de Recherche sur les Transports et leur Securite INRETS
Priority date: 2000-05-18
Filing date: 2001-04-05
Publication date: 2006-04-13
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: DE60109442D1; JP2004510128A; WO2001088858A1; FR2809212B1; AU2001248468A1; EP1282885B1; ES2237565T3; EP1282885A1; ATE291262T1; FR2809212A1; US20030183767A1; PT1282885E

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Zählen von Lebewesen, die sich auf einer ersten Oberfläche bewegen und eine zweite zylindrische Oberfläche mit im Wesentlichen vertikaler Erzeugender durchqueren. Ein solches System besteht aus einer Anordnung von N Zellen zur Detektion von thermischer Strahlung und aus einer elektronischen Vorrichtung zur Erfassung und Verarbeitung der von den Zellen gelieferten Signalen.
Es sind zahlreiche Systeme zum Zählen von sich bewegenden Lebewesen bekannt, die auf der Detektion von thermischer Strahlung beruhen.
Die internationale Patentanmeldung WO 9210812 beschreibt ein solches Zählsystem, welches eine einzelne Zelle benutzt, welche einen Sensor und eine vor diesem angeordnete Linse aufweist. Der Sensor besteht aus zwei Reihen von pyroelektrischen Detektoren. Die Linse fokussiert die thermische Strahlung auf jeden der Detektoren. Dieser Detektortyp für thermische Strahlung kann nur relativ schnelle Temperaturveränderungen im Sichtfeld feststellen. Die Zelle erzeugt zwei parallele Überwachungsebenen, die von den, den Detektoren zugeordneten zentralen Achsen gebildet werden. Nach Erfassung der von den Detektoren gelieferten elektrischen Signale ermittelt eine Verarbeitungseinheit die Anzahl der die beiden Ebenen durchquerenden Lebewesen, sowie ihre Bewegungsrichtung. Diese Vorrichtung ist für Zählungen in Durchgängen mit geringer Höhe und geringer Breite ausgelegt, beispielsweise Türen von Autobussen. Diese Vorrichtung ist wegen der Divergenz des Sichtfelds des Sensors in Durchgängen mit großer Breite praktisch nicht einsetzbar. Außerdem erschwert der im Rahmen dieser internationalen Anmeldung vorgesehene Einsatz von pyroelektrischen Detektoren die Detektion von sich langsam bewegenden Lebewesen.
Das Patent US 4,799,243 beschreibt ein anderes System zum Zählen von sich bewegenden Lebewesen. Dieses System besteht aus Zellen, wobei jede Zelle zwei Detektoren für thermische Strahlung und eine Linse aufweist. Diese Detektoren erzeugen für jede Zelle zwei getrennte, bezüglich der Vertikalen im Wesentlichen symmetrische Sichtfelder. Die Anordnung der Zellen, wie sie in diesem Patent vorgesehen ist, wird so gewählt, dass die gesamte Breite des zu überwachenden Durchgangs abgedeckt ist mit einer Überdeckung der Sichtfelder in einer zur Durchgangsrichtung senkrechten Richtung und einer Trennung der Sichtfelder in der Durchgangsrichtung. Eine solche Anordnung erlaubt es nicht, Lebewesen zu zählen, die in Bewegungsrichtung zu dicht beieinander sind.
Das Patent US 5,068,537 beschreibt ein anderes System zum Zählen von sich bewegenden Lebewesen, welches eine große Zahl von auf einer einzigen Linie angeordneten Zellen verwendet. Das System ist so ausgelegt, dass ein Lebewesen mit mittlerer Größe von wenigstens zwei Zellen detektiert wird. Jede Zelle weist nur einen Detektor auf und das System erlaubt es nicht, die Bewegungsrichtung der gezählten Lebewesen festzustellen.
Ein anderes System zum Zählen von Lebewesen wird in DE 42 20 508 beschrieben. Bei dem erfindungsgemäßen System zum Zählen von Lebewesen sind die verwendeten Detektoren für thermische Strahlung Thermosäulen, die sich durch ihre Fähigkeit auszeichnen, auch sehr langsame Temperaturänderungen in ihrem Sichtfeld detektieren zu können.
Das erfindungsgemäße System zum Zählen von Lebewesen weist eine Anordnung von N Zellen zur Detektion von thermischer Strahlung, sowie eine elektronische Vorrichtung zur Erfassung und Verarbeitung der von den Zellen gelieferten Signalen auf. Jede Zelle weist insbesondere eine Thermosäule auf, die wenigstens ein empfindliches Bauteil, ein Mittel, welches die thermische Strahlung auf die empfindlichen Bauteile der Thermosäule fokussiert, wobei das Mittel zur Fokussierung ein in eine Richtung langgestrecktes Sichtfeld erzeugt, eine das Sichtfeld begrenzende Maske und einen Verstärker für das von der Thermosäule gelieferte Signal umfasst. Bei dem erfindungsgemäßen System zum Zählen von Lebewesen sind die N Detektionszellen auf zwei Kurven gleichverteilt, wenn N gerade ist, beziehungsweise auf zwei Kurven mit einer Differenz von 1 aufgeteilt, wenn N ungerade ist, wobei die Verteilung der Zellen auf jeder Kurve gleichförmig mit einer für jede der beiden Kurven identischen Schrittweite P erfolgt, wobei eine der Kurven mit der Erzeugenden der von den Lebewesen durchquerten zylindrischen Fläche übereinstimmt, während die andere Kurve von der vorherigen um eine Länge D von wenigstens 5 cm beabstandet ist, wobei die Richtung der Längserstreckung des Sichtfeldes jeder Zelle im Wesentlichen tangential zu einer der beiden Kurven verläuft. Ein im Allgemeinen in der Thermosäule vor dem empfindlichen Bauteil angeordneter Filter begrenzt die Empfindlichkeit auf die thermische Strahlung von Körpern mit einer Temperatur in der Nähe der Umgebungstemperatur, was einer Strahlung im fernen Infraroten im Wellenlängenbereich von etwa 7 bis 14 μm entspricht. Die Mittel zur Fokussierung jeder Zelle sind an die Zahl, die Anordnung und die Geometrie des oder der empfindlichen Bauteils/Bauteile der Thermosäule so angepasst, dass ein Sichtfeld erzeugt wird, das in einer Richtung ausgedehnt und das in der zu dieser Richtung senkrechten Richtung so schmal wie möglich ist. Das Mittel zur Fokussierung wird vorzugsweise mittels einer oder mehrerer Linsen verwirklicht. Es kann gegebenenfalls mittels Lochblende oder Spiegel verwirklicht werden. Erfindungsgemäß verwendet man eine einzige Linse, vorzugsweise dann, wenn die Thermosäule ein einziges empfindliches Bauteil mit länglicher Oberfläche aufweist oder wenn die Thermosäule eine Aneinanderreihung von empfindlichen Bauteilen aufweist, deren Oberflächen in zwei zueinander senkrechten Richtungen im Wesentlichen ähnliche Abmessungen haben. Erfindungsgemäß verwendet man mehrere Linsen vorzugsweise dann, wenn die Thermosäule nur ein einziges empfindliches Bauteil aufweist, dessen Oberfläche in zwei zueinander senkrechte Richtungen im Wesentlichen ähnliche Abmessungen aufweist.
Bei dem erfindungsgemäßen System ist es sinnvoll, bei der Verteilung der Detektionszellen eine Schrittweite P zu wählen, die vergleichbar ist mit der Breite eines Lebewesens, das für zu der zu zählenden Population gehörende Wesen mit minimaler Größe statistisch repräsentativ ist. Wenn es sich darum handelt, Menschen zu zählen, entspricht die Schrittweite P im Wesentlichen 45 cm.
Das erfindungsgemäße System wird insbesondere dazu verwendet, Lebewesen zu zählen, die eine Ebene durchqueren; in diesem Fall sind die Kurven, auf denen die Zellen verteilt sind, parallele Geraden.
Die Öffnung des Sichtfeldes in Richtung der Längserstreckung des Feldes kann für jede zu der gleichen Gerade gehörende Zelle so gewählt sein, dass das Aneinandergrenzen der Sichtbereiche von zwei auf derselben Geraden aufeinanderfolgenden Zellen auf einer Höhe gewährleistet ist, die vergleichbar ist mit der minimalen Größe eines Lebewesens, das für die zu der zu zählenden Population gehörenden Lebewesen statistisch repräsentativ ist.
Wenn es darum geht, eine Ebene durchquerende Menschen zu zählen, ist es sinnvoll, das erfindungsgemäße System so auszulegen, dass die Ausdehnung des Sichtbereichs jeder Zelle in einer Höhe von 1 Meter und in der Längserstreckung gemessen im Wesentlichen 45 cm beträgt.
Das erfindungsgemäße System zum Zählen von Lebewesen weist eine elektronische Vorrichtung zur Verarbeitung der von den Zellen gelieferten Signale auf, die einen Algorithmus benutzt. Ein erster Arbeitsschritt dieses Algorithmus initialisiert die Parameter zur Festlegung der Systemkonfiguration. Ein zweiter Arbeitsschritt des Algorithmus gewährleistet nacheinander für jede Zelle das Auslesen und Verarbeiten der von der elektronischen Erfassungsvorrichtung gelieferten numerischen Werte.
Ein dritter Arbeitsschritt dieses Algorithmus gewährleistet die Anpassung der Empfindlichkeitsschwelle der Zellen. Ein vierter Arbeitsschritt dieses Algorithmus analysiert für alle aufeinanderfolgenden Zellpaare die vom zweiten Arbeitsschritt gelieferten Informationen. Ein fünfter Arbeitsschritt analysiert die Resultat des vierten Arbeitsschritts und leitet daraus die Zählung der Lebewesen, ihre Durchgangsrichtung und ihre Bewegungsgeschwindigkeit ab. Ein sechster Arbeitsschritt dieses Algorithmus wertet die so erhaltene Zählung abhängig von dem jeweiligen Anwendungsfall aus. Ein siebter Arbeitsschritt dieses Algorithmus steuert die Abfolge der Ausführung der vorherigen Arbeitsschritte in Abhängigkeit von der Abtastfrequenz der von den Zellen gelieferten Signale. In dem erfindungsgemäßen System zum Zählen von Lebewesen kann man den fünften Arbeitsschritt des Algorithmus so auslegen, dass damit die Neugruppierung von aufeinanderfolgenden Zellpaaren als Einheiten ermöglicht wird, für welche die in dem vierten Arbeitsschritt gelieferten Informationen einem Durchgang eines Lebewesens oder einer Gruppe von Lebewesen entsprechen, wobei die Informationen der Paare jeder Einheit die Anzahl der Lebewesen, ihre Durchgangsrichtung und ihre Bewegungsgeschwindigkeit festlegen.
Das erfindungsgemäße System zum Zählen von Lebewesen bietet gegenüber bekannten Systemen verschiedene Vorteile, insbesondere die bequeme Integration in zu überwachende Durchgänge jeglicher Breite, die hervorragende Zählleistung auch bei geringer Durchgangshöhe, seine Anpassungsfähigkeit an einen Einbau in speziellen Umgebungen, seine Fähigkeit Zählungen auch im dichten Gedränge und von sich langsam bewegenden Lebewesen durchführen zu können.
Das erfindungsgemäße System zum Zählen von Lebewesen kann, ohne es einschränken zu wollen, mit Hilfe des folgenden Beispiels, das in den 1 bis 14 dargestellt ist, beschrieben werden. Dieses Beispiel entspricht der Zählung von eine Ebene durchquerender Menschen mittels acht Zellen, die auf zwei Geraden gleichverteilt sind.
1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes System mit acht in zwei Reihen angeordneten Zellen.
Die 2a und 2b zeigen zwei Ansichten einer Zelle zur Detektion von thermischer Strahlung, die in dem in 1 schematisch dargestellten System benutzt wird.
3 zeigt ein Feld aus Fresnel-Linsen, das in der in den 2a und 2b dargestellten Zelle verwendet wird.
Die 4a und 4b zeigen die in den 2a und 2b dargestellte Zelle mit ihrem Sichtfeld.
Die 5a und 5b zeigen zwei Ansichten in zwei zueinander senkrechten Richtungen einer Gruppe von zwei aufeinanderfolgenden Zellen, wobei jede der Zellen zu einer anderen Reihe gehört, sowie das Sichtfeld dieser Zellen.
6a zeigt eine Aufsicht von fünf aufeinanderfolgenden, zu dem in 1 dargestellten System gehörenden Zellen.
Die 6b und 6c zeigen eine Aufsicht der Sichtfelder der fünf in 6a schematisch dargestellten Zellen in einer Höhe von 1 m beziehungsweise auf Bodenhöhe.
Die 7a bis 7e zeigen in der Aufsicht fünf aufeinanderfolgende Phasen des Durchgangs eines Menschen senkrecht zu Zellenreihen bei einer Anordnung der Sichtfelder, wie sie in 6b dargestellt ist.
7z zeigt die zeitliche Entwicklung der von der Thermosäule jeder Zelle gelieferten Signale bei dem durch die 7a bis 7e beschriebenen Durchgang.
Die 8a bis 8e zeigen eine Aufsicht von fünf aufeinanderfolgenden Phasen des Durchgangs eines Menschen schräg zu den Zellenreihen bei einer Anordnung der Sichtfelder gemäß 6b.
8z zeigt die zeitliche Entwicklung der von den Thermosäulen jeder Zelle gelieferten Signale bei dem durch die 8a bis 8e beschriebenen Durchgang.
9 zeigt die zeitliche Abfolge der verschiedenen Arbeitsschritte bei der Verarbeitung der von den Zellen gelieferten elektrischen Signale in Form eines Flussdiagramms.
Die 10, 11, 12 und 13 zeigen vier spezielle Arbeitsschritte des in 9 dargestellten Flussdiagramms.
14 zeigt die in dem in 13 dargestellten, speziellen Arbeitsschritt verwendete Tabelle.
1 zeigt den Boden 0, eine Anordnung von acht Zellen zur Detektion von thermischer Strahlung, die in zwei Reihen verteilt sind, wobei eine erste Linie 1 vier Zellen 11, 12, 13, 14 und eine zweite Linie 2 vier Zellen 21, 22, 23, 24 aufweist, zwei Menschen 4 und 5, eine elektronische Vorrichtung 6 zur Erfassung und Digitalisierung der von den Zellen gelieferten Signale, wobei diese Signale gegebenenfalls auf Höhe der Zellen abgetastet werden, eine elektronische Vorrichtung 7 zur Verarbeitung der von der Erfassungsvorrichtung 6 gelieferten numerischen Daten, eine Vorrichtung 8 zur Auswertung der von der Verarbeitungsvorrichtung 7 gelieferten Informationen, ein Medium 3, das alle Zellen mit der Erfassungsvorrichtung 6 verbindet. Die acht Kegel 111 bis 114 und 121 bis 124 stellen schematisch die Sichtfelder jeder Zelle dar. Die Schnittflächen der Kegel mit einer zum Boden 0 parallelen Ebene, die sich in einer Höhe von 1 m befindet, definieren die Sichtfelder in dieser Höhe und sind schematisch durch die acht Ellipsen 211 bis 214 und 221 bis 224 dargestellt.
2a zeigt einen schematischen Schnitt durch eine Zelle in einer Ebene senkrecht zu den beiden Linien der Zellen.
2b ist ein schematischer Schnitt derselben Zelle senkrecht zu dem in 2a dargestellten Schnitt.
Diese Zelle weist eine Thermosäule 30 auf, deren empfindliches Bauteil 31 ein elektrisches Signal mit geringer Amplitude liefert, die proportional zu der durch den Infrarotfilter 32 empfangenen thermischen Strahlung ist, sowie eine Stufe 33 zur Verstärkung und Formung des von der Thermosäule 30 gelieferten elektrischen Signals, eine Vorrichtung 38, welche die Verstärkungs- und Formgebungsstufe 33 mit dem Medium 3 verbindet, ein Feld aus Fresnel-Linsen 34 mit Brennweite 40, das in einem dieser Brennweite 40 entsprechenden Abstand vor dem empfindlichen Bauteil 31 der Thermosäule 30 angeordnet ist, eine vor dem Fresnel-Linsenfeld 34 angeordnete Maske 35 und ein dichtes Gehäuse 36, das für elektromagnetische Strahlung undurchlässig ist und dessen Innenfläche thermische Strahlung absorbiert. Das Fresnel-Linsenfeld 34 weist acht Elemente 34a bis 34h auf.
3 zeigt das Fresnel-Linsenfeld 34. Das Feld besteht aus acht einzelnen Fresnel-Linsen 34a bis 34h. Diese Linsen sind nebeneinander angeordnet und ihre optischen Zentren sind entlang der Geraden 39 ausgerichtet.
Die 4a und 4b zeigen die in den 2a und 2b dargestellten Zellen in den gleichen Projektionen. Diese Figuren zeigen die einzelnen Sichtfelder 37c, 37d, 37e und 37f, die zu den jeweiligen, nicht maskierten Fresnel-Linsen 34c, 34d, 34e und 34f gehören.
Die 5a und 5b zeigen aufeinanderfolgende Zellen 11 und 21, sowie deren jeweiligen Sichtfelder 111 beziehungsweise 121. Die beiden Zellen gehören zu unterschiedlichen Reihen. 5a zeigt die Sichtfelder senkrecht zur üblichen Bewegungsrichtung der Menschen. 5b zeigt die Sichtfelder entlang der gewöhnlichen Bewegungsrichtung der Menschen.
In der in 5a dargestellten Ansicht erkennt man die geringe Öffnung der Sichtfelder 111 und 121, sowie den geringen Abstand D 42 zwischen den beiden Reihen 1 und 2. Die in 5 dargestellte Ansicht zeigt die große Öffnung der Sichtfelder 111 und 121, sowie die halbe Schrittweite P/2 41 zwischen den Zellen.
6a zeigt eine Aufsicht auf fünf Zellen 11, 21, 12, 22, 13, die in den beiden Reihen 1 und 2 in einem Abstand D 42 angeordnet sind. Diese Ansicht zeigt außerdem den Halbschritt P/2 41 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zellen.
6b zeigt eine Aufsicht der Anordnung der Felder 211, 221, 212, 222, 213 in einer Höhe von 1 Meter über dem Bodenniveau 0, die jeweils den Zellen 11, 21, 12, 22 beziehungsweise 13 entsprechen. Aus 6b erkennt man gut die Aneinanderreihung der Sichtfelder von zwei in der gleichen Reihe angeordneten, aufeinanderfolgenden Zellen.
6c zeigt eine Aufsicht der Anordnung der Sichtfelder auf Höhe des Bodens 0, nämlich 311, 321, 312, 322, 313, die jeweils den Zellen 11, 21, 12, 22 beziehungsweise 13 entsprechen. In 6c erkennt man gut die teilweise Überlappung der Sichtfelder zweier in derselben Reihe angeordneter, aufeinanderfolgender Zellen.
Die 7a bis 7e zeigen jeweils in der Aufsicht fünf aufeinanderfolgenden Phasen a, b, c, d, e des Durchgangs eines Menschen 4 senkrecht zu den Reihen 1 und 2, sowie die Sichtfelder in einer Höhe von 1 Meter über dem Niveau des Bodens, die in 6b dargestellt sind. In 7z sind schematisch die Oszillogramme der elektrischen Signale 411, 421, 412, 422, 413 dargestellt, die von den Zellen 11, 21, 12, 22 beziehungsweise 13 geliefert werden. Die Höhe jedes elektrischen Signals 411, 421, 412, 422, 413 hängt ab von dem Anteil des Sichtfeldes, der von dem die Sichtfelder der Zellen 11, 21, 12, 22, 13 durchquerenden Menschen eingenommen wird.
In der Phase a befindet sich der Mensch 4 in keinem der Sichtfelder 211, 221, 212, 222, 213. Die elektrischen Signale 411, 421, 412, 422, 413 in 7z befinden sich auf Nullniveau.
In der Phase b besetzt der Mensch 4 das Sichtfeld 212 vollständig. Das Niveau des Signals 412 ist maximal. Der Mensch 4 besetzt das Sichtfeld 213 nur zu einem sehr geringen Teil. Das Niveau des Signals 413 zeigt eine Spitze mit sehr geringer Amplitude. Die Sichtfelder 211, 221, 222 sind durch den Menschen 4 nicht besetzt. Die Höhen der entsprechenden Signal 411, 421, 422 bleiben auf Null.
In der Phase c besetzt der Mensch 4 weiterhin das Sichtfeld 212 vollständig. Die Höhe des Signals 412 bleibt maximal. Der Mensch 4 besetzt die Sichtfelder 221 und 222 teilweise. Die Signale 421 und 422 liegen auf mittlerem Niveau. Die Sichtfelder 211 und 213 werden durch den Menschen 4 nicht besetzt. Die entsprechenden Signalhöhen 411 und 413 bleiben auf Null.
In der Phase d verlässt der Mensch 4 das Sichtfeld 212. Das Niveau des Signals 412 geht auf Null zurück. Der Mensch 4 besetzt weiterhin die Sichtfelder 221 und 222. Die Signale 421 und 422 bleiben auf mittlerem Niveau. Die Sichtfelder 211 und 213 werden vom Menschen 4 nicht besetzt. Die entsprechenden Signalhöhen 411 und 413 bleiben auf Null.
In der Phase e verlässt der Mensch 4 die Sichtfelder 221 und 222. Die Signalhöhen 421 und 422 gehen auf Null zurück. Die Sichtfelder 211, 212, 213 werden vom Menschen 4 nicht besetzt. Die entsprechenden Signalhöhen 411, 412, 413 bleiben auf Null. Da alle Signalhöhen wieder auf Null sind kann der Mensch 4 mit Unterscheidung der Durchquerungsrichtung der Reihen gezählt werden.
Die 8a bis 8e zeigen jeweils in der Aufsicht fünf aufeinanderfolgende Phasen a, b, c, d, e des Durchgangs eines Menschen 5 schräg zu den Reihen 1 und 2, sowie die Sichtfelder in einer Höhe von 1 m oberhalb des Bodenniveaus, die in 6b dargestellt sind. 8z zeigt schematisch die Oszillogramme der von den jeweiligen Zellen 11, 21, 12, 22, 13 gelieferten elektrischen Signale 511, 521, 512, 522, 513. Die Höhe jedes elektrischen Signals 511, 521, 512, 522, 513 hängt ab von dem Anteil des Sichtfeldes, der durch den Menschen besetzt wird, der die Sichtfelder der Zellen 11, 21, 12, 22, 13 durchquert.
In der Phase a befindet sich der Mensch 5 in keinem der Sichtfelder 211, 221, 212, 222, 213. Die in der 8z dargestellten elektrischen Signale 511, 521, 512, 522, 513 befinden sich auf Nullniveau.
In der Phase b besetzt der Mensch 5 die Sichtfelder 212 und 213 teilweise. Die Signale 512, und 513 sind auf mittlerem Niveau. Die Sichtfelder 211, 221, 222 werden von dem Menschen 5 nicht besetzt. Die entsprechenden Signalhöhen 511, 521, 522 sind Null.
In der Phase c besetzt der Mensch 5 das Sichtfeld 212 fast vollständig. Das Niveau des Signals 512 erreicht ein Maximum. Der Mensch 5 besetzt die Sichtfelder 221 und 222 teilweise. Die Signale 521 und 522 liegen auf mittlerem Niveau. Die Sichtfelder 211 und 213 werden von dem Menschen 5 nicht besetzt. Die entsprechenden Signale 511 und 513 bleiben auf Nullniveau.
In der Phase d verlässt der Mensch 5 die Sichtfelder 212 und 222. Die Signalhöhen 512 und 522 gehen auf Null zurück. Der Mensch 5 besetzt das Sichtfeld 221 vollständig. Das Niveau des Signals 521 erreicht ein Maximum. Die Sichtfelder 211 und 213 werden durch den Menschen 5 nicht besetzt. Die entsprechenden Signalhöhen 511 und 513 bleiben auf Null.
In der Phase e verlässt der Mensch 5 das Sichtfeld 221. Das Niveau des Signals 521 geht auf Null zurück. Die Sichtfelder 211, 212, 213, 222 werden von dem Menschen 5 nicht besetzt. Die entsprechenden Signalhöhen 511, 512, 513, 522 bleiben auf Null. Da alle Signalhöhen auf Null sind wird der Mensch 5 mit Unterscheidung der Durchquerungsrichtung der Reihen gezählt.
9 zeigt in Form eines Flussdiagramms die zeitliche Abfolge der verschiedenen Arbeitsschritte bei der Echtzeitverarbeitung der numerischen Werte, die von der elektronischen Vorrichtung 6 zur Erfassung und Digitalisierung der elektrischen Signale 411, 421, 412, 422, 413 abgegeben werden, welche von den fünf Zellen 11, 21, 12, 22, 13 geliefert werden. Dieses Flussdiagramm wird durch die elektronische Vorrichtung 7 umgesetzt. Das Flussdiagramm der 9 weist einen Eintrittspunkt 601 und einen Austrittspunkt 699 auf. Es weist sieben Arbeitsschritte 603, 700, 800, 900, 1000, 605, 607 auf.
Der Arbeitsschritt 603 ermöglicht die Initialisierung der Parameter, welche die Konfiguration des Zellensystems festlegen: die Anzahl der Zellen, die Höhe der Zellen bezüglich des Bodens, die Schrittweite P und den Abstand D, sowie die Verarbeitungsparameter: Abtastfrequenz der von den Zellen gelieferten elektrischen Signale und ursprüngliche Empfindlichkeitsschwelle der Zellen. Der Arbeitsschritt 603 versetzt die Zellen in den Speicherzustand UNGÜLTIG, sowie die Paare von aufeinanderfolgenden Zellen, das heißt die Paare wie das Paar 11, 21, gefolgt von dem Paar, 21, 12, das wiederum von dem Paar 12, 22 gefolgt wird, usw., in den Speicherzustand UNGÜLTIG.
Der Arbeitsschritt 700 gewährleistet nacheinander für jede Zelle das Auslesen und Verarbeiten der von der elektronischen Vorrichtung 6 gelieferten numerischen Werte. Der Arbeitsschritt 800 gewährleistet bei dem erfindungsgemäßen System die Anpassung der Empfindlichkeitsschwelle der im Arbeitsschritt 700 verwendeten Empfindlichkeitsschwelle der Zellen.
Der Arbeitsschritt 900 analysiert für alle aufeinanderfolgenden Zellpaare die im Arbeitsschritt 700 gelieferten Informationen.
Der Arbeitsschritt 1000 analysiert die Resultate des Arbeitsschritts 900 und leitet daraus die Zählung der Menschen ab.
Der Arbeitsschritt 605 ermöglicht durch die elektronische Vorrichtung 8 die Auswertung der durch den Arbeitsschritt 1000 durchgeführten Zählung abhängig von der jeweils vorgesehenen Anwendung.
Der Arbeitsschritt 607 steuert die Abfolge der Ausführungen der Arbeitsschritte 700 bis 605 in Abhängigkeit von der Abtastfrequenz; dieser Arbeitsschritt 607 wird zu jedem Zeitpunkt (t) ausgeführt. Dazu verzögert der Arbeitsschritt 607 die Abzweigung 607/1 zum Arbeitsschritt 700. Der Arbeitsschritt 607 kann außerdem die Ausführung der Arbeitsschritte 700 bis 605 über die Abzweigung 607/0 zum Austrittspunkt 699 endgültig verlassen.
Zur Ausführung der Arbeitsschritte 700, 800, 900 und 1000 ordnet man jeder Zelle einen Index k zu. Der Wert 1 des Index k ist einer äußeren Zelle, beispielsweise der Zelle 11, zugeordnet; der Wert 2 des Index k ist der folgenden Zelle, hier der Zelle 21, zugeordnet usw. Gleichermaßen ordnet man einen Index m jedem Paar von aufeinanderfolgenden Zellen zu. Der Wert 1 des Index m ist einem äußeren Paar zugeordnet, beispielsweise 11, 21; der Wert 2 des Index m ist dem folgenden Paar zugeordnet, hier dem Paar 21, 12, usw.
Die 10, 11, 12 und 13 zeigen jeweils in Form von Flussdiagrammen den zeitlichen Ablauf der elementaren Arbeitsschritte, welche die Arbeitsschritte 700, 800, 900 und 1000 bilden.
In 10 erkennt man den Eintrittspunkt 701 und den Austrittspunkt 799 des Arbeitsschritts 700. Dieser Arbeitsschritt wiederholt für jeden numerischen Wert, der von der elektronischen Vorrichtung 6 geliefert wird, die elementaren Arbeitsschritte 705 bis 719.
Der Arbeitsschritt 703 initialisiert den Index k, der mit der Zelle verknüpft ist, die man ausliest und von der man den numerischen Wert verarbeitet, mit dem Wert 1.
Der Arbeitsschritt 705 steuert die Erfassung und Digitalisierung des zu dem Zeitpunkt (t) von der betrachteten Zelle gelieferten elektrischen Signals durch die elektronische Vorrichtung 6.
Der Arbeitsschritt 707 gewährleistet die Verarbeitung des im Arbeitsschritt 705 gelieferten numerischen Werts zur Homogenisierung der Gruppe der numerischen Werte der gelieferten Signale.
Der Arbeitsschritt 709 speichert den im Arbeitsschritt 707 verarbeiteten Wert, wenn dieser einem lokalen Maximum entspricht, das ausgehend von den zuvor durch den Arbeitschritt 707 für diese Zelle verarbeiteten Werte bestimmt wird. Der im Arbeitsschritt 709 gespeicherte Wert wird zur Anpassung der Empfindlichkeitsschwelle der Zellen in dem Arbeitsschritt 800 verwendet.
Der Test 711 überprüft, ob der in dem Arbeitsschritt 707 verarbeitete Wert oberhalb der Empfindlichkeitsschwelle der Zellen liegt.
Die Verzweigung 711/1 ist wirksam, wenn der Test 711 WAHR ist; in diesem Fall befindet sich ein Mensch im Sichtfeld der betrachteten Zelle.
Der Arbeitsschritt 712 speichert den im Arbeitsschritt 707 verarbeiteten Wert und den Zeitpunkt (t); er versetzt die betrachtete Zelle in den Momentanzustand AKTIV.
Die Verzweigung 711/0 ist wirksam, wenn der Test 711 FALSCH ist.
Der Test 713 verifiziert, dass der im Arbeitsschritt 707 verarbeitete Wert oberhalb der Empfindlichkeitsschwelle der Zellen des vorhergehenden Zeitpunkts (t – 1) liegt.
Die Verzweigung 713/1 ist wirksam, wenn der Test 713 WAHR ist; in diesem Fall verlässt ein Mensch das Sichtfeld der betrachteten Zelle; der Arbeitsschritt 715 analysiert die aufeinanderfolgenden gespeicherten Werte des Arbeitsschritts 712, um daraus charakteristische Informationen über die Durchquerung durch einen Menschen abzuleiten: den Zeitpunkt des Beginns der Durchquerung, den Zeitpunkt des Endes der Durchquerung, den Zeitpunkt, der dem Mittelwert der gespeicherten Werte entspricht und den Mittelwert dieser Werte; er setzt die betrachtete Zelle in den Speicherzustand GÜLTIG. All diese Informationen werden zur Analyse im Arbeitsschritt 900 gespeichert. Die Verzweigung 713/0 ist wirksam, wenn der Test 713 FALSCH ist; in diesem Fall befindet sich kein Mensch im Sichtfeld der betrachteten Zelle.
Der Arbeitsschritt 714 setzt die betrachtete Zelle in den Momentanzustand PASSIV. Der Arbeitsschritt 717 erhöht den mit einer Zelle verknüpften Index k.
Der Test 719 verifiziert, dass der neue Index k kleiner oder gleich der Gesamtzahl der Zellen ist.
Die Verzweigung 719/1 ist wirksam, wenn der Test 719 WAHR ist; in diesem Fall wurden noch nicht alle Zellen verarbeitet und man kehrt zum Arbeitsschritt 701 zurück.
Die Verzweigung 719/0 ist wirksam, wenn der Test 719 FALSCH ist; in diesem Fall wurden alle Zellen verarbeitet.
In 11 erkennt man den Eintrittspunkt 801 und den Austrittspunkt 899 des Arbeitsschritts 800.
Dieser Arbeitsschritt weist zwei elementare Arbeitsschritte 803 und 805 auf, welche die Anpassung der Empfindlichkeitsschwelle in Abhängigkeit der V letzten gespeicherten Werte im Arbeitsschritt 709 der 10 gewährleisten; V wird willkürlich in Abhängigkeit vom jeweiligen Anwendungsfall gewählt, beispielsweise in Abhängigkeit von der Häufigkeit der Durchquerungen durch Lebewesen oder in Abhängigkeit von einer festen Anzahl von Durchquerungen; diese Anzahl kann innerhalb einer von 20 bis 100 reichenden Spanne gewählt werden.
Der Test 803 verifiziert, dass sich alle Zellen im Momentanzustand PASSIV befinden und dass wenigstens V Werte durch den Schritt 709 des Arbeitsschritts 700 gespeichert wurden.
Die Verzweigung 803/1 ist wirksam, wenn der Test 803 WAHR ist; in diesem Fall kann die Empfindlichkeitsschwelle der Zellen angepasst werden.
Der Arbeitsschritt 805 berechnet das gleitende Mittel der Gruppe der V letzten im Schritt 709 der 10 gespeicherten Werte und ermittelt daraus die neue Empfindlichkeitsschwelle der Zellen.
Die Verzweigung 803/0 ist wirksam, wenn der Test 803 FALSCH ist; in diesem Fall kann die Empfindlichkeitsschwelle der Zellen nicht angepasst werden.
In 12 erkennt man den Eintrittspunkt 901 und den Austrittspunkt 999 des Arbeitsschritts 900. Dieser Arbeitsschritt wiederholt für jedes Zellpaar die elementaren Arbeitsschritte 905 bis 911. Er analysiert die durch den Arbeitsschritt 700 für jede Zelle ermittelten charakteristischen Informationen und leitet daraus charakteristische Informationen für jedes Paar ab.
Der Arbeitsschritt 903 initialisiert den mit dem zu analysierenden Zellpaar verknüpften Index m mit dem Wert 1.
Der Test 905 verifiziert, dass die beiden, das betrachtete Paar bildende Zellen sich im Speicherzustand GÜLTIG befinden und dass ein gemeinsamer Besetzungszeitraum existiert, während dem der Mensch sich gleichzeitig in dem Gesichtfeld der beiden Zellen befindet, was darauf hinausläuft, dass der Mensch als im Gesichtsfeld des Paars befindlich betrachtet wird.
Die Verzweigung 905/1 ist wirksam, wenn der Test 905 WAHR ist. Der Arbeitsschritt 907 analysiert für jede Zelle des betrachteten Paars aufeinanderfolgender Zellen die ermittelten charakteristischen Informationen und leitet daraus charakteristische Informationen für dieses Paar hinsichtlich der Durchquerung durch einen Menschen ab: den Zeitpunkt des Beginns der gemeinsamen Besetzung, den Zeitpunkt des Endes der gemeinsamen Besetzung, den Mittelwert des Paars, das heißt den Mittelwert der für jede Zelle des Paars berechneten Mittelwerte, die chronologische Signatur der Besetzung der Zellen des Paars; der Zustand des Paars aufeinanderfolgender Zellen wird als GÜLTIG betrachtet. Die chronologische Signatur der Besetzung der Zellen des Paars wird willkürlich als POSITIV gewählt, wenn der Mensch die Reihe 1 und anschließend die Reihe 2 überquert und NEGATIV, wenn der Mensch die Reihe 2 und anschließend die Reihe 1 überquert.
Die Verzweigung 905/0 ist wirksam, wenn der Test 905 FALSCH ist. Der Arbeitsschritt 909 erhöht den mit einem Paar verknüpften Index m.
Der Test 911 verifiziert, dass der neue Index m kleiner oder gleich der Gesamtzahl der Paare ist.
Die Verzweigung 911/1 ist wirksam, wenn der Test 911 WAHR ist; in diesem Fall wurden noch nicht alle Paare analysiert und man kehrt zum Test 905 zurück.
Die Verzweigung 911/0 ist wirksam, wenn der Test 911 FALSCH ist; in diesem Fall wurden alle Paare analysiert.
In 13 erkennt man den Eintrittspunkt 1001 und den Austrittspunkt 1099 des Arbeitsschritts 1000. Dieser Arbeitsschritt wiederholt für jedes Zellpaar die elementaren Arbeitsschritte 1005 bis 1017, um die während des Arbeitsschritts 900 für jedes Paar gewonnenen charakteristischen Informationen, sowie die während des Arbeitsschritts 700 für jede Zelle gewonnenen charakteristischen Informationen zu analysieren. Auf Grund dieser Analyse kann man Einheiten konstruieren, die entweder aus einem isolierten Paar, dessen Zustand GÜLTIG ist, oder aus aufeinanderfolgenden Paaren, deren Zustand GÜLTIG ist, bestehen und für die eine Zeitspanne existiert, während der sich ein oder mehrere Menschen gleichzeitig in ihrem Sichtfeld befinden. Genauer gesagt ist eine Einheit durch eine Anzahl X von Paaren gekennzeichnet, deren chronologische Signatur der Besetzung POSITIV ist, sowie durch eine Zahl Y von Paaren, deren chronologische Signatur der Besetzung NEGATIV ist. Die Analyse dieser charakteristischen Zahlen der Einheit erlaubt es, in Echtzeit die Anzahl der zu dieser Einheit gehörenden Menschen, sowie deren Durchquerungsrichtung gemäß einer durch 14 genauer erläuterten Regel zu bestimmen.
Der Arbeitsschritt 1003 initialisiert den mit einem Paar der zu analysierenden Zellen verknüpften Index m mit dem Wert 1 und initialisiert den Inhalt der Einheit mit 0, was bedeutet, dass die Einheit kein einziges Paar enthält.
Der Text 1005 verifiziert, dass sich das betrachtete Paar in dem Zustand GÜLTIG befindet.
Die Verzweigung 1005/0 ist wirksam, wenn der Test 1005 FALSCH ist.
Der Arbeitsschritt 1006 reinitialisiert den Inhalt der Einheit mit dem Wert 0, was bedeutet, dass die Einheit kein einziges Paar enthält.
Die Verzweigung 1005/1 ist wirksam, wenn der Test 1005 WAHR ist.
Der Arbeitsschritt 1007 bezieht das betrachtete Paar in die Einheit mit ein.
Der Test 1009 verifiziert, dass eine Zeitspanne existiert, während der sich ein oder mehrere Menschen in dem Sichtfeld des betrachteten Paars und des folgenden Paars aufhalten.
Die Verzweigung 1009/0 ist wirksam, wenn der Test 1009 FALSCH ist; in diesem Fall ist die Einheit vollständig und sie kann analysiert werden um die Anzahl der Menschen zu zählen.
Der Arbeitsschritt 1011 verwendet die in 14 dargestellte Tabelle, um die Einheit zu analysieren und in Echtzeit die Anzahl der Menschen und ihre Durchquerungsrichtung zu bestimmen. Der Arbeitsschritt 1013 aktualisiert die charakteristischen Informationen des Paars und der Zellen, die in der Einheit enthalten sind, und reinitialisiert anschließend den Inhalt der Einheit mit 0. Der Zustand dieser Paare und der Speicherzustand dieser Zellen werden in den Zustand UNGÜLTIG zurück versetzt.
Die Verzweigung 1009/1 ist wirksam, wenn der Test 1009 WAHR ist; in diesem Fall kann das folgende Paar in die Einheit einbezogen werden.
Der Arbeitsschritt 1015 erhöht den mit einem Paar verknüpften Index m.
Der Test 1017 verifiziert, dass der neue Index m kleiner oder gleich der Gesamtzahl der Paare ist.
Die Verzweigung 1017/1 ist wirksam, wenn der Test 1017 WAHR ist; in diesem Fall wurden noch nicht alle Paare analysiert und man kehrt zum Test 1005 zurück.
Die Verzweigung 1017/0 ist wirksam, wenn der Test 1017 FALSCH ist; in diesem Fall wurden alle Paare analysiert.
14 zeigt die Tabelle zur Analyse der charakteristischen Zahlen der Einheit, die während des Arbeitsschritts 1000 erzeugt wurden. Die Tabelle besitzt so viele Spalten und Zeilen wie es Zellen in dem System gibt. Die Tabelle definiert die Anzahl der einer Einheit zugeordneten Menschen, sowie ihre Durchquerungsrichtung in Abhängigkeit von charakteristischen Zahlen der Einheit. Die Ziffern der Spalten entsprechen den durch die Zahl X vorgegebenen möglichen Werten und die Ziffern der Zeilen entsprechen den durch die Zahl Y vorgegebenen möglichen Werten. Die leeren Felder der Tabelle entsprechen unmöglichen Situationen; die anderen Felder der Tabelle weisen entweder einen Buchstaben oder wenigstens eine mit Vorzeichen versehene ganze Zahl auf, deren Betrag die Anzahl der gezählten Menschen repräsentiert und deren Vorzeichen der ursprünglichen Durchquerung der Reihe 1 entspricht, wenn es positiv ist und der ursprünglichen Überquerung der Reihe 2, wenn es negativ ist.
Die Buchstaben A, B und C der Tabelle entsprechen besonderen Fällen, bei denen die Zählung der Menschen von zusätzlichen Informationen abhängig ist.
Der Buchstabe A wird durch (+1) ersetzt, wenn der Mittelwert des die Signatur POSITIV besitzenden Paars größer als der Mittelwert des die Signatur NEGATIV besitzenden Paars ist.
Der Buchstabe A muss durch (–1) ersetzt werden, wenn der Mittelwert des die Signatur POSITIV besitzenden Paars kleiner als der Mittelwert des die Signatur NEGATIV besitzenden Paars ist.
Der Buchstabe B muss durch die Anordnung (+1) & (–1) ersetzt werden, wenn das, die Signatur POSITIV besitzende Paar vor oder nach den anderen Paaren in die Einheit einbezogen wurde, und durch (–2) in den anderen Fällen.
Der Buchstabe C muss durch die Anordnung (+1) & (–1) ersetzt werden, wenn das, die Signatur NEGATIV besitzende Paar vor oder nach den anderen Paaren in die Einheit einbezogen wurde, und durch (+2) in den anderen Fällen.

Claims

System zum Zählen von Lebewesen, die sich auf einer ersten Oberfläche (0) bewegen und eine zweite zylindrische Oberfläche mit im Wesentlichen vertikaler Erzeugenden durchqueren, welches aus einer Anordnung von N Zellen (11) zur Detektion von thermischer Strahlung, sowie aus einer elektronischen Vorrichtung zur Erfassung und Verarbeitung der von den Zellen gelieferten Signalen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Zellen eine Thermosäule (30) aufweist, die wenigstens ein empfindliches Bauteil (31), ein Mittel (34), welches die thermische Strahlung auf die empfindlichen Bauteile der Thermosäule fokussiert, wobei das Mittel zur Fokussierung ein in eine Richtung langgestrecktes Sichtfeld (111) erzeugt, eine das Sichtfeld begrenzende Maske (35) und einen Verstärker für das von der Thermosäule (30) gelieferte Signal umfasst, und dadurch gekennzeichnet, dass die N Detektionszellen (11) auf zwei Kurven gleichverteilt sind, wenn N gerade ist, bzw. auf zwei Kurven mit einer Differenz von Eins aufgeteilt sind, wenn N ungerade ist, wobei die Verteilung der Zellen auf jeder Kurve gleichförmig mit einer für jede der beiden Kurven identischen Schrittweite P erfolgt, wobei eine der Kurven mit der Erzeugenden der von den Lebewesen durchquerten zylindrischen Fläche übereinstimmt, während die andere Kurve von der vorherigen um eine Länge D (42) von wenigstens 5 cm beabstandet ist, wobei die Richtung der Längserstreckung des Sichtfeldes jeder Zelle im Wesentlichen tangential zu einer der beiden Kurven verläuft.
System zum Zählen von Lebewesen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Fokussierung (34) jeder Zelle mittels einer einzigen Linse gebildet wird und dadurch, dass die Thermosäule ein einziges empfindliches Bauteil mit langgestreckter Oberfläche oder eine Aneinanderreihung von empfindlichen Bauteilen, deren Oberflächen im Wesentlichen ähnliche Abmessungen entlang von zwei zueinander senkrechten Richtungen haben, aufweist.
System zum Zählen von Lebewesen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Fokussierung (34) jeder Zelle mittels mehrerer Linsen gebildet wird, und dadurch dass die Thermosäule nur ein einziges empfindliches Bauteil aufweist, dessen Oberfläche im Wesentlichen ähnliche Abmessungen entlang von zwei zueinander senkrechten Richtungen aufweist.
System zum Zählen von Lebewesen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittweite P ähnlich wie die Breite eines Lebewesens gewählt ist, das für zu der zu zählenden Population gehörende Wesen mit minimaler Größe statistisch repräsentativ ist.
System zum Zählen von Lebewesen gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schrittweite P im Wesentlichen 45 cm entspricht und dadurch dass das System zum Zählen von menschlichen Wesen ausgelegt ist.
System zum Zählen von Lebewesen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Lebewesen durchquerte zylindrische Fläche eine Ebene ist, wobei die Kurven, gemäß denen die Zellen verteilt sind, parallele Geraden sind.
System zum Zählen von Lebewesen gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung des Sichtfeldes (111) in Richtung der Längserstreckung des Feldes für jede zu der gleichen Gerade gehörenden Zelle so gewählt ist, dass das Aneinandergrenzen der Sichtbereiche (211) (212) von zwei auf derselben Geraden (1) aufeinanderfolgenden Zellen (11) (12) auf einer Höhe gewährleistet ist, die ähnlich ist wie die minimalen Größe eines Lebewesens, das für die zu der zu zählenden Population gehörenden Wesen statistisch repräsentativ ist.
System zum Zählen von Lebewesen gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des Sichtbereichs jeder Zelle in einer Höhe von 1 m und in der Längserstreckung gemessen im Wesentlichen 45 cm beträgt und dadurch dass das System zum Zählen von menschlichen Wesen ausgelegt ist.
System zum Zählen von Lebewesen gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Vorrichtung (7) zur Verarbeitung der von den Zellen gelieferten Signale einen Algorithmus benutzt, bei dem ein erster Arbeitschritt (603) die Parameter zur Festlegung der Systemkonfiguration initialisiert, ein zweiter Arbeitsschritt (700) nacheinander für jede Zelle das Auslesen und Verarbeiten der von der elektronischen Erfassungsvorrichtung gelieferten numerischen Werte gewährleistet, ein dritter Arbeitsschritt (800) die Anpassung der Empfindlichkeitsschwelle der Zellen gewährleistet, ein vierter Arbeitschritt (900) für alle aufeinanderfolgenden Zellpaare die vom zweiten Arbeitsschritt (700) gelieferten Informationen vergleicht, ein fünfter Arbeitsschritt (1000) die Resultate des vierten Arbeitsschritts (900) analysiert und daraus die Zählung der Lebewesen, ihre Durchgangsrichtung und ihre Bewegungsgeschwindigkeit ableitet, ein sechster Arbeitschritt (605) die so erhaltene Zählung abhängig von dem jeweiligen Anwendungsfall auswertet und ein siebter Arbeitschritt (607) die Abfolge der Ausführung der vorherigen Arbeitsschritte in Abhängigkeit von der Abtastfrequenz der von den Zellen gelieferten Signale steuert.
System zum Zählen von Lebewesen gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den fünften Arbeitsschritt (1000) des Algorithmus durchgeführte Analyse die Neugruppierung von aufeinanderfolgenden Zellpaaren als Einheiten gewährleistet, für welche die in dem vierten Arbeitsschritt (900) gelieferten Informationen einem Durchgang eines Lebewesens oder einer Gruppe von Lebewesen entsprechen, wobei die Informationen der Paare jeder Einheit die Anzahl der Lebewesen, ihre Durchgangsrichtung und ihre Bewegungsgeschwindigkeit festlegen.