Verfahren und Schaltungsanordnung zur Auswertung von aus Zeilen und Halbbildern bestehenden, stationären Fernsehbildern zwecks Detektierung einer Helligkeitsänderung bei Bewegung eines Objektes

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Digitalisierung, Speicherung, Vergleichung und Auswertung von FS-Bildern zwecks Detektierung einer Änderung und Bewegung. Beim Erfindungsgegenstand wird das in horizontale und vertikale Streifen zerlegte FS-Bild als zeitlich einanderfolgenden Halbbildern zugeordnete vertikale Streifen - der vertikalen Zerlegung der horizontalen Streifen entsprechend - abgetastet. Das Abtasten erfolgt derart, dass der digitalisierte Video-Durchschnittswert der Teiibilder innerhalb der einzelnen vertikalen Streifen in der Richtung der Bildablenkung einzeln, aufeinanderfolgend abgebildet wird, die Information bis zum ,Neuschreiben in einem Speicher gespeichert wird und innerhalb dieser Zeit der Speicherinhalt einmal oder mehrmal mit dem Momentanwert verglichen wird, wonach die Differenz, deren Pegel die Auswertungsschwelle überschreitet, angezeigt wird.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Digitalisierung, Speicherung, Vergleichung und Auswertung von TV-Bildern zwecks Detektierung einer Anderung und Bewegung.

[0002] Zur Anzeige einer in statischen Bildern vor sich gehenden Anderung, Bewegung wird der Video-Durchschnittswert vom ganzen FS-Bild oder Einzelteilen dessen gebildet, gespeichert und von Zeit zu Zeit mit dem Momentanwert verglichen. Es ist wohlbekannt, daß in dem Video-Durchschnittswert eines Teilbildos von gegebener Größe eine gewisse Bewegung bzw. eine Änderung des Videosignals eine Änderung hervorruft. Die Anzeige dieses Video-Durchschnittswerts bildet den Grund der Bewegungsdetektierung. Wenn die Größe des Teilbildes erhöht wird, vermindert sich die von der Bewegung gegebener Größe hervorgerufene Änderung des Video-Durchschnittswertes bzw. bei einer Verminderung des Teilbildes nimmt die Anderung des Video-Durchschnittswertes zu. Daraus folgt, daß es zweckmäßig ist, die Abmessung des geprüften Teilbildes zu verringern.

[0003] Das Videosignal der nicht-standardisierten, vereinfachten (freilaufenden) Kameras ändert sich kontinuierlich, so können die Zeilen von gleicher Zahl der einander folgenden Halbbilder auch bei einem statischen Bild unterschiedlich sein. Diese Tatsache erfordert die Vergrößerung der vertikalen Abmessung, da sich die der Änderung einer Zeile entsprechende, auf den Video-Durchschnittswert ausgeübte Wirkung durch die Erhöhung der Zeilenzahl vermindert. Zur Befriedigung zweier, einander widersprechenden Forderungen ist das Suchen des Optimums unerläßlich, was jedoch in einer engen Verbindung mit der Auswertungsschwelle d.h, mit dem zulässigen Maximalwert des Video-Durchschnittswertsänderung - ohne eine nützliche Änderung in dem FS-Bild - steht.

[0004] Bei den gegenwärtig bekannten einfache Lösungen wird der Video-Durchschnittswert des ganzen FS-Bildes, im allgemeinen, analog gebildet, wobei der Vergleich mit dem Momentanwert nach der analogen Speicherung vorgenommen wird.

[0005] Der Hauptnachteil dieser Lösungen besteht darin, daß obzwar das ganze FS-Bild beobachtet wird, die Empfindlichkeit infolge der erwähnten Gründe recht gering ist.

[0006] Bei komplizierten Lösungen werden einige, aus dem FS-Bild entommene, auf beliebige Stelle des Bildes verschiebbare Teilbilder beobachtet.

[0007] Im allgemeinen werden bei diesen Lösungen analoge Speicherung (der Video-Durchschnittswert jedes einzelnen Teilbildes wird separat gespeichert), analoger Vergleich und analoge Fohlersignalbildung verwendet.

[0008] Bei diesen Geräten ist die Empfindlichkeit schon höher, dagegen ist es nicht möglich das ganze FS-Bild zu beobachten. Unter Empfindlichkeit wird eine, infolge einer nützlichen Bewegung entstandene, die Auswertungsschwelle übertreffende Änderung des beobachteten Teilbildes verstanden, bei der ein Fehlersignal erzeugt wird.

[0009] Bei den am meisten entwickelten Lösungen wird das FS-Bild in vertikale und horizontale Streifen zerlegt, wobei der Video-Durchschnittswert dieser Teilbilder in der Richtung der Zeilonablenkung gebildet wird.

[0010] Die Bildung des Video-Durchschnittswerts je Teilzeile findet auf analoger Weise statt, in dem nächsten Schritt wird die Digitalisierung durchgeführt, die digitalisierten Durchschnittswerte der untereinander vorhandenen Teilzeile werden addiert und gespeichert.

[0011] Wird dagegen der Video-Durchschnittswert des FS-Teilbildes nicht digitalisiert, sondern analog gespeichert, müssen Speicherelemente in einer, der Zahl der Einzelbilder entsprechenden Zahl verwendet werden.

[0012] Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, daß wegen der horizontalen Abtastung entweder zwei, parallel funktionierende Konverter mit je einem intermediären Element und Addierer je Spalte erforderlich sind, oder jede Teilzeile gesondert gespeichort wird, das eine große Memorienkapazität beansprucht.

[0013] Auch bei diesen Lösungen wird der Vergleich der gespeicherten und momentanen Informationen analog vorgenommen,

[0014] Das Wesentliche des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das in horizontale und vertikale Streifen zerlegte FS-Bild als vertikale, zeitlich einander folgenden Halbbildern zugeordnete Streifen - der vertikalen Zerlegung der horizontalen Streifen entsprechend - abgetastet wird, und zwar derweise, daß der digitalisierte Video-Durchschnittswert der Teilbilder innerhalb der einzelnen vertikalen Streifen in der Richtung der Bildablenkung einzeln, einander folgend gebildet wird, die Information bis zum Wiedorschreiben in dem Speicher gespeichert wird und während dieser Periode der Speicherinhalt wiederholt einmal oder mehrmal mit dem Momentanwert verglichen wird, wonach die Differenz - deren Pegel die Auswertungsschwelle überschreitet - angezeigt wird.

[0015] Der Zeitbedarf der Einschreibungs- bzw. Vergleichszyklen beträgt T = n x 20 msec (die Zahl der vertikalen Streifen mit der Halbbildzeit multipliziert). Die Prüfung je eines Teilbildes findet je T Basiszykluszeit statt. Der Speicherinhalt wird nach einem F * N x T Beobachtungszyklus neugeschrieben, wo N die Zahl der Vergleichungszyklen bezeichnet.

[0016] Der Vorteil des Verfahrens liegt darin, daß der Prozeß der Bildverarbeitung kontinuierlich, reihenfolgengemäß und vor sich geht, wodurch die Verarbeitung der Informationen in mehreren Schritten vermieden werden kann. Die für die Digitalisierung, Speichersteuerung und Vergleichung zur Verfügung stehende Zeit ist um eine Größenordnung länger, als bei der, in Zeilenrichtung durchgeführten Abtastungsmethode, so kann das Verfahren mittels einfacher und billiger Mittel realisiert worden,

[0017] Die letzte Zeile jedes horizontalen Streifens, oder die zu der letzten Zeile gehörende Zeilenaustastung wird als Operationszeit bezeichnet; so wird während eines Halbbildes in einem vertikalen Streifen der Video-Durchschnittswert eines, zwischen zwei, einander folgenden Operationszeiten entstandenen Teilbildes, reihenfolgengemäß, in der Richtung der Bildablenkung gebildet. Zur Umwandlung der auf derweise gebildeten Durchschnittswerte in digitale Vierbit-Informationen und zur Verarbeitung stehen gleiche Zeiten (1 H oder die Zeilenaustastung) zur Verfü- gung. Besteht die Absicht die Änderung des Teilbildes anzuzeigen, so ermöglichen die vier Bits nicht die Unterscheidung von 16 Gradationspegeln, sondern des Vielfachen derselben, da die Beobachtung der Bits von den vier Bsinsten Stellwerten einer fßnf- oder sechsstelligen Bitzahl genügend ist. In einem FS-Bild ist nämlich die Wahrscheinlichkoit, daß die Änderung des digitalisierton Durchschnittswertes eines Teilbildes genau 16 Gradationspegeln oder dem ganzen Vielfachen derselben entspricht, recht gering.

[0018] In der ersten Hälfte der Operationszeit findet die Digitalisierung statt, in der zweiten Hälfte erfolgt das Schreiben in den Speicher oder das Lesen und die Auswertung der digitalen Information. Der Zeitbedarf für den Spoicherungsvorgang eines ganzen FS-Bildes ist dem Produkt der Anzahl der vertikalen Streifen und der Halbbildzeit gleich. Selbstverständlich ist die zum Lesen erforderderliche Zeit genau so lang, Infolge der Zwischenzeilen-Abtastung muß ein derweise gestalteter Zyklus geradzahlige Halbbilder enthalten.

[0019] Das Neuschreiben des Speichers hängt von der Anwendung ab. Bei einem Bewegungsdetektor scheint es zweckmüßig erst nach mehreren Lese(Vergleichungs)zyklen einen Neuschreibezyklus (periodisch) einzuschalten, während bei einer nicht-periodischen Funktion der Speicher infolge der Wirkung eines für Abweichung oder Bewegung ausgegebenen Signalesneugeschrieben werden kann. Während des Lesezyklus wird der digitalisierte Durchschnittswert des momentanen Teilbildes mit dem Inhalt der entsprechenden Zelle des Speichers verglichen. Bei einer Abweichung wird ein Fehlersignal erzeugt.

[0020] Der Vorteil der Lösung besteht darin, daß der Prozeß der Bildverarbeitung in Reihenfolge und kontinuierlich stattfindet, wodurch die Verarbeitung der Informationen in mehreren Schritten vermieden worden kann.

[0021] Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 das Blockschema eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Figur 2 ein noch detailliertes Blockschema der Schaltungsanordnung nach Figur 1,

Figur 3 den zeitlichen Zusammenhang zwischen der Operationszeit, der Zeit für die Digitalisierung, der Freigabezeit des Speichers, sowie der Vergleichungszeit,

Figur 4 die Reihenfolge der Schreibe- und Vergleichszyklen sowie des Steuersignal des Schreibens, Lesens des Speichers.

[0022] Das Eingangs-Videosignal wird von der Eingangseinheit 1 empfangen, die Addierstufe 2 mischt das von der fensterbildenden Stufe 6 erzeugte Fensteraignal in das Videosignal. Der geeignete Videopegel und die Ausgangsimpedanz wird mittels der Ausgangseinheit 3 erreicht. Die Eingangseinheit 1, die Addierstufe 2 und die Ausgangseinheit 3 bilden gemeinsam einen Videokanal. Einer der intermediären Ausgänge des Videokanals schließt sich über den Schalter S der Synchrontrennstufe 4 an; die Synchrontrennstufe 4 erzeugt der Stellung des Schalters S entsprechend aus dem Videosignal oder aus einem äußeren Synchronsignalgemisch die zusammengesetzten Synchronsignale. Die Steuereinheit 5 erzeugt aus dem, von der Synchrontrennstufe 4 erhaltenen Bild- und Zeilensynchronsignal die zu den Halbbildern gehörenden vertikalen Streifen, sowie die Gattersignale des A/D Wandlers und Zwischenspeichere 7, desweiteren die Operationszeit T_M, die Zeit T_D für die Digitalisierung, die Speicherfreigabezeit T_E, und die Vergleichszeit T_H (Figur 3]. Die Steuerinheit 5 führt die Adressierung des Speichers durch und erzeugt das R/W Lesen-Schreiben-Steuersignal (Figur 4). Der fensterbildenden Stufe 6 wird die Aufgabe zugeteilt, die zu beobachtende beabsichtigte Fläche aus den, von der Steuereinheit 5 erzeugten, vertikalen und horizontalen Streifen zu bestimmen. Die fensterbildende Stufe 6 erzeugt auch das mit dem Austastsignalgemisch versehene Fenstersignal für die Addierstufe 2.

[0023] Dem auf dem "dual slope" Prinzip beruhenden A/D Wandler und Zwischenspeicher 7 wird die Aufgabe zugeteilt die analoge Integrierung der Einzelteile, des, zwischen zwei, einander folgenden Operationszeiten der Spalten entstandenen Videosignals auszuführen, im Sinne der Figur 3 das analoge Signal während der Zeit T_D für die Digitalisierung in eine digitale Information umzuwandeln und während der Operationszeit T_M zu speichern.

[0024] Seine Gatter- und Steuersignale werden in der Steuereinheit 5 erzeugt. Während der Zeitdauer zwischen den beiden, durch die Steuereinheit 5 bestimmten Schreiben speichert der Speicher 8 die von dem A/D Wandler und Zwischenspeicher 7 gelieferte digitale Information.

[0025] Die von dem Speicher 8 abgerufenen, gespeicherten und von dem A/D Wandler und Zwischenspeicher 7 erhaltenen digitalen Informationen werden in der vergleichenden und das Fehlersignal bildenden Einheit 9 verglichen; auch hier wird die Auswertungsschwolle sichergestellt; bei einer den Schwellenwert überschreitenden Abweichung wird an dem Ausgang eine Anzeige abgegeben.

[0026] In den Vergleichszyklen findet die Fehlersignalbildung während der Verqleichzeit T_H statt, bei einer Abweichung wird das Fehlersignal bis zur Löschung gespeichert.

[0027] Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel wurde das FS-Bild in dreizehn vertikale und dreizehn horizontale Streifen zerlegt, so betrug die Zahl der Teilbilder einhundertneunundsechzig. Das Gerät ist zur Verarbeitung des Videosignals von Kameras mit standardisierton und vereinfachten Synchronsignalen geeignet, so wurde die obenbeschriebene Bildzerlegung dementsprechend ausgestaltet. Das Synchronsignal wird von der eingebauten Automatik beobachtet, bei einem vereinfachten Synchronsignal arbeitet daß Gorät mit einer einfachen, bei einem standardisierten Synchronsignal mit doppelter Empfindlichkeit. Demnach beträgt die Zahl der innerhalb eines Teilbildes unterscheidbaren Gradationspegels zwanzig bzw. vierzig. Die doppelte Empfindlichkeit kann ausgesahaltet werden. Zur Auswahl der zu überwachen gewünschten Teilbilder sind Mikroschalter vorgesehen. Das eingestellte Feld ist invertibel, d.h. in diesem Fall ist das betreffende Feld von der Oberwachung ausgeschlossen. Das Fonstersignal des überwachten Toilbildes kann dom Ausgangsvidaosignal zugemischt werden. Die Einstellung seines Holligkeitspegols ist möglich. Die Löschung wird entweder manuell, oder automatisch vorgenommen.

[0028] In der in Figur 2 dargestellten Schaltungsanordnung ist der in Figur 1 als Steuereinheit 5 bezeichnete Block ausführlicher veranschaulicht.

[0029] Mit Hilfe des von der Synchrontrennstufe 4 erhaltenen, Synchronsignalgemisches erzeugt die Steuerstufe 10 die Taktimpulse und Gattersignale der spaltenbildenden Stufe 11, sowie das Eingangssignal des Halbbildwählers 12; desweiteren erzeugt die Steuerstufe 10 das Signal der Operationszeit t_M laut Figur 3 für dio Spaltonwäuhlerstufe 13 und für den A/D Wandler und Zwischenspeicher 7. Die Steuerstufe 10 bildet die Hilfsignale des A/D Wandlers und Zwischenspeicher 7 (z.B. das Clamper-Signal t_D für die Digitalisierungszeit und im Bedarfofall das Takt- signal); zweckmäßig ist das Taktsignal in der Phase zu dem Zeilensynchronsignal gebunden. Die Steuerstufe 10 erzeugt außerdem das t_E Signal laut Figur 3 für den Speicher 8, die Adressierungssignale des Speichers, sowie das R/W Lesen- und Schreibonsignal laut Figur 3 aus dem Ausgangssignal der Halbbildwählenstufe 12.

[0030] Oberdies wird der Steuerstufe 10 die Aufgabe zugeteilt mit Hilfe des Ausgangssignals der fensterbildenden Stufe 6 das Signal der Vergleichszeit t_H laut Figur 3 für die vergleichende und das Fehlersignal bildende Einheit 9, sowie das vertikale Taktsignal der fensterbildenden Stufe 6 zu erzeugen.

[0031] Die spaltenbildende Stufe 11 erzeugt aus den Ausgangssignalen der Steuerstufe 10 die den vertikalen Streifen entsprechenden horizontalen Sequenzen für die Spaltenwählerstufe 13 und die fensterbildende Stufe 6.

[0032] Die Halbbildwählerotufe 12 erzeugt aus dem Signal der Steuerstufe 10 die Eingangssignale der Spaltenwählerstufe 13. Die Halbbildwählerstufe 12 erzeugt für die Steuerstufe 10 die Basiszykluszeit T der Figur 4 gemäB.

[0033] Die Spaltenwählerstufe 13 erzeugt das Gattersignal des A/D Wandlers und Zwischenspeicher 7 aus den Signalen der spaltenbildenden Stufe 11, der Halbbildwählerstufe 12 und der Steuerstufe 10.

Ansprüche

1. Verfahren zur Digitalisierung, Speicherung, Vergleichung und Auswertung von FS-Bildern zwecks Detektierung einer Anderung und Bewegung, dadurch gekennzeichnet , daß das in horizontale und vertikale Streifen zerlegte FS-Bild als zeitlich einander folgenden Halbbildern zugeordnete vertikale Streifen - der vertikalen Zerlegung der horizontalen Streifen entsprechend - abgetastet wird, und zwar derweise, daß der digitalisierte Video-Durchschnittswert der Teilbilder innerhalb der einzelnen vertikalen Streifen in der Richtung der Bildablenkung elnzeln, aufeinancierfolgend abgebildet wird, die Information bis zum Neuschreiben in einem Speicher gespeichert wird und innerhalb dieser Zeit der Speicherinhalt einmal oder mehrmal mit dem Momentanwert verglichen wird, wonach die Differenz, deren Pegel die Auswertungsechwelle überschreitet, angezeigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Information zyklisch in dem Speicherneu geschrieben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Information bis zum Erscheinen eines, die Auswertungsschwelle überschreitenden Fehlersignals in dem Speicher gespeichert wird.

4. Schaltungsanordnung zur Digitalisierung, Speicherung, Vergleichung und Auswertung von FS-Bildern zwecks Detektierung einer Anderung und Bewegung, in der die Eingangseinheit direkt oder indirekt an eine Ausgangseinheit angeschlossen ist und die Eingangseinheit mit der Ausgangseinheit einen Videokanal bildet und einer der intermediären Ausgänge des genannten Videokanals über einen Schalter an eine Synchrontrennstufe angeschlossen ist, die eine Steuerstufe ist, deren einer Ausgang an dem einen Eingang eines A/D Wandlers und Zwischenspeichers angeschlossen ist, und der Ausgang der Eingangseinheit an den anderen Eingang des A/D Wandlers und Zwischenspeichers angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Ausgang der Steuerstufe (10) an den Eingang einer spaltenbildenden Stufe (11) und der dritte Ausgang der Steuerstufe (10) an den Eingang einer Halbbildwählerstufe (12) angeschlossen sind, während die Ausgänge der spaltenbildenden Stufe (11) und der eine Ausgang der Halbbildwählerstufe (12) an die Eingänge einer Spaltenwählerstufe (13) angeschlossen sind, und der andere Ausgang der Halbbildwählerstufe (12) an den anderen Eingang der Steuerstufe (10) angeschlossen ist, während der vierte Ausgang der Steuerstufe (10) an einen weiteren Eingang der Spaltenwählerstufe (13) angeschlossen ist und der Ausgang der Spaltenwählerstufe (13) an dem dritten Eingang des A/D Wandlers und Zwischenspeichers (7) angeschlossen ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbbildwählerstufe (12) eine je Zyklus geradezahlige Halbbilder enthaltende Halbbildwählerstufe bildet.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgänge des A/D Wandlers und Zwischenspeichers (7) einerseits an die Eingänge des Speichers (8), andererseits an die Eingänge der vergleichenden und das Fehlersignal bildenden Einheit (9) angeschlossen sind, während die fünften Ausgänge der Steuerstufe (10) an die weiteren Eingänge des Speichers (8) angeschlossen sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Ausgänge des Speichers (8) an die weiteren Eingänge der vergleichenden und das Fehlersignal bildenden Einheit (9) angeschlossen sind, während der sechste Ausgang der Steuerstufe (10) an die weiteren Eingänqe der vergleichenden und das Fehlersignal erzeugenden Einheit (9) angeschlossen ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Videokanal zwischen der Eingangseinheit (1) und der Aus^gangseinheit (3) eine Addierstufe (2) vorgesehen ist, und die Ausgänge der spaltenbildenden Stufe (11) auch an die Eingänge der fensterbildenden Stufe (6) angeschlossen sind, der eine Ausgang der fensterbildenden Stufe (6) an den anderen Eingang der Addierstufe (2) angeschlossen ist, und daß der andere Ausgang der fensterbildenden Stufe (6) an den dritten Eingang der Ste.uerstufe (10) und der siebente Ausgang der Steuerstufe (10) an den weiteren Eingang der fensterbildenden Stufe (6) angeschlossen sind.

Zeichnung