具有灵活监视区限定功能的基于飞行时间的3D监视系统的制作方法

具有灵活监视区限定功能的基于飞行时间的3d监视系统
技术领域
1.本发明涉及一种检测和/或表征被监测的基础设施(例如，要被监测以进行入侵者检测的建筑物或设施)内或周围的移动的监视系统。
2.作为示例，根据本发明的监视系统用于监视城市内的神经功能点(neuralgic point)，诸如火车站、机场、城市公园或其它繁忙的公共场所。此外，监视系统用于监测或保护受限区域或危险区域，例如，工业工厂、建筑工地或商业复合式建筑群以及私人住宅。
3.作为另一示例，根据本发明的监视系统用于支持设施的操作，例如，对仓库或停车场的监督。


背景技术：

4.从初始被动观察(即，仅仅提供要由人类系统操作员监测的场景的远程表示)开始，现代监视系统已经日益演变为主动系统，该主动系统可以自主地识别与要被监测的场景相关的对象和/或情况，例如以自动地发出警报或标记要由人类操作员查看的场景。
5.通常，使用摄像头的分布式网络，其中，多个摄像头的实时视频流显示在一组监测器上，和/或其中，不同摄像头视图可由监视系统的操作员(例如，火车站或商业建筑群的安全人员)选择。此外，现代系统可以被配置为自动识别和跟踪人或其它移动对象(例如，汽车)，以便通知操作员任何可疑移动。
6.具体地，在移动对象离开第一摄像头的视场的情况下，自动生成的跟踪信息用于将移动对象从一个摄像头切换到另一摄像头，即，可以在摄像头的分布式网络内自动跟踪对象的路径。
7.除了显示摄像头的基本上未编辑的镜头和路径信息之外，监视结果通常被嵌入为环境的集成3d模型中的实时纹理，使得可以从任意视角检查情况(例如，独立于人或对象的移动)。
8.现代监视系统常常利用各种不同的监视传感器。例如，热成像摄像头可以用于在夜间监测基础设施和/或用于基于温度来识别对象或关键事件，例如用于检测火灾爆发或车辆或其它机器引擎的状态。
9.通过另一示例的方式，激光雷达(光检测和测距)设备和/或光屏障提供入侵和/或移动检测，其中，移动对象在他们经过基础设施内的观察平面时被检测到。然而，与摄像头成像相比，激光雷达设备和/或光屏障的空间覆盖范围通常是有限的，例如，其中，不同观察平面仅放置在入口(例如，门和窗口)处，或者其中，不同观察平面至少相隔几米。
10.现有技术的监视系统的特定问题涉及处理变化的环境条件(诸如环境光的变化)，和/或适应环境的修改，其中，所允许的对象的放置必须与将被监测的基础设施内不允许的对象的放置区分开。
11.这些要求导致使用3d坐标测量单元的新类别的监视系统，其实现了从勘测技术领域已知的用于环境的精确三维几何测量的技术和原理(例如，由高端激光扫描站(诸如莱卡rtc360或莱卡blk360)使用的原理)。作为示例，莱卡blk247是该新类别的智能3d监视系统
的示例性示例。这些新的3d监视系统使用3d坐标测量单元，3d坐标测量单元被配置为在全视野(all-round view)中基于飞行时间原理提供3d坐标测量数据。例如，3d坐标测量单元提供绕第一轴线的360度和绕垂直于第一轴线的第二轴线的至少130度的视场，其中，3d坐标测量数据以至少每秒150'000点的点获取速率生成。例如，莱卡bllk247在绕第一轴线360度并且绕第二轴线270度的视场中提供每秒200'000点的点获取速率。
12.由于使用了飞行时间原理，所以提供了在任何光照条件下(例如，在明亮的背光下和黑暗中)对任何3d变化的检测和对象跟踪。红外波长范围内的辐射波长可以用于飞行时间测量，这允许利用对于视觉波长范围不透明的材料来覆盖3d坐标测量单元，因此关于所使用的3d监视技术的细节对于人类观察者是隐藏的。因此，可以提供眼睛不可见的离散(discreet)且无噪声的3d监视。
13.此外，由于基于飞行时间的3d坐标测量单元和基于3d的对象分类的使用，所以增加了对象检测和对象识别的灵敏度和空间分辨率。作为示例，可以原则上调谐空间分辨率和对象识别，使得具有厘米范围或甚至更小的尺寸的对象被明确地检测和识别。
14.全视野和数据采集的方式(例如，其中，3d坐标测量数据是相对于公共坐标系固有地生成的)提供了由环境内的监视数据(3d坐标测量数据)检测到的事件的直接位置参考。例如，3d监视设备可以用于生成环境的数字模型，并且通过利用同一3d坐标测量单元来监测该数字模型内的事件。这允许在不必移动3d监视设备的情况下灵活地定义和稍后调整由同一3d监视设备监测的特定监视区域(全视野的子区域)或多个不同子区域。
15.通常，环境包括具有不同安全级别(例如，具有不同访问授权)的监视区域，其中，安全网的供入侵者进入而未被检测到的可能的“漏洞(hole)”尤其可以发生在不同监视区域之间的过渡区域中。因此，限定尽可能小的区域之间的过渡通常是有益的，例如使得不同区域被布置为尽可能接近彼此。
16.由于灵敏度和空间分辨率的提高，出现了新的问题。即使是小且缓慢的移动也会被检测到，并且可能引起错误警报。例如，待监测的建筑群可以包括或毗邻绿色区域，例如，森林、粮田或具有观赏植物的区域。提高的灵敏度和空间分辨率现在甚至会由于检测到由风引起的植被移动到受保护区域中而引起警报。即使植物本身的生长也可能导致增加的警报。例如，监视区域通常在接近地面的范围内，例如以防止某人蹲在监视区域“下面”(在地面与监视区域之间)。然而，在绿色区域的情况下，地面可能会“生长到”监视区域中，从而例如在植物通过风移动的情况下引起错误警报。作为另一示例，当监测边界墙壁时，鸟类可能频繁地降落在墙壁顶并且在墙壁顶上移动，这可能会在假定潜在入侵者爬过墙壁的情况下发出警报。
17.因此，保护区域与该区域周围的环境之间的一些容差区域用于防止频繁的错误警报。然而，这降低了屏蔽的严密程度。


技术实现要素：

18.本发明的目的是提供环境的改进监视，其克服了现有技术的缺陷。
19.一个特定目的是提供一种监视系统，该监视系统允许在严密区域监视与例如由于侵入不同监视区域之间的过渡区域而引起的错误警报数量之间的最佳折衷。
20.另一个目的是提供一种监视系统，该监视系统减少了例如由于经验不足的用户的
不正确操作导致的错误监视区域限定。
21.这些目的通过实现下面各方面的表征特征的至少一部分来实现。在其它方面的一些其它特征中描述了以另选或有利的方式进一步发展本发明的特征。
22.本发明涉及一种控制3d监视设备的方法，该3d监视设备被配置为生成环境的空间体积的3d测量数据并且使用3d测量数据和3d环境模型来监测环境的空间体积。
23.作为示例，3d监视设备包括3d坐标测量单元，该3d坐标测量单元被配置为通过基于飞行时间原理的3d坐标测量数据来捕获环境的空间体积。为了检测所监测的环境的空间体积内的对象，3d监视设备可以进一步包括对象检测器，该对象检测器被配置为基于3d监视设备的3d坐标测量数据(例如，基于3d变化检测)来检测所监测的环境的限定子区域内的对象。
24.例如，3d监视设备被实施为放置在房间的角落中并且预期监测90度乘以90度的视场内的空间体积(以生成具有90度乘以90度的视场的3d坐标测量数据)。在3d监视设备预期安装在墙壁上的情况下，它可以被实施为提供对90度乘以180度的视场的监测。在另外的实施方式中，例如，其中，3d监视设备预期安装在天花板上，3d坐标测量单元提供360度乘以90度的视场。作为示例，3d坐标测量单元被配置为提供绕第一轴线(例如，垂直轴线)360度并且绕垂直于第一轴线的第二轴线至少130度(例如，绕第二轴线270度)的视场。
25.具体地，3d监视设备被配置为提供3d点云的生成和3d点云的更新，更新速率是仰角半度、方位角一度的每个角度视场每秒至少一个3d点云采样点。例如，3d监视设备被配置为以每秒至少150'000点的点获取速率生成3d坐标测量数据。
26.因此，由3d坐标测量设备基本上实时地监测完整视场，并且可以基于3d测量数据向用户显示所监视的基础设施的基本上实时的表示。具体地，3d点云的快速更新提供基于3d测量数据的改进的变化检测。
27.所述方法包括以下步骤：读取与3d监视设备相关联的输入数据，其中，输入数据提供与3d监视设备在3d环境模型内的位置相关联的坐标信息。例如，3d环境模型以点云的形式或以向量-文件-模型(例如，计算机辅助设计(cad)模型)的形式提供，其中，3d监视设备在3d环境模型内的位置是借助于与输入数据一起提供的坐标信息获得的。另选地或另外地，3d监视设备的3d测量数据用于生成3d测量模型，其中，3d监视设备的位置(例如，本质上)由3d测量数据已知/提供。
28.然后，输入数据用于在电子图形显示器上生成图形用户界面，该图形用户界面提供3d环境模型的3d可视化，其中，可视化包括3d监视设备的位置和例如3d监视设备的视场的指示。因此，3d监视设备的用户可以检查3d监视设备可达的环境和可能的监视区域。在另外的步骤中，经由图形用户界面(例如，借助于触摸屏控制)提供输入功能，其中，用户可以限定3d环境模型内的3d子区域。例如，可以预期子区域被特别监测和/或相对于环境的其余部分被不同地处理，例如，其中，限定报警对象(和发出警报的对象)的最小大小和/或最大大小、报警对象的最小速度和/或最大速度或者要与检测到的对象的移动相比较的特定移动模式。此外，子区域可以被指派不同点密度或灵敏度和/或具有不同重复频率，以刷新由子区域表示的点云部分。
29.例如，电子图形显示器由外部显示器(例如，个人计算机、平板电脑或智能电话的显示器)实施，其中，3d监视设备被配置为与外部显示器或与外部显示器相关联的计算单元
建立(有线的或无线的)数据和通信连接。为了建立数据和通信连接，可以使用现有技术的各种不同技术。例如，所述连接可以例如借助于蓝牙或对等架构以所谓的“直接”方式(设备到设备)来实现，或所述连接可以例如借助于服务器-客户端架构以“间接”方式来实施。
30.3d子区域具有由至少四个拐角(corner)点的连接跨越的3d主体的形状。经由图形用户界面，为用户提供改变功能，以通过将3d子区域的拐角点中的一个拐角点拖动到3d环境模型的3d可视化内的不同位置来生成重新限定的子区域，由此，3d子区域的形状变形。然后，将与3d环境模型内的重新限定的子区域相关联的空间参数提供给3d监视设备，并且在借助于3d测量数据检测到重新限定的子区域内的移动的情况下使3d监视设备生成动作(例如，警报)。
31.例如，空间参数向3d监视设备提供能够识别重新限定的子区域的边界或完整轮廓以推导是否在重新限定的子区域内发生移动的信息。另选地或另外地，空间参数可以提供特定处理和评估规则，其允许直接识别在重新限定的子区域内是否存在移动(例如，不具体知道重新限定的子区域的边界)。
32.通过拖动，3d子区域的形状变形，这不同于简单地扩展或缩小3d子区域。变形导致限定3d子区域的3d主体的两个相邻表面之间的入射角的变化。当然，该方法可以包括另外的步骤，以在形状不变形的情况下快速扩展或缩小3d子区域。另外，可以实现在3d环境模型内查看和/或布置3d子区域的其它通常已知的措施，例如，提供横向(xyz)移动和3d环境模型的3d可视化的自适应缩放，例如，利用一次扫描或轻击编码(例如，类似于智能电话)。
33.作为示例，图形用户界面提供了设置3d环境模型的3d可视化的不同视图，其中，可以在不同视图中的每个视图中执行拐角点中的一个拐角点的拖动。
34.例如，通过允许/强制通过拖动拐角点中的一个拐角点来使3d子区域的形状变形，提供了用于(重新)限定3d子区域的直观用户操作。用户可以选择3d可视化的最佳视图以移动和放置特定拐角点，其中，仅执行3d子区域的其它(不直接受影响的)拐角点或边界的受限且明确限定的移动(或根本不移动，参见下文)，这例如防止了错误监视区域限定。
35.作为示例，如果不允许变形(例如，拖动导致3d子区域作为整体扩展或缩小)，则可以优化拖动的拐角点的新放置。然而，同时，由于轮廓的整体缩小，所以重新限定的子区域的改变的轮廓可能侵入3d环境模型的其它区域或在安全网中留下漏洞。因此，将需要伴随着3d子区域的旋转和线性重新定位对3d子区域进行尺寸调整的复杂的迭代步骤。此外，重新限定的子区域的每个边界到3d环境模型中的优化拟合可能仍然是不可能的。
36.在一个实施方式中，3d子区域由顶表面和底表面以及顶表面和底表面之间的连接跨越，其中，顶表面和底表面中的每一者包括至少三个拐角。3d子区域的形状的通过顶表面的拐角点与底表面的拐角点的连接产生的所有边缘(3d主体的边缘)彼此平行。例如，除了顶表面和底表面之外，界定3d子区域的侧表面(lateral surface)都相对于3d环境模型内的限定的水平/竖直定向竖直布置。拐角点中的一个拐角点的拖动引起(3d子区域的拐角点的)所连接的拐角点的移动，使得3d子区域的通过拐角点中的一个拐角点与所连接的拐角点的连接限定的边缘保持与3d子区域的形状的通过顶表面的拐角点与底表面的拐角点的连接产生的其它边缘平行。
37.在另外的实施方式中，顶表面和底表面中的每一者是具有至少三个拐角的平面多边形表面，例如，其中，顶表面和底表面相对于彼此任意地倾斜。
38.作为示例，在另外的实施方式中，改变功能被配置为使得通过拖动顶表面或底表面的拐角点，完整的顶表面或底表面倾斜，使得它包括拐角点中的一个拐角点的新位置。另选地或另外地，顶表面或底表面的倾斜由经由图形用户界面的输入功能来设置，例如，经由菜单来限定倾斜角度，顶表面或底表面的倾斜角度在其上保持固定。
39.在另外的实施方式中，3d环境模型内的3d子区域的除了拐角点中的(被拖动的)一个拐角点之外的所有拐角点的位置不受拐角点中的该一个拐角点的拖动的影响。
40.作为示例，改变功能提供对不同拖动模式的选择，其中，在所谓的并行化模式下，3d子区域的通过拐角点中的一个拐角点与所连接的拐角点的连接限定的边缘如上所述保持与3d子区域的形状的其它边缘平行；并且在所谓的自由模式下，3d环境模型内的3d子区域的除了拐角点中的(被拖动的)一个拐角点之外的所有拐角点的位置不受拐角点中的该一个拐角点的拖动的影响。
41.在另外的实施方式中，改变功能提供3d子区域的拐角点的删除和添加，例如其中，添加包括在3d子区域的边缘上的任意位置处点击该边缘(例如其中，在点击之后立即拖动边缘上的“新”的点)，和/或其中，添加包括在3d子区域的表面上的任意位置处点击该表面(例如其中，在点击之后立即拖动表面上的“新”的点)。例如，改变功能被配置为使得表面的点击和拖动在表面中引入扭结或允许以限定方式使表面翘曲。
42.作为示例，添加和删除被配置为生成或删除3d子区域的如上所述的并行(例如，垂直)边缘。因此，每次添加顶表面上的附加拐角点在底表面上引入对应添加的拐角点(并且反之亦然)，使得通过两个添加拐角点的连接限定的边缘平行于3d子区域的形状的通过顶表面的拐角点与底表面的拐角点的连接而产生的其它边缘。
43.换言之，提供了用于上述新类别的3d监视设备的改进的灵活监视区域限定功能。参考在开头处关于要被监视的包括或毗邻绿色区域的建筑群提到的示例，可以例如根据植被的生长状态或根据天气和风况频繁地更新绿色区域的边界，从而可以频繁更新监视区域的限定，以提供错误警报的最小化与严密屏蔽之间的最佳折衷。
44.根据本发明的方法提供3d监视设备的直观控制和3d子区域的直观限定和重新限定，使得用户可以快速地将监视条件适配到变化的环境或变化的情况，例如在出现警报情况的情况下。
45.例如，在通过使用3d监视设备的3d测量数据生成3d测量模型的情况下，例如其中，3d测量的更新是基于用于监测环境的空间体积的3d测量数据以限定间隔和/或在检测到3d环境模型内的限定事件时重复生成的，可以利用环境的实时条件的知识来执行3d子区域的限定和重新限定。
46.在另外的实施方式中，所述方法包括以下步骤：存储3d环境模型内的移动的移动历史；以及在执行改变功能时分析重新限定的子区域，以经由图形用户界面提供关于重新限定的子区域内的移动历史的反馈。例如，这允许用户手动地找到重新限定的子区域到3d环境模型的表面的适当的距离，这可能导致(不报警的)移动检测，例如，绿色区域。
47.在另外的实施方式中，在向3d监视设备提供空间参数以在重新限定的子区域内5进行移动检测的情况下实时地分析重新限定的子区域，并且经由图形用户界面提供关于移动检测的实时反馈。
48.例如，这允许对接近环境的潜在移动对象的重新限定的3d子区域的边界进行微
调。再次参考在开头处提到的当要被监视的建筑群包括或毗邻绿色区域时的示例，用
49.户可以通过拖动拐角点中的一个拐角点来将3d子区域的边缘朝向绿色区域(例如，0具有通过风移动的植物)精细地调整并且接收关于所调整的子区域内的检测到的移动的实时反馈。这样，用户可以迭代地找到小过渡区域(其从外部严格地界定区域)与错误警报数量(其对于当前环境条件是有效的)之间的最佳折衷。例如，在每次拖动3d子区域的拐角点中的一个拐角点的情况下，与重新限定的子区域相关联的空间参
50.数被实时地提供给3d监视设备，使得随着每次拖动，用户接收关于重新限定的子区5域内的移动情况的立即反馈。
51.在另外的实施方式中，输入功能通过用于3d子区域的自动形状的列表中选择的可选选项或者通过任意地限定3d子区域的拐角点(例如借助于用于任意绘制3d子区域的绘制功能)来提供3d子区域的限定。
52.在另外的实施方式中，所述方法包括以下步骤：分析3d测量数据，并且基于此，0经由图形用户界面提供3d环境模型内的具有与多个移动分类中的限定的移动分类相关联的移动历史的部分的指示。
53.例如，不同移动分类指示事件的不同威胁等级，例如其中，高于限定容差频率的事件频率触发限定警告等级。通常不规则地发生与通常非移动环境对象相关联的移动，
54.例如，风引起的植物的移动、飞过环境的鸟。相反，在环境中穿行的入侵者会引起持5续的移动警报。即使在入侵者试图不规则地移动的情况下，也可以使用统计方法来分析环境的一部分的移动历史以区分非可疑移动历史与可疑移动历史。
55.用户然后可以具体地指向环境内的需要注意的问题部分，例如，通过针对这些问题部分重新限定监视区域。作为示例，输入功能包括在3d环境模型内的与限定的移动分类相关联的所述部分周围自动提供(建议的)3d子区域。
56.基于移动历史(例如，借助于移动历史的统计分析)，可以增加或减少用于发出警报的灵敏度水平。例如，这对于优化3d监视设备上的处理载荷可能是有益的。因此，在另外的实施方式中，限定的移动分类与评估规则相关联，所述评估规则用于对3d测量数据进行分类以在检测到重新限定的子区域内的移动的情况下生成动作。图形用户界面然后为用户提供反馈功能，以确认或改变评估规则，并且将所确认的或所改变的评估规则提供给3d监视设备，使3d监视设备基于所确认的或所改变的评估规则来生成动作。
57.在另外的实施方式中，所述方法包括以下步骤：经由图形用户界面提供卡入(snapping-in)步骤，其中，在拖动拐角点中的一个拐角点期间，一方面分析拐角点中的一个拐角点和/或3d子区域的包括拐角点中的一个拐角点的关联表面的相对几何布置，并且另一个方面分析3d环境模型的区域(例如，表面)的相对几何布置。基于该相对几何布置，建议拐角点中的一个拐角点或关联表面的限定卡入布置，使得拐角点中的一个拐角点或关联表面以限定方式依附到3d环境模型的区域。例如，如果3d子区域的侧壁将被拖动靠近环境的墙壁，则这被自动地识别，使得3d子区域的侧壁被自动地布置(和卡入)成平行于环境的墙壁。
58.在另外的实施方式中，所述卡入步骤包括自动确定卡入布置相对于3d环境模型的区域的距离。例如，通过经由图形用户界面的用户输入来提供卡入布置相对于3d环境模型的区域之间的用户限定最小距离。例如，为了限定最小距离，用户可以使用如上所述的关于
重新限定的子区域内的移动历史的反馈，例如，所述反馈从3d环境模型内的移动的存储的移动历史获得(参见上文)。
59.另选地或另外地，自动确定距离包括与3d环境模型的区域相关联的统计移动分类，并且基于此，提供卡入布置相对于3d环境模型的区域之间的自动获得的最小距离。
60.作为示例，对于具有不同移动期望的区域，最小距离是不同的。比在3d子区域的朝向环境的刚性(例如，混凝土)墙壁的边界之间相比，在3d子区域的朝向具有植被(其具有更频繁的植物移动)的绿色区域的边界之间可能存在更大的最小距离。
61.本发明进一步涉及一种系统，该系统包括3d监视设备和计算单元，其中，计算单元被配置为提供与3d监视设备和电子图形显示器的数据通信，例如其中，3d监视设备包括计算单元。
62.所述系统被配置为执行根据上述实施方式中的一个实施方式所述的方法，其中，3d监视设备包括3d坐标测量单元，该3d坐标测量单元被配置为通过基于飞行时间原理的3d坐标测量数据来捕获环境的空间体积。所述系统(例如，3d监视设备)包括对象检测器(对象检测算法)，该对象检测器被配置为基于3d监视设备的3d坐标测量数据来检测环境的所监测的空间体积的限定子区域内的对象。例如，针对对象的检测，使用3d变化检测算法。
63.计算单元被配置为：
64.读取与3d监视设备相关联的输入数据，其中，输入数据提供与3d监视设备在3d环境模型内的位置相关联的坐标信息，
65.在电子图形显示器上提供图形用户界面的生成，其中，图形用户界面提供3d环境模型的3d可视化，并且3d可视化包括3d监视设备的位置的指示，
66.经由图形用户界面为用户提供输入功能，以限定3d环境模型内的3d子区域，其中，3d子区域具有由至少四个拐角点的连接跨越的3d主体的形状，
67.经由图形用户界面为用户提供改变功能，以通过将3d子区域的拐角点中的一个拐角点拖动到3d环境模型的3d可视化内的不同位置来生成重新限定的子区域，其中，3d子区域的形状变形，以及
68.提供与3d环境模型内的重新限定的子区域相关联的空间参数，并且在借助于3d测量数据检测到重新限定的子区域内的移动的情况下使3d监视设备生成动作，特别是警报。
69.在一个实施方式中，3d坐标测量单元实施为激光雷达单元，该激光雷达单元被配置为通过发射激光束并检测激光束的返回部分来执行距离测量而提供3d坐标测量数据。激光雷达单元包括基座、支承件(support)和旋转体，其中，支承件以使得该支承件可绕第一轴线旋转的方式安装在基座上，并且旋转体被布置和配置为绕垂直于第一轴线的第二轴线旋转并且提供激光束的传出部分和返回部分的可变偏转，从而提供激光束绕第二轴线的旋转。
70.作为示例，旋转体以至少50hz绕第二轴线旋转，并且激光束以至少0.5hz绕第一轴线旋转，其中，激光束作为脉冲激光束发射，例如其中，脉冲激光束每秒包括120万个脉冲。具体地，3d坐标测量单元被配置为具有绕第一轴线360度并且绕第二轴线130度的视场，并且以每秒至少150'000点的点获取速率来生成3d坐标测量数据。
71.在另外的实施方式中，3d监视设备被配置为根据限定子区域(例如，根据重新限定的子区域)来提供3d坐标测量数据的选择性存储、选择性处理和选择性生成中的至少一者。
作为示例，3d监视设备被配置为对覆盖限定子区域的3d坐标测量数据进行优先生成和/或处理。另选地或另外地，3d监视设备设置有用于限定子区域的限定移动分类的信息或用于对3d测量数据进行分类的关联评估规则(例如，参见上文)，这使3d监视设备以特定方式处理和分析限定子区域的3d测量数据，例如以获得诸如与限定子区域内的移动相关联的警报的动作。
72.本发明进一步涉及包括程序代码的计算机程序产品，所述程序代码在由根据上面描述的实施方式中的一个实施方式所述的系统的计算单元执行时使所述系统执行根据上述实施方式中的一个实施方式所述的方法。
附图说明
73.下面仅通过示例的方式参考在附图中示意性示出的工作示例来更详细地描述或解释根据本发明的不同方面的方法、系统和计算机程序产品。相同的元件在附图中标记有相同的附图标记。所描述的实施方式通常未按比例真实地示出，并且它们也不应被解释为限制本发明。具体地，
74.图1是可用于根据本发明的监视系统的3d监视设备的示例性实施方式；
75.图2是所谓的双轴线激光扫描器形式的图1的3d坐标测量单元的示例性实施方式；
76.图3示意性地描绘了在例如准静态变化环境中使用3d监视设备的问题；
77.图4示意性地描绘了图3所描绘的问题的一个解决方案；
78.图5示意性地描绘了图3所描绘的问题的另外的解决方案；
79.图6示意性地描绘了改变功能的实施方式，其中，拖动拐角点中的一个拐角点导致所连接的拐角点的移动，使得侧表面和先前平行的边缘分别保持平行于其它边缘和其它侧表面；
80.图7示意性地描绘了改变功能的另外的实施方式，其中，除了被拖动的拐角点之外的所有拐角点的位置不受拖动的影响；
81.图8示意性地描绘了在改变功能内添加新的拐角点；
82.图9示意性地描绘了本发明方法的实施方式的不同步骤；
83.图10示意性地描绘了本发明方法的另外的实施方式的不同步骤，其中，3d环境模型是根据3d监视设备的3d测量数据生成的。
具体实施方式
84.图1示出了可用于根据本发明的监视系统的3d监视设备1的示例性实施方式。该图的顶部示出了3d监视设备1的侧视图，并且该图的底部示出了3d监视设备1的顶视图。
85.3d监视设备1包括公共传感器平台2，该公共传感器平台2支承基于飞行时间的3d坐标测量单元3(例如，如关于图2所描述的)以及例如附加多谱成像单元，该附加多谱成像单元包括布置在围绕3d坐标测量单元3的盖的圆周区域上的多谱摄像头4。
86.在所示的示例中，多谱成像单元包括两个视觉成像摄像头4以及四个热成像摄像头5，每个视觉摄像头4具有至少180度的视场，四个热成像摄像头5中的每个热成像摄像头具有至少80度的视场。
87.作为示例，3d监视设备1因此基于通过确定3d点云与频繁更新的3d背景模型的偏
差并且基于视觉信息和温度信息来识别由3d测量单元1生成的3d点云的变化而提供移动检测。具体地，基于来自3d监视设备1的数据，本发明的系统能够频繁地更新背景模型，以便在限定不同监视区域时考虑环境中的基本上静态的变化，例如，缓慢生长的绿色区域。
88.图2示出了所谓的双轴线激光扫描器形式的图1的3d坐标测量单元3的示例性实施方式。激光扫描器包括基座6和支承件7，支承件7绕垂直轴线8可旋转地安装在基座6上。通常，支承件7绕垂直轴线8的旋转也称为方位角旋转，而不管激光扫描器或垂直轴线8是否精确竖直地对准。
89.激光扫描器的核心是光学距离测量单元9，该光学距离测量单元9被配置为通过发射脉冲激光束10并且通过借助于包括光敏传感器的接收单元检测脉冲激光束的返回部分来执行距离测量，例如其中，脉冲激光束包括每秒120万个脉冲。因此，从环境的反向散射表面点接收脉冲回波，其中，可以基于分析发射脉冲的发射和返回时间、形状和/或相位来获得距表面点的距离。
90.激光束10的扫描移动通过使支承件7相对于基座6绕垂直轴线8旋转并且借助于旋转体11来执行，旋转体11可旋转地安装在支承件7上并且绕水平轴线12旋转。作为示例，透射(transmit)激光束10和激光束的返回部分都借助于旋转体11的反射表面13偏转。另选地，透射激光辐射来自背离反射表面13的一侧(即，来自旋转体11的内部)，并且经由反射表面内的通道区域发射到环境中。
91.为了确定距离测量束10的发射方向，现有技术中已知许多不同的角度确定单元。例如，可以借助于角度编码器来检测发射方向，所述角度编码器被配置用于获取用于分别检测支承件7或旋转体11的绝对角位置和/或相对角度变化的角度数据。另一可能性是通过仅检测完整旋转并使用设定旋转频率的知识来分别确定支承件7或旋转体11的角位置。
92.3d坐标测量单元的数据的可视化可以基于公知的数据处理步骤和/或显示选项，例如其中，所获取的数据以3d点云的形式呈现，或者其中，生成3d矢量文件模型。
93.激光扫描器被配置为确保激光扫描器的测量操作的在由支承件7绕垂直轴线8的旋转限定的方位角方向上360度并且在由旋转体11绕水平轴线12的旋转限定的倾斜方向上至少130度的总视场。换言之，无论支承件7绕垂直轴线8的方位角如何，激光束10都可以覆盖具有至少130度的展开角的在倾斜方向上展开的垂直视场。
94.作为示例，总视场通常是指激光扫描器的由垂直轴线8与水平轴线12的交点限定的中心参考点。这里，激光扫描器被隐藏在盖14后面，盖14对于视觉波长范围是不透明的，但是对于激光束10的(通常是红外的)波长是透明的。
95.图3示意性地描绘了在例如准静态变化环境中使用3d监视设备1(图1)的问题。例如，环境的3d监视区域15被限定为由3d监视设备监视，在3d监视区域15内检测到移动的情况下使3d监视设备发出警报。
96.通常，监视区域范围接近地面，例如以防止某人蹲在监视区域“下面”。在所示示例中，监视区域15包括绿色区域16，例如，具有观赏植物的区域。
97.在该图的顶部所描绘的状态下，绿色区域16的植物被切割得相对较短。因此，例如，监视区域15在绿色区域16上方开始。无论如何，在给定短切割的情况下，预期不会有太多的植物移动(例如，由于风引起的)。
98.在该图底部所示的状态下，绿色区域16的植物生长并且现在突出到监视区域15
中。在这样的状态下，植物可能频繁地引起3d监视设备发出的错误移动警报。例如，监视区域15位于建筑群的内部庭院中，并且高的植物现在可以大幅移动(例如，由风引起)，其中，3d监视设备检测到植物移动。
99.图4描绘了该问题的一个解决方案，其中，限定了植被区域16周围的多个不同监视区域15’、15”(由此排除了植被区域16)。然而，完全排除植被区域16可以防止错误警报，但是同时将漏洞引入到了安全网中。
100.理想地，如图5所示，限定了新限定的监视区域15’、15”、15
”’
(或具有改变的(例如，更复杂的)形状的新限定的单个监视区域)，以便考虑绿色区域16的改变状态。新限定的区域(或新限定的单个区域)紧密地邻接绿色区域16，使得实现错误警报与在(未监视的)绿色区域16的所有侧与监视区域15’、15”、15
”’
之间的小容差区域之间的最佳折衷。
101.为了简单起见，图5中仅示出了垂直优化，其例如由两个横向相邻的监视区域15’、15’和紧靠在绿色区域16的植物的生长高度上方开始的监视区域15
”’
来提供。不言而喻，可以实现类似的优化以进一步减小横向容差或用于从绿色区域16的前部和后部进行最佳屏蔽(未示出)。
102.图6示意性地描绘了一个实施方式，其中，3d子区域17由平面多边形顶表面18和平面多边形底表面19以及平面多边形顶表面18和平面多边形底表面19之间的连接跨越。3d子区域17的形状的通过顶表面18的拐角点与底表面19的拐角点的连接产生的边缘20彼此平行。例如，限定3d子区域17的侧表面21全部相对于3d环境模型内的限定的水平/垂直定向垂直布置。
103.该图的顶部描绘了在拖动拐角点22中的一个拐角点之前的3d子区域17的状态，并且该图的底部描绘了在拖动拐角点22中的一个拐角点之后的重新限定的子区域24的状态。
104.在该实施方式中，拐角点22中的一个拐角点(此处为顶表面18的拐角点)的拖动引起所连接的拐角点23(以及可能的另外的拐角点)的移动，使得侧表面21和先前平行的边缘20分别保持平行于其它边缘20和其它侧表面21。
105.图7示意性地描绘了另外的实施方式，其中，3d子区域17最初以与上面针对图6的实施方式描述的方式类似的方式来限定。然而，这里，3d子区域17的除了被拖动的拐角点22之外的所有拐角点的位置不受被拖动的拐角点22的拖动的影响。
106.同样，该图的顶部描绘了在拖动拐角点22中的一个拐角点之前的3d子区域17的状态，并且该图的底部描绘了在拖动拐角点22中的一个拐角点之后的重新限定的子区域24的状态。
107.图8示意性地描绘了向3d子区域17添加新的拐角点25，其中，该图的顶部描绘了在添加(和拖动)新的拐角点25之前的3d子区域17的状态，并且该图的底部描绘了在添加(和拖动)新的拐角点25之后的重新限定的子区域24的状态。
108.作为示例，所述添加包括在边缘中的一个边缘(这里是顶表面18的边缘)上的任意位置处进行点击。点击添加了可以被拖动到新的位置的拐角点25。
109.在所示实施方式中，新的拐角点25的添加和拖动导致重新限定的3d子区域24的新的垂直边缘26的产生，即，在底表面19上自动产生对应的添加拐角点27，使得新的边缘26平行于通过顶表面的拐角点与底表面的拐角点的连接而产生的其它边缘。
110.图9示意性地描绘了用于控制如参照图1描述的3d监视设备的本发明的方法的实
施方式。
111.3d监视设备生成环境的3d测量数据28，其中，3d监视设备被配置为将3d测量数据28提供给外部计算单元29，该外部计算单元29已经存储了用于执行如上所述的方法的程序代码。在第一步骤，使计算单元29读取30与3d监视设备相关联的输入数据31，其中，输入数据31提供3d环境模型的信息和与3d监视设备在3d环境模型内的位置相关联的坐标信息。
112.在下一步骤，输入数据31用于在提供3d环境模型的3d可视化32的电子图形显示器上生成图形用户界面，其中，可视化32包括3d监视设备在3d环境模型内的位置的指示。
113.在另外的步骤，使图形用户界面提供输入功能33，其中，用户可以限定3d环境模型内的3d子区域。3d子区域具有由至少四个拐角点的连接跨越的3d主体的形状。
114.在限定3d环境模型内的3d子区域之后，所述程序使得向用户提供改变功能34，其中他可以通过将3d子区域的拐角点中的一个拐角点拖动到3d环境模型的3d可视化内的不同位置来生成重新限定的3d子区域。由此，3d子区域的形状变形，其中，仅允许3d子区域的其它拐角点或边界的受限且明确限定的移动(或根本不移动，参见上文)。
115.基于重新限定的3d子区域，计算单元29计算空间参数35，该空间参数35提供重新限定的子区域的几何的几何信息和重新限定的子区域在3d环境模型内的位置信息。然后将空间参数35提供给3d监视设备，在3d监视设备检测到重新限定的子区域内的移动和/或空间变化的情况下，使该3d监视设备生成动作(例如，警报)。
116.图10示意性地描绘了用于控制如参照图1描述的3d监视设备的本发明的方法的另外的实施方式。
117.这里，该方法与针对由图9描绘的实施方式描述的实施方式的不同之处在于，计算单元29被配置为使用由3d监视设备提供的3d测量数据28来生成3d测量模型，例如其中，3d测量模型以限定的时间间隔重复地生成。因此，计算单元29生成并定期更新与3d监视设备相关联的输入数据31。例如，使计算单元使用测量数据28来生成3d点云或3d矢量文件模型以用作3d环境模型。由于3d环境模型是根据3d监视设备的3d测量数据生成的，因此3d监视设备在3d环境模型内的位置是固有地已知的。
118.步骤30、步骤32、步骤33、步骤34、步骤35的其余部分与参照图9所描述的步骤类似。
119.尽管上文部分地参考一些优选实施方式例示了本发明，但是必须理解的是，可以对实施方式的不同特征做出许多修改和组合。所有这些修改都落在所附权利要求的范围内。

技术特征：
1.一种控制3d监视设备(1)的方法，所述3d监视设备(1)被配置为生成环境的空间体积的3d测量数据(28)并且使用所述3d测量数据(28)和3d环境模型来监测所述环境的所述空间体积，所述方法包括以下步骤：
·
读取(30)与所述3d监视设备(1)相关联的输入数据(31)，其中，所述输入数据(31)提供与所述3d监视设备(1)在所述3d环境模型内的位置相关联的坐标信息，
·
在电子图形显示器上生成提供所述3d环境模型的3d可视化(32)的图形用户界面，其中，所述3d可视化(32)包括所述3d监视设备(1)的所述位置的指示，
·
经由所述图形用户界面为用户提供输入功能(33)，以限定所述3d环境模型内的3d子区域(17)，其中，所述3d子区域(17)具有由至少四个拐角点(22、23)的连接跨越的3d主体的形状，
·
经由所述图形用户界面为用户提供改变功能(34)，以通过将所述3d子区域(17)的所述拐角点(22)中的一个拐角点拖动到所述3d环境模型的所述3d可视化(32)内的不同位置来生成重新限定的子区域(24)，由此所述3d子区域(17)的形状变形，以及
·
向所述3d监视设备(1)提供与所述3d环境模型内的所述重新限定的子区域(24)相关联的空间参数(35)，并且在借助于所述3d测量数据(28)检测到所述重新限定的子区域(24)内的移动的情况下使所述3d监视设备(1)生成动作，特别是警报。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述3d子区域(17)由顶表面(18)和底表面(19)以及所述顶表面(18)和所述底表面(19)之间的连接跨越，其中，所述顶表面(18)和所述底表面(19)中的每一者包括至少三个拐角(22、23)，其中，所述3d子区域(17)的所述形状的通过所述顶表面(18)的拐角点与所述底表面(19)的拐角点的连接而产生的所有边缘(20)彼此平行，其中，所述拐角点(22)中的所述一个拐角点的所述拖动引起所连接的拐角点(23)的移动，使得所述3d子区域(17)的通过所述拐角点(22)中的所述一个拐角点与所连接的拐角点(23)的连接限定的边缘保持与所述3d子区域(17)的所述形状的通过所述顶表面(18)的拐角点与所述底表面(19)的拐角点的连接而产生的其它边缘(20)平行。3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述3d环境模型内的所述3d子区域(17)的除了所述拐角点(22)中的所述一个拐角点之外的所有拐角点(23)的位置不受所述拐角点(22)中的所述一个拐角点的所述拖动的影响。4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中，所述改变功能(34)提供所述3d子区域的拐角点(25、27)的删除和添加，特别是其中，所述添加包括在所述3d子区域(17)的边缘上的任意位置处点击该边缘(20)，和/或其中，所述添加包括在所述3d子区域(17)的表面(18、19、21)上的任意位置处点击所述表面(18、19、21)。5.根据前述权利要求中的一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：使用所述3d监视设备(1)的3d测量数据(28)来生成所述3d测量模型，特别是其中，所述3d测量模型是基于用于监测所述环境的所述空间体积的所述3d测量数据(28)以限定间隔和/或在检测到所述3d环境模型内的限定事件时重复生成的。6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：存储所述3d环境模型内的移动的移动历史；以及在执行所述改变功能(34)时分析所述重新限定的子区域(24)，以经由所述图形用户界面提供关于所述重新限定的子区域(24)内的所述移动历史的反馈。
7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：在向所述3d监视设备(1)提供所述空间参数以在所述重新限定的子区域(24)内进行移动检测的情况下实时地分析所述重新限定的子区域(24)，以及经由所述图形用户界面提供关于所述移动检测的实时反馈。8.根据前述权利要求中的一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：分析所述3d测量数据(28)，并且基于此，经由所述图形用户界面提供所述3d环境模型内的具有与多个移动分类中的限定的移动分类相关联的移动历史的部分的指示，具体地其中，所述输入功能包括在所述3d环境模型内的与所述限定的移动分类相关联的所述部分周围自动提供所述3d子区域(17)。9.根据权利要求8所述的方法，其中，
·
所述限定的移动分类与评估规则相关联，所述评估规则用于对所述3d测量数据(28)进行分类以在检测到所述重新限定的子区域(24)内的所述移动的情况下生成所述动作，
·
所述图形用户界面为用户提供反馈功能，以确认或改变所述评估规则，以及
·
将所确认的或所改变的评估规则提供给所述3d监视设备(1)，使所述3d监视设备(1)基于所确认的或所改变的评估规则来生成所述动作。10.根据前述权利要求中的一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：经由所述图形用户界面提供卡入步骤，其中，在拖动所述拐角点(22)中的所述一个拐角点期间，分析以下项的相对几何布置，并基于此，建议所述拐角点(22)中的所述一个拐角点或所述3d子区域(17)的包括所述拐角点(22)中的所述一个拐角点的关联表面(18、19、21)的限定卡入布置，使得所述拐角点(22)中的所述一个拐角点或所述关联表面(18、19、21)以限定方式依附到所述3d环境模型的所述区域：
·
所述拐角点(22)中的所述一个拐角点和/或所述关联表面(18、19、21)，以及
·
所述3d环境模型的区域，特别是表面。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述卡入步骤包括自动确定所述卡入布置相对于所述3d环境模型的所述区域的距离，其中，
·
通过经由所述图形用户界面的用户输入来提供所述卡入布置相对于所述3d环境模型的所述区域之间的用户限定最小距离，和/或
·
自动确定距离包括与所述3d环境模型的所述区域相关联的移动统计分类，并且基于此，提供所述卡入布置相对于所述3d环境模型的所述区域之间的自动获得的最小距离。12.一种包括3d监视设备(1)和计算单元(29)的系统，特别是其中，所述3d监视设备(1)包括所述计算单元(29)，其中，所述计算单元(29)被配置为提供与所述3d监视设备(1)和电子图形显示器的数据通信，其中，
·
所述3d监视设备(1)包括3d坐标测量单元(3)，所述3d坐标测量单元(3)被配置为通过基于飞行时间原理生成3d坐标测量数据(28)来捕获环境的空间体积，
·
所述系统并且特别是所述3d监视设备(1)包括对象检测器，所述对象检测器被配置为基于所述3d监视设备(1)的3d坐标测量数据(28)并且特别是基于3d变化检测来检测所述环境的所监测的空间体积的限定子区域(17、24)内的对象，并且
·
所述计算单元(29)被配置为：o读取(30)与所述3d监视设备(1)相关联的输入数据(31)，其中，所述输入数据(31)提
供与所述3d监视设备(1)在所述3d环境模型内的位置相关联的坐标信息，o在所述电子图形显示器上提供图形用户界面的生成，其中，所述图形用户界面提供所述3d环境模型的3d可视化(32)，并且所述3d可视化(32)包括所述3d监视设备(1)的所述位置的指示，o经由所述图形用户界面为用户提供输入功能(33)，以限定所述3d环境模型内的3d子区域(17)，其中，所述3d子区域(17)具有由至少四个拐角点(22、23)的连接跨越的3d主体的形状，o经由所述图形用户界面为用户提供改变功能(34)，以通过将所述3d子区域(17)的所述拐角点(22)中的一个拐角点拖动到所述3d环境模型的所述3d可视化(32)内的不同位置来生成重新限定的子区域(24)，由此所述3d子区域(17)的形状变形，以及o提供与所述3d环境模型内的所述重新限定的子区域(24)相关联的空间参数(35)，并且在借助于所述3d测量数据(28)检测到所述重新限定的子区域(24)内的移动的情况下使所述3d监视设备(1)生成动作，特别是警报。13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述3d坐标测量单元(3)被实施为激光雷达单元，所述激光雷达单元被配置为通过发射激光束(10)并检测所述激光束(10)的返回部分来执行距离测量而提供所述3d坐标测量数据(28)，其中，
·
所述激光雷达单元包括基座(6)、支承件(7)和旋转体(11)，其中，所述支承件(7)以使得所述支承件(7)能够绕第一轴线(8)旋转的方式安装在所述基座(6)上，并且所述旋转体(11)被布置和配置为绕垂直于所述第一轴线(8)的第二轴线(12)旋转并且提供所述激光束(10)的传出部分和返回部分的可变偏转，从而提供所述激光束(10)绕所述第二轴线(12)的旋转。14.根据权利要求12或13所述的系统，其中，所述3d监视设备(1)被配置为根据所述限定子区域并且特别是所述重新限定的子区域(24)来提供所述3d坐标测量数据(28)的选择性存储、选择性处理和选择性生成中的至少一者。15.一种包括程序代码的计算机程序产品，所述程序代码在由根据权利要求12至14中的一项所述的系统的计算单元(29)执行时使所述系统执行根据权利要求1至11中的一项所述的方法。

技术总结
本发明涉及一种具有灵活监视区限定功能的基于飞行时间的3D监视系统。本发明涉及检测和/或表征被监测的基础设施(例如，被监测以检测入侵者的建筑物或设施)内或周围的移动的监视系统。通过3D监视设备的改进的控制来提供严密区域监视与错误警报数量之间的改进的折衷。向用户提供输入功能，以限定3D环境模型内的3D子区域。改变功能允许用户通过将3D子区域的拐角点之一拖动到3D环境模型的3D可视化内的不同位置来生成重新限定的子区域，由此3D子区域的形状变形。输入和改变功能用于向3D监视设备提供与重新限定的子区域相关联的空间参数，并在借助于3D测量数据检测到重新限定的子区域内的移动的情况下使3D监视设备生成动作。内的移动的情况下使3D监视设备生成动作。内的移动的情况下使3D监视设备生成动作。


技术研发人员：M
受保护的技术使用者：莱卡地球系统公开股份有限公司
技术研发日：2022.12.28
技术公布日：2023/7/12