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Im 21. Jahrhundert erhöht ein innovatives und intelligentes Videosystem die Sicherheit im Wasser

Das National Center for Injury Prevention and Control (Atlanta, GA) hat im Jahr 2003 in den Vereinigten Staaten 3.306 tödliche Fälle von Ertrinken registriert. Viele der Opfer waren Kinder, die in öffentlichen oder privaten Pools ertrunken sind. Ungeachtet der örtlichkeiten gibt es einen roten Faden, der sich durch diese Tragödien zieht: Ertrinkungsfälle im Pools sind vermeidbar. Aber selbst beim Vorhandensein ausgebildeter Rettungsschwimmer und der größten Vorsicht passieren Unfälle.

Das Ertrinken ist ein geräuschloser Killer. Ein in Not geratener Schwimmer ist total in Panik, steht unter Schock, kann sich nicht bewegen oder atmen - ganz zu schweigen von einem Hilferuf. Nur wenige Sekunden entscheiden zwischen Rettung oder bleibender Schädigung des Gehirns, deshalb ist die Reaktionszeit so wichtig. Die Chancen des Opfers auf Rettung sind sehr gut, wenn die Rettungsschwimmer oder anderes Notfallpersonal innerhalb von 30 Sekunden eingreifen und mit der Wiederbelebung beginnen. Aber auch Rettungsschwimmer können nicht alle Schwimmer jederzeit beobachten, dazu kommen Hitze, Geräusche und Lichtspiegelungen der Wellen. So manche Problemsituation bleibt unentdeckt.

In unseren Wohnungen gibt es Rauchmelder, es gibt überwachungskameras in Einkaufszentren und Flugsicherungssysteme, damit Flugzeuge nicht kollidieren. Aber wo sind die Hilfsmittel für Rettungsschwimmer?

Vor sieben Jahren wurde in Frankreich eine Firma mit der Idee gegründet, die Technologie der industriellen Bildverarbeitung zur Vermeidung von Ertrinkungsfällen in Pools anzuwenden und die Sicherheit der Schwimmer durch die richtige Anordnung von Kameras, Computern und Software zu erhöhen. Vision IQ/Poseidon (Boulogne, Frankreich und Marietta, GA) entwickelt jetzt ein computergestütztes System zur Erkennung von Ertrinkungsfällen und unterstützt damit Rettungsschwimmer bei ihrer Arbeit.

Das Poseidon System

Jedes Poseidon System verwendet die gleichen Komponenten, obwohl die Konfiguration je nach den Anforderungen im Pool variiert: Unterwasserkameras, obere Kameras, PCs, ein Matrox Morphis Dual oder Quad Framegrabber, eine LED-Anzeigekonsole und ein wasserfester Kontrollmonitor mit Berührungseingabe.

In Abhängigkeit von der Größe des Pools werden beim Poseidon System 8 bis 32 Kameras eingesetzt, die in ein Netzwerk mit einem oder mehreren Computern eingebunden sind. Bei einer typischen Hallenkonfiguration werden die oberen Kameras an der Decke installiert. Bei Pools, die tiefer als 2,75 m sind, kommen noch Unterwasserkameras an den Poolwänden hinzu. Ein Matrox Morphis Dual oder Quad Framegrabber digitalisiert die analogen Ausgangsdaten der Kamera, so dass die Bilddaten analysiert werden können. Die Software erkennt zunächst ein ungewöhnliches Verhalten des Schwimmers. Das Objekt wird dann einige Sekunden lang beobachtet, befindet es sich 10 Sekunden bewegungslos auf dem Grund des Pools, werden die Rettungsschwimmer durch einen Alarm benachrichtigt und können über die LED-Anzeigekonsole die Koordinaten des Opfers im Pool ablesen. Die Konsole verfügt auch über rote Warmlampen und eine Sirene, die bei einem Vorkommnis aktiviert werden.

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Ein Beispiel der Systemanordnung.

Die Framegrabber erfassen fortlaufend Bilddaten, während die Software jedes Bild analysiert und es mit den Bildern der anderen Kameras vergleicht. "Entdecken wir eine Person in Schwierigkeiten, funktioniert das alles über Bildverarbeitung. Das Ergebnis der Bildanalyse mittels der Algorithmen teilt uns mit, wenn jemand Probleme im Wasser hat," erläutert Francois Marmion, General Manager. "In echten Ertrinkungsfällen sinken die Menschen sehr schnell. Die Algorithmen können außerdem erkennen, ob jemand auftaucht und absinkt. Wir vergleichen die Bilder der oberen Kameras und der Unterwasserkameras und können dadurch feststellen, ob jemand Probleme hat," sagt Marmion.

Das Team von Poseidon hat nicht nur spezielle Software, sondern auch eigene Hardware entworfen, wie einen wasserfesten Monitor als Bedieneroberfläche. Der Pool Manager entscheidet sich oft für einen Monitor, der sich gleich neben dem Pool befindet. Deshalb muss er in einer Umgebung mit Hitze, Feuchtigkeit und Chlor funktionieren und die Rettungsschwimmer müssen ihn auch mit feuchten Händen berühren können.

Auch die im Poseidon System verwendete Unterwasserkamera wurde selbst entwickelt. Sie besitzt einen Weitwinkel und ein wasserfestes Gehäuse, das auch dem Druck tieferen Wassers standhält.

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Der Wasserdichte Monitor (links) und die Unterwasserkamera an der Wand.

Überwindung von Problemen

Für die Entwicklung der Software wurden sechs Jahre investiert. "Wir verwenden Algorithmen, die die Größe und die Beschaffenheit eines Objektes im Wasser bestimmen," erläutert Marmion, "und wir haben Kriterien aufgestellt, wann ein Objekt als Person zu bestimmen ist. Wir haben auch Algorithmen für den Vergleich von aufeinander folgenden Bildern, die die Position des Objektes überprüfen können."

Die schwierigste Aufgabe bestand jedoch darin, mit den Lichtreflexen auf der Wasseroberfläche klarzukommen. Marmion sagt, dass sich auch die Architektur auf die Rettungsschwimmer und die Entwicklung von Poseidon ausgewirkt hat. Modernes Pooldesign zeichnet sich durch Licht aus - große Fenster für mehr natürliches Licht. Das bietet den Schwimmern zwar eine angenehmere Umgebung, beeinflusst aber die Sicht der Rettungsmannschaft. Die Kameras stellen zusätzliche Augen für den Rettungsschwimmer dar, deshalb muss die Software in der Lage sein, den Unterschied zwischen realen Objekten und Lichteffekten zu "sehen", genau wie der Rettungsschwimmer.

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Das Poseidon User Interface zeigt einen Schwimmer in Gefahr.

Umfangreiche Tests waren unerläßlich, um die Anforderungen an die Software zu meistern. "Wir mussten eine Menge dazulernen," sagt Marmion. Das Team von Poseidon hat in Frankreich zwei Teststationen eingerichtet, auf denen das System ununterbrochen gelaufen ist und somit große Datenmengen für die Analyse geliefert hat. Ertrinkende wurden mit Puppen nachempfunden. "Dank dieser Testanlagen konnten wir viele Resultate erzielen und die Software nach und nach testen."

Eine weitere Herausforderung für Poseidon war die Festlegung des Grenzwertes zwischen der Erkennung einer Person im Wasser und falschem Alarm. Der Alarm ist so eingestellt, dass er nach 10 Sekunden ausgelöst wird. Die Verwendung eines kürzeren Zeitrahmens führt zu zu vielen Alarmbereitschaften, und das hilft den Rettungskräften nicht, ihren Job zu machen. Sie brauchen einen Alarm, wenn "es wirklich wichtig ist zu helfen," erläutert Marmion. "Das Herausfinden des richtigen Grenzwertes war Teil der technischen Herausforderung. Zehn Sekunden stellen das richtige Maß dar, bei dem das Opfer die beste Chance auf Rettung hat."

Immer besser werden

"Wir arbeiten kontinuierlich an der Optimierung der Software und an der Bewertung neuer Kameratechnologien," sagt Marmion. Das ist notwendig, weil das Poseidon Team mit jeder neuen Installation neue Anforderungen zu erfüllen hat. "Die Kameras verändern sich mit der Zeit, so dass wir das System durch den Einsatz von Kameras mit höherer Leistung verbessern können. Wir sind immer bestrebt, das System zu optimieren, bessere Kameras zu finden, die einfacher zu warten sind, Verbesserung der Software, solche Sachen."

Gegenwärtig hat Poseidon 50 Systeme in Frankreich installiert, 50 im restlichen Europa und 3 in Japan. Weitere 50 Systeme wurden in den USA installiert, vorrangig bei YMCA (Christlicher Verein Junger Menschen). Weitere Information über das Poseidon System finden Sie hier www.poseidonsaveslives.com.

Alle Bilder mit freundlicher Genehmigung von Vision IQ/Poseidon.

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