Vorrichtung und Verfahren zum Verarbeiten einer wenigstens eine Information darstellenden Bilddarstellung

In vielen Bereichen der Technik, beispielsweise in der Eisenbahntechnik, müssen grafisch dargestellte Visualisierungen, sogenannte Bilddarstellungen, aus Sicherheitsgründen überprüft werden. Diese Bilddarstellung wird beispielsweise auf einem Monitor dargestellt und gibt beispielsweise den Pro- zesszustand oder die Prozesszustände einer technischen Anla ^¬ ge, insbesondere einer eisenbahntechnischen Anlage, wieder. Beispielsweise auf dem Bedienplatz eines Stellwerks der ei ^¬ senbahntechnischen Anlage müssen aus Sicherheitsgründen Bild- darstellungen, die von einer Grafikkarte ausgegeben werden und die sicherheitsrelevanten Teile betreffen, auf Korrektheit überprüft werden. Es muss sichergestellt werden, dass auch tatsächlich das angezeigt wird, was angezeigt werden soll und Verfälschungen der Darstellung offenbart werden. Die Stellung einer Weiche muss beispielsweise so dargestellt wer ^¬ den, wie sie wirklich ist.

Diese Überprüfung kann beispielsweise durch eine redundante Bilddarstellung auf zwei unabhängigen Systemen erfolgen. Da- für wird die Bilddarstellung von den zwei unabhängigen Systemen zeitgleich aufbereitet und visualisiert . Dabei wird von beiden Systemen die dargestellte Bilddarstellung aus einem Grafikkartenspeicher ausgelesen. Von beiden Bilddarstellungen wird dann beispielsweise jeweils die Prüfsumme berechnet, die miteinander verglichen werden können. Bei ungleichen Prüfsummen wird die Bilddarstellung als verfälscht und damit als nicht verlässlich eingestuft. Der Aufwand für die redundante Bilddarstellung ist allerdings relativ hoch. Weiterhin reagiert diese Überprüfung sehr empfindlich auf jede Art von Ab- weichung, weil bereits eine Abweichung eines einzelnen Bildpixels an beliebiger Position, die eigentlich unproblematisch wäre, zu einer Fehlermeldung führen kann. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mit denen eine Bilddarstellung auf einfache Weise und möglichst unempfind ^¬ lich gegenüber nicht signifikanten Abweichungen überprüft werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst von einem Verfahren zum Verarbeiten einer wenigstens eine Information darstellenden Bilddarstellung, bei dem eine Übereinstimmung von wenigstens einem Teil der Bilddarstellung mit wenigstens einem Teil eines bekannten Vergleichsmusters ermittelt wird und bei dem eine dem Ver ^¬ gleichsmuster zugewiesene Information als die wenigstens eine von der Bilddarstellung dargestellte Information ermittelt wird .

Ferner wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zum Verarbeiten einer wenigstens eine Information darstellenden Bilddarstellung, mit wenigstens einer Speichereinrichtung, die zum Speichern von wenigstens einem bekannten Vergleichs- muster und wenigstens einer dem Vergleichsmuster zugewiesenen Information ausgebildet ist, und mit wenigstens einer Auswer ^¬ teeinrichtung, die zum Ermitteln einer Übereinstimmung von wenigstens einem Teil der Bilddarstellung mit wenigstens ei ^¬ nem Teil des wenigstens einen in der Speichereinrichtung ge- speicherten Vergleichsmusters ausgebildet ist und die zum Er ^¬ mitteln der dem Vergleichsmuster zugeordnetem und in der Speichereinrichtung gespeicherten Information als die wenigstens eine von der Bilddarstellung dargestellte Information ausgebildet ist.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass durch die festgestellte Übereinstimmung mit dem bekannten Vergleichs ^¬ muster die von der Bilddarstellung dargestellte Information einfach ermittelt werden kann. So kann die dargestellte In- formation überprüft werden, ohne dass eine Überprüfung aller Pixel der Bilddarstellung stattfinden muss. So ist die Überprüfung einer Bilddarstellung möglich und kleinere Abweichungen können toleriert werden, solange eine eindeutige und zweifelsfreie Identifikation des jeweiligen Vergleichsmusters und die Zuordnung der korrespondierenden Information, die beispielsweise ein bestimmter Prozesszustand der eisenbahn ^¬ technischen Anlage ist, möglich ist. Damit wird die eigentli- che Auswertung von der störanfälligen pixelweisen Auswertung der Bilddarstellung zu der weniger anfälligen Bestimmung der dargestellten Information verschoben. Diese Änderung des Auswerteprozesses erhöht die Störungssicherheit und vereinfacht die Automatisierung.

Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausge ^¬ staltungen weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrieben sind. So kann in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens die als von der Bilddarstellung dargestellt ermittelte Information mit einer als wahr bekannten von der Bilddarstellung darzustellenden Information verglichen wird. Diese wahre Information, beispielsweise die Stel- lung einer Weiche oder eines Signals einer eisenbahntechnischen Anlage, können stellwerksseitig bereitgestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass unabhängig von der pixelgenauen grafischen Darstellung der Bilddarstellung die dargestellte Information gegenüber der darzustellenden Information geprüft wird. So werden Störungen durch unbedeutende Pixelfehler ausgeschlossen .

Um eine einfache Überprüfung durchzuführen, können beim Ermitteln der Übereinstimmung die Bilddarstellung und das Ver- gleichsmuster durch Korrelation im Wesentlichen pixelweise verglichen werden. Dies ist ein einfaches und bewährtes Ver ^¬ fahren, um eine Übereinstimmung abschätzen zu können. Damit eine Störanfälligkeit vermieden wird, kann beim Ermitteln der Übereinstimmung eine Abweichung zwischen Bilddarstellung und Vergleichsmuster in einem vorbestimmten Umfang zugelassen werden. So kann beispielsweise ausgeschlossen werden, dass durch kleine Pixelfehler in der Darstellung, die keine sicherheitstechnischen Auswirkungen haben, eine Fehlerreakti- on ausgelöst wird, die zu unnötigen aufwendigen Maßnahmen führt .

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das wenigstens eine Vergleichsmuster eingelernt werden. Dies hat den Vorteil, dass neu darzustellende Informationen, beispielsweise neue Signale, leicht in ein bestehendes System eingearbeitet wer ^¬ den können und dadurch das erfindungsgemäße Verfahren besonders flexibel ist. Auch das erste Einlernen von den Ver- gleichsmustern kann schnell erledigt werden.

Um die erfindungsgemäße Lösung besonders gut nutzen zu kön ^¬ nen, kann die Information jeweils wenigstens einen Prozesszu- stand einer technischen Anlage, insbesondere einer eisenbahn- technischen Anlage, umfassen. Alternativ können selbstverständlich auch andere Informationen als Prozesszustände mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erkannt werden.

Ferner kann beim Ermitteln der Übereinstimmung eine Form und/oder eine Farbe der Bilddarstellung erfasst und mit einer bekannten Form und/oder Farbe des Vergleichsmusters verglichen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Farbe und die Form unabhängig voneinander mit beispielsweise unterschiedli ^¬ chen Prüfkriterien verglichen werden können. Weiterhin kann die Form und/oder Farbe jeweils in separaten Bereichen erkannt und verglichen werden, insbesondere in einem Vordergrund und/oder einem Hintergrund. Es können Bereiche des Ver ^¬ gleichsmusters vom Vergleich ausgeschlossen werden. Beispielsweise wird für jedes Vergleichsmuster zunächst in einem ersten Prüfschritt die Form überprüft. Dabei werden die For ^¬ men der Vergleichsmuster in beispielsweise drei Anteilen betrachtet: Zunächst Pixel, die als Vordergrund des Vergleichs ^¬ musters betrachtet werden und die mit dem Vordergrund der Bilddarstellung übereinstimmen müssen. Anschließend werden Pixel, die als Hintergrund des Vergleichsmusters betrachtet werden, geprüft. Diese müssen mit dem Hintergrund der Bild ^¬ darstellung übereinstimmen. Schließlich können Pixel geprüft werden, die in dem Bereich liegen, der vom Vergleich ausge- schlössen wurde und weder als Vordergrund noch als Hinter ^¬ grund zu betrachten ist. Diese müssen für das betrachtete Vergleichsmuster nicht mit der Bilddarstellung übereinstimmen. Beispielsweise kann ein anderes Element in diesen Be- reich hineinragen, das in einem separaten Prüfzyklus mit einem anderen Vergleichsmuster verglichen wird. Nachdem beispielsweise die Form eines Vergleichsmusters erkannt wurde, werden Vordergrundfarben und Hintergrundfarben ermittelt und geprüft .

In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann beim Ermitteln der Übereinstimmung die Bilddarstellung oder ein Teil der Bilddarstellung mit mehreren bekannten Vergleichsmustern verglichen werden. So wird die Bilddarstellung mit einer Vielzahl von Vergleichsmustern verglichen, die jeweils einer bestimmten Information zugeordnet sind. Hierdurch wird die von der Bilddarstellung dargestellte Information ermittelt, die dann anschließend auf ihre Richtigkeit überprüft werden kann. Alternativ hierzu wäre eine Vorgehensweise mög- lieh, bei der zunächst anhand der wahren Information, beispielsweise des wahren Prozesszustands, das dieser wahren In ^¬ formation entsprechende Vergleichsmuster herausgesucht wird. Anschließend wird überprüft, ob dieses „Soll- Vergleichsmuster" mit der Bilddarstellung übereinstimmt.

Wenn mit mehreren Vergleichsmustern verglichen wird, können mehrere Gruppen von Vergleichsmustern mit wenigstens einem gemeinsamen Merkmal gebildet werden und beim Ermitteln der Übereinstimmung zunächst eine Zugehörigkeit zu einer Gruppe der Vergleichsmuster ermittelt werden. Dies hat den Vorteil, dass durch die Gruppenbildung ein übereinstimmendes Vergleichsmuster in weniger Prüfschritten schneller gefunden werden kann und dadurch die nötige Bearbeitungszeit verrin ^¬ gert wird.

Um die Vergleichsmuster besonders einfach verarbeiten zu können, kann dem wenigstens einen Vergleichsmuster die Information in Textform zugeordnet sein, insbesondere in einer vor- definierten Meta-Sprache . Eine in Textform vorliegende Infor ^¬ mation kann auf einfache Weise weiterbearbeitet werden und ist dadurch vorteilhaft. Unter Meta-Sprache ist hier eine Sprache zu verstehen, die beispielsweise über zugehörige Ob- jekte spricht. Beispielsweise wäre dies in einer eisenbahn ^¬ technischen Anlage der Text „Weiche Nr. 15 in Position 1". Ferner kann die als von der Bilddarstellung dargestellt ermittelte Information normiert werden, insbesondere durch eine PrüfSummenberechnung . Eine Normierung ist hilfreich, um bei- spielsweise die Textform weiter zu vereinfachen und dadurch möglichst wenig Daten übermitteln und verarbeiten zu müssen.

Um die Bilddarstellung möglichst einfach erfassen zu können, kann diese digital, insbesondere aus einem Speicher einer Grafikkarte, ausgelesen werden.

Schließlich betrifft die Erfindung auch eine PrüfVorrichtung für eine Bilddarstellung einer eisenbahntechnischen Anlage, mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verarbeiten einer wenigstens eine Information darstellenden Bilddarstellung, und mit einer Vergleichseinrichtung, die zum Vergleichen der von der Auswerteeinrichtung ermittelten Information mit einer als wahr bekannten von der Bilddarstellung darzustellenden Information ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Prüfvor- richtung kann beispielsweise in Verbindung mit einem Stellwerk einer eisenbahntechnischen Anlage eingesetzt werden, um sicherheitsrelevante Bilddarstellungen zu überprüfen.

Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beispiels- hafte Ausführungsform in der beigefügten Zeichnung erläutert.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung .

Die beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Prüfvorrichtung 1 umfasst eine Verarbeitungsvorrichtung 2 und eine Vergleichseinrichtung 3. In der dargestellten beispielhaf- ten Ausführungsform ist die Prüf orrichtung 1 in Verbindung mit einem Stellwerk 4 einer eisenbahntechnischen Anlage 5 angeordnet . Die eisenbahntechnische Anlage 5 wird durch das Stellwerk 4 kontrolliert und gesteuert. Dafür werden verschiedenste Pro- zesszustände, wie beispielsweise der Prozesszustand 6 eines Signals 7, in dem Stellwerk 4 dargestellt. Dieser Prozesszu ^¬ stand 6 wird in einer Bilddarstellung 8 beispielsweise auf einem Monitor dargestellt. Die Bilddarstellung 8 ist dabei eine grafisch dargestellte dynamische Visualisierung des Pro- zesszustands 6 der eisenbahntechnischen Anlage 5. Der Prozesszustand 6 stellt somit eine von der Bilddarstellung 8 dargestellte Information dar. Selbstverständlich kann die Bilddarstellung 8 eine Vielzahl von Prozesszuständen 6 darstellen, auch wenn in der Figur der Einfachheit halber nur ein Prozesszustand 6 dargestellt ist.

Die Bilddarstellung 8 wird auf Basis der Informationen vom Stellwerk 4 in einer Bearbeitungseinrichtung 9 erzeugt und beispielsweise in einem Grafikkartenspeicher 10 abgelegt. Aus dem Grafikkartenspeicher 10 greift das Anzeigemittel 11, bei ^¬ spielsweise ein Monitor, die Bilddarstellung 8 ab und stellt diese grafisch dar. Die Bediener steuern die eisenbahntechni- sehe Anlage 5 aufgrund der Informationen, die mittels der

Bilddarstellung 8 auf dem Anzeigemittel 11 dargestellt wer ^¬ den. Die dargestellte Information ist im beispielhaft darge ^¬ stellten Fall der eisenbahntechnischen Anlage 5 der Prozesszustand 6. In anderen Anlagen könnten andere Informationen für einen Bediener dargestellt werden. Die Richtigkeit der dargestellten Informationen, also in diesem Fall des Prozess- zustands 6, ist für den Betrieb der eisenbahntechnischen Anlage 5 und der mit ihr beförderten Fahrgäste von höchster Wichtigkeit. Daher wird die Korrektheit der vom Anzeigemittel 11 ausgegebenen Information durch die erfindungsgemäße Prüf ^¬ vorrichtung 1 überprüft. Die Verarbeitungsvorrichtung 2 der PrüfVorrichtung 1 umfasst eine Speichereinrichtung 12 und eine Auswerteeinrichtung 13. Die in der Bearbeitungseinrichtung 9 erzeugte Bilddatenerstellung 8 wird von der PrüfVorrichtung 1 in digitaler Form aus dem Grafikkartenspeicher 10 abgegriffen. Die Auswerteeinrichtung 13 vergleicht die Bilddarstellung 8 oder wenigstens einen Teil der Bilddarstellung 8 mit Vergleichsmustern 14, die in der Speichereinrichtung 12 abgelegt sind. Die Vergleichsmuster 14 sind im Vorfeld festgelegt und eingelernt oder projektiert worden. Die Vergleichsmuster 14 repräsentieren alle gültigen Darstellungen der verschiedenen Prozesszu- stände 6 der eisenbahntechnischen Anlage 5. Beispielsweise kann das in der Figur beispielhaft dargestellte Signal 7 den dargestellten Prozesszustand Signalstellung-„freie Fahrt" oder den Prozesszustand Signalstellung-„stop" einnehmen. Da ^¬ her weist die Speichereinrichtung 12 sowohl ein Vergleichsmuster 14 für den Prozesszustand Signalstellung-„freie Fahrt" auf als auch ein Vergleichsmuster für den Prozesszustand Sig- nalstellung-„stop" . Jedem Vergleichsmuster 14 ist in der Speichereinrichtung 12 ein Text 15 in einer Meta-Sprache zugeordnet, der den korrespondierenden Prozesszustand widergibt. In der beispielhaften Ausführungsform in der Figur ist dies beispielsweise der Text „stop" und „freie Fahrt". Die Auswerteeinrichtung 13 vergleicht einen Teil der Bilddarstellung 8 mit den Vergleichsmustern 14 und ermittelt eine Übereinstimmung der Bilddarstellung 8 mit einem der Vergleichsmuster 14. Somit hat die Auswerteeinrichtung 13 und die Verarbeitungsvorrichtung 2 ermittelt, dass die Bilddar- Stellung 8 einen Prozesszustand darstellt, der einem der in der Speichereinrichtung 12 abgelegten Vergleichsmustern 14 zugeordnet ist. Anschließend wird der Text 15, der dem ermit ^¬ telten Vergleichsmuster 14 zugeordnet ist, als Zwischenergeb ^¬ nis abgespeichert. Um eine Verdichtung der Daten durchzufüh- ren, wird von dem Text 15 eine Prüfsumme gebildet und diese an die Vergleichseinrichtung 3 übermittelt. Die Vergleichseinrichtung 3 überprüft, ob der in der Bilddarstellung angezeigte und ermittelte Prozesszustand 6 dem wah ^¬ ren Prozesszustand 6 der eisenbahntechnischen Anlage 5 ent ^¬ spricht. Dazu wird der wahre Prozesszustand 6 stellwerkssei- tig an die Vergleichseinrichtung 3 übermittelt. Dabei wird der Prozesszustand 6 ebenfalls in Textform in eine Meta ^¬ sprache übersetzt und zur Datenverdichtung die Prüfsumme ge ^¬ bildet. Dies kann beispielsweise in der Vergleichseinrichtung 3 geschehen. In jedem Fall kann die Vergleichseinrichtung 3 so die beiden Prüfsummen miteinander vergleichen und feststellen, ob der von der Bilddarstellung 8 dargestellte Prozesszustand 6' dem wahren Prozesszustand 6 entspricht. Der wahre Prozesszustand 6 wird an die Vergleichseinrichtung 3 beispielsweise in Form eines Telegramms übermittelt.

Beim Vergleich der Bilddarstellung 8 mit den Vergleichsmustern 14 werden alle Vergleichsmuster 14 pixelweise mit der Bilddarstellung 8 verglichen. Um die Anzahl der Vergleiche zu minimieren, können die Vergleichsmuster 14 gruppiert werden. Die in der Figur beispielhaft dargestellten Vergleichsmuster 14 sind beispielsweise Teil einer Gruppe von Vergleichsmus ^¬ tern 14, die alle Signale betreffen. Weitere Gruppen von Vergleichsmustern können beispielsweise Weichen oder Gleise betreffen. Durch die Gruppierung der Vergleichsmuster 14 kann der Vergleichsprozess der Bilddarstellung 8 mit den Vergleichsmustern 14 beschleunigt werden, weil nicht sämtliche Vergleichsmuster 14 geprüft werden müssen. Sobald der Typ der entsprechenden Vergleichsmustergruppe erkannt worden ist, muss nur noch innerhalb dieser Gruppe von Vergleichsmustern 14 geprüft werden.

Die Vergleichsmuster 14 werden bei der beispielhaften Ausführungsform der Figur einerseits über die Form und andererseits über die verwendete Vordergrundfarbe und Hintergrundfarbe de- finiert und verglichen. Hierbei wird für jedes Vergleichsmus ^¬ ter 14 zunächst die Form überprüft. Dabei bestehen die Formen der Vergleichsmuster aus beispielsweise drei Anteilen. Zunächst aus Pixeln, die als Vordergrund des dargestellten Zei- chens in der Bilddarstellung 8 betrachtet werden. Diese Pixel müssen mit dem Vordergrund der Bilddarstellung übereinstimmen. Außerdem solche Pixel, die als Hintergrund des Ver ^¬ gleichsmusters 14 betrachtet werden. Diese Pixel müssen mit dem Hintergrund der Bilddarstellung 8 übereinstimmen.

Schließlich gibt es Pixel, die in einem Bereich liegen, der vom Vergleich ausgeschlossen wurde und weder als Vordergrund noch als Hintergrund zu bewerten sind. Diese müssen für das betrachtete Vergleichsmuster 14 nicht mit der Bilddarstellung 8 übereinstimmen. Hier kann beispielsweise ein anderes Ele ^¬ ment in den betrachteten Bereich der Bilddarstellung hineinragen, das in einem weiteren Prüfzyklus betrachtet wird.

Nachdem die Form des Vergleichsmusters 14 erkannt worden ist, werden die Vordergrundfarben und Hintergrundfarben ermittelt und abgespeichert.

Bei der in der Figur beispielhaft dargestellten Ausführungs ^¬ form werden begrenzte und relativ kleine Bereiche oder Teile der Bilddarstellung 8 schrittweise geprüft und mit den Ver- gleichsmustern 14 verglichen. Beispielsweise wird ein Bereich von ca. 20 x 20 Pixeln in einem Schritt geprüft. Diese Größe repräsentiert beispielsweise die typischen Ausleuchtinforma ^¬ tionen eines einzelnen Elements oder von Teilen eines Elements, die einem dargestellten Prozesszustand entsprechen. Einzelne Pixelabweichungen zwischen der Bilddarstellung 8 und den Vergleichsmustern 14 können toleriert werden, solange eine eindeutige und zweifelsfreie Identifikation des jeweiligen Vergleichsmusters 14 in der Bilddarstellung 8 möglich ist. Da durch das erfindungsgemäße Verfahren üblicherweise kleine Be- reiche der Bilddarstellung 8 Schritt für Schritt geprüft wer ^¬ den, wird eine unzulässige Aufsummierung von Abweichungen auf der gesamten Bilddarstellung 8 ausgeschlossen, da für jeden Teilbereich der Bilddarstellung 8 ein Vergleichsmuster 14 identifiziert wird. Nach und nach wird durch die Prüfung der Teilbereiche die gesamte Bilddarstellung 8 geprüft.

Kleine Abweichungen in den Teilbereichen sind tolerierbar, weil sie zu keinem erheblichen Gesamtfehler führen. Bei- spielsweise wäre in einem Teilbereich von 20 x 20 Pixeln eine Abweichung von 1 % maximal 4 Pixel. Diese Abweichung von 4 Pixeln ist tolerierbar, da sie durch einen Betrachter nicht wahrnehmbar ist und somit keine Fehlinformation über den Pro- zesszustand der eisenbahntechnischen Anlage 5 hervorruft. Im Gegensatz hierzu würde bei einem Vergleich eines kompletten Bildschirms von beispielsweise 1280 x 1024 Pixeln wie im Stand der Technik selbst eine prozentuale Abweichung von nur 0,1 % mehr als 1000 Pixel aufweisen. Wenn diese 1000 Pixel auf einem kleinen Bereich konzentriert sind, würde eine nicht tolerierbare Störung im Bild vorliegen, die ein erhebliches Sicherheitsrisiko darstellen würde. Dementsprechend müssen im Stand der Technik auch kleinste Abweichungen offenbart werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können hingegen Ab- weichungen bis zu einem bestimmten Prozentsatz toleriert werden .