Technisches Gebiet

Die beanspruchte Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und System zur Sturzerkennung, Erkennung besonderer Notlagen und Weitergabe eines Alarms im häuslichen Umfeld. Die Erfindung bezieht sich im Besonderen auf ein Verfahren und System zur Sturzerkennung mittels eines passiven optischen Sensors und Weitergabe eines mehrstufigen Alarms in Form von verfremdeten Bilddaten.

Stand der Technik

Stürze stellen gerade für ältere Personen ein erhebliches Unfallrisiko dar. Diese Personen verletzen sich oftmals derart, dass diese nicht mehr in der Lage sind, ohne fremde Hilfe aufzustehen oder diese anzufordern, was zu einer lebensbedrohlichen Situation führen kann. Präventivmaßnahmen zur Vermeidung von Stürzen können ergriffen werden, jedoch werden sich Stürze gerade älterer, allein stehender Personen nie gänzlich ausschließen lassen, so dass eine Sturzerkennung mit angeschlossener Hilfeleistung die Lebensqualität des betroffenen Personenkreises dadurch erhöhen kann, dass dieser in der gewohnten Umgebung weiter leben und dennoch eine Überwachung des Personenkreises durch medizinisches Personal und/oder Angehörige erfolgen kann.

In US 7 248 172 B2 ist ein Verfahren und System zur Sturzerkennung vorgeschlagen worden, welches beinhaltet, dass die zu überwachende Person ein Gerät zur Sturzerkennung oder zur Auslösung eines Alarms am Körper trägt. Dieser Alarm kann in Form einer Funkübertragung an eine Rettungsstelle übermittelt werden.

Allerdings kann es bei obigen Systemen zu Akzeptanzproblemen seitens des betroffenen Personenkreises kommen, da das permanente Tragen der Geräte für diese Personen umständlich und unbequem ist. Außerdem besteht gerade bei älteren Menschen das Problem, dass diese möglicherweise schlichtweg vergessen, die entsprechenden Geräte, bspw. nach einem Bad, wieder anzulegen. Sturzerkennung ist zudem über in einen Fußboden eingebrachte Sensoren bzw. mit Sensoren ausgestattete Matten möglich, allerdings ist eine Realisierung eines derartigen Systems sehr aufwändig und teuer.

Eine weitere Klasse von Verfahren zur Sturzerkennung und Erkennung besonderer Notlagen stellen optisch basierte Verfahren dar. Hierbei wird eine permanente optische Überwachung der Person durchgeführt sowie eine optische Sturzerkennung/Notfallerkennung, die eine Klassifikation mittels gängiger Klassifikationsalgorithmen wie Bayes-Klassifikatoren, neuronaler Netze oder Hauptkomponentenanalyse eines aufgezeichneten Ereignisses beinhaltet und bei Erkennung eines Sturzes/einer Notlage einen Alarm auslöst und diesen an eine übergeordnete Instanz übermittelt. US20060145874A1 betrifft ein optisch basiertes Verfahren, wobei die Bildverarbeitungsalgorithmen insbesondere den prozentualen Anteil einer am Boden liegenden Person, die Lage der Person, sowie die Größe der Person bestimmen. Zudem wird die Geschwindigkeit und Beschleunigung einer fallenden Person bestimmt. US20030058341A1 betrifft ein optisch basiertes Verfahren, wobei ein Objekt aus einer Szene gelöst, dieses detektiert und analysiert wird. Hierbei werden bestimmte Eigenschaften des Objekts anhand von Vergleichswerten mit bestimmten Ereignissen analysiert. Insbesondere ist eine Ereignisklassifikation mittels geometrischer Primitive möglich, wie in Chia-Wen Lin, Zhi-Hong Ling, Yeng-Cheng Chang und Chung J.Kuo„Compressed- Domain Fall Incident Detection for Intelligent Homecare", submitted to Journal of VLSI Signal Processing-System for Signal, Image and Video Technology, beschrieben. US 20050146605 AI betrifft ein optisches Überwachungsverfahren mit geometrischen Primitiven und anschließender Ereignisanalyse anhand von Ereignisdiskriminatoren. Hierbei kann in Abhängigkeit des detektierten Ereignisses ein Alarm ausgelöst werden. Verfahren, die eine permanente Videoüberwachung einer Person beinhalten stellen jedoch einen Eingriff in das Persönlichkeitsrecht der Person dar und können daher zu Akzeptanzproblemen führen. Offenbarune der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und System zur Sturzerkennung bereitzustellen, dass zuverlässig ist und sicher arbeitet. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und System gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche 2 bis 9 und 11 bis 12 betreffen besondere Ausführungsformen.

Hierbei wird ein Raum mittels eines passiven optischen Sensors, wie einer Video-bzw. Infrarotkamera überwacht. Im Weiteren erfolgt eine Auswertung der aufgezeichneten Bilder in Hinblick auf die Detektierung eines Sturzes oder einer besonderen Notlage, wobei jedoch die Bilddaten zunächst lediglich verfremdet an einen autorisierten Empfänger unter Auslösung eines Alarms bei Detektierung eines Sturzes übermittelt werden. Auf diese Weise wird das Recht am eigenen Bild der überwachten Person gewahrt, da nicht permanent Bilder dieser Person, sondern lediglich verfremdete Bilder bei Erkennung eines Sturzes übermittelt werden.

Ist ein Sturz oder eine besondere Notlage erkannt, wird zunächst ein Rückkanal aktiviert, der der Verifikation der detektierten Situation dient. Die überwachte Person wird in die Lage versetzt, einen ausgelösten Alarm als Fehlalarm zu klassifizieren.

Erst wenn nach einer bestimmten Zeit ein Alarm nicht als Fehlalarm durch die überwachte Person klassifiziert wird, erfolgt eine Entschlüsselung des übertragenen optischen Signals, so dass die überwachte Person bildlich dargestellt wird. Diese bildliche Darstellung der Situation und Person würde sich in dem Moment auch einem eintreffenden Rettungsdienst offenbaren.

Die Verfremdung der Bilddaten erfolgt hierbei vorzugsweise mittels geometrischen Primitiven. Beispielsweise werden die in einem aufgenommenen Bild vorhandenen Objekte jeweils durch einen oder mehrere geometrische Primitive ersetzt. Vorzugsweise wird jede in dem aufgenommenen Bild vorhandene Person als mindestens ein geometrisches Primitiv behandelt und dargestellt. Bevorzugt wird die Sturzerkennung anhand des oder der geometrischen Primitive für jede Person ermittelt.

Wird in dem unverfremdeten Bild ein Sturz bzw. eine Hilflosigkeit einer gestürzten Person erkannt, so kann der autorisierte Empfänger weitere Rettungsmaßnahmen einleiten, wie Rettungsdienste anfordern oder medizinisches Personal anweisen, sich der gestürzten Person anzunehmen.

Das Wesen der Erfindung liegt in einem Verfahren und System zur Erkennung einer besonderen Notlage speziell einer Sturzerkennung, wobei während der permanenten optischen Überwachung einer Person lediglich bei Notfall- bzw. Sturzdetektierung zunächst verfremdete und gegebenenfalls verschlüsselte Bilddaten dieser Person und/oder des Raumes an eine autorisierte Instanz unter Auslösung eines Alarms übermittelt werden. Erst nach Ausbilden eines Rückkanals und bei Ausbleiben einer Klassifikation des Alarms als Fehlalarm durch die überwachte Person wird ein unverfremdetes Bild der Situation bzw. der Person an eine autorisierte Instanz übertragen. Dieses Verfahren und System hat den Vorteil, dass es die physische Handlungsfreiheit einer zu überwachenden Person nicht einschränkt, für die Person bequem ist und das Recht der Person am eigenen Bild als Ausfluss des allgemeinen Persönlichkeitsrechts wahrt und zudem kostengünstig und leicht handhabbar für medizinisches Personal und/oder Angehörige ist.

Kurzbeschreibung der Figuren

Das Verfahren und das zugeordnete System der Erfindung werden detaillierter im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Zeichnungen beschrieben.

Es zeigen:

Figur 1 ein System zur Erkennung einer besonderen Notlage oder Sturzerkennung mit einem Server und einem Universal Standard Gateway und einem Array von optischen Sensoren, Figur 2 ein System zur Erkennung einer besonderen Notlage oder Sturzerkennung mit einer Health-Box und einer Health-Platform und einem Array von optischen Sensoren, und Figur 3 ein System zur Erkennung einer besonderen Notlage oder Sturzerkennung mit einer LogicHealth-Box und einer Health-Platform, wobei die Algorithmen zur Videoanalyse und Sturzerkennung in einem optischen Sensor implementiert ist.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform des Systems. Hierbei werden permanent Bilder einer zu überwachenden Person 118 mittels einer Anzahl von optischen Sensoren 11 aufgenommen, die einzelne Kamerasensoren 11.1 bis l l.n aufweisen. Die Kamerasensoren 11.1 bis 11.n können derart in einem zu überwachenden Raum angeordnet sein, dass die zu überwachende Person jederzeit von mindestens einem Kamerasensor erfasst wird. Die optischen Sensoren 11 sind mit einem Server 13 über eine Schnittstelle 19 verbunden. In dem Server 13 befindet sich eine Logik 12, in der die Algorithmen zur Zerlegung der mittels der Sensoren 11 aufgezeichneten Bilder in geometrische Primitive sowie Algorithmen zur Sturzerkennung bzw. zur Erkennung einer besonderen Notlage implementiert sind. Wird hierbei ein Sturz oder eine Notlage detektiert, so wird ein verfremdetes Bild, welches mittels einer Einrichtung und Verfahren zur Verschlüsselung und Authentifizierung, das eine Firewall 15 beinhalten kann, über eine TCP/IP Schnittstelle 17 und das Internet 113 an einen autorisieren Personenkreis 117 ggfs. über ein Universal Standard Gateway 114 übertragen, wobei die Übertragung drahtlos 115 oder drahtgebunden 116 bidirektional erfolgen kann.

Wird eine besondere Notlage oder ein Sturz detektiert, so wird ein Alarm ausgelöst, den die überwachte Person 118 invalidieren (als Fehlalarm klassifizieren) kann. Hierzu wird ein Rückkanal über eine Daten- oder Telefonverbindung hergestellt zwischen dem überwachten Raum und dem autorisierten Empfänger. Wird nach einer bestimmten Zeitspanne ein Alarm nicht als Fehlalarm klassifiziert, so erfolgt eine unverfremdete Übertragung des Bildes oder einer Abfolge von Bildern an den autorisierten Personenkreis. Die drahtgebundene 116 oder drahtlose 115 Übertragung erfolgt hierbei ebenfalls verschlüsselt. Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung eines Rückkanals ist zusätzlich durch eine akustische Einrichtung 14 und eine ins System integrierte Soundkarte 18 gegeben. Hierbei wird eine akustische Verbindung zwischen dem autorisierten Personenkreis 117 über das Internet 113 und den Server 13 über die Soundkarte 18 und die akustische Einrichtung 14, wie ein Lautsprecher und ein Mikrofon, hergestellt, die bidirektional sein kann. An den Server 13, der in dieser Ausführung als PC mit einer zusätzlichen Logik ausgeführt ist, können weitere Sensoren 112 oder Benutzermenüs 111 über die Schnittstelle 19 angeschlossen sein.

Die Logik 12 in der Ausführungsform von Figur 1 weist die Software auf für die Durchführung der Videobildanalyse, die Sturz- bzw. Notfallerkennungsanalyse und die Verschlüsselung sowie die Datenkommunikat on.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist der Server 13 von Figur 1 als sogenannte Healthbox 26 ausgeführt, d.h. eine Vorrichtung zur Überwachung des Gesundheitszustandes einer Person. Die Bildverarbeitung sowie die Datenverarbeitung aller Gesundheitssensoren und die Datenverschlüsselung erfolgt in einer Logic HealthBox 25, welche in die Healthbox 26 eingebettet ist. Die Authentifizierung und das Routing der Information erfolgt in einer externen HealthPlatform 27, die ein System zur Überwachung einer Vielzahl von Personen sein kann. HealthBox 26 und HealthPlatform 27 sind über das Internet 113 miteinander verbunden. Die Weiterleitung des Alarms bzw. der verfremdeten und in einer weiteren Stufe unverfremdeten Bilder erfolgt verschlüsselt entweder drahtlos 115, bspw. an Smartphones oder drahtgebunden 116 beispielsweise an ein Telefon oder externen Computer an einen autorisierten Personenkreis 117. Die optischen Sensoren 11.1 bis 1 l.n sind über eine Schnittstelle 19 mit der Healthbox 26 verbunden. Mit den Kamerasensoren erfolgt lediglich die Aufzeichnung der Bilder. Der Server der ersten Ausfuhrungsform von Figur 1 mit den weiteren Einrichtungen ist in dieser zweiten Ausführungsform in Form der Healthbox 26 implementiert. Die Healthplatform 27 dieser zweiten Ausführungsform weist außerdem die Funktionalität des Universal Standard Gateway 114 der ersten Ausführungsform auf. Was die weiteren Elemente dieser Ausführungsform angeht, wird Bezug auf Figur 1 genommen.

Die Logik HealthBox 25 in der Ausführungsform von Figur 2 weist die Software auf für die Durchführung der Videobildanalyse, die Sturz- bzw. Nofallerkennungsanalyse, die Datenverarbeitung von allen Sensoren, insbesondere von Gesundheitssensoren und die Verschlüsselung sowie die Datenkommunikation.

Figur 3 zeigt eine dritte Ausführungsform des Systems. Die optischen Sensoren sind in Form eines Masters 30 und mehreren Slaves 41, 42 ausgebildet. Der als Master 30 arbeitende optische Sensor weist ein Kamerateil 31, eine interne Schnittstelle 32, eine SmartKamera-Logik 33 und eine Schnittstelle 34 auf. In dieser Ausführungsform ist im Unterschied zu der ersten und zweiten Ausführungsform die Software und die zugehörige Auswerteeinheit, welche die Algorithmen zur Videoanalyse und Sturz- bzw. Notfallerkennung implementiert, in der SmartKamera-Logik 33 des als Master arbeitenden optischen Sensors integriert. Die SmartKamera-Logik 33 ist intern über die Schnittstelle 32 mit dem Kamerateil 31 verbunden. Die SmartKamera-Logik 33 ist weiterhin über die Schnittstelle 34 mit den anderen als Slave arbeitenden optischen Sensoren 41, 42 des Systems und über die Schnittstelle 19 mit der Healthbox 26 verbunden. Was die restlichen Elemente und Funktionalität dieser Ausführungsform angeht, wird auf Figur 1 und Figur 2 Bezug genommen.

Die SmartKamera-Logik 33 in der Ausführungsform von Figur 3 weist die Software auf für die Durchführung der Videobildanalyse und die Sturzerkennungsanalyse. Die Logik HealthBox 35 weist die übrigen Funktionen auf, die in der Logik HealthBox 25 der Ausführungsform von Figur 2 enthalten sind. Dazu gehört die Software für die Datenverarbeitung von allen Sensoren, insbesondere von Gesundheitssensoren und die Verschlüsselung sowie die Datenkommunikation. Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Funktionen und Eigenschaften näher erläutert.

Die optischen Sensoren sind vorzugsweise so im Raum zu platzieren, dass eine optimale Abdeckung des zu überwachenden Raums, auch bei verwinkelten Räumen, erreicht wird. Gegebenenfalls ist ein Raumbereich durch mehr als einen optischen Sensor abzudecken. Vorzugsweise ist hierbei ein aktives Energiemanagement implementiert, so dass nur optische Sensoren im Aktivmodus sind, die aktuell benötigt werden. Die optischen Sensoren sind derart ausgebildet, dass diese robust gegenüber variablen Lichtverhältnissen wie Spiegelungen und Gegenlicht sind. Zudem können diese in Form von Infrarot-Sensoren ausgebildet sein, um Stürze und Notlagen auch in der Dunkelheit erkennen zu können.

Die Sturzerkennungsalgorithmen sind auf eine Weise implementiert, dass diese jegliche Arten von Stürzen, wie Zusammensacken, heftiger Sturz und abgestützter Sturz erkennen können. Diese Arten von Stürzen sind im Vorfeld klar definiert und Teil einer Bibliothek von aktivierten Sturzerkennungsalgorithmen („Patterns"). Die Erkennung von Notlagen erfolgt primär durch Algorithmen, welche den statischen Zustand einer Person relativ zur Umgebung der Wohnung auswerten und insbesondere einen abnormalen statischen Zustand erkennen.

Die Erkennungsalgorithmen sind so implementiert, dass diese robust gegenüber anderen sich im Raum befindlichen Personen oder Tieren sowie gegenüber den Positionen der optischen Sensoren sowie einer Verdeckung der zu überwachenden Person durch Möbelstücke und/oder andere Personen oder Tiere sind. Ebenso sind sie in der Lage, rasche Bewegungen von Gegenständen nicht als Personenstürze zu klassifizieren. Die Erkennungsalgorithmen beinhalten Verfahren zum Herauslösen einer Person von dem Hintergrund und Vektorisieren und Zerlegen des Bildes einer Person in geometrische Primitive und Ermitteln der Lage dieser im Raum entweder in dem Server oder in dem optischen Sensor. Die Sturzerkennung nutzt hierbei die Dynamik eines Sturzes aus. Es wird analysiert wie schnell sich die Lage dieser geometrischen Primitive innerhalb einer Bildsequenz ändert. Die Bildverarbeitung kann hierbei zentral in einer dezidierten Healthbox erfolgen und mit einer Rechnercloud zur Minimierung von Wartungsaufwand und zur einfachen Erweiterung der Auswerte-Patterns verbunden sein.

Das System ist so ausgelegt, dass innerhalb eines bestimmten Zeitraumes alle Personen eines autorisierten Personenkreises informiert werden. Dieser autorisierte Personenkreis hat ausschließlich Zugang zu persönlichen Daten und Statusinformationen über die zu überwachende Person. Das System ist so ausgeführt, dass der autorisierte Personenkreis um weitere Personen ergänzt bzw. auch um bestimmte Personen verringert werden kann. Das System stellt bei einem validierten Alarm dem autorisierten Personenkreis unter anderem den Sturzzeitpunkt, den Sturzort, ein Standbild und gegebenenfalls ein Video bereit. Zur Wahrung der Privatsphäre bringt das System an verschiedenen Stellen zur Anzeige, wann Bild- bzw. Videomaterial den zu überwachenden Raum verlässt. Die Aufzeichnung von Bild- oder Videodaten der zu überwachenden Person erfolgt vorzugsweise lediglich für einen Zeitraum, der für die Funktionalität des Sturzerkennungssystems unbedingt erforderlich ist. Das Sicherheitslevel der Telekommunikation ist vorzugsweise skalierbar, so dass zwischen verschiedenen Sicherheitsstufen des Systems von schwach geschützt (low end security level) bis stark geschützt (high end security level) gewählt werden kann.

Das System kann auf der Plattform zusätzlich geeignete Funktionalitäten zur Administration, Billing, Routing und Kundenverwaltung enthalten. Insbesondere ist das System vorzugsweise so ausgeführt, dass es durch eine Einrichtung zum automatischen Upgrade von Firmware und Treibern sowie der Algorithmen leicht von außen wartbar ist.

Das System ist vorzugsweise skalierbar ausgeführt, so dass zusätzliche optische und nicht optische Sensoren zum System hinzugefügt oder entfernt werden können, die die Funktionseigenschaften und Performanz des Systems ergänzen.

Das Gesamtsystem ist derart gestaltet, dass es optisch und vom Design jeden Eindruck von Überwachung vermeidet und sich unauffällig in das Wohnambiente einfügt. Die Erfindung wurde anhand von Beispielen und der Figuren näher erläutert, wobei diese Darstellung die Erfindung nicht einschränken soll. Es versteht sich, dass Fachleute Änderungen und Abwandlungen machen können, ohne den Umfang der folgenden Ansprüche zu verlassen. Insbesondere umfasst die Erfindung Ausführungsformen mit jeglicher Kombination von Merkmalen der verschiedenen Ausführungsformen, die hier beschrieben sind.