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DFG-Projekt: Passive Infrarot-Lokalisierung

Ubiquitous Computing & Lokalisierung

Gegenwärtig sehen wir uns sowohl im privaten als auch im öffentlichen Umfeld von einer zunehmenden Anzahl intelligenter Systeme umgeben, die uns in unserem Tun unterstützen und uns neue Möglichkeiten der Interaktion mit unserer Umgebung bieten. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von intelligenten Umgebungen oder von Ubiquitous Computing, einem von Mark Weiser geprägten Begriff, der die Allgegenwärtigkeit solcher Systeme beschreibt. In Verbindung mit der fortschreitenden Vernetzung über Ethernet oder Funktechnologien wie WLAN oder UMTS eröffnen sich dadurch Möglichkeiten und Chancen, Benutzern völlig neuartige ortsbezogene Dienste anzubieten. Dazu ist es allerdings oft erforderlich, den Aufenthaltsort einer Person bestimmen zu können.

In den letzten Jahren wurden deshalb einige Systeme vorgestellt, die eine Lokalisierung von Personen in Gebäuden erlauben. Der überwiegende Teil dieser Systeme basiert auf Funk oder Ultraschall und erfordert deshalb das Mitführen spezieller Hardware (Sender oder Empfänger). Hingegen kommen Ansätze, die Kameras zur Positionsbestimmung nutzen ohne zusätzliche Hardware aus, werfen allerdings Probleme im Hinblick auf den Schutz der Privatsphäre auf. Hinzu kommt, dass sie stark von den jeweiligen Lichtverhältnissen abhängig sind.

Passive Infrarotlokalisierung

InfrarotlokalisierungBei der passiven Infrarotlokalisierung werden diese Probleme umgangen, indem die Körperwärmestrahlung zur Lokalisierung einer Person genutzt und der Mensch dadurch selbst zum "Sender" wird. Ein zusätzlicher Verzicht auf bildnehmende Sensoren gewährleistet darüber hinaus den Schutz der Privatsphäre.

Im Rahmen eines dreijährigen, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projektes (2008 - 2011) wird deshalb ein passives Infrarot-Lokalisierungssystem entwickelt, das die Lokalisierung und Bewegungsverfolgung (Tracking) mehrerer Personen im Raum erlaubt.

Zur Detektion der Strahlung dienen handelsübliche Infrarotsensoren, so genannte Thermopiles, die als Einzel- und Liniensensoren sowie als Sensorarrays verfügbar sind. So wird die emittierte Strahlung einer Person durch im Raum verteilte Sensoren erfasst und die resultierenden Sichtwinkel mit Hilfe spezieller Algorithmen berechnet. Die Lokalisierung selbst erfolgt schließlich mit Hilfe von Triangulation, wie das folgende Bild verdeutlicht.

InfrarotlokalisierungDie Herausforderungen bei der SystemEetwicklung ergeben sich dadurch, dass nicht nur Menschen, sondern alle Objekte mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt Infrarotstrahlung emittieren, die von der menschlichen Strahlung nicht unterschieden werden kann. Entsprechend ist eine zuverlässige Erkennung von Störquellen (Hintergrundstrahlung) von besonderer Wichtigkeit.

 

Im Rahmen des Projektes werden folgende Themen behandelt:

  • Entwicklung eines echtzeitfähigen Simulators zur Nachbildung dynamischer Inhaus-Umgebungen
  • Entwicklung eines Verfahrens zur Lokalisierung mehrerer Personen
  • Entwicklung von Verfahren zur Erkennung von Infrarot-Störquellen und zur Eliminierung des Einflusses auf die Lokalisierung
  • Entwicklung einer geeigneten System-Infrastruktur
  • Entwicklung geeigneter Methoden zur einfachen Einrichtung und Inbetriebnahme des Systems
  • Umsetzung eines prototypischen Aufbaus des Systems

 

Kontakt:
Dipl.-Inf. Daniel Hauschildt
Dipl.-Ing. Nicolaj Kirchhof



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