доклад (Оптоэлектронная система АСДМ «ЛИДАР»)

Доклад по диплому «Телевизионная панорамная система, выделение признаков кризисных и чрезвычайных ситуаций.».

В современных густонаселенных мегаполисах пожары наносят громадный материальный ущерб и в ряде случаев сопровождаются гибелью людей. Поэтому защита от пожаров является важнейшей обязанностью каждого члена общества и проводится в общегосударственном масштабе.

Прогнозируется, что использование видеонаблюдения для обнаружения пожара на ранней стадии, до того, как нанесен значительный вред, будет существенной областью роста на рынке противопожарного оборудования.

Всевозможные системы экологического мониторинга реализованы во многих крупных мегаполисах по всему миру. Наиболее крупные подобные системы в России функционируют в Москве и Астрахани. В основе работы таких систем лежит сбор информации по оптическому каналу и ее последующая программная обработка.

Так как для поставленной задачи, критически важными параметрами являются разрешение и чувствительность, то в качестве камеры, используемой в панорамной системе, была выбрана модель

VSB-3572IRP.

ТВ канал представляет собой совокупность 13 телевизионных камер помещённых в гермокорпуса с целью обеспечения нормальных условий их функционирования в агрессивной окружающей среде, визирующей телекамеры в гермокорпусе; рабочего места оператора – представляющего собой компьютер, оснащённый специальными платами обработки видеосигналов FS-5 (мультиплексор) и RT-822 (карта оцифровки и обработки изображений).

С труктурная схема ТПС показана на рис. 2.1, а внешний вид на рис. 2.2.

Рис. 2.1. Оптико-электронная схема панорамной телевизионной системы

Плата мультиплексирования FS-5

Плата мультиплексирования телевизионных изображений FS-5 предна­значена для подключения к 16 телевизионных камер, теп­ловизоров, электронных микроскопов, видеомагнитофонов, рентгеновских ТВ установок или любых других устройств, выдающих телевизионный сигнал в различных стандартах. Плата позволяет вводить в ЭВМ черно-белый телевизионный сигнал в формате 704*576*8 со скоростью 25 кадров в секунду для каждого канала, а также выводить суммарное изображение на внешний ТВ монитор или видеоконтрольное устройство (ВКУ).

Плата оцифровки изображения RT-826

Устройство ввода-вывода и обработки телевизионных изображений RT-826 представляет собой мультиформатный видеопроцессор, предназначенный для высококачественного ввода черно-белого телевизионного изображения в ПК и обработки его в реальном времени.

Для качественного функционирования всей системы необходима четкая работа всех ее компонентов. Самой основной и главной составляющей частью в этой системе является специальное программное обеспечение, заточенное на выделение признаков и обнаружение КС\ЧС.

Специально программное обеспечение «Аларм-3.2»

Обработка изображений на предмет наличия КС/ЧС производит специальное программно-математическое обеспечение «Аларм-2», разработанное ФГУП «НИИПП».

Карта оцифровки обрабатывает сигнал и выдает последовательно кадры. Программа обрабатывает полученный с карты сигнал и преобразует его в изображение для дальнейшей работы.

Каждую минуту выхваченный кадр становится опорным, а все последующие попиксельно сравниваются с ним. В случае, если разница между пикселями по показателю яркости выше порога (<n>_ij - <n+1>_ij), то эти пиксели сохраняются для дальнейшей обработки. Порог в данном случае нужен для того чтобы учесть всевозможные шумы. Еще следует отметить, что данный детектор является двух пороговым, т.е. помимо минимального(по умолчанию он равен 13 единицам), есть еще и максимальный (100 единиц), что позволяет избежать реакции на блики на стеклах домов или включение фонарей вечером. Сам же показатель яркости может принимать значение от 0 до 255. Это есть не что иное, как самый простейший детектор движения (I).

На следующем (II) этапе мы проверяем подтверждение пикселя хотя бы еще один раз за время жизни опорного кадра. В случае повторного подтверждения в другом кадре работа с этим пикселем продолжается, если нет – вычеркиваем его из обрабатываемых. Опорные кадры по умолчанию меняются раз в минуту. Так как наши события довольно плавно протекающие, то такой скорости обновления вполне достаточно. Так же опорный кадр меняется в случае, когда средняя яркость по кадру между текущим и опорным превышает две единицы.

Далее идет проверка наличия у сохраненных пикселей (таких же, превышающих порог срабатывания и подтвержденных) соседей (III). Не трудно догадаться, что максимально их может быть 8. В случае, когда соседей меньше 4-х, пиксели считаются ложными и вычеркиваются. Остальные обрабатываем далее.

Если сохраненных (тревожных) пикселей оказывается более 10 по всему кадру, тогда программа запоминает, что на данной камере была тревога (IV). Если же тревога повторяется дважды, то становится активной («загорается») красная кнопка с номером камеры (V) и оператор самостоятельно оценивает ситуацию. При нажатии на данную кнопку оператор может увидеть место последней НС (последнего по счету красного пикселя в кадре), или же, если НС продолжается, то сами красные пиксели.

Так же данная программа позволяет закрашивать (маскировать) определенные участки, т.е. закрывать эти области максимально возможным порогом 255. Данное решение позволяет снизить число ложных тревог, таких как: движение машин, движение теней облаков по глухим панелям домов, движение листьев и тп.

Предусмотрена и возможность адаптации камер. В этом режиме программа сама следит за тревожными пикселями и в зависимости от частоты их появления ставит, по необходимости, более высокий порог в данной точке. Таким образом снижается число ложных срабатываний на штатные источники дыма и другие ложные тревоги, не теряя при этом возможности следить за ситуацией за ними.

ALARM 3.2 единственная в своем роде программа по видео детектированию дымов и реально использующаяся в работе. Не смотря на это, она постоянно дорабатывается и подстраивается, для наибольшей чувствительности к нештатным выбросам и снижению числа ложных тревог. Уже сейчас есть ряд предложений по ее улучшению и методам, которые позволят более точно определять наличие Нештатных выбросов над городской застройкой.

Ложные тревоги можно разделить на два основных класса:

– ложные тревоги связанные с аппаратной нестабильностью;

– ложные тревоги связанные с наблюдением реальной картины городской застройки.

Определение и классификация ложных тревог

Первый класс ложных тревог относится непосредственно к аппаратуре наблюдения. К ним относятся:

– колебания панорамных камер;

– дрожание строк в ТВ кадре;

– появление капель дождя (влаги) на объективах;

– помехи, наводки в телевизионных кабелях, а также прочие факторы влияющие на стабильность и качество изображения.

Для борьбы с ложными тревогами вызванными естественными процессами, предлагается использовать в комбинации два основных метода: пространственной и временной фильтрации.

Первый метод, основан на пространственных характеристиках определённых объектов – положении и постоянстве во времени источника ложных тревог, а также конечных пространственных размеров ложной тревоги.

Второй метод, основан на временных характеристиках определённых процессов связанных с наблюдаемой картиной городской застройки.

Таблица 3.2. Используемые метожы борьбы с ложными тревогами

Методы снижения ложных срабатываний.

Зоны – цена пикселя(16х16, 8х8, 4х4)

Зоны «особого» внимания

Метод оконтуривания

Привязка к источнику.

Сравнение обнаружительной способности Alarm 3.2 с программным продуктом Ewclid.

В рамках исследования специального программного продукта «Alarm 3.2» было произведено его сравнение с системой «Ewclid». Предварительно был выбран видеоклип с характерными признаками нештатных ситуаций и по очереди включен для обоих программ. Благодаря тому, что через DVD-рекордер мы имеем возможность воспроизводить одну и ту же ситуацию многократно, было произведено сравнение реакции программ на одну и ту же ситуацию. Чтобы эксперимент оказался наиболее приближенным к реальным условиям фиксирование реакции детекторов движения велось на видео камеру с экрана монитора. Дабы не притуплять реакцию детекторов, намерено были отключены зоны особого внимания (Ewclid), адаптация и маска (Alarm).

Вывод.

Одно из главных ограничений применения стандартных видеодетекторов CCTV – они не заточены под данную задачу и работу в сложной помеховой обстановке. Рассмотренная нами программа Ewclid замечает дымы гораздо раньше, чем Alarm, но в отличии от него, Ewclid так же активно реагирует и на помехи, такие как движение автотранспорта, движение поездов, бег теней по городской застройке, изменение освещенности. За счет долгой и качественной отладки в программе Alarm удается практически полностью избежать реакции на помеховые ситуации не влияя при этом на обнаружительную способность системы и детектирование КС\ЧС.