Блестящие перспективы видеодетекторов дыма

П о прогнозам аналитической компании IMS Research, совокупные темпы годового роста мирового рынка систем видеодетекции дыма составят 38% и к 2011 году достигнут 36 млн. долларов США. Большинство нежилых строений (72% в США и 68% в Великобритании) не оборудованы автоматическими устройствами обнаружения огня и, следовательно, являются основными кандидатами на использование новой технологии.

В отличие от традиционных точечных извещателей, оборудование систем видеодетекции дыма не должно находиться в непосредственной близости от него, что позволяет обнаружить возгорание до того, как будет причинен серьезный ущерб. В 2005 году в США во время пожаров было уничтожено нежилых строений на сумму свыше 2 млрд. долларов, при этом многие из этих пожаров можно было предотвратить. Компании AxonX, Detector Technologies (D-Tec) и Fastcom Technology стояли у истоков разработок данной технологии, изучая недостатки традиционных противопожарных систем и создавая новый сектор рынка.

Система видеодетекции дыма состоит из обычных камер видеонаблюдения, снабженных сложным программным обеспечением распознавания и обработки изображений для обнаружения дыма и огня. Это специализированное программное обеспечение должно эффективно отличать дым от пыли и тумана. До недавних пор большинство систем, применяющих видеодетекторы дыма, работали с использованием сервера, где и были реализованы алгоритмы видеоанализа, однако все чаще программная часть интегрируется непосредственно в устройства видеонаблюдения, например в сетевые камеры. Это позволит сократить стоимость данной технологии и сделать ее более доступной. Новые системы сочетают в себе возможность обнаружения возгораний и удаленного наблюдения, круглосуточно обеспечивая моментальное реагирование.

Рыночный спрос на системы видеодетекции дыма сдерживался недостаточной информированностью и некоторым нежеланием представителей индустрии противопожарной безопасности, известных своим консерватизмом, принять новую технологию на вооружение. Тем не менее, по прогнозам компании IMS Research, по мере того как разработчики получат поддержку на законодательном уровне и получат необходимый опыт работы на рынке, системы видеодетекции дыма будут использоваться все больше и больше. Данная технология уже применяется в энергетике и, скорее всего, будет активно использоваться в тоннелях, железнодорожных депо, торговых центрах, ангарах и иных крупных нежилых строениях.

Источник: IMS Research

http://www.procctv.ru/jurnal/o_jurnale_%22cctv_fokus%22.html

Уважаемые коллеги!

Компания “Ай-Эс-Эс Пресс”, следуя хорошим традициям и многочисленным пожеланиям игроков рынка безопасности и потребителей услуг возобновила выпуск информационно-новостного приложения к ведущему русскоязычному журналу по видеонаблюдению PROSystem CCTV (ранее CCTV Фокус) - газеты IT & Security News (ранее CCTV Info).

В отличие от платного журнала PROSystem CCTV (ранее CCTV Фокус), который в первую очередь ориентирован на квалифицированных специалистов: технических директоров, инженеров, технических экспертов, руководителей направления систем видеонаблюдения и др. газета охватывает уже все направления рынка безопасности и частично рынка Интеллектуальных технологий. 

Позиционируясь в качестве полностью самостоятельного и независимого издания, газета IT & Security News (ранее CCTV Info) остается бесплатным дополнением журнала по видеонаблюдению PROSystem CCTV (ранее CCTV Фокус).

Размещаемая в газете информация будет интересна и понятна даже не подготовленному специалисту, а тем более конечному потребителю. Наряду с новостями от российских и зарубежных игроков рынка безопасности, в газете представлены и развернутые статьи от ведущих российских и зарубежных экспертов.

Имея самый большой тираж среди аналогичных русскоязычных изданий 25 000 экземпляров (без учета экземпляров для Украины), газета распространяется на всех русскоязычных выставках по безопасности, развернутая информация по которым представлена в разделе Выставки, в офисах многочисленных компаний - распространителей и посредством подписки.

Электронную версию газеты можно найти в разделе "Архив газеты", а наиболее свежие новости на информационно-новостном портале http://procctv.ru. Цель проектов создать единое информационное пространство, которое объединит всех игроков рынка безопасности и конечного потребителя.

Мы будем рады получить и опубликовать, после соответствующей обработки, новости от Вашей компании. Новости будут опубликованы не только на сайте http://procctv.ru, но и в газете IT & Security News, а наиболее интересные новости могут попасть и на страницы журнала PROSystem CCTV (CCTV Фокус).

Более подробную информацию по проектам и требованиям к предоставляемому материалу можно узнать в издательстве “Ай-Эс-Эс Пресс”.

Мы всегда готовы предоставить Компаниям возможность заявить о себе, своих решениях и успехах всем читателям газеты IT & Security News – как игрокам рынка, так и конечному потребителю.   

1.2. обнаружение и распознавание объектов

(http://sio.su/down_a4ud_373_def.aspx)
Теория обнаружения, различения и оценивания сигналов разрабатывалась применительно к радиолокации. Развитие методов обнаружения позволяет с единых позиций рассмотреть не только радиолокацию, но и оптическую локацию (телевидение, инфракрасную технику).

Для реализации функций обнаружения и различения объектов вторжения в системах безопасности широко используются устройства, основанные на различных физических принципах формирования тревожных сигналов. Высокая надёжность принятия решения о вторжении достигается логическим объединением сигналов, поступающих с различных средств обнаружения, образующих рубежи охраны. Наиболее эффективны системы, в которых для формирования сигналов используются независимые (ортогональные) свойства нарушителя – оптические и акустические сигналы, инфракрасный и сейсмический или радиоволновый сигналы. Для повышения достоверности принятия решения о вторжении на охраняемый объект применяются различные методы комбинирования сигналов от рубежей охраны. Объединение сигналов по принципу совпадения (схема И) позволяет снизить вероятность ложной тревоги Р_{л. т}, а объявление тревоги по сигналу любого из рубежей (схема ИЛИ) позволяет снизить вероятность пропуска нарушителей Р_пр. Вероятности ошибок системы с двумя ортогональными рубежами охраны приведены в табл. 1.2. Таблица 1.2

При количестве рубежей больше двух возможны более сложные комбинации, одновременно снижающие и вероятность ложной тревоги и вероятность пропуска нарушителей .

К основным принципам теории обнаружения относятся:

• принцип оптимальности: наилучшее правило принятия решения должно обеспечивать экстремум качества по принятому критерию, исходя из априорной информации о сигналах и помехах, а также из ограничений на доступные решения;

• принцип накопления: суммирование сигналов по пространству, времени и длине волны – единственный и достаточный метод борьбы с шумом (некоррелированной помехой);

• принцип компенсации: вычитание оценки фона – единственный и достаточный метод борьбы с коррелированной помехой.

Вместе с тем, проектирование систем обнаружения этих классов имеет отличия не только в длине волны, но и в способе формирования информационного сигнала:

• радиолокационные системы обнаружения в большинстве случаев являются активными;

• системы обнаружения инфракрасного диапазона используют как активный, так и пассивный режимы обнаружения;

• телевизионные системы видимого диапазона длин волн занимают промежуточное положение, так как в видимом диапазоне собственное излучение тел при обычных (не слишком высоких) температурах отсутствует и для наблюдения необходима подсветка – естественная (солнечная) или искусственная.

Особенностью применения теории решений при разработке ТВ-систем обеспечения безопасности является трудность формализации характеристик наблюдаемых объектов и этапов принятия решений. Априорная неопределённость изображений при вторжении нарушителей весьма высока, хотя в этом случае на экране монитора появляются образы, имеющие вполне определённый смысл. Разнообразие нештатных ситуаций (не считая разнообразия постоянного во времени фона – ограждений и сооружений охраняемого объекта) не может быть сведено к небольшому набору классифицируемых образов с простыми параметрами неопределённости (масштаб, положение, поворот). Поэтому при построении систем видеоконтроля не часто удаётся воспользоваться готовыми решениями теории распознавания образов. Редким исключением является применение телевизионно-компьютерных систем определения номерных знаков автомобиля. В этих системах, благодаря применению нейроподобных алгоритмов распознавания ограниченного числа цифр и букв, удаётся достичь вероятности правильного распознавания до 98% при захвате телевизионного кадра с номерным знаком, занимающим существенную часть поля зрения телекамеры.

Эти принципы лежат в основе проектирования как систем обнаружения вообще, так и систем видеонаблюдения в частности. Например, на основе принципа оптимальности осуществляется согласование размеров элемента разложения матрицы ПЗС с кружком рассеяния объектива для обеспечения максимума отношения сигнал/шум при ограниченной освещённости , . Принцип накопления реализуется интегрированием фотоэлектронов в пределах времени кадра (от 20 мс и менее), площади элемента разложения (примерно, от 4×4 до 20×20 мкм) и интервала длин волн, к которым чувствительна матрица ПЗС (от 0.4 до 1 мкм) – . Принцип компенсации находит своё воплощение в телевизионных детекторах движения, использующих в своей работе различные модификации алгоритма вычитания из текущего изображения оценки фона по предыдущему ТВ-кадру , .

Априорная неопределённость изображений нарушителей приводит к необходимости установления связи параметров ТВ-системы с вероятностными характеристиками опознавания обнаруживаемых объектов. Детальные исследования этих связей показали , что они зависят от множества факторов:

• характеристики обнаруживаемого объекта (отношение сигнал/шум, контраст, угловой размер, градиент яркости на краях объекта, сложность контура, место на экране монитора, форма, ориентация, перспективные искажения, скорость движения, яркость изображения);

• характеристики сюжета (яркость фона, интенсивность шума фона, скорость движения фона);

• характеристики наблюдателя (тренированность, мотивировка действий, утомление, получение предварительного инструктажа, возраст, индивидуальные особенности, рабочая нагрузка, метод поиска, число наблюдателей и способ связи между ними, периферическая острота зрения);

• тактические требования (площадь зоны поиска, допустимое время поиска с момента появления объекта, освещённость в помещении охраны и т. д.).

Процесс принятия решения оператором ТВ-системы включает в себя четыре взаимосвязанных этапа: обнаружение, классификацию, различение и опознавание. Под обнаружением подразумевается выделение объекта на фоне и отнесение его к классам объектов, представляющим потенциальный интерес. Классификация означает отнесение обнаруженного объекта к одному из широких классов (человек, транспортное средство). Различение означает отнесение наблюдаемого объекта к более узкому подклассу (грузовой автомобиль, легковой автомобиль). Наконец, на стадии опознавания можно установить тип объекта (марка автомобиля).

Под отношением сигнал/шум понимается отношение сигнала перепада между наблюдаемым объектом и фоном к среднеквадратичному значению шума.

Далее рассматривается роль главных из этих факторов – отношения сигнал/шум и размера опознаваемого объекта на экране монитора.

Размер объекта на экране монитора может измеряться и в сантиметрах, и в радианах, но для анализа вероятности опознавания объекта следует применить другую меру – число элементов разложения. Роль числа элементов в ТВ-изображении была подчёркнута основоположником электронного телевидения В. К. Зворыкиным, который сформулировал принцип достаточности точности при передаче видеоинформации. Согласно этому принципу, число элементов должно быть и не слишком большим, и не слишком малым. При чрезмерно большом числе элементов и ограниченной площади фотоприёмника изображение тонет в фотонном шуме; при слишком малом числе элементов резко сокращается число различимых образов.

Реальное отношение сигнал/шум для обнаруживаемого объекта меньше максимального при данной освещённости на величину контраста объекта относительно фона.




В случае различения известного заранее числа сигналов число элементов разложения, приходящееся на изображение объекта, должно быть не менее числа классифицируемых объектов . При уменьшении числа элементов разложения (строк) на размер объекта необратимо теряется информация об объекте. Даже, казалось бы, простейшую задачу различения одноэлементного объекта от двухэлементного невозможно решить безошибочно. Это связано с неизбежными искажениями формы сигналов при накоплении и дискретизации оптического сигнала в матричном фотоприёмнике. Из-за таких искажений при уменьшении числа строк на объект вероятность опознавания объекта уменьшается. Конкретное значение уменьшения вероятности правильной классификации изображений при недостаточном отношении сигнал/шум и числе элементов разложения зависит от числа классифицируемых изображений и их отличий друг от друга. Примеры таких зависимостей приведены на рис 1.4 .

Априорная неопределённость в числе разрешаемых образов и неинвариантность (shift variance) отклика фотоприёмников к сдвигу изображения приводят к отсутствию универсального требования к чёткости ТВ-изображения. Даже ГОСТ Р 51558-2000 Системы охранные телевизионные. Общие технические требования и методы испытаний не содержит конкретных значений для разрешающей способности систем охранного телевидения , а лишь указывает на технические характеристики, которые должны быть проверены при сертификации систем.


Более высокая вероятность опознавания на рис 1.4,а связана с тем, что увеличение разнообразия в наборе сигналов сопровождается увеличением различия между сигналами изображений классифицируемых объектов. Рост достоверности опознавания является следствием того, что ошибка классификации убывает с увеличением разностного сигнала от изображений двух объектов при их одинаковых масштабах и наилучшем совмещении. При плохих условиях наблюдения отличить джип от лимузина значительно легче, чем один тип джипа от другого. Вместе с тем, большая априорная неопределённость в характере нештатной ситуации не снижает требований к разрешающей способности ТВ-системы, а увеличивает их. Это связано с тем, что часто оказывается необходимым не только грубо оценить сигнал, например классифицировать как автомобиль, но и определить марку автомобиля, его номер, число пассажиров, их особые приметы. Сложность определения требуемой чёткости связана также с зависимостью формы отклика дискретных фотоприёмников от сдвига оптического изображения . Этот эффект приводит к тому, что даже если мелкие детали изображения в одном из кадров различаются, то в другом (при сдвиге сигнала) они могут не различаться.

Таблица 1.3

Сторонникам применения критериев Джонсона свойственно стремление распространить результаты нечётко поставленных экспериментов с ограниченным набором изображений на все случаи жизни. Однако практика проектирования и эксплуатации ТВ-систем безопасности показала потребность корректировки этих критериев. Например, МВД Великобритании рекомендует иметь не менее 10% растра (порядка 50 строк) на высоту изображения обнаруживаемого человека .

В результате проектировщики ТВ-систем безопасности используют различные эмпирические правила, например критерии Джонсона, связывающие вероятность правильного решения с числом строк, приходящихся на размер объекта. Критерии Джонсона, усреднённые по всем классам объектов, имеют значения, приведённые в табл. 1.3.




В задаче различения сигналов всегда требуется большая чёткость, чем при обнаружении. Необходимое увеличение чёткости зависит от степени неопределённости в наблюдаемом изображении. Так, если необходимо опознать личность известного оператору человека, то, по рекомендациям МВД Великобритании, его изображение должно занимать 50% растра; идентификация индивидуальных признаков неизвестной личности требует увеличения размера изображения человека до 120% растра (рис. 1.5)

Оптимальный выбор поля зрения (место установки телекамеры и фокусное расстояние объектива) должен осуществляться, исходя из обеспечения чёткости, гарантирующей заданную вероятность правильного решения. На практике такое требование приводит к увеличению числа телекамер в контролируемой зоне по сравнению с предусмотренным в исходных требованиях на систему. Дополнительным средством увеличения качества принимаемых решений является использование телекамер, снабжённых объективами с переменным фокусным расстоянием. При этом проектировщика, руководствующегося принципом дадим заказчику не то, что он просит, а то, что ему нужно, подстерегает опасность спроектировать систему с завышенными техническими характеристиками. Для исключения подобной крайности следует обратиться к уравнению (В.1), корректное решение которого позволяет найти компромисс между требованиями экономики и безопасности.


Подавляющее большинство применяемых в настоящее время охранных ТВ-систем не являются оптимальными с точки зрения теории решений, поскольку поле зрения и параметры разложения обычно задаются независимо. Число строк в растре определяется стандартом, в котором работает аппаратура (PAL, SECAM, NTSC). Поле зрения, как правило, выбирается из условия перекрытия определённого участка территории охраняемого объекта.