Первой С.В. Система видеонаблюдения для предотвращения критических ситуаций в прибрежной акватории (Система видеонаблюдения для предотвращения критических ситуаций в прибрежной акватории), страница 2

С целью информационной разгрузкиоператора системы при анализе большого объема видеоинформации, получаемойот камер системы, исследуется возможность построения аналитической системыавтоматической обработки видеоизображений, позволяющей оценивать текущуюситуацию и прогнозировать возможность возникновения критических ситуаций внаблюдаемой зоне акватории.В первом разделе проводится обзор аппаратно-программных средствсистем видеонаблюдения, а также рассматриваются особенности применениятаких систем для контроля за прибрежной и ближней зонами морской акватории.Второй раздел посвящен исследованию методов визуального выявленияводнотранспортных средств, а также алгоритмов классификации (распознавания)выявленных объектов.

С целью расширения возможностей системвидеонаблюдения анализируется возможность применения беспилотныхлетательных аппаратов для визуального обнаружения и сопровождениявыявленных объектов.В третьем разделе рассматриваются задачи, связанные с трекингомобнаруженных воднотранспортных средств и прогнозированием их траекториидвижения.В четвертом разделе разрабатывается структура информационноуправляющей системы видеонаблюдения, позволяющая автоматизировать анализвидеоинформации с целью принятия решения о возможности возникновенияпотенциально опасной ситуации и выборе соответствующих компенсационныхмероприятий.Часть результатов данного исследования, связанных как с построениемсистем видеонаблюдения, так и с обеспечением надежного электроснабженияохранных систем, уже обсуждалась в работах [6,7].51 Обзор аппаратно-программных средств систем видеонаблюденияСостав систем видеонаблюдения зависит от количества и местрасположения камер, а также от сложности процессов обработкивидеоинформации.

Можно выделить следующие основные типы таких систем:- локальная система, то есть система, область действия и применение которойограничено территорией здания, предприятия, организации и т. п.;- централизованная система, то есть система, имеющая один центр обработки ианализа, который собирает и обрабатывает информацию с видеокамер;- децентрализованная система, которая представляет собой объединениенескольких централизованных систем, объединенных логически в однуструктуру, но физически разделенных и способных функционироватьнезависимо.Если локальные системы обычно имеют в своем составе максимумнесколько десятков камер, то централизованные системы могут иметь уженесколько сотен камер.

Децентрализованные системы видеонаблюдения могутиметь в своем составе уже десятки тысяч камер [8].В системах видеонаблюдения наибольшее распространение получиливидеокамеры, использующие открытые стандарты ONVIF и PSIA, и имеющиеследующее разрешение изображения: 360х288, 640х480, 720х576 пикселей (дляаналоговых камер стандарта PAL) и более высокие для цифровых IP камер. Приэтом скорость смены кадров варьируется в широких пределах, в зависимости отосновных задач системы, например, для охранных систем значение зачастуюравно 6 кадрам/сек. Максимальное количество для сигналов для стандарта PALсоставляет 25 кадров/с, а для стандарта NTSC - 30 кадров/с;Процессы внедрения IP-видеонаблюдения значительно облегчилопоявление стандартов и протоколов для сетевых камер и устройств, чтопозволило резко снизить затраты и упростить проектные решения.

Однако,существует и ряд трудностей, которые не преодолены до сих пор. Такпроизводители предлагают широкий выбор стандартов кодированиявидеоинформации, каждый из которых имеет разные параметры. Еще большеразличий – в протоколах потокового видео, форматах хранения записей и6видеоаналитике. Это приводит к трудностям функциональной совместимостиустройств, поставляемых различными производителями.Развитие IP-видеонаблюдения во многом зависит от качества сервиса иширины канала передачи данных. Внедрение нового кодека H.264 позволилолучше сжимать данные и не загружать канал.

Поэтому новые устройствапередачи данных все чаще поддерживают его. Вместе с тем, если необходимопередавать и хранить не только видеоинформацию, но и аудиозаписи, топриходится использовать контейнеры данных в стандартах MP4, MOV, 3GP, AVIи MPEG-2-TS, что снижает производительность каналов связи.Другим важным фактором современных систем видеонаблюдения сталанеобходимость глубокой обработки видеоинформации, которая позволилаавтоматизировать процессы визуального определения различных объектов,распознавания и прогнозирования возникновения критических ситуаций в зонеконтроля.

Это связано с огромным объемом информации, поступающей сомногих камер, обработать который операторы системы уже не в состоянии.Поэтому, в настоящее время, наблюдается бурный рост методов и алгоритмоввидеоаналитики, что в свою очередь привело к внедрению в аппаратнопрограммную архитектуру систем видеонаблюдения средств OLAP технологии[9].В данном разделе анализируются:- основные характеристики камер, используемых в системах видеонаблюдения;- различные структуры комплексов обработки и представлениявидеоинформации, в том числе с использованием методов видеоаналитики;- особенности систем видеонаблюдения за прибрежной акваторией, в том числе сиспользованием беспилотных летательных аппаратов.1.1 Характеристики камер, используемых в системах видеонаблюденияПо конструктивным особенностям камеры можно разделить на следующиетипы:7- модульная видеокамера или бескорпусное устройство в виде однослойнойпечатной платы (наиболее распространён размер 32×32 мм), котораяпредназначена для установки в термокожухи, полусферы и т.

п.;- минивидеокамера, это тип видеокамер в квадратных или цилиндрическихкорпусах, которые обычно применяемых как готовое изделие для установкивнутри помещений;- корпусная видеокамера (Box Camera), это наиболее распространённый формфактор устройств (превалирующее большинство устройств данного типапоставляется без объектива и кронштейна крепления, оставляя потребителювозможность наиболее гибкого конфигурирования конечного устройства);- купольная видеокамера (Dome Camera), корпус которой представляет собойполусферу или шар, прикреплённый к основанию (в таких камерах частоиспользуют объектив типа «рыбий глаз», обеспечивающий обзор пространствана 180 градусов в любом направлении по отношению к основанию);- управляемая поворотная видеокамера (PTZ Camera), представляющая собойкомбинированное устройство, состоящее из камеры, трансфокатора (блокнастройки фокуса) и поворотного устройства;- гиростабилизированная видеокамера, это камера, используемая на подвижныхобъектах с целью получения стабилизированного изображения.На рисунке 1.1.1 приведен вид купольной IP видеокамеры AddPac.Рис.

1.1.1PTZ-камера (Pan Tilt Zoom - камера) - это видеокамера, котораяавтоматически направляется в сторону наблюдаемого объекта с помощьюповоротного устройства. Благодаря специальным механическим/электроннымприводам PTZ-камеры могут вращаться, наклоняться и приближать картинку(изменять масштаб). PTZ-видеокамеры оснащены объективом с переменным8фокусным расстоянием. Благодаря поворотному устройству PTZ-камеры имеютширокий спектр обзора и способны осуществлять слежение за подвижнымобъектом на сцене.На рисунке 1.1.2 изображен внешний вид типовой PTZ камеры.Рис. 1.1.2Автоматическое слежение за объектом предполагает непрерывноесовмещение оптической оси видеокамеры с направлением на исследуемыйобъект, которое осуществляется приводами системы видеонаблюдения сиспользованием данных о координатах объекта, извлекаемых изпоследовательности кадров изображений. Обычно ошибка сопровождения недолжна превышать значений десятков угловых секунд.

При этом, часто системавидеосопровождения располагается на подвижном носителе.Типовая функциональная схема системы сопровождения содержитэлектрические приводы отработки заданных угловых положений рамоккарданного подвеса, с которым механически связана видеосистема, датчикиугловых положений рамок исполнительного устройства, вычислителя для оценкикоординат сопровождаемого объекта в заданной системе координатизображения.

В состав вычислителя также входит блок формированияуправления, как для приводов рамок карданного подвеса, так и, принеобходимости, для системы управления траекторией движения носителяплатформы видеосистемы.На рисунке 1.1.3 приведена типовая схема подвижной платформы, сустановленной на ней видеокамерой9Рис. 1.1.3Если система управления установлена на объекте, совершающем, какпоступательное, так и вращательное движение с большими угловымискоростями, то приходится использовать трехосный карданный подвес дляустановки видеокамеры.

В этом случае управление ориентацией оптической осидатчика осуществляется путем изменения углов поворота  ,  и  .На рисунке 1.1.4 представлена схема трехосного карданного подвеса сустановленным на нем видеокамерой.Рис. 1.1.4По типу выходного сигнала видеокамеры подразделяют на аналоговые ицифровые. Большинство цифровых камер передают сигнал по стандартнойкомпьютерной сети типа Ethernet — так называемые IP-камеры.По способу передачи данных видеокамеры делятся на проводные ибеспроводные. Последние имеют в своем составе передающее устройство иантенну. Беспроводными являются также цифровые IP-камеры, передающиеизображение по радиоканалу сети Wi-Fi.Оптическое устройство, предназначенное для фокусировки световогопотока на матрице видеокамеры, называется объективом.Объективы делятся на:10- монофокальные — объективы с постоянным фокусным расстоянием;- вариофокальные (трансфокаторы) — объективы с переменным фокуснымрасстоянием, изменяемым вручную или дистанционно.По способу управления диафрагмой объективы делятся на объективы сфиксированной диафрагмой и с управляемой диафрагмой.Чувствительность видеокамеры характеризуется минимальным отверстиемдиафрагмы (максимальным F-числом), дающим видеосигнал размаха 1 В натестовой таблице, освещённость которой 2000лк, с цветовой температурой3200оК.Минимальная освещенность (в характеристиках видеокамер этот параметрчасто указывают как чувствительность) — это наименьшая освещённость наобъекте, при которой видеокамера даёт распознаваемый сигнал, выражается влюксах на объекте.Динамический диапазон ПЗС-матрицы видеокамеры определяется какмаксимальный сигнал по отношению к среднеквадратичному значению фонаэкспозиции, то есть отношение тёмных и ярких объектов в пределах однойсцены.

Чем выше это отношение, тем более тёмные элементы видны на яркомобщем фоне кадра.Разрешающая способность цифровой видеокамеры измеряется, какправило, в пикселях. Это способность прибора раздельно наблюдать,фиксировать и (или) отображать рядом расположенные точки графическогообраза объекта. Измеряется числом раздельно отображаемых точек,приходящихся на дюйм поверхности кадра. Первое число — количество точек погоризонтали, второе — по вертикали.Разрешающая способность устройств обработки и отображения(аналоговой видеокамеры или монитора) видеоинформации определяется, какэто максимальное число линий, помещающихся в одном кадре монитора (ТVL —телевизионные линии).