http://www.nadomnik.by.ru/


Аспекты технического зрения

Сергей Бычков

Во многих современных научно-технических задачах основную часть исходных данных составляют изображения изучаемых объектов или явлений. Ручной (визуально-инструментальный) подход к решению подобных задач наталкивается на определенные трудности, которые обусловлены большими объемами обрабатываемых данных и ограниченными возможностями зрительного восприятия человека. Перспективным способом преодоления этих трудностей является автоматизация обработки изображений, позволяющая существенно сократить объемы рутинных и трудоемких работ по распознаванию используемых изображений, повысить объективность обнаружения используемых визуальных признаков изучаемых объектов, представлять исходные данные и результаты обработки в форме, наиболее удобной для зрительного восприятия человека. Поисковый характер современных работ по обработке изображений, и в частности, изображений, требует проведения научных исследований по анализу и классификации существующих и разработке новых моделей сигналов, методов и алгоритмов обработки изображений.

Такие работы интенсивно ведутся фирмами NEC, Nippon elektrik, Sony, но проблема автоматизации обработки изображений еще далека от окончательного решения. Применять для обработки изображения, как это было принято до сих пор, специализированные вычислительные средства в настоящее время стало невыгодно с экономической точки зрения, ввиду развития (относительно дешевых) универсальных вычислительных машин РС на базе процессоров intel P4, имеющих в своем реестре команды SSE2 (одна команда, много данных). Класс этих машин, несмотря на ограничительные вычислительные ресурсы, удобен для проведения исследовательских работ, благодаря доступности широкому кругу пользователей, возможности стандартного подключения специализированных устройств (USB) ввода-вывода изображения, возможности организовать диалоговый режим работы. Использование в качестве основы для создания автоматизированных систем обработки изображения и баз данных программно совместимых снизу-вверх на основе семейства малых машин (РС) позволяет максимально унифицировать программные и технические средства, а также ускорит внедрение программ. Это обстоятельство выдвигает в ряд наиболее важных проблем при создании автоматизированной охранно-информационной системы проблему разработки методов и алгоритмов обработки изображений, допускающих программную реализацию на основе персональных ЭВМ. Актуальность проблемы определяется следующими факторами: практической значимостью исследований в области создания методов и алгоритмов автоматизированной обработки изображений для нужд охранных организаций, установления личности по лицевым особенностям человека, являющимся одним из приоритетных направлений оперативно-розыскной деятельности охранных организаций, открывающих возможность быстрого расследования преступлений. Тем не менее, успешное использование визуальной информации в охранных организациях затруднено двумя обстоятельствами: несовершенством ручной технологии обработки (в первую очередь, кодирования) и разобщенностью оперативно-розыскного и оперативно-справочного учетов. В частности, проверка изображений лица человека по оперативно-справочным массивам во многих случаях вообще невозможна, так как требует длительного, до нескольких месяцев, поиска.

Многочисленные попытки усовершенствовать способы ручной обработки, предпринятые в разных странах, закончились неудачей. Основные работы по данной тематике были проведены в США с привлечением специалистов из ведущих японских фирм, занимающихся техническим зрением. В деятельности полиции США, Японии и некоторых других стран в последнее время нашла применение автоматизированная идентификационная система (АИС) фирмы NEC (Япония). Внедрение АИС в деятельность охранных организаций позволило поднять на качественно более высокий уровень работу. Уже на первой стадии освоения системы в департаменте юстиции штата Калифорния производительность труда сотрудников возросла на 300-400%, что позволило получить значительную прибыль. Данный аспект делает актуальной проблему внедрения АИС, что позволит существенно повысить эффективность сбора и использования визуальной информации для решения задач, стоящих перед охранными организациями. Так же хотелось бы акцентировать внимание на организации единого справочного учета, что позволит улучшить радикально техническую обработку видеоинформации для повышения точности и полноты выдаваемых сведений и резкого увеличения производительности в охранных организациях.

От теории к практике

1

Для охраны мобильных или стационарных объектов от несанкционированного проникновения широко применяются технические средства, основанные на различных физических и функциональных принципах. Наиболее перспективными являются системы охраны, основанные на неконтактных принципах селекции несанкционированного проникновения. Такие системы охраны строятся по принципу как активных, так и пассивных. Контакт с объектом проникновения осуществляется посредством электромагнитных волн различного диапазона. Широко используются диапазоны волн ДМВ и СМВ в оптической дальней, ближней инфракрасной и видимой части спектра.

Системы охраны, работающие в диапазоне ДМВ и СМВ, в силу невозможности на сегодняшний день создания низкоуровневых приемников, строятся по принципу активных. В состав таких систем входят: излучатель, создающий необходимый уровень для работы современных приемников, и само приемное устройство, выполняющее функции селекции несанкционированного проникновения. В силу используемого принципа такие системы демаскируют охраняемый объект и легко нейтрализуются.

Системы охраны, работающие в дальней и ближней инфракрасной части и видимой части спектра, в основном, строятся по принципу пассивных. В состав таких систем входят: приемник, выполняющий функции преобразователя, свет-сигнал селектора несанкционированных проникновений и т.д. Преимущество таких систем охраны очевидно: не демаскируют охраняемый объект, не требуют времени на развертывание при изменении контролируемой площадки(периметра), сложны в нейтрализации и т.д.

Назначение

ТСНО-телевизионная система наблюдения и обнаружения предназначена для селекции объектов по заданным признакам и передачи на расстояние по каналам связи оптических изображений при помощи специальных средств приема, преобразования, передачи, запоминания и воспроизведения изображений объекта наблюдения. Под телевизионной системой понимают совокупность телевизионной аппаратуры от света до света.

Основные принципы

Принцип работы ТСНО состоит в следующем. Распределение яркости объекта наблюдения (таблица 1) преобразуется в оптическое изображение и фокусируется оптико-механическим устройством на входном элементе преобразователя "свет-сигнал". Световая энергия преобразуется в электрический ток, напряжение (в зависимости от типа) пропорционально распределению освещенности оптического изображения. Полученный электрический сигнал усиливается, при необходимости подвергается различным видам коррекции (противошумовой, апертурной, градационной и др.), а затем в него вводятся вспомогательные управляющие импульсы (гасящие, синхронизирующие и др.). Подобной структуры электрический сигнал, включающий в себя сигнал изображения и управляющие импульсы, называется полным телевизионным сигналом (ПТС).

Максимальная частота ПТС определяется формулой 1 (рис.1):

1

где р - коэффициент, учитывающий возможное сокращение полосы частот (обычно равен 0.75-0.85);

к - формат кадра(4:3);

z=z(1-Tx) - число строк в растре;

z - стандартное число строк (625);

n - число передаваемых кадров в секунду (таблица 2);

Tx и Ty - относительное время обратного хода строчной и кадровой разверток.

Уменьшение количества передаваемых кадров при той же разрешающей способности позволяет передавать ПТС не только по радиокабелю, но и по телефонной линии связи. Кроме этого, за счет повышения времени накопления световой энергии в преобразователе, свет-сигнал позволит понизить нижний порог работы ТСНО и отказаться от очень ненадежной и дорогой подсветки лазером (другие источники для большего расстояния не приемлемы).

Масштаб объекта выбирается так, чтобы наименьшая из интересующих деталей объекта распознавалась достаточно легко. Условие распознаваемости деталей размером А можно записать так:

Р=А*М

где М - число различимых элементов в направлении поперек строк, приходящихся на 1 мм линейного размера;

Р - экспериментально установленное число различимых элементов, приходящихся на линейный размер объекта.

С учетом фокусного расстояния объектива, расстояния до телекамеры и размеров преобразователя, свет-сигнал записывается формулой 2 (рис.1):

где А - размер объекта наблюдения;

f - фокусное расстояние объектива;

s - расстояние до телекамеры;

H - размер растра монитора (например, 800х600);

h - размер преобразователя свет-сигнал.

Для определения оптимального количества передаваемых кадров снимаемого сюжета наиболее правильно взять за основу отношение времени, за которое систематически происходит полное изменение сюжета, к периоду кадра или отношение скорости изменения передаваемой информации к скорости смены кадра, формула 3 (рис.1).

По формуле 3 представляется возможным оценить временное разрешение ТСНО. При А>1 ТСНО работает в многокадровом режиме, а при А<1 в малокадровом режиме.

Для реализации вышеперечисленных требований было разработано программное обеспечение, которое совместно со стандартным персональным компьютером и периферией (рис. 2) обеспечивает функции ТСНО. Данная ТСНО обеспечивает одновременную работу с пятью камерами, предотвращает несанкционированный проход на охраняемый периметр, производит идентификацию объекта вторжения по заранее запрограммированным признакам, осуществляет передачу по каналу Интернет стоп-кадра, фиксирующего несанкционированное вторжение на охраняемый объект.

Системные требования

Технические средства должны отвечать следующим требованиям:

  • системный блок на основе процессора iP4;

  • монитор SVGA;

  • видеопамять не менее 4 Мб;

  • ОЗУ объемом не менее 512 Мб;

  • НЖМД свободный объем 20 Мб;

  • НГМД 1.44 Мб;

  • клавиатура;

  • стандартная мышь;

  • USB-контроллер вер. 2.0;

  • 5 цифровых видеокамер с USВ-интерфейсом;

  • модем со скоростью передачи 56 Кб.

    Выводы

    Хотелось бы сделать акцент на тех преимуществах, которые предоставляет схема ТСНО, реализованная на РС (рис. 2), по сравнению с традиционными схемным решением на базе специализированных процессоров.

    Возможность гибкой перестройки системы под конкретный сюжет (организовать черный и белый список), что повышает эффективность автоматического обнаружения несанкционированного вторжения и повышает защиту от ложных срабатываний.

    Возможность использовать для передачи информации об обнаружении несанкционированного проникновения существующие сети, например, Интернет, что резко снижает стоимость строительства ТСНО.

    Источник: "Терабайт", http://www.comprice.ru

     


  • Copyright © "Internet Zone", http://www.izcity.com/, info@izcity.com