18 августа 2000
Видеодетектор движения. Реальность и перспективы.
Видеодетектор движения.
Реальность и перспективы.
Видеодетектор движения (ВДД)
это единственное устройство в телевизионных
системах наблюдения (ТСН), позволяющее
автоматически оценивать изменение визуальной
обстановки на объектах, просматриваемых
телевизионными камерами. Как правило, ВДД
используется для оповещения о появлении
движущихся объектов в охраняемой зоне, при этом
видеосигнал тревожной камеры по команде с ВДД
подаётся на главный монитор и на видеозапись.
Дополнительно ВДД подчёркивает
возникшие изменения в изображении, например,
путём повышения контраста, цветовой
насыщенности или мерцанием фрагмента, в
простейшем случае зона обнаружения движения
очерчивается рамкой. Это акцентирует внимание
охранника, которому остаётся только принять меры
адекватные ситуации.
Принцип работы ВДД основан на
сопоставительном анализе изображений
«текущего» кадра и «предшествующего»,
занесённого в кадровую память. Анализу, как
правило, подвергаются специально выделенные
участки изображения, при этом производится
селекция объектов по линейным размерам и
пространственно-временная селекция, то есть
селекция по скорости и направлению движения.
Основным параметром в процессе
сравнения является чувствительность - изменение
в элементе изображения не превышающие заданного
порога считаются несущественными (шумом). Все эти
алгоритмические ухищрения направлены на
устранение ложных срабатываний, то есть
игнорирование движений, обусловленных
глобальным изменением освещённости, вибрацией
самой камеры, двигающейся тенью от облаков,
качающихся на ветру веток, пролетающих птиц,
бегающих собак, кошек, мышек, и так далее. Таким
образом, ВДД должен реагировать только на
движение тех объектов, параметры которых
задаются при установке и настройке прибора. Как
правило - на человека.
Судя по рекламе, ВДД практически всех
фирм предоставляют в этом плане широкие
возможности. Однако, как показывает анализ
инструкций по настройке ВДД, все они старательно
вгоняют потребителя в стандартные ситуации, для
которых наиболее чётко отлажены алгоритмы
представляемой модели прибора. Величина зоны
оговаривается и, как правило, должна быть в
десять раз больше регистрируемого объекта.
Фиксируемые расстояния смещения объектов на
экране не более трёх и также оговариваются
инструкцией.
Во многих инструкциях нет чётких
критериев по установке чувствительности в зонах,
а представленные рекомендации увязки
чувствительности с исходным контрастом
изображения и уровнем флюктуационных движений
фона не конкретны и мало убедительны. Всё это
выливается в «головную боль» регулировщика при
установке ВДД, особенно если он делает это
впервые и не обладает достаточной квалификацией
в области ТВ техники.
Откровенно говоря, практика
показывает, что от любого видеодетектора можно
получить хорошие результаты, если визуальную
обстановку на объекте подогнать под заложенные в
него алгоритмы регистрации движения. И только
тогда. Вопрос в том, потребуется ли для этого
установить дополнительные стены и отловить всех
птиц в городе, либо потребуется вырубить деревья,
тень от которых попадает на самый интересный
участок. Чем больше параметров настройки у
видеодетектора, тем шире возможный диапазон его
применения. Однако, если для настройки ВДД
необходимо произвести множество тестовых
iенарушенийlр для каждого из 2794-х возможных
вариантов настройки - такой детектор тоже не
обрадует пользователя.
Возможных вариаций здесь не много, но
они есть. Так, признак "направления
движения", имеющийся даже в "детекторах
активности" встроенных в мультиплексоры
«PHILIPS» уже решает множество проблем. Прежде
всего, следует ограничить число контролируемых
зон, не более двух на ТВ камеру, чтобы не работать
с мелкими объектами, как правило, обладающими
низким контрастом.
Далее, выбрать положение ТВ камеры и
угол поля зрения таким образом, чтобы
минимальные размеры ожидаемого объекта
укладывались в те размеры цели, которые
оговорены в инструкции на ВДД. Кроме того,
желательно, чтобы перемещение цели происходило
преимущественно перпендикулярно направлению
линии визирования камеры. В противном случае,
особенно на широких полях зрения, будут резко
меняться размеры объекта, и это существенно
затруднит настройку алгоритма селекции по
размерам.
Отсюда же следует, что обнаружение
движения на встречных к ТВ камере курсах лучше
всего производить с использованием
длиннофокусной оптики, в этом случае и размеры
движущего объекта за время его регистрации
детектором меняются незначительно, да и времени
для устойчивого срабатывания алгоритма будет
предостаточно. Выбор и установку
чувствительности в зонах обнаружения движения
лучше всего производить на полунатурном
моделировании, то есть уже на установленной ТВ
камере.
Сначала следует определить
минимальную чувствительность, при которой
обнаруживается реакция ВДД на флюктуационные
движения фона, затем ввести в зону
предполагаемый объект и зафиксировать
минимальную чувствительность его обнаружения.
Окончательно чувствительность в зоне лучше
всего установить ниже чувствительности
флуктуаций фона на одну треть интервала между
минимальными величинами чувствительностей ВДД к
объекту и фону.
Такой выбор порога чувствительности
минимизирует количество «ложных тревог» и
пропусков срабатывания ВДД при появлении цели,
менее контрастной, чем тестовый объект. Следует
отметить, что во всех современных моделях ВДД
отсутствуют возможности ограничения размеров
регистрируемых объектов сверху. Эти ограничения
накладываются только при задании внешних
условий, позволяющих исключить реакции
детектора на изменения освещённости на четверти
или более площади зоны.
Бедность представляемых, в этом
плане, алгоритмов связана с тем, что селекция по
линейным размерам на экране монитора не отражает
соотношения истинных размеров регистрируемых
целей. И птица, и человек на экране могут
оказаться одних размеров и отличить их друг от
друга можно, если каждому из них предписать ещё
один параметр Њ дальность. И вот здесь
открывается перспектива дальнейшего развития
видеодетекторов движения. Известно, что в
военных приложениях в ТВ средствах обнаружения
широко используют алгоритмы селекции целей по
угловым размерам, при этом обрабатываются два
изображения, полученные от стереопары, то есть от
двух, разнесённых в пространстве ТВ камер.
Селекцию производят только для
движущихся целей, которые обнаруживаются на
изображении специальными алгоритмами. Особенно
интересным представляется алгоритм оценивания
координатных смещений путём приписывания каждой
точке изображения вектора координатного
смещения. Фактически, осуществляется операция
преобразования пары сопоставляемых изображений
«текущего» и «предшествующего» во вторичное
изображение поля скоростей. То есть в отсутствии
движения в поле скоростей будут нулевые отсчеты.
Представление изображения в виде
поля скоростей (или смещений) удобно для
последующей сегментации целей по признаку
движения, определения суммарного вектора
направления движения цели и других полезных
параметров. Последующая совместная обработка
сегментированных изображений стереопары
позволяет отселектировать цели по угловым
размерам. Реализация приведенных выше
алгоритмов требует от устройств обработки
видеоинформации большой вычислительной
производительности и нам неизвестно, ведутся ли
работы по использованию этих алгоритмов в
детекторах движения для ТВ систем охраны.
Современные технологии построения
электронных приборов, скорее всего, уже
позволяют внедрить такие реализации в технику
охраны. Это значительно упростило бы регулировку
и настройку ВДД и избавило от головной боли как
инсталляторов, так и поставщиков оборудования,
которым часто приходится слышать нарекания со
стороны служб охраны на большое количество
ложных срабатываний ВДД.
Н.Е. Уваров
Источник:
http://www.bezopasnost.ru/bezopasnost/pdf/News26.pdf
