Журнал ТЗ № 1 2020 |
  бюро находок  
  Где искать        
наши издания
наши анонсы






2020
№ 1
статьи



Журнал ТЗ № 1 2020



Раздел: Стоп-кадр
Тема:
Автор: Владимир ВОЛХОНСКИЙ, Ирина ПАСЕЧНАЯ, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики

Особенности визуализации изображений в системах ТВ-наблюдения

Количество телекамер (ТК) в современных системах ТВ-наблюдения (СТВН) составляет от единиц и десятков до сотен и тысяч, а в ряде случаев и до сотен тысяч. Это делает задачи организации эффективной работы операторов, зависящей от способов визуализации изображений, весьма сложными.
Правильная организация рабочего места оператора или операторов, на первый взгляд, достаточно простой вопрос, но его корректное решение весьма важно, как при проектировании, так и при эксплуатации СТВН. Различным аспектам этой задачи посвящено достаточно много интересных и полезных работ. Однако они либо не учитывают, либо учитывают не в полной мере некоторые особенности выбора основных параметров мониторов и режимов визуализации видеосигналов на них и физиологические особенности зрения операторов.

Рассмотрим ряд особенностей организации работы операторов СТВН, которые необходимо учитывать при выборе как количественного состава оборудования рабочих мест операторов, так и основных параметров мониторов, прежде всего таких как размер и разрешение. Делать это будем прежде всего с точки зрения возможности решения основных и наиболее типичных задач наблюдения, таких как мониторинг, обнаружение, наблюдение, распознавание, идентификация и инспектирование [1, 2].

При этом будем предполагать, что правильно решены этапы проектирования СТВН [2], предшествующие рассматриваемому, такие как нижеследующие.
1. Определены зоны на защищаемом объекте, требующие видеоконтроля средствами СТВН.
2. Сформулированы задачи наблюдения для этих зон, и тем самым задана плотность пикселей, позволяющая решать поставленные задачи наблюдения.
3. Выбраны зоны обзора телекамер (в частности, углы их обзора) для видеоконтроля зон, упомянутых в п. 1.
4. Определена разрешающая способность телекамер, обеспечивающая требуемую плотность пикселей в дальней части зоны обзора.

Также предполагаем, что потерями в разрешении при передаче видеосигналов от телекамеры и их преобразованиях (например, при сжатии) можно пренебречь.
Очевидно, что выбор размера и разрешения монитора зависит от решаемой задачи наблюдения и параметров видеосигнала. В свою очередь последние определяются параметрами камеры, прежде всего ее разрешением.
Наиболее часто используемый способ определения разрешения камеры основан на выборе требуемой плотности пикселей для разных задач наблюдения [2]. Однако даже при правильно выбранном разрешении камеры требуется правильный выбор разрешения монитора для того, чтобы не происходило потери информации, заложенной в исходном видеосигнале.
Выбор размеров и разрешения мониторов связан также с требованиями к изображению для различных задач наблюдения. А они определяют необходимые либо относительный размер изображения на экране [1], либо плотность пикселей, либо разрешение на объекте [2].
Рассмотрим подробнее вопрос выбора разрешения ТК и монитора и размера изображения на экране применительно к такому объекту наблюдения, как человек.

Относительный размер изображения на экране

Один из часто используемых способов рассматриваемого выбора заключается в задании относительного размера изображения человека на экране монитора для того или иного стандарта, например HD или VGA. Обычно для задач мониторинга и обнаружения требуется изображение человека, составляющее 5–10% от размера экрана, а для идентификации – 100% (т.е. лицо должно занимать от 15–20% размера экрана) и более.
Конечно, любые цифры будут существенно зависеть от условий освещенности, яркости и контрастности изображения объекта и фона и других характеристик и параметров. Рис. 1 иллюстрирует сказанное для стандартов VGA и PAL.

Разнообразие решаемых ТВ-системой задач весьма велико. Например, могут решаться задачи распознавания некоего предмета в руках человека. Тогда, чтобы распознать такой предмет, как мобильный телефон, который покупатель положил в карман, потребуются более высокая степень детализации по сравнению с таким предметом, как, например, портфель. Особенности выбора разрешения для подобных задач рассмотрены в [2].

Чтобы проиллюстрировать различия в терминологических формулировках задач ТВ- наблюдения в табл. 1, приведены значения относительных размеров изображения человека на экране монитора для разных задач наблюдения для стандарта PAL с разрешающей способностью по вертикали около 400 ТВЛ. А в табл. 2 – данные некоторых цифровых стандартов [3].


Если монитор имеет большее разрешение, например, HD, то относительный размер изображения объекта на экране для некоторых задач может быть взят другим (табл. 3) [4].

Эта таблица справедлива для мониторов одинакового вертикального размера с разным разрешением.
Практическое использование таблиц, приведенных выше, не очень удобно. Поэтому преобразуем табличное представление в наглядное графическое для разных размеров и разрешения мониторов.


Мониторы с разным разрешением и одинаковым размером

Рекомендации для этого случая, основанные на данных табл. 1, приведены на рис. 2 и иллюстрируют изображения на мониторах с разным разрешением и одинаковым размером по вертикали.

Видно, что для разных задач наблюдения требующих разного относительного размера и различной плотности пикселей критерии выбора относительного размера на экране различаются.
Так для задач наблюдения, требующих минимальной плотности пикселей (мониторинг и обнаружение), критерии выбора относительного размера на экране – это одинаковый видимый размер изображения объекта наблюдения на экране. Он соответствует одинаковому и относительному размеру, необходимому для этих задач – 5% и 10% соответственно.
В то же время для остальных задач (идентификация, распознавание и наблюдение) критерий становится другим – одинаковое количество пикселей на размер объекта (около 400) на разных мониторах. Относительный размер при этом различный. Однако степень детализации изображения остается приблизительно такой же во всех случаях.
Такая разница вполне объяснима. Прежде всего необходимо обнаружить объект, а для этого должны быть одинаковые условия наблюдения для оператора – один и тот же видимый размер изображения независимо от разрешения монитора.
Для других задач, требующих большей степени детализации, к примеру, для идентификации, условия уже другие. Объект либо уже обнаружен на бóльшей дальности, либо условия его обнаружения значительно лучше (на меньшей дальности и при большем видимом размере). Поэтому после обнаружения для его идентификации оператор должен внимательно рассмотреть объект, что требует определенной более высокой степени детализации – минимального разрешения, или, что то же самое, определенного количества пикселей, отображающих его. В таком случае можно учитывать и возможность масштабирования изображения – его электронного увеличения на экране при сохранении требуемого качества изображения (а такая функция в настоящее время обычно имеется).

Экраны с разным разрешением и разным размером

В таком случае (рис. 3) для всех мониторов требуется одинаковый видимый размер изображения с одинаковым разрешением (количеством пикселей на размер фигуры).

Относительный размер при этом будет различным, видимый – приблизительно одинаковым. Одинаковым будет и количество пикселей, приходящихся на размер объекта.


Экраны с одинаковым разрешением и разным размером

Для визуализации на экранах с одинаковым разрешением и разным размером критерии будут различными для разных задач наблюдения (рис. 4).

Для обнаружения и мониторинга – так же, как и в предыдущих случаях, это одинаковый видимый размер объекта. Относительный при этом разный.
А для остальных задач, требующих большей детализации (идентификация, распознавание и частично наблюдение) – одинаковое разрешение (количество пикселей на размер объекта). Видимый размер изображения при этом будет различным при близких относительных.

Рекомендации

Учитывая вышесказанное при выборе размера монитора и его разрешения следует руководствоваться нижеследующими рекомендациями. Для задач наблюдения, требующих минимальной плотности пикселей (мониторинг и обнаружение) критерий выбора размера на экране – это определённый видимый размер изображения объекта наблюдения на экране (рис. 2-4). Относительный размер при этом может быть различным.
Для задач, требующих большей степени детализации (идентификация, распознавание и наблюдение) – одинаковое разрешение, т.е. количество пикселей на размер объекта. Видимый размер при этом будет различным при близких относительных.
Рассмотренное выше относится к случаю наблюдения оператором. Для работы алгоритмов видеоаналитики основное требование всегда одно и то же – разрешение в видеосигнале, заданное количество пикселей, приходящихся на размер объекта наблюдения или его критического элемента.

Мультиэкранные режимы отображения

Требования к СТВН по выполнению определённых задач наблюдения диктуют требования и ограничения к многоэкранным (несколько мониторов) и мультиэкранным (несколько изображений на одном мониторе) режимам визуализации этих видеосигналов.


Рассмотрим дополнительные особенности, связанные как непосредственно с визуализацией видеоинформации, так и с возможность решения задач наблюдения. В первую очередь это касается мультиэкранных режимов, использование которых может оказывать непосредственное влияние на возможность решения задач наблюдения.


Количество контролируемых изображений

Необходимость работы оператора с несколькими мониторами одновременно (особенно с большим количеством изображений на каждом из них) накладывает дополнительные ограничения. Строгих аналитических оценок в такой задаче сделать практически невозможно. Остается известный путь экспертных и статистических оценок.
В одном из известных исследований [5] приводятся такие данные. Ставилась задача обнаружить человека, отличительным признаком которого являлось наличие зонта, операторами, контролирующими 1, 4, 6 и 9 мониторов.
Было установлено экспериментальным путем, что операторы могут решить такую задачу с вероятностью 85%, 74%, 58% и 53% соответственно. Значительно хуже операторы обнаруживали искомый объект наблюдения в глубине кадра и, как и ожидалось, при бóльшем числе мониторов.
Это подтверждает то, что с точки зрения надежности обнаружения объектов или событий количество мониторов или изображений на одного оператора надо по-возможности уменьшать.
С другой точки зрения с учетом экономических ограничений (даже разумных, которые всегда есть и будут) целесообразно использовать мультиэкранные режимы визуализации с учетом возможного снижения надежности обнаружения объектов и событий.
Особенности визуализации при просмотре оператором в реальном времени Мультиэкранный режим весьма популярен на практике, что легко объясняется экономией на количестве мониторов. Так при часто используемом режиме 1:16 (16 изображений на одном экране) или, что обычно то же самое, 4х4 (по четыре ряда с четырьмя изображениями в каждом) необходим один монитор вместо 16-ти.

Однако говоря об особенностях мультиэкранного отображения прежде всего необходимо подчеркнуть, что практически все сказанное выше относится и к мультиэкранному отображению. А точнее – к размерам и разрешению той части монитора, на которой отображается видеосигнал от отдельной камеры. Причина потенциальных проблем и потери эффективности наблюдения заключаются в том, что, во-первых, уменьшается разрешение видеоизображения и, во-вторых, уменьшается видимый размер изображения человека. Так в упомянутом примере визуализации в режиме 1:16 линейное разрешение падает в 4 раза, а количество пикселей в изображении в 16 раз.
Поясним дополнительные специфические особенности визуализации в мультиэкранном режиме с точки зрения решения задач наблюдения.
Режим визуализации 2 х 2 или, что то же самое 1:4 (четыре «экрана» в одном), показан на рис. 5, б.
Для сравнения: рис. 5, а иллюстрирует полноэкранный режим с рассмотренными выше рекомендациями по относительному размеру изображения в процентах.
Видно, что использование режима квадратора приводит к уменьшению видимых размеров изображений человека на экране монитора вдвое с одновременным двукратным снижением линейного разрешения. Это означает невыполнение рекомендаций табл. 2.1 и, как следствие, снижение дальности решения задач наблюдения в два раза.
Аналогичная ситуация происходит с режимом визуализации 4 х 4 (1:16) – до 16 изображений на одном экране с размерами, составляющими ¼ от полного изображения (рис. 6). Размер фигуры, соответствующий размеру для обнаружения на полном экране, уменьшается в 4 раза с соответствующим уменьшением количества пикселей, отображающих объект – уменьшение разрешения в 4 раза.
Поэтому будет ппроисходить потеря возможности оператором обнаруживать объект на заданной дальности. Поскольку количество пикселей падает в 4 раза, то и дальность обнаружения уменьшается в 4 раза.

Особенности визуализации при просмотре видеозаписи При просмотре видеозаписи оператор может выбрать любой режим отображения от одной интересующей его камеры, в том числе и полноэкранный. А также, если позволяет разрешение исходного сигнала, применить электронной увеличение изображения. Значит проблемы снижения дальности обнаружения и других задач обычно не будет.
Однако при необходимости одновременного просмотра изображений от нескольких телекамер сказанное выше остается в силе.

Особенности использования видеозаписи при автоматизированном анализе Для задач автоматического и автоматизированного анализа видеоизображений (которые рассматриваются подробно в [2]) необходимо сформировать изображение в соответствии с заданной разработчиками программного обеспечения плотностью пикселей. Надо подчеркнуть, что речь идет именно об изображении, используемом для анализа, а не сформированным камерой. Так, например, если для автоматизированного анализа использовать видеозапись изображения, сформированного камерой с необходимой плотностью пикселей, но записанное с меньшей плотностью пикселей, его детализация может быть недостаточной для решения поставленной задачи обнаружения в автоматическом режиме.
Таким образом, для корректного решения задач наблюдения важно учитывать все особенности поставленной задачи наблюдения и защищаемого объекта.

Литература
1.BS EN 50132-7:1996 Alarm systems — CCTV surveillance systems for use in security applications. Рart 7: Application guidelines. – June 1996. – 20 р.
2. Волхонский В.В. Системы телевизионного наблюдения. Основы проектирования и применения. – М.: Горячая линия-Телеком, 2020. – 387 с.
3. Cohen N., Gattuso J., MacLennan-Brown K. CCTV Operational Requirements Manual. Home Office Scientific Development Branch Sandridge. – United Kingdom, 2009. – No. 28/09. – 62 р.
4. Planning, design, installation and operation of CCTV surveillance systems code of practice and associated guidance. – BSIA: July 2014. – Iss. 4. – 60 p.
5. Dr Craig Donald. Using large display screens for effective CCTV surveillance https://www.securitysa.com/8834a (дата обращения: 24.09.19).

Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru

Рады сообщить нашим читателям, что теперь нашем сайте работает модуль обратной связи. Нам важна ваша оценка наших публикаций! Также вы можете задавать свои вопросы.Наши авторы обязательно ответят на них.
Ждем ваших оценок, вопросов и комментариев!
Добавить комментарий или задать вопрос

Правила комментирования статей

Версия для печати

Средняя оценка этой статьи: 0  (голосов: 0)
Ваша оценка:

назад
|

Axis представляет сетевой радар для точного обнаружения вторжений в контролируемых зонах
Компания Axis дополняет свой обширный портфель продукции сетевыми радарами. Радарные датчики вторжения не реагируют на многие распространенные сигналы, которые приводят к ложным срабатываниям, и легко устанавливаются и интегрируются в существующие системы.



Новинка от компании IDIS: 5Мп IP-видеокамера DC-T3533HRX
Тенденции развития индустрии IP-видеонаблюдения демонстрируют погоню производителей за увеличением разрешающей способности видеокамер. При этом часто оказывается так, что озвучиваемые цифры в 4, 9, 12 и даже 20 мегапикселей оказываются несопоставимыми с физическими размерами сенсоров, используемых в этих камерах. Поэтому подобные разрешения реализуются лишь на уровне соответствующих цифр в настройках камеры и не приводят к какому-либо улучшению изображения.



IBM меняет представление о передаче и хранении видео. Впервые на All-over-IP 2017!
Сравните ваш взгляд на интеллектуальное видеонаблюдение с мнением руководителей корпорации IBM на 10-м форуме All-over-IP 2017.



Реклама
Подписка на новости
Имя
E-mail
Анти-спам код
Copyright © 2008 —2017 «Технологии защиты».