| Автор: Владимир ВОЛХОНСКИЙ, д.т.н., Артём МУРАТОВ, Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет | |
Специфика использования мультимодульных телевизионных камер | |
 В последние годы среди разнообразных по конструктивному
исполнению и функциональным характеристикам телевизионных камер (ТК) всё более широкое распространение получают
так называемые мультимодульные (МТК) и панорамные телевизионные камеры (ПТК). Если об основных преимуществах и
вариантах их использования пишут (по крайней мере, производители) достаточно много, то о недостатках и особенностях
их использования – значительно меньше. В этой статье рассматриваются некоторые вопросы специфики использования
мультимодульных телекамер.
Поскольку в настоящее время используются разные термины для названий таких ТК, прежде всего, определимся с терминологией. Под мультимодульными камерами будем понимать ТК, имеющие в одном корпусе несколько модулей. Модулем будем называть конструктивно связанные объектив, матрицу и схему обработки видеосигнала, либо объектив и матрицу. С этой точки зрения мультимодульные камеры в разных источниках называют также многомодульными, мультисенсорными, мультиматричными. А термином панорамные телекамеры будем называть ТК, способные формировать изображение в широком (по вертикали и / или горизонтали) угле обзора. Таким образом, общее для всех панорамных ТК – это наличие сверхширокого угла обзора, начиная от 100–120o, а чаще 180o и более. При этом мультимодульная телекамера может быть и панорамной. А панорамные камеры могут быть как мультимодульными, так и одноматричными. Мультимодульные ТК бывают: Строго говоря, принципиальной разницы между мультимодульными однонаправленными и многонаправленными камерами нет. Обычно однонаправленная камера имеет фиксированное положение модулей, обеспечивающее панорамное изображение, точно «сшитое» из изображений от отдельных модулей. А если и есть регулировка, например, угла наклона, то она едина для всех модулей. В то время как в многонаправленной камере модули можно независимо ориентировать в определенных пределах в разных направлениях, а также регулировать фокусное расстояние в соответствии с решаемой задачей наблюдения. В частном случае можно сориентировать модули так, чтобы получить непрерывное панорамное изображение почти такое же, как и в однонаправленной
камере. Однако в последней может достигаться бóльшая степень равномерности
характеристик частей полного изображения – практически не видно, что оно
составлено из отдельных частей.
Мультимодульные ТК состоят из нескольких модулей «камера-объектив» с конструктивными элементами, обеспечивающими регулировку их положения и угла обзора, установленных в одном корпусе. В таких устройствах каждая из телекамер формирует отдельное изображение, что позволяет в итоге получить панорамное изображение или несколько частей панорамного изображения. МТК могут иметь ряд конструктивных особенностей, от которых зависят функциональные характеристики, определяющие возможность решения тех или иных задач наблюдения для разных объектов. В первую очередь, это касается наличия регулировок основных параметров установки камер, в частности, углов поворота, наклона и обзора. С точки зрения возможности регулировки зоны обзора модули в МТК могут
быть:
Отметим основные преимущества и недостатки МТК.
Важное преимущество мультимодульных однонаправленных панорамных телекамер – это точная стыковка видеоизображений, формируемых отдельными модулями камеры, как по размеру, так и параметрам изображения. Как результат, оператору видеонаблюдения проще ориентироваться при перемещении объекта наблюдения в пределах зоны наблюдения. Еще одним критерием выбора в пользу МТК может служить принципиальная
невозможность устанавливать несколько камер в разных местах. Здесь имеется
в виду, к примеру, отсутствие каких-либо конструктивных элементов, на которые
возможно установить камеры. Пример подобной задачи – установка телекамер на
станциях метро арочного типа, когда пути и перроны находятся в едином объеме,
и установка телекамер возможна лишь на стенах или высоком потолке. В таком
случае выходом из положения может служить установка одной или нескольких
стоек на перроне для телекамер или установка МТК на торцевых стенах.
С точки зрения формирования видеоизображения требуемого качества в разных условиях эксплуатации следует учитывать нижеследующее. Во-первых, нужно иметь в виду основные критерии, которые должны использоваться при установке камер ТВ-наблюдения [1]. Например, формирование зоны обзора, соответствующей по форме требуемой зоне наблюдения. Установка мультимодульной ТК в одной точке далеко не всегда позволяет выполнить требуемые критерии установки телекамер для всех зон обзора. Во-вторых, далеко не всегда целесообразно для контроля широкой зоны наблюдения устанавливать МТК или несколько телевизионных камер в одном месте. Причин может быть несколько. Прежде всего, это невозможность обеспечить нужный ракурс для одной или различных частей общей зоны видеоконтроля из одного места (из одной точки установки МТК). В этом случае расстояния до требуемых частей зоны наблюдения от места установки панорамной камеры будут различными и, следовательно, при одинаковых параметрах объективов и одинаковых матрицах распределение плотности пикселей по зоне может существенно отличаться. Другая причина – условия освещенности, а именно возможность засветки объективов солнечным светом или фарами автомашин. В-третьих, недостатком панорамных камер по сравнению с несколькими обычными может являться сложность выравнивания плотности пикселей по зоне видеоконтроля (прежде всего, по дальности), т.е. обеспечение равномерности формируемых изображений объектов наблюдения, как по размеру, так и по информативности. Таким образом, при принятии решения о необходимости применения панорамных камер нужно учитывать вышесказанное. Ниже обсуждаются некоторые
особенности применения таких устройств.
Рассмотрим некоторые особенности применения МТК. Поскольку МТК представляет собой фактически несколько ТК, объединенных в одном корпусе, то имеет смысл сравнить их, прежде всего, со случаем использования нескольких отдельных телекамер. Для сравнения необходимо сформулировать критерии, по которым оно будет выполняться. Выберем их из общего списка критериев выбора параметров установки ТК [1], т.е. места и высоты установки, углов наклона, поворота и обзора. Очевидно, что основной критерий – это решение требуемой задачи наблюдения: обнаружения с последующим мониторингом, наблюдения, распознавания
и идентификации. Для этого нужно обеспечить необходимую для решения
этих задач плотность пикселей (ПП) по всей зоне наблюдения, определяемую
требуемой степенью детализации видеоизображения.
Конечно, перечисленные критерии не единственные, надо учитывать также отсутствие или минимизацию теневых зон, создаваемых различными предметами, находящимися в зоне наблюдения и закрывающими ее часть; минимизацию искажений формируемого видеоизображения объектов наблюдения; минимизацию эффекта загораживания одних объектов наблюдения другими; защищенность телекамер от влияния различных воздействий (погодных, механических и др.); отсутствие засветки телекамер (фоновой и различными источниками). Также будут влиять и параметры объективов, размеры матриц и другие параметры, рассмотренные, к примеру, в [5]. Если говорить о возможных практических применениях МТК, то очевидно, что возможно большое разнообразие задач, зависящих от конструктивно-планировочных особенностей объектов, в которых может быть целесообразно использование МТК. Рассмотрим несколько примеров организации видеоконтроля
протяженной зоны с учетом перечисленных выше критериев,
которые могут иметь место на практике.
Под протяженной зоной наблюдения (ПЗН) будем понимать зону, в пределах которой невозможно с использованием одной камеры выполнение вышеупомянутых критериев, в первую очередь, по плотности пикселей. Примерами таких зон могут служить перроны односводчатых станций метрополитена, автостоянки, улицы и другие подобные объекты, один из линейных размеров которой существенно превышает другой. Телевизионный контроль такой зоны может осуществляться
несколькими способами в зависимости от выбранных критериев. В известной степени такая задача близка к задаче
видеоконтроля протяженного периметра.
В таком случае при традиционном подходе с использованием нескольких ТК они устанавливаются сбоку зоны и направлены перпендикулярно ей [1,6]. Следовательно, необходимы конструкционные элементы для установки каждой отдельной ТК. Использование МТК помогут упростить эту задачу. Одна МТК позволяет эффективно контролировать достаточно протяженный участок зоны (рис. 1). Кривые на графике иллюстрируют характер изменения ПП вдоль дальней границы ПЗН. | |
 Выбор углов обзора модулей МТК и расстояния от ПЗН определяется требуемой плотностью пикселей, необходимой для решения поставленной задачи наблюдения. В отличие от традиционного подхода к обзору разных участков
ПЗН, направление обзора будет различным, что может быть
недопустимым для некоторых задач наблюдения, например,
распознавания или идентификации. Выполнение критерия
равномерной ПП, т.е. минимизации разности максимальной
и минимальной ПП, требует сужения углов обзора модулей
МТК, направленных в сторону, или увеличения разрешения
их матриц.
В отличие от предыдущего случая, традиционный подход в этом примере предполагает последовательную установку отдельных ТК. Однако при отсутствии конструктивных элементов для установки ТК, например, столбов, возникает необходимость установки в одном месте нескольких ТК (рис. 2) или одной МТК (рис.3). | |
 | |
 | |
Требование обеспечения минимальной ПП и равномерности ПП вдоль ПЗН
приводит к необходимости сужения углов обзора модулей МТК, направленных
в дальние части ПЗН.
| |
 Может возникнуть ситуация, когда разрешения модулей МТК недостаточно для обеспечения минимально требуемой плотности пикселей, к примеру, для перекрытия более широкой зоны. В таком случае можно использовать компоновку зон обзора модулей МТК, в том числе и с использованием нескольких МТК, показанную на рис. 5. | |
 Подобная идея лежит в основе МТК [6], обеспечивающих достаточно высокую
ПП и ее равномерность вдоль зоны обзора. Кроме того, в таких МТК возможно
формирование зон обзора разной конфигурации со «сшитым» изображением.
Возможно, что рассмотренные ситуации не в полной мере отвечают конструктивным и функциональным возможностям МТК, выпускаемых в настоящее
время. Например, диапазона регулировки угла обзора модулей может оказаться
недостаточно. Тогда потребуется увеличение разрешения матриц модулей,
формирующих изображение дальней части зоны наблюдения, т.е. еще одна
степень свободы. Другой пример, когда необходимо, чтобы разные модули
формировали изображение в различном формате: часть – в обычном, часть – в
«коридорном». Для этого потребуется возможность поворота модуля вокруг
своей оси. Однако стремительное развитие рынка средств ТВ-наблюдения
позволяет надеяться и на расширение возможностей МТК, которые появятся
в ближайшем будущем.
| |
Внимание! Копирование материалов, размещенных на данном сайте допускается только со ссылкой на ресурс http://www.tzmagazine.ru |
