Статья из журнала "Бизнес и безопасность" за 2006 год. Продолжение
Видеодетекторы движения
При числе камер больше четырех внимание оператора рассеивается, и эффективность наблюдения снижается. При охране крупных объектов, таких как банк или завод, требуется установка большого числа камер. Решить эту проблему можно установкой детекторов движения, которые привлекут внимание оператора при возникновении какого-либо движения в поле зрения камеры.
Видеодетектор движения (Video Motion Detector - VMD) представляет собой электронный блок, который хранит в памяти текущее изображение с телекамеры (в простых устройствах уровень сигнала) и подает сигнал тревоги при возникновении изменений в отмеченной зоне. Детекторы движения могут функционально входить в состав мультиплексоров.
Различают аналоговые и цифровые детекторы движения. Наиболее простыми и дешевыми являются аналоговые детекторы, действие которых можно, при некоторых допущениях, сравнить с действием охранных извещателей, подключаемых к тревожным входам коммутаторов, квадраторов и т. п. При своей цене данные устройства можно назвать эффективными, но они не способны сделать сложный анализ и поэтому дают большое количество ложных тревог.
Принципы работы аналогового VMD (иногда их называют видеосенсорами движения) очень просты: видеосигнал с камеры подается на VMD и затем на монитор или любой видеокоммутатор. При помощи нескольких регуляторов, расположенных на передней панели устройства, на анализируемом изображении позиционируются маленькие метки (обычно четыре). Эти прямоугольные метки указывают зоны чувствительности, а уровень видеосигнала определяется электроникой VMD. Как только уровень меняется (становится выше или ниже) - то есть кто-то появился в поле зрения и попал в отмеченные зоны - активируется тревога. Чувствительность определяется величиной изменения уровня яркости, вызывающей состояние тревоги (обычно 10% или более от максимального размаха видеосигнала). Сигнал тревоги - звуковой, кроме того, VMD обеспечивает замыкание выходных контактов, что может использоваться для запуска других устройств. Подтверждение принятия предупреждающего сигнала может быть автоматическим (через несколько секунд) или ручным. На передней панели устройства находится регулятор чувствительности, и если его настроить соответствующим образом, то можно получить неплохие результаты. Ложные тревоги будут всегда - их могут вызвать колышущиеся на ветру деревья, прогуливающиеся кошки, световые блики - но причина тревоги всегда может быть определена при воспроизведении записи с видеомагнитофона (если VMD к нему подсоединен).
VMD нередко являются лучшим решением, чем пассивные инфракрасные детекторы (PIR), не только потому, что причину тревоги можно увидеть, но и потому, что VMD точно анализирует все, что видит видеокамера.
Цифровые видеодетекторы движения (DVMD), - это многоканальные устройства, позволяющие разбивать охраняемую зону на несколько десятков и сотен маркерных окон. Каждое маркерное окно для обнаружения движения может программироваться отдельно как по своему размеру, так и по чувствительности. Чувствительностью в данном случае является количество несовпадающих элементов и амплитуда несовпадения в каждом отдельном элементе. При этом все маркерные окна могут конфигурироваться в любом сочетании по желанию заказчика.
Изображение в каждом маркерном окне каждого кадра одного цикла видеозаписи фиксируются отдельно в память цифрового детектора движения и затем через заданный интервал времени сравниваются поэлементно (в соответствии с дискретностью записанного изображения) с изображением в тех же маркерных окнах вновь полученного кадра в следующем цикле. Тревожная ситуация возникает в том случае, если при сравнении двух изображений в любых одноименных маркерных окнах двух кадров число несовпадающих элементов изображений в одном и/или нескольких окнах превысит заданное. В этом случае детектор движения формирует сигнал тревоги в виде мигания рамки маркерного окна или другими видеосигналами на экране видеомонитора, а также выдает звуковой сигнал на внутренний и внешний оповещатели для привлечения внимания оператора.
Характеристики движения (начало движения, направление, скорости и т. п.) можно задавать программным путем, что позволяет, например, не воспринимать человека, движущегося в направлении от охраняемого объекта либо параллельно ему на некотором расстоянии, как нарушителя. Настройка системы с цифровыми детекторами на оптимальный режим должна производиться с учетом особенностей места установки телекамеры и характеристик охраняемого объекта (вероятных путей перемещения нарушителя, наличия уязвимых мест и т. п.), иначе трудно избежать большого числа ложных срабатываний или, наоборот, пропуска нарушителя.
В большинстве случаев на контролируемом объекте для ночного и дневного времени суток работы требуется задать разный набор параметров обнаружения. Поэтому в детекторах задаются два переключаемых режима работы: дневной и ночной, отличающиеся как по конфигурации маркерных окон, так и по чувствительности. Режимы работы переключаются с помощью внутреннего или внешнего таймера. Обычно такие видеодетекторы движения применяются в сложных телевизионных системах высокого класса.
Основные различия между DVMD различных производителей лежат в области алгоритмов программного обеспечения и обработки движения. Эти концепции достигли такой стадии, что теперь можно игнорировать движение сгибаемых ветром деревьев, можно выделить движение машин на заднем плане изображения и исключить его из процесса принятия решения об активации тревоги. В последние годы были разработаны DVMD-устройства, учитывающие перспективу. Это означает, что по мере передвижения объектов в направлении «от камеры» (при этом их размеры на изображении уменьшаются), увеличивается чувствительность VMD с целью компенсации уменьшения размеров объекта из-за эффекта перспективы. Следует отметить, что этот эффект также зависит от объектива.
Сегодня многие компании выпускают дешевые альтернативы сложным автономным системам в виде PC-плат. Платы снабжены специализированным программным обеспечением, и в качестве VMD может использоваться практически любой персональный компьютер. Более того, можно хранить кадры изображения на жестком диске и передавать их по телефонной линии, подсоединенной к PC.
В большинстве своем аппаратные платы не обладают какими-либо мощными детекторами движения. Это основной и практически единственный минус этих решений, так как мощность, например, DSP-процессоров еще недостаточно высока, чтобы помимо сжатия производить детектирование с высокой точностью и функциональностью, да и программировать такие процессоры сложнее, чем ПК. Специализированные микросхемы компрессии вообще для детекции не приспособлены, так как имеют только базовые возможности. Однако все эти решения сравнимы по возможностям и функциональности с большинством простых систем PC-based (и уж конечно превосходят системы Non-PC). Анализ движения в большинстве аппаратных плат основан на обработке вспомогательной информации, поступающей от MPEG-энкодеров, компрессия которых, как известно, основана на предсказании движения от одного кадра к другому. Отсюда берется и минимальный размер зоны: 16 x 16 пикселей. Однако не стоит путать этот параметр с минимальным размером объекта, так как для принятия решения о смещении (так же как о тревоге) достаточно лишь некоторого изменения этого блока на некоторый процент. Как показывает практика, для срабатывания достаточно изменения на 10-50% (в зависимости от чувствительности и контрастности объекта относительно фона) или, переводя единицы измерения на размер объекта, начиная с размера 2 x 2 пикселя. Аппаратные платы предназначены для сжатия видео с частотой 25 кадр/с, а значит, простого учета изменений от кадра к кадру может быть недостаточно: медленные объекты не успеют сместиться за 40 мс. Отсюда возникает необходимость создания дополнительного детектора медленного движения, который сравнивает кадры через определенный интервал, обычно от 12 до 25 кадров. Такая функция есть даже не у всех программных систем (и не у всех аппаратных).
Стандартной опцией для многих VMD-устройств стал специальный метод записи, называемый «предыстория тревог» [pre-alamn history). Лежащая в его основе идея довольно проста, но чрезвычайно полезна для систем охранного телевидения. При возникновении состояния тревоги сохраняются записанные изображения как после активации тревоги, так и до активации (для этого видеосигналы сначала поступают в буфер с емкостью хранения потока видеосигналов в течение нескольких секунд, а потом из буфера могут подаваться для записи на жесткий диск). В результате мы получаем последовательность изображений, отражающих не только период тревожной ситуации, но и то, что ей предшествовало.
Одной из последних разработок в этой области стала концепция трехмерной видеодетекции движения, предложенная одной австралийской компанией. Согласно этой концепции предлагается использовать две (или более) видеокамеры для наблюдения за объектом под различными углами, что дает чрезвычайно низкий уровень ложных тревог. Таким образом, определяется трехмерная объемная защищаемая зона, которая невидима для публики, но вполне различима для электроники, выполняющей обработку изображения. Согласно этой концепции движение перед любой из камер не вызовет ситуации тревоги до тех пор, пока не будет нарушена защищаемая зона, воспринимаемая с позиций всех видеокамер.
Довольно часто более удобен такой вариант: детектирование тревоги происходит не в том случае, когда кто-то или что-то движется в поле зрения, а только когда фиксированный объект смещается со своего положения. Эти можно сделать при помощи видеодетектора стационарных объектов (VNMD, video non-motion detector). Это устройство во многом аналогично VMD, но только в этом случае собирается дополнительная информация о тех объектах, которые стационарны в течение длительного времени. Любые движения вокруг выбранных объектов не вызывают сигнала тревоги; тревога активируется только в том случае, когда защищаемый объект смещается со своей стационарной позиции.
Видеокамеры с цифровой обработкой сигнала имеют встроенную схему VMD. Это удобно в тех системах, в которых запись и/или тревога активируются только в том случае, если человек или объект перемещается в поле зрения данной видеокамеры.
Все вышеупомянутые VMD имеют выход тревоги, обеспечивающий замыкание релейных контактов, которые включают дополнительные устройства охранного телевидения, вроде видеомагнитофонов, матричных видеокоммутаторов, кадровой памяти, сирен и т. п.
Упомянем также VMD, которые кроме обнаружения движения могут звонить на удаленные станции приема и посылать изображения по линиям связи. С такими устройствами становится возможен дистанционный мониторинг практически из любого места земного шара. Изображения посылаются на принимающую станцию только тогда, когда VMD обнаруживает движение, что заметно экономит трафик.
Из опыта эксплуатации
Полезность такого устройства как детектор движения ни у кого не вызывает сомнений. Но обнаруживают ли они движение? К сожалению, ответ в большинстве случаев отрицательный. Чаще всего такие детекторы обнаруживают определенные изменения в некоторых заданных сегментах изображения, то есть по существу являются «детекторами активности». Связаны ли такие изменения с движением или каким-либо другим фактором - решать должен оператор системы. Плохо ли это? Далеко не всегда. В большинстве случаев, знание характерных особенностей того или иного детектора и умение «привязать» его к конкретному изображению действительно помогают превратить такое устройство в детектор движения.
Lilin PIH 6004 аналоговый видеодетектор движения
- количествово каналов - 1;
- индикация тревоги - свечение сигнальной лампы для каждой детекторной зоны, свечение мигающих детекторных меток и звуковой сигнал;
- обнаружение - 4-е независимые детекторные метки;
- регулируемый порог чувствительности.
Видеодетектор движения ASV-MD01
- до 4-х цветных или ч/б камер;
- зоны детектирования: - всего 256 (по 64 на каждый из 4-х каналов). Индивидуальные установки чувствительности для каждой из 256 зон детектирования.
- ALARM: 4 входа тревоги (ТТЛ/КМОП) /1 выход («сухие» контакты реле).
DS-1PL
Детектор движения из линейки DigiSpec (США)
- рораммирование при помощи экранного меню;
- под держка режима «отсутствия движения»;
- анализ направленности движения;
- независимое программирование зон слежения;
- поддержка режимов ДЕНЬ-НОЧЬ;
- один вход;
- разрешение 512 х 512 пиксел;
- количество тонов - 255 (градаций серого).
Детекторы движения Computar (США)
- количество входов 4, 8, 16 (на один вход одна зона слежения);
- граница зоны 64х64 пиксел;
- независимое программирование зон;
- режимы день-ночь;
- кол-во тревожных выходов 5, 9, 17.
Тестирование видеодетекторов на выставке «ProST 2005»
Тестирование детекторов движения в цифровых системах видеонаблюдения состоялось с 18 по 21 октября 2005 года в рамках II Международной выставки профессиональной техники для обеспечения безопасности «ProST 2005», проходившей в Москве в 69 павильоне ВВЦ.
Для оценки качества работы детекторов движения использовались тестовые клипы, которые были записаны на кассете формата miniDV и подавались на 1 канал тестируемой системы с помощью бытовой видеокамеры.
Всего было записано 3 тестовых клипа, используемых для оценки качества работы детекторов движения (VMD), и 1 тестовый клип, предназначенный для проверки работоспособности детекторов оставленных и унесенных предметов (ДОП, SDD, slowdown detector).
1. «Полусинтезированный» тестовый клип. На реальном фоне перемещаются синтезированные объекты заданных размеров. Здесь мы определяем максимальную пространственную чувствительность детектора движения. Измеряется в пикселах на кадре формата 720 х 576 пикселов. Некоторые из участников тестирования высказывали пожелания усложнить тестовые клипы. В связи с этими пожеланиями исходный тестовый клип был искусственно «зашумлен», поэтому для данного этапа тестирования приводятся две таблицы с результатами (исходный тест и усложненный тест). Таблица 1.
2. Тест на обнаружение медленных движений. На реальном фоне перемещаются реальные контрастные объекты с очень малой скоростью движения. В таблице указано время движения объекта в кадре.
3. Тест на обнаружение быстрых движений. На реальном фоне происходит быстрое перемещение реальных объектов с различной контрастностью и разными размерами. В таблице указаны диаметр движущегося объекта (в пикселах) и контраст объекта и фона (в процентах).
4. Для проверки работоспособности детекторов оставленных и унесенных предметов используется клип, который позволяет одновременно тестировать функцию обнаружения как оставленных, так и унесенных предметов. В клипе на реальном фоне оставляются и уносятся реальные объекты разных размеров и различной контрастности. В таблице указаны размер движущегося объекта (в пикселах) и контраст объекта и фона (в процентах).
Отметим, что данная методика является промежуточной. Она была разработана исключительно для тестирования на выставке «ProST 2005», окончательную методику еще только предстоит разработать, чем в настоящее время заняты специалисты тестовой лаборатории журнала «CCTV Фокус».
По регламенту конкурса-теста все участники предварительно получили тестовые клипы и методику тестирования. Это позволило им заранее подобрать параметры детекторов движения, что значительно сократило время настройки детекторов движения на выставке. А именно этого времени, как обычно, не хватало, тем более что о своем участии заявили 9 компаний России, которые представили 10 цифровых систем видеонаблюдения. Компания ООО «Спецлаб» представила сразу две свои системы видеонаблюдения, а компания «Сатро-Паладин» представила и зарубежную систему Geovision GV-1000. Полный список участников и представленных ими цифровых систем видеонаблюдения приведен ниже. Здесь же хотелось бы упомянуть общие моменты, связанные с проведением тестирований на выставках.
Во-первых, по объективным причинам точность тестирований на выставках достаточно низка, а сами тестирования позволяют лишь приблизительно судить о месте той или иной системы среди других. Конечно, приходится признать, что в таких условиях достаточно велика вероятность ошибки по причине нехватки времени и множества случайных факторов. Кроме того, нужно учитывать и то, что не все участники тестирования сумели подготовиться надлежащим образом к тестам, а это тоже сказалось на результатах. Например, компании «Вокорд Телеком» и ITV по этой причине оказались в числе аутсайдеров в некоторых тестах. И если для «Вокорд Телеком» такая ситуация сложилась из-за неправильной настройки детектора движения и тестирования новейшей версии ПО, а это всегда сопряжено с трудностями и неприятными неожиданностями, то компания ITV не сумела представить на тест свои новейшие разработки в области детектирования движения, которые были внедрены в ПО только через неделю после завершения конкурса-теста. Также не очень ясная ситуация сложилась и с единственной зарубежной системой, представленной на конкурсе-тесте Geovision GV-1000.
