УСТРОЙСТВО СОПРОВОЖДЕНИЯ ДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к области прикладного телевидения, в частности, к замкнутым телевизионным системам, в которых сигнал не используется для широковещания, и может быть использована в интеллектуальных системах автоматического сопровождения движущихся объектов.
Известно устройство, содержащее телевизионную камеру с системой управления пространственного положения, содержащую задатчик положения, измеритель рассогласования, выход которого через последовательно соединенные усилитель, двигатель с редуктором, выход которого является выходом системы, и датчик положения связан с первым входом измерителя рассогласования и через косинусный функциональный преобразователь - с первым входом первого умножителя, интегратор, управляющий вход которого соединен с выходом переключателя режимов, сигнальный вход - с выходом датчика скорости, а выход - с первым входом первого алгебраического сумматора, выход которого подключен к входу блока деления и через реле - к первому входу второго алгебраического сумматора, второй вход которого подключен к выходу первого источника эталонного напряжения, а третий вход через арктангенсный функциональный преобразователь подключен к выходу блока деления, датчик расстояния, синусный функциональный преобразователь, второй умножитель, второй источник эталонного напряжения, первый и второй блоки памяти и коммутатор, соединенный первым сигнальным входом с выходом задатчика положения, вторым сигнальным входом - с выходом
второго алгебраического сумматора, и выходом - с вторым входом измерители рассогласования, переключатель режимов подключен входом к выходу второго источника эталонного напряжения, а выходом - к управляющим входам коммутатора, первого и второго блоков памяти, при этом выход первого умножителя соединен с сигнальным входом первого блока памяти, выход которого связан с вторым входом первого алгебраического сумматора, первый вход второго умножителя подключен через синусный функциональный преобразователь к выходу датчика положения, а выход второго умножителя - к сигнальному входу второго блока памяти, выход которого подсоединен к второму входу блока деления, а датчик расстояния подключен выходом к вторым входам первого и второго умножителей [SU 1440204, А1 G05B 11/40, 2000.04.27].
Недостатком устройства является относительно низкая точность сопровождения объектов с относительно быстрым изменением пространственного положения, поскольку сопровождение осуществляется той же камерой, по сигналу с выхода которой определяется и пространственное положение объекта. Время на определение пространственного положения может быть соизмеримо с временем выхода объекта из зоны обзора телевизионной камеры.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее телевизионные камеры с видеоконтрольными устройствами, а также разнесенные в пространстве телевизионные камеры общего и детального обзора, выходы которых последовательно через коммутатор видеосигналов, снабженный переключателем каналов записи, и через плату цифровой видеозаписи соединены с записывающим устройством, телевизионные камеры общего и детального обзора, выходы которых последовательно через коммутатор видеосигналов, снабженный переключателем каналов записи, и через плату цифровой видеозаписи соединены с записывающим устройством,
снабженным видеоконтрольным устройством, причем, выход телевизионной камеры общего обзора, сигал с выхода которого сравнивают с эталонным образом наблюдаемого объекта, соединен с индивидуальным видеоконтрольным устройством, выход записывающего устройства соединен по линии связи с первым входом идентифицирующего блока, а выход записывающего устройства непосредственно соединен со вторым входом идентифицирующего блока, содержащим последовательно соединенные синхронизатор, квадратор и видеоконтрольное устройство [RU 97110921, A, G08В 13/196, 1999.06.20].
Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что, телевизионные камеры детального обзора являются статическими и не обеспечивают сопровождение движущихся объектов, что снижает качество контроля пространственного положения этих объектов и состояния контролируемых параметров.
Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей.
Требуемый технический результат достигается тем, что, в устройстве, содержащем статическую телевизионную камеру общего обзора, телевизионную камеру детального обзора и идентифицирующий блок, выход статической телевизионной камеры общего обзора соединен с входом идентифицирующего блока, а телевизионная камера детального обзора снабжена поворотным блоком, управляющий вход которого соединен с выходом идентифицирующего блока.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что, идентифицирующий блок выделяет объект сопровождения по превышению текущим пикселем изображения первоначального уровня заднего плана, определяемого из соотношения
,
где е - порог, определяющий чувствительность алгоритма, где m -выборочное среднее значение, σ - выборочное среднее квадратическое отклонение, с последующим обновлением m и σ путем взвешенного суммирования полученных оценок выборочного среднего значение и среднего квадратического отклонения со значением пикселя в очередном кадре
,
,
1
2
где α, α - параметры, определяющие скорость реакции блока формирования сигнала сопровождения на изменения заднего плана.
На чертеже представлена электрическая структурная схема устройства сопровождения движущихся объектов.
Устройство сопровождения движущихся объектов содержит статическую телевизионную камеру 1 общего обзора, телевизионную камеру 2 детального обзора, снабженная поворотным блоком, и идентифицирующий блок 3.
Кроме того, в устройстве сопровождения движущихся объектов выход статической телевизионной камеры 1 общего обзора соединен с входом идентифицирующего блока 3, а управляющий вход поворотного блока, которым снабжена телевизионная камера 2 детального обзора, соединен с выходом идентифицирующего блока 3.
Телевизионная камера 1 общего обзора и телевизионная камера 2 детального обзора с поворотным блоком являются стандартными элементами телевизионной техники.
Идентифицирующий блок 3, охарактеризованный на функциональном уровне, может быть реализован на основе программируемого (настраиваемого) многофункционального средства, например, компьютера. Поэтому ниже, при описании работы устройства,
представляются сведения, подтверждающие возможность выполнения идентифицирующим блоком 3 конкретной предписываемой ему в составе данного устройства функции. В частности, приводятся возможные алгоритмы его работы и соответствующие математические выражения.
Работает устройство сопровождения движущихся объектов следующим образом.
Устройство используется для случая, когда на экране статической телевизионной камеры 1 общего обзора может появится движущийся объект. Для его выявления идентифицирующий блок 3 работает по следующему алгоритму. В нем создается математическая модель статического или динамического заднего плана с помощью представления каждого пикселя видеоизображения в виде нормально распределенной случайной величины ξ:
2
,
C~N(ξ,m,σ)
где m - выборочное среднее значение, σ - среднее квадратичное отклонение, С - множество пикселей заднего плана. Первоначальные значения m и σ вычисляются по известным формулам математической статистики:
, ,
1
где x,  - значение пикселя по первым n кадрам.
Условие принадлежности пикселя заднему плану:
,
в котором параметр e влияет на чувствительность алгоритма.
После классификации всех пикселей очередного кадра параметры модели заднего плана обновляются:
,
,
1
2
где α, α - параметры, отвечающие за скорость обучения модели.
В результате на соответствующем участке изображения может быть выявлен движущийся объект, как сегментация элементов изображения, не принадлежащих заднему плану на конкретном участке. Оценка среднего положения координат движущегося объекта по покадровым сравнениям позволяют оценить направление и скорость перемещения объекта.
Данные сведения также позволяют проводить анализ передвижения объекта: отслеживать вход и выход объекта в заданную зону, а также детектировать начало и завершение движения (детектор оставленных и унесенных предметов). Определение входа и выхода объекта из зоны определяется как пересечение траектории движения объекта прямой линии, заданной координатами начальной и конечной точек относительно координат на изображении со статической камеры 1. При этом учитывается направление пересечения.
Преобразование координат обнаруженного на изображении объекта осуществляется по следующей схеме. На этапе настройки устройства необходимо последовательно навести поворотную камеру 2 на характерные объекты, присутствующие на изображении со статической камеры 1. Таким образом, запоминаются точки соответствия для преобразования двумерных координат обнаруженного на статической камере 1 объекта в трехмерные координаты поворотной камеры 2.
В общем случае, количество данных определяется рельефом сцены. Однако, в большинстве случаев трех точек вполне достаточно для точного наведения камеры. Данный способ задания точек позволяет учитывать произвольное друг относительно друга размещение статической и поворотной камер.
Сформированный таким образом сигнал передается в поворотный блок камеры 2 детального обзора, регулируя направление и скорость ее перемещения в пространстве.
Устройство можно также использовать для быстрого ручного наведения поворотной камеры для детального обзора элементов сцены со статической камеры 1. В данном режиме работы настройка сопряжения статической камеры 1 и поворотной камеры 2 происходит по приведенной выше схеме. Однако наведение поворотной камеры 2 осуществляется не на детектируемые идентифицирующим блоком 3 движущиеся объекты, а на указанный каким-либо способом (двойной клик мыши, ручной ввод координат и др.) элемент сцены. Причем одна поворотная камеры может быть сопряжена одновременно с несколькими статическими камерами.
Возможны и иные промышленные приложения работы устройства.
В этом случае могут потребоваться изменения в алгоритме работы идентифицирующего блока 3, который программируется в соответствии с необходимыми функциями по формированию его выходного сигнала по сигналу от статической телевизионной камеры 1 общего обзора.
Таким образом, благодаря усовершенствованию известного устройства обеспечивается достижение требуемого технического результата - расширения функциональных возможностей, поскольку обеспечивается сопровождение движущихся объектов камерами детального обзора.