СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ И РАСПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТОВ И СИТУАЦИЙ

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ И РАСПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТОВ И СИТУАЦИЙ
Настоящая полезная модель относится к области видеонаблюдения и распознавания объектов и более точно касается системы, представляющей собой устройство автоматизированного видеонаблюдения и распознавания объектов и ситуаций.
Из уровня техники известны автоматизированные (аппаратно-программные) системы или устройства видеонаблюдения, распознавания, идентификации и мониторинга объектов, предназначенные для использования в различных сферах. Наиболее часто такие системы используются для рещения научно-исследовательских задач, в области технических систем безопасности, а также для мониторинга окружающей среды и контроля движения транспорта.
Известна система по патенту РФ 2137203, предназначенная для контроля потока автотранспортных средств, содержащая установленные в различных точках цифровые видеокамеры, компьютеры и/или серверы, связанные посредством локальной вычислительной сети. В памяти компьютеров имеются базы данных с возможностью их анализа и сопоставления с изображениями, получаемыми с видеокамер. Система позволяет с определенной погрешностью выявлять отдельные объекты поиска в контролируемых зонах и регистрировать их. Имеется интерфейс системы с оператором посредством монитора на контрольном посту. Ограничениями данной системы являются ограниченность контролируемых зон (камеры установлены неподвижно и имеют ограниченный угол обзора), статичность камер. Кроме того, данная система не предусматривает возможности распознавания ситуации в зоне контроля.
МПК G08B25/08, H04N7/18
Известна система видео наблюдения по патенту США 5982420, содержащая видеокамеры с поворотным устройством и изменяемым фокусным расстоянием (зуммер), соединенные с компьютером. Данная система предусматривает автоматическое наведение видеокамеры на объект, попадающий в контролируемую зону. Система регистрирует такой объект и осуществляет динамическое слежение за ним. Система не предусматривает возможности распознавания ситуации и соответствующего реагирования на ситуацию, а также не обеспечивает слежение за несколькими объектами.
Известна система наблюдения и прицеливания по опубликовапной заявке на патент РФ № 200128339, содержащая последовательно расположенные и оптически сопряженные сканирующее устройство, формирующее оптическое устройство, поворотное оптическое устройство и устройство визуального наблюдения (видеокамеру). Данная система позволяет осуществлять слежение за целью в автоматизированном режиме. Система не позволяет осуществлять анализ ситуации в зоне наблюдения в соответствии с заранее заданными тревожными ситуациями и реагировать соответствующим образом.
В основу настоящей полезной модели положена техническая задача создать устройство автоматизированного видеонаблюдения и распознавания ситуаций, которые помимо распознавания, слежения и регистрации объектов, обеспечивали бы выполнение дополнительно следующих функций: распознавать и классифицировать объекты по определенным признакам в различных условиях освещенности, оперативный поиск объекта по задаваемым параметрам, распознавание ситуации по действиям объектов, с возможностью слежения за такими объектами, сохранения в памяти устройства изображения, пригодного для последующего анализа и вьщачи сигнала тревоги.
гы
Указанная техническая задача решена за счет того, что предложено устройство автоматизированного видеонаблюдения и распознавания объектов и ситуаций содержащее, по меньшей мере, одну видеокамеру и, по меньшей мере, одно вычислительное устройство с памятью, связанные посредством локальной вычислительной сети, которая согласно настоящей полезной модели содержит, по меньшей мере, одно устройство распознавания цели, соединенное с видеокамерой, по меньшей мере, одну, реализованную на вычислительном устройстве с памятью, базу данных с заранее записанными в нее описаниями тревожных ситуаций, соединенную через аппаратно-программный интерфейс с видеокамерой и связанную с устройством распознавания цели, с возможностью записи в нее новой информации, получаемой с видеокамеры, по меньшей мере, одну подвижную видеокамеру, выполненную с возможностью наведения на цель в зависимости от получаемого от устройства распознавания цели управляющего сигнала, и, по меньшей мере, один терминал наблюдения, приспособленный для информирования оператора и получения от него управляющих команд, причем устройство распознавания цели приспособлено для анализа сигнала, поступающего от видеокамеры с возможностью распознавания тревожной ситуации и определения цели в соответствии с заданным алгоритмом с использованием описания тревожных ситуаций, хранящихся в базе данных и вьщаче соответствующего управляющего сигнала на подвижную видеокамеру для наведения на цель и сигнала тревоги на терминал наблюдения, а подвижная видеокамера выполнена с возможностью получения изображения цели, пригодного для дальнейшего анализа, и его передачи для хранения в базу данных.
Предпочтительно в устройстве согласно настоящей полезной модели устройство распознавания цели реализовано программно в вычислительном устройстве с памятью. Подвижная видеокамера выполнена с возможностью поворота в вертикальной и
горизонтальной плоскости и/или изменения фокусного расстояния и/или изменения диафрагмы и/или настройки на фокус для обеспечения наведения на цель. Устройство согласно полезной модели, преимущественно, дополнительно содержит датчик обнаружения цели, связанный с устройством распознавания целей, причем устройство распознавания цели приспособлено для анализа сигнала от датчика обнаружения цели. В качестве датчика обнаружения цели использовано устройство, выбранное из группы, включающей: инфракрасные камеры, термовизорные камеры, радиолокационные устройства, датчик перемещения.
Предпочтительно, устройство распознавания цели выполнено с возможностью вычислять вектор скорости, текущую координату нахождения цели, формировать и передавать на подвижную видеокамеру соответствующий управляющий сигнал для обеспечения наведения подвижной видеокамеры на цель. Устройство распознавания цели выполнено с возможностью передачи управляющего сигнала на подвижную видеокамеру по последовательному каналу связи.
Преимущественно заданный алгоритм обеспечивает анализ сигнала от видеокамеры в соответствии с параметрами выбранными из группы, включающей яркость, размер, длительность нахождения в контролируемой зоне, скорость и направление перемещения. В качестве вычислительного устройства с памятью использован персональный компьютер.
Настоящая полезная модель будет понятна специалисту из приведенного ниже более подробного описания настоящей полезной модели, а также конкретного неограничивающего примера его реализации со ссылками на фигуры чертежей, на которых:
-фиг. 1 изображает общую функциональную схему устройства видео наблюдения и распознавания объектов и ситуаций согласно настоящей полезной модель;
-ФИГ.2 - изображает схематически устройство видео наблюдения согласно конкретному неограничивающему примеру реализации настоящей полезной модели.
Однотипные устройства обозначены на фигурах чертежа одинаковыми позициями.
На фиг.1 представлена общая функциональная схема устройства автоматизированного видео наблюдения и распознавания объектов и ситуаций (далее устройство). Устройство состоит из взаимосвязанных устройств, соединенных электрически по правилам, известным в данной области техники. Отдельные устройства, выполняющие сходные функции в системе, для удобства анализа на схеме объединены в логические блоки. Данное разбиение на логические блоки является условным и сделано для удобства анализа системы и не ограничивает сущность изобретения.
Блок анализа фона и обнаружения целей, обозначен на фиг. 1 позицией 1. Блок 1 представляет собой набор устройств, предназначенных для обнаружения целей, использующих для этого различные физические принципы. В качестве таких устройств могут использоваться: цветные видеокамеры И (например, WAT-220, представлена на российском рынке фирмой Watec), черно-белые видеокамеры камеры 12 (например, WAT-902H, фирмы Watec), инфракрасные камеры 13 (например, TVC200ML, ф. ЦНИИ «Электрон), термовизорные камеры 14 (например, ТВ-04 Кет, ф. НТПП НИИЦТП), радиолокационные устройства 15 (например, РЛС «ORWELL, ф. ГУП НПЦ «ЭЛВИС), датчики 16 движения и определения координаты нахождения цели
(например, 525D, представлена на российском рынке фирмой Paradox). Блок 1 может включать различное количество и комбинацию перечисленных выше устройств, в зависимости от конкретных потребностей пользователей устройства, а также от условий эксплуатации. Устройства могут устанавливаться с обеспечением дублирования работы друг друга и взаимного перекрытия зон контроля для обеспечения повышенной надежности работы устройства. Устройства блока 1 электрически связаны через интерфейс (например, композитный видео сигнал или Ethernet) с блоком 2 распознавания целей, определения координат, параметров целей и анализа ситуаций. Устройства Блока 1 приспособлены передавать получаемые изображения зоны или другой сигнал распознавания цели на Блок 2. Блок 2 содержит устройство 21 распознавания цели, определения координат и параметров целей, анализа ситуаций, которое может быть реализовано в виде специализированного вычислительного устройства (например, промышленного компьютера на основе модулей стандарта PC-104 с использованием процессора «Мультикор) или на базе универсального персонального компьютера (например, с процессором «Интел Пентиум), снабженного программным обеспечением, позволяющим получать и приводить в цифровую форму информацию от устройств анализа фона и обнаружения целей; запоминать и отслеживать состояние фона, в том числе его изменения (время суток, состояние атмосферы - ясно, облачно, осадки, время года и состояние покрова); вычислять вектор скорости, текущую координату нахождения цели; сохранять в запоминающем устройстве в базе данных распознанные параметры цели. Блок 2 распознавания целей, определения координат, параметров целей и анализа ситуаций соединен электрически через интерфейс (например, RS-485) с Блоком 3 подвижных управляемых видеокамер. Блок 2 приспособлен за счет использования программного обеспечения, например, типового в данной области, для выдачи управляющих команд и
передачи координаты и вектор скорости цели на Блок 3. Блок 2 также выполнен с возможностью управления подвижными видеокамерами 31 Блока 3 по последовательному каналу связи, за счет применения, например, типового программного обеспечения. Блок 2 также приспособлен для анализа сигналов, получаемых от устройств Блока 1 в соответствии с заданным алгоритмом с использованием информации, хранящейся в Базе данных Блока 4, с которым Блок 2 соединен. Блок 2 приспособлен для вьвдачи в зависимости от распознаваемой ситуации сигнала тревоги на терминалы 51 наблюдения анализа результатов и управления устройством. Блок 2 выполнен с возможностью вьвдачи сигнала тревоги на терминалы 51 и сигнала управления видеокамерами 31. Блок 3 может содержать различное число подвижных управляемых видеокамер 31 различного типа (например, WV-CS854 ф. Panasonic), приспособленных для выполнения следующих функций в соответствии с полученной от Блока 2 управляющей командой: поворота в вертикальной и горизонтальной плоскости; изменение фокусного расстояния; настройка на фокус; изменение диафрагмы или скорости работы затвора. Подвижные видеокамеры Блока 3 предназначены для получения детального укрупненного изображения целей, используемого для дополнительного распознавания параметров цели или детального сопровождения цели по требованию оператора устройства. Блок 3 связан с Блоком 4, представляющем собой вычислительную машину с запоминающим устройством (например, персональный компьютер). В данном запоминающем устройстве создана база данных с возможностью хранения видео архива. База данных Блока 4 выполнена с возможностью автоматического пополнения и хранения информации обо всех распознанных целях, распознанных ситуациях, параметрах цели, времени возникновения и пропадания целей, фотографии целей, фрагментов видео архива, отражающих все действия цели, при ее нахождении в зоне контроля устройства.
Укрупненные изображения, полученные подвижными видеокамерами Блока 3 в виде оцифрованных фотографий могут храниться в базе данных Блока 4. Данные фотографии могут быть использованы в дальнейшем для изучения ситуации специалистом и/или оператором. Блок 4 электрически связан с Блоком 2 распознавания целей, определения координат, параметров целей и анализа ситуаций. Блок 4 и Блок 2 связаны с обеспечением возможности передачи данных друг другу. Блок 4 также связан с Блоком 5 терминалов наблюдения, анализа результатов и управления устройством. Терминалы 51 наблюдения, анализа результатов и управления устройством представляют собой один или несколько персональных компьютеров, объединенных сетями связи. Терминалы 51 наблюдения, анализа результатов и управления устройством выполнены с возможностью наблюдать за происходящим в зоне контроля устройства (зона наблюдения устройств анализа фона и обнаружения целей). Это достигается за счет использования, например, типового монитора (цветного или черно-белого) и типового программного обеспечения. Терминалы 51 Блока 5 выполнены с возможностью наблюдения ситуации на экране и доступа оператора к управлению устройством через клавиатуру или другой специализированный интерфейс типа человек-компьютер (например, джойстик).
В зависимости от стоящих перед устройством по настоящей полезной модели задач можно выбрать различную конкретную конфигурацию. В частности, логические блоки 2, 4 и 5 могут быть реализованы на различных аппаратных средствах. Блоки 2, 4 и 5 могут быть реализованы на одном специализированном вычислительном устройстве (например, промышленного компьютера на основе модулей стандарта РС104 с использованием процессора «Мультикор) или на одном персональном компьютере (например, на базе процессора «Интел Пентиум) в виде специально запрограммированных областей памяти. Блоки 2, 4 и 5 могут быть выполнены также на
базе распределенной сетевой системы, представляющей собой комбинацию специализированных вычислительных устройств и персональных компьютеров (с мониторами или без мониторов). В общем случае настоящая полезная модель охватывает различные комбинации и варианты аппаратно-программной реализации устройств распознавания целей, определения координат и параметров целей, анализа ситуаций, базы данных и видео архива, терминалов наблюдения, анализа результатов и управления. Конкретная аппаратно-программная реализация выбирается исходя их требований к устройству в соответствии с правилами известными специалисту в данной области техники.
Устройство автоматизированного видео наблюдения и распознавания объектов и ситуаций согласно настоящей полезной модели будут понятны специалисту в данной области из приведенного ниже описания работы конкретного неограничивающего примера реализации устройства автоматизированного видео наблюдения и распознавания объектов и ситуаций, которое ведется со ссылкой на фиг. 2 чертежей. Данный пример устройства согласно настоящей полезной модели приведен для иллюстрации и не ограничивает совокупность существенных признаков настоящей полезной модели.
Устройство по настоящему конкретному примеру реализации полезной модели включает две стационарные видеокамеры 61 типа WAT-220 и одну инфракрасную (ИК) камеру 62 типа TVC200ML в качестве устройств анализа фона и обнаружения целей, универсальный персональный компьютер 64 с процессором «Интел Пентиум, Оперативно-запоминающим устройством объемом 256 КБайт и твердым диском, объемом 20 Мбайт, в качестве устройства распознавания цели, определения координат и параметров целей, анализа ситуаций. На данном персональном компьютере
размещена база данных и терминала наблюдения анализа результатов и управления. В устройство также входит подвижная управляемая видеокамера 63 типа WV-CS854.
Работа устройства происходит следующим образом. Видеокамеры 61 и ИКкамера 62 формируют изображения двух частей общей видео сцены работы устройства. При этом изображения частей видео сцены могут соприкасаться одной стороной (или быть независимы), образуя совокупную видео сцену, на которой функционирует устройство. ИК - камера 62 может образовывать отдельную видео сцену или формировать совокупное изображение вместе с видеокамер 61. Такое использование видеокамер позволяет формировать изображение при дневном освещении по изображению видеокамер 61, а ночью по изображению камеры 62. Изображения через интерфейс транслируются в компьютер 64. Компьютер 64 в соответствии с программным обеспечением на базе оперативной системы «Windows производит преобразование композитного аналогового видеосигнала, получаемого от камер, в цифровую форму и производит обработку изображения, а именно осуществляет следующие действия: производит анализ фона, обнаруживает цели, производит распознавание целей и ситуаций, определяет параметры целей, их координаты, запоминает траектории движения, передает результаты распознавания в базу данных, привязывая события ко времени, записывает видеосигнал в сжатом или необработанном виде в память компьютера в виде файлов, адрес которых располагается в базе данных, таким образом видеосигнал связывается с событиями, информация о которых расположена в базе данных. Координаты целей передаются на подвижную видеокамеру 63 в виде совокупности целеуказаний с учетом прогнозирования нахождения целей в момент наведения камеры па цели. В компьютере 64 проводится также оцифровка видеоизображения подвижной видеокамеры 63, изображение может транслироваться на экран компьютера, один из кадров заносится в
базу данных как детальная фотография цели. Изображение передается на обработку с целью распознавания цели и ее параметров по ее детальному изображению с помощью алгоритмов статического распознавания, известных специалисту в данной области. Изображения видеокамер могут проецироваться на план или карту объекта, введенную и запомненную устройством в виде областей карты, покрытых изображениями видеокамер. Распознанные объекты в виде мнемознаков, соответствующих конкретному типу цели, проецируются в реальном времени на карту или план объекта в соответствии с координатой их нахождения. Оператор при необходимости может замаскировать любую произвольную часть (или произвольное количество частей) изображения или части карты объекта, в то же время внутри маски могут быть сформированы освобожденные от маски области изображения.. При этом события, происходящие в области маски устройством игнорируются. На изображении также могут быть сформированы одна или произвольное количество областей, подлежащих повышенной охране, т.н. области аларма. Эти области могут быть произвольной формы, возможно имеющие внутри себя области произвольной формы, не являющейся зоной аларма. Каждой зоне аларма может бьггь присвоено название, время и дата работы, тип и параметра объекта или ситуации. При возникновении факта попадания объекта в зону аларма с заданными параметрами в заданное время или возникновение запрограммированной ситуации устройство вьщаст на терминал оператора соответствующие сообщение. Оператор, активизировав аларм, автоматически получает на экран изображение события, вызвавшего аларм, независимо от того происходит оно сейчас или произошло ранее за некоторое время. Возникновение аларма заносится как событие в базу данных. Оператор может, при необходимости, дать указание устройству следить за выбранном им целью или несколькими целями, указанными произвольно на по изображению или выбрав несколько объектов с определенными параметрами
(например, имеющих самую большую скорость перемещения или всех объектов одно типа или цвета или т. п.). При этом устройство автоматически поочередно будет выводить на экран изображения целей, передаваемые подвижной видеокамерой 63 в детальном виде.
Оператор может обучить устройство распознаванию новых типов целей. Для этого он на изображении многократно указывает на изображение конкретной цели и вводит его название. При этом происходит обучение распознаванию конкретной новой цели.
Устройство согласно настоящей полезной модели предназначена, главным образом, для использования в системах безопасности и мониторинга. Устройство может быть реализована как на базе специализированных устройств (видеокамер высокого разрешения, специализированных радиолокационных устройств, датчиков перемещения и вычислительных комплексов), так и на базе типовых телевизионных камер и компьютеров общего назначения. В зависимости от комплектации, а также от обеспечения дублирования работы отдельных устройств, можно добиваться требуемой надежности и уровня контроля за наблюдаемой территорией. Использование специализированного оборудования и обеспечение дублирования повышает качество и надежность работы и приводит к увеличению стоимости устройства.
Устройство автоматизированного видео наблюдения и распознавания объектов и ситуаций согласно настоящей полезной модели позволяет эффективно осуществлять автоматизированный контроль за охраняемой территорией при различных погодных условиях и времени суток с высокой степенью надежности распознавать запрограммированные тревожные ситуации, вьщавать сигналы тревоги и фиксировать тревожную ситуацию в виде видеозаписи, пригодной для дальнейшего анализа специалистом.