СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И РАСПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТА НА МЕСТНОСТИ
METHOD DETECTING AND RECOGNIZING OBJECT ON LOCATION

Изобретение относится к способам дистанционного охранного мониторинга маршрутов движения на местности и может быть использовано в случае совместного применения телевизионной камеры (ТВ-камеры) и пассивного оптико-электронного средства обнаружения (СО), управляющего режимами ее работы, когда непрерывная передача видеоизображения ТВ-камерой, питающейся от автономного источника, является технически нецелесообразной.
Одной из задач дистанционного охранного мониторинга маршрутов движения на местности является распознавание объектов, обнаруживаемых СО, заключающееся в определении класса таких объектов [1]. Как правило, эта задача решается с помощью ТВ-камер. На практике для охранного мониторинга маршрутов движения нарушителей на местности широко применяются разведывательно-сигнализационные комплексы (РСК) с передачей информации о состоянии СО и видеоизображения от ТВ-камер по радиоканалу [2, 3]. Характеристики ТВ-камер, применяемых для распознавания объектов в составе РСК, известны (фиг. 1). С учетом высокого энергопотребления ТВ-камер в режиме передачи видеоизображения и ограниченной емкости применяемых автономных источников питания, время их непрерывной работы составляет не более 12 часов, а при включенном инфракрасном прожекторе не более 6 часов (фиг. 1). В тоже время, тактика применения средств, входящих в состав РСК, подразумевает работу этих средств без замены источника питания до нескольких месяцев, поэтому большую часть времени ТВ-камера работает в ждущем режиме, ее включение в режим передачи видеоизображения происходит по команде управления от СО, при обнаружении им объекта [2, 3].
ТВ-камеры устанавливаются на наиболее вероятных маршрутах движения нарушителей - дорогах [4]. Емкость радиосети РСК ограничена несколькими десятками средств, поэтому лицо, принимающее решение на развертывание РСК, вынуждено рационально использовать СО, и как правило, для управления ТВ-камерой может использовать не более одного СО [1, 2].
РСК развертываются на неподготовленной в инженерном отношении местности, на которой не применяется искусственного освещения в темное время суток, а также не возводятся заграждения для сдерживания действий объектов [2, 3]. Поэтому к снижению вероятности успешного распознавания объектов на местности приводят следующие условия:
- низкая освещенность в зоне наблюдения ТВ-камер, особенно в темное время суток и в условиях ограниченной видимости (дождь, снег, туман);
- свободное, без задержек перемещение объекта на местности, а следовательно короткое по времени пребывание его в зоне видимости ТВ-камер.
Согласно широко распространенной методике оценки эффективности охранного телевидения, для успешного распознавания оператором обнаруженного на местности объекта по его видеоизображению, необходимо одновременное выполнение следующих требований к видеоизображению:
- размер изображения объекта должен составлять не менее 50% относительно размера всего кадра [5, 6];
- видеоизображение должно передаваться в течение всего времени нахождения объекта в зоне наблюдения.
Требуемый размер изображения объекта на экране монитора обеспечивается расстоянием между ТВ-камерой до участка дороги, по которому движется объект. Для ТВ-камер из состава РСК (формат матрицы 1/2'' и фокусное расстояние 20 мм) это расстояние составляет не более 10-15 м (фиг. 2). Значение расстояния между ТВ-камерой до участка дороги, по которому движется объект, особенно важно в темное время суток, когда условия видимости ограничены дальностью действия встроенной ИК-подсветки - не более 20 м.
Передача видеоизображения в течение всего времени нахождения объекта в зоне наблюдения может быть обеспечена или непрерывной работой ТВ-камеры (что не приемлемо для ТВ-камер в составе РСК) или ее своевременным включением от управляющей команды от СО.
С учетом характеристик ТВ-камер, применяемых в составе РСК, и нахождения их в ждущем режиме до подачи команды на включение от СО, для создания условий успешного распознавания оператором объекта на местности по его видеоизображению, необходимо обеспечить:
- расстояние ТВ-камеры до участка дороги, по которому движется объект не более 10-15 м (фиг. 2);
- своевременное включение ТВ-камеры (до захода объекта в зону наблюдения).
Известно несколько способов обнаружения и распознавания объекта на местности, отличающихся друг от друга степенью соответствия требуемым условиям и затратами на их достижение [1].
Известен способ, заключающийся в ориентировании ТВ-камеры перпендикулярно контролируемому прямому участку дороги на удалении 80 м и работе ТВ-камеры основное время в ждущем режиме; установке одного СО вне зоны наблюдения ТВ-камеры вблизи ее границы, так что бы зона обнаружения (ЗО) пересекала середину участка дороги ограниченного зоной наблюдения; обнаружении СО движущегося по дороге объекта при пересечении им ЗО и передаче на ТВ-камеру команды управления на ее включение в режим передачи видеоизображения; передаче видеоизображения ТВ-камерой в течение предварительно заданного интервала времени на систему сбора и обработки информации; распознавании оператором объекта по видеоизображению на мониторе системы сбора и обработки информации (фиг. 3).
Другой известный способ, заключается в ориентировании ТВ-камеры перпендикулярно контролируемому прямому участку дороги на удалении 15 м и работе ТВ-камеры основное время в ждущем режиме; установке двух СО вне зоны наблюдения ТВ-камеры так что бы объект, движущийся по дороге в любом направлении обнаруживался одним из СО до захода в зону наблюдения на расстоянии, которое пройдет нарушитель за время задержки включения ТВ-камеры; обнаружении одним из СО движущегося по дороге объекта при пересечении им ЗО и передаче на ТВ-камеру команды управления на ее включение в режим передачи видеоизображения; передаче видеоизображения ТВ-камерой в течение предварительно заданного интервала времени на систему сбора и обработки информации; распознавании оператором объекта по видеоизображению на мониторе системы сбора и обработки информации (фиг. 4).
В первом указанном способе необходимые условия успешного распознавания оператором обнаруженного объекта по его видеоизображению не выполняются (фиг. 3, 5):
- расстояние от ТВ-камеры до участка дороги, по которому движется объект (S) в несколько раз превышает требуемое (не более 10-15 м) и составляет до 80 м (фиг. 2);
- ТВ-камера включается только после захода объекта в ее зону наблюдения. Второй указанный способ обеспечивает необходимые условия успешного распознавания оператором обнаруженного объекта по его видеоизображению:
- расстояние от ТВ-камеры до участка дороги, по которому движется объект (S) не превышает требуемое (не более 10-15 м);
- ТВ-камера включается до захода объекта в ее зону наблюдения.
Однако, для управления режимами работы ТВ-камеры применяются два СО (фиг. 4, 5).
Целью изобретения является обеспечение условий успешного распознавания оператором объекта по его видеоизображению за счет установки ТВ-камеры напротив участка дороги, по которому движется объект, на расстоянии не более 10-15 м и своевременным (до захода объекта в зону наблюдения) включением ТВ-камеры, с применением только одного средства обнаружения для управления ТВ-камерой.
Для достижения поставленной цели разработан способ обнаружения и распознавания объекта на местности, заключающийся в ориентировании ТВ-камеры с внешней стороны изгиба дороги так чтобы ее оптическая ось совмещалась с биссектрисой внутреннего угла изгиба дороги на расстоянии от вершины угла изгиба дороги, обеспечивающем размер изображения объекта относительно размера всего кадра не менее 50%; работе ТВ-камеры основное время в ждущем режиме; развертывании СО на изгибе дороги так, чтобы его ЗО пересекала дорогу в двух точках, с обеих сторон от угла изгиба дороги, и зона наблюдения ТВ-камеры находилась между этими точками на установленном расстоянии от них; установленное расстояние определяется исходя из максимальной скорости движения объекта и возможного времени задержки перехода ТВ-камеры в режим передачи видеоизображения; обнаружении СО движущегося по дороге объекта при пересечении им ЗО и передаче на ТВ-камеру команды управления на ее включение в режим передачи видеоизображения; передаче видеоизображения ТВ-камерой в течение предварительно заданного интервала времени на систему сбора и обработки информации; распознавании оператором объекта по видеоизображению на мониторе системы сбора и обработки информации (фиг. 5, 6).
Как правило, дорога, проходящая по участку местности, не является абсолютно прямой, одним из наиболее часто встречаемых элементов дорожной сети является изгиб дороги (дугообразный поворот, искривление дороги - состоящее из двух смежных прямых участков дороги соединенных круговой кривой).
СО развертывается на изгибе дороги так, чтобы его ЗО пересекала дорогу дважды, с обеих сторон от угла изгиба дороги, что позволяет заменить два СО - одним (фиг. 6). Зона наблюдения ТВ-камеры в месте ее пересечения с дорогой находится внутри участка дороги, ограниченного двумя точками пересечения ЗО СО с дорогой. Точки пересечения ЗО с дорогой удалены от точек пересечения зоны наблюдения с дорогой на установленном расстоянии , которое преодолеет объект с максимальной для данного участка дороги скоростью за возможное время перехода ТВ-камеры в режим передачи видеоизображения с момента обнаружения СО объекта:
3
где t - возможное время задержки перехода ТВ-камеры в режим передачи видеоизображения, с;
MAX
V - максимально возможная скорость движения нарушителя для данного участка дороги, м/с;
BB'(DD') - расстояние между точками пересечения ЗО с дорогой и точками пересечения зоны наблюдения с дорогой, м.
В РСК включение ТВ-камеры в режим передачи видеоизображения по команде СО происходит с задержкой по времени до 5 секунд с момента обнаружения СО объекта [2].
Зависимость скорости движения человека от условий местности определена практически, известна и подтверждена на основе экспериментальных данных (фиг. 7) [7]. Так, при движения объекта по грунтовой дороге без груза, установленное расстояние между точками пересечения ЗО с дорогой и точками пересечения зоны наблюдения с дорогой  может составлять, с учетом максимальной скорости 1,39 м/с (фиг. 7) и временем задержки 5 с [1]:
Предварительно задаваемый интервал времени работы ТВ-камеры в режиме передачи видеоизображения берется с коэффициентом запаса 1,2 и рассчитывается по выражению:
p
где t - интервал времени работы ТВ-камеры в режиме передачи видеоизображения, с;
В'О+ОВ' - расстояние, пройденное нарушителем от одного места пересечения ЗО СО с дорогой до другого места пересечения, м;
MIN
V - минимальная скорость движения нарушителя для данного участка дороги, м/с.
Разработанная схема развертывания СО и ТВ-камеры на изгибе дороги обеспечивает (фиг. 7):
- расстояние от ТВ-камеры до участка дороги, по которому движется объект, не превышает требуемое (не более 10-15 м);
- включение ТВ-камеры до появления объекта в ее зоне наблюдения.
Разработанный способ включает два этапа: подготовительный и основной. Подготовительный этап включает:
1. Установку средства 1 обнаружения и телевизионной камеры 5 на изгибе дороги согласно разработанной схеме (фиг. 6).
2. Развертывание системы 3 сбора и обработки информации (фиг. 8);
3. Задание интервала времени работы телевизионной камеры 5 в режиме передачи видеоизображения (формула 3).
Основной этап начинается при движении объекта через выбранный изгиб дороги и пересечении ЗО СО. Он включает:
1. Обнаружение средством 1 обнаружения объекта, пересекающего его ЗО, передачу средством 1 обнаружения команды управления на включение телевизионной камеры 5 в режим передачи видеоизображения.
2. Переход телевизионной камеры 5 в режим передачи видеоизображения на систему 3 сбора и обработки информации.
3. Прием видеоизображения системой 3 сбора и обработки информации и вывод его на монитор 4.
4. Анализ видеоизображения и распознавание объекта, движущегося по дороге, оператором 6.
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где представлено на:
- фиг. 1 - основные характеристики телевизионных камер входящих в состав разведывательно-сигнализационного комплекса;
- фиг. 2 - таблица зависимости размера изображения объекта от дальности до телевизионной камеры;
- фиг. 3 - схема развертывания одного средства обнаружения и телевизионной камеры в известном способе;
- фиг. 4 - схема развертывания двух средств обнаружения и телевизионной камеры в известном способе;
- фиг. 5 - таблица сравнения характеристик известных и предлагаемого способов;
- фиг. 6 - схема развертывания средства обнаружения и телевизионной камеры в предлагаемом способе;
- фиг. 7 - таблица зависимости скорости движения человека от условий местности;
- фиг. 8 - структурная схема взаимосвязи применяемых устройств, при реализации способа обнаружения и распознавания объекта на местности.
Технический результат заключается в обеспечении условий успешного распознавания оператором объекта по его видеоизображению за счет установки ТВ-камеры напротив участка дороги, по которому движется объект, на расстоянии не более 10-15 м и своевременным (до захода объекта в зону наблюдения) включением ТВ-камеры, с применением только одного средства обнаружения для управления ТВ-камерой.
Источники информации
1. Маршалов, Т.А. Технические средства охраны границы: учебник / Т.А. Маршалов, А.В. Густов, И.М. Потапов. - Калининград: КПИ ФСБ РФ, 2009. - 568 с.
2. Радиосигнализатор телевизионный PC-ТВ. Руководство по эксплуатации ПМЕК.424242.9000РЭ - М: «Полюс-СТ», 2016. - 28 с.
3. Электронный ресурс - www.radiobarier.ru
4. Шумов, В.В. Применение математических методов и моделей для обоснования решений а охрану государственной границы: Научно-практическое пособие. - Часть 2. - М: Просвещение, 1996. - 196 с.
5. Гедзберг, Ю.М. Охранное телевидение. - М.: Горячая линия - Телеком, 2005. - 312 с.
6. Гонта, А. Практическое пособие по CCTV / А. Гонта. - М.: Спецкнига, 2006. - 80 с.
7. Баленко, С.В. Школа выживания. - М.: 1994. - 140 с.