Выходы матричного коммутатора подключаются одновременно к нескольким АЦП (например, к 4-м как в модели CVS_EMS 24x8Е).

Анализ активности и движения ведется по одному (основному) каналу. При обнаружении активности или движения, камеры автоматически передаются на оцифровку дополнительными каналами АЦП с максимальной частотой: 50 fps для 3-х камер, 17 fps для 6-ти, 12,5 fps для 12-ти, но не менее 7 fps для всех 24-х камер.

Из практического опыта известно, что средняя активность на охраняемом объекте не превышает 25%, а движение и того меньше. В результате при работе систем CVS с матричными коммутаторами <по активности> или <по движению> частота оцифровок достигает 17-50 fps на каждую камеру.

При использовании матричных систем требования к вычислительной мощности компьютера существенно ниже, чем в системах с параллельной обработкой видеосигналов.

Наверное, каждый инсталлятор слышал жалобы заказчика на то, что по записям в архиве не возможно не только опознать нарушителя, но иногда даже определить его пол. А правоохранительные органы имеют проблемы при приобщении записей камер видеонаблюдения к обвинительным документам.
Причина кроется в очень низком разрешении телевизионных камер, особенно по вертикали (всего 288 пикселей при оцифровке полями, оцифровка кадрами не улучшает качество изображения из-за пресловутой гребёнки).

Общепринято считать, что для идентификации неизвестного человека на экране монитора его изображение должно занимать не менее 150%, т.е. мы должны видеть примерно 0,7 всей его фигуры (приблизительно от колен до головы).
Несложные расчеты показывают, что при среднем росте человека 175 см, на один пиксель приходится примерно 4,25 мм высоты тела, т.е. говорить о различимости особых примет (шрамы, родинки, и т.п.) даже в этом случае можно лишь условно (смотри Примечание).



Казалось бы, проблему можно решить, применив специализированные камеры высокого разрешения. Однако их цена, как и цена оборудования для ввода и оцифровки изображений на порядок увеличит стоимость проекта, потребует больших объемов архивов и много больших ресурсов компьютера. Кроме того, такие камеры, как правило, имеют низкую чувствительность, что еще больше ограничивает их применение.
Можно ли решить данную проблему простым способом?
Очевидно, да - вспомнив, что разрешение камеры по горизонтали (768 пикселей) в два и семь десятых раза больше, чем по вертикали. Тот, кто хотя бы раз держал в руках фотоаппарат, знает, что при съемке пейзажа фотоаппарат обычно располагают горизонтально, а при съемке людей вертикально. Такое расположение аппарата у профессионалов получило название <портретным>.
Все гениальное просто! Требуется лишь повернуть камеру на 90 градусов и расположить ее вертикально.

ВЫВОД:
Не затрачивая ни копейки, только лишь повернув камеру на 90 градусов, вы увеличиваете объем необходимой вам информации почти ВДВОЕ!!!


Теперь попробуем разбить объекты охраны на две группы по типу возможной установки камер:
Традиционная установка: помещения, открытые площадки (территории, автостоянки). Портретная установка: проходные, турникеты, входные двери, коридоры, лестницы и лестничные марши, тротуары и дорожки, фасады домов, периметры.

Легко видеть, что перечень объектов, для охраны которых портретная установка камеры является более предпочтительной - гораздо шире.
Обращаем особое ваше внимание на то, что даже при рассмотрении периметра как прямой линии - при портретной установке камер вдоль него может быть получена существенная экономия в количестве камер 33, 33%.

Техническая реализация

Если у вас на объекте установлена аналоговая система - достаточно повернуть камеры и монитор на 90 градусов и использовать возможности программного обеспечения CVS - на сегодняшний день только системы CVS поддерживают как обычную, так и <портретную> установку камер.

Портретное размещение камер поддерживается в версии CVSCenter 6.8.


На рисунках: камеры 2 и 10 - Физическая установка в Институте физики высоких энергий, камеры 6 и 7 - обзор колючего заграждения.

Примечание:
В рекомендации МВД РФ <Р78.36.008-99> (ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОНТАЖ СИСТЕМ ОХРАННОГО ТЕЛЕВИДЕНИЯ И ДОМОФОНОВ) приводятся основные требования к системе CCTV для целей идентификации человека:

Основное назначение: отождествление записанного изображения с хранящимся в базе данных (узнавание незнакомого объекта контроля). С помощью системы оператор должен иметь возможность идентифицировать:

• мелкие черты (цвет) лица;
  
• прическа (цвет волос);
  
• особенности походки;
  
• особые приметы (шрамы, родинки и т.п.);
  
• фасон (цвет) одежды.
  

Принцип основан на связи координатных сеток PTZ камеры и стационарных (обзорных) камер, что позволило разработать принципиально новые способы управления PTZ камерой, позволяющие мгновенно наводить камеру на цели, автоматически обнаруживать, захватывать и сопровождать их.



Наведение на цель
Автоматическое наведение PTZ камеры с максимальной скоростью на цель с заданным масштабом при указании цели курсором мыши на изображении любой из стационарных (обзорных) камер.

Захват цели
Автоматический захват целей PTZ камерой осуществляется при обнаружении их детектором движения на любой из стационарных (обзорных) камер.

При обнаружении цели по детектору движения на любой из стационарных (обзорных) камер PTZ камера с максимальной скоростью поворачивается на цель и масштабирует ее до заданной величины. При этом отпадает необходимость заранее создавать предустановки, достаточно лишь задать зоны детекции в необходимых местах на любых из стационарных (обзорных) камер, и купольная камера сама найдет цель.

Автоматическое сопровождение цели
Автоматический захват и сопровождение целей PTZ камерой при обнаружении их детектором движения на любой из стационарных (обзорных) камер.

При захвате цели по детектору движения или указания цели оператором она (цель) сопровождается автоматически в течение заданного времени. Если целей несколько (до 16) их сопровождение может осуществляться двумя способами:
- сопровождается последняя обнаруженная цель,
- сопровождаются все обнаруженные цели по очереди, с периодом переключения равным 3 сек.

Практическое применение
Везде, где требуется оперативное наблюдение за значительной территорией: места проведения массовых мероприятий, улицы и площади, стадионы, аэропорты и вокзалы, автостоянки, рынки, промышленные объекты, периметры и многое другое

Простой пример - рулетка в казино. Над игровым столом устанавливается обзорная камера (черно-белая) и PTZ камера (цветная) так, чтобы охватить все области интереса. Оператору достаточно указать на обзорной камере выигрышную ставку и PTZ камера мгновенно развернется на указанное место, покажет и запишет его с необходимым увеличением. Долее аналогично указывается место выплат или любой другой заинтересовавший оператора объект. Сравните это с работой оператора непрерывно управляющего джойстиком. Очевидно, что такой способ не только облегчает работу оператора, но и на порядки ускоряет наведение PTZ камеры.

Очевидны, также, преимущества автоматического захвата и сопровождения цели.
Например, периметр. Обзорные и PTZ камеры устанавливаются так, чтобы охватить все области интереса на периметре. По обзорным камерам выставляются зоны детекторов движения. При обнаружении движения, в какой либо зоне PTZ камера мгновенно развернется на цель с необходимым увеличением и будет ее сопровождать, показывать и записывать. Если в это время обнаружатся другие цели - PTZ камера будет сопровождать их поочередно.Такой метод значительно эффективнее работы камеры по предустановкам.

Для подтверждения подлинности цифрового изображения применяется метод формирования цифровых "водяных знаков", в котором используется принцип встраивания метки, являющейся узкополосным сигналом, в широком диапазоне частот маркируемого изображения.

Указанный метод реализуется при помощи оригинальных алгоритмов, суть которых заключается в следующем.
Относительно исходного изображения метка является некоторым дополнительным шумом, но так как шум в сигнале присутствует всегда, его незначительное контролируемое возрастание за счет внедрения метки не дает заметных на глаз искажений, так как метка рассеивается по всему исходному изображению.
Внедряемая дополнительная информация (водяной знак) скрывается путем фазовой модуляции информационного сигнала (несущей) с псевдослучайной последовательностью чисел. Имеющийся диапазон частот делится на несколько каналов, между которыми и происходит передача.

Специальные функции обработки видеосигнала, используемые в программном обеспечении CVSCenter позволяют достичь уникальных результатов:

• Автоматическое определение порога шумов обеспечивает чувствительность к изменениям в изображении (активности) выше чувствительности человеческого глаза.
• Cжатие информации по активности без потери качества изображения привело к значительному снижению загрузку процессора и уменьшению объем архива.

Например:
Допустим, размер одного изображения (естественно, сжатого тем или иным способом) 2 ÷ 20 Кбайт. Поток информации при вводе 25 к/с составит при этом 50 ÷ 500 Кбайт/с, а при сжатии по активности поток может уменьшиться до 2 ÷ 20 Кбайт/с., или средний размер на изображение может достигать значений от 0.1 ÷ 0.8 Кбайт!!!

• Автоматическая коррекция контраста, яркости и изменений освещенности в зонах.
• Автоматическая компенсация потерь четкости на длинном кабеле.
• Увеличение чувствительности в десятки раз (ночное видение).
• Повышение разрешения на 10 ÷ 20%.

На графике показана частотно-контрастная характеристика системы:

Из графика видно, что дополнительная математическая обработка видеосигнала позволяет увеличить чувствительность в 10 раз, разрешение - с 500 до 600 ТВЛ.

Многокамерные компьютерные телевизионные системы безопасности строятся, как правило, на базе нескольких процессоров (как серверов, так и клиентов). Это приводит к сложности в управлении такими системами с центрального поста т.к. оператору приходится работать одновременно с несколькими управляющими устройствами (манипулятор <мышь>, клавиатура).

Данная проблема существует при любом варианте построения системы: как при локальном размещении компьютеров (серверы в одном месте), так и при распределенном их размещении (серверы разнесены и связаны сетью).

Существующее решение данной проблемы - объединение компьютеров (как локальных, так и распределенных) через одно клиентское место, ограничено количеством мониторов, на которых отображаются камеры. Расширение количества мониторов сопряжено с включением дополнительных плат VGA или разделителей в одном компьютере, что приводит к снижению надежности системы, ее производительности и удорожанию.

Суть нового метода создания больших компьютерных телевизионных систем безопасности заключается в реализации возможности управления всей системой одним оператором с помощью одного манипулятора <мышь>. Таким образом, можно спроектировать систему по принципу <один оператор - один пульт>.

Практически система будет выглядеть следующим образом:
Компьютеры (как сервера, так и клиенты) объединяются в единую сеть, курсор мыши при этом может находиться на любом из мониторов и выполнять все команды так же, как и на одном компьютере. Вся визуальная информация будет представлена оператору на одном большом виртуальном экране, составленном из всех мониторов находящихся на центральном пульте. Заранее можно определить назначение мониторов, например:
     - только для визуализации,
     - для представления тревожной информации,
     - для поворотных камер и пр.

Дежурный оператор получает возможность (в зависимости от заранее определенного сценария и прав доступа) вводить пароли с помощью виртуальной клавиатуры, выбирать камеры или группы камер на любом из мониторов для просмотра, просматривать записи в режиме отката, ставить/снимать камеры под охрану, переключать камеры на дополнительные аналоговые мониторы, управлять любой поворотной камерой большой системы и т.д.

Развитые сетевые возможности превращают систему в единый многопроцессорный комплекс. Данный метод является альтернативой попытке создать многокамерную систему на одном компьютере и, в результате, является более надежным, информативным и экономически выгодным решением.

Для реализации этого метода, начиная с версии CvsCenter 6.3. введены следующие дополнения:

• В закладке <Настройки/Сеть/Объединение мониторов> предоставлены возможности для логического объединения 2÷15 компьютеров и 2÷60 мониторов соответственно.
• В <Сценарии> в разделе <Реакции> добавлено включение, выключение и переключение детектора движения по заданной камере, а также вывод на заданный дополнительный монитор заданной камеры.
• В закладке <Настройки/Камеры/Движение> добавлена возможность задания визуализации указанной зоны в режиме наблюдения.
• В наблюдении при включении статусной информации включается индикация постановки камеры под охрану.
• В закладке <Пароль> и <Наблюдение> добавлена виртуальная клавиатура для ввода пароля и наименований новых размещений камер (без подключения штатной клавиатуры).

Для справки: Бинокулярное зрение (от лат. bini - пара, oculus - глаз) - зрение, в котором принимают участие оба глаза, а получаемые ими изображения сливаются в одно, соответствующее рассматриваемому предмету. Бинокулярное зрение обеспечивает объемное (стереоскопическое)восприятие наблюдаемых объектов. Нарушение бинокулярного зрения препятствует определению глубины предметов, их взаимного расположения и удаленности от наблюдателя.

Несмотря на огромные достижения в области охранного телевидения, на сегодняшний день мы имеем хорошего, но, к сожалению, "одноглазого" помощника. Что готовит нам 3D видео?

Наблюдение

Принципы стереоскопического телевидения разработаны давно и широко используются сегодня, в том числе для 3D компьютерных приложений. Объект снимается двумя камерами и выводится на монитор либо с наложением одного изображения на другое, либо с чередованием изображений в различных кадрах. Разделение изображений для просмотра правым и левым глазом в первом случае осуществляется соответствующей окраской изображений в разные цвета (обычно красный и сине зеленый)и стерео очками с соответствующими светофильтрами. Во втором случае используются специальные очки с электронными шторками на базе жидких кристаллов, которые открываются поочередно в соответствии с выводом на экран компьютера изображения с той или иной камеры.
Сегодня есть все основания предполагать, что неудобства связанные с необходимостью использования специальных очков для просмотра стереоскопических изображений на экране компьютера в ближайшие годы будут преодолены.
Для справки: В настоящее время крупные электронные фирмы активно ведут разработки 3D дисплеев, не требующих специальных устройств для просмотра стереоскопических изображений. В результате родился прогноз, в соответствии с которым к 2010 году в мире будет продаваться 8,1 миллионов 3D дисплеев ежегодно.

Определение параметров объекта в пространстве

Информация о положении и поведении объекта в пространстве дает новый толчок в разработке систем безопасности на основе 3D видео. Такие системы будут обладать уникальными характеристиками:

• измерение размеров объекта и расстояния до него, определение направления и скорости перемещения;
• детектирование движения в объемных зонах, выделение запрещенных и разрешенных зон (объемов) для наблюдения.
• 3D видео реально приближает нас к решению проблемы распознавания объектов.

Детектирование движения в объемных зонах

3D видео детектор решает традиционную проблему охраны - перспектива, теперь зону детектирования можно вводить в виде объемных фигур. Недостатки плоских зон детектирования известны: сработка детекторов на объекты, пересекающие зону на переднем и заднем плане. Стереопара, установленная, например, вдоль забора, позволяет выделить объемные зоны, которые будут реагировать на приближение к забору, и в тоже время будут беспрепятственно пропускать людей через калитку. Более того, если объемную зону установить так чтобы она не соприкасалась с забором и землей, детектор движения не будет реагировать на тени и блики от фар. Т.е.3D видео детектор исключает ложные срабатывания от "объектов, не имеющих объема".

Зоны, запрещенные для наблюдения

Обеспечение безопасности граждан без нарушения прав на личную жизнь - активно обсуждаются в мире. Все шире используются методы маскирования зон видимости в камерах. 3D видео значительно расширяет возможности создания как разрешенных, так и запрещенных объемных зон для наблюдения.
Эти зоны могут совпадать с зонами детектирования движения, пересекаться с ними или быть независимыми. Можно наблюдать за улицей напротив жилого дома и в то же время не вторгаться в личную жизнь жильцов посредством случайного подсматривания через окна.3D видео - будущее цивилизованного общества.

Испытания первой стереоскопической системы безопасности CVS-3D, проведенные на базе ООО "Новые Технологии" показали ее высокую эффективность по сравнению с традиционными системами. Наравне с реализованной системой CVS Виртуоз, в основе которой уже лежат принципы объемной охраны - 3D видео станет одним из основных направлений в разработках фирмы ООО "Новые Технологии" на ближайшие годы.

Стереоизображение, снятое двумя цветными видеокамерами.