Вы находитесь в разделе Типовых решений систем безопасности
1.2. обнаружение и распознавание объектовДля реализации функций обнаружения и различения объектов вторжения в системах безопасности широко используются устройства, основанные на различных физических принципах формирования тревожных сигналов. Высокая надёжность принятия решения о вторжении достигается логическим объединением сигналов, поступающих с различных средств обнаружения, образующих рубежи охраны. Наиболее эффективны системы, в которых для формирования сигналов используются независимые (ортогональные) свойства нарушителя – оптические и акустические сигналы, инфракрасный и сейсмический или радиоволновый сигналы. Для повышения достоверности принятия решения о вторжении на охраняемый объект применяются различные методы комбинирования сигналов от рубежей охраны. Объединение сигналов по принципу совпадения (схема И) позволяет снизить вероятность ложной тревоги Рл. т, а объявление тревоги по сигналу любого из рубежей (схема ИЛИ) позволяет снизить вероятность пропуска нарушителей Рпр. Вероятности ошибок системы с двумя ортогональными рубежами охраны приведены в табл. 1.2. Таблица 1.2
Теория обнаружения, различения и оценивания сигналов разрабатывалась применительно к радиолокации. Развитие методов обнаружения позволяет с единых позиций рассмотреть не только радиолокацию, но и оптическую локацию (телевидение, инфракрасную технику). Вместе с тем, проектирование систем обнаружения этих классов имеет отличия не только в длине волны, но и в способе формирования информационного сигнала:
К основным принципам теории обнаружения относятся:
Эти принципы лежат в основе проектирования как систем обнаружения вообще, так и систем видеонаблюдения в частности. Например, на основе принципа оптимальности осуществляется согласование размеров элемента разложения матрицы ПЗС с кружком рассеяния объектива для обеспечения максимума отношения сигнал/шум при ограниченной освещённости , . Принцип накопления реализуется интегрированием фотоэлектронов в пределах времени кадра (от 20 мс и менее), площади элемента разложения (примерно, от 4×4 до 20×20 мкм) и интервала длин волн, к которым чувствительна матрица ПЗС (от 0.4 до 1 мкм) – . Принцип компенсации находит своё воплощение в телевизионных детекторах движения, использующих в своей работе различные модификации алгоритма вычитания из текущего изображения оценки фона по предыдущему ТВ-кадру , . Особенностью применения теории решений при разработке ТВ-систем обеспечения безопасности является трудность формализации характеристик наблюдаемых объектов и этапов принятия решений. Априорная неопределённость изображений при вторжении нарушителей весьма высока, хотя в этом случае на экране монитора появляются образы, имеющие вполне определённый смысл. Разнообразие нештатных ситуаций (не считая разнообразия постоянного во времени фона – ограждений и сооружений охраняемого объекта) не может быть сведено к небольшому набору классифицируемых образов с простыми параметрами неопределённости (масштаб, положение, поворот). Поэтому при построении систем видеоконтроля не часто удаётся воспользоваться готовыми решениями теории распознавания образов. Редким исключением является применение телевизионно-компьютерных систем определения номерных знаков автомобиля. В этих системах, благодаря применению нейроподобных алгоритмов распознавания ограниченного числа цифр и букв, удаётся достичь вероятности правильного распознавания до 98% при захвате телевизионного кадра с номерным знаком, занимающим существенную часть поля зрения телекамеры. Процесс принятия решения оператором ТВ-системы включает в себя четыре взаимосвязанных этапа: обнаружение, классификацию, различение и опознавание. Под обнаружением подразумевается выделение объекта на фоне и отнесение его к классам объектов, представляющим потенциальный интерес. Классификация означает отнесение обнаруженного объекта к одному из широких классов (человек, транспортное средство). Различение означает отнесение наблюдаемого объекта к более узкому подклассу (грузовой автомобиль, легковой автомобиль). Наконец, на стадии опознавания можно установить тип объекта (марка автомобиля). Априорная неопределённость изображений нарушителей приводит к необходимости установления связи параметров ТВ-системы с вероятностными характеристиками опознавания обнаруживаемых объектов. Детальные исследования этих связей показали , что они зависят от множества факторов:
Далее рассматривается роль главных из этих факторов – отношения сигнал/шум и размера опознаваемого объекта на экране монитора. Под отношением сигнал/шум понимается отношение сигнала перепада между наблюдаемым объектом и фоном к среднеквадратичному значению шума. Реальное отношение сигнал/шум для обнаруживаемого объекта меньше максимального при данной освещённости на величину контраста объекта относительно фона. Размер объекта на экране монитора может измеряться и в сантиметрах, и в радианах, но для анализа вероятности опознавания объекта следует применить другую меру – число элементов разложения. Роль числа элементов в ТВ-изображении была подчёркнута основоположником электронного телевидения В. К. Зворыкиным, который сформулировал принцип достаточности точности при передаче видеоинформации. Согласно этому принципу, число элементов должно быть и не слишком большим, и не слишком малым. При чрезмерно большом числе элементов и ограниченной площади фотоприёмника изображение тонет в фотонном шуме; при слишком малом числе элементов резко сокращается число различимых образов. В случае различения известного заранее числа сигналов число элементов разложения, приходящееся на изображение объекта, должно быть не менее числа классифицируемых объектов . При уменьшении числа элементов разложения (строк) на размер объекта необратимо теряется информация об объекте. Даже, казалось бы, простейшую задачу различения одноэлементного объекта от двухэлементного невозможно решить безошибочно. Это связано с неизбежными искажениями формы сигналов при накоплении и дискретизации оптического сигнала в матричном фотоприёмнике. Из-за таких искажений при уменьшении числа строк на объект вероятность опознавания объекта уменьшается. Конкретное значение уменьшения вероятности правильной классификации изображений при недостаточном отношении сигнал/шум и числе элементов разложения зависит от числа классифицируемых изображений и их отличий друг от друга. Примеры таких зависимостей приведены на рис 1.4 . Более высокая вероятность опознавания на рис 1.4,а связана с тем, что увеличение разнообразия в наборе сигналов сопровождается увеличением различия между сигналами изображений классифицируемых объектов. Рост достоверности опознавания является следствием того, что ошибка классификации убывает с увеличением разностного сигнала от изображений двух объектов при их одинаковых масштабах и наилучшем совмещении. При плохих условиях наблюдения отличить джип от лимузина значительно легче, чем один тип джипа от другого. Вместе с тем, большая априорная неопределённость в характере нештатной ситуации не снижает требований к разрешающей способности ТВ-системы, а увеличивает их. Это связано с тем, что часто оказывается необходимым не только грубо оценить сигнал, например классифицировать как автомобиль, но и определить марку автомобиля, его номер, число пассажиров, их особые приметы. Сложность определения требуемой чёткости связана также с зависимостью формы отклика дискретных фотоприёмников от сдвига оптического изображения . Этот эффект приводит к тому, что даже если мелкие детали изображения в одном из кадров различаются, то в другом (при сдвиге сигнала) они могут не различаться. Априорная неопределённость в числе разрешаемых образов и неинвариантность (shift variance) отклика фотоприёмников к сдвигу изображения приводят к отсутствию универсального требования к чёткости ТВ-изображения. Даже ГОСТ Р 51558-2000 Системы охранные телевизионные. Общие технические требования и методы испытаний не содержит конкретных значений для разрешающей способности систем охранного телевидения , а лишь указывает на технические характеристики, которые должны быть проверены при сертификации систем. В результате проектировщики ТВ-систем безопасности используют различные эмпирические правила, например критерии Джонсона, связывающие вероятность правильного решения с числом строк, приходящихся на размер объекта. Критерии Джонсона, усреднённые по всем классам объектов, имеют значения, приведённые в табл. 1.3. Таблица 1.3
В задаче различения сигналов всегда требуется большая чёткость, чем при обнаружении. Необходимое увеличение чёткости зависит от степени неопределённости в наблюдаемом изображении. Так, если необходимо опознать личность известного оператору человека, то, по рекомендациям МВД Великобритании, его изображение должно занимать 50% растра; идентификация индивидуальных признаков неизвестной личности требует увеличения размера изображения человека до 120% растра (рис. 1. Подавляющее большинство применяемых в настоящее время охранных ТВ-систем не являются оптимальными с точки зрения теории решений, поскольку поле зрения и параметры разложения обычно задаются независимо. Число строк в растре определяется стандартом, в котором работает аппаратура (PAL, SECAM, NTSC). Поле зрения, как правило, выбирается из условия перекрытия определённого участка территории охраняемого объекта. Оптимальный выбор поля зрения (место установки телекамеры и фокусное расстояние объектива) должен осуществляться, исходя из обеспечения чёткости, гарантирующей заданную вероятность правильного решения. На практике такое требование приводит к увеличению числа телекамер в контролируемой зоне по сравнению с предусмотренным в исходных требованиях на систему. Дополнительным средством увеличения качества принимаемых решений является использование телекамер, снабжённых объективами с переменным фокусным расстоянием. При этом проектировщика, руководствующегося принципом дадим заказчику не то, что он просит, а то, что ему нужно, подстерегает опасность спроектировать систему с завышенными техническими характеристиками. Для исключения подобной крайности следует обратиться к уравнению (В. , корректное решение которого позволяет найти компромисс между требованиями экономики и безопасности. Читайте далее:  Народный нановидеосервер Факторы успеха в сфере беспроводного видеонаблюдения Шз–революция В великобритании собираются использовать видеонаблюдение для выявления мусорящих курильщиков Аналитики пытаются остановить похитителей велосипедов при помощи видеонаблюдения Народный нановидеосервер iii Предложения к гост р 51558-2008 Кадровая безопасность ,часть 1,
|
|||||||||||||||||||||||||||
