Размещено на http://www.Allbest.ru/

Государственный комитет связи информатизации и телекоммуникационных технологий Республики Узбекистан

Ташкентский университет информационных технологий

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Тема:

Создание программного обеспечения, регистрирующего и контролирующего системой fаce control

Выпускник Паникар Т.С

Руководитель Тураев Б.З.

Ташкент - 2013 г.

ЗАДАНИЕ

на выпускную квалификационную работу Паникар Т.С.

1. Тема работы: Создание программного обеспечения регистрирующего и контролирующего системой fаce control

2. Утверждена приказом по университету от «4»02.13.П№109

3. Срок сдачи законченной работы 25.05.2013 г.

4. Исходные данные к работе Создание программного обеспечения регистрирующего и контролирующего системой fаce control.

5. Содержание расчётно-пояснительной записи (перечень подлежащих разработке вопросов) Аналитический обзор видеосистем с элементами интеллектуальной обработки видео контента, Разработка структуры и алгоритма работы адаптивного децентрализованного комплекса визуального определения объектов и траекторий их перемещений, Разработка алгоритма функционирования комплекса анализа видео объектов.

6. Перечень графического материала записан на носителе типа СD

7. Дата выдачи задания 05.02.2013 г.

8. Консультанты по отдельным разделам выпускной работы

Раздел	Ф.И.О руководителя	Подпись дата
		Задание выдал	Задание получил
1. Введение	Тураев Б.З.	5.02.13	5.02.13
2. Аналитический обзор видеосистем с элементами интеллектуальной обработки видео контента	Тураев Б.З.	15.02.13	15.02.13
3. Разработка структуры и алгоритма работы адаптивного децентрализованного комплекса визуального определения объектов и траекторий их перемещений	Тураев Б.З.	12.03.13	12.03.13
4. Разработка алгоритма функционирования комплекса анализа видео объектов	Тураев Б.З.	12.04.13	12.04.13
5. БЖД	Абдуллаева С.М.	15.05.13	15.05.13
6. Заключение	Тураев Б.З.	20.05.13	20.05.13

9. График выполнения работы

№	Наименование раздела работы	Срок выполнения	Отметка руководителя о выполнении
1.	Введение	5.02.13-14.02.13
2.	Аналитический обзор видеосистем с элементами интеллектуальной обработки видео контента	15.02.13-11.03.13
3.	Разработка структуры и алгоритма работы адаптивного децентрализованного комплекса визуального определения объектов и траекторий их перемещений	12.03.13-11.04.13
4.	Разработка алгоритма функционирования комплекса анализа видео объектов	12.04.13-15.05.13
5.	БЖД	15.05.13-19.05.13
6.	Заключение	20.05.13-25.05.13

АННОТАЦИЯ

В данной выпускной квалификационной работе рассматривается работа программного обеспечения для учета и контроля распознавания лиц системой face-control. В ходе данной выпускной квалификационной работы были рассмотрены возможности распознавания и анализа лица человека, с использованием системы распознавания лиц face-control. Также разработано программное обеспечение регистрации и контроля системы наблюдений, идентифицирующее личность по изображениям с использованием системы распознавания лиц.

Ушбу малакавий битирув ишида face-control тизимида шахсни аниклаш назароти ва хисобга олинишининг дастурий таъминоти курилади. Малакавий битирув иши жараёнида face-control тизимида шахс юз тузилишини аниклаш ва тахлил килиш имкониятлари куриб чикилган. Шунингдек шахсни аниклаш кузатув тизимини хисобга олиш ва назорат килиш дастурий таъминоти ишлаб чикилган.

In this graduate qualification work software for registration and control of “face-control” face recognition system is considered. During this graduate qualification work possibilities of human face recognition and analysis using Face-control recognition system were regarded. Software for registration and control of supervision system, identifying person by images using face recognition system is developed.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. Аналитический обзор видеосистем с элементами интеллектуальной обработки видео контента

1.1 Обзор систем видеоанализа объектов

1.2 Основные технические условия

1.3 Требования к программно-аппаратному комплексу анализа видеообразов

Вывод

Глава 2. Разработка структуры и алгоритма работы адаптивного децентрализованного комплекса визуального определения объектов и траекторий их перемещений

2.1 Предметная область автоматизации

2.2 Задачи и процедуры архивирования

2.3 Журнал событий и интеллектуальный поиск

2.4 Структура, топология и алгоритм работы комплекса

Вывод

Глава 3. Разработка алгоритма функционирования комплекса анализа видео объектов

3.1 Разработка алгоритма организации вычислительных средств комплекса в структуру поэтапного решения задачи анализа видеообъекта

3.2 Методы, алгоритмы и программа анализа изображений средствами комплекса

3.3 Математическая модель задачи

3.4 Программная реализация

Вывод

Глава 4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Проектирование мер безопасности при эксплуатации систем видеонаблюдения

4.2 Система видеонаблюдения в условиях ЧС

Заключение

Список использованных источников

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Задачей выпускной квалификационной работы являлась разработка программного обеспечения конфигурирования аппаратно-программного комплекса распределённой обработки видеообразов. Программный комплекс должен эффективно обрабатывать и передавать информацию на любом оборудовании, на котором установлен. А так же снижать нагрузку с сетей и находить оптимальный и короткий маршрут для передачи большого объёма информации. Выполненная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка использованных источников.

В первой главе выпускной квалификационной работы сделан обзор существующих систем видеоанализа объектов и распознавания образов и анализ основных структур программно-аппаратного комплексов видеоконтроля.

Во второй главе описано исследование предметной области автоматизации, осуществлена разработка структуры и алгоритма функционирования децентрализованного комплекса определения объектов и их перемещений, а также представлено функционально-структурное описание объекта автоматизации, сформулированы основные требования к комплексу.

В третьей главе рассмотрены алгоритмы функционирования комплекса, организации вычислительных средств комплекса в структуру поэтапного решения задачи анализа видео-объектов, математическая модель задачи, алгоритмы и программа анализа маршрута передачи информации средствами комплекса, приведены результаты работы программы.

В четвертой главе рассмотрены вопросы экологичности и безопасности проекта, представлен анализ требований к разрабатываемому программно-аппаратному комплексу, решения по охране труда (защитное заземление), по обеспечению устойчивости его функционирования в чрезвычайных ситуациях.

Основной задачей проектирования являлось рассмотрение вопросов построения пространственно-распределенной аппаратно-программной и алгоритмически децентрализованной структуры, способной поэтапно обрабатывать видео образы, и выполнять расчёт маршрута для эффективной передачи данных по сети.

Для выполнения задачи был выбран алгоритм Беллмана-Форда по нахождению кратчайшего пути в графе. Выбор был сделан в его пользу, т.к. алгоритм Дейкстры хоть и более совершенен, но более сложен в реализации и обладает огромным минусом - намного большим потреблением аппаратных средств при реализации. Таким образом, программа позволит эффективно использовать сетевые ресурсы, снижая нагрузку на сеть и передавать информацию наиболее быстро и эффективно.

По результатам работы можно сделать вывод о том, что предложенный подход и созданная программа формирования комплекса средств видеоанализа, могут быть использованы на практике при организации и функционировании сложных распределенных систем видеоанализа объектов, т.к. программа позволяет наиболее эффективно использовать ресурсы сети и значительно снизить уровень нагрузки.

Глава 1. Аналитический обзор видеосистем с элементами интеллектуальной обработки видеоконтента

1.1 Обзор систем видеоанализа объектов

В процессе выполнения квалификационной работы мы ознакомимся с наиболее распространенными программами идентификации личности, которые используются в современных электронных системах контроля и управления доступа, а именно:

Программа Face-сontrol

Программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий автоматическое выделение из "живого" видеопотока оптимальное изображение лица для распознавания, сохранения в базе данных и последующей идентификации в режиме реального времени.

Инновационная технология распознавания лиц обеспечивает высокую (не менее 80%) вероятность распознавания лиц, в том числе, при изменении физических характеристик лица: старении, появлении бороды и усов, изменении прически.

Отсутствие физического контакта с системой, распознавание лиц всех людей, попавших в поле зрения видеокамеры, работа с внешними базами данных и другие преимущества - аргумент для использования системы в местах массового скопления людей, на секретных и стратегически важных объектах.

Интеграция системы "Face-Control" в единый комплекс безопасности для обеспечения необходимой реакции его компонент по результатам распознавания и идентификации - высокоэффективный способ обеспечения безопасности самых различных объектов.

Использование системы "Face-Control" для видеоконтроля обеспечит в реальном времени регистрацию всех людей, прошедших через рубеж контроля, предоставление данных о присутствии разыскиваемых персон. Полученная информация будет необходима в случае совершения правонарушений, беспорядков, при поиске пропавших людей. Надежная работа в широком диапазоне условий освещенности, одновременное распознавание лиц многих людей в движении является дополнительным аргументом в пользу использования системы.

Правоохранительные органы могут эффективно использовать систему "Face-Control" для идентификации террористов, преступников, нарушителей при интеграции с собственными базами данных. Система обеспечит мгновенное оповещение о нахождении разыскиваемых лиц на контролируемом объекте, а, следовательно, оперативное реагирование и принятие необходимых мер со стороны силовых структур.

Использование системы "Face-Control" - высокотехнологичное решение задачи контроля миграционных процессов, борьбы с террористами, контрабандистами. Службы пограничного и паспортного контроля аэропортов, вокзалов, иммиграционные службы имеют все основания использовать систему для автоматического сравнения фотографии на документе с "живым" лицом, поиска и предоставления информации из собственных баз данных, формирования видеоархива прибывающих в страну.

Система "Face-Control" является эффективным инструментом для предотвращения проникновения "нежелательных людей" на охраняемую территорию за счет идентификации допущенных лиц. По результатам бесконтактной регистрации лица, сравнения с изображениями из базы данных по "черному" или "белому" списку, полномочия личности на проход будут автоматически удостоверены. В случае регистрации человека, не имеющего прав доступа в определенное помещение или территорию, автоматически будет реализована заданная реакция системы контроля доступа, установленного охранного оборудования (блокирование дверей, включение сирены), а также оперативное оповещение соответствующих подразделений.

Система "Face-Control" эффективна для автоматического контроля и ведения базы данных сотрудников и посетителей предприятий, банков, офисов: в архиве сохраняется и будет при необходимости мгновенно найдена информация о дате, времени, направлении прохода интересующего человека, видеокадр с изображением его лица.

Программа VideoInspector Xpress

Система "VideoInspector Xpress" - экономичная цифровая система видеонаблюдения с функциональными возможностями, необходимыми для решения задач охраны и видеоконтроля малых и средних объектов: предназначена для организации до 16 видеоканалов.

Высокие технические характеристики обеспечивают эффективность применения системы для обеспечения безопасности: полное разрешение видеокадра, сжатие данных с помощью алгоритма компрессии Delta-Wavelet, передача данных по сети, просмотр изображения через Web-браузер и др.

Система "VideoInspector Xpress" является готовым комплектом для быстрой и легкой инсталляции, надежной эксплуатации на базе персонального компьютера.

В стоимость комплекта поставки включены: максимально возможное количество каналов аудиозаписи и управления поворотными камерами, удаленное рабочее место оператора.

Область применения:

Система "VideoInspector Xpress" - лучший выбор для организации видео наблюдения на таких объектах как:

офисы;

магазины;

школы, детские сады;

банковские помещения: операционные залы, кассовые узлы, пункты обмена валюты, кабинеты;

залы игровых автоматов;

загородные дома и др.

Функциональные возможности:

Система "VideoInspector Xpress" предоставляет пользователю все необходимые в работе возможности профессиональных систем:

- многоканальная видеозапись и аудиозапись каналов видеозаписи/аудиозаписи/телеметрии: до 16;

- детекция движения с настройкой заданных параметров по каждому видеоканалу;

- отображение и воспроизведение видеозаписи, работа с видеоданными с использованием удобного пользовательского интерфейса;

- формирование архива большого объема с сохранением при этом высокого качества изображения благодаря высокопроизводительному алгоритму компрессии Delta-Wavelet;

- удаленный доступ к данным.

Многоканальная видеозапись:

- количество видеоканалов: от 1 до 16;

- высокая скорость видеозаписи - до 25 кадров в секунду на канал;

- общая скорость до 400 кадров в секунду (16 живых каналов);

- предтревожная видеозапись;

- управление поворотными камерами;

- разрешение видеокадра - 704х576, 704х288, 352х288;

- индивидуальные настройки параметров продолжительности и скорости записи, цветности, яркости и контрастности изображения для каждой видеокамеры;

- запись видеоданных по принципу замкнутого кольца;

- автоматическая и ручная программная обработка для улучшения качества изображения.

Детекция движения:

- помехоустойчивый программный детектор движения с возможностью индивидуальной настройки по каждому видеоканалу;

- настройка на детекцию объектов заданных параметров;

- накладываемая маска зон разрешенного/запрещенного движения для обнаружения движения в одних участках кадра и игнорирования в других - настройка начала видеозаписи по факту детекции движения.

Отображение и воспроизведение видеозаписи:

- удобный пользовательский русскоязычный интерфейс;

- многократное - до 16 - цифровое увеличение изображения, контрастирование, переключение цветности, увеличение четкости для детализации объекта;

- деинтерлейсинг - восстановление видеоизображения после оцифровки с целью устранения эффекта "гребенки" кадра максимального разрешения;

- многоэкранное представление видеозаписи с возможностью настройки количества изображений на экране от 1 до 32;

- удаленный просмотр с использованием каналов связи, поддерживающих протокол TCP/IP, через стандартный Web-браузер;

- настройка режима воспроизведения: прямой, обратный и покадровый просмотр;

- триплексный режим работы: одновременные отображение / запись / просмотр записанной видеоинформации;

- автоматическая и ручная программная обработка для улучшения качества изображения.

Формирование архива:

- формирование видеоархива большого объема с сохранением высокого качества изображения;

- сжатие видеозаписи с использованием уникального алгоритма компрессии Delta-Wavelet;

- выбор степени компрессии для оптимального использования дискового пространства;

- мгновенный поиск видеозаписи в архиве по признаку места и времени события, номеру видеокамеры;

- экспорт видеоизображения в формат AVI, видеокадров - в формат JPG;

- печать видеокадров на принтере;

- покадровый и ускоренный просмотр видеоархива;

- удаленный доступ к архиву с использованием каналов связи, поддерживающих протокол TCP/IP, через стандартный Web-браузер;

Программа Video Inspector Global

Это сетевая система видеонаблюдения повышенной производительности с многосерверной архитектурой, предназначенная для решения сложных задач обеспечения безопасности средних и крупных объектов с территориально распределенной структурой.

Данная система - уникальная платформа для организации работы неограниченного количества видеосерверов и видеокамер, оборудования необходимого количества рабочих мест мониторинга и администрирования.

Использование архитектуры "клиент-сервер" при реализации сетевых решений эффективный способ обеспечения видеонаблюдения крупных территориально распределенных объектов. Поддержка механизма макрокоманд и скриптов позволяет осуществлять настройку реакции системы на регистрируемые события.

Системы «VideoInspector Global» - гарантия безопасности объектов независимо от их масштаба, особенностей территориальной структуры, удаленности друг от друга или единого центра управления системой будет надежно обеспечена. Система «VideoInspector Global» - оптимальный выбор для организации видеонаблюдения:

- крупных промышленных предприятий и всех объектов их инфраструктуры, в том числе, территориально разнесенных;

- транспортных магистралей любой протяженности;

- торговых сетей;

- объектов со сложной филиальной структурой.

Система «VideoInspector Global» предоставляет пользователю полный спектр функциональных возможностей необходимых для решения задач видеонаблюдения на объектах различной сложности и масштаба, их надежной охраны и обеспечения высокого уровня безопасности.

Многоканальные видео- и аудиозапись: сбор, передача по сети, отображение информации, поступающей от видеокамер и микрофонов.

Формирование архивов большого объема с обеспечением высокого качества видеоизображения; возможность организации единого хранилища данных.

Широкий спектр пользовательских возможностей: поиск информации по заданным параметрам, покадровый и ускоренный просмотр видеоархива, цифровое увеличение, контрастирование, увеличение четкости видеоизображения.

Удаленная работа с территориально распределенной системой видеонаблюдения: контроль обстановки на объекте в режиме реального времени, доступ к удаленному архиву для поиска и просмотра необходимой информации, мониторинг состояния и управление компонентами системы.

Автоматическое оповещение при регистрации определенных событий, например, при срабатывании детектора движения.

Сетевые возможности:

- построение сетевых решений с использованием архитектуры «клиент-сервер»: количество видеосерверов и видеокамер неограниченно;

- управление, работа с компонентами системы с использованием единого пользовательского интерфейса;

- настройка реакции компонентов системы на определенные события с использованием механизма макрокоманд и скриптов;

- удаленный мониторинг обстановки в режиме реального времени;

- удаленный доступ к работе с видеоархивом;

- дистанционное администрирование системы;

- удаленное управление поворотными видеокамерами;

- удалённый аудиомониторинг;

- многоуровневое разграничение прав доступа при работе с системой.

Передача данных и удаленная работа с системой с использованием каналов связи, поддерживающих протокол TCP/IP, через стандартный Web-browser.

Многоканальная видеозапись:

- настройка режима записи: непрерывно, по расписанию, по детекции движения;

- предтревожная видеозапись;

- управление поворотными камерами;

- высокая скорость видеозаписи- до 25 кадров в секунду на канал;

- разрешение видеокадра - 704х576, 704х288, 352х288;

- индивидуальные настройки параметров продолжительности и скорости записи, цветности, яркости и контрастности изображения для каждой видеокамеры;

- запись видеоданных по принципу замкнутого кольца;

- автоматическая и ручная программная обработка для улучшения качества изображения.

Детекция движения:

- помехоустойчивый программный детектор движения с возможностью индивидуальной настройки по каждому видеоканалу;

- настройка на детекцию объектов заданных параметров;

- накладываемая маска зон разрешенного/запрещенного движения для обнаружения движения в одних участках кадра и игнорирования в других;

- настройка начала видеозаписи по факту детекции движения.

Отображение и воспроизведение видеозаписи:

- удобный пользовательский русскоязычный интерфейс;

- поддержка интерактивных многоуровневых планов помещений;

- вывод данных на несколько физических мониторов;

- многократное - до 16 - цифровое увеличение изображения, контрастирование, переключение цветности, увеличение четкости для детализации объекта;

- деинтерлейсинг - восстановление видеоизображения после оцифровки с целью устранения эффекта "гребенки" кадра максимального разрешения;

- много экранное представление видеозаписи с возможностью настройки количества изображений на экране от 1 до 32;

- настройка режима воспроизведения: прямой, обратный и покадровый просмотр;

- триплексный режим работы: одновременные отображение (запись ) просмотр записанной видеоинформации.

1.2 Основные технические условия

В ходе анализа существующих решений установлено, что задачи обеспечения контроля не могут сводиться лишь к видео мониторингу объектов, а должны поддерживать и интеллектуальную обработку видеоданных, при которой роль человека заключалась бы в принятии окончательного решения. Однако при простом видео мониторинге получаемые видеофрагменты не дают достаточную информацию для уверенной идентификации ситуации и принятий соответствующих решений. Основным фактором, сдерживающим внедрение систем удаленного мониторинга, является недостаточное качество их сетевой инфраструктуры. Несмотря на то, что видеоинформационные сети активно развиваются. Их пропускная способность не может в полной мере удовлетворить потребностям задач видеоконтроля, поскольку еще существуют ограничения по количеству кадров в секунду при одновременном использовании нескольких видеокамер на одном канале. Сжатие же изображения зачастую существенно снижает распознаваемость и идентификация присутствующих в кадре объектов во многих случаях становится невозможной, поэтому видеонаблюдение часто позиционируется как инструмент для анализа уже произошедших инцидентов, а не как средство их предотвращения. В определенной мере это происходит из-за того, что при передаче исходных избыточно-информативных аналоговых видеоданных на значительное расстояние неизбежно возникает наложение помех, что, в итоге, приводит к снижению исходной информативности видеоданных до уровня, недостаточного для проведения качественного анализа.

Принципиально невозможно рассматривать объединение полностью аналоговых систем в существенно крупную сеть удаленного видеоконтроля. Причины этого были рассмотрены, в их числе:

1) недостаточное качество изображения при передаче с аналоговых видеокамер в ряде случаев не позволяло идентифицировать объекты, например, объекта - человека;

2) аналоговая видеосистема является, по сути, пассивным устройством, она сама, практически, не выполняет других задач, кроме формирования видеоизображения, а дистанционное управление функциями панорамирования, наклона, масштабирования или изменения экспозиции требует громоздких и дорогостоящих дополнительных кабельных соединений;

3) большим ограничением для аналоговых видеосистем является отсутствие гибкости - любое изменение конфигурации требует перекладки коаксиальных или иных кабелей кабельной системы, а это довольно дорого и непрактично.

Обращаясь к результатам анализа систем, можно отметить, что при удаленном мониторинге объектов для системы видеонаблюдения целесообразно использовать интегрированные решения видео верификации тревог, минимизирующих количество ложных оценок. В таком варианте работы видеосистемы передача сигналов о нештатных ситуациях в мониторинговый центр начинаются только после ее обработки группой средств интеллектуального анализа. Следовательно, в рассматриваемой системе целесообразно внедрять интеллектуальные механизмы обработки видеообразов непосредственно в устройствах их получения (в видеокамерах), что также способствует и разгрузке остальных вычислительных ресурсов комплекса. Информативный аналоговый сигнал на этом его уровне может быть корректно преобразован в дискретный без потери информативности (при соблюдении требования двойных отсчетов по теореме Котельникова) и передан средствам дальнейшей обработки в дискретной форме видеообраза (Od) с результатом уже выполненного анализа (ai(Od)) для последующего (Od + ai(Od)) следующими устройствами рисунка 1.2

Рисунок 1.2 - Структура распределенного децентрализованного комплекса

Очевидно, что при корректной работе аппаратуры дискретный видеообраз не теряет своей информативности при последующих передачах для выполнения процедур анализа (Od + (Od)+...+ aq(Od)) образов, их сцен и ситуаций. Определенное снижение этого уровня произойдет лишь при сжатии дискретного видеообраза, что, таким образом, целесообразно делать на заключительных стадиях его анализа и при формировании соответствующих архивов, но с компенсацией учетом результатов предшествующих обработок: (ai(Od)+...+ aq(Od)).

Поэтому основным направлением совершенствования систем удаленного мониторинга является внедрение средств и процедур интеллектуальной обработки видео контента для автоматического анализа объектов и ситуаций на как можно более ранних стадиях получения видеоинформации.

1.3 Требования к программно-аппаратному комплексу анализа видеообразов

В настоящее время видео аналитика являются необходимым требованием для всех систем безопасности, поэтому комплекс видеоанализа должен обладать:

1) поддержкой нетривиальных функций видео аналитики;

2) мощным инструментарием автоматической обработки видеопотока - отбора и выделения из него данных, событий, объектов, представляющих интерес для контроля ситуации и выявления угроз безопасности;

3) эффективной аналитической обработкой данных, обеспечивающей идентификацию людей или обнаружении предметов, представляющих потенциальную угрозу;

4) автоматизированной обработкой и анализом видеоданных с дополнением видеоинформации данными от систем жизнеобеспечения, связи и пр., для повышения результативности системы;

5) интегрируемостью новых компонентов, поскольку новые задачи и появляющиеся угрозы вызывают необходимость постоянного развития, в первую очередь это касается добавления новых функций видео аналитики как наиболее эффективного способа решения;

6) возможностью включения новых видов технических средств и увеличения количества уже установленного оборудования с учетом неизбежного со временем расширения комплекса, вызванного появлением магистралей, строительством инфраструктуры, и этот процесс должен быть относительно легко реализуем без перехода на новую программную платформу, фундаментальной переработки проекта, длительной настройки для работы в новой конфигурации;

7) новые средства жизнеобеспечения, технологического и охранного оборудования, информационные системы должны естественно включаться в состав функционирующей системы;

8) предотвращением несанкционированной работы с системой, изменения настроек оборудования, работы с данными для пользователей на всех уровнях посредством многоуровневого распределения прав доступа.

Внедрение комплекса с автоматическими функциями видео аналитики должно обеспечить:

1) постоянное максимально автоматизированное видеонаблюдение за обстановкой на территориях и в административных зданиях, учреждения, в том числе, автоматическое выявление оставленных и представляющих потенциальную опасность предметов;

2) оперативное информирование в случаях нарушений общественного порядка, коммунальных аварий и техногенных катастроф;

3) сплошным визуальным контролем на отдельных объектах с применением технологии автоматизированной идентификации объектов по изображению и сравнением с эталонной базой данных, в том числе, для проведения розыскных мероприятий как в реальном времени, так и по архивным материалам, при этом могут решаться как задачи обнаружения, так и предотвращения будущих инцидентов (например, отказ в проходе, предотвращение попыток террористического захвата);

4) контролируемый доступ на определенные объекты и в помещения на основе комбинированного анализа видеоизображения, предъявленных документов и, возможно, других биометрических данных;

5) контролем передвижения транспортных средств, включая мониторинг обстановки на транспортных развязках, въездов/выездов, выявление в потоке транспорта с определенными регистрационными номерами;

6) контролем работы технических систем жизнеобеспечения (электроснабжение, водопровод, лифтовое хозяйство, газовое хозяйство).

Пример распределённого комплекса представлен на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Распределенный комплекс видеонаблюдения Face-control

Нераспределенные же решения в этом случае неработоспособны, поскольку накладывают жесткие ограничения на расстояния контроля и возможность децентрализации, требуют создания сверхсложных кабельных сетей и соответствующих им инфраструктур.

Вывод

Обращаясь к результатам анализа систем, можно отметить, что при удаленном мониторинге объектов для системы видеонаблюдения целесообразно использовать интегрированные решения видео верификации тревог, минимизирующих количество ложных оценок. В таком варианте работы видеосистемы передача сигналов о нештатных ситуациях в мониторинговый центр начинаются только после ее обработки группой средств интеллектуального анализа

Глава 2. Разработка структуры и алгоритма работы адаптивного децентрализованного комплекса визуального определения объектов и траекторий их перемещений

2.1 Предметная область автоматизации

Разработка адаптивного децентрализованного программно-аппаратного комплекса автономного визуального определения объектов и их перемещений на основе систем преследует цели:

1) контроля за технологической дисциплиной для повышения качества работы организации, предприятия;

2) предотвращения несанкционированного прохода и проезда на контролируемую территорию;

3) контроля перемещения и поведения персонала, учет эффективности использования рабочего времени;

4) обеспечения безопасности персонала и контролируемой территории;

5) предотвращения хищений продукции и сырья с предприятия;

6) анализа перемещений и параметров (характера) перемещений (поведения) иных (транспортных и пр.) объектов наблюдения;

7) адаптации структуры средств анализа видеообразов комплекса к конкретной задача опознавания.

Объектами внимания системы видеоконтроля являются зоны возможных внешних и внутренних воздействий, периметры всех производственных и административных зданий, площадки хранения продукции, внутренние площади складских и административных помещений, проходные пункты.

Постановка задачи проектирования

Основной задачей квалификационной работы является рассмотрение вопросов построения пространственно-распределенной аппаратно-программной алгоритмически децентрализованной структуры, способной поэтапно обрабатывать видео образы, при необходимости, с возможностью автономного решения части задач до определенной глубины их проработки на локальных уровнях своей аппаратно-программной иерархии средств.

Таким образом, система должна представлять собой распределенную, частично гетерогенную, аналого-цифровую, структуру средств с рассредоточенным выполнением процедур с интеллектуальной обработкой видео контента, начиная от этапа работы «интеллектуальных» видеокамер, через уровень автономных видеорегистраторов и до уровня принятия общих результирующих решений центральными видео серверными средствами.

Следовательно, требуется разработать гибкую структуру средств видеонаблюдения, совмещающую внешнее и внутреннее видеонаблюдение. Реализующих интеллектуальный анализ видеообразов, в том числе: идентификацию объектов заданного класса, определение объектов в их совокупности - сцене, определение и анализ динамики изменения контролируемых сцен, рассматриваемых как формирование конкретных ситуаций, при возможности ее адаптации к условиям выполнения конкретной задачи распознавания и анализа перемещения (пространственного поведения).

Так, например, комплекс должен реагировать на присутствие в зоне видеонаблюдения объектов заданного класса, как правило, людей, с распознаванием характерных черт этих объектов и производить анализ их действий, как правило, направлений и динамики перемещений, и их «поведения» в указанном смысле.

Таким образом, разрабатываемая структура системы должна быть ориентирована на анализ ситуаций в пространстве наблюдений при децентрализации обработки видеообразов с этапа формирования аналогового сиг нала видеокамерами с функциями интеллектуальной предобработки, до их завершающего анализа видеосерверами, реализующими соответствующие (ai) - алгоритмы обработки изображений.

Комплекс должен представлять собой распределенную структуру видеоанализа с децентрализацией и автономизацией процедур предобработки видео-информации при адаптации к условиям обработки конкретного видео контента посредством оптимизации объединения элементов ее структуры со свободными вычислительными ресурсами (видеосерверов ш из набора А) для эффективного решения конкретной текущей задачи опознавания.

Поскольку IР-видео мониторинг реализуется на базе открытых индустриальных IТ-стандартов, то при этом существенно уменьшаются расходы на аппаратные средства и может быть использованы различные стандартные устройства для сетевой передачи сигналов, регистрации изображений и хранения видеоинформации. Использование в комплексе IР-сетей снижает расходы на создание кабельных коммуникаций и соединений, сводит к минимуму изменения на рабочих местах при установке IР-видео мониторинга на действующем объекте и обеспечивает развертывании системы в более короткие сроки и с минимальными затратами. Расширение систем видеонаблюдения, построенных на основе IР - видео мониторинга, реализуется относительно просто, быстро, эффективно и с минимальными материальными затратами. Увеличение количества средств наблюдения или расширение объема памяти видеосерверов решается в минимальные сроки.

Обоснование выбора аппаратно-программных средств

Построение сложной видеосистемы подразумевает ее предварительное проектирование, при котором должны учитываться: планы охраняемых помещений и территорий, со схемами размещения технических средств проектируемой системы, описание технических решений, описание условий эксплуатации проектируемой системы, полную спецификацию технических средств проектируемой системы с указанием марок и моделей оборудования, техническое задание на проведение монтажных и пусконаладочных работ.

На основании результатов выполненного анализа, в качестве основы элементной базы для построения и комплексирования системы, выбраны аппаратно-программный комплекс Face-control, обеспечивающий решение задач идентификации образов, захвата видео целей и контроля траектории их перемещений. В результате исследования установлено, что внедрение видеонаблюдения с функциями интеллектуального анализа видеоданных, в том числе: распознавания транспортных средств, живых объектов, детекции их движения, определения оставленных предметов, контроля их перемещения.

В настоящее время является необходимым условием, и для се реализации требуется его комплексирование из существующей номенклатуры средств в аппаратно-программный комплекс с заданными свойствами, на основе выбранного элементного базиса DSSL. Па этом в базисе возможна техническая реализация масштабных пространственных проемов, стабильное функционирование и решения задач любой сложности при использовании современного гетерогенного оборудования с рациональным сочетанием аналоговых и IP - технических характеристик. IP-решения DSSL Face-control отличаются возможностью создания масштабных и более простых в эксплуатации, чем аналоговые структуры, распределенных систем видеонаблюдения. Гибкие по организации и топологии, производительные и вполне экономичные цифровые технологии Face-control способны объединить в распределенную систему комплексы контроля территориально удаленных объектов.

Современная система Face-control является не только одной из самых функциональных из известных систем видео мониторинга, но и представляет собой уникальный инструмент интеллектуального опознавания и видеоанализа. Функциональные возможности системы заложены в ее аппаратурном и программном обеспечении, которое унифицировано для всех аппаратных моделей. Структура и возможности Face-control ориентированы на профессиональное применение в системах контроля и общей безопасности. Она поддерживает и обеспечивает:

1) многозадачный режим работы;

2) многоуровневый доступ, удаленную работу по IP сети (TCP/IP);

3) распределенный много мониторный режим работы;

4) поддержка IP-устройств, интеллектуальных видеокамер, а также средств других производителей;

5)правление телеметрией (PTZ) устройств получения видеоинформации;

6) предобработку и анализ видеообразов;

7) детектирование и определение траекторий движения;

8) определение и подключение «тревожных» сигналов;

9) Informer - сервис оповещения о тревожных событиях;

10) запись по расписанию Синхронная запись видео и аудио образов объектов наблюдения;

11) формирование журнала событий;

12) архивирование и возможность просмотра видеоданных без поддержки средствами Face-control:

13) задание качества и степени компрессии видеоинформации:

14) реализацию интеллектуального поиска и анализа видеоинформации в архиве (Active Search);

15) задание правил (алгоритмов) интеллектуальной обработки и анализа видеоинформации, а также специальные возможности: интерактивного управления видеокамерами в режиме Active Dome и роботизированного управления видеокамерами Active Dome+ , возможность организации распределенной структуры и станции централизованного мониторинга, интеграции аппаратуры Face-control с иными системами контроля.

Функции мониторинга

Расположение видеоканалов на мониторе можно создавать произвольно, используя редактор неограниченного количества шаблонов их расположения - различных комбинаций как локальных, так и сетевых каналов, ip-видео каналов и планов помещений. С каждым отдельным окном можно связать камеру путем её «перетаскивания» в форму окна (drag&drop) при редактировании. На дополнительных мониторах можно комбинировать любые IP системы, программные системы и планы. Нa MDI - мониторах только Н.264 видео (1 канал на монитор) или до 16 каналов пред просмотра несжатого видео с аппаратных плат. Поддержка много мониторного режима работы TRASSIR обеспечивает базовую поддержку до 8 VGA мониторов и ее расширение далее. Возможность организации станции централизованного мониторинга обеспечивает контроль огромного количества устройств с помощью специализированного программного обеспечения.

2.2 Задачи и процедуры архивирования

Запись видеоданных на дисковые накопители производится по циклическому принципу, когда текущие данные заменяют самые старые. Используется прогрессивная технология "MultiStor": при наличии нескольких накопителей запись с каждой камеры ведется одновременно на все, повышая надежность и снижая нагрузку на каждый накопитель в отдельности. За счет этого в случае выхода из строя одного из накопителей, информация на других сохраняется. В настройках записи в архив можно указывать объем оставляемого места на диске, какой объем информации удалять за один раз, какой объем места может занимать архив, а также предусмотрена система диагностики и статистики свободного места на каждом из накопителей. Каждый пользователь сможет оценить мгновенный доступ к архиву. Фрагменты из архива можно просматривать в любом порядке, вперед и назад, увеличивать и уменьшать скорость просмотра, просматривать покадрово, создавать снимки в форматах *.ВМР или *JPG. Осуществляется запись по расписанию и по детекции, предусмотрена предзапись и дозапись. Face-control поддерживает неограниченное количество жестких дисков записи - можно создавать архивы емкостью в десятки терабайт. Системой поддерживается горячее отключение и подключение цифровых носителей, в том числе и таких популярных как CD, USB-накопители и Fire Wire, на которые можно копировать как отдельные кадры, так и целые фрагменты видеозаписей.

Возможен просмотр архивов без Face-control, поскольку существует 3 способа внешнего их просмотра и с системой поставляется внешний плеер архива (несколько вариантов для разных систем). Кроме того можно установить специальный кодек для основного формата системы - Н.264 и проигрывать видео со звуком в Windows Media Player, а также, с помощью Face-control можно сконвертировать Н.264, mjpeg, mpeg4 файлы системы в .avi формат, читаемый на любом компьютере как с помощью Windows Media Player, так и другими средствами просмотра. Встроенные в систему внешние плееры позволяют вырезать нужные части видеофрагментов, делать скриншоты и проверять сохранность Н.264 видео (для защиты от редактирования - проверка на watermark).

Регулирование качества архивного видео и компрессии видеоинформации для задания оптимального соотношения объема и качества видеозаписи выбором степени компрессии из десятков вариантов простым (по принципу лучше хуже) способом или настраивая детально в системном меню (для администраторов системы).

2.3 Журнал событий и интеллектуальный поиск

Журнал событий предоставляет поиск системных тревожных и информационных уведомлений. Все события для их поиска и анализа сохраняются в базе данных Face-control, а пользователи журнала могут сохранять собственные фильтры как для online режима, как и для поиска в базе данных. С помощью гибкой системы фильтров в журнале Face-control можно найти важную информацию согласно заданным критериям анализа. Сервис Face-control оповещения о тревожных событиях «Informer», - обеспечивает оперативной информацией о событиях вне зависимости от местоположения приемника информации. В Informer предусмотрено несколько каналов оповещения: индивидуальные звуковые сигналы для каждого типа событий, отправка писем по электронной почте, отсылка SMS на мобильный телефон. Пользовательский интерфейс функции максимально прост и не требует настройки внешних почтовых программ. Информер так же поддерживает воспроизведение звуковых сообщений, которые можно задавать для обозначения любого события.

Интеллектуальный поиск в архиве Active Search основан на «интеллектуальном» объектном детекторе Face-control и интерактивном инструменте визуального поиска, открывает новое измерение для доступа анализа и распознавания видеоданных.

Поддержка IP-устройств программным обеспечением

Программное обеспечение поддержки Face-control является одним из самых мощных по функциональности и технологиям, отечественным софтверным продуктом для IP-видеонаблюдения. Программное обеспечение Face-control обеспечивает полноценную работу как с IP-видеоустройствами производства DSSL, так и других производителей. Структурная схема устройства для работы с программным обеспечением представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Структурная схема устройства получения и предобработки видеоинформации

2.4 Структура, топология и алгоритм работы комплекса

Выбранным вариантом создания распределенной системы на базе Face-control является базовая IP- платформа.

На внешнем уровне комплекса целесообразно применить гибридные конфигурации Face-control с установкой необходимого количества аналоговых видеокамер и IP-Hub (IР-видеосерверов) для оцифровки и анализа поступающего от них видеосигнала. Поскольку потенциально избыточная аналоговая видео-информация дает возможность локального (автономного) решения задач анализа и опознавания непосредственно в устройствах ее получения в состав комплекса включаются интеллектуальные видеокамеры, имеющие дополнительную буферную память для записи и работающие как «автономное» устройство записи. Если они находятся в «спящем» режиме, изображения непрерывно записываются в буферную память, а при возникновении нештатной ситуации в них активизируется начало регистрации и анализа изображений, включая сохраненные IP-камерой в буфере предшествовавшие сигналу тревога, что, в итоге, значительно снижает нагрузку на каналы связи системы и позволяет более экономично использовать ее ресурсы.

Рисунок 2.2 - Структура гетерогенной системы

Цифровой видеопоток по оптоволоконным каналам поступает в устройства обработки и хранения данных (видеосервера с установленным программным обеспечением), а затем распределяется на удаленные средства комплекса для продолжения дальнейших аналитических действий, таких как:

1) анализ внесённых и убранных предметов, анализ появления и элементов поведения людей в охраняемой зоне, запись видеоинформации при обнаружении контролируемого события и идентификация нарушений;

2) идентификация человека по лицу, радужной оболочке глаза, но определённым элементам поведения, метрическим характеристикам;

3) слежение за персоналом в рабочих помещениях, выявление отсутствующих сотрудников, распознание сотрудников отлучившихся от работы в рабочее время, выявление внештатных ситуаций.

IP-мониторинг комплекса позволяет контролировать с одного компьютера несколько зон наблюдения. Одновременно без необходимости вести просмотр и запись многочасовых архивов при наличии большого числа камер в одной системе видео мониторинга, позволяя изменять чувствительность видеокамер и датчиков в зонах контроля, что способствует уменьшению ложных срабатываний из-за технологических или технических факторов (вентиляция, вибрация).

Рисунок 2.3 - IP-мониторинг

Оборудование видеоконтроля комплекса имеет сопряжение с иными системами контроля и безопасности и, в зависимости от характера ситуации, может подключать системы пожарной сигнализации и пожаротушения, оповещения, системы контроля и управления доступом, а также технические устройства дымоудаления, пример функционирования представлен на рисунке 2.3

Вывод

Исходя из этой главы, следует, что современная система Face-control является не только одной из самых функциональных из известных систем видео мониторинга, но и представляет собой уникальный инструмент интеллектуального опознавания и видеоанализа

3. Разработка алгоритма функционирования комплекса анализа видеообъектов

3.1 Разработка алгоритма организации вычислительных средств комплекса, в структуру поэтапного решения задачи анализа видеообъекта

Рассматриваемый подход к выполнению задачи анализа видео объекта можно считать методом коллективного, поэтапного распознавания, подразумевающего, что объект будет анализироваться не но какому-либо параметру, а по набору различных характеристик (например, геометрических характеристик контурных линий объекта, иных характерных элементов объектов). Последовательность распознавания представлена на рисунке 3.1.

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Рисунок 3.1 - Блок-схема последовательности этапов распознавания

В этой связи необходимо осуществить выбор наборов (подпространств) признаков объектов и вариативный набор решающих правил при реализации коллективного подхода к задаче их распознавания. В качестве признаков могут быть построенные не только на анализе видеоизображений видимого диапазона, но и не менее точные образы, например, термографические. Использование же интеллектуальных камер с непосредственной предобработкой дает уникальную строго индивидуальную картину образов объектов, например, человека. Сочетание методов формирования образов для распознавания, например, по видеоизображению и термографическому изображению, имеет серьезные перспективы в решении проблем идентификации. Так, рассматриваемый адаптирующийся распределенный комплекс способен выполнять анализ различных подпространств признаков поэтапным коллективным способом, включающим в себя последовательно-параллельное интеллектуальное распознавание в диапазоне различных данных. Итоговый результат такой работы должен складываться из результатов распознавания на всех его этапах, что дает более достоверный результат. Как отмечалось, анализ изображения, в интеллектуальных камерах и видеосерверах, представляют собой сложную комплексную процедуру. Не менее сложную задачу представляет из себя алгоритм маршрутизации по передаче данных. Выполнение такого алгоритма представлено на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Выполнение алгоритма Беллмана-Форда

На рисунке в вершинах графа показаны значения атрибутов d на каждом этапе работы алгоритма, а выделенные ребра указывают на значения предшественников: если ребро (u, v) выделено, то prev[v] = u. В рассматриваемом примере при каждом проходе ребра ослабляются в следующем порядке: (t, х), (t, у), (t, z), (x,t), (у,х), (у, z), (z,x), (z,s), (s,t), (s,y). В части а рисунка показана ситуация, сложившаяся непосредственно перед первым проходом по ребрам. В частях б-д проиллюстрирована ситуация после каждого очередного прохода по ребрам. Значения атрибутов d и prev, приведенные в части д, являются окончательными.

3.2 Методы, алгоритмы и программа анализа изображений средствами комплекса

Искусственные системы восприятия и анализа технологической и общей обстановки являются объектами одного из наиболее быстро и эффективно развивающихся направлений. Однако вместе с развитием и усложнением структур подобных систем увеличивается и сложность их схемотехнических решений, - распределенных и децентрализованных комплексов преобразователей и анализаторов видео контента объектов, их сцен и ситуаций.

Структура и топология их информационных потоков может быть представлена такой моделью, как двоичная логическая матрица. Оптимизация процессов преобразования видео контента во многом зависит от оптимизации направления их информационных потоков на свободные вычислительные ресурсы системы. Результат работы децентрализованной распределенной сетевой во многом зависит от оперативной адаптации, оптимизации ее информационно-топологических параметров, представленных на рисунке 3.3.



Рисунок 3.3 - Пример распределенного комплекса

Поэтому важной задачей представляется оптимизация, т.е. сокращение текущих «размеров» свободной для обработки информации вычислительной структуры, например, путем нахождения кратчайшего и наименее загруженного пути для передачи информации. Реализация алгоритма нахождения кратчайшего пути достаточно ресурсоемка при относительно больших размерах сети.

Определение кратчайшего пути необходимо выполнять автоматически и оперативно для определения достаточного набора средств решения задач, где эффективность и качество методов и алгоритма оказывает существенное влияние на конечный результат.