В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Современные видеокамеры можно назвать глазами интеллектуальных транспортных систем, обеспечивающими получение картинки высокого разрешения даже в очень сложных условиях. Для решения задач видеонаблюдения на дорогах используются как промышленные видеокамеры (камеры машинного зрения), так и сетевые (IP-камеры).
Промышленные видеокамеры изначально были разработаны для создания систем машинного (или технического) зрения – с целью автоматизированного контроля качества технологических процессов на производстве. Они обеспечивают передачу несжатого видео – на сервер передаются довольно большие объемы данных. Преимущество в том, что для анализа поступает видео максимального качества, без потерь. Сетевые камеры разработаны для задач видеонаблюдения и передают сжатое изображение. Объемы данных существенно меньше – видео может храниться в самой IP-камере на SD-карте и быть доступным по сети. Благодаря своим особенностям оба вида камер могут использоваться за рамками своих традиционных сфер применения, в частности для решения задач на транспорте:
Работа в реальном времени
Способность камер реагировать на события в реальном времени особенно важна при фиксации превышения скорости и работе по сценариям. В обычном случае камера находится в режиме ожидания и только по тревожному сигналу начинает передавать/записывать видео. Ключевым условием получения высококачественного изображения является максимально короткая временная задержка с момента получения тревожного сигнала и до начала передачи/записи видео. Здесь промышленные камеры обладают наивысшими показателями. Однако современные IP-камеры также имеют возможность реагировать на события. Поэтому главным фактором при выборе того или иного вида камер будет то количество информации, которое должно содержать изображение.
Подбирая оборудование, нужно задаваться вопросом: будет ли достаточно сжатого видео, получаемого с помощью сетевой камеры (MJPEG/MPEG-4/H.264) и не столь требовательного к пропускной способности канала связи, или необходимо детализированное изображение, формируемое промышленной камерой?
Получение последовательности кадров
Распространенной проблемой при фиксации превышения скорости и проезда на красный сигнал светофора, а также идентификации транспортных средств системами электронной оплаты за пользование платными автострадами являются меняющиеся условия освещенности и сильная засветка автомобильных номеров – при этом часть кадра, на которую приходится салон автомобиля, может, напротив, быть затемнена.
Решение проблемы – технология получения последовательности кадров (см. таблицу). За долю секунды камера делает несколько кадров с разными настройками для разной экспозиции или конкретной области интереса в кадре. В примере с автомобильными номерами для определенной области матрицы (в кадре – область номерного знака) экспозиция увеличивается. Таким образом объем данных для передачи снижается, и производительность матрицы повышается.
Матрицы
При выборе типа матриц важную роль играют несколько факторов.
1. Разрешение. Определяет качество детализации изображения. Обратимся к системам электронной оплаты проезда по платными автомагистралям или системам фиксации превышения скорости. Если необходимо регистрировать лишь автомобильные номера (трафик незначительный) или вести запись транспортного потока в тоннеле, то относительно низкого разрешения (от VGA до 2 Мпкс) вполне достаточно. Если же система должна контролировать сразу несколько полос движения, то требуются матрицы высокого разрешения (2 Мпкс для двухполосной и 5 Мпкс для трехполосной магистрали).
2. Тип матрицы. В современных камерах используются два типа матриц: CCD и CMOS. CCD-матрицы более дороги в производстве, чем CMOS, и давно применяются в цифровых видеокамерах. CCD-матрицы имеют более крупные пиксели, которые собирают большее количество света, создают меньше шумов при недостаточной освещенности и снабжаются кадровым затвором (общее экспонирование). Кадровый затвор контролирует экспозицию, открывая доступ свету сразу ко всем пикселям и закрывая его для всех пикселей одновременно через заданный промежуток времени.
CMOS-матрицы изначально создавались для использования в конвейерном производстве микросхем памяти и поэтому значительно дешевле CCD-матриц. Они состоят из более мелких пикселей. В большинстве CMOS-матриц применяется построчное экспонирование (скользящий затвор). При скользящем затворе конечное изображение строится не мгновенным считыванием информации с матрицы (как в случае CCD), а последовательным ее сканированием. То есть информация с сенсора передается не вся сразу, а построчно – сверху вниз. В случае скользящего затвора при видеосъемке быстро движущихся объектов возникает проблема "запаздывания" изображения и появления артефактов.
CMOS-матрицы нового поколения, включая CMOSIS, имеют более крупные пиксели по сравнению со своими предшественниками и оснащаются функцией общего экспонирования.
3. Размер пикселей. Определяет количество света, поступающего на матрицу. Чем крупнее пиксель, тем больше света он собирает, тем выше чувствительность камеры в условиях низкой освещенности.
Если система видеонаблюдения за дорожным движением должна работать ночью, при тумане или недостаточном освещении, выбирать следует матрицу с пикселями большей площади. А именно CCD-матрицу, пиксели которой примерно в2раза крупнее пикселей CMOS-матрицы.
Высокая чувствительность
Задачи, предполагающие видеозапись движения автомобилей, требуют использования матриц высокой чувствительности, которые могут работать с очень короткой величиной экспозиции. Такие матрицы позволяют получать хороший видеосигнал даже при низком уровне освещенности.
Для задач мониторинга и видеозаписи быстро перемещающихся объектов матрицы должны отличаться низким уровнем шума в темное время суток – это характеристика CCD-матриц. Низкий уровень темнового шума означает, что качество изображения будет оставаться хорошим даже при недостаточной освещенности, без использования дополнительной подсветки. CMOS-матрицы нового поколения уже приближаются по чувствительности к дорогостоящим CCD-матрицам.
Компрессия
Компрессия важна для систем с большим количеством камер или для задач длительного хранения видеоархива, когда нужно снизить нагрузку на канал связи или увеличить объем для хранения. Кодеки MJPEG, MPEG-4 и H.264 позволяют IP-камерам передавать видео достаточного качества для наблюдения за ситуацией на дорогах и обнаружения различных инцидентов.
Многопотоковое видео
Мониторинг трафика зачастую предполагает наблюдение за различными зонами. В данном случае решение на базе промышленных камер формировало бы огромные объемы данных.
Благодаря различным технологиям компрессии (MJPEG/MPEG-4/H.264) IP-камеры могут транслировать одновременно несколько потоков видео с разной степенью компрессии для разных областей интереса. Можно формировать один поток, передающий общий вид сцены, а второй – для получения изображения конкретного автомобиля с высокой частотой кадров и низким уровнем компрессии. Третий поток формируется для создания долговременного архива с относительно низкой частотой кадров и высоким уровнем компрессии. Подобная конфигурация позволяет экономить пространство для хранения и снижать нагрузку на канал связи.
DC-диафрагма
Одна из функций IP-камер, необходимых для систем мониторинга транспортных потоков. В объективах с DC-диафрагмой используется автоматически регулируемая диафрагма с приводом, которая реагирует на изменения в уровне освещенности, характерные на автомагистралях.
Объективы с DC-диафрагмой оснащаются мотором, который открывает или закрывает диафрагму, и кабелем управления, подключенным к камере. Сигналы от камеры для управления объективом автоматически подаются в зависимости от уровня освещенности. При низкой освещенности диафрагма открыта полностью; при ярком солнечном свете диафрагма прикрывается, чтобы предотвратить пересвечивание матрицы.
Режим "день/ночь"
Позволяет получать высококонтрастные изображения даже в условиях низкой освещенности. IP-камеры "день/ночь" оснащаются автоматически переключаемым фильтром, отрезающим ИК-область. При нормальной освещенности фильтр стоит перед матрицей; при низкой (ночью) – отодвигается в сторону. Так, днем обеспечивается хорошая цветопередача, а ночью – получение черно-белого изображения высокого качества с использованием ИК-подсветки.
Длина кабеля
Для IP-камер (интерфейс Ethernet) длина кабеля не представляет проблемы – максимальной длины кабеля 100 м в большинстве случаев вполне достаточно.
Для промышленных камер выбор интерфейса (USB, GigE, Camera Link и др.) зависит от конфигурации системы. Если средство обработки информации (ПК) удалено от камеры (например, находится на противоположном углу улицы), потребуется более длинный кабель и соответственно интерфейс GigE. В случае компактного интегрированного решения (камера со встроенным процессором) можно использовать более короткий кабель и более широкий выбор интерфейсов. Тем не менее GigE обычно всегда будет наиболее экономически эффективным вариантом.
1. Фиксация нарушений дорожного движения (превышение скоростного режима, проезд на красный свет, пересечение сплошных линий) – IP-камеры и камеры машинного зрения, передающие видео в реальном времени и поддерживающие технологию получения последовательности кадров; разрешение 1,4–5 Мпкс; высокий уровень чувствительности.
2. Контроль оплаты проезда по платным автомагистралям – IP-камеры и камеры машинного зрения, передающие видео в реальном времени; высокое разрешение и высокий уровень чувствительности матрицы.
3. Мониторинг транспортного потока, погодных условий, обнаружение инцидентов – IP-камеры "день/ночь", оснащенные объективом с DC-диафрагмой.
Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #4, 2013
Посещений: 9676
Автор
| |||
В рубрику "Видеонаблюдение (CCTV)" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
