Современные средства обработки изображения

Размещено на http://allbest.ru

1. СОВРЕМЕННЫЕ СРЕДСТВА ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЯ

1.1 Современные видеокамеры

На данный момент наибольшее применение получили видеокамеры на основе ПЗС-матриц. Основные производители матриц Sony, Sharp, Panasonic, Samsung, LG, Hynix.

Их использование позволило создать доступные по цене и достаточно высококачественные изделия широкого применения. Обычно разница между камерами, основанными на матрицах разных производителей, проявляется в сложных условиях освещения. В линейке каждого производителя присутствуют как дешевые и стандартные по параметрам матрицы, так и матрицы повышенного разрешения и/или повышенной чувствительности.

По конструктивным особенностям камеры можно разделить на следующие типы:

Модульная видеокамера -- бескорпусное устройство в виде однослойной печатной платы, наиболее распространён размер 32х32мм, предназначенна для установки в термокожухи, полусферы и т. п.

Минивидеокамера -- видеокамеры в квадратных или цилиндрических корпусах, обычно применяемых как готовое изделие для установки внутри помещений.

Корпусная видеокамера -- наиболее распространенный форм фактор устройств, называемый так же: камера стандартного дизайна или Box camera. Превалирующее количество устройств данного типа поставляется без объектива и кронштейна крепления, оставляя потребителю возможность наиболее гибкого конфигурирования конечного устройства, при использовании с термокожухом возможно использование устройства вне помещения.



Купольная IP видеокамера AddPac

Купольная видеокамера также известные как dome camera - корпус представляет из себя полусферу или шар заключенный в основание, может быть выполненна как из пластика так и из металла.

Управляемые (поворотные или скоростные видеокамеры) -- комбинированное устройство, состоящее из камеры, трансфокатора и поворотного устройства. Наибольшее распространение получили так называемые интегрированные камеры, выполненные в виде купола.

Гиростабилизированные видеокамеры -- видеокамеры, используемые на подвижных объектах с целью получения стабилизированного изображения.

По типу выходного сигнала видеокамеры подразделяют на аналоговые и цифровые (работающие по сети) IP камеры.

По способу передачи данных видеокамеры делятся на проводные и беспроводные. Последние имеют в своем составе передающее устройство и антенну. Передача сигнала осуществляется на частотах 2?2,5 ГГц. К беспроводным так же относятся Wi-Fi-видеокамеры.

1.1 Объективы

Объектив -- устройство, предназначенное для фокусировки светового потока на матрице видеокамеры.

Объективы делятся на монофокальные (объектив с постоянным фокусным расстоянием), вариофокальные (объектив с фокусным расстоянием, изменяемым вручную) и трансфокаторы (объектив с фокусным расстоянием, изменяемым дистанционно).

По способу управления диафрагмой объективы делятся на объективы с фиксированной диафрагмой, с управлением диафрагмой Direct Drive и с управлением диафрагмой Video Drive.

1.2 Средства обработки изображения

Последовательный видеокоммутатор (Switcher) -- устройство для последовательного вывода изображения от камер на 1 монитор. (Устарели с появлением цифровых устройств записи)

Квадратор -- устройство для одновременного вывода изображения от камер (обычно 4 или 8) на 1 монитор. (Устарели с появлением цифровых устройств записи)

Мультиплексор -- устройство для одновременного вывода изображения от камер (обычно 4/8 или 16) на 1 монитор и формирования последовательности изображения от всех камер для записи на аналоговый магнитофон. (Устарели с появлением цифровых устройств записи)

Матричный видеокоммутатор (Matrix switcher) -- устройство для одновременного вывода изображения от любой из камер в системе на любой монитор в системе. Гораздо более сложное и эффективное устройство, чем обычный видеокоммутатор.

2. УСТРОЙСТВА ЗАПИСИ ВИДЕО

2.1 Видеомагнитофоны

Видеомагнитофоны -- устройства записи на магнитную ленту. Стандартно на кассету E-180 можно записать до 24 часов видео, при пониженных требованиях к скорости записи до 960 часов. Практически вышли из употребления.

16-канальный видеорегистратор AddPac

Цифровые регистраторы -- современные устройства записи на жёсткий диск (HDD). Подразделяются на видеосерверы (основанные либо на обычном ПК под управлением Windows или Linux со специализированной платой видеозахвата и программным обеспечением записи и обработки видео, либо на специально собранном специализированном компьютере, являющемся ядром крупной системы безопасности) и некомпьютерные видеорегистраторы (DVR) (non-PC или Stand-alone).

Прочие специализированные регистраторы -- различные типы устройств применяются для решения отдельных задач видеонаблюдения. Например, для записи и хранения информации от камер системы видеонаблюдения, установленных в вагонах Московского метрополитена, помимо прочих устройств применяется взрывозащищенная память типа Флеш

2.2 Видео/Аудио домофоны

Устройства для организации контроля доступа в помещения с функцией видео и/или аудио.

2.3 Вспомогательные устройства

Тепловизоры -- устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности, например для обнаружения человека в тёмное время суток по его тепловому излучению.

Автоматические фотокамеры -- используются для расширения возможностей систем видеонаблюдения.

Микрофоны -- используются для синхронного получения видеоизображения и звука. В ряде случаяев используется разное количество видеокамер и микрофонов -- асинхронные системы видеонаблюдения и аудиоконтроля.

Дополнительное оборудование: Для организации видеонаблюдения используется широкий спектр дополнительного оборудования: ИК-прожекторы, модуляторы, усилители и т. п.

3. СИСТЕМА ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

Система видеонаблюдения -- это программно-аппаратный комплекс (видеокамеры, объективы, мониторы, регистраторы и др. оборудование), предназначенный для организации видеоконтроля как на локальных, так и на территориально-распределенных объектах. К функциям видеонаблюдения относится не только защита от преступников, но и наблюдение за работниками, посетителями в офисе, на складе или в магазине, контроль деятельности в любом помещении.

Таким образом, система видеонаблюдения обеспечивает:

· визуальный контроль ситуации на охраняемом объекте -- предоставление информации на пост наблюдения в режиме реального времени;

· организацию непрерывной видеозаписи видеонаблюдения на цифровой видеорегистратор, что позволяет документально подтвердить факт нарушения;

· выполнение функций охранной сигнализации через детекторы движения видеокамер или внешних охранных датчиков и информированность оператора системы о возникновении тревоги в контролируемой зоне.

Камеры видеонаблюдения могут быть различных форм и типов.

3.1 Охранное телевидение

3.1.1 Видеонаблюдение на транспорте

· Видеонаблюдение в автобусах и маршрутных такси

Основные задачи:

1) фиксирование преступлений в салонах;

2) контроль действий и рабочего времени водителя.

Решение реализуется с помощью организации видеозаписи на каждом транспортном средстве. После прибытия транспортного средства в парк информация с локальных устройств видеозаписи передается на архивные видеосерверы парка.

· Видеонаблюдение в электропоездах

Основные задачи:

1) фиксирование преступлений в вагонах;

2) контроль действий машиниста.

Решение реализуется с помощью организации видеозаписи в каждом вагоне. В некоторых случаях видеотрансляция с камер в режиме реального времени осуществляется в кабину машиниста. После прибытия электропоезда в депо информация с локальных устройств видеозаписи передается на архивные видеосерверы железнодорожного депо.

· Видеонаблюдение в вагонах метрополитена (Может быть аналогичным видеонаблюдению в электропоездах)

В виде централизованной системы видеонаблюдения в реальном времени реализовано пока только в Московском метрополитене. Основные задачи:

1) фиксирование преступлений в вагонах;

2) контроль действий машиниста;

3) возможность оперативной реакции на события в режиме реального времени.

Решение реализуется с помощью организации видеозаписи в каждом вагоне. После прибытия электропоезда метро в депо информация с локальных устройств видеозаписи передается на архивные видеосерверы метрополитена. Решение отдельной задачи передачи данных из движущихся вагонов в режиме реального времени дало возможность оператору Ситуационного центра в любой момент подключиться к любой из камер, которые установлены в вагонах.

· Видеонаблюдение в личном автомобиле

Основная статья: Автомобильный видеорегистратор

С 2007 года начался широкий рост использования автомобильных видеорегистраторов в личных автомобилях.^{[1][в какой стране?]} Цифровой автомобильный видеорегистратор совместно с видеокамерой производит непрерывную запись дорожной ситуации. Запись видеорегистратора принимается как доказательство в суде и помогает доказать невиновность или найти скрывшегося виновника ДТП.

3.1.2 Развлекательные и торговые объекты

Основная задача видеонаблюдения в казино -- обеспечение сохранения имущества компании. В обязанности оператора входит также отслеживание недобросовестного персонала, мошенников, мониторинг случаев воровства. В идеале оператор знает все правила казино, основные стратегии и системы счета, следит за внешним видом и действиями персонала, поведением игроков, опираясь на язык тела.

На крупных торговых объектах видеонаблюдение используется для:

· противодействие хищениям со стороны посетителей. Путем взаимодействия оператора CCTV с магазинными детективами (сотрудниками службы безопасности, находящихся в торговом зале под видом покупателей) и группой физической охраны (сотрудниками ЧОП или СБ в форме, находящимися на постах) осуществляется негласное постоянное визуальное сопровождение подозрительных лиц по магазину.

· контроль за персоналом магазина. В отсутствие системы контроля доступа по магнитным ключам видеонаблюдение помогает контролировать трудовую дисциплину (время приходов и уходов сотрудников). Также размещенные в складских и служебных помещениях видеокамеры помогают в работе службы безопасности при анализе бизнес-потерь, возникающих в логистическом отделе:

· расследование проведения бестоварных документов (когда товара фактически не привезли, а ответственное лицо его фиктивно приняло)

· расследование фактов пересортицы принимаемого и отгружаемого товара

· расследование фактов порчи товара при перемещении по складам (неумелость либо халатность персонала)

· обеспечение общей безопасности. Поскольку оператор видеонаблюдения при грамотно подобранном размещении и типе камер контролирует практически весь зал, он может по радиостанции скоординировать прибытие сотрудников охраны на место возникновения пожара, совершения противоправных действий, для оказания первой помощи почувствовавшему себя плохо посетителю. Просмотр архивов помогает расследовать несчастные случаи с персоналом (склады, как правило, механизированы подъемно-погрузочной техникой, травмы и подобные ЧП там не редкость)

· поскольку крупные торговые комплексы являются местом совершения преступлений не только в отношении самого предприятия, но и посетителей, наличие сети видеонаблюдения с архивированием данных помогает расследовать и в ряде случаев предотвращать угоны автомашин с парковок, деятельность воров-карманников и барсеточников. Зачастую сотрудники правоохранительных органов обращаются в СБ магазинов с просьбой предоставить архивные видеоданные, когда подобные преступления происходят в поле обзора CCTV.

3.1.3 Домашний сектор

Типичная система видеонаблюдения, предназначенная для домашнего пользования, включает видеокамеру, подключаемую по кабельному либо беспроводному каналу к домашнейлокальной сети. В комплект также входит программное обеспечение для удалённого наблюдения, видеозаписи, а также для управления записанным контентом. Сеть строится на базе одной или нескольких IP-камер.

Передача видео по сети требует существенной ширины канала передачи, поэтому в системах видеонаблюдения используется кодирование информации с целью сжатия. Ранее для построения сети применялись специализированные устройства для кодирования передаваемых данных. В настоящее время кодеры встраиваются непосредственно в IP-камеры.

Видеонаблюдение за местами массового скопления людей, местами проведения культурных и спортивных мероприятий, специальными операциями и наземными объектами -- это задачи замкнутых систем высотного телевидения. Часто информация, полученная с видеокамер, является ключевой для оперативного реагирования в нештатных ситуациях. Высотное телевидение используется также для спасательных и поисковых операций.

Характеристики и единицы измерения, используемые в системах видеонаблюдения

Чувствительность видеокамеры характеризуется минимальным отверстием диафрагмы (максимальным F-числом), дающим видеосигнал размаха 1 В на тестовой таблице,освещенность которой 2000лк и цветовой температурой 3200^оК. Чувствительность видеокамеры, четко определенная в широковещательном ТВ, в охранном телевидении часто понимается неверно, её обычно путают с минимальной освещенностью.^]

Минимальная освещенность -- (в характеристиках видеокамер этот параметр часто указывают как чувствительность) это наименьшая освещенность на объекте, при которой видеокамера дает распознаваемый сигнал, выражается в люксах на объекте.

Ряд производителей использует термин распознаваемый сигнал в широком смысле и не указывают уровень сигнала на выходе видеокамеры. Этот уровень может составлять даже 10 %, что при включенной АРУ будет казаться значительно больше.

Типичные уровни освещенности	Облачная безлунная ночь	Ясная безлунная ночь	Полнолуние	Уличное освещение	Офисное освещение	Ясный день
Уровень освещенности, лк	0,0001	0,001	0,01-0,1	1-10	100-1000	до 100 000

видеокамера квадратор тепловизор телевидение

Динамический диапазон ПЗС-матрицы видеокамеры определяется как максимальный сигнал по отношению к среднеквадратичному значению фона экспозиции, то есть отношение темных и ярких объектов в пределах одной сцены. Чем выше это отношение, тем более темные элементы видны на ярком общем фоне кадра.

Разрешающая способность видеокамеры -- это максимальное число линий, помещающихся в одном кадре монитора (ТВЛ -- телевизионные линии). Обычно указывается разрешающая способность по горизонтали, разрешающая способность по вертикали составляет 3/4 от горизонтальной.

Разрешающая способность устройств обработки и отображения видеоинформации измеряется, как правило, в пикселях. Это способность прибора раздельно наблюдать, фиксировать и (или) отображать рядом расположенные точки графического образа объекта.

Измеряется числом раздельно отображаемых точек, приходящихся на дюйм поверхности кадра. Первое число -- количество точек по горизонтали, второе -- по вертикали. Иногда её измеряют в CIF.

Отношение сигнал/шум -- это превышение уровня сигнала над уровнем шума при минимальной освещенности, измеряется в дБ и зависит от качества ПЗС матрицы видеокамеры.

На экране зашумленное изображение выглядит как зернистость или снег, а в цветном изображении появляются короткие цветные полоски или вспышки. Формула по напряжению имеет вид

S/N=20lg(U_c/U_ш)

Формула по мощности сигнала имеет вид

S/N=10lg(P_c/P_ш)

Скорость записи (воспроизведения или просмотра) -- Кадровая частота -- количество кадров, которое видеосистема записывает (воспроизводит или передает) за одну секунду. Измеряется в кадрах в секунду (англ. frames per second, fps). Иногда производителями используется pps -- количество полуполей, отображаемых видеосистемой за секунду. 1fps = 2pps.

3.2 Режимы записи

· Непрерывная запись -- это постоянная круглосуточная запись видеоизображения,

· Запись по расписанию -- запись в определенное время суток,

· Запись по тревоге -- запись начинается при поступлении определенного сигнала,

· Запись по детектору движения -- запись осуществляется только во время изменения изображения,

· Экстренная запись или запись в ручном режиме -- запись начинается по команде оператора (при нажатии кнопки).

Интегрированные системы безопасности

В настоящее время системы видеонаблюдения стали предоставлять не только стандартные возможности воспроизведения и записи видеопотока с камеры. Они позволяют в автоматическом режиме решать множество задач без участия человека, начиная от простого детектирования движения в области наблюдения, заканчивая высокоточным подсчетом проехавших машин или прошедших людей (система подсчёта посетителей).

Интегрированные системы безопасности включают в себя комплекс организационных и технических мероприятий по защите объектов от любого несанкционированного проникновения на объект, от несанкционированного сбора конфиденциальной информации, от хищений, фактов вандализма или саботажа. Они снижают коммерческие риски и вероятность непрерывности бизнеса. Интегрированные системы могут и должны быть использованы в случаях наступления событий информационной безопасности -- использование в судебном делопроизводстве, корпоративных расследованиях, изменении менеджмента системы информационной безопасности компании.

Взаимосвязанные элементы систем интегрированной безопасности включают в себя:

· системы видеонаблюдения, включая скрытое видеонаблюдение, дистанционные системы видеонаблюдения, беспроводные, распределенные и централизованные системы видеонаблюдения;

· аудиоконтроль, включая удаленный аудиоконтроль;

· системы контроля доступа (СКД), системы удаленного контроля и управления доступа (СКУД), системы контроля рабочего времени, дозированное получение информации о нахождении сотрудников на объекте;

· системы распознавания номеров на парковках;

· защита техническими средствами помещений и объектов от несанкционированного прослушивания, просматривания и сбора информации (защита от прослушивания с помощью радиосредств, радиозакладок, радиосканеров, с помощью ИК сканеров, акустических и виброакустических средств прослушивания, контроль телефонных линий, линий кабельного телевидения, электросетей и пр.);

· оборудование для защиты от прослушивания во время ведения переговоров вне помещений;

· защита от радиовзрывателей (радиоуправляемых взрывных устройств);

· контроль радиационной безопасности с целью защиты от радиационного террора;

· различные системы всеобъемлющей охранной сигнализации и пожарной сигнализации (ОПС, ОС, ПС);

· установку шлагбаумов, турникетов, шлюзовых камер и пр.;

· комплекс средств по защите от насильственного вторжения или нападения бандитских группировок.

Интегрированные системы безопасности могут быть построены на разных удаленных объектах с общим центром управления.

4. ТЕПЛОВИЗОРЫ

Тепловимзор -- устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее (или в памяти) тепловизора как цветовое поле, где определённой температуре соответствует определённый цвет. Как правило, на дисплее отображается диапазон температуры видимой в объектив поверхности. Типовое разрешение современных тепловизоров -- 0,1 °C.

В наиболее бюджетных моделях тепловизоров, информация записывается в память устройства и может быть считана через интерфейс подключения к компьютеру. Такие тепловизоры обычно применяют в паре с ноутбуком или персональным компьютером и программным обеспечением, позволяющим принимать данные с тепловизора в режиме реального времени.

Различают наблюдательные и измерительные тепловизоры. Первые просто делают изображение в инфракрасных лучах видимым в той или иной цветовой шкале. Измерительные тепловизоры, кроме того, присваивают значению цифрового сигнала каждого пиксела соответствующую ему температуру, в результате чего получается картина распределения температур.

Первые тепловизоры созданы в 30-х гг. 20 в. Принцип действия тепловизора основан на преобразовании инфракрасного излучения в электрический сигнал, который усиливается и воспроизводится на экране индикатора.

Современные тепловизорные системы начали свое развитие в 60-е годы прошлого столетия, в качестве одноэлементных приемников, изображение в которых строилось посредством точечного смещения оптической аппаратуры. Такие устройства были крайне непроизводительны и позволяли наблюдать за происходящими в объекте температурными изменениями с очень низкой скоростью.

С развитием полупроводниковой техники и появлением фотодиодных ячеек ПЗС, позволяющих хранить принятый световой сигнал, стало возможным создание современных тепловизоров на основе матрицы ПЗС датчиков, сигналы с которых, если говорить упрощённо, расшифровываются дешифратором, обрабатываются в центральном процессоре устройства, выстраиваясь в определенную последовательность, которая затем проецируется на ЖК матрицу в виде распределения температур, обозначенных различными цветами видимой части спектра. Данный принцип построения изображений позволил создать портативные устройства, с высокой скоростью обработки информации, которые позволяют вести контроль за изменением температур в режиме реального времени.

Наиболее перспективным направлением развития современных тепловизоров является применение технологии неохлаждаемых болометров, основанной на сверхточном определении изменения сопротивления тонких пластинок, под действием теплового излучения всего спектрального диапазона. Данная технология активно применяется во всем мире для создания тепловизоров нового поколения, отвечающих самым высоким требованиям по мобильности и безопасности использования. В России производство портативных тепловизоров по технологии неохлаждаемых болометров освоено в 2007 году в ЦНИИ "Циклон

4.1 Проблемы производства

Тепловизор является дорогостоящим прибором. Его основные элементы -- матрица и объектив составляют около 90 % общей стоимости. Матрицы весьма сложны в производстве, но со временем^{[когда?]}, по заверениям экспертов, их цена может снизиться. С объективами ситуация сложнее: для создания объективов применяются редкие и дорогие материалы (например, германий). В наши дни активно ведутся поиски более дешёвых материалов.

Тепловизоры делятся на:

Стационарные. Предназначены для применения на промышленных предприятиях для контроля за технологическими процессами в температурном диапазоне от ?40 до +2000 °C. Такие тепловизоры, зачастую имеют азотное охлаждение, для того, чтобы обеспечить нормальное функционирование приемной аппаратуры. Основу таких систем составляют, как правило, тепловизоры третьего поколения, собранные на матрицах полупроводниковых фотоприемников.

Переносные. Новейшие разработки в области применения тепловизоров на базе неохлаждаемых микроболометров из кремния, позволило отказаться от использования дорогостоящей и громоздкой охлаждающей аппаратуры. Эти приборы обладают всеми достоинствами своих предшественников, таких как малый шаг измеряемой температуры (0,1 °C), при этом позволяют применять тепловизоры в сложных оценочных работах, когда простота использования и портативность играют очень большую роль. Большинство портативных тепловизоров имеют возможность подключения к стационарным компьютерам или ноутбукам для оперативной обработки поступающих данных.

Тепловизоры часто путают с приборами ночного видения, хотя разница между ними существенна. Классический прибор ночного видения позволяет ориентироваться при низком уровне освещенности, усиливая свет, попадающий в объектив. Во многих случаях яркий объект, оказавшийся в поле зрения, «слепит» прибор. С этим пытаются бороться, иногда -- хорошо, иногда -- в недорогих массовых приборах -- не очень. Тепловизор же в свете не нуждается. Он, конечно, может быть использован в качестве прибора ночного видения, только задача здесь решена иначе. Известная философская конструкция о темноте как об отсутствии света взята в тепловизионной технике на вооружение: смотрим на то, что есть, в данном случае на тепло.

Назначение: Тепловизоры применяют во всех отраслях промышленности, где необходимо обеспечить качественный контроль за технологическими процессами производства. Они позволяют оперативно и своевременно отслеживать тепловые изменения, происходящие в отдельно взятых частях машин или механизме в целом. При этом, повышение температуры может быть расценено, как знак к возрастанию нагрузки, после чего может быть принято решение об остановке эксплуатации устройства.

Тепловизор должен входить в стандартный набор инструментов технических инженеров, осуществляющих тепловой контроль на предприятиях. Специально для этих целей были разработаны портативные высокопроизводительные тепловизоры, которые позволяют с высокой степенью точности оценивать изменения температуры объекта в режиме реального времени. Небольшие размеры и вес подобных устройств позволяют применять их на выездных мероприятиях, когда доступ к стационарному оборудованию затруднен.

4.2 Область применения

Современные тепловизоры нашли широкое применение как на крупных промышленных предприятиях, где необходим тщательный контроль за тепловым состоянием объектов, так и в небольших организациях, занимающихся поиском неисправностей сетей различного назначения. Так, сканирование тепловизором может безошибочно показать место отхода контактов в системах электропроводки.

Особенно широкое применение тепловизоры получили в строительстве при оценке теплоизоляционных свойств конструкций. Так, к примеру, с помощью тепловизора можно определить области наибольших теплопотерь в строящемся доме и сделать вывод о качестве применяемых строительных материалов и утеплителей. Тепловизоры применяют пожарные и спасательные службы во всем мире для поиска пострадавших в условиях плохой видимости и задымленности, а также для выявления очагов горения, анализа обстановки и поиска путей эвакуации.

Тепловизионный снимок кирпичного фасада для оценки потерь тепла

Тепловизоры все шире применяются вооруженными силами развитых государств для обнаружения теплоконтрастных целей (живой силы и техники) в любое время суток, несмотря на применяемые противником обычные средства оптической маскировки в видимом диапазоне (камуфляж). Из специализированного разведывательного прибора тепловизор стал важным элементом прицельных комплексов ударной армейской авиации (вертолетов) и бронетехники. Применяются и тепловизионные прицелы для ручного стрелкового оружия, хотя в силу высокой цены широкого распространения они пока не получили.

Тепловизоры также широко применяют в энергетике, металлургии, при строительстве дорог, судостроении, строительстве и эксплуатации железнодорожного полотна, метрополитене, автомобильной промышленности, ветеринарии, искусстве.

Размещено на Allbest.ru

...